(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを供給するガス供給装置であって、
圧縮されたガスを貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部に貯蔵されたガスを該貯蔵部の外部に減圧して放出する放出機構とをそれぞれ有し、前記貯蔵部から放出されるガスの断熱膨張によって温度が低下する複数のタンクと、
前記複数のタンクの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出されたタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、前記ガスの供給源となっているタンクとは異なる他のタンクへの供給源の切り替えを間欠的に行うことによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるように前記タンクから放出されるガスの量を調整する供給制限部と
を備えるガス供給装置。
【請求項２】
前記供給制限部は、前記ガスの供給源となっているタンクの温度が、該タンクを供給源に切り換えた時点の温度から所定温度だけ低下した場合に、該タンクとは異なる他のタンクを供給源に切り換えることによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるようにガスの供給を制限する請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記供給制限部は、前記ガスの供給源となっているタンクの温度と、該タンクとは異なる他のタンクの温度とが所定温度差になった場合に、該他のタンクを供給源に切り換えることによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるようにガスの供給を制限する請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記供給制限部が前記供給源に切り換えるタンクは、前記複数のタンクのうち最も高温なタンクである請求項２または請求項３に記載のガス供給装置。
【請求項５】
請求項１に記載のガス供給装置であって、
前記複数のタンクの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記供給制限部は、前記検出した複数のタンクの温度および圧力に応じて、該複数のタンク間の温度差および圧力差が小さくなるようにガスの供給を制限する、ガス供給装置。
【請求項６】
前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該タンクからのガスの供給を調整する請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度が、該タンクの性能を保証する保証温度領域を外れないように、該タンクからのガスの供給を調整する請求項６に記載のガス供給装置。
【請求項８】
請求項６に記載のガス供給装置であって、
前記温度検出部は、前記複数のタンクのうち、少なくとも前記ガスの供給源となっているタンクの温度を検出し、
前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する、ガス供給装置。
【請求項９】
前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度が、該タンクの性能を保証する保証温度領域を外れないように、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する請求項８に記載のガス供給装置。
【請求項１０】
前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度が、該タンクが前記供給源になってから前記保証温度領域内で所定温度だけ低下する際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する請求項８または請求項９に記載のガス供給装置。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載のガス供給装置であって、
前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度と、該タンクとは異なる他のタンクの温度とが、前記保証温度領域内で所定温度差となる際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する、ガス供給装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス供給装置であって、
前記複数のタンクの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記供給制限部は、前記所定温度差となる際、または、前記検出した供給源となっているタンクの圧力と、該タンクとは異なる他のタンクの圧力とが所定圧力差となる際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する、ガス供給装置。
【請求項１３】
前記供給制限部は、前記ガスの供給を制限する際に、前記供給源となっているタンクとは異なる他のタンクの中から、前記供給源となるタンクを選択するタンク選択手段を備えた請求項８ないし請求項１２のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項１４】
前記タンク選択手段は、各時点で前記複数のタンクのうちのいずれか一つのタンクを前記供給源として選択する手段である請求項１３に記載のガス供給装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載のガス供給装置であって、
前記タンク選択手段は、前記複数のタンクの前記供給源としての使用履歴に基づいて、前記供給源となるタンクを選択する手段である、ガス供給装置。
【請求項１６】
請求項１３ないし請求項１５のいずれか一項に記載のガス供給装置であって、
前記選択手段は、前記検出された複数のタンクの温度に基づいて、前記供給源となるタンクを選択する手段である、ガス供給装置。
【請求項１７】
請求項８ないし請求項１６のいずれか一項に記載のガス供給装置であって、
前記供給制限部は、
前記供給源となっているタンクからのガスの供給に支障があるか否かを判断する支障判断手段と、
前記供給源となっているタンクに支障があると判断する場合に、該タンクとは異なる他のタンクの中から、前記供給源となるタンクを選択する支障選択手段と
を含む、ガス供給装置。
【請求項１８】
請求項８ないし請求項１７のいずれか一項に記載のガス供給装置であって、更に、
前記複数のタンクの各放出機構に共通して連結され、前記ガスを供給する供給管と、
前記供給管の圧力を検出する供給管検出部と、
前記ガスの供給を開始する際に、前記検出された供給管の圧力の挙動に基づいて、少なくとも一つの前記放出機構の異常の有無を点検する供給管点検部と
を備えるガス供給装置。
【請求項１９】
前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスに関連する物理量に基づいて、該タンクの温度を検出する請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２０】
前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスの断熱膨張度合に基づいて、該タンクの温度を検出する請求項１ないし請求項１９のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２１】
前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスが該タンクから奪う熱量に基づいて、該タンクの温度を検出する請求項１ないし請求項２０のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２２】
前記温度検出部は、前記貯蔵部および前記放出機構の少なくとも一部における温度を、該タンクの温度として検出する請求項１ないし請求項２１のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２３】
前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスの供給量に基づいて、該タンクの温度を検出する請求項１ないし請求項２２のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２４】
更に、前記貯蔵部を加熱する加熱部を備える請求項１ないし請求項２３のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２５】
更に、前記タンクからのガスの供給に異常が存在する場合に、該異常を報知する報知部を備える請求項１ないし請求項２４のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２５のいずれか一項に記載のガス供給装置であって、
前記ガスは、水素を含む燃料電池用の燃料ガスであり、
該ガスの供給先は、水素を燃料とする燃料電池である、ガス供給装置。
【請求項２７】
ガスを貯蔵する貯蔵部と、該貯蔵するガスを減圧して放出する放出機構とを有するタンクを備え、該タンクに貯蔵されたガスを外部に供給するガス供給装置の制御方法であって、
前記タンクの温度を検出し、
該検出したタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該タンクからのガスの供給を制限する、制御方法。
【請求項２８】
ガスを貯蔵する貯蔵部と、該貯蔵するガスを減圧して放出する放出機構とを有するタンクを複数備え、該タンクに貯蔵されたガスを外部に供給するガス供給装置の制御方法であって、
前記複数のタンクのうち、少なくとも前記ガスの供給源となっているタンクの温度を検出し、
前記検出した供給源となっているタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限する、制御方法。
【請求項２９】
前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度に応じて前記放出機構を制御する請求項１ないし請求項２６のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項３０】
前記放出機構は、前記貯蔵部から前記外部へと連通する配管に配置され、前記配管内におけるガスの流れを調節する弁である請求項１ないし請求項２６，請求項２９のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項３１】
前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度が低下するのに応じて前記放出機構を制御することによって、該タンクから供給されるガスの供給量を減少させる請求項１ないし請求項２６，請求項２９，請求項３０のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項３２】
前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度に応じて前記放出機構を制御することによって、該タンクから供給されるガスの供給量を変動させる請求項１ないし請求項２６，請求項２９ないし請求項３１のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項３３】
前記貯蔵部に貯蔵されるガスは気体である請求項１ないし請求項２６，請求項２９ないし請求項３２のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクに貯蔵されたガスを外部に供給するガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンクに貯蔵されたガスを外部に供給するガス供給装置としては、水素を燃料とする燃料電池に対して水素ガスを供給するものなどが知られている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、水素吸蔵合金を用いた複数のタンクに貯蔵された水素ガスを供給するガス供給装置が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、高圧の水素を貯蔵するタンク内の水素を供給するガス供給装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９５９９６号公報
【特許文献２】特開平８−１１５７３１号公報
【特許文献３】特開２００２−１８１２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タンクに貯蔵されたガスを供給する際には、タンクから供給されるガスの断熱膨張によって、タンク本体を含めたレギュレータ，バルブなどのタンク関連部品の温度が低下する。タンク関連部品の温度が各部品の常用温度から過度に低下すると、タンク関連部品の劣化を早めてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記した課題を踏まえ、ガス供給に伴う温度低下に起因する弊害を抑制（あるいは低減等）することができるガス供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するため、本発明のガス供給装置は、ガスを供給するガス供給装置であって、
圧縮されたガスを貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部に貯蔵されたガスを該貯蔵部の外部に減圧して放出する放出機構とをそれぞれ有し、前記貯蔵部から放出されるガスの断熱膨張によって温度が低下する複数のタンクと、
前記複数のタンクの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出されたタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、前記ガスの供給源となっているタンクとは異なる他のタンクへの供給源の切り替えを間欠的に行うことによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるように前記タンクから放出されるガスの量を調整する供給制限部と
を備えることを特徴とする。本発明のガス供給装置によれば、タンク温度に応じてガス供給を調節することによって、ガス供給に伴う温度低下に起因する弊害を抑制することができる。また、複数のタンク間の温度の平準化を図り、ガス供給に伴う温度低下に起因する弊害を抑制することができる。
【０００９】
上記の構成を有する本発明のガス供給装置は、以下の態様を採ることもできる。
【００１０】
例えば、前記供給制限部は、前記ガスの供給源となっているタンクの温度が、該タンクを供給源に切り換えた時点の温度から所定温度だけ低下した場合に、該タンクとは異なる他のタンクを供給源に切り換えることによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるようにガスの供給を制限することとしても良い。また、前記供給制限部は、前記ガスの供給源となっているタンクの温度と、該タンクとは異なる他のタンクの温度とが所定温度差になった場合に、該他のタンクを供給源に切り換えることによって、前記複数のタンク間の温度差が小さくなるようにガスの供給を制限することとしても良い。更に、前記供給制限部が前記供給源に切り換えるタンクは、前記複数のタンクのうち最も高温なタンクであるとしても良い。
【００１１】
また、前記複数のタンクの圧力を検出する圧力検出部を備え、前記供給制限部は、前記検出した複数のタンクの温度および圧力に応じて、該複数のタンク間の温度差および圧力差が小さくなるようにガスの供給を制限することとしても良い。これによって、複数のタンク間の設置環境に起因して低温に成りがちなタンクの使用頻度の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該タンクからのガスの供給を調整することとしても良い。これによって、タンクの温度と、タンクの保証温度領域との関係に基づいてガス供給を調整することによって、ガス供給量を減少させ、ガス供給に伴うタンクの温度低下を抑制することができる。
【００１３】
この場合に、前記供給制限部は、前記検出したタンクの温度が、該タンクの性能を保証する保証温度領域を外れないように、該タンクからのガスの供給を調整することとしても良い。これによって、タンク温度の下がり過ぎを抑制することができる。
【００１４】
また、前記タンクを複数備え、前記温度検出部は、前記複数のタンクのうち、少なくとも前記ガスの供給源となっているタンクの温度を検出し、前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度と、該タンクの性能を保証する保証温度領域との関係に基づいて、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限することとしても良い。これによって、複数のタンクを備える場合でも、ガス供給に伴う温度低下に起因する弊害を抑制（あるいは低減等）することができる。ここで、「ガス供給を制限する」とは、ガス供給を遮断する場合だけでなく、ガス供給量を減少させる場合を含む。
【００１５】
ここで、前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度が、該タンクの性能を保証する保証温度領域を外れないように、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限することとしても良い。これによって、複数のタンクを備える場合でも、タンク温度の下がり過ぎを抑制することができる。
【００１６】
また、前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度が、該タンクが前記供給源になってから前記保証温度領域内で所定温度だけ低下する際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限することとしても良いし、前記温度検出部は、前記複数のタンクの温度を検出し、前記供給制限部は、前記検出した供給源となっているタンクの温度と、該タンクとは異なる他のタンクの温度とが、前記保証温度領域内で所定温度差となる際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限することとしても良い。これによって、各タンク間における温度の平準化を図ることができる。さらに、前記複数のタンクの圧力を検出する圧力検出部を備え、前記供給制限部は、前記所定温度差となる際、または、前記検出した供給源となっているタンクの圧力と、該タンクとは異なる他のタンクの圧力とが所定圧力差となる際に、該供給源となっているタンクからのガスの供給を制限することとしても良い。これによって、各タンク間における温度および圧力の平準化を図ることができる。
【００１７】
また、前記供給制限部は、前記ガスの供給を制限する際に、前記供給源となっているタンクとは異なる他のタンクの中から、前記供給源となるタンクを選択するタンク選択手段を備えたとしても良い。これによって、ガスの供給を継続して行うことができる。
【００１８】
本発明には、次に示す種々の態様で、各タンクを間欠的に使用する制御が含まれる。例えば、ｎ本のタンクが備えられている場合、本発明には、「１番目のタンク→２番目のタンク・・・→ｎ番目のタンク→１番目のタンク→２番目のタンク・・・」というように、複数のタンクを所定のシーケンスで繰り返し使用する制御が含まれる。タンクの使用順序は固定されている必要はなく、供給源の切り換えが必要と判断された時点で、次に使用すべきタンクを選択するようにしてもよい。つまり、本発明の制御は、「１番目のタンク→２番目のタンク→１番目のタンク→３番目のタンク→・・・」など変則的または不定の順序でタンクを使用する態様も含んでいる。この場合、次に使用すべきタンクの選択基準としては、例えば、タンクの温度、タンクのガスの残量、既定のシーケンスなどに基づいて設定することができる。
【００１９】
また、前記タンク選択手段は、各時点で前記複数のタンクのうちのいずれか一つのタンクを前記供給源として選択する手段であるとしても良い。本発明において、２本ずつ、３本ずつなど、複数のタンクをまとめて供給源として選択してもよいが、複数のタンクが設けられている場合、減圧後の供給圧力は、タンク間でばらつくのが通常である。このばらつきに基づき、複数のタンクから同時にガスの供給を行う場合には、供給圧力の高い側が優先的に使用され、各タンクからのガスの供給量、膨張による温度低下に偏りが生じることがある。いずれか一つのタンクを供給源として選択することにより、かかる偏りによる影響を回避することができ、タンクを切り換えるための制御処理の簡略化、ガスの供給の安定化を図ることができる。複数のタンクをまとめて供給源として選択する場合には、上述した供給量の偏りが生じない程度に、両者の供給圧力が均一化するように、各タンクからのガス供給量を調整することが好ましい。
【００２０】
また、前記供給制限部は、前記複数のタンクの前記供給源としての使用履歴に基づいて、前記供給源となるタンクを選択する手段であるとしても良い。これによって、複数のタンク間における使用頻度の均等化を図ることができる。また、前記温度検出部は、前記複数のタンクの温度を検出し、前記選択手段は、前記検出された複数のタンクの温度に基づいて、前記供給源となるタンクを選択する手段であるとしても良い。これによって、タンクの温度状態から、次の供給源に相応しいタンクを選択することができる。
【００２１】
また、前記供給制限部は、前記供給源となっているタンクからのガスの供給に支障があるか否かを判断する支障判断手段と、前記供給源となっているタンクに支障があると判断する場合に、該タンクとは異なる他のタンクの中から、前記供給源となるタンクを選択する支障選択手段とを備えても良い。これによって、ガスの安定した供給を確保することができる。ガスの供給における支障は、例えば、供給管の圧力の挙動に基づいて判断することが可能である。
【００２２】
また、前記ガスを供給するための供給管を、前記複数のタンクの各放出機構に共通して連結し、前記供給管の圧力を検出する供給管検出部と、前記ガスの供給を開始する際に、前記検出された供給管の圧力の挙動に基づいて、少なくとも一つの前記放出機構の異常の有無を点検する供給管点検部とを備えても良い。例えば、タンクの放出機構を全て閉じた状態でも、供給管の圧力が低下しないようであれば、放出機構を閉じる機能に異常があると判定することができる。逆に、タンクの放出機構を開いた状態でも、供給管の圧力が上昇しないようであれば、放出機構を開ける機能に異常があると判定することができる。
【００２３】
また、前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスに関連する物理量に基づいて、該タンクの温度を検出しても良い。これによって、ガスの体積変化や圧力変化などからタンクの温度を検出することができる。なお、タンクから供給されるガスに関連する物理量は、タンク内部から放出された後のガスに関連する物理量であっても良いし、タンク内部から放出される前のタンク内部に貯蔵されているガスに関連する物理量であっても良い。
【００２４】
また、前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスの断熱膨張度合に基づいて、該タンクの温度を検出しても良い。これによって、タンク温度の低下代を推定し、事前にタンクの温度を検出することができる。
【００２５】
また、前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスが該タンクから奪う熱量に基づいて、該タンクの温度を検出しても良い。これによって、ガスの奪う熱量からタンクの温度を検出することができる。
【００２６】
また、前記貯蔵部および前記放出機構の少なくとも一部における温度を、該タンクの温度として検出しても良い。これによって、タンクの温度を直接的に検出することができる。
【００２７】
また、前記温度検出部は、前記タンクから供給されるガスの供給量に基づいて、該タンクの温度を検出しても良い。これによって、タンクの温度と相関があるガスの供給量からタンクの温度を検出することができる。タンクからガスが奪う熱量およびタンクの温度変化は、それぞれタンクから供給されるガス量と相関がある。ガス供給量は、タンク内の圧力と相関があるため、圧力をパラメータとすることもできる。圧力をパラメータとする場合には、温度センサを省略できる利点がある。
【００２８】
また、前記貯蔵部を加熱する加熱部を備えても良い。これによって、ガスの供給中におけるタンクの温度低下速度を低下させることができ、タンクの切り換え頻度を低減することができる。また、ガスの供給を停止したタンクの温度の回復を促進することができる。ガスの供給を停止したタンクについては、温度が十分に回復するまで、次の供給源として選択することはできないが、温度回復を促進することにより、供給源となる得るタンクを安定的に確保することができ、ガスを安定して供給することができる。
【００２９】
また、前記タンクからのガスの供給に異常が存在する場合に、該異常を報知する報知部を備えても良い。異常の報知は、種々の態様を採ることができる。例えば、異常が存在するタンクを除外してガスの総残量を算出し、残量計の表示を修正してもよい。これによって、ガスの残量が急激に減少するため、管理者は異常を知ることができる。別の態様として、総残量に関わらず、ガス欠の警告灯を点灯または点滅させてもよい。更に別の態様として、タンク毎の異常の有無を報知するための警告表示を設けても良い。異常の報知は、表示に限らず、音声で行ってもよい。
【００３０】
本発明は、種々のガスの供給装置に適用可能である。一例として、前記ガスは、水素を含む燃料電池用の燃料ガスであり、該ガスの供給先は、水素を燃料とする燃料電池であるガス供給装置として構成することができる。上述した種々の特徴は、必ずしも全てを備えている必要はなく、適宜、一部を省略したり、組み合わせたりしてもよい。本発明は、定置型の装置として構成してもよいし、車両その他の移動体への搭載型の装置として構成しても良い。本発明は、上述のガス供給装置としての態様に限らず、ガス供給装置の制御方法など、種々の態様で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施例における燃料電池システム１０を示す説明図である。
【図２】制御部８０の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】制御部８０の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】制御部８０の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】制御部８０の制御処理を示すフローチャートである。
【図６】制御部８０の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施例における車両３１０の概略構成を示す説明図である。
【図８】燃料電池３２０へのガス供給系統の構成を示す説明図である。
【図９】制御ユニット３４０の起動時点検処理を示すフローチャートである。
【図１０】制御ユニット３４０のガス供給制御を示すフローチャートである。
【図１１】制御ユニット３４０のガス供給源特定処理を示すフローチャートである。
【図１２】供給源タンクの選択例を示す説明図である。
【図１３】制御ユニット３４０の異常報知処理を示すフローチャートである。
【図１４】制御ユニット３４０のヒータ加熱処理を示すフローチャートである。
【図１５】ガス供給源特定処理の第１変形例を示すフローチャートである。
【図１６】ガス供給源特定処理の第２変形例を示すフローチャートである。
【図１７】ガス供給源特定処理の第３変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したガス供給装置について、次の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例
Ａ−（１）．燃料電池システム１０の構成
Ａ−（２）．燃料電池システム１０の動作
Ａ−（３）．その他の実施形態
Ｂ．第２の実施例
Ｂ−（１）．システム構成
Ｂ−（２）．起動時点検処理
Ｂ−（３）．ガス供給制御
Ｂ−（３―１）．ガス供給源特定処理
Ｂ−（３―２）．異常報知処理
Ｂ−（３―３）．ヒータ加熱処理
Ｂ−（４）．効果
Ｂ−（５）．ガス供給源特定処理の変形例
Ｂ−（６）．その他の実施形態
【００３３】
Ａ．第１の実施例：
Ａ−（１）．燃料電池システム１０の構成：
図１は、第１の実施例における燃料電池システム１０を示す説明図である。図１には、燃料電池システム１０が、水素供給系統を中心として示されている。燃料電池システム１０は燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）に搭載されて電力発電を行うオンボード発電装置として構成されており、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池２０を備えている。燃料電池２０はフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等から成る高分子電解質膜２１の一方の面にアノード極２２を、他方の面にカソード極２３をスクリーン印刷等で形成した膜・電極接合体（ＭＥＡ）２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面はリブ付セパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２及びカソード極２３との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５及びカソードガスチャンネル２６を形成している。燃料電池２０が発電した電力は負荷７０に供給される。ここでは、説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５及びカソードガスチャンネル２６から成る単セルの構造を模式的に図示しているが、実際には上述したリブ付セパレータを介して複数の単セルが直列に接続したスタック構造を備えている。
【００３４】
水素供給装置５０は燃料電池２０に水素（燃料ガス）を供給するための４つの水素タンク５１，５２，５３，５４を搭載している。水素供給装置５０は複数の水素タンク５１〜５４の中から水素供給源として選択された何れか一つの水素タンクによって水素供給を行う。水素タンク５１〜５４には高圧（例えば、３００〜７００気圧）に圧縮された水素ガスが充填されている。水素ステーション等の水素供給設備から各々の水素タンク５１〜５４に水素を充填するための充填管５５は４本の分岐管５５ａ〜５５ｄに四股分岐して水素タンク５１〜５４に連通している。各々の分岐管５５ａ〜５５ｄには水素充填の際の水素逆流を防止する逆止弁Ｄ１〜Ｄ４と、タンク内圧を検出する圧力センサＰ１〜Ｐ４と、タンク温度を検出する温度センサＴ１〜Ｔ４が設置されている。水素供給装置５０から燃料電池２０に水素を供給するための水素供給管３１は４本の分岐管３１ａ〜３１ｄに四股分岐して水素タンク５１〜５４に連通している。分岐管３１ａ〜３１ｄには水素圧を減圧するための一次レギュレータ（調圧弁）Ａ１〜Ａ４と、水素タンク５１〜５４からの水素放出を遮断するタンクバルブ（電磁遮断弁）ＶＴ１〜ＶＴ４が設置されている。
【００３５】
燃料電池システム１０の水素供給系統には、上述した水素供給管３１と、アノードガスチャンネル２５から排気されたアノードオフガス（水素オフガス）をアノードガスチャンネル２５に還流させるための循環流路３２が配管されている。この水素供給管３１と循環流路３２とによって水素循環系統が構成されている。水素供給管３１には、水素圧を減圧するための二次レギュレータ（調圧弁）Ａ５と、上述した一次レギュレータＡ１〜Ａ４と二次レギュレータＡ５との間を流れる水素の圧力を検出する圧力センサＰ５と、アノード入口への水素供給を遮断する電磁遮断弁Ｂ１と、アノード入口のガス圧を検出する圧力センサＰ６が設置されている。循環流路３２には、アノード出口から排気されるアノードオフガスを遮断する電磁遮断弁Ｂ２と、アノードオフガスを水素供給管３１に還流させるための循環ポンプＣ１と、循環ポンプＣ１の上流圧と下流圧を検出する圧力センサＰ７，Ｐ８が設置されている。アノードガスチャンネル２５を通過する際に圧力損失を受けたアノードオフガスはモータＭ１によって駆動される循環ポンプＣ１によって適度なガス圧に昇圧され、水素供給路３１に導かれる。循環流路３２には、循環水素に含まれる水素以外の成分濃度が高くなった時点でアノードオフガスの一部を循環流路３２からシステム外にパージするためのアノードオフガス流路３３が分岐配管されている。アノードオフガスのパージ処理はアノードオフガス流路３３に設置された電磁遮断弁（パージバルブ）Ｂ３を開閉することで調整できるように構成されている。
【００３６】
燃料電池システム１０の酸素供給系統には、カソードガスチャンネル２６に酸素（酸化ガス）を供給するための酸素供給路４１と、カソードガスチャンネル２６から排気されたカソードオフガス（酸素オフガス）をシステム外に導くためのカソードオフガス流路４２が配管されている。エアフィルタ６１を介して大気から取り込まれたエアはモータＭ２によって駆動されるエアコンプレッサＣ２にて加圧された後、加湿器６２にて適度に過湿され、酸素供給路４１を経由してカソードガスチャンネル２６に流れ込む。加湿器６２では燃料電池２０の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと大気より取り込んだ低湿潤状態の酸素との間で水分交換が行われる。カソードオフガスはレギュレータＡ６によって調圧された後、加湿器６２を経由し、カソードオフガス流路４２を流れてマフラ６４，６５に導かれる。マフラで消音されたカソードオフガスはシステム外に排気される。カソードオフガス流路４２には、アノードオフガスを希釈するための希釈器６３に分岐連通し、更にカソードオフガス流路４２に再合流するバイパス流路４３が配管されている。希釈器６３にはアノードオフガス流路３３を経由してアノードオフガス（被希釈ガス）が導入され、バイパス流路４３を流れるカソードオフガス（希釈ガス）によって混合希釈される。尚、エアフィルタ６１には外気温度を検出するための温度センサＴ５が設置されている。
制御部（制御手段）８０はシステム制御を行うためのＣＰＵと、各種の電磁弁（ＶＴ１〜ＶＴ４，Ｂ１〜Ｂ３）を開閉制御するための駆動回路と、各種のセンサ（Ｐ１〜Ｐ５，Ｔ１〜Ｔ５）から出力されるセンサ信号の入力を受け付けるとともに、各種の電磁弁（ＶＴ１〜ＶＴ４，Ｂ１〜Ｂ３）や補機類（Ｍ１〜Ｍ２）に制御信号を出力するための入出力インターフェース等を含むシステムコントローラとして構成されている。制御部８０はアクセルセンサ８２が検出したアクセル開度と、車速センサ８３が検出した車速から負荷７０の要求電力を求め、モータＭ１，Ｍ２及び電磁遮断弁Ｂ３を駆動制御して燃料電池２０に供給される水素量と酸素量を調整し、所望の発電量が得られるようにシステムを制御する。負荷７０には、燃料電池２０の他に二次電池（図示せず）からも電力供給できるように構成されている。負荷７０としては、車両走行用のトラクションモータや、燃料電池２０の補機類（モータＭ１，Ｍ２など）が含まれる。更に、制御部８０は圧力センサＰ１〜Ｐ５と温度センサＴ１〜Ｔ５から出力されるセンサ信号を基に水素タンク５１〜５４の温度状態を監視しつつ、各々のタンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を個別に開閉制御して水素タンク５１〜５４の切り替え制御を行う。記憶部８１には各々の水素タンク５１〜５４の使用履歴が記憶されている。使用履歴とは、水素タンク５１〜５４の使用状態を定量的に評価した値をいい、例えば、水素タンク５１〜５４の使用頻度（タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を開弁した回数）、水素タンク５１〜５４の累積使用時間（タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４が閉弁している時間の積算値）、又はこの累積使用時間とタンク内圧との乗算値などを用いることができる。使用履歴は何れかの水素タンク５１〜５４が水素供給源として使用される都度に最新の値に逐次更新される。制御部８０は、水素タンク５１〜５４の使用履歴と温度状態のうち何れか一方又は両者を組み合わせる等して、水素供給源となる何れか一つの水素タンクを選択する。また、間欠運転モードでは電磁遮断弁Ｂ１，Ｂ２を閉弁して燃料電池２０への水素供給を遮断するとともに、圧力センサＰ６〜Ｐ８から出力されるセンサ信号に基づいて水素漏洩判定を行い、システムの安全をチェックする。
【００３７】
Ａ−（２）．燃料電池システム１０の動作：
次に、図２〜図６を参照して水素供給源となる水素タンクの選択及び切り替え処理について説明する。これらの図に示す制御ルーチンは制御部８０によって実行される。まず、システム起動を指令するスタートスイッチがＯＮ状態であるか否かがチェックされる（ステップＳ１）。このスタートスイッチは内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーに相当するものである。スタートスイッチがＯＮ状態である場合には（ステップＳ１；ＹＥＳ）、制御部８０は記憶部８１に記憶されている水素タンクの使用頻度を読み出す（ステップＳ２）。ここでは、水素タンクの使用履歴として使用頻度を例示するが、これに限られるものではなく、例えば、上述した累積使用時間、又はこの累積使用時間とタンク内圧との乗算値等を用いてもよい。次に、システム起動時であるか否かがチェックされる（ステップＳ３）。
【００３８】
システム起動時である場合には（ステップＳ３；ＹＥＳ）、水素供給管３１及び燃料電池２０に水素を供給し、加圧する必要がある。起動時間をできるだけ短縮するため、全てのタンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を開き（ステップＳ４）、圧力センサＰ６〜Ｐ８の検出圧力が閾値圧力Ｐｋ１を超えると（ステップＳ５；ＹＥＳ）、全てのタンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を閉じて（ステップＳ６）、水素漏洩判定を行う（ステップＳ７）。閾値圧力Ｐｋ１としては、水素供給管３１及び循環流路３２の水素漏洩判定を行うために必要かつ十分な圧力値に選定するのが望ましい。水素漏洩判定（ステップＳ７）においては、電磁遮断弁Ｂ１〜Ｂ３を全て閉弁し、水素供給管３１及び循環流路３２を密閉した上で、圧力センサＰ５〜Ｐ８が検出した圧力低下代が所定の閾値を超えているか否かで水素漏れを判定する。水素漏れが生じているならば（ステップＳ８；ＹＥＳ）、システム異常停止を行う（ステップＳ９）。一方、システム起動時でない場合（ステップＳ３；ＮＯ）、又は水素漏れがない場合には（ステップＳ８；ＮＯ）、ステップＳ１０にジャンプする。
【００３９】
ステップ１０では、走行可能であるか否かがチェックされる。走行可能でない場合には（ステップＳ１０；ＮＯ）、ステップＳ３８にジャンプする。走行可能である場合には（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、水素タンク５１〜５４の中から使用頻度が最小の水素タンクが水素供給源として選択される（ステップＳ１１）。使用頻度が最小の水素タンクが複数ある場合には、その中で最も高温の水素タンクを選択するのが好ましい。次に、水素供給源として選択された水素タンクの温度ＴＮが閾値温度Ｔｃ１以下であるか否かがチェックされる（ステップＳ１２）。温度ＴＮは水素供給源として選択された水素タンク５１〜５４の温度センサＴ１〜Ｔ４が検出したタンク温度である。閾値温度Ｔｃ１はタンク温度低下による水素タンクの劣化を抑制するためにタンク切り替えの目安となる温度であり、水素タンクの温度保証領域の下限温度Ｔ０近傍に設定するのがよい。この温度保証領域としては、例えば、水素タンク５１〜５４のタンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４やＯリング等が使用に耐え得る温度範囲に設定するのが好ましい。温度ＴＮが閾値温度Ｔｃ１を超えている場合には（ステップＳ１２；ＮＯ）、選択された水素タンクの使用頻度を１だけインクリメントし（ステップＳ１７ａ）、選択された水素タンクのタンクバルブを開弁し（ステップＳ１７ｂ）、燃料電池２０に水素を供給して発電を開始する（ステップＳ１８）。
【００４０】
一方、温度ＴＮが閾値温度Ｔｃ１以下である場合には（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、水素タンクの劣化を抑制するため、使用頻度が次に少ない水素タンクを水素供給源として選択する（ステップＳ１３）。次に、全ての水素タンクを選択したか否かがチェックされ（ステップＳ１４）、未だ選択されていない水素タンクが存在している場合には（ステップＳ１４；ＮＯ）、ステップＳ１２に再帰する。このように、使用頻度が少ない水素タンクを優先的に選択することで、各々の水素タンク５１〜５４の使用頻度を均等化することができる。また、使用頻度を基準に選択された水素タンクの温度ＴＮが閾値温度Ｔｃ１よりも低い場合には、他の水素タンクを水素供給源として選択し直すことで、水素タンクの温度低下による劣化を抑制できる。ここで、全ての水素タンク５１〜５４の温度が閾値温度Ｔｃ１以下である場合には（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を全て開弁することにより（ステップＳ１５）、全ての水素タンク５１〜５４から燃料電池２０に水素供給を行う。これにより、水素タンク一つあたりの水素供給量を減らすことで、水素タンクの温度低下代を小さくし、水素タンクの劣化を抑制できる。次に、最低温度の水素タンクを基準として燃料電池２０の出力制限を行い、発電を開始する（ステップＳ１６）。閾値温度Ｔｃ１と温度保証領域の下限温度Ｔ０との間にある程度の余裕がある場合には、このように燃料電池２０の出力（発電量）を制限することで、車両停止することなく、走行に必要な最低限の電力を確保できる。但し、閾値温度Ｔｃ１が温度保証領域の下限温度Ｔ０に近接する場合は、水素タンク５１〜５４の劣化を回避するため、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を全て閉弁して車両停止するように構成してもよい。
【００４１】
さて、燃料電池２０の発電制御を行うには、アクセルセンサ８２によって検出したアクセル開度と、車速センサ８３によって検出した車速に基づいて負荷７０の要求電力を算出し（ステップＳ１９）、燃料電池２０と二次電池（図示せず）の出力割合を求める（ステップＳ２０）。次に、燃料電池２０の発電量と、電磁遮断弁Ｂ３から排気されたアノードオフガスの排気量とを基に燃料電池２０で消費された水素量（水素タンクから燃料電池２０に供給された水素量）を演算する（ステップＳ２１）。次に、水素タンク５１，５２，５３，５４のうち水素供給源として選択された供給源タンクの内部圧力（タンク残圧）と出口圧力の比から水素の断熱膨張度合（温度低下代）を求める（ステップＳ２２）。水素の断熱膨張度合は１次レギュレータＡ１〜Ａ４の１次圧（圧力センサＰ１〜Ｐ４によって検出される圧力）と、２次圧（圧力センサＰ５によって検出される圧力）によって求めることができる。次に、消費水素量と断熱膨張度合より［温度低下代］・［流量］を演算し、供給源タンクの吸熱量Ｑ１を推定演算する（ステップＳ２３）。次に、温度センサＴ５が検出した外気温度を基に供給源タンクが外気から得る吸熱量Ｑ２を演算し（ステップＳ２４）、供給源タンクが吸収する総吸熱量Ｑを吸熱量Ｑ１−吸熱量Ｑ２より求める（ステップＳ２５）。次に、供給源タンクの熱容量、タンク温度、総吸熱量Ｑより供給源タンクの温度低下代ΔＴを求める（ステップＳ２６）。次に、ＴＮ'＝ＴＮ−ΔＴより供給源タンクの温度ＴＮ'を推定演算し（ステップＳ２７）、温度ＴＮ'が閾値温度Ｔｃ２以下であるか否かをチェックする（ステップＳ２８）。閾値温度Ｔｃ２としては、例えば、閾値温度Ｔｃ１よりも低温で、保証温度領域の下限温度Ｔ０よりも高温であることが望ましい（Ｔ０＜Ｔｃ２＜Ｔｃ１）。温度ＴＮ'が閾値温度Ｔｃ２よりも高い場合には（ステップＳ２８；ＮＯ）、ステップＳ３８にジャンプする。
【００４２】
一方、温度ＴＮ'が閾値温度Ｔｃ２以下である場合には（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、水素タンクの劣化を回避するため、水素供給源として未だ選択されていない水素タンクのうち使用頻度が最小のものを水素供給源として選択する（ステップＳ２９）。次に、この選択された水素タンクの温度ＴＮが閾値温度Ｔｃ１以下であるか否かをチェックする（ステップＳ３０）。ＴＮがＴｃ１以下である場合には（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、使用頻度が次に少ない水素タンクを水素供給源として選択する（ステップＳ３１）。次に、全ての水素タンクを選択したか否かがチェックされ（ステップＳ３２）、未だ選択されていない水素タンクが存在している場合には（ステップＳ３２；ＮＯ）、ステップＳ３０に再帰する。ここで、全ての水素タンク５１〜５４の温度が閾値温度Ｔｃ１以下である場合には（ステップＳ３２；ＹＥＳ）、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を全て開弁することにより（ステップＳ３３）、全ての水素タンク５１〜５４から燃料電池２０に水素供給を行う。次に、最低温度の水素タンクを基準として燃料電池２０の出力制限を行い、発電を開始する（ステップＳ３４）。もとより、全ての水素タンク５１〜５４の温度が閾値温度Ｔｃ１以下である場合には（ステップＳ３２；ＹＥＳ）、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４を全て閉弁して車両停止するように構成してもよい。一方、選択された水素タンクの温度ＴＮがＴｃ１を超えている場合には（ステップＳ３０；ＮＯ）、選択された水素タンクの使用頻度を１だけインクリメントし（ステップＳ３５）、タンクバルブを開き（ステップＳ３６）、燃料電池２０の発電を開始する（ステップＳ３７）。
【００４３】
ステップ３８においては、間欠運転開始条件が成立しているか否かがチェックされる。間欠運転とは、低速で走行している場合やアイドリングしている場合などのように、二次電池等の蓄電装置から供給される電力で車両走行できる程度の低負荷のときに燃料電池２０の運転を休止して蓄電装置から供給される電力で車両走行する運転モードをいう。間欠運転開始条件が成立してない場合には（ステップＳ３８；ＮＯ）、ステップＳ１０にジャンプする。間欠運転開始条件が成立すると（ステップＳ３８；ＹＥＳ）、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４、電磁遮断弁Ｂ１〜Ｂ３を全て閉弁し（ステップＳ３９）、発電を停止する（ステップＳ４０）。このとき、システムの安全性を確認するため水素漏洩判定を行ってもよい。水素漏洩判定はステップＳ７と同じ手順で実施すればよい。次に、間欠運転解除条件が成立したか否かをチェックする（ステップＳ４１）。間欠運転解除条件が成立してない場合には（ステップＳ４１；ＮＯ）、ステップＳ３８にジャンプする。一方、間欠解除条件が成立した場合には（ステップＳ４１；ＹＥＳ）、水素供給管３１及び燃料電池２０に早急に水素供給を行って起動時間を短縮するため、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４、電磁遮断弁Ｂ１〜Ｂ２を全て開弁する（ステップＳ４２）。燃料電池２０は通常運転に移行し、電力発電を行う。次に、システム停止要求があるか否かがチェックされ（ステップＳ４３）、システム停止要求がない場合には（ステップＳ４３；ＮＯ）、ステップＳ１９にジャンプする。システム停止要求がある場合には（ステップＳ４３；ＹＥＳ）、タンクバルブＶＴ１〜ＶＴ４、電磁遮断弁Ｂ１〜Ｂ３を全て閉弁し（ステップＳ４４）、システム停止を行う（ステップＳ４５）。
【００４４】
本実施形態によれば、水素タンク５１〜５４の温度状態に基づいて水素供給源となる水素タンクを選択して切り替えるので、タンク温度低下による水素タンク５１〜５４の劣化を抑制できる。また、使用頻度の少ない水素タンクの内部では高圧力が長時間加わっているため、機械部品等に永久歪みが生じ、水素タンクの気密性を損ねる虞があるが、使用頻度を選択基準として水素タンクを選択することにより、各々の水素タンク５１〜５４の使用頻度を均一化し、このような不都合を解消できる。
【００４５】
Ａ−（３）．その他の実施形態：
尚、水素供給源となる水素タンクの選択基準として、使用頻度を例示したが、これに限られるものではなく、水素タンク５１〜５４の累積使用時間、又はこの累積使用時間とタンク内圧との乗算値など、水素タンク５１〜５４の使用状態を定量的に評価できる値を選択基準として用いることができる。また、水素タンク５１〜５４の使用頻度をできるだけ均等化するには、水素タンクを水素充填しても使用頻度をリセット（ゼロクリア）しない方が望ましい。また、水素タンク５１〜５４の使用履歴とタンク温度の何れか一方又は両者を組み合わせて選択基準を定めてもよい。両者を組み合わせる場合には何れか一方の優先度を高くして選択基準を定めてもよい。例えば、上述の例（ステップＳ１１〜Ｓ１４，ステップＳ２９〜Ｓ３２）ではタンク温度よりも使用頻度の優先順位を高くして選択基準を定めていたが、使用頻度よりもタンク温度の優先順位を高くして選択基準を定めてもよい。
【００４６】
また、上述の例（ステップＳ２１〜Ｓ２７）では、タンクから供給されるガスに関連する物理量である水素の断熱膨張度合からタンク温度を推定し、この推定温度をタンク切り替えの判断基準としていたが、タンク温度に関連する物理量（断熱膨張度合以外の物理量）からタンク温度を推定演算し、この推定温度をタンク切り替えの判断基準としてもよい。例えば、上述した温度センサＴ１〜Ｔ５及び圧力センサＰ１〜Ｐ５は水素タンク５１〜５４の温度に関連する物理量を検出する検出手段として機能するが、これ以外の物理センサを用いてタンク温度に関連する物理量を検出してもよい。但し、必ずしもタンク温度を推定演算する必要はなく、温度センサＴ１〜Ｔ４が検出したタンク温度をタンク切り替えの判断基準としてもよい。
【００４７】
また、上述の例（ステップＳ２９）ではタンク温度が保証温度領域を下回ると判定された場合にタンク切り替えを行っていたが、必ずしもタンク切り替えを行う必要はなく、水素供給源として選択された水素タンクから燃料電池２０への水素供給量を制限した上で水素供給を継続してもよい。水素タンクからの水素供給量を制限する場合、燃料電池２０の発電量を制限するか、又は二次電池等の蓄電装置から負荷７０への電力供給量を増大する等の対応措置を講じればよい。
【００４８】
また、上述の例では水素供給源として高圧水素ガスを充填した水素タンク５１〜５４を例示したが、これに限られるものではなく、例えば、水素を可逆的に吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金をタンク容器内に充填した水素吸蔵タンクを用いてもよい。水素吸蔵合金は水素と反応して金属水素化物となる合金であり、水素化及び脱水素化の反応が実用的な条件下で好ましい反応速度で進行する可逆性を備えている。例えば、水素のガス圧を昇圧させるか又はガス温度を下げると水素を吸蔵して発熱する一方で、水素のガス圧を降圧させるか又はガス温度を上げると水素を放出して吸熱する性質がある。水素吸蔵合金として、例えば、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｌａ−Ｎｉ系、Ｔｉ−Ｍｎ系等が好適である。また、上述の例では複数の水素タンク５１〜５４を備えている場合を説明したが、水素供給装置５０に搭載される水素タンクの個数は単一であってもよい。
【００４９】
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ−（１）．システム構成：
図７は、第２の実施例における車両３１０の概略構成を示す説明図である。車両３１０は、後部の燃料電池室３１２に搭載された燃料電池３２０を電源とし、モータ３３０の動力によって駆動する。モータ３３０は種々のタイプを適用可能であるが、本実施例では、同期電動機を用いるものとした。燃料電池３２０から出力される直流は、インバータ３３１によって三層交流に変換される。モータ３３０は、この三層交流によって駆動される。モータ３３０の動力は、回転軸３３２を介して車輪３３３に伝達され、車両３１０を駆動する。
【００５０】
燃料電池３２０は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池３２０には、種々のタイプを適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型を用いた。酸素極には、供給管３２４を介して外部から空気が供給される。水素は、屋根上の水素タンク室３１１に設置された複数の水素タンク３５０から供給管３２２を介して順次、供給される。水素極に供給された水素および空気は、発電に利用された後、排出管３２３から外部に排出される。水素、空気の供給系統の構成については、後で説明する。
【００５１】
インバータ３３１など、車両３１０に搭載された各機器の動作は、制御ユニット３４０によって制御される。制御ユニット３４０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、各ユニットの動作を制御する。
【００５２】
図７中に、制御ユニット３４０の機能ブロックを示した。本実施例では、これらの機能ブロックは、制御ユニット３４０においてソフトウェア的に構成されている。各機能ブロックをハードウェア的に構成することも可能である。
【００５３】
各機能ブロックは、主制御部３４２の制御下で連携して動作する。センサ入力部３４１は、車両３１０に設けられた各種センサからの信号の入力を受け付ける。センサとしては、例えば、燃料電池３２０に水素や空気を供給する供給系統に設けられた温度センサ、圧力センサが含まれる。センサからの検出信号には、走行時の要求動力に相当するアクセル開度も含まれる。
【００５４】
発電制御部３４４は、要求動力に応じて燃料電池３２０の発電を制御する。供給制御部３４５は、燃料電池３２０での発電量に応じて、水素タンク３５０を使い分けて、燃料電池３２０に水素を供給する。モータ制御部３４６は、燃料電池３２０の電力を利用して、要求された動力を出力するようモータ３３０を駆動制御する。
【００５５】
計器制御部３４３は、車両３１０の運転席３１４に設けられた計器板３６０への表示を制御する。かかる表示としては、速度、モータ３３０の回転数、燃料電池３２０の温度、シフトポジションなどが含まれる。また、水素の残量、水素タンク３５０の供給系統についての異常表示なども含まれる。
【００５６】
図８は、燃料電池３２０へのガス供給系統の構成を示す説明図である。先に説明した通り、燃料電池３２０において、カソードには酸素を含有したガスとしての圧縮空気が供給され、アノードには水素が供給される。空気は、フィルタ３２５から吸入され、コンプレッサ３２６で圧縮された後、加湿器３２７で加湿され、供給管３２４を介して供給される。供給管３２４には、空気の供給圧を検出するための圧力センサ３２８が設けられている。
【００５７】
水素は、４本の水素タンク３５０から供給管３２２を介してアノードに供給される。図８の中では、説明の便宜上、各タンクに［１］〜［４］のタンク番号を付した。以下、このタンク番号に従い、各水素タンク３５０を、１番タンク〜４番タンクと区別して称することもある。ガス供給系統では、水素は、水素タンク３５０から燃料電池３２０に流れるため、説明の便宜上、水素タンク３５０に近い側を上流側、燃料電池３２０に近い側を下流側と称することもある。
【００５８】
各水素タンク３５０は、水素を約３５０気圧という高圧で貯蔵している。水素タンク３５０には、水素を減圧するためのレギュレータ３５５、制御ユニット３４０からの制御信号によって電磁的に開閉する開閉弁３５１を備えている。水素の圧力は、燃料電池３２０に供給するまでの間に、供給管３２２の途中で更に段階的に減圧されるが、この減圧機構については図示を省略した。
【００５９】
水素タンク３５０には、レギュレータ３５５の下流側に、温度センサ３５３が設けられている。温度センサ３５３は、レギュレータ３５５で減圧された後の水素の温度を検出可能な部位に設けられる。温度センサ３５３の設置部位は、図示した部位に限らず、レギュレータ３５５、開閉弁３５１の動作温度を直接または間接的に計測な種々の部位を選択可能である。
【００６０】
水素タンク３５０から供給されるガスは、減圧時に断熱膨張によって温度が低下する。水素タンク３５０には、この温度低下を抑制するとともに、温度が下がった水素タンク３５０の温度の回復を促進するため、ヒータ３５２が設けられている。
【００６１】
水素タンク３５０には、レギュレータ３５５よりも上流側に、タンク内の貯蔵圧力を計測するための圧力センサ３５４が設けられている。これらの圧力センサ３５４とは別に、供給管３２２には、水素の供給圧を検出するための圧力センサ３２９も設けられている。
【００６２】
Ｂ−（２）．起動時点検処理：
図９は、制御ユニット３４０が実行する起動時点検処理を示すフローチャートである。制御ユニット３４０は、運転者によるスタータスイッチの操作など、燃料電池３２０の運転が指示された時点で、起動時点検処理を実行する。
【００６３】
この処理が開始されると、制御ユニット３４０は、供給管３２２に水素ガスを充填させるために開閉弁３５１を開く（ステップＳ３１０ａ）。水素ガスが供給管３２２に充填された後、全ての水素タンク３５０の開閉弁３５１を閉じ（ステップＳ３１０ｂ）、圧力センサ３２９によって、供給管３２２の供給圧Ｐａを検出する（ステップＳ３１１ａ）。開閉弁３５１を閉じることにより、水素の供給は停止されているため、供給管３２２の水素が燃料電池３２０に抜けることによって、正常時であれば供給圧Ｐａは低減するはずである。本実施例では、供給圧Ｐａの変化を短時間で検出可能とするため、燃料電池３２０を一時的に運転し、供給管３２２の内部の水素を消費することによる減圧処理を行う（ステップＳ３１１ｂ）。その後、供給管３２２の供給圧Ｐａを再び検出し（ステップＳ３１１ｃ）、減圧処理の前後で供給圧Ｐａが低減したか否かを判断する（ステップＳ３１２）。供給圧Ｐａが低減しない場合（ステップＳ３１２）は、制御ユニット３４０は、いずれかの水素タンク３５０の開閉弁３５１に漏れがある、または開き状態で固着しているものと判断し、異常判定処理を行う（ステップＳ３１８）。異常判定処理としては、例えば、異常の存在を示す異常判定フラグを立てる処理が挙げられる。
【００６４】
供給圧Ｐａが低減した場合（ステップＳ３１２）、制御ユニット３４０は、以下の手順で、水素タンク３５０［１］〜３５０［４］について、個別に開閉弁３５１［１］〜３５１［４］が正常に開くか否かの点検を行う。制御ユニット３４０は、いずれか一つの水素タンク３５０を点検対象タンクとして選択し、その点検対象タンクの開閉弁３５１を開き（ステップＳ３１３）、供給圧Ｐａを検出する（ステップＳ３１４）。開閉弁３５１が正常に開いた場合には、点検対象タンクから水素が供給されるため、供給圧Ｐａは増大するはずである。供給圧Ｐａが増大しない場合には（ステップＳ３１５）、制御ユニット３４０は、開閉弁３５１の開動作に異常があるものと判断し、異常判定処理を行う（ステップＳ３１８）。供給圧Ｐａが増大した場合には（ステップＳ３１５）、制御ユニット３４０は、開閉弁３５１は正常と判断して、点検対象タンクの開閉弁３５１を閉じる（ステップＳ３１６）。制御ユニット３４０は、一つずつ点検対象タンクを変更しながら、水素タンク３５０［１］〜３５０［４］の全てについて、ステップＳ３１１ａ〜Ｓ３１６の点検処理を実行する。
【００６５】
上述の起動時点検処理を実施することにより、本実施例では、供給源となる水素タンク３５０の切り換え時の開閉弁３５１の作動信頼性を高めることができ、切り換え時の支障を抑制することができる。上述の処理において、ステップＳ３１２においては、例えば、供給圧Ｐａが所定の閾値を下回った時に、供給圧が低減したと判断してもよい。また、供給圧Ｐａの時間的な低減率の絶対値が所定の閾値以上となった時に、供給圧Ｐａが低減したと判断してもよい。同様に、ステップＳ３１５においても、供給圧Ｐａと閾値の大小関係に基づく判断、供給圧Ｐａの変化率に基づく判断のいずれを適用してもよい。
【００６６】
Ｂ−（３）．ガス供給制御：
図１０は、制御ユニット３４０が実行するガス供給制御を示すフローチャートである。制御ユニット３４０は、燃料電池３２０の運転中に、水素タンク３５０を使い分けて発電に要求される量の水素を供給するために、ガス供給制御を繰り返し実行する。
【００６７】
この処理が開始されると、制御ユニット３４０は、アクセル開度に基づいて要求動力を入力し（ステップＳ３２０）、ガスの供給量を設定する（ステップＳ３２１）。ガスの供給量は、例えば、要求動力に対してガスの供給量を与えるマップ、関数などに基づいて求めることができる。
【００６８】
次に、制御ユニット３４０は、ガスの供給源を特定する（ステップＳ３３０）。本実施例では、次の理由から、供給源となる水素タンク３５０を、順次切り換えて水素の供給を行うものとした。高圧で水素を貯蔵する水素タンク３５０から、水素を供給する際には、断熱膨張によって水素の温度が極端に低下する。かかる温度低下は、レギュレータ３５５、開閉弁３５１における樹脂部品の硬化に起因する開閉動作の不良、寿命低下、性能低下などの弊害を招く可能性がある。そこで、本実施例では、かかる弊害を招くほど一つの水素タンク３５０から連続的に水素を供給することを回避するため、供給源を順次切り換える。つまり、一つの水素タンク３５０が空になってから次の水素タンク３５０への切り換えを行うのではなく、４つの水素タンク３５０を順次、間欠的に供給源として使用する。ガス供給源特定処理（ステップＳ３３０）は、かかる考え方に基づき、供給源となる水素タンク３５０を選択する処理である。ガス供給源特定処理の詳細な内容については、後述する。
【００６９】
制御ユニット３４０は、選択された水素タンク３５０の開閉弁３５１を制御して、ガスの供給を行う（ステップＳ３４０）。レギュレータ３５５や開閉弁３５１の異常などの理由により、ガスを供給することができない場合には（ステップＳ３４１）、再びガス供給源特定処理を実行し（ステップＳ３３０）、別の水素タンク３５０からの供給を試みる。ステップＳ３４１において、制御ユニット３４０は、例えば、供給管３２２の供給圧Ｐａが低下した場合にはガスの供給に異常があると判断することができる。供給に異常があると判断された場合には、先に起動時点検処理（図９）で説明した通り、異常判定フラグを立てておくことが好ましい。
【００７０】
制御ユニット３４０は、起動時点検処理（図９）および上述のステップＳ３２０〜Ｓ３４１までの処理で、異常が存在する水素タンク３５０が発見されている場合には（ステップＳ３４２）、運転者に対して異常を報知する（ステップＳ３５０）。この処理については、後述する。異常が存在しない場合には、制御ユニット３４０は、異常報知処理（ステップＳ３５０）をスキップする。
【００７１】
制御ユニット３４０は、水素の供給と併せて、各水素タンク３５０の開閉弁３５１の温度が下がりすぎないよう、ヒータで加熱する（ステップＳ３６０）。ヒータへの通電制御については、後述する。
【００７２】
制御ユニット３４０は、以上の処理を繰り返し実行することにより、要求動力に見合う発電を行うことができるよう水素を供給する。図１０に示したガス供給制御処理は一例に過ぎず、このガス供給制御処理における各処理は、適宜、処理順序を入れ替えたり、並行して実行したりしても構わない。
【００７３】
Ｂ−（３―１）．ガス供給源特定処理：
図１１は、制御ユニット３４０が実行するガス供給源特定処理を示すフローチャートである。ガス供給源特定処理は、先に説明したガス供給制御（図１０）のステップＳ３３０に相当する処理であり、水素の断熱膨張による温度低下に伴う弊害を回避するよう、供給源となる水素タンク３５０を選択するための処理である。本実施例では、各水素タンク３５０の温度センサ３５３、圧力センサ３５４の検出値に基づいて、供給源の選択を行う。
【００７４】
制御ユニット３４０は、ガス供給源特定処理を開始すると、現在供給中の水素タンク３５０（以下、「現用タンク」と称する）について、温度Ｔおよび圧力Ｐを検出する（ステップＳ３３１）。初めて、この処理を実施する場合、即ち現用タンクが存在しない場合には、温度Ｔ、圧力Ｐともに０として処理を行う。また、制御ユニット３４０は、現用タンクの使用が開始された時点での温度Ｔを初期温度Ｔ０として記憶しておく。
【００７５】
制御ユニット３４０は、「温度Ｔ＜閾値Ｔａ」という条件（ステップＳ３３２）が満たされる時、現用タンクの切り換えを行う。この条件が満たされない時は、現用タンクを継続的に使用するものとして、ガス供給源特定処理を終了する。
【００７６】
「温度Ｔ＜閾値Ｔａ」という条件（ステップＳ３３２）は、現用タンクの温度が下がりすぎることを回避するための条件である。本実施例では、−１０℃を閾値温度Ｔａとして用いるものとした。閾値Ｔａは、例えば、レギュレータ３５５、開閉弁３５１などの各部品について正常な動作を確保し得る下限温度、またはこの下限温度よりも所定量高い温度に設定することができる。また、閾値Ｔａは、現用タンクを切り換えた際のタンク温度から下限温度内で所定温度だけ低い温度、例えば、切り換えた際のタンク温度から５℃だけ低い温度に設定することもできる。また、閾値Ｔａは、現用タンク以外の他の水素タンク３５０とのタンク温度の差（例えば、他の水素タンク３５０の平均タンク温度の差）が所定温度に達した場合に「温度Ｔ＜閾値Ｔａ」という条件を満たすように設定することもできる。
【００７７】
ステップＳ３３２において、現用タンクの切り換えを行うべきと判断した場合、制御ユニット３４０は、現用タンクの開閉弁３５１を閉じる（ステップＳ３３３）。そして、現用タンクを除く水素タンク３５０の中から、タンクの温度が閾値Ｔａ以上となっているタンクを候補タンクとして抽出する（ステップＳ３３４）。候補タンクは、複数抽出される可能性がある。
【００７８】
制御ユニット３４０は、抽出された候補タンクから、供給源とすべきタンクを選択する（ステップＳ３３５）。供給源とすべきタンクは、種々の基準で選択することが可能であるが、本実施例では、以下の３つの基準を用いるものとした。
【００７９】
ａ）タンク温度が高い順；
ｂ）残量が多い順；
ｃ）既定のシーケンス；
【００８０】
上述の基準は、ａ）〜ｃ）の優先順位で適用する。つまり、まず、基準ａ）により、複数の候補タンクの中から、最も温度が高いタンクを選択する。こうして選択された候補タンクが複数存在する場合には、次に、基準ｂ）により、残量が多い最大のタンク、即ち圧力Ｐが最大のタンクを選択する。更に、複数の候補タンクが存在する場合には、基準ｃ）により、「１番タンク→２番タンク→３番タンク→４番タンク」など、既定のシーケンスで選択をする。これらの基準は、種々の設定が可能であり、例えば、基準ａ）〜ｃ）のいずれか一つのみを用いてもよいし、基準ａ）〜ｃ）を上述の内容とは異なる優先順位で適用してもよい。
【００８１】
図１２は供給源タンクの選択例を示す説明図である。１番タンク（＃１）〜４番タンク（＃４）の圧力および温度の時間変化を示した。この例では、「１番タンク→２番タンク→３番タンク→４番タンク」というシーケンスが設定されているものとして説明する。
【００８２】
時刻０では、全ての水素タンク３５０［１］〜３５０［４］が同一の圧力Ｐ０、温度Ｔ０の初期状態である。従って、温度に基づく基準ａ）、残量に基づく基準ｂ）ではなく、基準ｃ）のシーケンスにより、１番タンクが供給源タンクとして選択される。
【００８３】
この結果、時間０〜ｔ１の区間では、１番タンクの圧力Ｐ１が低下し、それに伴って温度Ｔ１も低下する。時刻ｔ１では、１番タンクの温度が閾値Ｔａに達したため、供給源の切り換えが行われる。この時点で候補タンクは、２番タンク〜４番タンクである。これらの各タンクの圧力Ｐ２〜Ｐ４、温度Ｔ２〜Ｔ４は、全て等しい。従って、基準ｃ）のシーケンスにより、１番タンクの次のタンク、即ち２番タンクが供給源タンクとして選択される。
【００８４】
この結果、時間ｔ１〜ｔ２の区間では、２番タンクの圧力Ｐ２が低下し、それに伴って温度Ｔ２も低下する。１番タンクは、水素の供給を停止しているため、圧力Ｐ１は変化しない。温度Ｔ１は、水素排出による冷却効果がなくなること、およびヒータによる加熱が行われるため、徐々に上昇する。
【００８５】
時刻ｔ２では、２番タンクの温度が閾値Ｔａに達したため、供給源の切り換えが行われる。この時点で候補タンクは、１番タンク、３番タンク、４番タンクである。これらの各タンクの圧力Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、温度Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４は、次の関係にある。
【００８６】
圧力・Ｐ３＝Ｐ４＞Ｐ１；
温度・Ｔ３＝Ｔ４＞Ｔ１；
【００８７】
従って、基準ａ）により、温度が最低の１番タンクは、供給源タンクの候補から外され、候補タンクは、３番タンクと４番タンクとなる。結局、基準ｃ）のシーケンスにより、２番タンクの次のタンク、即ち３番タンクが供給源タンクとして選択される。
【００８８】
時刻ｔ３では、３番タンクの温度が閾値Ｔａに達したため、供給源の切り換えが行われる。この時点で候補タンクは、１番タンク、２番タンク、４番タンクである。これらの各タンクの圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４は、次の関係にある。
【００８９】
圧力・Ｐ４＞Ｐ１＝Ｐ２；
温度・Ｔ４＞Ｔ１＞Ｔ２；
【００９０】
従って、基準ａ）により、温度が最高の４番タンクが供給源タンクとして選択される。以下、同様にして、基準ａ）〜ｃ）を適用することにより、適宜、供給源タンクの選択を行うことができる。
【００９１】
Ｂ−（３―２）．異常報知処理：
図１３は、制御ユニット３４０が実行する異常報知処理を示すフローチャートである。異常報知処理は、ガス供給制御処理（図１０）のステップＳ３５０に相当する処理であり、４本の水素タンク３５０のいずれかに異常が存在することを運転者に報知するための処理である。
【００９２】
異常報知処理が開始されると、制御ユニット３４０は、異常判定結果を入力する（ステップＳ３５１）。異常判定結果としては、例えば、起動時点検処理（図９のステップＳ３１８）やガス供給制御処理（図１０のステップＳ３４１）などで設定された異常判定フラグを用いることができる。本実施例では、異常判定フラグに基づき、１番タンク〜４番タンクのうち、異常が存在するタンクを個別に特定可能であるものとする。
【００９３】
制御ユニット３４０は、異常が存在するタンクを除き、ガスの残量を算出する（ステップＳ３５２）。図１３中に、４番タンクに異常が検出された場合を例にとって、残量の算出方法を示した。図示する通り、異常が検出される前の時点で、１番タンク〜４番タンクのガス残量は、それぞれＲ１〜Ｒ４であったとする。異常が検出される前の時点では、合計の残量Ｒｏｌｄは、「Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４」と求められる。制御ユニット３４０は、４番タンクに異常が検出された場合には、４番タンクの残量Ｒ４を無視する。従って、合計の残量Ｒｎｅｗは、「Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３」と求められる。
【００９４】
制御ユニット３４０は、残量の算出結果に基づき、残量表示を修正するとともに、運転者に警告表示を行う（ステップＳ３５３）。図１３中には、車両３１０の計器板３６０を例示した。本実施例では、計器板３６０の左側に、ガスの残量計３６１、残量警告灯３６２、各タンクについての異常警告灯３６３が設けられている。ステップＳ３５２の計算により、残量は急激に減るため、残量計３６１の指示値も図示する通り急激にＲｏｌｄからＲｎｅｗに低下する。制御ユニット３４０は、残量計３６１の表示が修正されたことを運転者に意識させるため、残量Ｒｎｅｗの値に関わらず、残量警告灯３６２を所定期間、点滅させる。残量警告灯３６２の点滅に代えて、所定期間、残量計３６１の指針を振動させてもよい。
【００９５】
制御ユニット３４０は、これらの表示と併せて、異常が発見された水素タンク３５０について異常警告灯３６３を点灯または点滅させる。図１３の例では、４番タンクに異常が発見された状態を例示した。これらの表示は、必ずしも全てを行う必要はなく、計器板３６０の構成に応じて、一部を省略しても構わない。
【００９６】
Ｂ−（３―３）．ヒータ加熱処理：
図１４は、制御ユニット３４０が実行するヒータ加熱処理を示すフローチャートである。ガス供給制御処理（図１０）のステップＳ３６０に相当する処理であり、各水素タンク３５０のヒータ３５２への通電可否および通電量を制御するための処理である。制御ユニット３４０は、各水素タンク５０に対してヒータ加熱処理を実施する。以下、説明の便宜上、ヒータ加熱処理の制御対象となっている水素タンク３５０を、対象タンクと称する。
【００９７】
ヒータ加熱処理が開始されると、制御ユニット３４０は対象タンクの温度Ｔの入力を受け付ける（ステップＳ３６１）。制御ユニット３４０は、この温度Ｔが予め設定された目標温度Ｔｈよりも大きい場合には、ヒータ３５２による加熱は不要と判断し、ヒータ３５２への通電をオフにする（ステップＳ３６３）。目標温度Ｔｈは、例えば、レギュレータ３５５、開閉弁３５１など水素タンク３５０の各部品の動作が保証されている温度に基づいて設定することができる。本実施例では、目標温度Ｔｈを、０℃に設定した。
【００９８】
対象タンクの温度Ｔが目標温度Ｔｈ以下である場合には、以下の処理によってヒータ３５２への通電量を設定する。まず、制御ユニット３４０は、目標温度Ｔｈと、対象タンクの温度Ｔとの差分ｄＴを算出する（ステップＳ３６４）。この差分ｄＴは、対象タンクに要求される温度上昇量に相当する。
【００９９】
制御ユニット３４０は、次に、切り換えまでの所要時間、即ち、制御対象となっている対象タンクが再び使用されるまでの所要時間Ｔｃを次式により、算出する（ステップＳ３６５）。
【０１００】
Ｔｃ＝Ｎｔ・Ｔａｖ      ・・・（１）
【０１０１】
ここで、Ｎｔは、インターバル・タンク数であり、Ｔａｖは、平均連続使用可能時間である。
【０１０２】
インターバル・タンク数Ｎｔは、対象タンクが次に水素の供給源として使用されるまでに、使用される水素タンク３５０の数である。例えば、４本の水素タンク３５０が全て使用可能である場合を考える。対象タンクが水素の供給を終えた直後であれば、通常は、他の３つの水素タンク３５０が使用された後、再び供給源として選択されることになるから、「Ｎｔ＝３」となる。対象タンクが水素の供給を終えた後、既に他の一つの水素タンク３５０が水素の供給を終えている場合には、「Ｎｔ＝２」となる。対象タンクが現に水素の供給源として使用されている場合には、「Ｎｔ＝０」と扱うものとする。また、いずれか一つの水素タンク３５０に異常が発見されており対象タンクも含めて３つの水素タンク３５０が使用可能な場合は、対象タンクが水素の供給を終えた直後であれば、「Ｎｔ＝２」となる。
【０１０３】
平均連続使用可能時間Ｔａｖは、温度が下がりすぎることなく、一つの水素タンク３５０から連続して水素を供給可能な平均時間であり、例えば、従前の供給履歴から求めることができる。平均連続使用可能時間Ｔａｖは、固定値としてもよく、例えば、最大供給量で水素を供給した場合に、温度が下がりすぎることなく連続して供給可能な時間に設定してもよい。
【０１０４】
制御ユニット３４０は、ステップＳ３６４、Ｓ３６５で算出した値に基づいて、単位時間当たりの必要熱量Ｑｒを次式により算出する（ステップＳ３６６）。
【０１０５】
Ｑｒ＝ｄＴ・Ｃｔ／Ｔｃ      ・・・（２）
【０１０６】
ここで、Ｃｔは、タンクの熱容量である。
【０１０７】
必要熱量Ｑｒは、所要時間Ｔｃ後に、対象タンクの温度を目標温度Ｔｈまで上昇させるために、単位時間当たりに供給すべき熱量を表している。このように必要熱量Ｑｒを設定することにより、水素タンク３５０の温度を安定して目標温度Ｔｈに回復させることが可能となる。
【０１０８】
最後に、制御ユニット３４０は、次式により、ヒータ３５２による単位時間当たりの加熱量Ｈｒを設定し、これに基づいてヒータ３５２への通電制御を行う（ステップＳ３６７）。
【０１０９】
Ｈｒ＝ｍａｘ（Ｑｒ−Ｑｎ，Ｈｍｉｎ）      ・・・（３）
【０１１０】
ここで、Ｑｎは、自然加熱による熱量であり、Ｈｍｉｎは、最低加熱量である。ｍａｘ（Ａ，Ｂ）は、Ａ，Ｂのうち大きい方を選択する演算子である。
【０１１１】
自然加熱による熱量Ｑｎは、実験または解析により予め設定することができる。最低加熱量Ｈｍｉｎは、ヒータ３５２によって無条件に与えるべき加熱量である。例えば、対象タンクが水素の供給源として使用されている場合や、対象タンクの温度が目標温度Ｔｈに近い場合などに、この最低加熱量Ｈｍｉｎによる加熱が行われることになる。
【０１１２】
最低加熱量Ｈｍｉｎを大きい値に設定すれば、対象タンクが水素の供給源として利用されている場合の温度低下を抑制することができる。従って、連続して供給可能な時間を延ばすことができ、水素タンク３５０の切り換え頻度を抑えることができる利点がある。最低加熱量Ｈｍｉｎを小さい値に設定すれば、ヒータ３５２への通電に消費されるエネルギを抑制し、燃料電池システムのエネルギ効率を向上することができる利点がある。最低加熱量Ｈｍｉｎは、このように温度低下の抑制という要求と、エネルギ効率の向上という要求を勘案して、任意に設定することが可能である。
【０１１３】
ヒータ加熱処理は、変形例として、上述のステップＳ３６４〜Ｓ３６６を省略してもよい。即ち、対象タンク温度Ｔが目標温度Ｔｈ以下の場合、制御ユニット３４０は、予め設定された最低加熱量Ｈｍｉｎでの加熱を無条件に行うようヒータ３５２に通電するようにしてもよい。
【０１１４】
Ｂ−（４）．効果：
以上説明した第２の実施例によれば、複数の水素タンク３５０を、レギュレータ３５５の下流側の温度に応じて切り換えて使用する。従って、レギュレータ３５５、開閉弁３５１などの各部品の温度が下がりすぎることを回避することができ、開閉動作の異常、部品の寿命低下、性能低下など温度低下に起因する種々の弊害を回避することができる。
【０１１５】
Ｂ−（５）．ガス供給源特定処理の変形例：
図１５は、ガス供給源特定処理の第１変形例を示すフローチャートである。図１５に示すガス供給源特定処理は、先に説明したガス供給制御（図１０）のステップＳ３３０に相当する処理である。第１変形例では、各水素タンク３５０の温度センサ３５３を省略した構成で、圧力センサ３５４の検出値に基づいて、供給源の選択を行う。
【０１１６】
制御ユニット３４０は、図１５に示すガス供給源特定処理を開始すると、現在供給中の水素タンク３５０である現用タンクについて、圧力変化ｄＰを検出する（ステップＳ３３１Ａ）。圧力変化ｄＰとは、現用タンクからの水素供給を開始した初期圧力Ｐｉｎｉと、現時点の圧力Ｐとの差分（ｄＰ＝Ｐｉｎｉ−Ｐ）である。初めて、この処理を実施する場合、即ち現用タンクが存在しない場合には、圧力変化ｄＰを０として処理を行う。
【０１１７】
制御ユニット３４０は、「圧力変化ｄＰ＞閾値Ｘ」という条件（ステップＳ３３２Ａ）が満たされる時、現用タンクの切り換えを行う。いずれの条件も満たされない時は、現用タンクを継続的に使用するものとして、ガス供給源特定処理を終了する。
【０１１８】
「圧力変化ｄＰ＞閾値Ｘ」という条件（ステップＳ３３２Ａ）は、圧力変化によって推測される温度変化に基づいて、現用タンクの温度が下がりすぎることを回避するための条件である。閾値Ｘの設定方法について説明する。一般に高圧ガスを減圧して供給する場合、ガスは、断熱膨張によって次式に従い温度が低下することが知られている。
【０１１９】
Ｔ１＝Ｔｓ（Ｐ１／Ｐｓ）(γー1)/γ      ・・・（４）
【０１２０】
ここで、Ｔ１は、断熱膨張後の温度（Ｋ）であり、Ｔｓは、断熱膨張前の初期温度（Ｋ）である。Ｐ１は、断熱膨張後の圧力であり、Ｐｓは、断熱膨張前の初期圧力である。γは、比熱比（１．４）である。例えば、Ｔｓ＝３００Ｋ、Ｐ１＝１気圧、Ｐｓ＝３５０気圧の場合、Ｔ１は理論的には、約５６Ｋ（−２１７℃）にまで低下する。
【０１２１】
上式によれば、減圧された状態での水素の温度は、水素タンク３５０の圧力Ｐｓに依存するが、閾値Ｘの設定に際しては、圧力Ｐｓに依らず一定として扱うことにより、排出される水素の温度は一定として扱う。この一定値は、温度の下がりすぎを回避するという観点で安全側の設定とするために、例えば、最大圧力からの断熱膨張に基づいて設定することができる。水素の排出による水素タンク３５０の温度低下は流量に依存するため、閾値Ｘの設定に際しては、最大流量で排出されるものと仮定する。この条件下で、水素タンク３５０の温度を１℃低下させるのに必要となる水素の排出量Ｙ［Ｐａ／℃］が実験的または解析的に求められる。排出量Ｙの単位に圧力を用いているのは、水素の排出量は水素タンク３５０の圧力変化に比例するからである。
【０１２２】
上述の排出量Ｙを用いれば、水素タンク３５０の温度が初期温度、即ちヒータによる加熱制御の目標温度Ｔｈ、から閾値Ｔａまで低下するのに要する水素の排出量［Ｐａ］が求まる。本実施例では、この排出量を閾値Ｘとして用いた。即ち、「Ｘ［Ｐａ］＝（Ｔｈ−Ｔａ）［℃］・Ｙ［Ｐａ／℃］」で設定した。この値は、供給源としての使用開始時には、ヒータ加熱処理（図１４）で説明した初期の目標温度Ｔｈが実現されていると想定して設定した値である。温度センサが設けられている場合には、初期温度の実測値を用いても良い。閾値Ｘは、形式上は水素タンク３５０の圧力変化に基づく条件として表されているが、実質的には水素タンク３５０からの水素排出量に基づく条件と言うこともできる。また閾値Ｘは、最も温度低下が激しくなる条件を仮定して設定されているため、水素タンク３５０の温度が下がりすぎることを、より確実に回避することができる。
【０１２３】
先に説明した通り、排出される水素の温度は、水素タンク３５０の圧力Ｐによって変化するため、水素タンク３５０の温度を１℃低下させるのに必要となる水素の排出量Ｙ［Ｐａ／℃］も圧力Ｐに依存する。かかる影響を考慮し、上述の排出量Ｙの値を、現用タンクの初期圧力Ｐｉｎｉに応じて、予め用意されたマップ、関数に基づいて設定するようにしてもよい。
【０１２４】
ステップＳ３３２Ａにおいて、現用タンクの切り換えを行うべきと判断した場合、制御ユニット３４０は、現用タンクの開閉弁３５１を閉じる（ステップＳ３３３Ａ）。そして、現用タンクを除く水素タンク３５０の中から、「ａ）残量が多い順；ｂ）既定のシーケンス」という２つの基準で、供給源となる水素タンク３５０を選択する。変形例では、温度センサを省略しているので、温度に関する基準は適用しない。
【０１２５】
以上で説明した通り、変形例では、温度センサを省略し、構造の簡素化を図りつつ、実施例と同様、水素タンク３５０の温度の下がりすぎを回避することができる。
【０１２６】
第１変形例は、温度センサおよびヒータの加熱を共に省略したシステムに適用することも可能である。この場合には、閾値Ｘ［Ｐａ］相当の水素を排出して温度が低下した水素タンク３５０は、他の水素タンク３５０から水素が供給されている間、水素の供給を低下することにより、自然加熱によって初期温度Ｔ０に戻るという前提で制御を行う。閾値Ｘは、先に説明した通り、「Ｘ［Ｐａ］＝（Ｔ０−Ｔａ）［℃］・Ｙ［Ｐａ／℃］」で設定することができる。このシステム構成では、水素タンク３５０について、断熱膨張による温度低下ｄＴ（＝Ｔ０−Ｔａ）よりも、温度Ｔａから自然加熱による温度上昇ｄＴｒが大きくなること、即ちｄＴｒ＞ｄＴが要求される。従って、かかる条件を満足するインターバル期間、即ち各水素タンク３５０からの水素供給が停止される期間を確保するよう水素タンク３５０の本数を設定することが好ましい。温度上昇ｄＴｒを達成するための所要時間を短縮するために、例えば、水素タンク３５０に設けられたレギュレータ３５５に対して、吸熱性を向上する材質、構造を適用してもよい。
【０１２７】
図１６は、ガス供給源特定処理の第２変形例を示すフローチャートである。図１６に示すガス供給源特定処理は、先に説明したガス供給制御（図１０）のステップＳ３３０に相当する処理である。第２変形例では、各水素タンク３５０の温度に応じて、各水素タンク３５０間の温度差が小さくなるように供給源タンクの選択を行う。
【０１２８】
制御ユニット３４０は、図１６に示すガス供給源特定処理を開始すると、水素タンク３５０［１］〜３５０［４］についての各水素タンク温度Ｔ［Ｎ］（Ｎ＝１〜４）を検出する（ステップＳ４１０）。その後、水素タンク温度Ｔ［Ｎ］のうち現在供給中の水素タンク３５０である現用タンクの温度である現用タンク温度Ｔｅｐが、この現用タンクが供給源タンクとして切り換えられた時点から低下温度Ｔｄｃだけ低下したか否かを判断する（ステップＳ４２０）。ここで、低下温度Ｔｄｃは、各水素タンク３５０間の温度差を小さくするために設定された所定の温度であり、本実施例では、予め５℃に設定されている。
【０１２９】
現用タンク温度Ｔｅｐが低下温度Ｔｄｃだけ低下していない場合には（ステップＳ４２０）、現用タンクからの水素供給を継続して（ステップＳ４６０）、ガス供給源特定処理を終了する。
【０１３０】
一方、現用タンク温度Ｔｅｐが低下温度Ｔｄｃだけ低下した場合には（ステップＳ４２０）、現用タンクからの水素供給を停止し（ステップＳ４３０）、水素タンク３５０［１］〜３５０［４］の中で最も高温な水素タンク３５０を供給源タンクとして特定して、供給源タンクの切り換えを行い（ステップＳ４４０）、ガス供給源特定処理を終了する。
【０１３１】
第２変形例によれば、複数の水素タンク３５０間の温度の平準化を図り、ガス供給に伴う温度低下に起因する弊害を抑制することができる。
【０１３２】
なお、低下温度Ｔｄｃは、５℃に限るものではなく、システムの特性や使用環境，水素供給量などに応じた所定の温度に設定することができる。また、低下温度Ｔｄｃを所定温度に固定するのではなく、システムの状態に応じて、システムの稼働中に適宜変更することとしても良い。例えば、タンク温度が高くなるほど低下温度Ｔｄｃの値を大きくしても良い。これにより、タンク関連部品の劣化の可能性が比較的低い高温時におけるタンクの切り替え頻度を減らすことができる。また、現用タンクが供給源タンクとして切り換えられた時点から所定温度だけ低下した場合に、供給源タンクの切り換えを行うのではなく、現用タンクと他の水素タンク３５０の平均温度との温度差が所定温度となった場合や、供給源タンクを切り換えてから所定時間だけ経過した場合に、供給源タンクの切り換えを行うことによって、各水素タンク３５０間の温度差が小さくなるようにしても良い。また、水素タンク３５０の温度の平準化と共に、水素タンク３５０の温度保証領域の範囲内で水素供給を行うこととしても良い。
【０１３３】
図１７は、ガス供給源特定処理の第３変形例を示すフローチャートである。図１７に示すガス供給源特定処理は、先に説明したガス供給制御（図１０）のステップＳ３３０に相当する処理である。第３変形例では、各水素タンク３５０の温度および圧力に応じて、各水素タンク３５０間の温度差および圧力差が小さくなるように供給源タンクの選択を行う。
【０１３４】
制御ユニット３４０は、図１７に示すガス供給源特定処理を開始すると、水素タンク３５０［１］〜３５０［４］についての各水素タンク温度Ｔ［Ｎ］（Ｎ＝１〜４）および各水素タンク圧力Ｐ［Ｎ］（Ｎ＝１〜４）を検出する（ステップＳ５１０）。その後、次式で表される供給源特定値Ｆを最小値とする水素タンク３５０を供給源タンクとして特定して、供給源タンクの切り換えを行い（ステップＳ５２０）、ガス供給源特定処理を終了する。
【０１３５】
Ｆ＝ΣＡ・（Ｔ［Ｎ］−Ｔａｖｅ）2＋
ΣＢ・（Ｐ［Ｎ］−Ｐａｖｅ）2    ・・・（５）
【０１３６】
ここで、Ａは、水素タンク温度Ｔ［Ｎ］に対するゲインであり、Ｂは水素タンク圧力Ｐ［Ｎ］に対するゲインであり、各水素タンク３５０間の温度差および圧力差の縮小に適した所定の値に設定されている。Ｔａｖｅは、全ての水素タンク３５０の平均温度であり、Ｐａｖｅは、全ての水素タンク３５０の平均圧力である。
【０１３７】
第３変形例によれば、複数の水素タンク３５０間の設置環境（例えば、日当たり具合や、発熱機器との位置関係）に起因して低温に成りがちな水素タンク３５０の使用頻度の低下を抑制することができる。また、各水素タンク３５０の容積が同じ場合には、各水素タンク３５０内のガス密度の平準化を図ることができる。
【０１３８】
なお、供給源特定値Ｆを表す式（５）において、「｜Ｔ［Ｎ］−Ｔａｖｅ｜＜Ｃ（Ｃは所定の閾値）」の場合には「Ａ＝０」とし、「｜Ｔ［Ｎ］−Ｔａｖｅ＜Ｄ（Ｄは所定の閾値）｜の場合には「Ｂ＝０」とすることによって、水素タンク３５０の切り換えが過剰に行われることを抑制することとしても良い。
【０１３９】
また、水素タンク３５０の温度および圧力の平準化と共に、水素タンク３５０の温度保証領域の範囲内で水素供給を行うこととしても良い。この場合には、温度保証領域の下限温度直前の温度で供給源タンクを切り換えた際に、下限温度を超えない程度にガスを供給可能なガス供給量を、水素タンク３５０の外気温度と、水素タンク３５０の温度とを考慮して算出し、この算出されたガス供給量を放出した後にガス供給を制限することとしても良い。
【０１４０】
Ｂ−（６）．その他の実施形態：
第２の実施例と、その変形例のガス供給源特定処理（図１１および図１５）を組み合わせた処理を行っても良い。つまり、現用タンクの切り換えに、水素タンクの温度Ｔによる判断（図１１のステップＳ３３２）と、圧力変化ｄＰによる判断（図１５のステップＳ３３２Ａ）とを併用してもよい。この場合、例えば、いずれか一方の条件が満足された場合に、現用タンクの切り換えを行うべきと判断する方法を採ることができる。こうすることにより、切り換えに関する誤判断の可能性を抑制することができる。
【０１４１】
以上、本発明の第２の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、本発明は、車両に搭載した燃料電池のみならず、定置型の燃料電池にガスを供給するシステムとして構成することも可能である。また、本発明は、水素に限らず、複数の高圧タンクから種々のガスを減圧して供給するガス供給装置に適用可能である。実施例および変形例では、水素タンク３５０を一つずつ供給源として選択する場合を例示したが、複数の水素タンク３５０を選択することを許容してもよい。
【０１４２】
また、本実施例では、ヒータ５２によって水素タンク３５０を加熱することとしたが、燃料電池２０やインバータ３１などの発熱体の廃熱を利用して水素タンク３５０を加熱することとしても良い。さらに、各水素タンク３５０の表面と、発熱体との間で冷却水を循環させることによって、各水素タンク３５０と発熱体との間で熱交換を行うことしても良い。また、例えば、各水素タンク３５０の間で冷却水を循環させることによって、各水素タンク３５０の間で熱交換を行うこととしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
この発明は、タンクに貯蔵されたガスを外部に供給するガス供給装置に適用可能である。また、水素を取り扱うガス供給装置に利用するばかりではなく、酸素や窒素，空気など種々のガスを取り扱うガス供給装置においても利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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