(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
それぞれが前記燃料ガスを貯蔵するメインタンク及びサブタンクから構成され、前記サブタンクの容量は、前記メインタンク及び前記サブタンクの総容量の３０％以下の容量である燃料ガスタンク群と、
前記メインタンク及び前記サブタンクが並列に接続されると共に、前記メインタンク及び前記サブタンクからの前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給経路と、
前記メインタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第１開閉弁と、
前記サブタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第２開閉弁と、
前記第２開閉弁よりも前記燃料電池側において前記供給経路に設けられて前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁の開状態及び閉状態を制御する開閉弁制御装置と
を含む燃料電池システムの検査方法であって、
前記第２開閉弁の固着を検出する固着検出装置を設け、
前記固着検出装置は、前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する両開閉弁開状態の後、前記開閉弁制御装置からのオフ信号に応じて前記第１開閉弁が閉じ且つ前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する第２開閉弁開状態における前記圧力センサの検出値の変化によって前記第２開閉弁の固着を検出する
ことを特徴とする検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法において、
前記燃料電池システムは、前記両開閉弁開状態の間、前記燃料電池の内部に残留している前記燃料ガス及び水を廃棄する
ことを特徴とする検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検査方法において、
前記供給経路は、
前記第１開閉弁に接続されるメインタンク側分岐路と、
前記第２開閉弁に接続されるサブタンク側分岐路と、
前記メインタンク側分岐路及び前記サブタンク側分岐路の合流点から前記燃料電池側に延在する合流経路と
を有し、
前記メインタンク及び前記サブタンクの少なくとも一方から供給される前記燃料ガスの圧力を減圧して前記燃料電池側に供給するレギュレータが前記合流経路上に設けられ、
前記圧力センサは、前記メインタンク側分岐路及び前記サブタンク側分岐路の合流点と前記レギュレータの間に配置される
ことを特徴とする検査方法。
【請求項４】
燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
それぞれが前記燃料ガスを貯蔵するメインタンク及びサブタンクから構成され、前記サブタンクの容量は、前記メインタンク及び前記サブタンクの総容量の３０％以下の容量である燃料ガスタンク群と、
前記メインタンク及び前記サブタンクが並列に接続されると共に、前記メインタンク及び前記サブタンクからの前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給経路と、
前記メインタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第１開閉弁と、
前記サブタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第２開閉弁と、
前記第２開閉弁よりも前記燃料電池側において前記供給経路に設けられて前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと
を備える燃料電池システムであって、
開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する両開閉弁開状態の後、前記開閉弁制御装置からのオフ信号に応じて前記第１開閉弁が閉じ且つ前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する第２開閉弁開状態における前記圧力センサの検出値の変化によって前記第２開閉弁の固着を検出する固着検出装置をさらに備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを貯蔵するメインタンク及びサブタンクを備え、サブタンク用開閉弁の固着を検出可能な燃料電池システムの検査方法及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、起動時に供給開閉弁の故障診断を速やかに行うことができる供給開閉弁の故障診断システムを提供することを目的としている（［０００４］、要約）。当該目的を達成するため、特許文献１（［０００５］、要約）では、燃料ガスタンク２から燃料電池１へと燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管３に第一開閉弁８及び第二開閉弁９を設ける。また、第一、第二開閉弁８、９間には、燃料ガスの圧力を検出する第一圧力センサ６を備える。さらに、停止時に第一開閉弁８、第二開閉弁９の順番で閉じる停止時開閉弁操作部と、停止時の第一圧力センサ６の出力を記憶する停止時記憶処理部と、停止時と運転再開時の第一圧力センサ６の出力を比較して第一、第二開閉弁８、９の故障を判断する故障診断部とを備える。
【０００３】
特許文献１（［０００６］）では、作用及び効果として下記のように説明されている。すなわち、燃料電池停止時に燃料供給配管中の圧力を測定し、燃料電池再開時に燃料電池停止時の圧力と運転再開時の圧力とを比較し、その比較結果から第一開閉弁８及び第二開閉弁９の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する。これにより、燃料電池に燃料ガスを供給することなく故障を検知することができる。また、故障診断のために走行や運転開始を待つ必要がない。これにより、起動時に第一開閉弁及び第二開閉弁の故障診断を速やかに行うことができる。
【０００４】
特許文献２には、燃料電池ＦＣに供給する反応ガス（燃料ガス）を貯蔵する第１タンク１０及び第２タンク２０を備える構成が開示されている（特許文献２の図２、図３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０９５４２５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１４３２６２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、単一の燃料ガスタンク２を設ける構成における２つの開閉弁８、９の故障を検出する構成となっており、特許文献２のように複数の燃料ガスタンクを備える構成について特段の検討は行われていない。
【０００７】
複数の燃料ガスタンクを、例えば、容量の大きいメインタンクと、容量の小さいサブタンクとで構成した場合、航続距離を確保しながら乗車空間への影響を最小限にする観点から有利な場合がある。しかしながら、燃料電池車両では、燃料電池車両における使用負荷（エアコンディショナ、シートヒータ、デフロスタ等）により燃費が３０％程度ぶれることがある。特にサブタンクの容量がメインタンク及びサブタンクの総容量の３０％以下であった場合には、燃費のぶれが使用負荷の変化によるものなのか、又はサブタンク用の開閉弁が機能していないためなのかの特定が難しい。
【０００８】
ここで、サブタンク用の開閉弁が機能しているか否かを判定するための専用センサ（例えばサブタンク内の圧力センサ）を設けること等も考えられるが、車体重量増による燃費低下又はコスト増加につながってしまう。当該課題は、燃料電池車両以外に用いられる燃料電池システムにも該当する。
【０００９】
特許文献１及び特許文献２では、このようなサブタンク特有の課題について何ら検討されていない。
【００１０】
本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、燃料ガスを貯蔵する複数のタンク（特にサブタンク）において開閉弁の故障又は固着を検出することが可能な燃料電池システムの検査方法及び燃料電池システム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】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムの検査方法は、
燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
それぞれが前記燃料ガスを貯蔵するメインタンク及びサブタンクから構成され、前記サブタンクの容量は、前記メインタンク及び前記サブタンクの総容量の３０％以下の容量である燃料ガスタンク群と、
前記メインタンク及び前記サブタンクが並列に接続されると共に、前記メインタンク及び前記サブタンクからの前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給経路と、
前記メインタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第１開閉弁と、
前記サブタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第２開閉弁と、
前記第２開閉弁よりも前記燃料電池側において前記供給経路に設けられて前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁の開状態及び閉状態を制御する開閉弁制御装置と
を含む燃料電池システムの検査方法であって、
前記第２開閉弁の固着を検出する固着検出装置を設け、
前記固着検出装置は、前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する両開閉弁開状態の後、前記開閉弁制御装置からのオフ信号に応じて前記第１開閉弁が閉じ且つ前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する第２開閉弁開状態における前記圧力センサの検出値の変化によって前記第２開閉弁の固着を検出する
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、両開閉弁開状態後の第２開閉弁開状態における圧力センサの検出値の変化によって第２開閉弁の固着を検出する。また、圧力センサは、サブタンク用の第２開閉弁よりも燃料電池側に設けられる。このため、例えば、メインタンク及びサブタンク両方からの供給圧力（合計圧力）を検出する圧力センサの検出値を、サブタンク用第２開閉弁における固着の検出にも利用可能となる。従って、例えば、サブタンク内の圧力を検出する別の圧力センサを省略することが可能となり、車体重量増による燃費低下又はコスト増加を防止することが可能となる。
【００１３】
さらに、前記別の圧力センサを省略した燃料電池システムにおいて第２開閉弁の固着がないことを検査する際には、外部診断機等を用いて外部から固着検出装置を作動させることで（又は外部診断機自体を固着検出装置とすることで）検査を終えることが可能となる。このため、例えば、燃料電池システムへの取付け前に第２開閉弁の固着確認をする工程を省略し、比較的短時間で検査を終えることが可能となる。
【００１４】
さらにまた、両開閉弁開状態後の第２開閉弁開状態における圧力減少速度に基づいて第２開閉弁の固着を判定するため、仮に負荷が大きい場合でも、圧力の減少速度が正常時且つ高負荷時の圧力の場合よりも大きくなれば、第２開閉弁の固着を判定できるようになる。
【００１５】
或いは、前記別のセンサを燃料電池システムに設ける場合であっても、第２開閉弁の固着を二重に判定することが可能となり、フェールセーフの点で優れた構成を実現することができる。
【００１６】
前記燃料電池システムは、前記両開閉弁開状態の間、前記燃料電池の内部に残留している前記燃料ガス及び水を廃棄してもよい。これにより、残留している燃料ガス及び水が減少した状態において、第２開閉弁開状態における圧力センサの検出値の変化によって第２開閉弁の固着の発生を判定する。このため、第２開閉弁開状態においてサブタンクから供給される燃料ガスの消費が促進され、短時間で正確な判定が可能となる。
【００１７】
前記供給経路は、
前記第１開閉弁に接続されるメインタンク側分岐路と、
前記第２開閉弁に接続されるサブタンク側分岐路と、
前記メインタンク側分岐路及び前記サブタンク側分岐路の合流点から前記燃料電池側に延在する合流経路と
を有してもよい。
【００１８】
また、前記メインタンク及び前記サブタンクの少なくとも一方から供給される前記燃料ガスの圧力を減圧して前記燃料電池側に供給するレギュレータが前記合流経路上に設けられてもよい。さらに、前記圧力センサは、前記メインタンク側分岐路及び前記サブタンク側分岐路の合流点と前記レギュレータの間に配置されてもよい。
【００１９】
これにより、レギュレータによる減圧前の燃料ガスの圧力（圧力センサの検出値）の変化によって第２開閉弁の固着を検出することができる。このため、両開閉弁開状態の後の第２開閉弁開状態においてレギュレータが作動していても、減圧前の圧力を用いることで、第２開閉弁の固着の有無を迅速に判定することが可能となる。
【００２０】
本発明に係る燃料電池システムは、
燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
それぞれが前記燃料ガスを貯蔵するメインタンク及びサブタンクから構成され、前記サブタンクの容量は、前記メインタンク及び前記サブタンクの総容量の３０％以下の容量である燃料ガスタンク群と、
前記メインタンク及び前記サブタンクが並列に接続されると共に、前記メインタンク及び前記サブタンクからの前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給経路と、
前記メインタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第１開閉弁と、
前記サブタンクからの前記燃料ガスの供給及び遮断を行う第２開閉弁と、
前記第２開閉弁よりも前記燃料電池側において前記供給経路に設けられて前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと
を備えるものであって、
開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する両開閉弁開状態の後、前記開閉弁制御装置からのオフ信号に応じて前記第１開閉弁が閉じ且つ前記開閉弁制御装置からのオン信号に応じて前記第２開閉弁が開いて前記燃料電池が発電する第２開閉弁開状態における前記圧力センサの検出値の変化によって前記第２開閉弁の固着を検出する固着検出装置をさらに備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料ガスを貯蔵する複数のタンク（特にサブタンク）において開閉弁の故障又は固着を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略全体構成図である。
【図２】前記実施形態の電磁弁固着検出制御の検出原理を説明するための図である。
【図３】前記実施形態の前記電磁弁固着検出制御のフローチャートである。
【図４】前記実施形態の前記電磁弁固着検出制御におけるタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．一実施形態
＜Ａ−１．構成＞
［Ａ−１−１．全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０（以下「ＦＣシステム１０」という。）の概略全体構成図である。図１に示すように、ＦＣシステム１０は、燃料電池ユニット１４（以下「ＦＣユニット１４」ともいう。）を備える燃料電池車両１２（以下「ＦＣ車両１２」又は「車両１２」という。）と、外部診断機１６とを有する。ＦＣ車両１２は、燃料電池ユニット１４に加え、走行モータ、高電圧バッテリ（いずれも図示せず）、表示部１８、表示電子制御装置２０（以下「表示ＥＣＵ２０」という。）等を有する。
【００２４】
ＦＣユニット１４は、燃料電池スタック３０（以下「ＦＣスタック３０」、「燃料電池３０」又は「ＦＣ３０」という。）と、アノード系３２と、カソード系（図示せず）と、ＦＣ電子制御装置３４（以下「ＦＣ  ＥＣＵ３４」又は「ＥＣＵ３４」という。）とを備える。アノード系３２は、ＦＣスタック３０のアノードに対して燃料ガス（水素）を供給する。カソード系は、ＦＣスタック３０のカソードに対して酸素を含む酸化剤ガス（空気）を供給する。ＦＣ  ＥＣＵ３４は、ＦＣユニット１４全体を制御する。
【００２５】
［Ａ−１−２．ＦＣスタック３０］
ＦＣスタック３０は、アノード系３２から供給される燃料ガス（水素）と、カソード系から供給される酸化剤ガス（空気）とを用いて発電を行う。例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル（以下「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有する。
【００２６】
［Ａ−１−３．アノード系３２］
（Ａ−１−３−１．アノード系３２の概要）
上記のように、アノード系３２は、ＦＣスタック３０のアノードに対して燃料ガス（水素）を供給する。アノード系３２は、燃料ガスタンク群４０、第１電磁弁４２、第２電磁弁４４、供給経路４６、充填口４８、レギュレータ５０、遮断弁５２、インジェクタ５４、ガスポンプ５６（水素ポンプ）、パージ弁５８、キャッチタンク６０、ドレイン弁６２及び圧力センサ６４を有する。
【００２７】
燃料ガスタンク群４０から供給される燃料ガスは、供給経路４６を介してＦＣスタック３０に供給される。その際、燃料ガスは、レギュレータ５０により減圧された後、インジェクタ５４のノズルによりＦＣスタック３０側に噴射される。ＦＣスタック３０から排出された残留燃料ガスは、ガスポンプ５６を介してインジェクタ５４に戻される。
【００２８】
ＦＣスタック３０による発電を停止する際等には、燃料ガスを排出するため、ＥＣＵ３４からの駆動信号（駆動信号Ｓ４）に基づいてパージ弁５８が開かれる。パージ弁５８を通過した燃料ガスは、図示しない希釈ボックスにおいて希釈化された後、車両１２の外部に放出される。また、ＦＣスタック３０による発電に伴って発生した水は、キャッチタンク６０に捕捉され、ＥＣＵ３４からの駆動信号（駆動信号Ｓ５）に基づいてドレイン弁６２が開かれた際に車両１２の外部に排出される。
【００２９】
車両１２の外部から燃料ガスタンク群４０に燃料ガスを充填する際は、ＥＣＵ３４からの駆動信号（駆動信号Ｓ３）に基づいて遮断弁５２を閉じた状態で、充填口４８から燃料ガスを充填する。
【００３０】
（Ａ−１−３−２．燃料ガスタンク群４０）
燃料ガスタンク群４０は、それぞれが燃料ガスを貯蔵するメインタンク８０及びサブタンク８２を有する。メインタンク８０の容量Ｌ１［ｍ3］とサブタンク８２の容量Ｌ２を足した容量をＦＣシステム１０の総容量Ｌｔとするとき、メインタンク８０の容量Ｌ１は総容量Ｌｔの７０％を上回り、サブタンク８２の容量Ｌ２は総容量Ｌｔの３０％以下である。
【００３１】
（Ａ−１−３−３．第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４）
第１電磁弁４２（第１開閉弁）は、ＥＣＵ３４からの制御信号（駆動信号Ｓ１）に基づいてメインタンク８０からの燃料ガスの供給及び遮断を行う。本実施形態の第１電磁弁４２は、メインタンク８０の内部に配置されたインタンク電磁弁である。同様に、第２電磁弁４４（第２開閉弁）は、ＥＣＵ３４からの制御信号（駆動信号Ｓ２）に基づいてサブタンク８２からの燃料ガスの供給及び遮断を行う。本実施形態の第２電磁弁４４は、サブタンク８２の内部に配置されたインタンク電磁弁である。
【００３２】
（Ａ−１−３−４．供給経路４６）
供給経路４６は、メインタンク８０及びサブタンク８２からの燃料ガスを燃料電池３０に供給する。供給経路４６は、メインタンク側分岐路９０、サブタンク側分岐路９２、合流経路９４及び充填口分岐路９６を含む。メインタンク側分岐路９０は、第１電磁弁４２に接続され、サブタンク側分岐路９２は第２電磁弁４４に接続される。合流経路９４は、メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２の合流点１００から燃料電池３０側に延在する。充填口分岐路９６は、充填口４８と合流経路９４とを接続する。メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２を設けることで、メインタンク８０及びサブタンク８２は、供給経路４６に対して並列に接続される。
【００３３】
レギュレータ５０、遮断弁５２及び圧力センサ６４は、合流経路９４上に配置される。充填口４８は充填口分岐路９６を介して合流経路９４と接続される。
【００３４】
（Ａ−１−３−５．レギュレータ５０）
レギュレータ５０は、メインタンク８０及びサブタンク８２の少なくとも一方から供給される燃料ガスの圧力を所定値まで減圧して燃料電池３０側に供給する。すなわち、レギュレータ５０は、図示しない配管を介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の燃料ガスの圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、酸素濃度を変化させるべくカソード系のエアポンプ（図示せず）の回転数等を変化させると、アノード側の燃料ガスの圧力も変化する。
【００３５】
（Ａ−１−３−６．圧力センサ６４）
圧力センサ６４は、第２電磁弁４４よりも燃料電池３０側において供給経路４６に設けられて燃料ガスの圧力Ｐ（以下「検出値Ｐ」、「圧力検出値Ｐ」又は「アノード側圧力Ｐ」ともいう。）を検出してＥＣＵ３４に出力する。本実施形態において、圧力センサ６４は、メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２の合流点１００とレギュレータ５０の間に配置される。
【００３６】
本実施形態の圧力センサ６４の検出値Ｐは、車両１２の走行時におけるＦＣスタック３０の発電を制御する通常発電時、燃料ガスタンク群４０への燃料ガス充填時及び第２電磁弁４４の固着判定時においてＥＣＵ３４で用いられる。
【００３７】
具体的には、通常発電時の検出値Ｐは、メインタンク８０及びサブタンク８２における燃料ガスの総充填量Ｑｔの検出、ＦＣスタック３０の発電時における異常の検出等に用いられる。総充填量Ｑｔは、メインタンク８０における燃料ガスの充填量Ｑ１と、サブタンク８２における燃料ガスの充填量Ｑ２の合計値である。例えば、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４の両方が開状態且つ遮断弁５２が開状態においてＦＣスタック３０が発電している場合、メインタンク８０及びサブタンク８２の総充填量Ｑｔは、圧力検出値Ｐに比例することとなる。このため、検出値Ｐを用いることで、総充填量Ｑｔを検出することができる。
【００３８】
また、燃料ガス充填時の検出値Ｐは、メインタンク８０及びサブタンク８２における燃料ガスの総充填量Ｑｔの検出、供給経路４６における燃料ガスの漏れ検出等に用いられる。例えば、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４の両方が開状態且つ遮断弁５２が閉状態において充填口４８から燃料ガスが供給されている場合、メインタンク８０及びサブタンク８２の総充填量Ｑｔは、圧力検出値Ｐに比例することとなる。このため、検出値Ｐを用いることで、充填時の総充填量Ｑｔを検出することができる。
【００３９】
第２電磁弁４４の固着判定時の検出値Ｐについては、図３及び図４を参照して後述する。
【００４０】
［Ａ−１−４．ＦＣ  ＥＣＵ３４］
（Ａ−１−４−１．ＦＣ  ＥＣＵ３４の概要）
ＦＣ  ＥＣＵ３４（固着検出装置）は、ＦＣユニット１４全体を制御する。例えば、ＥＣＵ３４は、図示しない統合電子制御装置（統合ＥＣＵ）からのＦＣ出力指令に基づいてＦＣ３０の出力を制御する。また、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４の固着を検出する電磁弁固着検出制御（以下「固着検出制御」ともいう。）を実行する。固着検出制御については図３及び図４を参照して後述する。
【００４１】
図１に示すように、ＦＣ  ＥＣＵ３４は、入出力部１１０と、演算部１１２と、記憶部１１４とをハードウェアとして有する。入出力部１１０は、ＥＣＵ３４とその他の機器（例えば外部診断機１６、表示ＥＣＵ２０）との入出力を行う。外部診断機１６と通信する際は、通信線１１６及びコネクタ１１８を介して行う。演算部１１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）を含み、記憶部１１４に記憶されているプログラム及びデータを用いてＦＣユニット１４を制御する。例えば、ＥＣＵ３４は、各センサからの出力値に基づき、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４の開閉を制御する。記憶部１１４は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを備え、演算部１１２で用いる各種のプログラム及びデータを記憶する。
【００４２】
（Ａ−１−４−２．演算部１１２の詳細）
演算部１１２は、充填量算出部１３０と、弁制御部１３２（開閉弁制御装置）と、ポンプ制御部１３４と、電磁弁固着検出部１３６とを備える。
【００４３】
充填量算出部１３０は、圧力センサ６４の検出値Ｐに基づいてメインタンク８０及びサブタンク８２の総充填量Ｑｔを算出する。弁制御部１３２は、第１電磁弁４２、第２電磁弁４４、遮断弁５２、パージ弁５８及びドレイン弁６２の開閉を制御する。ポンプ制御部１３４は、ガスポンプ５６の出力を制御する。電磁弁固着検出部１３６は、電磁弁固着検出制御（図３及び図４）を実行する。
【００４４】
［Ａ−１−５．表示部１８及び表示ＥＣＵ２０］
表示部１８は、表示ＥＣＵ２０からの指令に基づいて所定の表示を行う。本実施形態における所定の表示としては、第２電磁弁４４における固着の有無に関する情報と、燃料ガスタンク群４０の総充填量Ｑｔに関する情報とを含む。車両１２の燃費に関する情報を含んでもよい。表示部１８として、例えば、メータ表示部、ナビゲーション装置用モニタ又はヘッドアップディスプレイを用いることができる。表示ＥＣＵ２０は、ＦＣ  ＥＣＵ３４からの指令に基づいて表示部１８に所定の表示を行わせる。
【００４５】
［Ａ−１−６．外部診断機１６］
外部診断機１６は、ＥＣＵ３４に対して固着検出制御の実行を指令し、ＥＣＵ３４から実行結果を受信する。図１に示すように、外部診断機１６は、入出力部１５０と、演算部１５２と、記憶部１５４と、表示部１５６とをハードウェアとして有する。
【００４６】
入出力部１５０は、外部診断機１６と車載機器（例えばＦＣ  ＥＣＵ３４）との入出力を行う。車載機器と通信する際は、通信線１５８及びコネクタ１６０を介して行う。演算部１５２は、中央演算装置（ＣＰＵ）を含み、記憶部１５４に記憶されているプログラム及びデータを用いて外部診断機１６を制御する。例えば、演算部１５２は、入出力部１５０を介しての作業者からの操作入力に基づき、ＦＣ  ＥＣＵ３４に対して固着検出制御を指令する。記憶部１５４は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを備え、演算部１５２で用いる各種のプログラム及びデータを記憶する。
【００４７】
＜Ａ−２．固着検出制御＞
［Ａ−２−１．電磁弁固着検出制御の検出原理］
図２は、本実施形態の電磁弁固着検出制御の検出原理を説明するための図である。図２の縦軸では、燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃ（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」ともいう。）［Ａ］と、圧力センサ６４が検出したアノード側圧力Ｐとが示されている。図２の横軸は時間である。
【００４８】
図２では、圧力ＰとしてＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が示されている。圧力Ｐ１は、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４が正常であり且つ補機の負荷が小さい場合の圧力Ｐ１の一例である。圧力Ｐ２は、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４が正常であり且つ補機の負荷が大きい場合の圧力Ｐの一例である。圧力Ｐ３は、第１電磁弁４２が固着している場合の圧力Ｐの一例である。圧力Ｐ４は、第２電磁弁４４が固着している場合の圧力Ｐの一例である。図２では、時点ｔ２において、車両１２の走行を開始する。
【００４９】
図２では、時点ｔ１から時点ｔ３までの間、低負荷であるため、ＦＣ電流Ｉｆｃは小さい。時点ｔ３以降は、高負荷となるため、ＦＣ電流Ｉｆｃが大きくなる。
【００５０】
上記のように、メインタンク８０の容量Ｌ１は総容量Ｌｔの７０％を上回り、サブタンク８２の容量Ｌ２は総容量Ｌｔの３０％以下である。また、本実施形態において、ＦＣ  ＥＣＵ３４は、圧力センサ６４が検出した圧力Ｐに基づいて燃料ガスの残量（総充填量Ｑｔ）を判定する。
【００５１】
固着検出制御では、第１電磁弁４２、第２電磁弁４４及び遮断弁５２を開いた状態（以下「両電磁弁開状態」ともいう。）で、メインタンク８０及びサブタンク８２の両方から燃料電池３０に燃料ガスを供給して燃料電池３０を発電させる。この際、圧力センサ６４の検出値は、メインタンク８０及びサブタンク８２の両方からの燃料ガスの圧力Ｐを示す。
【００５２】
その後、第１電磁弁４２を閉じ且つ第２電磁弁４４及び遮断弁５２を開いた状態（以下「第２電磁弁開状態」ともいう。）で、サブタンク８２のみから燃料電池３０に燃料ガスを供給して燃料電池３０を発電させる。この際、圧力センサ６４の検出値は、サブタンク８２のみからの燃料ガスの圧力Ｐを示す。
【００５３】
ＥＣＵ３４が第２電磁弁開状態を指令しているにもかかわらず、第２電磁弁４４が固着している場合、供給経路４６にはメインタンク８０及びサブタンク８２のいずれからも燃料ガスが供給されない。この場合、両電磁弁開状態においてメインタンク８０から供給された燃料ガスが供給経路４６に残存するのみである。この状態で燃料電池３０が発電すると、供給経路４６の燃料ガスは急激に減少し、これに伴って圧力Ｐも急激に低下する。このため、圧力減少速度ΔＰ［Ｐａ／ｓｅｃ］に基づいて第２電磁弁４４の固着を検出することが可能となる。
【００５４】
上記のように、サブタンク８２の容量Ｌ２は総容量Ｌｔの３０％以下であるため、サブタンク８２用の第２電磁弁４４が固着した場合の圧力Ｐ４は、第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４が正常である場合の圧力Ｐ１、Ｐ２の間に位置してしまう。このため、単純に圧力減少速度ΔＰに基づいて第２電磁弁４４の固着を判定しようとしても、補機の負荷が大きい場合と区別ができない場合が生じ得る。そこで、本実施形態では、電磁弁固着検出制御を用いることで、仮に補機の負荷が大きい場合でも、第２電磁弁４４の固着を判定できるようになる。
【００５５】
［Ａ−２−２．電磁弁固着検出制御の具体的内容］
図３は、本実施形態の電磁弁固着検出制御のフローチャートである。図４は、本実施形態の電磁弁固着検出制御におけるタイムチャートである。固着検出制御は、外部診断機１６が車両１２に接続された状態において、外部診断機１６からの指令に基づいてＥＣＵ３４が実行する。或いは、車両１２の走行中又は停車中における所定のタイミングにおいて、ＥＣＵ３４が実行してもよい。
【００５６】
図４の縦軸は、アノード側圧力Ｐと、第１電磁弁４２への駆動信号Ｓ１と、第２電磁弁４４への駆動信号Ｓ２と、遮断弁５２への駆動信号Ｓ３と、パージ弁５８への駆動信号Ｓ４と、ドレイン弁６２への駆動信号Ｓ５とが示されている。また、図４の圧力Ｐに関し、実線の圧力Ｐは正常状態（第２電磁弁４４の固着が発生していない状態）を示し、破線の圧力Ｐは異常状態（第２電磁弁４４の固着が発生している状態）を示す。
【００５７】
図４において、時点ｔ１１からｔ１２までは固着検出制御の開始前の状態である。例えば、車両１２の図示しない始動スイッチ（イグニションスイッチ）がオフからオンにされ、外部診断機１６が接続されて固着検出制御の開始が指令される。時点ｔ１２において固着検出制御が開始され、時点ｔ１５まで続く。
【００５８】
図３のステップＳ１１において、ＦＣ  ＥＣＵ３４は、両電磁弁開状態へ移行する（図４の時点ｔ１２）。これに伴い、ＥＣＵ３４は、第１電磁弁４２、第２電磁弁４４及び遮断弁５２それぞれに駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（オン信号）を送信して、第１電磁弁４２、第２電磁弁４４及び遮断弁５２を開く。これにより、メインタンク８０及びサブタンク８２の両方から燃料電池３０に対して燃料ガスが供給される。これに併せて、ＥＣＵ３４は、カソード系のウォータポンプ（図示せず）にも駆動信号（オン信号）を出力する。これにより、ウォータポンプを作動させてＦＣ３０のカソード側に酸化剤ガスを送り込む。その結果、燃料電池３０は、発電を開始する。
【００５９】
ステップＳ１２において、ＦＣ  ＥＣＵ３４は、アノード側に残留している燃料ガス及び水を廃棄する。具体的には、ＥＣＵ３４は、パージ弁５８及びドレイン弁６２それぞれに駆動信号Ｓ４、Ｓ５（オン信号）を送信して、パージ弁５８及びドレイン弁６２を開く（図４の時点ｔ１３）。これにより、残留している燃料ガスがパージ弁５８から放出されると共に、残留している水がドレイン弁６２から放出される。
【００６０】
ステップＳ１３において、ＦＣ  ＥＣＵ３４は、残留している燃料ガス及び水の廃棄を終了して第２電磁弁開状態へ移行する（図４の時点ｔ１４）。これに伴い、ＥＣＵ３４は、第１電磁弁４２、パージ弁５８及びドレイン弁６２への駆動信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５の送信を停止して、第１電磁弁４２、パージ弁５８及びドレイン弁６２を閉じる。この際、第２電磁弁４４及び遮断弁５２への駆動信号Ｓ２、Ｓ３の送信は継続される（ウォータポンプへの駆動信号も継続される）。これにより、メインタンク８０からの燃料ガスの供給を停止し、サブタンク８２のみから燃料電池３０に対して燃料ガスが供給される。このため、燃料電池３０は、発電を継続する。
【００６１】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ３４は、圧力減少速度ΔＰが大きいか否かを判定する。具体的には、減少速度ΔＰの絶対値｜ΔＰ｜が減少速度閾値ＴＨΔＰを上回るか否かを判定する。減少速度閾値ＴＨΔＰは、第２電磁弁４４の固着を判定するための閾値である。
【００６２】
圧力Ｐの減少速度ΔＰが大きい場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４に固着が発生したと判定する。この場合、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４に固着が発生した旨を外部診断機１６に通知する。当該通知を受けた外部診断機１６は、その旨を表示部１５６に表示する。或いは、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４に固着が発生した旨を、表示ＥＣＵ２０を介して表示部１８に表示させてもよい。
【００６３】
圧力Ｐの減少速度ΔＰが大きくない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１６において、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４に固着は発生しておらず、第２電磁弁４４は正常であると判定する。この場合、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４が正常である旨を外部診断機１６に通知する。当該通知を受けた外部診断機１６は、その旨を表示部１５６に表示する。或いは、ＥＣＵ３４は、第２電磁弁４４が正常である旨を、表示ＥＣＵ２０を介して表示部１８に表示させてもよい。或いは、車両１２の通常走行中に電磁弁固着検出制御を行っている場合、特段の表示を行わないことも可能である。
【００６４】
図４の例の場合、ＥＣＵ３４は、その後、両電磁弁開状態に再度移行し、燃料電池３０は通常発電を行う（図４の時点ｔ１５）。
【００６５】
＜Ａ−３．本実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、両電磁弁開状態（両開閉弁開状態）後の第２電磁弁開状態（第２開閉弁開状態）における圧力センサ６４の検出値Ｐの変化によって第２電磁弁４４の固着を検出する（図３及び図４）。また、圧力センサ６４は、サブタンク８２用の第２電磁弁４４よりも燃料電池３０側に設けられる（図１）。このため、例えば、メインタンク８０及びサブタンク８２両方からの供給圧力（合計圧力）を検出する圧力センサ６４の検出値Ｐを、サブタンク８２用第２電磁弁４４における固着の検出にも利用可能となる。従って、例えば、サブタンク８２内の圧力を検出する別の圧力センサを省略することが可能となり、車体重量増による燃費低下又はコスト増加を防止することが可能となる。
【００６６】
さらに、前記別の圧力センサを省略したＦＣシステム１０において第２電磁弁４４の固着がないことを検査する際には、外部診断機１６等を用いて外部からＦＣ  ＥＣＵ３４（固着検出装置）を作動させることで検査を終えることが可能となる。このため、例えば、ＦＣシステム１０への取付け前に第２電磁弁４４の固着確認をする工程を省略することが可能となるため、比較的短時間で検査を終えることが可能となる。
【００６７】
さらにまた、両電磁弁開状態後の第２電磁弁開状態における圧力減少速度ΔＰに基づいて第２電磁弁４４の固着を判定するため、仮に補機の負荷が大きい場合（図２の圧力Ｐ２に対応する負荷の場合）でも、圧力Ｐの減少速度ΔＰが正常時且つ高負荷時の圧力Ｐ２の場合よりも大きくなれば、第２電磁弁４４の固着を判定できるようになる。
【００６８】
或いは、前記別のセンサをＦＣシステム１０に設ける場合であっても、第２電磁弁４４の固着を二重に判定することが可能となり、フェールセーフの点で優れた構成を実現することができる。
【００６９】
本実施形態において、ＦＣユニット１４は、両電磁弁開状態の間、燃料電池３０の内部に残留している燃料ガス及び水を廃棄する（図３のＳ１２、図４のｔ１３〜ｔ１４）。これにより、残留している燃料ガス及び水が減少した状態において、第２電磁弁開状態における圧力センサ６４の検出値Ｐの変化によって第２電磁弁４４の固着の発生を判定する。このため、第２電磁弁開状態においてサブタンク８２から供給される燃料ガスの消費が促進され、短時間で正確な判定が可能となる。
【００７０】
本実施形態において、供給経路４６は、
第１電磁弁４２に接続されるメインタンク側分岐路９０と、
第２電磁弁４４に接続されるサブタンク側分岐路９２と、
メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２の合流点１００から燃料電池３０側に延在する合流経路９４と
を有する（図１）。
【００７１】
また、メインタンク８０及びサブタンク８２の少なくとも一方から供給される燃料ガスの圧力Ｐを減圧して燃料電池３０側に供給するレギュレータ５０が合流経路９４上に設けられる（図１）。さらに、圧力センサ６４は、メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２の合流点１００とレギュレータ５０の間に配置される（図１）。
【００７２】
これにより、レギュレータ５０による減圧前の燃料ガスの圧力Ｐ（圧力センサ６４の検出値Ｐ）の変化によって第２電磁弁４４の固着を検出することができる。このため、両電磁弁開状態の後の第２電磁弁開状態においてレギュレータ５０が作動していても、減圧前の圧力Ｐを用いることで、第２電磁弁４４の固着の有無を迅速に判定することが可能となる。
【００７３】
Ｂ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
【００７４】
＜Ｂ−１．搭載対象＞
上記実施形態では、ＦＣシステム１０をＦＣ車両１２に適用したが、これに限らず、例えば、少なくとも２つの燃料ガスタンク（メインタンク８０及びサブタンク８２の組み合わせ等）を備える別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１０を船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。
【００７５】
＜Ｂ−２．ＦＣシステム１０の構成＞
［Ｂ−２−１．第１電磁弁４２及び第２電磁弁４４］
上記実施形態では、第１電磁弁４２をインタンク電磁弁とした（図１）。しかしながら、例えば、メインタンク８０からの燃料ガスの供給及び遮断を行う観点からすれば、これに限らない。例えば、第１電磁弁４２をメインタンク側分岐路９０に設けることも可能である。同様に、例えば、第２電磁弁４４をサブタンク側分岐路９２に設けることも可能である。
【００７６】
［Ｂ−２−２．圧力センサ６４］
上記実施形態では、メインタンク側分岐路９０及びサブタンク側分岐路９２の合流点１００から燃料電池３０側に延在する合流経路９４に圧力センサ６４を配置した（図１）。しかしながら、例えば、メインタンク８０及びサブタンク８２からの燃料ガスの圧力Ｐを検出する観点からすれば、これに限らない。換言すると、サブタンク８２を基準として第２電磁弁４４よりも燃料電池３０側であれば、これに限らない。例えば、メインタンク側分岐路９０又はサブタンク側分岐路９２に圧力センサ６４を設けてもよい。
【００７７】
上記実施形態では、合流点１００とレギュレータ５０の間に圧力センサ６４を配置した（図１）。しかしながら、例えば、メインタンク８０及びサブタンク８２からの燃料ガスの圧力Ｐを検出する観点からすれば、これに限らない。換言すると、サブタンク８２を基準として第２電磁弁４４よりも燃料電池３０側であれば、これに限らない。例えば、レギュレータ５０よりも燃料電池３０側に圧力センサ６４を設けることも可能である。
【００７８】
＜Ｂ−３．固着検出制御＞
上記実施形態では、合流経路９４に設けた圧力センサ６４の検出値Ｐのみを用いて第２電磁弁４４の固着を検出した（図３及び図４）。しかしながら、例えば、フェールセーフの観点からすれば、これに限らない。第２電磁弁４４よりもサブタンク８２側（サブタンク８２内を含む。）に別の圧力センサ（第２圧力センサ）を設け、圧力センサ６４に加え当該第２圧力センサの検出値も用いて第２電磁弁４４の固着を検出してもよい。
【００７９】
上記実施形態では、固着検出制御の実行主体は、ＦＣ  ＥＣＵ３４であった（図１及び図３）。しかしながら、第２電磁弁４４の固着を検出する観点からすれば、これに限らない。例えば、ＦＣ  ＥＣＵ３４の代わりに又はこれに加えて、固着検出制御の実行主体を外部診断機１６としてもよい。
【００８０】
上記実施形態の固着検出制御では、両電磁弁開状態において、残留している燃料ガス及び水を廃棄した（図３のＳ１２、図４のｔ１３〜ｔ１４）。しかしながら、例えば、両電磁弁開状態の後に第２電磁弁開状態に移行することで第２電磁弁４４の固着を検出する観点からすれば、これに限らない。例えば、両電磁弁開状態において、残留している燃料ガス及び水の少なくとも一方の廃棄を行わないことも可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１２…燃料電池システム                  ３０…燃料電池
３４…ＦＣ  ＥＣＵ（固着検出装置）      ４０…燃料ガスタンク群
４６…供給経路                          ４２…第１電磁弁（第１開閉弁）
４４…第２電磁弁（第２開閉弁）          ５０…レギュレータ
６４…圧力センサ                        ８０…メインタンク
８２…サブタンク                        ９０…メインタンク側分岐路
９２…サブタンク側分岐路                ９４…合流経路
１００…合流点                          １３２…弁制御部（開閉弁制御装置）
Ｌ１…メインタンクの容量                Ｌ２…サブタンクの容量
Ｌｔ…総容量                            Ｐ…圧力センサの検出値
【図１】
0006313352.tif 000002
【図２】
0006313352.tif 000003
【図３】
0006313352.tif 000004
【図４】
0006313352.tif 000005