(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタンクと、
前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、
前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、
前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記複数の開閉弁の開放又は閉塞を指示する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示した状態で、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の前記開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定部を有し、
前記制御部は、前記複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁を開放し、他の開閉弁を閉塞することを順に繰り返す制御を行い、
前記判定部は、前記制御における圧力の変化に基づき前記１つの開閉弁が故障しているか否かを判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記制御の開始時に前記複数の開閉弁の開放を指示し、前記圧力センサが検出する圧力が所定値に至った後に、前記１つの開閉弁の開放と、前記他の開閉弁の閉塞とを指示する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記判定部は、前記所定値よりも低い圧力閾値を有し、前記制御時に、前記圧力が前記圧力閾値よりも低下したことに基づき前記１つの開閉弁の故障を判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
複数のタンクと、
前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、
前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、
前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記複数の開閉弁の開放又は閉塞を指示する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示した状態で、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の前記開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定部を有し、
前記判定部は、いずれかの開閉弁の故障を判定した段階で、他の開閉弁の故障の判定を行わない
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池システムにおいて、
前記判定部は、前記複数のタンクのうちの容積の大きいものに接続されている前記開閉弁から故障判定を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記判定部がいずれかの開閉弁の故障を判定した場合に、故障していない開閉弁を開放して前記燃料電池に前記反応ガスを供給する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
複数のタンクと、
前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、
前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、
前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備え、
前記複数の開閉弁の故障を判定する燃料電池システムの故障判定方法であって、
制御部により、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示する指示ステップと、
前記制御部の判定部により、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定ステップと、を有し、
前記指示ステップでは、前記複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁を開放し、他の開閉弁を閉塞することを順に繰り返す制御を行い、
前記判定ステップでは、前記制御における圧力の変化に基づき前記１つの開閉弁が故障しているか否かを判定する
ことを特徴とする燃料電池システムの故障判定方法。
【請求項８】
複数のタンクと、
前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、
前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、
前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備え、
前記複数の開閉弁の故障を判定する燃料電池システムの故障判定方法であって、
制御部により、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示する指示ステップと、
前記制御部の判定部により、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定ステップと、を有し、
前記判定ステップでは、前記判定部がいずれかの開閉弁の故障を判定した段階で、他の開閉弁の故障の判定を行わない
ことを特徴とする燃料電池システムの故障判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のタンクに各々接続される開閉弁の故障を判定する燃料電池システム及び燃料電池システムの故障判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車の燃料電池システムは、水素ガスの積載量の向上と、車体内等の限られたスペースへの設置とを実現するため、水素ガスを貯留するタンクが複数設けられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の燃料電池システムでは、制御の簡単化のため、複数のタンクに各々接続される開閉弁を同時に開いて水素ガスを流出させ、流路部の途上で水素ガスを合流させて燃料電池に供給している。また、燃料電池システムは、圧力センサにより水素ガスの圧力を検出して、水素ガスの残容量や航続距離を算出している。特に、特許文献１に開示の燃料電池システムは、水素ガスの合流箇所の下流側に１つの圧力センサを設けることで、低コスト化や軽量化、水素漏れの低減等を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５３６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の燃料電池システムでは、複数の開閉弁のうちいずれかに故障が生じる可能性がある。例えば、複数の開閉弁のうちいずれか１つに閉故障が生じた場合には、燃料電池への水素ガスの供給量が通常よりも早く低下する。これにより、燃料電池システムは、水素ガスの圧力に基づき航続距離を実際よりも長く算出し、しかも航続距離の減りが早くなることでユーザに違和感を与えてしまう。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、複数の開閉弁のいずれかに故障があるか否かを簡単且つ精度よく判定することで、システムの利便性を向上可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの故障判定方法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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、複数のタンクと、前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記複数の開閉弁の開放又は閉塞を指示する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示した状態で、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の前記開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定部を有し、前記制御部は、前記複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁を開放し、他の開閉弁を閉塞することを順に繰り返す制御を行い、前記判定部は、前記制御における圧力の変化に基づき前記１つの開閉弁が故障しているか否かを判定することを特徴とする。
【０００８】
上記によれば、燃料電池システムは、複数の開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを簡単且つ精度よく判定することができる。すなわち、故障している開閉弁は、制御部からの開閉弁毎の開放又は閉塞の指示に応じないことで、反応ガスの圧力を変化させることになり、制御部は、この圧力を監視することで開閉弁の故障を容易に特定することができる。これにより燃料電池システムは、例えば、開閉弁が閉故障している際の航続距離の算出において実態とのずれの低減を図ること等が可能となり、システムの利便性を向上させることができる。
【００１０】
また、制御部が複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁を開放し、他の開閉弁を閉塞することを順に繰り返す制御を行うことで、この制御時の圧力変化に応じて１つの開閉弁が開閉の指示に従っているか否かを簡単に検出することができる。
【００１１】
また、前記制御部は、前記制御の開始時に前記複数の開閉弁の開放を指示し、前記圧力センサが検出する圧力が所定値に至った後に、前記１つの開閉弁の開放と、前記他の開閉弁の閉塞とを指示することが好ましい。
【００１２】
このように、制御の開始時に複数の開閉弁の開放を指示して圧力が所定値に至った後に、各開閉弁の開閉を指示することで、燃料電池システムは、燃料電池を発電しつつ上記の制御及び判定を行うことができる。よって、制御に必要な電力を確保して、故障の判定を確実に実施することが可能となる。
【００１３】
上記構成に加えて、前記判定部は、前記所定値よりも低い圧力閾値を有し、前記制御時に、前記圧力が前記圧力閾値よりも低下したことに基づき前記１つの開閉弁の故障を判定するとよい。
【００１４】
このように、判定部は、圧力が圧力閾値よりも低下したことに基づき故障を判定することで、開閉弁が確実に閉塞していること判定することができる。
【００１５】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、複数のタンクと、前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記複数の開閉弁の開放又は閉塞を指示する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示した状態で、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の前記開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定部を有し、前記判定部は、いずれかの開閉弁の故障を判定した段階で、他の開閉弁の故障の判定を行わないことを特徴とする。さらに前記判定部は、前記複数のタンクのうちの容積の大きいものに接続されている前記開閉弁から故障判定を行うとよい。ここで、前記制御部は、前記判定部がいずれかの開閉弁の故障を判定した場合に、故障していない開閉弁を開放して前記燃料電池に前記反応ガスを供給するとよい。
【００１６】
このように、制御部は、故障判定の後に、故障していない開閉弁を開放して燃料電池に反応ガスを供給することで、燃料電池の発電を可及的に継続することができる。その結果、システムの利便性を一層向上させることが可能となる。
【００２１】
また、前記の目的を達成するために、本発明は、複数のタンクと、前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備え、前記複数の開閉弁の故障を判定する燃料電池システムの故障判定方法であって、制御部により、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示する指示ステップと、前記制御部の判定部により、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定ステップと、を有し、前記指示ステップでは、前記複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁を開放し、他の開閉弁を閉塞することを順に繰り返す制御を行い、前記判定ステップでは、前記制御における圧力の変化に基づき前記１つの開閉弁が故障しているか否かを判定することを特徴とする。さらに、前記の目的を達成するために、本発明は、複数のタンクと、前記複数のタンクそれぞれに接続され、開放により前記タンクからの反応ガスの流出を許容する一方で、閉塞により前記タンクからの前記反応ガスの流出を遮断する複数の開閉弁と、前記複数のタンクから流出した前記反応ガスを合流箇所で合流させて燃料電池に供給する流路部と、前記流路部の前記合流箇所よりも下流側で、前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備え、前記複数の開閉弁の故障を判定する燃料電池システムの故障判定方法であって、制御部により、前記複数の開閉弁毎に開放又は閉塞を指示する指示ステップと、前記制御部の判定部により、前記圧力センサから取得する圧力の変化に基づき、前記複数の開閉弁のうちのいずれかに故障があるか否かを判定する判定ステップと、を有し、前記判定ステップでは、前記判定部がいずれかの開閉弁の故障を判定した段階で、他の開閉弁の故障の判定を行わないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池システム及び燃料電池システムの故障判定方法は、複数の開閉弁のいずれかに故障があるか否かを簡単且つ精度よく判定することで、システムの利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのタンクと燃料電池の接続状態を示す説明図である。
【図２】図１の制御部の機能部を示すブロック図である。
【図３】図３Ａは、第１及び第２開閉弁の正常時における故障判定制御の動作を示す説明図であり、図３Ｂは、第２開閉弁の故障時における故障判定制御の動作を示す説明図である。
【図４】第１開閉弁の故障時における故障判定制御の動作を示す説明図である。
【図５】故障判定制御の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】第１及び第２開閉弁の正常時における故障判定制御のタイムチャートである。
【図７】第２開閉弁の故障時における故障判定制御のタイムチャートである。
【図８】第１開閉弁の故障時における故障判定制御のタイムチャートである。
【図９】変形例に係る燃料電池システムにおける第１〜第３開閉弁の故障判定制御の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの故障判定方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池自動車に搭載され、駆動源等の負荷に電力を供給するように構成されている。なお、燃料電池システム１０は、車載用に限定されず、適宜の改変を施すことにより、定置用等の種々の用途に適用し得る。
【００２６】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池１２（燃料電池スタック）と、燃料電池１２に接続されて燃料ガスである水素ガス（反応ガス）を供給する燃料ガス供給装置１４と、システム制御装置である制御部１６とを備える。また、燃料電池システム１０は、図示しない他の構成として、酸化剤ガスである空気（反応ガス）を供給する酸化剤ガス供給装置、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置、及びエネルギ貯蔵装置であるバッテリ等を有する。
【００２７】
燃料電池１２は、水平方向又は鉛直方向に積層される複数の発電セル１８を内部に備え、燃料ガス供給装置１４から供給される水素ガスと、酸化剤ガス供給装置から供給される空気との化学反応に基づき発電を行う。発電セル１８は、電解質膜・電極構造体２０と、この電解質膜・電極構造体２０を挟持する一対のセパレータ２２とを含む。
【００２８】
電解質膜・電極構造体２０は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜２０ａ（ＰＥＭ）と、固体高分子電解質膜２０ａを挟持するアノード電極２０ｂ、カソード電極２０ｃとを備える。固体高分子電解質膜２０ａは、フッ素系電解質の他、ＨＣ系電解質が使用される。
【００２９】
一対のセパレータ２２は、アノード電極２０ｂに水素ガスを供給するための水素ガス流路２２ａと、カソード電極２０ｃに空気を供給するための空気流路２２ｂと、をそれぞれ電解質膜・電極構造体２０との間に形成している。発電セル１８の積層により互いに隣接することになるセパレータ２２同士の間には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路２２ｃが設けられる。
【００３０】
燃料電池１２は、水素ガス入口２６、水素ガス出口２８を有する。水素ガス入口２６は、各発電セル１８の積層方向に貫通すると共に、水素ガス流路２２ａの供給側に連通する。水素ガス出口２８は、各発電セル１８の積層方向に貫通すると共に、水素ガス流路２２ａの排出側に連通する。また図示は省略するが、燃料電池１２は、酸化剤ガス供給装置と空気流路２２ｂを連通する空気入口及び空気出口を備えると共に、冷却媒体供給装置と冷却媒体流路２２ｃを連通する冷却媒体入口及び冷却媒体出口を有している。
【００３１】
燃料ガス供給装置１４は、高圧水素ガスを貯留する複数（本実施形態では、２つ）のタンク３０を備える。複数のタンク３０は、燃料電池１２に水素ガスを供給する水素供給源を構成しており、燃料電池自動車の車体内の限定されたスペースに分散して設けられることで、車体の設計変更を抑制して、水素ガスの積載量を向上させる。例えば、複数のタンク３０は、車体のリア側で荷台の下に設けられ、多量の水素ガスを充填可能な第１タンク３２（メインタンク）と、座席の下側や車体のフロント側に設けられ、少量の水素ガスを充填可能な第２タンク３４（サブタンク）とで構成される。なお、各タンク３０の容積は、特に限定されないことは勿論であり、例えば、第２タンク３４のほうが第１タンク３２よりも大きな容積であってもよい。
【００３２】
第１及び第２タンク３２、３４は、水素ガス供給配管５０（流路部）を介して、燃料電池１２の水素ガス入口２６に連通している。水素ガス供給配管５０は、第１タンク３２に接続される第１配管５２と、第２タンク３４に接続される第２配管５４とを有する。第１配管５２と第２配管５４は、合流管５６の一端部である合流箇所５６ａに各々接続し、合流管５６はこの合流箇所５６ａから燃料電池１２に至っている。
【００３３】
また、複数のタンク３０は、水素ガス供給配管５０との接続箇所に水素ガスの流出を遮断及び許容する開閉弁４０をそれぞれ備えている。具体的には、第１タンク３２と第１配管５２の接続箇所に第１開閉弁４２が設けられている。同様に、第２タンク３４と第２配管５４の接続箇所に第２開閉弁４４が設けられている。例えば、第１及び第２開閉弁４２、４４は、制御部１６に情報通信可能に接続され、制御部１６の開指令ＣOによって配管内の流路を開放し、制御部１６の閉指令ＣCによって配管内の流路を閉塞する電磁弁が適用される。なお、第１及び第２開閉弁４２、４４は、複数のタンク３０とは別部品として、第１配管５２及び第２配管５４に独立的に設けられてもよい。また、第１及び第２開閉弁４２、４４は、燃料電池自動車のユーザの手動操作によって開閉する弁機構でもよい。
【００３４】
水素ガス供給配管５０の合流管５６には、インジェクタ５８、エゼクタ６０が直列に設けられる。インジェクタ５８は、通常の発電時に水素ガスを下流側に噴射するために使用される。エゼクタ６０は、後記の水素循環配管６９が接続され燃料電池１２から排出される水素排ガスの一部（水素ガス）を合流管５６に合流させつつ、合流管５６を流れる水素ガスを燃料電池１２に導く。
【００３５】
また、燃料ガス供給装置１４は、水素排ガス（アノード電極２０ｂで使用された水素ガス）を燃料電池１２から導出する水素ガス排出機構６６を、燃料電池１２の水素ガス出口２８に接続している。水素ガス排出機構６６は、水素ガス排出配管６７、排水管６８、水素循環配管６９、パージ配管７０、気液分離器７１、水素ポンプ７２を備える。
【００３６】
水素ガス排出配管６７は気液分離器７１を途中位置に有し、気液分離器７１は、水素排ガスから主に液体成分を含む流体を分離し、底部に接続されている排水管６８からこの流体を排出する。また水素ガス排出配管６７は、気液分離器７１の下流側で水素循環配管６９とパージ配管７０とに分岐している。水素循環配管６９は、水素ポンプ７２を途中位置に有し、水素ポンプ７２は、水素循環配管６９を通して合流管５６のエゼクタ６０に水素排ガスを循環させる。またパージ配管７０は燃料電池システム１０から水素排ガスを排出する。
【００３７】
また、インジェクタ５８よりも上流側の合流管５６には、第１及び第２タンク３２、３４から供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ７４が設けられている。圧力センサ７４は、制御部１６に情報通信可能に接続され、合流管５６にて検出した圧力の検出信号Ｓを制御部１６に送信する。この圧力センサ７４は、高圧の水素ガスを流動させる水素ガス供給配管５０に対応して、高圧ガスを検出可能なセンサ部が適用されており、このセンサ部は合流管５６の流路内に気密に固着されている。
【００３８】
なお図示は省略するが、水素ガス供給配管５０は、圧力センサ７４よりも下流側の合流管５６内に、水素ガスの調圧を行うレギュレータを備えていてもよい。さらに、水素ガス供給配管５０は、合流管５６の燃料電池１２の上流近傍位置に圧力センサ７６を備えていてもよい。これにより、燃料電池システム１０は、燃料電池１２に供給される直前の水素ガスの圧力を検出して、制御部１６の制御に利用することができる。
【００３９】
燃料電池システム１０の制御部１６は、燃料電池システム１０を駆動させて燃料電池１２の発電を制御する。この制御部１６は、図示しない入出力インターフェース、プロセッサ及びメモリ等を備える周知のコンピュータ（マイクロコントローラを含む）として構成されている。制御部１６のメモリには、複数のタンク３０の開閉弁４０の故障を判定処理するための判定処理プログラム８０が記憶されている。
【００４０】
制御部１６は、プロセッサにより判定処理プログラム８０を実行することで、第１及び第２開閉弁４２、４４の開閉を切り換えながら、圧力センサ７４により合流管５６の圧力を検出して第１及び第２開閉弁４２、４４の故障を判定する故障判定制御を行う。詳細には、図２に示すように、制御部１６を、弁状態設定部８２、圧力取得部８４、圧力判定部８６、報知部８８及び積算部９０として機能させる。
【００４１】
弁状態設定部８２は、故障判定制御の実施時に、第１及び第２開閉弁４２、４４に対し開指令ＣO及び閉指令ＣCを出力して、第１及び第２開閉弁４２、４４の開放及び閉塞を切り換える。この弁状態設定部８２は、タイミングに応じて第１及び第２開閉弁４２、４４に同時又は個別に開指令ＣOや閉指令ＣCを出力する。例えば、弁状態設定部８２は、ユーザのイグニッションＯＮ操作や他のＥＣＵからの動作指示をトリガとして動作を開始し、また圧力判定部８６の判定タイミングを監視して第１及び第２開閉弁４２、４４を開閉させる。さらに、弁状態設定部８２は、第１及び第２開閉弁４２、４４の開閉状態を圧力判定部８６にも通知する。
【００４２】
圧力取得部８４は、圧力センサ７４が検出した合流管５６の圧力、すなわち第１及び第２タンク３２、３４から供給される水素ガスの圧力を取得（受信及びメモリに記憶）する。
【００４３】
圧力判定部８６は、弁状態設定部８２が通知する第１及び第２開閉弁４２、４４の状態と、圧力取得部８４が取得した圧力とに基づき、第１及び第２開閉弁４２、４４の故障を判定する。以下、図３Ａ〜図４を参照して、第１及び第２開閉弁４２、４４の故障判定の原理について説明する。なお、図３Ａ〜図４中において、白抜きの開閉弁４０は開放した状態を示し、黒で塗った開閉弁４０は閉塞した状態を示し、ハッチの開閉弁４０は閉故障した状態を示している。
【００４４】
図３Ａに示すように、第１及び第２開閉弁４２、４４が閉故障していない場合は、第１及び第２開閉弁４２、４４に開指令ＣOを出力すると、第１及び第２タンク３２、３４から共に水素ガスを流出させる。ここで、閉故障とは、開閉弁４０が開放せずに閉塞状態で固まって、タンク３０から水素ガスが排出されない場合をいう。この際、第１及び第２配管５２、５４の各水素ガスは、合流箇所５６ａで合流して合流管５６内を流動し、圧力センサ７４によりその圧力が検出される。また水素ガスは、そのまま燃料電池１２に供給されることで発電に使用されるので、各タンク３０からの水素ガスの供給が継続する。
【００４５】
そして、第１及び第２開閉弁４２、４４が閉故障していない場合は、第２開閉弁４４を閉塞すると、第２タンク３４からの水素ガスの供給が停止されるが、第１タンク３２からは水素ガスが供給される。従って、圧力センサ７４は、圧力の低下を殆ど検出しない、又は若干の圧力低下を検出することになる。圧力判定部８６は、この検出に基づき、第１開閉弁４２の正常を判定することができる。同様に、第１開閉弁４２を閉塞すると、第１タンク３２からの水素ガスの供給が停止されるが、第２タンク３４からは水素ガスが供給される。従って、圧力センサ７４は、圧力の低下を殆ど検出しない、又は若干の圧力低下を検出することになる。圧力判定部８６は、この検出に基づき、第２開閉弁４４の正常を判定することができる。
【００４６】
一方、図３Ｂに示すように、第１開閉弁４２が閉故障しておらず第２開閉弁４４が閉故障している場合は、第１及び第２開閉弁４２、４４に開指令ＣOを出力すると、第１タンク３２のみから水素ガスが供給される。
【００４７】
この場合は、第２開閉弁４４を閉塞しても、第１タンク３２から水素ガスが供給され続ける。従って、圧力センサ７４により圧力の低下を殆ど検出しないため、圧力判定部８６は、第１開閉弁４２の正常を判定することができる。逆に、第１開閉弁４２を閉塞すると、第１及び第２タンク３２、３４から水素ガスの供給が停止される。従って、圧力センサ７４は、合流管５６内における圧力の急激な低下を検出する。これにより、圧力判定部８６は、第２開閉弁４４の異常を判定することができる。
【００４８】
あるいは、図４に示すように、第１開閉弁４２が閉故障しており第２開閉弁４４が閉故障していない場合は、第１及び第２開閉弁４２、４４に開指令ＣOを出力すると、第２タンク３４のみから水素ガスが供給される。
【００４９】
この場合は、第２開閉弁４４を閉塞すると、第１及び第２タンク３２、３４から水素ガスの供給が停止される。従って、圧力センサ７４は、合流管５６内における圧力の急激な低下を検出する。これにより、圧力判定部８６は、第１開閉弁４２の異常を判定することができる。逆に、第１開閉弁４２を閉塞しても、第２タンク３４から水素ガスが供給され続ける。従って、圧力センサ７４により圧力の低下を殆ど検出しないため、圧力判定部８６は、第２開閉弁４４の正常を判定することができる。
【００５０】
図２に戻り、制御部１６の報知部８８は、圧力判定部８６が判定した判定結果を燃料電池自動車のタッチパネル９２に表示する。これにより、燃料電池自動車のユーザは、水素ガスの供給不良を容易に認識することが可能となる。なお、報知部８８による報知手段は、タッチパネル９２に限定されず、例えば、図示しない警告灯（インジケータ）やスピーカ等を介して判定結果を報知してもよい。
【００５１】
また、燃料電池システム１０は、第１及び第２タンク３２、３４の重要度が異なる場合に、第１開閉弁４２の閉故障を判定した際と、第２開閉弁４４の閉故障を判定した際とで異なる対応を採ることが好ましい。
【００５２】
例えば、水素積載量が大きい第１タンク３２（第１開閉弁４２）が閉故障すると、燃料電池１２の発電が第２タンク３４の水素ガスの供給で賄われるので、ＥＣＵが水素ガスに基づき算出する航続距離と、実際の水素ガスの使用に大幅にずれが生じる。このため、燃料ガス供給装置１４のメンテナンス（サービス作業）時に、第１開閉弁４２の閉故障を判定すると、タッチパネル９２や警告灯等を介して重度の故障を報知し、燃料電池自動車の駆動停止等を促すとよい。あるいは、サービス作業時以外の状況下においては、負荷に応じて水素ガスの消費が大きく変動する。そのため、第１開閉弁４２の閉故障を判定すると、制御部１６は、燃料電池１２の電流値Ｄを積算部９０により積算して圧力低下（すなわち水素ガスのガス欠）を予測すると共に、水素ガスの供給又はメンテナンスを早期に要求するとよい。
【００５３】
逆に、水素積載量が小さい第２タンク３４（第２開閉弁４４）が閉故障した場合は、影響が小さいためユーザは正常時と区別がつきにくい。また、ＥＣＵが算出する航続距離はある程度過大となるが、走行時の燃費消費のバラツキと大きく変わらない程度であり、そのまま走行しても水素ガスのガス欠となる前に対応可能と言える。このため、サービス作業時に第２開閉弁４４の閉故障を判定した場合には、タッチパネル９２等に第２開閉弁４４の故障を報知するだけで、燃料電池自動車を走行可能とする。また、サービス作業時以外の状況下では、特にアクションを行わず、例えば、ユーザが燃費の悪化を懸念して、トラブルシューティング等で車体の状態を確認した際に、第２開閉弁４４の故障を報知するとよい。
【００５４】
本発明は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図５を参照して故障判定制御の処理フローについて説明する。
【００５５】
燃料電池システム１０は、燃料電池自動車の動作開始時やメンテナンス後のシステム起動時に、判定処理プログラム８０を実行処理して故障判定制御を行う。また、燃料電池システム１０の圧力センサ７４は、システム起動と同時に駆動して、合流管５６内の圧力をリアルタイムに検出して、検出信号Ｓを制御部１６に自動的に送信する。
【００５６】
制御部１６は、故障判定制御を開始すると、待機状態からガス供給期間の動作モードに移行する。このガス供給期間になると、まず、弁状態設定部８２により第１及び第２開閉弁４２、４４の両方に開指令ＣOを出力し（ステップＳ１）、第１及び第２タンク３２、３４から水素ガスを供給可能とする。
【００５７】
次に、制御部１６の圧力判定部８６は、圧力取得部８４が圧力センサ７４から取得する圧力を監視して、この圧力が所定値（例えば、６ＭＰａ）で安定となったか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、圧力が変化（上昇等）している場合には、ステップＳ２を繰り返し、圧力が所定値で安定した場合には、ステップＳ３に進み、ガス供給期間から１次判定期間の動作モードに移行する。
【００５８】
１次判定期間において、制御部１６は、弁状態設定部８２により第２開閉弁４４に閉指令ＣCを出力し（ステップＳ３）、第２タンク３４からの水素ガスの供給を一時停止させる。そして、圧力判定部８６は、圧力取得部８４が圧力センサ７４から取得する圧力を監視して、ある程度の時間範囲内で圧力が所定の圧力閾値（図６〜図８参照）より低下したか否かを判定する（ステップＳ４）。圧力閾値は、圧力が安定する所定値の半分の値よりも多少小さいことが好ましく、例えば、上記の所定値が６ＭＰａの場合は、２．５ＭＰａ前後であるとよい。
【００５９】
ステップＳ４において、取得する圧力が圧力閾値以上の場合は、少なくとも第１タンク３２から水素ガスが供給されていると判定することができ、この場合はステップＳ５に進む。逆に、取得する圧力が圧力閾値以下となった場合は、第１タンク３２からの水素ガスの供給がない、すなわち第１開閉弁４２の異常と判定することができ、この場合はステップＳ１０に進む。これにより、１次判定期間の動作モードが終了する。
【００６０】
ステップＳ５において、制御部１６は、次の２次判定期間を行うための準備期間の動作モードに移行し、弁状態設定部８２により第２開閉弁４４に開指令ＣOを出力する。これにより、第２開閉弁４４が開放され、合流管５６は、再び第１及び第２タンク３２、３４の両方から水素ガスが供給可能となる。
【００６１】
次に、２次判定期間の動作モードに移行し、制御部１６は、弁状態設定部８２により第１開閉弁４２に閉指令ＣCを出力し（ステップＳ６）、第１タンク３２からの水素ガスの供給を一時停止させる。そして、圧力判定部８６は、圧力取得部８４が圧力センサ７４から取得する圧力を監視して、ある程度の時間範囲内で圧力が所定の圧力閾値より低下したか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００６２】
ステップＳ７において、取得する圧力が圧力閾値以上の場合は、第２タンク３４から水素ガスが供給されていると判定することができ、この場合はステップＳ８に進む。逆に、圧力が圧力閾値以下となった場合は、第２タンク３４からの水素ガスの供給がない、すなわち第２開閉弁４４の異常と判定することができ、この場合はステップＳ９に進む。これにより２次判定期間の動作モードが終了する。
【００６３】
そして、故障判定制御では、ステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０において判定終了の動作モードに移行する。例えば、ステップＳ７にてＹＥＳの場合は、ステップＳ８において、報知部８８により第１及び第２開閉弁４２、４４の正常を報知する。なお、第１及び第２開閉弁４２、４４が正常の場合は、特に何も報知しなくてもよい。一方、ステップＳ７にてＮＯの場合は、ステップＳ９において、報知部８８により第２開閉弁４４の閉故障を報知する。また、ステップＳ４にてＮＯの場合は、報知部８８により第１開閉弁４２の閉故障を報知する。
【００６４】
そして、制御部１６は、以上のフローが終了すると、第１及び第２開閉弁４２、４４の故障判定制御を終了する。その後は、例えば、第１及び第２開閉弁４２、４４を開放したままの状態を活かして、燃料電池１２に水素ガスを供給し続けることで、燃料電池１２の発電を継続することができる。なお、上記の故障判定制御は、燃料電池システム１０の稼働中又は起動停止時に行ってもよい。あるいは、メンテナンス時に、制御部１６と同様の機能を有する診断機等を接続して、システムの外部からの指令や検出信号の送信により実施してもよい。
【００６５】
以下、図６〜図８に示す各ケース（第１及び第２開閉弁４２、４４が正常の場合、第２開閉弁４４が閉故障の場合、第１開閉弁４２が閉故障の場合）のタイミングチャートに基づき、上記の故障判定制御をさらに詳細に説明する。なお、第１及び第２開閉弁４２、４４が共に故障している場合は、水素ガスが燃料電池１２に供給されず、燃料電池システム１０がそもそも起動されない。そのため燃料電池システム１０は、システムの起動不良、あるいは、圧力センサ７４の未反応に基づき燃料ガス供給装置１４（第１及び第２開閉弁４２、４４の閉故障を含む）の異常を判定することができる。
【００６６】
第１及び第２開閉弁４２、４４が共に正常な場合は、図６に示すように、開始後のガス供給期間において、第１開閉弁４２と第２開閉弁４４が開放され、第１及び第２タンク３２、３４の両方から水素ガスが供給される。合流管５６に設けられた圧力センサ７４は、合流した水素ガスの圧力を検出し、この圧力値は急激に増加する。そしてある程度の時間が経過すると、燃料電池１２に対する水素ガスの供給量に応じた所定の圧力（図示例では６ＭＰａ）において安定化した状態となる。
【００６７】
この圧力が安定した状態では、１次判定期間において第２開閉弁４４が閉塞されても、第１開閉弁４２が開放されている。そのため、第１タンク３２からの水素ガスの供給量が増え、所定の圧力が殆ど変化しない。その後の準備期間では、第２開閉弁４４が再び開放され、ガス供給期間と同様に第１及び第２開閉弁４２、４４が共に開放状態となる。また、準備期間後の２次判定期間において、第１開閉弁４２が閉塞されても、第２開閉弁４４が開放されている。そのため、第２タンク３４からの水素ガスの供給量が増え、所定の圧力が殆ど変化しない。
【００６８】
従って、圧力判定部８６は、判定期間中に圧力値が閾値以下となることを検出せずに（つまり第１及び第２開閉弁４２、４４の正常を判定し）、判定終了後は、第１開閉弁４２を開放して水素ガスを燃料電池１２に供給することができる。
【００６９】
また、第２開閉弁４４が故障の場合は、図７に示すように、弁状態設定部８２により第２開閉弁４４に開指令ＣO及び閉指令ＣCがなされるが、実際上は図７中の２点鎖線のように常に閉塞している。この場合、ガス供給期間では、第１開閉弁４２が開放されることにより、第１タンク３２から水素ガスが供給され、この水素ガスは所定の圧力で安定化した状態となる。
【００７０】
そして、１次判定期間では、第２開閉弁４４に閉指令ＣCが出力されるだけなので、第１開閉弁４２の開放が継続し、圧力センサ７４の圧力が変化しない。しかしながら、２次判定期間では、第１開閉弁４２を閉塞することになるため、合流管５６内の圧力が急峻に低下して圧力閾値を下回る。これにより、圧力判定部８６は、第２開閉弁４４の閉故障を判定して、第２開閉弁故障判定フラグを１とする。また、第２開閉弁４４の故障を判定した段階で、弁状態設定部８２が速やかに第１開閉弁４２を開放して水素ガスの供給を再開することで、燃料電池システム１０の動作を阻害させないようにすることができる。
【００７１】
また、第１開閉弁４２が故障の場合は、図８に示すように、弁状態設定部８２により第１開閉弁４２に開指令ＣO及び閉指令ＣCがなされるが、実際上は図８中の２点鎖線のように常に閉塞している。この場合、ガス供給期間では、第２開閉弁４４が開放されることにより、第２タンク３４から水素ガスが供給され、この水素ガスは所定の圧力で安定化した状態となる。
【００７２】
そして、１次判定期間では、第２開閉弁４４を閉塞することになるため、合流管５６内の圧力が急峻に低下して圧力閾値を下回る。これにより、圧力判定部８６は、第１開閉弁４２の故障（異常）を判定して、第１開閉弁故障判定フラグを立てる。また、第１開閉弁４２の故障を判定した段階で、第２開閉弁４４の正常が認識可能となるため、判定終了に移行することができる。その結果、第１及び第２開閉弁４２、４４の故障の特定が短時間に終了し、弁状態設定部８２は、速やかに第２開閉弁４４を開放して水素ガスの供給を再開することができる。
【００７３】
なお、制御部１６は、種々の要素に基づき、故障判定制御の実施中に制御を中断又は停止することが好ましい。この要素としては、圧力センサ７４による圧力の監視ができない（例えば、圧力センサ７４やタンク３０の故障、通信異常）、合流管５６内で水素ガスが正常な圧力状態とならない（例えば、配管やレギュレータの故障）、燃料電池１２で水素ガスが正常に消費されない、燃料電池システム１０の動作保障ができない（例えば、電源電圧の低下）等があげられる。
【００７４】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、第１及び第２開閉弁４２、４４の正常、又は第１及び第２開閉弁４２、４４のうちのいずれかの故障を簡単且つ精度よく判定することができる。すなわち、故障している開閉弁４０は、制御部１６からの開閉弁４０毎の開放又は閉塞の指示に応じないことで、タンク３０から流出される水素ガスの圧力を変化させ、制御部１６は、この圧力を監視することで開閉弁４０の故障を容易に特定することができる。これにより、燃料電池システム１０は、航続距離の算出等において実態とのずれの低減を図る等、システムの利便性を向上させることができる。
【００７５】
この場合、故障判定制御では、制御部１６の弁状態設定部８２が複数の開閉弁４０のうちのいずれかを開放し、他の開閉弁４０を閉塞することを順に繰り返すことで、１つの開閉弁４０の開閉状態を簡単に検出することができる。また、故障判定制御の開始時に第１及び第２開閉弁４２、４４の開放を指示して、圧力センサ７４が検出する圧力が所定値に至った後に、各開閉弁４０の開閉を指示することで、燃料電池システム１０は、燃料電池１２を発電しつつ故障判定制御を行うことができる。よって、故障判定制御に必要な電力を確保して、故障の判定を確実に実施することが可能となる。なお、燃料電池システム１０は、故障判定時にバッテリの電力を使用してもよい。この場合、複数の開閉弁４０のうちいずれか１つに開指令を出力して、圧力センサ７４が検出する圧力の上昇に基づきその開閉弁４０の正常を判定し、圧力が変化しないことに基づきその開閉弁４０の閉故障を判定することができる。
【００７６】
また、制御部１６は、故障判定の後に、故障していない開閉弁４０を開放して燃料電池１２に水素ガスを供給することで、燃料電池１２の発電を可及的に継続することができる。すなわち、燃料電池１２への正常な水素供給動作に直ぐに復帰することにより、燃料電池システム１０を良好に稼働させることができ、システムの利便性を一層向上させることが可能となる。さらに、圧力判定部８６が、開閉弁４０の故障を判定した段階で、他の開閉弁４０の故障の判定を行わないことにより、燃料電池システム１０は、故障判定制御を短時間に終了させることができる。従って例えば、終了直後に水素ガスを供給することで、燃料電池１２の発電をより良好に継続することができる。さらに、圧力判定部８６は、容積の大きい第１タンク３２の第１開閉弁４２から故障判定を行うことで、水素ガスの供給に大きな影響を及ぼすものを早期に検知することができる。
【００７７】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、燃料電池システム１０は、第１及び第２開閉弁４２、４４の開閉を手動で行う構成でもよい。この場合、制御部１６（弁状態設定部８２）は、メンテナンス後等のシステム起動時に、タッチパネル等により第１及び第２開閉弁４２、４４の開閉を促す報知をして、第１及び第２開閉弁４２、４４をユーザに開閉させることで、同様の判定を行う方法をとり得る。
【００７８】
また、燃料電池システム１０は、圧力センサ７４による圧力検出に基づき、複数の開閉弁４０の閉故障だけでなく、開故障（開放したまま固着状態となる故障）を検出することもできる。例えば、制御部１６は、燃料電池システム１０の停止時に複数の開閉弁４０に閉指令を出力すると共に、インジェクタ５８を駆動させる制御を行う。これにより、インジェクタ５８が水素ガス供給配管５０内の水素ガスを下流側に流動させる。従って、圧力センサ７４の圧力が低下すれば、開閉弁４０が正常に閉じたことを判定することができ、圧力センサ７４の圧力が低下しなければ、開閉弁４０が開故障していることを判定することができる。
【００７９】
さらに、燃料電池システム１０は、水素供給源を２つのタンク３０により構成するだけでなく、３以上のタンク３０により構成し得る。例えば、図９に示すように、３つのタンク３０（第１タンク３２、第２タンク３４、第３タンク３６）の場合は、３つの開閉弁４０（第１開閉弁４２、第２開閉弁４４、第３開閉弁４６）を有する。この場合、燃料電池システム１０は、２つの開閉弁４０に閉指令ＣCを出力し、且つ１つの開閉弁４０に開指令ＣOを出力し、さらに指令する開閉弁４０を順次変えていくことで、圧力センサ７４による圧力低下を検出することができる。その結果、故障しているタンク３０（図９中では第３タンク３６の第３開閉弁４６）を良好に特定することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…燃料電池システム            １２…燃料電池
１４…燃料ガス供給装置            １６…制御部
３０…タンク                      ３２…第１タンク
３４…第２タンク                  ４０…開閉弁
４２…第１開閉弁                  ４４…第２開閉弁
５０…水素ガス供給配管            ５２…第１配管
５４…第２配管                    ５６…合流管
５６ａ…合流箇所                  ７４…圧力センサ
８２…弁状態設定部                ８６…圧力判定部
【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】
0006391625.tif 000008
【図８】
0006391625.tif 000009
【図９】
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