JP2002151126A

JP2002151126A - 車両用燃料電池システム

Info

Publication number: JP2002151126A
Application number: JP2000346576A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kanesaka; 浩行金坂
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】出力変動が生じる過渡運転を含む走行中に、
水素ガスの漏れ検出を行う。【解決手段】水素タンク１の圧力を検出する圧力セン
サ１１と、この圧力に基づいて水素タンク１の水素ガス
の使用量を検出しておく一方、車両の位置及び道路情報
を検出するとともに、過去の一定期間の走行履歴をデー
タ記憶部４２へ記憶し、この走行履歴に対応して水素ガ
スの使用量を記憶するナビゲーションシステム４を備え
て、過去の走行履歴に対応する水素ガスの使用量から、
現在の走行状態及び道路情報における水素ガスの使用量
を推定して、検出した現在の水素ガスの使用量と、推定
した水素ガスの使用量に基づいて、燃料電池システムか
らの水素ガスの漏れを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用燃料電池シ
ステムの改良に関し、特に、燃料電池システムの水素漏
れの検知に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用燃料電池システムにおいて
は、水素ガスの漏れによって必要な電力が得られなくな
ったり、この漏れによって航続可能距離が減少してしま
うため、水素ガスの漏れを検知するものが知られてお
り、例えば、特開平５−２０５７６２号公報に開示され
ているように、スタックのセルの積層面に面圧を加え
て、ガス漏れ特性を評価する方法や、特開平９−２７３
３６号公報に開示されているように、燃料電池スタック
のセルの燃料極、酸化剤極側にガスを流し、そのガス量
に対する発生電圧の値の大小よりガス漏れを評価するも
の等が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の従来例（特開平５−２０５７６２号公報）において
は、スタックのセルの積層面に面圧を加えて、ガス漏れ
特性を評価するため、燃料電池システムを実際に運転し
ている状況下でガス漏れの検知を行うことができないた
め、走行中の車両に適用するのが難しいと言う問題があ
る。

【０００４】また、上記後者の従来例（特開平９−２７
３３６号公報）においては、燃料電池スタックのセルの
燃料極、酸化剤極側にガスを流し、そのガス量に対する
発生電圧の値の大小よりガス漏れを評価するため、発生
電圧が一定である定常状態における運転条件では、運転
中でも水素ガス漏れの検出を行えるが、出力電圧が変動
するような過渡的な運転条件では、出力電圧の変動が運
転条件の変動によるものか、あるいは水素ガス漏れによ
る出力変動なのかを正確に判断することができないとい
う問題があった。

【０００５】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、出力変動が生じる過渡運転を含む運転
条件での稼働中に、水素ガス漏れ検知を行うことを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、水素ガス
を蓄積する水素蓄積手段と、車両の走行状態を検出する
走行状態検出手段と、車両の走行状態に基づいて、水素
ガスを燃料電池へ供給する制御手段とを備えた車両用燃
料電池システムにおいて、前記水素蓄積手段の圧力を検
出する圧力検出手段と、この圧力に基づいて前記水素蓄
積手段の水素ガスの使用量または残量を検出する残量検
出手段と、車両の位置及び道路情報を検出するととも
に、過去の一定期間の走行履歴を記憶し、この走行履歴
に対応して前記水素ガスの使用量または残量を記憶する
ナビゲーションシステムと、前記過去の走行履歴に対応
する水素ガスの使用量または残量から、現在の走行状態
及び道路情報における水素ガスの使用量または残量を推
定する水素量推定手段と、前記残量検出手段が検出した
現在の水素ガスの使用量または残量と、前記推定した水
素ガスの使用量または残量に基づいて、水素ガスの漏れ
を検出するガス漏れ検出手段とを備える。

【０００７】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記水素量推定手段は、前記検出した現在の走行
状態及び道路情報に対応する走行履歴から水素の使用量
を推定するとともに、前記ガス漏れ検出手段は、この水
素ガス使用量の推定値と、前記残量検出手段が検出した
現在の水素ガス使用量との差が、予め設定した許容値を
超えたときに水素ガスの漏れを検出する。

【０００８】また、第３の発明は、前記第１または第２
の発明において、前記ガス漏れ検出手段は、車両の始動
時には、前回の停止時から今回の始動時までの時間に応
じて自然減少する水素ガス量を推定する手段を備え、前
記ナビゲーションシステムが前回の停止時に記憶した水
素ガスの残量と、前記残量検出手段が始動直後に検出し
た実際の水素ガスの残量とから、水素ガスの漏れを検出
する。

【０００９】また、第４の発明は、前記第１ないし第３
の発明のいずれかひとつにおいて、前記ガス漏れ検出手
段は、水素ガスの漏れを検出したときには、警報を発す
る警報手段を備える。

【００１０】また、第５の発明は、前記第１または第３
の発明のいずれかひとつにおいて、前記制御手段は、水
素蓄積手段と燃料電池との間に弁を備え、前記ガス漏れ
検出手段は、水素ガスの漏れを検出したときに前記弁を
閉弁させる。

【００１１】また、第６の発明は、前記第１ないし第３
の発明のいずれかひとつにおいて、前記ガス漏れ検出手
段は、水素ガスの漏れを検出したときには、再度水素ガ
スの漏れを検出する。

【００１２】また、第７の発明は、前記第４の発明にお
いて、前記警報手段が、ナビゲーションシステムの表示
手段である。

【００１３】

【発明の効果】したがって、第１の発明は、ナビゲーシ
ョンシステムは、車両の位置及び道路情報を検出すると
ともに、過去の一定期間の走行履歴（走行状態や道路情
報）を記憶し、さらに、走行履歴に対応した水素ガスの
使用量または残量を記憶している。そして、これら過去
の走行履歴に対応する水素ガスの使用量または残量に基
づいて、現在の走行状態及び道路情報における水素ガス
の使用量または残量を推定し、この推定した水素ガスの
使用量または残量と、実際に検出した現在の水素ガスの
使用量または残量とを比較することで、車両の走行中で
あっても、水素ガスの漏れを検出可能となり、特に、ナ
ビゲーションシステムに記憶された過去の走行履歴デー
タの水素ガス使用量（または残量）を用いることで、前
記従来例のように特別な検出手段を用いることなく、出
力変動が生じる過渡運転を含む運転中でも、配管の疲労
による亀裂などからの微小な漏れであっても正確に検出
することが可能となるのである。

【００１４】また、第２の発明は、水素ガス使用量の推
定値と、実際に検出した現在の水素ガス使用量との差
が、予め設定した許容値を超えたときに、水素ガス漏れ
の検出をするようにしたため、検出手段の誤差を加味し
て誤判定を防ぎ、水素ガス漏れ検出の信頼性を向上させ
ることができる。

【００１５】また、第３の発明は、水素ガス漏れの検出
は、車両の始動時では、ナビゲーションシステムが前回
の停止時に記憶した前回の水素ガスの残量と、前回の停
止時から今回の始動時までの時間に応じて自然減少する
水素ガス量を推定し、前回の水素ガス残量と自然減少分
と、始動後に検出した実際の水素ガスの残量とを比較す
ることで、停車期間中の水素ガスの漏れを高精度で検出
することができる。

【００１６】また、第４の発明は、水素ガスの漏れを検
出したときには、警報を発することで、運転者は燃料電
池システムからの水素ガスの漏れを的確に知ることがで
きる。

【００１７】また、第５の発明は、水素ガスの漏れを検
出したときに、水素蓄積手段と燃料電池との間に設けた
弁を閉弁することで、燃料電池システムを停止させるこ
とができる。

【００１８】また、第６の発明は、水素ガスの漏れを検
出したときには、再度水素ガスの漏れを検出すること
で、検出誤差や演算誤差による誤判定を防いで、水素ガ
ス漏れ検出の信頼性を向上させることが可能となる。

【００１９】また、第７の発明は、水素ガスの漏れを検
出したときには、ナビゲーションシステムの表示手段に
警報が表示されるため、走行中の運転者へ動揺を与える
ことなく速やかに水素ガス漏れの発生を知らせることが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２１】図１は、ナビゲーションシステム４を用い
て水素ガス（以下、水素ガス）の漏れを検知する車両用
の燃料電池システムの構成図である。

【００２２】まず、燃料電池システムは、水素タンク１
（水素蓄積手段）から制御弁６を介して加湿器２へ水素
ガスを供給し、さらに加湿器２からは制御弁７を介して
燃料電池スタック３へ水素ガスが供給されて、燃料電池
スタック３が発電した電力によって図示しないモータを
駆動して車両の走行を行う。

【００２３】燃料電池スタック３への水素ガスの供給
は、コントロールユニット５が検出した運転条件に応じ
て制御弁６、７を制御することで、燃料電池スタック３
への水素ガスの供給量を調整する。

【００２４】このため、コントロールユニット５は、車
両の走行状態として、車速センサ８から車速ＶＳＰを検
出するとともに、ナビゲーションシステム４から道路情
報（例えば、道路勾配など）を検出し、この車両の走行
状態及び道路情報と、燃料電池スタック３の運転条件に
基づいて、最適な水素ガスの供給量を決定し、制御弁
６、７を制御して水素ガスの流量を調整する。

【００２５】このため、水素タンクに１は、水素ガスの
圧力Ｐ１を検出する圧力センサ１１と、水素濃度センサ
１２が配設され、これらの検出信号がコントロールユニ
ット５へ送られる。また、加湿器２には、水素濃度セン
サ１３が、燃料電池スタック３の上流または入口などに
は流量センサ１４が、それぞれ配設されて供給される水
素ガスの流量Ｑ１を検出して、コントロールユニット５
へ送出する。さらに、水素タンク１と燃料電池スタック
３には、水素の濃度を検出する水素濃度センサ１２、１
５が配設され、これらの検出値がコントロールユニット
５へ入力される。

【００２６】コントロールユニット５は、これらセンサ
の検出値に基づいて燃料電池システムの運転条件を判定
するとともに、以下に述べるナビゲーションシステム４
からの走行状態と、水素ガスに関する過去のデータに基
づいて、水素ガスの漏れを検出する。

【００２７】一方、ナビゲーションシステム４は、ＣＰ
Ｕ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどから構成されたナビゲーション
処理部４０を主体にして、車両の走行位置や進行方向な
どの位置情報を検出するため、ＧＰＳレシーバ、方位セ
ンサ、地磁気センサなどで構成されたセンサ部４１と、
地図データや地形データなどを格納したデータ記憶部４
２とを備えて、ナビゲーション処理部４０は、センサ部
４１が検出した位置情報と、データ記憶部４２の地図、
地形データから現在位置や道路の状態（道路情報）また
は環境を演算し、進路や走行状態を表示部４３（表示手
段）に出力する。なお、操作部４４は目的地の設定など
に用いられる。

【００２８】さらに、上記地図データ及び地形データに
加えて、データ記憶部４２には、過去の走行状態と、走
行状態に応じた運転条件及び水素ガスの使用量を一定期
間（メモリの容量に応じて決定される期間）にわたって
記憶した走行履歴データと、直前の停車時の水素ガスの
残量を格納した水素量データが、読み書き可能に蓄積さ
れる。このため、データ記憶部４２は、これら走行履歴
データと水素量データを読み書き可能に記憶するため、
例えば、不揮発性メモリなどを備える。

【００２９】燃料電池システムを制御するコントロール
ユニット５は、図示しないイグニッションキーをＯＦＦ
にした時点（走行終了時）で、水素タンク１内の水素ガ
スの残量を、圧力センサ１１からの圧力Ｐ１等から求め
て、ナビゲーションシステム４のデータ記憶部４２の水
素量データに格納する。

【００３０】また、このとき、走行終了時の時刻も水素
ガスの残量とともに記憶しておき、次回の走行開始時に
は、前回の走行終了時の水素ガスの残量（水素量デー
タ）と、現在の水素ガスの残量と、走行終了時の時刻
と、現在の時刻から、自然減少分を超えて水素タンク１
内の水素ガスが減っている場合には、駐車中に燃料電池
システムに水素ガスの漏れが生じたことを判定する。

【００３１】さらに、車両の走行中には、ナビゲーショ
ンシステム４が検出した道路情報や走行状態（または走
行パターン）に応じて、そのときの燃料電池スタック３
の運転条件、換言すれば、水素ガスの使用量（または燃
料電池スタック３の発電量）を、データ記憶部４２へ走
行履歴データとして記憶させる。

【００３２】そして、車両の走行中に、データ記憶部４
２内に蓄積された走行履歴データから、現在の走行状態
と一致または類似する過去の走行状態を検索し、そのと
きの水素ガスの使用量を読み込んで、現在の水素ガス使
用量を推定し、現在の推定水素ガス使用量が、過去の走
行履歴データに記憶された水素ガス使用量や基準値より
も許容値を超えて多いときには、走行中に燃料電池シス
テムに水素ガスの漏れが発生したことを検出する。

【００３３】なお、データ記憶部４２の走行履歴データ
に、現在の走行状態に対応する過去のデータがない場合
には、予め設定した走行状態における基準水素ガス使用
量（基準値）と、現在の走行状態における推定水素ガス
使用量を比較して、現在の推定水素ガス使用量が許容値
を超えて多い場合には、走行中に燃料電池システムに水
素ガスの漏れが発生したことを検出するのである。

【００３４】次に、コントロールユニット５で行われる
水素ガスの漏れ検出制御について、図２から図４のフロ
ーチャートを参照しながら以下に詳述する。

【００３５】図２は停車中（車速ＶＳＰ＝０Km/h）に行
われる水素ガス漏れ検出制御のメインルーチンを示し、
図３は走行中（車速ＶＳＰ＞０Km/h）に行われる水素ガ
ス漏れ検出制御のメインルーチンで、それぞれ所定の周
期毎に実行される。また、図４は、水素ガスの漏れを判
定するサブルーチンを示す。

【００３６】まず、停車中に行われる水素ガス漏れ検出
制御は、ステップＰ１で、ナビゲーションシステム４の
データ記憶部４２に格納された直前の停車時（前回の走
行終了時）の水素ガスの残量Ｈｓｓを読み込む。

【００３７】次に、ステップＰ２では、データ記憶部４
２から読み込んだ直前の停車時の時刻と、現在の時刻か
ら停車時間を算出し、ステップＰ３では、ステップＰ２
で読み込んだ時刻を基準にして、停車期間中に自然に減
少するであろう水素ガスの漏れ量を、自然減少分Ｈｎｄ
０として推定演算する。

【００３８】なお、この水素ガスの漏れ量の自然減少分
Ｈｎｄ０は、上記停車時間に応じた関数またはマップな
どから演算すればよい。

【００３９】ステップＰ４では、圧力センサ１１の検出
値Ｐ１を読み込んでから、ステップＰ５で、現在の水素
タンク１内の水素ガスの残量Ｈｌ０を、Ｈｌ０＝タンク
容量Ｌ×Ｐ１[atm]より推定する。なお、上記の式で
は、水素タンク１に設けた濃度センサ１２が検出した濃
度を用いて、水素ガス残量Ｈｌ０を補正すれば、現在の
水素ガス残量Ｈｌ０をより正確に推定することができ
る。

【００４０】そして、ステップＰ６では、上記ステップ
Ｐ１で読み込んだ、前回の走行終了時の水素ガス残量Ｈ
ｓｓ、ステップＰ３で推定した自然減少分Ｈｎｄと、ス
テップＰ５で推定した現在の水素ガス残量Ｈｌ０から、
ガス漏れがない場合の残量と実際の残量（現在の水素ガ
ス残量Ｈｌ０）の差ΔＨ０を、次式によって求める。

【００４１】ΔＨ０＝（Ｈｓｓ＋Ｈｎｄ）−Ｈｌ０なお、Ｈｓｓ＋Ｈｎｄがガス漏れがない場合の残量で、
現在の水素ガス残量Ｈｌ０を実際の残量として扱う。

【００４２】ここで、水素ガス漏れの発生の判断は、今
回の運転直前での停止直後の水素ガス量（Ｈｓｓ）と停
止期間中の自然減少分の水素ガス量Ｈｎｄ０を加えた量
（ガス漏れがない場合の残量）から、現在、燃料電池シ
ステムに残されている水素ガス量（Ｈｌ０）を差し引い
た差分△Ｈ０を求めて、この差分ΔＨ０が所定の許容値
Ｈｓａ１以下か否かで判断を行う。なお、許容値Ｈｓａ
１は、圧力センサ１１の検出誤差を加味して、所定の幅
を持たせることで、誤判定を防止できる。

【００４３】停止期間中に水素ガス漏れが発生していた
場合、現在、燃料電池システム（水素タンク１）に残さ
れている水素ガス量は、水素ガス漏れがない場合に対し
て減少するため、△Ｈ０の値が自然減少分よりも大きく
なり、水素ガス漏れの有無の判断が行える。

【００４４】ΔＨ０が許容値Ｈｓａ１を超える場合に
は、ステップＰ１１へ進んで、再度、水素ガス漏れがあ
るか否かを判断する水素ガス漏れ検出ルーチンに入り、
水素ガス漏れの有無の確認を行う。

【００４５】ΔＨ０の値が許容値Ｈｓａ１以下であれ
ば、ステップＰ７で、現在の燃料電池システムでの水素
ガス量（水素タンク１の水素ガス量Ｈｌ０）を読み込
み、ステップＰ８で運転を停止するか否かの信号（例え
ば、イグニッションスイッチからの信号）を読み込み、
もし運転停止であればステップＰ９で、その時点の燃料
電池システム（水素タンク１）の水素ガス量をコントロ
ールユニット５のデータ記憶部４２へ記憶させる。な
お、ステップＰ７では、上記ステップＰ４、Ｐ５と同様
にして水素ガス残量Ｈｌ０を求めればよい。

【００４６】次に、走行中の水素ガス漏れ検出につい
て、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

【００４７】走行中（車速ＶＳＰ＞０Km/h）では、ま
ず、ステップＰｓ１で、ナビゲーションシステム４から
現在の道路情報（例えば、道路勾配）と、車速センサ８
や図示しないアクセル踏む込み量検出手段等から検出し
た走行状態の読み込みを行う。

【００４８】ステップＰｓ２では、読み込んだ道路情報
と走行状態から燃料電池スタック３の運転条件の推定を
Ｐｓ２で行う。なお、この場合の運転条件は、例えば、
定常走行、過渡走行（加速中または出力変動の生じる道
路勾配の変化時）などである。

【００４９】ステップＰｓ３では、上記ステップＰｓ２
で読み込んだ現在の走行状態と一致または類似する走行
状態を、ナビゲーションシステム４のデータ記憶部４２
に記憶されている走行履歴データから検索し、そのとき
の運転条件と水素ガス使用量の関係を読み込む。なお、
一致する走行履歴データがない場合には、予め設定した
基準値を読み込む。

【００５０】ここで、基準値とは、定常走行であれば、
２０Km/h、４０Km/h、６０Km/h、８０Km/h、１００Km/h
などで、また、過渡走行の加速中では、０→２０Km/h、
２０→４０Km/h、４０→６０Km/hなどのデータであり、
これらの基準値には、それぞれ基準となる水素ガス使用
量が、実験などによって求めたマップなどから設定され
ている。

【００５１】次に、ステップＰｓ４では、読み込んだ運
転条件と、対応する水素ガス使用量との関係と、上記ス
テップＰｓ２で読み込んだ現在の道路情報及び走行状態
とから、現在の道路情報及び走行状態での推定使用水素
ガス量Ｈｄｕの演算を行う。なお、この演算は、例え
ば、類似または一致する道路情報及び走行状態または基
準値と、現在の走行状態などの関係から、走行履歴デー
タの水素ガス使用量または基準値を、内挿補間や外挿補
間することなどで演算する。

【００５２】次に、ステップＰｓ５では、圧力センサ１
１の検出値Ｐ１を読み込んでから、ステップＰｓ６で、
実際の（現在の）水素ガス使用量Ｈｒｕを推定する。

【００５３】実際の水素ガス使用量Ｈｒｕの推定は、例
えば、所定の周期毎に、水素タンク１内の水素ガスの残
量の変化を演算することで求めることができ、Ｈｒｕ＝タンク容量Ｌ×（Ｐ１_n-1−Ｐ１）などから推定する。なお、上記の式において、Ｐ１_n-1
は、前回の周期で検出した圧力で、圧力Ｐ１が現在の圧
力を示す。

【００５４】さらに、上記の式では、水素タンク１に設
けた濃度センサ１２が検出値した濃度を用いて、水素ガ
ス使用量を補正すれば、実際の水素ガス使用量Ｈｒｕを
より正確に推定することができる。

【００５５】あるいは、実際の水素ガス使用量Ｈｒｕ
を、燃料電池スタック３の上流などに設けた流量センサ
１４の検出値から求めてもよく、このとき、加湿器１３
に配設した濃度センサ１３あるいは燃料電池スタック３
の上流に設けた濃度センサ１５の検出値（水素ガス濃
度）で、水素ガス使用量を補正すれば、水素ガス使用量
Ｈｒｕの推定をさらに高精度で行うことが可能となる。

【００５６】次に、ステップＰｓ７では、圧力センサ１
１等の検出値から演算した実際の水素ガス使用量Ｈｒｕ
と、過去の走行履歴データから推定した水素ガス使用量
Ｈｄｕの差分△Ｈｒ０の演算を、 ΔＨｒ０＝Ｈｒｕ−Ｈｄｕのように行う。

【００５７】ステップＰｓ８では、この差分ΔＨｒ０
が、所定の許容値Ｈｓａｕ以下であるかどうかを判断し
て、水素ガスの漏れの有無の判断を行う。

【００５８】走行中に水素ガス漏れが発生していると、
実際の圧力センサ１１、流量センサ１４、濃度センサ１
２、１３、１５の出力から演算した水素ガス使用量Ｈｒ
ｕは大きくなり、これに伴って、上記差分△Ｈｒ０の値
も大きくなって、予め設定した許容値Ｈｓａｕを超える
ことから水素ガス漏れの有無の判断が行える。

【００５９】すなわち、△Ｈｒ０が所定の許容値Ｈｒ０
を超える場合にはステップＰｓ１１の水素ガス漏れ検出
に進んで、再度、水素ガス漏れがあるかないかを判断す
る。

【００６０】一方、ステップＰｓ８で、△Ｈｒ０の値が
許容値Ｈｓａｕ以下であれば、ステップＰｓ９で、現在
の燃料電池システムの水素ガス量、換言すれば、水素タ
ンク１の水素ガス残量Ｈｌ０を上記図２のステップＰ４
４、Ｐ５と同様に演算し、ステップＰｓ１０では、この
現在の水素ガス残量Ｈｌ０と道路情報及び走行状態など
をナビゲーションシステム４のデータ記憶部４２へ、走
行履歴データとして記憶させる。

【００６１】図４、図５は、上記図２ステップＰ１０ま
たは図３のステップＰｓ１１で行われる水素ガス漏れ検
出のサブルーチンを示す。

【００６２】図２の停止期間中または、図３の走行期間
中のいずれかで、差分ΔＨ０、ΔＨｒ０が許容値を超え
るときには、この図４、図５のサブルーチンにて、再
度、ガス漏れ検出を行う。

【００６３】まず、ステップＰａ１で、車速ＶＳＰが０
Km/hを超える走行中か否かの判断を行い、走行中であれ
ば図４のステップＰａ２以降へ進み、停車中であれば、
図５のステップＰａ１０へ進む。

【００６４】走行中と判定されたステップＰａ２、Ｐａ
３では、上記図３のステップＰｓ１からＰｓ４までと同
様に、読み込んだ運転条件と、対応する水素ガス使用量
との関係と、現在の運転条件とから、現在の運転条件で
の推定使用水素ガス量Ｈｄｕの演算を行う。

【００６５】次に、ステップＰａ４〜Ｐａ６では、上記
図３のステップＰｓ５〜Ｐｓ７と同様に、圧力センサ１
１の検出値Ｐ１を読み込んでから、ステップＰａ５で、
実際の（現在の）水素ガス使用量Ｈｒｕを推定し、ステ
ップＰａ６では、圧力センサ１１等の検出値から演算し
た実際の水素ガス使用量Ｈｒｕと、過去の走行履歴デー
タから推定した水素ガス使用量Ｈｄｕの差分△Ｈｒ０を
演算する。

【００６６】そして、ステップＰａ８では、この差分Δ
Ｈｒ０が、所定の許容値Ｈｓａｕ以下であるかどうかを
判断して、水素ガスの漏れの有無の判断を行う。

【００６７】差分△Ｈｒ０が所定の許容値Ｈｒ０を超え
る場合には、水素ガスのガス漏れがあることを確認して
ステップＰａ８に進み、図１に示した制御弁６、７を閉
弁して燃料電池システムを停止させるとともに、ステッ
プＰａ９でナビゲーションシステム４の表示部４３へ水
素ガスの漏れが検出された警報を表示する。ナビゲーシ
ョンシステムの表示部４３に警報を表示することで、走
行中の運転者へ動揺を与えることなく速やかに水素ガス
漏れの発生を知らせることができる。なお、警報は、表
示に限らず音声や振動などによって行ってもよい。

【００６８】一方、上記ステップＰａ１で停車中と判定
された場合には、図５のステップＰａ１０へ進み、上記
図２のステップＰ１〜Ｐ３と同様に、停車期間中に自然
に減少するであろう水素ガスの漏れ量を、自然減少分Ｈ
ｎｄ０として推定演算する。

【００６９】そして、ステップＰａ１１、１２では、上
記ステップＰ４、Ｐ５と同様に、圧力センサ１１の検出
値Ｐ１を読み込んで、現在の水素タンク１内の水素ガス
の残量Ｈｌ０を演算する。

【００７０】次に、ステップＰａ１３では、上記ステッ
プＰ６と同様に、前回の走行終了時の水素ガス残量Ｈｓ
ｓ、推定した自然減少分Ｈｎｄと、現在の水素ガス残量
Ｈｌ０から、ガス漏れがない場合の残量と実際の残量の
差ΔＨ０を求め、この差分ΔＨ０が所定の許容値Ｈｓａ
１以下であれば、ガス漏れはないと判定してサブルーチ
ンを終了する一方、差分ΔＨ０が許容値Ｈｓａ１を超え
る場合には、水素ガスの漏れがあると判定してステップ
Ｐａ１４に進み、図１に示した制御弁６、７を閉弁して
燃料電池システムを停止させるとともに、ステップＰａ
１５でナビゲーションシステム４の表示部４３へ水素ガ
スの漏れが検出された警報を表示する。

【００７１】以上のような制御により、停車期間中の水
素ガスの漏れと、出力変動が生じる過渡運転を含む走行
中の水素ガスの漏れを的確に検出することができるので
ある。

【００７２】すなわち、停車中（起動時）には、上記図
２のフローチャートのように、前回の停車時に記憶した
水素ガス残量Ｈｓｓと、現在の水素ガス残量Ｈｌ０と
を、停車期間中の時間に基づいて求めた水素ガスの自然
減少分Ｈｎｄ０に基づいて比較し、自然減少分Ｈｎｄ０
を超えて現在の水素ガス残量Ｈｌ０が減少しているとき
には、制御弁６、７を閉じて燃料電池システムを停止さ
せるとともに、表示部４３などへ警報を出力する。

【００７３】一方、走行中では、燃料電池スタック３の
出力が、常時定常状態とはならないため、図３のフロー
チャートのように、現在の走行状態を車速センサ８など
から検出するとともに、道路勾配などの道路情報をナビ
ゲーションシステム４から読み込み、さらに、圧力セン
サ１１や流量センサ１４等の検出値から実際の水素ガス
使用量Ｈｒｕを求める。

【００７４】そして、ナビゲーションシステム４に記憶
された走行履歴データの中から、現在の走行状態と道路
情報と類似または一致するものを検索し、類似または一
致する走行状態と道路情報から、そのときの燃料電池ス
タック３の運転条件から、現在の水素ガスの推定使用量
Ｈｄｕを求める。

【００７５】このとき、類似または一致する走行履歴デ
ータがない場合には、上記したように予め設定した基準
値から推定水素ガス使用量Ｈｄｕを求めることで、新車
時から水素ガス漏れを正確に検出できる。

【００７６】そして、類似または一致する走行状態での
推定水素ガス使用量Ｈｄｕに対して、実際の水素ガス使
用量Ｈｒｕが所定の許容値Ｈｓａｕを超えて大きい場合
には、燃料電池システムに水素ガス漏れが発生したと判
定して、制御弁６、７を閉じて燃料電池システムを停止
させるとともに、表示部４３などへ警報を出力する。

【００７７】ここで、走行中のガス漏れ検出は、ナビゲ
ーションシステム４に記憶された過去の走行履歴データ
の水素ガス使用量に基づいて、現在の水素ガス使用量を
推定することにより、前記従来例のように特別な検出手
段を用いることなく、的確に水素ガス漏れを検出するこ
とが可能となるのである。

【００７８】すなわち、ナビゲーションシステム４、特
に、ＧＰＳを用いたものでは、車両の位置を３次元座標
上に特定でき、さらに、地図及び地形データと照合する
ため、車速ＶＳＰなどの走行状態に加えて、時々刻々と
変化する道路勾配などの道路情報を正確に把握すること
ができる。

【００７９】仮に、車速ＶＳＰが一定であっても、道路
勾配が変化すれば、燃料電池スタック３の要求出力、換
言すれば運転条件も変化し、この運転条件の変動により
水素ガス使用量も変化する。

【００８０】このため、ナビゲーションシステム４から
道路勾配などの道路情報を検出し、走行状態に加味して
燃料電池スタック３の水素ガス使用量を検討すること
で、走行中の水素ガス漏れを検出する。

【００８１】ここで、ナビゲーションシステム４から道
路勾配などの道路情報を検出して、車速ＶＳＰやアクセ
ル踏み込み量などの走行状態とともに、燃料電池スタッ
ク３の運転条件に応じた水素ガス使用量を所定期間だけ
記憶させておく。なお、これら道路情報、走行状態、運
転条件、水素ガス使用量は、燃料電池システムに水素ガ
ス漏れがないときに、ナビゲーションシステム４のデー
タ記憶部４２へ走行履歴データとして書き込んでおく。

【００８２】そして、検出した道路情報、走行状態か
ら、データ記憶部４２に記憶された走行履歴データを検
索して、類似または一致するデータがあれば、走行履歴
データに基づいて、推定水素ガス使用量Ｈｄｕを求め、
データがない場合には、予め設定した基準値（走行状態
と道路情報に応じた推定水素ガス使用量）から推定水素
ガス使用量Ｈｄｕを求める。

【００８３】一方と、水素タンク１の圧力Ｐ１や流量か
ら実際の水素ガス使用量Ｈｒｕを求め、上記水素ガス漏
れがない場合の推定水素ガス使用量Ｈｄｕと、現在の水
素ガス使用量Ｈｒｕとを比較することで、燃料電池スタ
ック３の出力が変動しているときであっても、水素ガス
漏れを正確に検出できるのであり、特に、配管などの疲
労による微小な亀裂などから漏れる水素を的確に検出で
きるのである。

【００８４】以上のように、ナビゲーションシステム４
の道路情報と、走行状態から、過去の走行履歴データを
検索して推定水素ガス使用量Ｈｄｕを求め、この推定値
と実際の水素ガス使用量Ｈｒｕを比較することで、停止
期間中はもちろん、走行中にも高精度のガス漏れ検出を
実現することが可能となるのである。

【００８５】さらに、水素ガス漏れが判定された場合に
は、上記図４、図５のフローチャートで、再度、ガス漏
れ判定を行うようにしたため、誤判定によるシステムの
停止を防いで、信頼性を向上させることができる。

【００８６】なお、上記図２のステップＰ４、Ｐ５で
は、圧力センサ１１の検出値とタンク容量から水素ガス
残量Ｈｌ０を求めたが、燃料電池システムの水素タンク
１が、高圧系、中圧系、低圧系などの複数の系から構成
される場合には、これら各系の残量を加算したものが水
素ガス残量となり、各系の中でバルブ部分や配管部分な
どに蓄積される水素ガスを加味する場合には、求めた水
素ガス残量に係数などを乗じればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す車両用燃料電池シス
テムの概略構成図。

【図２】コントロールユニットで行われる制御の一例を
示し、停止期間中の漏れ検出の一例を示すフローチャー
ト。

【図３】同じく、走行中に行われる漏れ検出のフローチ
ャート。

【図４】同じく、ガス漏れの再検出を行うサブルーチン
のフローチャートで、その前半部。

【図５】同じく、ガス漏れの再検出を行うサブルーチン
のフローチャートで、その後半部。

【符号の説明】

１水素タンク３燃料電池スタック４ナビゲーションシステム５コントロールユニット１１圧力センサ４２データ記憶部４３表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０８Ｇ 1/0969 Ｇ０８Ｇ 1/0969 Ｆターム(参考） 2F029 AA02 AB07 AB12 AB13 AC02 AC03 AC08 AC14 AC19 AC20 5H027 AA02 BA13 DD00 KK01 KK51 MM09 5H180 AA01 BB08 BB17 BB18 CC12 EE02 FF04 FF05 FF22 FF27 FF40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素ガスを蓄積する水素蓄積手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、車両の走行状態に基づいて、水素ガスを燃料電池へ供給
する制御手段とを備えた車両用燃料電池システムにおい
て、前記水素蓄積手段の圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力に基づいて前記水素蓄積手段の水素ガスの使用
量または残量を検出する残量検出手段と、車両の位置及び道路情報を検出するとともに、過去の一
定期間の走行履歴を記憶し、この走行履歴に対応して前
記水素ガスの使用量または残量を記憶するナビゲーショ
ンシステムと、前記過去の走行履歴に対応する水素ガスの使用量または
残量から、現在の走行状態及び道路情報における水素ガ
スの使用量または残量を推定する水素量推定手段と、前記残量検出手段が検出した現在の水素ガスの使用量ま
たは残量と、前記推定した水素ガスの使用量または残量
に基づいて、水素ガスの漏れを検出するガス漏れ検出手
段とを備えたことを特徴とする車両用燃料電池システ
ム。
【請求項２】前記水素量推定手段は、前記検出した現
在の走行状態及び道路情報に対応する走行履歴から水素
の使用量を推定するとともに、前記ガス漏れ検出手段
は、この水素ガス使用量の推定値と、前記残量検出手段
が検出した現在の水素ガス使用量との差が、予め設定し
た許容値を超えたときに水素ガスの漏れを検出すること
を特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システ
ム。
【請求項３】前記ガス漏れ検出手段は、車両の始動時
には、前回の停止時から今回の始動時までの時間に応じ
て自然減少する水素ガス量を推定する手段を備え、前記
ナビゲーションシステムが前回の停止時に記憶した水素
ガスの残量と、前記残量検出手段が始動直後に検出した
実際の水素ガスの残量とから、水素ガスの漏れを検出す
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車
両用燃料電池システム。
【請求項４】前記ガス漏れ検出手段は、水素ガスの漏
れを検出したときには、警報を発する警報手段を備えた
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひと
つに記載の車両用燃料電池システム。
【請求項５】前記制御手段は、水素蓄積手段と燃料電
池との間に弁を備え、前記ガス漏れ検出手段は、水素ガ
スの漏れを検出したときに前記弁を閉弁させることを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記
載の車両用燃料電池システム。
【請求項６】前記ガス漏れ検出手段は、水素ガスの漏
れを検出したときには、再度水素ガスの漏れを検出する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひ
とつに記載の車両用燃料電池システム。
【請求項７】前記警報手段が、ナビゲーションシステ
ムの表示手段であることを特徴とする請求項４に記載の
車両用燃料電池システム。