JP2004139842A - 燃料電池車の水素漏洩検知システム - Google Patents
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Abstract
【課題】水素の漏洩を確実に検知する燃料電池車の水素漏洩検知システムを提供することを課題とする。
【解決手段】車速が所定値未満の場合は、水素漏洩検知器で水素の漏洩を検知し、車速が所定値以上の場合は、燃料電池への水素供給量にしたがって算出された燃料電池の発電電流理論値と、燃料電池の実発電電流量との相関関係に基づいて水素の漏洩を検知するように構成される。
【選択図】 図１
【解決手段】車速が所定値未満の場合は、水素漏洩検知器で水素の漏洩を検知し、車速が所定値以上の場合は、燃料電池への水素供給量にしたがって算出された燃料電池の発電電流理論値と、燃料電池の実発電電流量との相関関係に基づいて水素の漏洩を検知するように構成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素漏洩検知器を使用して水素の漏洩を検知し、又は水素供給量と発電電電流量との関係から水素の漏洩を検知する燃料電池車の水素漏洩検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池車において、水素を燃料電池に供給し、電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムでは、水素が可燃ガスであり、可燃範囲も広く、無色無臭であるため、水素の取り扱いには十分な注意が必要とされている。したがって、水素の漏洩を想定し、安全性を確保するために、燃料電池車には、従来から水素ガス警報器を設置することが一般的であった。
【０００３】
一方従来では、水素が漏洩した場合には、漏洩した水素から水を生成し、生成水の量に基づいて漏れた水素量を検出する水素漏洩検知器が知られている（例えば特許文献１参照）。この水素漏洩検知器を燃料電池車に搭載し、水素の漏洩を検知するものがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２５０７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素は拡散性がよく、燃料電池システム内に空気の流れがあるような場合には、漏れた水素が空気の流れによって拡散され、水素が漏れていることを確実に検知することが困難になっていた。また、水素が漏れていることに気づかずに燃料電池システムの運転を続けてしまうおそれがあり、貯蔵した水素を無駄に消費してしまうという不具合を招いていた。
【０００６】
また、上述したように、従来から知られている水素漏洩検知器のセンサは、触媒を加熱して水素と燃焼反応させて水素を検知する原理を採用しているので、長期間使用すると性能が劣化しやすく、定期的な検査、保守が必要になっていた。
【０００７】
さらに、水素漏洩検知器は、水素がセンサに触れないと反応しない原理となっているため、検知器の故障診断は定期的な検査が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素の漏洩を確実に検知する燃料電池車の水素漏洩検知システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、水素を燃料電池に供給して電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムは、燃料電池車の走行によって空気の流れが入り込み、前記燃料電池システムの雰囲気が換気されるように収納されて前記燃料電池車に搭載された燃料電池車の水素漏洩検知システムにおいて、前記燃料電池車の車速を検出する車速センサと、空気中の水素濃度を検出して、水素の漏洩を検知する水素漏洩検知器と、前記燃料電池に供給される水素供給量を計測する計測手段と、前記燃料電池の実発電電流値を検出する検出手段と、前記車速センサで検出された車速が所定値未満の場合は、前記水素漏洩検知器を使用して、水素の漏洩を検知する第１の漏洩検知方式を実施し、前記車速センサで検出された車速が所定値以上の場合は、前記計測手段により計測された前記燃料電池への水素供給量にしたがって算出された前記燃料電池の発電電流理論値と、前記検出手段により検出された前記燃料電池の実発電電流量との相関関係に基づいて水素の漏洩を検知する第２の漏洩検知方式を実施する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池車の走行条件にかかわらず、水素の漏洩を確実に検知することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池車の水素漏洩検知システムを含む燃料電池システムの概略構成を示す図である。図１に示す実施形態の燃料電池システムは、水素を原料として発電する燃料電池１、燃料電池１で行われる発電の原料となる水素を貯蔵する高圧水素タンク３、遮断弁４、減圧弁５、高圧水素タンク３から燃料電池１に流入される水素の量を計測する計測手段として機能する水素流量計６、水素流量調整弁７、空気コンプレッサ８、空気流量調整弁９、アノード排ガス循環ポンプ１０、燃料電池１の発電電流値を検出する検出手段として機能する発電電流センサ１１、水素の漏洩を検知する水素漏洩検知器１２を備えて構成されている。
【００１３】
燃料電池システムの上記各種センサ、アクチュエータの入出力及び各種制御は、マイクロコンピュータを搭載した燃料電池コントローラ１３で制御される。燃料電池コントローラ１３には、エネルギーマネージメントコントローラから与えられるトルク要求信号と駆動モータ２に付加された車速センサ１４から与えられる車速信号が入力される。燃料電池コントローラ１３は、後述する２つの漏洩検知方式を切り替えて実行制御する制御手段として機能する。
【００１４】
燃料電池１は、その内部にプロトン透過性のある高分子膜を電解質とて持ち、アノード極に水素、カソード極に空気（酸素）を供給することで電気化学反応によって発電する。燃料電池１が発電した電力は、車両の駆動モータ２に伝えられ、その駆動モータ２によって車両の走行が可能となる。
【００１５】
水素は高圧水素タンク３に高圧状態で貯蔵され、高圧遮断弁４と減圧弁５を介して高圧水素タンク３から供給される。減圧弁５で減圧した後、水素流量計６で燃料電池１への水素供給量が測定される。水素の流量は以下の原理で測定される。ヒータの上流、下流に白金薄膜の温度センサを配置し、流れのない状態ではヒータを中心とした温度分布が対称となるが、流れを受けると上流側の温度は下降し、下流側の温度は上昇し、温度分布の対称性が崩れる。この温度差が温度センサの抵抗値の差として現れ、水素の流量を求めることができる。水素の供給量は、トルク要求値から決定され、水素流量調整弁７でコントロールされ、燃料電池１に供給される。
【００１６】
燃料電池１に供給される空気は、空気コンプレッサ８で加圧されて燃料電池１に供給される。空気量の調整は、燃料電池１の下流に設置した空気流量調整弁９によってコントロールされる。
【００１７】
燃料電池１で消費されなかった水素は、水素排ガスとして燃料電池１から排出され、水素排ガスを循環する水素排ガス循環ポンプ１０によって循環される。一方、燃料電池１で消費されなかった空気は空気排ガスとして燃料電池１から排出され、大気に放出される。
【００１８】
燃料電池１が発電した電流値は発電電流センサ１１でセンシングされる。
【００１９】
この実施形態の燃料電池システム内においては、複数の水素漏洩検知器１２が設置されている。本システムで使用した水素漏洩検知器１２に用いたセンサは、白金線コイルの上に酸化触媒を焼結させてあり、センサ素子を加熱して水素を燃焼させる接触燃焼式と呼ばれる検知原理である。白金コイルを３００℃〜４５０℃程度に加熱した検知用センサの表面で水素が燃焼すると、センサ温度が上昇する。この温度変化に伴い、センサを構成する白金線コイルの抵抗値が変化する。
【００２０】
この抵抗変化は水素濃度に比例している。一方、水素に不活性なセンサを補償センサとして有し、ブリッジ回路によってこの抵抗値変化をセンサ出力として取り出している。このような作用により、水素を検知している。
【００２１】
図２は図１に示す燃料電池システムを搭載した車両の概略図である。
【００２２】
図２において、燃料電池１、水素タンク３、空気供給等の各種コンポーネンツ２０が含まれる燃料電池システムは、配管の継ぎ手等から水素が漏洩する可能性があり、他システムとは隔離し、下側が開放構造になった収納ケース２１に収められ、車両床下に搭載されている。これにより、車両の走行による風が容易に燃料電池システムに向かって入り込む構造になっている。
【００２３】
水素は特に拡散性がよく、換気を十分に行えば安全に扱うことができる性質の可燃ガスである。しかし、無色無臭で可燃範囲が広く、漏洩に関しては細心の注意が必要であり、水素漏洩の可能性がある部位には、水素漏洩検知器１２を設置することが一般的である。
【００２４】
図３は第１の実施形態に係る、車速に応じて水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図３に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００２５】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ３０）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断する（ステップＳ３１）。判断結果において、車速が所定の車速未満である場合、すなわち燃料電池車が停止もしくは所定車速未満の低速で走行している状況では、走行風が燃料電池システムを収納する収納ケース２１の内部に十分に入り込まず、水素が漏洩した場合に、水素を拡散させて換気する効果を期待することはできない。その場合には、図２に示すように、燃料電池システムを収納する収納ケース２１の上部に複数設置された水素漏洩検知器１２を使用し、この水素漏洩検知器１２で漏洩した水素を検知するようにしている。以下、水素漏洩検知器１２を使用して水素を検知する場合を、第１の漏洩検知方式と呼ぶ。
【００２６】
水素漏洩検知器１２は、例えば図２に示すように燃料電池１の上部、各種コンポーネンツ２０の上部、水素タンク３の上部の計３箇所に設置している。水素漏洩検知器１２の設置個所や設置個数は、任意かつ適宜設定されるものであり、図２に示すものに限定されるものではない。
【００２７】
水素濃度と水素漏洩検知器１２の出力は、図４に示すようにリニアな特性を有している。図４において、水素の爆発下限界は空気中の水素濃度が４％である。したがって、ここでは水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得て（ステップＳ３２）、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中の水素濃度が１％を越えたか否かを判断し（ステップＳ３３）、１％を越えた場合には水素の漏洩と判断するようにしている（ステップＳ３４）。
【００２８】
なお、この実施形態では、水素漏洩検知器１２が水素濃度に対してリニアに出力するようなシステムを採用したが、あらかじめ設定した出力、すなわち水素濃度で水素漏洩検知器１２がデジタル信号を出力するようなシステムもあっても可能である。
【００２９】
一方、検出した車速が所定の車速以上である場合、すなわち燃料電池車が所定車速以上の中高速で走行している状況では、図２に示すように走行風が燃料電池システムの収納ケース２１の内部に入り込み、水素が漏洩した場合に、この走行風により水素を拡散させ換気する効果が期待できる。しかしながら、特に高車速で長時間の走行中に水素漏洩が発生した場合には、水素漏洩検知器１２が反応して水素を検知することはできず、水素漏洩に気づかずに走行を続けてしまう可能性がある。
【００３０】
そこで、水素漏洩検知器１２に代えて、燃料電池コントローラ１３において、水素供給量と発電電流値との相関関係とに基づいて水素が漏洩しているか否かを判断するようにしている。以下、水素供給量と発電電流値との相関関係とに基づいて水素の漏洩を検知する場合を、第２の漏洩検知方式と呼ぶ。
【００３１】
燃料電池１に供給された水素量と、燃料電池１が発電した電流値は、例えば図５に示すようにリニアな特性を有している。この特性を利用して水素の漏洩を判断している。すなわち、図２に示すフローチャートにおいて、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測し（ステップＳ３５）、計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出する（ステップＳ３６）。さらに、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ３７）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求める（ステップＳ３８）。続いて、実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別する（ステップＳＳ３９）。
【００３２】
判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ３４）。一方、判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％以上である場合には、水素は漏洩していないと判断する。上記実施形態は、請求項１に記載された発明に対応した実施形態である。
【００３３】
このように、上記第１の実施形態においては、車速によって走行風が燃料電池システム内部に入り込んで換気を行っているかわかるので、水素漏洩の検知方式を車速に応じて最適に切り替えることによって、走行風に影響されずに水素の漏洩を確実に検知することができる。上記効果は、請求項１に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００３４】
図６はこの発明の第２の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００３５】
前述した第１の実施形態の処理手順では、所定の車速で検知方式を選択的に切り替えるようにしているので、検知方式を切り替える車速の前後で切り替えが頻繁に起こり、切り替え制御が複雑になることが考えられる。
【００３６】
そこで、この第２の実施形態の特徴とするところは、図６に示すフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、図３のステップＳ３０とステップＳ３１との間に、燃料電池コントローラ１３で行われる処理として、検知方式を切り替える車速にヒステリシスを持たせるステップＳ６０の処理を挿入したことにあり、他の処理は図３と同様である。すなわち、第１の漏洩検知方式から第２の漏洩検知方式に切り替える車速と、第２の漏洩検知方式から第１の漏洩検知方式に切り替える車速を異なる車速としている。上記実施形態は、請求項２に記載された発明に対応した実施形態である。
【００３７】
このように、上記第２の実施形態においては、水素漏洩の検知方式を切り替える所定の車速にヒステリシスを持たせることにより、検知方式を切り替える所定の速度付近で検知方式が頻繁に切り替わってしまうことがなくなるので、切り替えをスムーズに行うことができ、複雑な切り替え制御を回避して、漏洩検知のシステム制御を単純にできる。上記効果は、請求項２に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００３８】
図７はこの発明の第３の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図７に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００３９】
水素漏洩検知器１２のセンサの原理上、通電中は常時触媒を加熱している。そのため、長期の耐久性において触媒の劣化が懸念されている。
【００４０】
そこで、この第３の実施形態の特徴とするとことは、図７のフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式を選択実施している時には、水素漏洩検知器１２の電源供給を停止するステップＳ７１の処理を、ステップＳ３１とステップＳ３５の処理の間に挿入し、水素漏洩検知器１２を使用する、第１の漏洩検知方式を選択している時には、水素漏洩検知器１２の電源を供給するステップＳ７０の処理を、ステップＳ３１とステップＳ３２の処理の間に挿入したことにあり、他の処理は図３と同様である。上記実施形態は、請求項３に記載された発明に対応した実施形態である。
【００４１】
この第３の実施形態においては、燃料電池１への水素供給量と燃料電池発電電流の相関に基づいて水素の漏洩を判断する、第２の漏洩検知方式を選択している時には、水素漏洩検知器１２の電源を停止することにより、水素漏洩検知器１２の稼動時間を減らすことができ、水素漏洩の監視をしつつ、水素漏洩検知器１２の耐久劣化性能を向上させることができる。また、水素漏洩検知器１２のセンサ素子ヒータへの通電がなくなるので、消費電力を低減させることができる。上記効果は、請求項３に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００４２】
図８はこの発明の第４の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００４３】
低車速においても、トルク要求が大きい登坂時や補機負荷の大きい時は発電量を多くする必要があり、燃料電池１への水素供給量が多い走行パターンが存在する。
【００４４】
そこで、この第４の実施形態の特徴とするところは、図８に示すフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、図３に示す水素供給量を計測するステップＳ３５を、車速を検出する前に、ステップＳ８０として行い、続いて、計測した水素供給量が、切り替えのしきい値となる第１の所定値以上か否かを判断するステップＳ８１の処理を行い、水素供給量が第１の所定値以上である場合には、車速にかかわらずステップＳ３６に進み、第２の漏洩検知方式を実施することにあり、水素供給量が第１の所定値未満である場合には、車速を検出するステップＳ３１に進み、他の処理は図３と同様である。上記実施形態は、請求項４に記載された発明に対応した実施形態である。
【００４５】
この第４の実施形態においては、低車速でも水素供給量が多い場合は、測定の誤差が小さいので、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式を実施しているので、車速にかかわらず正確に水素の漏洩を検知することができる。上記効果は、請求項４に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００４６】
図９はこの発明の第５の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図９に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００４７】
この第５の実施形態の特徴とするところは、車速が遅く、かつ水素供給量が漏洩を正確に判断できる流量以上の場合に、水素漏洩検知器１２を用いた第１の漏洩検知方式と、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式の双方で、それぞれ水素の漏洩を監視し、いずれか一方の漏洩検知方式が水素の漏洩を検知した場合に、水素が漏洩したものと判断するようにしたことにある。
【００４８】
次に、上記漏洩検知手順を図９を参照して説明する。
【００４９】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ９００）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ９０１）、所定の車速未満である場合には、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測する（ステップＳ９０２）。次に、前述した第４の実施形態で示した第１の所定値と第２の所定値の大小関係を判別し（ステップＳ９０３）、第１の所定値＜第２の所定値の場合には、第１の所定値を第２の所定値とし（ステップＳ９０４）、ステップＳ９０５に進む。第１の所定値と第２の所定値の大小関係を判別し（ステップＳ９０３）、第１の所定値＞第２の所定値の場合には、ステップＳ９０２で計測された水素供給量が第１の所定値以上か否かを判別する（ステップＳ９０５）。判別結果において、水素供給量が第１の所定値未満の場合は、続けて水素供給量が第２の所定値以上か否かを判別する（ステップＳ９０６）。判別結果において、第２の所定値未満の場合には、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得る（ステップＳ９０７）。水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中水素濃度が１％を越えたか否かを判断し（ステップＳ９０８）、１％を越えた場合には水素の漏洩と判断する（ステップＳ９０９）。
【００５０】
一方、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ９０１）、所定の車速以上である場合、水素供給量が第１の所定値以上か否かを判別し（ステップＳ９０５）、水素供給量が第１の所定値以上の場合、ならびに水素供給量が第２の所定値以上か否かを判別し（ステップＳ９０６）、水素供給量が第２の所定値以上の場合には、ステップＳ９０２で計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出する（ステップＳ９１０）。続いて、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ９１１）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求め（ステップＳ９１２）、実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別する（ステップＳ９１３）。
【００５１】
判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ９０９）。一方、判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％以上である場合には、水素の漏洩はないものと判断する。上記実施形態は、請求項５に記載された発明に対応した実施形態である。
【００５２】
上記第５の実施形態においては、第１の漏洩検知方式ならびに第２の漏洩検知方式の双方の方式でそれぞれ水素漏洩を監視しつつ、いずれか一方の方式が水素の漏洩を検知した場合には、水素が漏洩したと判断するので、水素の漏洩を正確に検知することができる。
【００５３】
図１０はこの発明の第６の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００５４】
水素供給量が多く、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式で正確な水素の漏洩が検知できる状況において、車速が速い場合には、走行風が燃料電池システム内部に入り込み換気の効果がある。このため、水素漏洩があったとしても漏洩した水素は拡散される。
【００５５】
そこで、この第６の実施形態では、燃料電池コントローラ１３は、水素漏洩検知器１３の故障を検出する故障検出手段を有し、上述したような状況において、水素漏洩検知器１２が漏洩と判断した場合は、水素漏洩検知器１２が故障していると判断するようにしている。
【００５６】
次に、故障判断の手順を図１０を参照して説明する。
【００５７】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ１００）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断する（ステップＳ１０１）。判断結果において、所定の車速未満である場合は、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測し（ステップＳ１０２）、計測した水素供給量が所定値以上か否かを判別する（ステップ１０３）。判別結果において、水素供給量が所定値未満である場合には、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得る（ステップＳ１０４）。次に、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中水素濃度が１％を越えているか否かを判断し（ステップＳ１０５）、１％を越えている場合には、さらに第２の漏洩検知方式を実施した際にセットされるフラグがセットされているか否かを判別する（ステップＳ１０６）。判別結果において、フラグがセットされていない（ＯＦＦ）場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ１０７）。その後、フラグをリセット（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０８）。
【００５８】
水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中の水素濃度が１％を越えているか否かを判断し（ステップＳ１０５）、１％を越えていない場合には、水素が漏洩していないものと判断し、フラグをリセット（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
一方、第２の漏洩検知方式を実施した際にセットされるフラグがセットされているか否かを判別し（ステップＳ１０６）、フラグがセットされている（ＯＮ）場合には、水素漏洩検知器１２が故障しているものと判断する（ステップＳ１０９）。
【００６０】
検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ１０１）、所定の車速以上である場合、又は計測した水素供給量が所定値以上か否かを判別し（ステップ１０３）、水素供給量が所定値以上である場合には、上記フラグをセット（ＯＮ）する。次に、ステップＳ１０２で計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出し（ステップＳ１１１）、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ１１２）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求める（ステップＳ１１３）。実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別し（ステップＳＳ１１４）、９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
一方、実発電電流値が理論発電電流値に対して、９０％未満であるか否かを判別し（ステップＳＳ１１４）、９０％以上である場合には、ステップＳ１０４に進み、上述したようにステップＳ１０４〜Ｓ１０９の処理が行われる。上記実施形態は、請求項６に記載された発明に対応した実施形態である。
【００６２】
この第６の実施形態においては、特別な診断ツールを用意することなく、水素漏洩検知器１２の故障診断が可能となる。また、検知システムが稼働中に常時故障診断が実施できるので、信頼性の高い水素漏洩検知器を提供できる。上記効果は、請求項６に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池車の水素漏洩検知システムを含む燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】燃料電池システムを搭載した燃料電池車の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図４】水素漏洩検知器の出力特性を示す図である。
【図５】燃料電池の発電電流量の特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 駆動モータ
３ 高圧水素タンク
４ 遮断弁
５ 減圧弁
６ 水素流量計
７ 水素流量調整弁
８ 空気コンプレッサ
９ 空気流量調整弁
１０ アノード排ガス循環ポンプ
１１ 発電電流センサ
１２ 水素漏洩検知器
１３ 燃料電池コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素漏洩検知器を使用して水素の漏洩を検知し、又は水素供給量と発電電電流量との関係から水素の漏洩を検知する燃料電池車の水素漏洩検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池車において、水素を燃料電池に供給し、電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムでは、水素が可燃ガスであり、可燃範囲も広く、無色無臭であるため、水素の取り扱いには十分な注意が必要とされている。したがって、水素の漏洩を想定し、安全性を確保するために、燃料電池車には、従来から水素ガス警報器を設置することが一般的であった。
【０００３】
一方従来では、水素が漏洩した場合には、漏洩した水素から水を生成し、生成水の量に基づいて漏れた水素量を検出する水素漏洩検知器が知られている（例えば特許文献１参照）。この水素漏洩検知器を燃料電池車に搭載し、水素の漏洩を検知するものがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２５０７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素は拡散性がよく、燃料電池システム内に空気の流れがあるような場合には、漏れた水素が空気の流れによって拡散され、水素が漏れていることを確実に検知することが困難になっていた。また、水素が漏れていることに気づかずに燃料電池システムの運転を続けてしまうおそれがあり、貯蔵した水素を無駄に消費してしまうという不具合を招いていた。
【０００６】
また、上述したように、従来から知られている水素漏洩検知器のセンサは、触媒を加熱して水素と燃焼反応させて水素を検知する原理を採用しているので、長期間使用すると性能が劣化しやすく、定期的な検査、保守が必要になっていた。
【０００７】
さらに、水素漏洩検知器は、水素がセンサに触れないと反応しない原理となっているため、検知器の故障診断は定期的な検査が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素の漏洩を確実に検知する燃料電池車の水素漏洩検知システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、水素を燃料電池に供給して電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムは、燃料電池車の走行によって空気の流れが入り込み、前記燃料電池システムの雰囲気が換気されるように収納されて前記燃料電池車に搭載された燃料電池車の水素漏洩検知システムにおいて、前記燃料電池車の車速を検出する車速センサと、空気中の水素濃度を検出して、水素の漏洩を検知する水素漏洩検知器と、前記燃料電池に供給される水素供給量を計測する計測手段と、前記燃料電池の実発電電流値を検出する検出手段と、前記車速センサで検出された車速が所定値未満の場合は、前記水素漏洩検知器を使用して、水素の漏洩を検知する第１の漏洩検知方式を実施し、前記車速センサで検出された車速が所定値以上の場合は、前記計測手段により計測された前記燃料電池への水素供給量にしたがって算出された前記燃料電池の発電電流理論値と、前記検出手段により検出された前記燃料電池の実発電電流量との相関関係に基づいて水素の漏洩を検知する第２の漏洩検知方式を実施する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池車の走行条件にかかわらず、水素の漏洩を確実に検知することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池車の水素漏洩検知システムを含む燃料電池システムの概略構成を示す図である。図１に示す実施形態の燃料電池システムは、水素を原料として発電する燃料電池１、燃料電池１で行われる発電の原料となる水素を貯蔵する高圧水素タンク３、遮断弁４、減圧弁５、高圧水素タンク３から燃料電池１に流入される水素の量を計測する計測手段として機能する水素流量計６、水素流量調整弁７、空気コンプレッサ８、空気流量調整弁９、アノード排ガス循環ポンプ１０、燃料電池１の発電電流値を検出する検出手段として機能する発電電流センサ１１、水素の漏洩を検知する水素漏洩検知器１２を備えて構成されている。
【００１３】
燃料電池システムの上記各種センサ、アクチュエータの入出力及び各種制御は、マイクロコンピュータを搭載した燃料電池コントローラ１３で制御される。燃料電池コントローラ１３には、エネルギーマネージメントコントローラから与えられるトルク要求信号と駆動モータ２に付加された車速センサ１４から与えられる車速信号が入力される。燃料電池コントローラ１３は、後述する２つの漏洩検知方式を切り替えて実行制御する制御手段として機能する。
【００１４】
燃料電池１は、その内部にプロトン透過性のある高分子膜を電解質とて持ち、アノード極に水素、カソード極に空気（酸素）を供給することで電気化学反応によって発電する。燃料電池１が発電した電力は、車両の駆動モータ２に伝えられ、その駆動モータ２によって車両の走行が可能となる。
【００１５】
水素は高圧水素タンク３に高圧状態で貯蔵され、高圧遮断弁４と減圧弁５を介して高圧水素タンク３から供給される。減圧弁５で減圧した後、水素流量計６で燃料電池１への水素供給量が測定される。水素の流量は以下の原理で測定される。ヒータの上流、下流に白金薄膜の温度センサを配置し、流れのない状態ではヒータを中心とした温度分布が対称となるが、流れを受けると上流側の温度は下降し、下流側の温度は上昇し、温度分布の対称性が崩れる。この温度差が温度センサの抵抗値の差として現れ、水素の流量を求めることができる。水素の供給量は、トルク要求値から決定され、水素流量調整弁７でコントロールされ、燃料電池１に供給される。
【００１６】
燃料電池１に供給される空気は、空気コンプレッサ８で加圧されて燃料電池１に供給される。空気量の調整は、燃料電池１の下流に設置した空気流量調整弁９によってコントロールされる。
【００１７】
燃料電池１で消費されなかった水素は、水素排ガスとして燃料電池１から排出され、水素排ガスを循環する水素排ガス循環ポンプ１０によって循環される。一方、燃料電池１で消費されなかった空気は空気排ガスとして燃料電池１から排出され、大気に放出される。
【００１８】
燃料電池１が発電した電流値は発電電流センサ１１でセンシングされる。
【００１９】
この実施形態の燃料電池システム内においては、複数の水素漏洩検知器１２が設置されている。本システムで使用した水素漏洩検知器１２に用いたセンサは、白金線コイルの上に酸化触媒を焼結させてあり、センサ素子を加熱して水素を燃焼させる接触燃焼式と呼ばれる検知原理である。白金コイルを３００℃〜４５０℃程度に加熱した検知用センサの表面で水素が燃焼すると、センサ温度が上昇する。この温度変化に伴い、センサを構成する白金線コイルの抵抗値が変化する。
【００２０】
この抵抗変化は水素濃度に比例している。一方、水素に不活性なセンサを補償センサとして有し、ブリッジ回路によってこの抵抗値変化をセンサ出力として取り出している。このような作用により、水素を検知している。
【００２１】
図２は図１に示す燃料電池システムを搭載した車両の概略図である。
【００２２】
図２において、燃料電池１、水素タンク３、空気供給等の各種コンポーネンツ２０が含まれる燃料電池システムは、配管の継ぎ手等から水素が漏洩する可能性があり、他システムとは隔離し、下側が開放構造になった収納ケース２１に収められ、車両床下に搭載されている。これにより、車両の走行による風が容易に燃料電池システムに向かって入り込む構造になっている。
【００２３】
水素は特に拡散性がよく、換気を十分に行えば安全に扱うことができる性質の可燃ガスである。しかし、無色無臭で可燃範囲が広く、漏洩に関しては細心の注意が必要であり、水素漏洩の可能性がある部位には、水素漏洩検知器１２を設置することが一般的である。
【００２４】
図３は第１の実施形態に係る、車速に応じて水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図３に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００２５】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ３０）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断する（ステップＳ３１）。判断結果において、車速が所定の車速未満である場合、すなわち燃料電池車が停止もしくは所定車速未満の低速で走行している状況では、走行風が燃料電池システムを収納する収納ケース２１の内部に十分に入り込まず、水素が漏洩した場合に、水素を拡散させて換気する効果を期待することはできない。その場合には、図２に示すように、燃料電池システムを収納する収納ケース２１の上部に複数設置された水素漏洩検知器１２を使用し、この水素漏洩検知器１２で漏洩した水素を検知するようにしている。以下、水素漏洩検知器１２を使用して水素を検知する場合を、第１の漏洩検知方式と呼ぶ。
【００２６】
水素漏洩検知器１２は、例えば図２に示すように燃料電池１の上部、各種コンポーネンツ２０の上部、水素タンク３の上部の計３箇所に設置している。水素漏洩検知器１２の設置個所や設置個数は、任意かつ適宜設定されるものであり、図２に示すものに限定されるものではない。
【００２７】
水素濃度と水素漏洩検知器１２の出力は、図４に示すようにリニアな特性を有している。図４において、水素の爆発下限界は空気中の水素濃度が４％である。したがって、ここでは水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得て（ステップＳ３２）、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中の水素濃度が１％を越えたか否かを判断し（ステップＳ３３）、１％を越えた場合には水素の漏洩と判断するようにしている（ステップＳ３４）。
【００２８】
なお、この実施形態では、水素漏洩検知器１２が水素濃度に対してリニアに出力するようなシステムを採用したが、あらかじめ設定した出力、すなわち水素濃度で水素漏洩検知器１２がデジタル信号を出力するようなシステムもあっても可能である。
【００２９】
一方、検出した車速が所定の車速以上である場合、すなわち燃料電池車が所定車速以上の中高速で走行している状況では、図２に示すように走行風が燃料電池システムの収納ケース２１の内部に入り込み、水素が漏洩した場合に、この走行風により水素を拡散させ換気する効果が期待できる。しかしながら、特に高車速で長時間の走行中に水素漏洩が発生した場合には、水素漏洩検知器１２が反応して水素を検知することはできず、水素漏洩に気づかずに走行を続けてしまう可能性がある。
【００３０】
そこで、水素漏洩検知器１２に代えて、燃料電池コントローラ１３において、水素供給量と発電電流値との相関関係とに基づいて水素が漏洩しているか否かを判断するようにしている。以下、水素供給量と発電電流値との相関関係とに基づいて水素の漏洩を検知する場合を、第２の漏洩検知方式と呼ぶ。
【００３１】
燃料電池１に供給された水素量と、燃料電池１が発電した電流値は、例えば図５に示すようにリニアな特性を有している。この特性を利用して水素の漏洩を判断している。すなわち、図２に示すフローチャートにおいて、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測し（ステップＳ３５）、計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出する（ステップＳ３６）。さらに、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ３７）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求める（ステップＳ３８）。続いて、実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別する（ステップＳＳ３９）。
【００３２】
判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ３４）。一方、判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％以上である場合には、水素は漏洩していないと判断する。上記実施形態は、請求項１に記載された発明に対応した実施形態である。
【００３３】
このように、上記第１の実施形態においては、車速によって走行風が燃料電池システム内部に入り込んで換気を行っているかわかるので、水素漏洩の検知方式を車速に応じて最適に切り替えることによって、走行風に影響されずに水素の漏洩を確実に検知することができる。上記効果は、請求項１に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００３４】
図６はこの発明の第２の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００３５】
前述した第１の実施形態の処理手順では、所定の車速で検知方式を選択的に切り替えるようにしているので、検知方式を切り替える車速の前後で切り替えが頻繁に起こり、切り替え制御が複雑になることが考えられる。
【００３６】
そこで、この第２の実施形態の特徴とするところは、図６に示すフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、図３のステップＳ３０とステップＳ３１との間に、燃料電池コントローラ１３で行われる処理として、検知方式を切り替える車速にヒステリシスを持たせるステップＳ６０の処理を挿入したことにあり、他の処理は図３と同様である。すなわち、第１の漏洩検知方式から第２の漏洩検知方式に切り替える車速と、第２の漏洩検知方式から第１の漏洩検知方式に切り替える車速を異なる車速としている。上記実施形態は、請求項２に記載された発明に対応した実施形態である。
【００３７】
このように、上記第２の実施形態においては、水素漏洩の検知方式を切り替える所定の車速にヒステリシスを持たせることにより、検知方式を切り替える所定の速度付近で検知方式が頻繁に切り替わってしまうことがなくなるので、切り替えをスムーズに行うことができ、複雑な切り替え制御を回避して、漏洩検知のシステム制御を単純にできる。上記効果は、請求項２に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００３８】
図７はこの発明の第３の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図７に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００３９】
水素漏洩検知器１２のセンサの原理上、通電中は常時触媒を加熱している。そのため、長期の耐久性において触媒の劣化が懸念されている。
【００４０】
そこで、この第３の実施形態の特徴とするとことは、図７のフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式を選択実施している時には、水素漏洩検知器１２の電源供給を停止するステップＳ７１の処理を、ステップＳ３１とステップＳ３５の処理の間に挿入し、水素漏洩検知器１２を使用する、第１の漏洩検知方式を選択している時には、水素漏洩検知器１２の電源を供給するステップＳ７０の処理を、ステップＳ３１とステップＳ３２の処理の間に挿入したことにあり、他の処理は図３と同様である。上記実施形態は、請求項３に記載された発明に対応した実施形態である。
【００４１】
この第３の実施形態においては、燃料電池１への水素供給量と燃料電池発電電流の相関に基づいて水素の漏洩を判断する、第２の漏洩検知方式を選択している時には、水素漏洩検知器１２の電源を停止することにより、水素漏洩検知器１２の稼動時間を減らすことができ、水素漏洩の監視をしつつ、水素漏洩検知器１２の耐久劣化性能を向上させることができる。また、水素漏洩検知器１２のセンサ素子ヒータへの通電がなくなるので、消費電力を低減させることができる。上記効果は、請求項３に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００４２】
図８はこの発明の第４の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００４３】
低車速においても、トルク要求が大きい登坂時や補機負荷の大きい時は発電量を多くする必要があり、燃料電池１への水素供給量が多い走行パターンが存在する。
【００４４】
そこで、この第４の実施形態の特徴とするところは、図８に示すフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートに比べて、図３に示す水素供給量を計測するステップＳ３５を、車速を検出する前に、ステップＳ８０として行い、続いて、計測した水素供給量が、切り替えのしきい値となる第１の所定値以上か否かを判断するステップＳ８１の処理を行い、水素供給量が第１の所定値以上である場合には、車速にかかわらずステップＳ３６に進み、第２の漏洩検知方式を実施することにあり、水素供給量が第１の所定値未満である場合には、車速を検出するステップＳ３１に進み、他の処理は図３と同様である。上記実施形態は、請求項４に記載された発明に対応した実施形態である。
【００４５】
この第４の実施形態においては、低車速でも水素供給量が多い場合は、測定の誤差が小さいので、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式を実施しているので、車速にかかわらず正確に水素の漏洩を検知することができる。上記効果は、請求項４に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【００４６】
図９はこの発明の第５の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図９に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００４７】
この第５の実施形態の特徴とするところは、車速が遅く、かつ水素供給量が漏洩を正確に判断できる流量以上の場合に、水素漏洩検知器１２を用いた第１の漏洩検知方式と、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式の双方で、それぞれ水素の漏洩を監視し、いずれか一方の漏洩検知方式が水素の漏洩を検知した場合に、水素が漏洩したものと判断するようにしたことにある。
【００４８】
次に、上記漏洩検知手順を図９を参照して説明する。
【００４９】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ９００）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ９０１）、所定の車速未満である場合には、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測する（ステップＳ９０２）。次に、前述した第４の実施形態で示した第１の所定値と第２の所定値の大小関係を判別し（ステップＳ９０３）、第１の所定値＜第２の所定値の場合には、第１の所定値を第２の所定値とし（ステップＳ９０４）、ステップＳ９０５に進む。第１の所定値と第２の所定値の大小関係を判別し（ステップＳ９０３）、第１の所定値＞第２の所定値の場合には、ステップＳ９０２で計測された水素供給量が第１の所定値以上か否かを判別する（ステップＳ９０５）。判別結果において、水素供給量が第１の所定値未満の場合は、続けて水素供給量が第２の所定値以上か否かを判別する（ステップＳ９０６）。判別結果において、第２の所定値未満の場合には、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得る（ステップＳ９０７）。水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中水素濃度が１％を越えたか否かを判断し（ステップＳ９０８）、１％を越えた場合には水素の漏洩と判断する（ステップＳ９０９）。
【００５０】
一方、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ９０１）、所定の車速以上である場合、水素供給量が第１の所定値以上か否かを判別し（ステップＳ９０５）、水素供給量が第１の所定値以上の場合、ならびに水素供給量が第２の所定値以上か否かを判別し（ステップＳ９０６）、水素供給量が第２の所定値以上の場合には、ステップＳ９０２で計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出する（ステップＳ９１０）。続いて、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ９１１）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求め（ステップＳ９１２）、実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別する（ステップＳ９１３）。
【００５１】
判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ９０９）。一方、判別結果において、実発電電流値が理論発電電流値に対して９０％以上である場合には、水素の漏洩はないものと判断する。上記実施形態は、請求項５に記載された発明に対応した実施形態である。
【００５２】
上記第５の実施形態においては、第１の漏洩検知方式ならびに第２の漏洩検知方式の双方の方式でそれぞれ水素漏洩を監視しつつ、いずれか一方の方式が水素の漏洩を検知した場合には、水素が漏洩したと判断するので、水素の漏洩を正確に検知することができる。
【００５３】
図１０はこの発明の第６の実施形態にかかる、水素の漏洩を検知する方式を選択的に切り替える処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示す手順は、燃料電池コントローラ１３に備えられたマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより行われる。
【００５４】
水素供給量が多く、水素供給流量と発電電流値の関係から水素の漏洩を検知する、第２の漏洩検知方式で正確な水素の漏洩が検知できる状況において、車速が速い場合には、走行風が燃料電池システム内部に入り込み換気の効果がある。このため、水素漏洩があったとしても漏洩した水素は拡散される。
【００５５】
そこで、この第６の実施形態では、燃料電池コントローラ１３は、水素漏洩検知器１３の故障を検出する故障検出手段を有し、上述したような状況において、水素漏洩検知器１２が漏洩と判断した場合は、水素漏洩検知器１２が故障していると判断するようにしている。
【００５６】
次に、故障判断の手順を図１０を参照して説明する。
【００５７】
まず、車速センサ１４で車速を検出し（ステップＳ１００）、検出した車速が所定の車速以上か否かを判断する（ステップＳ１０１）。判断結果において、所定の車速未満である場合は、燃料電池１に供給された水素供給量を水素流量計６で計測し（ステップＳ１０２）、計測した水素供給量が所定値以上か否かを判別する（ステップ１０３）。判別結果において、水素供給量が所定値未満である場合には、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を得る（ステップＳ１０４）。次に、水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中水素濃度が１％を越えているか否かを判断し（ステップＳ１０５）、１％を越えている場合には、さらに第２の漏洩検知方式を実施した際にセットされるフラグがセットされているか否かを判別する（ステップＳ１０６）。判別結果において、フラグがセットされていない（ＯＦＦ）場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ１０７）。その後、フラグをリセット（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０８）。
【００５８】
水素漏洩検知器１２のセンサの出力を換算して空気中の水素濃度が１％を越えているか否かを判断し（ステップＳ１０５）、１％を越えていない場合には、水素が漏洩していないものと判断し、フラグをリセット（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
一方、第２の漏洩検知方式を実施した際にセットされるフラグがセットされているか否かを判別し（ステップＳ１０６）、フラグがセットされている（ＯＮ）場合には、水素漏洩検知器１２が故障しているものと判断する（ステップＳ１０９）。
【００６０】
検出した車速が所定の車速以上か否かを判断し（ステップＳ１０１）、所定の車速以上である場合、又は計測した水素供給量が所定値以上か否かを判別し（ステップ１０３）、水素供給量が所定値以上である場合には、上記フラグをセット（ＯＮ）する。次に、ステップＳ１０２で計測した水素供給量から燃料電池コントローラ１３で理論発電電流値を算出し（ステップＳ１１１）、燃料電池１の実発電電流値を発電電流センサ１１で求め（ステップＳ１１２）、理論発電電流値と実発電電流値の差分を求める（ステップＳ１１３）。実発電電流値が理論発電電流値に対して、ここでは例えば９０％未満であるか否かを判別し（ステップＳＳ１１４）、９０％未満である場合には、燃料電池１のアノード極の水素が到達する前に水素が漏洩していると判断する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
一方、実発電電流値が理論発電電流値に対して、９０％未満であるか否かを判別し（ステップＳＳ１１４）、９０％以上である場合には、ステップＳ１０４に進み、上述したようにステップＳ１０４〜Ｓ１０９の処理が行われる。上記実施形態は、請求項６に記載された発明に対応した実施形態である。
【００６２】
この第６の実施形態においては、特別な診断ツールを用意することなく、水素漏洩検知器１２の故障診断が可能となる。また、検知システムが稼働中に常時故障診断が実施できるので、信頼性の高い水素漏洩検知器を提供できる。上記効果は、請求項６に記載された技術内容によって達成される効果に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池車の水素漏洩検知システムを含む燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】燃料電池システムを搭載した燃料電池車の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図４】水素漏洩検知器の出力特性を示す図である。
【図５】燃料電池の発電電流量の特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 駆動モータ
３ 高圧水素タンク
４ 遮断弁
５ 減圧弁
６ 水素流量計
７ 水素流量調整弁
８ 空気コンプレッサ
９ 空気流量調整弁
１０ アノード排ガス循環ポンプ
１１ 発電電流センサ
１２ 水素漏洩検知器
１３ 燃料電池コントローラ
Claims (6)
- 水素を燃料電池に供給して電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムは、燃料電池車の走行によって空気の流れが入り込み、前記燃料電池システムの雰囲気が換気されるように収納されて前記燃料電池車に搭載された燃料電池車の水素漏洩検知システムにおいて、
前記燃料電池車の車速を検出する車速センサと、
空気中の水素濃度を検出して、水素の漏洩を検知する水素漏洩検知器と、
前記燃料電池に供給される水素供給量を計測する計測手段と、
前記燃料電池の実発電電流値を検出する検出手段と、
前記車速センサで検出された車速が所定値未満の場合は、前記水素漏洩検知器を使用して、水素の漏洩を検知する第１の漏洩検知方式を実施し、前記車速センサで検出された車速が所定値以上の場合は、前記計測手段により計測された前記燃料電池への水素供給量にしたがって算出された前記燃料電池の発電電流理論値と、前記検出手段により検出された前記燃料電池の実発電電流量との相関関係に基づいて水素の漏洩を検知する第２の漏洩検知方式を実施する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池車の水素漏洩検知システム。 - 前記第１の漏洩検知方式と前記第２の漏洩検知方式を切り替える車速値に、ヒステリシス特性を持たせた
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池車の水素漏洩検知システム。 - 前記制御手段は、
前記第２の漏洩検知方式により水素の漏洩が検知されている場合には、前記水素漏洩検知器の電源供給を停止する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池車の水素漏洩検知システム。 - 前記制御手段は、
前記燃料電池への水素供給量が第１の所定値以上の場合には、車速にかかわらず前記第２の漏洩検知方式により水素の漏洩を検知する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池車の水素漏洩検知システム。 - 前記制御手段は、
車速が所定値未満、かつ前記燃料電池への水素供給量が第１の所定値未満でかつ第２の所定値（第２の所定値＜第１の所定値）以上の場合において、前記第１の漏洩検知方式又は前記第２の漏洩方式のいずれか一方の漏洩検知方式で水素の漏洩を検知した場合には、水素が漏洩していると判断する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池車の水素漏洩検知システム。 - 前記制御手段は、
車速が所定値以上、かつ前記燃料電池への水素供給量が所定値以上であって、前記第２の漏洩検知方式により水素の漏洩が検知されていない場合において、前記第１の漏洩検知方式により水素の漏洩が検知された場合には、前記水素漏洩検知器が故障しているものと判断する故障検出手段
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池車の水素漏洩検知システム。
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005124358A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Suzuki Motor Corp | 燃料電池システムを搭載した車両の水素漏れ検出装置 |
| JP2005129491A (ja) * | 2003-10-01 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| FR2872348A1 (fr) * | 2004-06-29 | 2005-12-30 | Air Liquide | Systeme de securisation d'une pile a combustible fonctionnant dans un local ferme |
| WO2006070587A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池システム |
| JP2006185706A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム及びに燃料電池システムおける燃料ガス漏れの判定方法 |
| JP2008500216A (ja) * | 2004-05-27 | 2008-01-10 | モンテック アーゲー | 燃料電池によって駆動する走行ワゴンを備えた輸送システム |
| KR100815308B1 (ko) | 2006-07-07 | 2008-03-19 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 자동차 시스템의 수소 누출 판단 시스템 및 방법 |
| CN100377909C (zh) * | 2004-09-29 | 2008-04-02 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池二轮车 |
| JP2010000811A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池車両 |
| US20100248060A1 (en) * | 2007-11-08 | 2010-09-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and hydrogen leak judgment method in the system |
| US7882728B2 (en) | 2005-06-06 | 2011-02-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dual anomaly judgment device for a fuel cell |
| FR2986109A1 (fr) * | 2012-01-25 | 2013-07-26 | Air Liquide | Installation de pile a combustible et procede de detection de fuite |
| WO2018110441A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素検出装置、燃料電池自動車、水素漏洩監視システム、複合センサモジュール、水素検出方法、およびプログラム |
| JP2018147620A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| CN109802160A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-24 | 清华大学 | 燃料电池膜电极的性能估计方法 |
| GB2570643A (en) * | 2018-01-23 | 2019-08-07 | Ulemco Ltd | Leak detection in a hydrogen fuelled vehicle |
| DE102019132841A1 (de) | 2019-01-30 | 2020-07-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems |
| CN114878084A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-09 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氢能源车辆氢气泄漏检测方法 |
| US11973248B2 (en) | 2018-12-29 | 2024-04-30 | Tsinghua University | Method for diagnosing degradation of fuel cell stack, method for multi-point analysis of fuel cell, and method for estimating performance of fuel cell membrane electrode |
-
2002
- 2002-10-17 JP JP2002303340A patent/JP2004139842A/ja active Pending
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005129491A (ja) * | 2003-10-01 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP4732723B2 (ja) * | 2003-10-01 | 2011-07-27 | パナソニック株式会社 | 燃料電池発電システム |
| JP2005124358A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Suzuki Motor Corp | 燃料電池システムを搭載した車両の水素漏れ検出装置 |
| JP2008500216A (ja) * | 2004-05-27 | 2008-01-10 | モンテック アーゲー | 燃料電池によって駆動する走行ワゴンを備えた輸送システム |
| FR2872348A1 (fr) * | 2004-06-29 | 2005-12-30 | Air Liquide | Systeme de securisation d'une pile a combustible fonctionnant dans un local ferme |
| CN100377909C (zh) * | 2004-09-29 | 2008-04-02 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池二轮车 |
| JP2006185706A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム及びに燃料電池システムおける燃料ガス漏れの判定方法 |
| WO2006070587A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池システム |
| US8268494B2 (en) | 2004-12-28 | 2012-09-18 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
| US7882728B2 (en) | 2005-06-06 | 2011-02-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dual anomaly judgment device for a fuel cell |
| KR100815308B1 (ko) | 2006-07-07 | 2008-03-19 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 자동차 시스템의 수소 누출 판단 시스템 및 방법 |
| US20100248060A1 (en) * | 2007-11-08 | 2010-09-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and hydrogen leak judgment method in the system |
| US8343679B2 (en) * | 2007-11-08 | 2013-01-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and hydrogen leak judgment method in the system |
| JP2010000811A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池車両 |
| FR2986109A1 (fr) * | 2012-01-25 | 2013-07-26 | Air Liquide | Installation de pile a combustible et procede de detection de fuite |
| JPWO2018110441A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2019-10-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素検出装置、燃料電池自動車、水素漏洩監視システム、複合センサモジュール、水素検出方法、およびプログラム |
| WO2018110441A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素検出装置、燃料電池自動車、水素漏洩監視システム、複合センサモジュール、水素検出方法、およびプログラム |
| US11027604B2 (en) | 2016-12-15 | 2021-06-08 | Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd. | Hydrogen detection apparatus, fuel cell vehicle, hydrogen leak monitoring system, compound sensor module, hydrogen detection method, and recording medium |
| JP2018147620A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| GB2570643B (en) * | 2018-01-23 | 2022-07-27 | Ulemco Ltd | Leak detection in a hydrogen fuelled vehicle |
| GB2570643A (en) * | 2018-01-23 | 2019-08-07 | Ulemco Ltd | Leak detection in a hydrogen fuelled vehicle |
| US11156173B2 (en) | 2018-01-23 | 2021-10-26 | Ulemco Limited | Leak detection in a hydrogen fuelled vehicle |
| CN109802160A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-24 | 清华大学 | 燃料电池膜电极的性能估计方法 |
| US11973248B2 (en) | 2018-12-29 | 2024-04-30 | Tsinghua University | Method for diagnosing degradation of fuel cell stack, method for multi-point analysis of fuel cell, and method for estimating performance of fuel cell membrane electrode |
| JP2020123464A (ja) * | 2019-01-30 | 2020-08-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| JP7103246B2 (ja) | 2019-01-30 | 2022-07-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| DE102019132841A1 (de) | 2019-01-30 | 2020-07-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems |
| CN114878084A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-09 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氢能源车辆氢气泄漏检测方法 |
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