JP2004166488A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車外の水素により車内の水素濃度の上昇するのを防止する。
【解決手段】 水素貯蔵タンクを備え、当該水素貯蔵タンクに充填した水素を使用して燃料電池を発電させる燃料電池システムを搭載し、外部の水素充填設備１０から水素配管１１を介して水素貯蔵タンクに水素を充填しているときに、水素濃度センサ２４により車室内の水素濃度を検出し、所定濃度以上の水素濃度を検出した場合に、水素を含む外気の車内への侵入を防止する。このとき、エアコン装置２２を内気循環動作させたり、パワーウインドウ装置２３を閉動作させたりする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素ガスを燃料電池に供給することで駆動モータ等の負荷に電力供給をして走行し、水素の不足時に外部から水素の供給を受ける燃料電池車両に関する。

従来より、下記の特許文献１に記載されているように、水素ステーションから車両に水素を供給する給水素システムが知られている。
特許第３３００５０６号

しかしながら、従来の技術では、車両の水素充填時に車外側に水素漏れが発生したとき、車両内の水素濃度上昇を防止する手段については開示されていない。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、車外の水素により車内の水素濃度の上昇を防止することができる燃料電池車両を提供するものである。

本発明では、水素を使用して燃料電池を発電させる燃料電池システムを搭載し、水素濃度センサにより車室内の水素濃度を検出し、所定濃度以上の水素濃度を検出した場合に、開閉機構を制御することで、上述の課題を解決する。

本発明では、水素貯蔵タンクを備え、当該水素貯蔵タンクに充填した水素を使用して燃料電池を発電させる燃料電池システムを搭載し、外部から水素貯蔵タンクに水素を充填しているときに、水素濃度センサにより車室内の水素濃度を検出し、所定濃度以上の水素濃度を検出した場合に、外気の車内への浸入を防止するように開閉機構を制御することで、上述の課題を解決する。

本発明に係る燃料電池車両によれば、水素濃度の上昇を検出した場合に、車室内に対する車室外への開閉機構を制御して、車室内の水素濃度を低下させることができ、車室内の水素濃度の上昇を防止することができる。

また、本発明に係る燃料電池車両によれば、水素貯蔵タンクへの水素供給を開始した場合に、外部の水素充填設備や水素配管、搭載している水素貯蔵タンク等からの水素漏れが発生して一時的に車両内に侵入した場合であっても、その後の車両内の水素濃度の上昇を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る燃料電池車両１に適用される。

［燃料電池車両１の構成］
この燃料電池車両１は、水素充填設備１０付近に停車して、当該水素充填設備１０により水素が充填される水素貯蔵タンク（図示せず）を内部に備えている。この水素貯蔵タンクに充填された水素は、空気と共に燃料電池スタックに供給されて、燃料電池スタックを発電させる。また、この燃料電池車両１には、燃料電池スタックに空気及び水素ガスを供給する制御をして、燃料電池スタックの発電電力を駆動モータや補機に供給する燃料電池システムを搭載している。これにより、燃料電池車両１では、駆動モータの駆動トルクによって走行する。

このような燃料電池車両１では、水素充填設備１０から水素の供給を受けるときに、水素充填口２１に水素配管１１が接続されて、水素充填設備１０と接続される。この状態において、水素充填設備１０から水素配管１１を介して水素が供給されることで、燃料電池車両１は、内部の水素貯蔵タンクに水素が充填される。

また、燃料電池車両１には、車室内の空調を制御するエアコン装置２２、車窓の開閉制御をするパワーウインドウ装置２３が搭載されている。エアコン装置２２は、燃料電池車両１の乗員による操作に従って、空調制御をする。また、エアコン装置２２では、車室内の空気を循環させる内気循環動作（図１中の点線参照）、外気導入ダクトから車室外の空気を車内に取り入れて車両内に循環させる外気循環動作をする。また、パワーウインドウ装置２３は、燃料電池車両１の乗員による操作に従って、モータ制御してウインドウの開閉動作をする。

このようなエアコン装置２２及びパワーウインドウ装置２３では、燃料電池車両１の乗員の操作の他に、後述の制御装置３１の制御に従った動作をする。

更に、この燃料電池車両１には、水素充填口２１に接続して設けられて当該水素充填口２１の開閉を検出する充填口開閉センサ２４、車室内に設けられて水素濃度を検出する水素濃度センサ２５が設けられている。充填口開閉センサ２４及び水素濃度センサ２５により検出された値は、後述の制御装置３１により読み込まれて、エアコン装置２２及びパワーウインドウ装置２３の制御に使用される。

ここで、充填口開閉センサ２４は、例えば水素充填口２１に水素配管１１が接続された状態を検出しても良く、水素充填設備１０の水素圧力と水素貯蔵タンクの内圧との差圧により水素供給弁が開状態になったことを検出しても良い。

このような燃料電池車両１では、その機能的な構成を図２に示すように制御装置３１に充填口開閉センサ２４及び水素濃度センサ２５が接続され、制御装置３１によりエアコン装置２２及びパワーウインドウ装置２３を制御する水素漏れ検知制御処理を実行する。

［水素漏れ検知制御処理］
この水素漏れ検知制御処理は、制御装置３１により充填口開閉センサ２４からのセンサ信号を読み込んで水素充填口２１が開状態となったことを検出した後に例えば１０ｍｓｅｃごとの所定期間毎に実行される。制御装置３１は、処理手順を図３に示すように、先ず、ステップＳ１において、水素濃度センサ２５からのセンサ信号を読み込んで、車室内の水素濃度ＨＳを検出して、ステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２においては、制御装置３１により、ステップＳ１にて検出した水素濃度ＨＳが、予め設定しておいた水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈよりも高いか否かの判定をする。この水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈは、懸念されるような水素の可燃濃度よりも十分に低い値に設定されている。

制御装置３１では、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈ以下と判定した場合には処理を終了し、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈよりも高いと判定した場合にはステップＳ３に処理を進める。

ステップＳ３においては、制御装置３１により、車室内の水素濃度の上昇を停止させるために、エアコン装置２２を内気循環動作させるように制御すると共に、パワーウインドウ装置２３を閉動作させるように制御する。ここで、制御装置３１では、エアコン装置２２やパワーウインドウ装置２３の乗員による操作に拘わらず強制的に動作を制御することが望ましい。これにより、燃料電池車両１では、外気導入ダクトからの外気の取り込みを停止すると共に車窓から外気が浸入することを防止する。

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池車両１によれば、水素充填設備１０からの水素供給を開始した場合に、水素充填設備１０や水素配管１１等からの水素漏れが発生して、外気と共に水素が車室内に浸入する可能性がある場合であっても、車室内と外気とを遮断するので、車室内の水素濃度の上昇を防止することができる。

また、この燃料電池車両１によれば、水素充填口２１が開状態になったことを充填口開閉センサ２４により検出した場合にエアコン装置２２やパワーウインドウ装置２３の制御をするので、通常の走行時のエアコン装置２２やパワーウインドウ装置２３の動作を妨げることなく、制御の誤動作を軽減することができる。

更に、燃料電池車両１によれば、パワーウインドウ装置２３を閉動作させるように制御するので、車窓から車室内に水素が侵入し、車室内の水素濃度が上昇することを防ぐことができる。

更にまた、燃料電池車両１によれば、エアコン装置２２の外気導入ダクトから車室内に水素が侵入し、車室内の水素濃度が上昇することを防ぐことができる。

［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池車両１について説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については同一符号、同一ステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。

この燃料電池車両１は、図４に示すように、水素貯蔵タンク１２に加えて、車両走行中に使用する当該水素貯蔵タンク１２の下流側配管に設けられた水素供給量調整弁１３と、図示しない空気供給量調整弁とを有する燃料電池システムを備える。この燃料電池システムは、水素貯蔵タンク１２に貯蔵しておいた水素ガスを、水素供給量制御弁１４によって流量制御をして、燃料電池スタック２に供給すると共に、空気を流量制御して燃料電池スタック２に供給する。これにより、燃料電池システムでは、燃料電池スタック２に発電反応を行わせ、当該発電反応により発生した発電電力を駆動モータや補機に供給する。このとき、制御装置４１は、車両を走行させているときに、燃料電池車両１の乗員によるアクセル操作に伴う駆動モータの出力変動に伴って、水素供給量調整弁１３の開度を制御して、水素貯蔵タンク１２から燃料電池スタック２へ供給する水素供給量を制御する。そして、燃料電池車両１では、駆動モータの駆動トルクによって走行する。

また、燃料電池車両１の走行中（燃料電池起動中）は、その機能的な構成を図５に示すように、水素濃度センサ２５により検出している水素濃度を制御装置４１により読み込むことにより車室内への水素漏れを検出し、制御装置４１によりエアコン装置２２、パワーウィンドウ装置２３、水素供給量調整弁１３を制御する水素漏れ検知制御処理を行う。

［水素漏れ検知制御処理］
つぎに、燃料電池車両１の走行中、すなわち燃料電池スタック２の起動中における水素漏れ検知制御処理について図６のフローチャートを参照して説明する。

この水素漏れ検知処理装置は、制御装置４１により水素供給量調整弁１３の開度信号を読み込んで、燃料電池スタック２が起動状態になったと判断した後に、例えば１０ｍｓｅｃごとの所定期間毎に実行される。

制御装置４１は、先ず、ステップＳ１において、水素濃度センサ２５からのセンサ信号を読み込んで、車室内の水素濃度ＨＳを検出して、ステップＳ２に処理を進め、ステップＳ２においては、制御装置４１により、ステップＳ１にて検出した水素濃度ＨＳが、予め設定しておいた水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈよりも高いか否かの判定をする。この水素濃度のしきい値ＨＨＳ＿ｓｈは、懸念されるような水素の可燃濃度よりも十分に低い値に設定されている。

そして、制御装置４１では、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈ以下と判定した場合には処理を終了し、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈよりも高いと判定した場合にはステップＳ１１に処理を進める。

ステップＳ１１においては、制御装置４１により、エアコン装置２２を外気循環動作させるように制御すると共に、水素供給量調整弁１３の開度を例えば半分以下となるように制御する。ここで、制御装置４１では、エアコン装置２２の乗員による操作に拘わらず強制的に動作を制御することが望ましい。これにより、燃料電池車両１では、水素貯蔵タンク下流の配管等で発生する水素漏れ量を低減すると共に、外気導入ダクトからの外気を取り込み車両内の圧力を高めることで、車両内への水素の侵入を防止する。

次に、制御装置４１では、ステップＳ１１を実行することにより車室内の水素濃度が低下したことを確認するため、ステップＳ１１での処理を行った後の所定期間経過後に、ステップＳ２と同様のステップＳ１２の処理を行う。そして、制御装置４１では、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈ以下と判定した場合には処理を終了し、水素濃度ＨＳが水素濃度のしきい値ＨＳ＿ｓｈよりも高いと判定した場合にはステップＳ３に処理を進めて処理を終了する。

［第２実施形態の効果］
この燃料電池車両１によれば、燃料電池スタック２を起動している最中の走行中においては、水素貯蔵タンク１２やその下流の配管等で水素漏れが発生して、外気と共に水素が車室内に侵入する可能性がある場合であっても、エアコン装置２２を外気循環動作させることで車室内の気圧を高め、車両内への水素の侵入を防止すると同時に、水素貯蔵タンク１２下流への水素供給量を制限することで水素の漏れ量を低減させることができる。また、この燃料電池車両１によれば、走行中の走行風を利用して車室内の水素濃度の低下を行うことができ、車室内に水素が侵入する可能性を更に抑制することができる。

更に、この燃料電池車両１によれば、車室内の圧力を上昇させる動作や水素漏れ量を低減させる動作を行っても車両内の水素濃度が減少しない場合、パワーウィンドウ装置２３を閉動作させるように制御するので、車窓から車室内に水素が侵入し、車室内の水素濃度が上昇することを防ぐことができる。

更にまた、燃料電池車両１によれば、エアコン装置２２を外気循環動作しても水素濃度が低下しない場合に、エアコン装置２２の外気導入ダクトから車室内に水素が侵入し、車室内の水素濃度が上昇することを防ぐと共に、車両内の空気を循環することで侵入した水素の車両内での拡散を促進し、車両内での局所的な水素濃度の上昇を防止することができる。

更にまた、この燃料電池車両１によれば、走行中に車室内の水素濃度が所定値以上となった場合には、パワーウインドウ装置２３を閉動作させる前に、燃料電池スタック２への水素供給量を制限したり、エアコン装置２２を外気循環動作に切り換えるので、水素濃度が上昇した場合にパワーウインドウ装置２３が車両乗員の意に反して動作して、車両運転者の運転操作に影響を与えることを抑制することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

すなわち、上述した一例では、車室内の水素濃度が予め設定したしきい値より高い場合にエアコン装置２２やパワーウインドウ装置２３を制御する場合について説明したが、水素濃度が上昇していることを検出してエアコン装置２２やパワーウインドウ装置２３を制御しても良い。

本発明を適用した燃料電池車両の概略構成を示す図である。 本発明を適用した燃料電池車両の機能的な構成を示すブロック図である。 制御装置による水素漏れ検知制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 本発明を適用した燃料電池車両の概略構成の他の一例を示す図である。 本発明を適用した燃料電池車両の機能的な構成の他の一例を示すブロック図である。 制御装置による車両走行中の水素漏れ検知制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池車両
１０ 水素充填設備
１１ 水素配管
１２ 水素貯蔵タンク
１３ 水素供給量調整弁
２１ 水素充填口
２２ エアコン装置
２３ パワーウインドウ装置
２４ 充填口開閉センサ
２５ 水素濃度センサ
３１ 制御装置
６１ 制御装置

Claims (7)

1. 水素を使用して燃料電池を発電させる燃料電池システムと、
   車室内の水素濃度を検出する水素濃度センサと、
   前記水素濃度センサにより所定値以上の水素濃度を検出した場合に、車両に付設された開閉機構を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記制御手段は、車両走行中に、前記水素濃度センサにより水素濃度の上昇を検出した場合に、前記燃料電池への水素供給量を低下させるように前記燃料電池システムを制御し、外気を車室内に侵入させるように前記開閉機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記制御手段は、前記開閉機構としての車両内空調装置を外気循環動作させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
4. 前記制御手段は、前記車室内空調装置を外気循環動作させた後に、前記水素濃度センサにより水素濃度の上昇を検出した場合に、前記車両内空調装置を内気循環動作させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車両。
5. 水素貯蔵タンクを備え、該水素貯蔵タンクに充填した水素を使用して燃料電池を発電させる燃料電池システムと、
   車室内の水素濃度を検出する水素濃度センサと、
   外部から前記水素貯蔵タンクへの水素充填中に、前記水素濃度センサが所定値以上の水素濃度を検出した場合に、外気の車室内への侵入を防止するように車両に付設された開閉機構を制御する開閉機構制御手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両。
6. 前記開閉機構制御手段は、前記水素濃度センサにより水素濃度の上昇を検出した場合に、前記開閉機構としての車両内空調装置を内気循環動作させることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池車両。
7. 前記開閉機構制御手段は、前記水素濃度センサにより水素濃度の上昇を検出した場合に、前記開閉機構としてのパワーウィンドウ装置を閉動作させることを特徴とする請求項４〜請求項６の何れかに記載の燃料電池車両。
   

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