JP2006177483A - ガス漏れ判定装置およびガス漏れ判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサ異常とガス漏れとをより適正に簡易な構成によって判定する。
【解決手段】 水素高圧タンクに取り付けられた圧力センサからのタンク内圧力Ｐｈから水素高圧タンク内の水素変動量ΔＱを計算すると共に（Ｓ１１０）、計算した水素変動量ΔＱがセンサ不良に対応する不良領域にあるか配管の破断などによる水素漏れに対応する漏れ領域にあるか燃料電池による水素の消費に対応する消費領域にあるかを判定し（Ｓ１２０）。水素変動量ΔＱが漏れ領域にあるときには配管破断などによるガス漏れを警告出力し（Ｓ１４０）、水素変動量ΔＱが所定時間継続して不良領域にあるときにはセンサ異常を警告出力する（Ｓ１６０）。こうした処理により、簡易な構成でより適正にセンサ異常とガス漏れとをより適正に判定することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス漏れ判定装置およびガス漏れ判定方法に関し、詳しくは、ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定装置およびガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段を用いて該ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定方法に関する。

従来、この種のガス漏れ判定装置としては、水素タンクの圧力に基づいて検出される水素ガスの使用量と水素ガスを消費する燃料電池による水素ガスの使用量とに基づいてシステムからの水素漏れを判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、燃料電池による水素ガスの使用量をナビゲーションシステムを用いて過去の走行履歴から推定している。
特開２００２−１５１１２６号公報

しかしながら、上述のガス漏れ判定装置では、水素タンクの圧力を検出する圧力センサに異常が生じたときには、ガス漏れが生じていても判定されないときやガス漏れが生じていないときでもガス漏れが判定される場合が生じる。これを防止するために圧力センサを二つ以上取り付けたり、水素タンクの使用量を検出する他のセンサを取り付けることも考えられるが、この場合、複数のセンサが必要となり、装置が複雑なものになってしまう。

本発明のガス漏れ判定装置およびガス漏れ判定方法は、センサ異常とガス漏れとを簡易な構成により判定することを目的の一つとする。また、本発明のガス漏れ判定装置およびガス漏れ判定方法は、センサ異常とガス漏れとをより適正に判定することを目的の一つとする。

本発明のガス漏れ判定装置およびガス漏れ判定方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明のガス漏れ判定装置は、
ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定装置であって、
前記ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段と、
該検出されたガス量の時間変化に基づいて前記ガス漏れと前記ガス量検出手段の異常とを判定する判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のガス漏れ判定装置では、ガスタンク内のガス量の時間変化に基づいてガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れとガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段の異常とを判定する。即ち、ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段からの検出値に基づいてガス漏れとガス量検出手段の異常とを判定するのである。この結果、簡易な構成によりガス漏れとガス検出手段の異常とを判定することができる。ここで、ガスタンクとしては水素ガスタンクなどを考えることができ、ガス消費機器としては燃料電池などを挙げることができる。

こうした本発明のガス漏れ判定装置において、前記判定手段は、前記検出されたガス量の時間変化が前記ガス供給系における想定される最大のガス漏れに対応する時間変化を超える領域または負の値となる領域とからなる不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定する手段であり、前記検出されたガス量の時間変化が前記ガス消費機器による消費に対応する時間変化を超える超消費領域にあるときにガス漏れを判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正にガス漏れとガス量検出手段の異常とを判定することができる。

この領域分けにより判定する態様の本発明のガス漏れ判定装置において、前記判定手段は、所定時間に亘って継続して前記検出されたガス量の時間変化が前記不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定する手段であるものとすることもできるし、前記判定手段は、所定時間に亘って継続して前記検出されたガス量の時間変化が前記超消費領域にあるときにガス漏れを判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正にガス漏れとガス量検出手段の異常とを判定することができる。

また、領域分けにより判定する態様の本発明のガス漏れ判定装置において、前記ガス消費機器によるガス消費量を検出するガス消費量検出手段を備え、前記判定手段は、前記検出されたガス量の時間変化が前記検出されたガス消費量の時間変化に対して所定量以上超える領域にあるときに前記超消費領域にあるとしてガス漏れを判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正にガス漏れを判定することができる。

本発明のガス漏れ判定方法は、
ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段を用いて該ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定方法であって、
前記ガス量検出手段により検出されたガス量の時間変化が前記ガス供給系における想定される最大のガス漏れに対応する時間変化を超える領域または負の値となる領域とからなる不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定し、前記ガス量検出手段により検出されたガス量の時間変化が前記ガス消費機器による消費に対応する時間変化を超える超消費領域にあるときにガス漏れを判定する
ことを要旨とする。

こうした本発明のガス漏れ判定方法によれば、ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段により検出されたガス量の時間変化に基づいてガス量検出手段の異常とガス漏れとを判定するから、簡易な構成でより適正にガス量検出手段の異常とガス漏れとを判定することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例であるガス漏れ判定装置を搭載した燃料電池車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池車２０は、図示するように、水素高圧タンク３２から供給され循環ポンプ３４により循環される燃料ガスとしての水素とエアコンプレッサ３６により供給され排気中の水蒸気により加湿する加湿器３８によって加湿された空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、この燃料電池３０からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ２６と、インバータ２６により変換された三相交流電力により駆動しデファレンシャルギヤ２４を介して駆動輪２２ａ，２２ｂに動力を出力する走行用モータ２８と、燃料電池３０の出力電圧を調整すると共に燃料電池３０側の直流電力を低圧の直流電圧に変換してバッテリ４２や低圧補機４４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。

燃料電池３０は、図示しないが、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルをセル間の隔壁をなすセパレータと共に複数積層してなる燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により発電する。燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。また、燃料電池３０の運転に必要な循環ポンプ３４やエアコンプレッサ３６などの燃料電池用補機には燃料電池３０により発電された電力が供給されている。

走行用モータ２８は、例えば、電動機として機能すると共に発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、運転者のアクセルペダル８３やブレーキペダル８５の踏み込み量や車速Ｖに応じて電動機として又は発電機として駆動する。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラム等が記憶されたＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートや通信ポートとを備える。この電子制御ユニット７０には、水素高圧タンク３２の内圧を検出する圧力センサ３３からのタンク内圧力Ｐｈや燃料電池３０の出力端子間に取り付けられた電圧センサ５２からの電圧Ｖｆｃ，燃料電池３０の出力端子からの電力ラインに取り付けられた電流センサ５４からの電流Ｉｆｃ，走行用モータ２８の回転子の位置を検出する回転位置検出センサ２９からの回転位置，イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキポジションセンサ８６からのブレーキポジション，車両の走行速度を検出する車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、循環ポンプ３４への駆動信号やエアコンプレッサ３６への駆動信号，インバータ２６へのスイッチング信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ４０への電圧指令Ｖｆｃ＊などが出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された燃料電池車２０においてガス漏れ判定装置としては、圧力センサ３３や電圧センサ５２，電流センサ５４などからの検出信号に基づいて水素高圧タンク３２から燃料電池３０に供給される水素の配管からの水素漏れや圧力センサ３３の異常を判定する電子制御ユニット７０が該当する。

次に、こうして構成された実施例の燃料電池車２０におけるガス漏れ判定の際の動作について説明する。図２は実施例の電子制御ユニット７０により実行されるガス漏れ判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

ガス漏れ判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、水素高圧タンク３２に取り付けられた圧力センサ３３からのタンク内圧力Ｐｈを入力し（ステップＳ１００）、数回前にこのルーチンが実行されたときに入力したタンク内圧力Ｐｈと今回入力したタンク内圧Ｐｈとの差に基づいて水素高圧タンク３２内の水素の変動量ΔＱを計算する（ステップＳ１１０）。

そして、計算した水素変動量ΔＱと領域判定マップとを用いて計算した水素変動量ΔＱがセンサ不良に対応する不良領域にあるか燃料電池３０からの配管の破断などによる水素漏れに対応する漏れ領域にあるか燃料電池３０による水素の消費に対応する消費領域にあるかを判定する（ステップＳ１２０）。図３に領域判定マップの一例を示す。ここで、不良領域と漏れ領域の境界は水素高圧タンク３２の近傍で配管が破断したときに生じる水素変動量やそれより若干大きな水素変動量と時間との関係として設定されており、漏れ領域と消費領域との境界は燃料電池３０による最大出力の際の水素変動量やそれより若干大きな水素変動量と時間との関係として設定されている。したがって、不良領域は配管破断が生じてもあり得ない水素変動量の領域やマイナスの領域として、漏れ領域は不良領域ではないが燃料電池３０による最大出力の際の水素変動量を超える水素変動量の領域として、消費領域は燃料電池３０による最大出力の際の水素変動量の範囲内の水素変動量の領域として、それぞれ設定されていることになる。

水素変動量ΔＱが消費領域にあるときには、配管破断などによるガス漏れもセンサ異常も生じていない正常な範囲内と判断し、これで本ルーチンを終了する。水素変動量ΔＱが漏れ領域にあるときには、配管破断などによるガス漏れと判断し、警告灯を点灯したり音声出力するなどにより配管破断などによるガス漏れを警告出力して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。水素変動量ΔＱが不良領域にあるときには、不良領域が所定時間（例えば、１秒や２秒）継続するのを待って（ステップＳ１５０）、警告灯を点灯したり音声出力するなどによりセンサ異常を警告出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、水素変動量ΔＱが不良領域のときに不良領域が所定時間継続するのを待つのは、その間にセンサ異常から回復する場合があるからである。これにより、センサ異常をより適正に判定することができる。

以上説明した実施例の燃料電池車２０におけるガス漏れ判定処理によれば、水素高圧タンク３２のタンク内圧Ｐｈだけに基づいて配管破断などによるガス漏れとセンサ異常とを判定することができる。この結果、簡易な構成により配管破断によるガス漏れとセンサ異常とを判定することができる。しかも、水素変動量ΔＱが不良領域のときには不良領域が所定時間継続するのを待ってセンサ異常を判定するから、センサ異常をより適正に判定することができる。

実施例の燃料電池車２０におけるガス漏れ判定処理では、水素高圧タンク３２のタンク内圧Ｐｈに基づいて水素変動量ΔＱを計算するものとしたが、水素高圧タンク３２内の水素量Ｑを検出してその変動量ΔＱを計算するものとしてもよい。

実施例の燃料電池車２０におけるガス漏れ判定処理では、燃料電池３０による最大出力の際の水素変動量の範囲内を消費領域として領域判定を行なったが、燃料電池３０からの出力から水素消費量を計算すると共に計算した水素消費量に基づいて消費領域を設定し、設定した消費領域を用いて領域判定を行なうものとしてもよい。この場合、図２に例示したガス漏れ判定処理ルーチンに代えて図４に例示するガス漏れ判定処理ルーチンを実行すればよい。このルーチンでは、電流センサ５４からの燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃを入力すると共に（ステップＳ１０２）、入力した出力電流Ｉｆｃに基づいて水素消費量Ｑｈを計算し（ステップＳ１１２）、この水素消費量Ｑｈより若干大きな値を用いて消費領域を設定する（ステップＳ１１４）。そして、この設定した消費領域を用いて水素変動量ΔＱによる領域判定以降の処理（ステップＳ１２０〜Ｓ１６０）を実行する。このように、燃料電池３０で消費している水素消費量Ｑｈを用いて消費領域を設定することにより、より適正に配管破断などによるガス漏れを判定することができる。

実施例では、燃料電池３０とこの燃料電池３０に燃料としての水素を供給する水素高圧タンク３２とを搭載した燃料電池車２０として説明したが、燃料電池３０と水素高圧タンク３２とを備えるものであれば、車両に搭載しないものとしても構わない。また、水素高圧タンク３２からの水素を燃料電池３０に供給するものとしたが、水素の供給先は水素を消費する機器であれば如何なる機器（例えば水素エンジンなど）であっても構わない。さらに、実施例では、ガス燃料としての水素を貯蔵する水素高圧タンク３２から水素を供給する場合について説明したが、ガス燃料としては水素に限定されるものではなく、天然ガスなど如何なるガス燃料を用いるものとしても構わない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ガス漏れ判定装置の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例であるガス漏れ判定装置を搭載した燃料電池車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット７０により実行されるガス漏れ判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 領域判定マップの一例を示す説明図である。 変形例のガス漏れ判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

２０ 燃料電池車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ インバータ、２８ 走行用モータ、２９ 回転位置検出センサ、３０ 燃料電池、３２ 水素高圧タンク、３３ 圧力センサ、３４ 循環ポンプ、３６ エアコンプレッサ、３８ 加湿器、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２ バッテリ、４４ 低圧補機、５２ 電圧センサ、５４ 電流センサ、６０ エアコンＥＣＵ、７０ 電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキポジションセンサ、８８ 車速センサ。

Claims (7)

1. ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定装置であって、
   前記ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段と、
   該検出されたガス量の時間変化に基づいて前記ガス漏れと前記ガス量検出手段の異常とを判定する判定手段と、
   を備えるガス漏れ判定装置。
2. 前記判定手段は、前記検出されたガス量の時間変化が前記ガス供給系における想定される最大のガス漏れに対応する時間変化を超える領域または負の値となる領域とからなる不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定する手段であり、前記検出されたガス量の時間変化が前記ガス消費機器による消費に対応する時間変化を超える超消費領域にあるときにガス漏れを判定する手段である請求項１記載のガス漏れ判定装置。
3. 前記判定手段は、所定時間に亘って継続して前記検出されたガス量の時間変化が前記不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定する手段である請求項２記載のガス漏れ判定装置。
4. 前記判定手段は、所定時間に亘って継続して前記検出されたガス量の時間変化が前記超消費領域にあるときにガス漏れを判定する手段である請求項２または３記載のガス漏れ判定装置。
5. 請求項２ないし４いずれか記載のガス漏れ判定装置であって、
   前記ガス消費機器によるガス消費量を検出するガス消費量検出手段を備え、
   前記判定手段は、前記検出されたガス量の時間変化が前記検出されたガス消費量の時間変化に対して所定量以上超える領域にあるときに前記超消費領域にあるとしてガス漏れを判定する手段である
   ガス漏れ判定装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載のガス漏れ判定装置であって、
   前記ガスタンクは水素ガスタンクであり、
   前記ガス消費機器は燃料電池である
   ガス漏れ判定装置。
7. ガスタンク内のガス量を検出するガス量検出手段を用いて該ガスタンクからガス消費機器にガスを供給するガス供給系におけるガス漏れを判定するガス漏れ判定方法であって、
   前記ガス量検出手段により検出されたガス量の時間変化が前記ガス供給系における想定される最大のガス漏れに対応する時間変化を超える領域または負の値となる領域とからなる不良領域にあるときに前記ガス量検出手段の異常を判定し、前記ガス量検出手段により検出されたガス量の時間変化が前記ガス消費機器による消費に対応する時間変化を超える超消費領域にあるときにガス漏れを判定する
   ガス漏れ判定方法。
   

Images