JP2007329105A - 燃料電池システムの異常検出装置、および同システムの異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの起動時間が短くなると共に、精度の良い異常検出が可能燃料電池システムの異常検出装置および異常検出方法を提供する。
【解決手段】燃料電池１と、燃料電池１に反応ガスを供給する配管１５と、配管１５に設けられた主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４と、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４よりも下流側の配管１５に設けられた調圧弁ＲＧ１とを備える燃料電池システムにおいて、同システムに対して停止要求がなされたときの高圧配管１５ａ内の圧力と、燃料電池システムが再起動するときに検出される高圧配管１５ａ内の圧力との差に基づいて、高圧配管１５ａとその上流側及び下流側の異常を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムの異常検出装置、および同システムの異常検出方法に関し、特に、同システムの起動時間を短くし、さらには精度の良い異常検出を可能とする技術に関する。

燃料電池システムは、燃料電池に高圧の水素を蓄えた水素タンクから水素ガスを供給するとともに空気を加圧供給し、燃料電池内において水素ガスと空気とを電気化学反応させ、起電力と熱とを発生させるものである。このような燃料電池システムの中には、水素ガスを燃料電池に供給する配管における水素ガス漏れ等の異常を検出する装置が採用されたものもある。

下記特許文献１に開示の検出装置は、配管に設けられた２つの遮断弁を閉じて両遮断弁間内に閉空間を画成し、この閉空間内の圧力を、閉空間よりも上流側に位置する配管内の圧力と、閉空間よりも下流側の配管内の圧力との中間の大きさに設定する。そのうえで、閉空間内の圧力の大きさを検出することにより、上流側の空間から閉空間への水素ガスの流入、および閉空間から下流側の空間への水素ガスの流出のいずれをも検出することが可能である。
特開２００４−１７０３２１号公報

しかしながら、閉空間内の圧力が上流側の圧力と下流側の圧力との中間の大きさに設定されるので、閉空間内の圧力と上流側の圧力との差、または閉空間内の圧力と下流側の圧力との差が、いずれも大きな差とはならない。したがって、もし遮断弁や配管に異常があってガス漏れが生じていても、そのガス漏れが明確な圧力差の変化となって現れるまでに時間がかかる。

特に、システム停止要求後にガス漏れ検査を行うので、ユーザーがシステムに対して停止要求を行った後であるにもかかわらず、ガス漏れ検査を行うためにシステムを長時間起動させておく必要があり、その間は無駄に電力を消費してしまうことになる。また、システム起動時にガス漏れ検査を行うと、システム起動時間が長くなるという課題がある。以上の傾向は、圧力変化の検出精度が低い高圧配管用の圧力計を用いた場合に顕著となる。

本発明の目的は、燃料電池システムの起動時間が短く、かつ、精度の良い異常検出が可能な燃料電池システムの異常検出装置、および同システムの異常検出方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、次のような構成の異常検出装置を採用する。すなわち、本発明の燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する配管と、前記配管に所定の間隔を隔てて設けられた上流側弁装置及び下流側弁装置とを備える燃料電池システムの異常検出装置であって、前記燃料電池システムの停止要求に応じて前記上流側弁装置と前記下流側弁装置との間に形成される閉空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に前記圧力検出手段によって検出される前記閉空間内の圧力を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記閉空間内の圧力と、前記燃料電池システムの再起動時に前記圧力検出手段によって検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する判定手段と、を備える。

また、本発明の燃料電池システムの異常検出方法は、燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する配管と、前記配管に所定の間隔を隔てて設けられた上流側弁装置及び下流側弁装置とを備える燃料電池システムの異常検出方法であって、前記燃料電池システムの停止要求に応じて前記上流側弁装置と前記下流側弁装置との間に形成される閉空間内の圧力を検出し、前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に検出した前記閉空間内の圧力と、前記燃料電池システムの再起動時に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する。

これらの構成によれば、燃料電池システムの停止時間を利用して異常検出に必要十分な圧力変化を生じさせることが可能になり、システム起動時の異常検出に必要な圧力変化の待ち時間が短縮される。したがって、システム起動時間が短くなり、かつ、精度の良い異常検出が可能となる。また、大規模な異常についても、システム停止中に検出することができるので、異常の早期発見が可能である。

前記記憶手段には、前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に複数回にわたって検出される前記閉空間内の圧力のうち、少なくとも最新の回とその直前の回に検出された圧力が記憶され、前記判定手段は、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力が所定の第１圧力値未満である場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出された前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する。

このような構成によれば、燃料電池システムを停止してから所定時間経過後における閉空間内の圧力変化が小さいために、必要十分な圧力変化にて異常判定を行えない虞がある場合には、燃料電池システムの停止時間を利用して異常検出に必要十分な圧力変化を生じさせることが可能になる。

上記燃料電池システムの異常検出装置において、前記判定手段は、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力が前記第１圧力値以上である場合には、前記最新の回とその直前の回に検出された各圧力の差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する。

このような構成によれば、必要十分な圧力変化にて異常判定を行える場合には、閉空間とその上流側および下流側のどちらに異常があるかを特定することが可能となる。

例えば、前記判定手段は、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が所定の第１判定値未満である場合には、前記閉空間の下流側に異常があると判定し、また、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が所定の第２判定値を超えている場合には、前記閉空間の上流側に異常があると判定する。

一方、前記判定手段は、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が前記第１判定値以上かつ前記第２判定値以下である場合には、異常判定を中止してもよく、かかる異常判定を中止した場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出された前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する。

同様に、上記燃料電池システムの異常検出方法において、前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に複数回にわたって検出した前記閉空間内の圧力のうち、最新の回とその直前の回に検出した各圧力の差が所定の第１判定値以上かつ所定の第２判定値以下である場合には、異常判定を中止してもよく、かかる異常判定を中止した場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出した前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出した前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する。

これらの構成によれば、必要十分な圧力変化にて異常判定を行えない虞がある場合には、燃料電池システムの停止時間を利用して異常検出に必要十分な圧力変化を生じさせることが可能になる。

前記上流側弁装置は、例えば、前記燃料電池に供給される燃料ガスを貯蔵する高圧タンクの主止弁であり、また、前記下流側弁装置は、例えば、前記高圧タンクから前記燃料電池への燃料ガス供給圧を所定圧に減圧する調圧弁である。

このような構成によれば、配管外へのガス漏れといった異常の判定以外に、主止弁や調圧弁のシール不良等による配管内でのガス漏れといった異常の判定も可能である。

本発明によれば、燃料電池システムの起動時間が短くなると共に、精度の良い異常検出が可能となる。

本発明の燃料電池システムの異常検出装置、および同システムの異常検出方法の実施形態を、図１から図５に示して説明する。

本実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１と、該燃料電池１のアノード側の入口及び出口にそれぞれ接続された配管１５，１８と、燃料電池１のカソード側の入口及び出口にそれぞれ接続された配管１７，１９と、燃料ガスとしての水素ガス（反応ガス）を貯蔵している４つの水素タンク（高圧タンク）Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、監視装置３０を備えて配管１５におけるガス漏れ等の異常を検出する異常検出装置と、燃料電池システムを制御するシステム制御装置４０とを備えている。

燃料電池１は、単セルを所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜およびこれを両面から挟んだ一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを外側から挟持する一対のセパレータと、で構成されている。各セパレータは、基材をカーボンまたはメタルにより形成されて導電性を有し、酸化ガスまたは水素ガスが流通する流体流路を有している。

燃料電池１には、燃料電池１によって発電された電力を蓄える蓄電池５と、燃料電池１によって発電された電力又は／及び蓄電池５に蓄えられた電力によって駆動するモータ６とが接続されている。

各水素タンクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４には、配管１１，１２，１３，１４の一端がそれぞれ接続されている。各配管１１，１２，１３，１４には、水素ガスの燃料電池１への供給を遮断するための主止弁（上流側弁装置）ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４がそれぞれ設けられている。各配管１１，１２，１３，１４の他端はひとつに集結されており、集結された各配管１１，１２，１３，１４の他端に前記配管１５が接続されている。

配管１５には、調圧弁（下流側弁装置）ＲＧ１，ＲＧ２と遮断弁ＳＶ５が、水素タンクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４側から燃料電池１に向けてこの順に設けられている。調圧弁ＲＧ１，ＲＧ２は、燃料電池１への燃料ガス供給圧を調整するものであり、水素タンクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４から供給される高圧の水素ガスをそれぞれ所定の設定圧力に減圧する。

一方、配管１７には、燃料電池１に酸化ガスとしての空気を供給するコンプレッサ２が設けられている。コンプレッサ２は、エアフィルタ１６を介して吸引した外気を燃料電池１に圧送する。

燃料電池１のアノード側出口には、電気化学反応後のアノードオフガスを排出する配管１８の一端が接続されている。一方、燃料電池１のカソード側出口には、電気化学反応後のカソードオフガスを排出する配管１９の一端が接続されている。配管１９の燃料電池１近傍には、燃料電池１への酸化ガス供給圧を調整する調圧弁ＲＧ３が設けられている。

各水素タンクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４には、各タンク内部の圧力を計測する圧力計２１，２２，２３，２４がそれぞれ設けられている。調圧弁ＲＧ１よりも上流側の配管１５には、高圧に保持される配管１５（以下、高圧配管１５ａ）内の圧力を計測する圧力計２５が設けられている。調圧弁ＲＧ１と調圧弁ＲＧ２との間の配管１５には、中圧に保持される配管１５（以下、中圧配管１５ｂ）内の圧力を計測する圧力計２６が設けられている。調圧弁ＲＧ２よりも下流側の配管１５には、低圧に保持される配管１５（以下、低圧配管１５ｃ）内の圧力を計測する圧力計２７が設けられている。

圧力計２１〜２７は、信号ケーブルＣ１〜Ｃ７を介して監視装置３０に接続されている。圧力計２５は、燃料電池システムに対する停止要求に応じて主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４が閉じられることによって、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４（上流側弁装置）と調圧弁ＲＧ１（下流側弁装置）との間に形成される閉空間内の圧力を検出する圧力検出手段としての機能を有している。

監視装置３０は、各圧力計２１〜２７の計測値に基づいて、水素ガスが配管１５外に或いは配管１５内で漏れていないかどうかを監視する。つまり、本実施形態においては、圧力計２１〜２７と監視装置３０とが、上記燃料電池システムにおける異常検出装置を構成している。

以下、説明の便宜上、圧力計２５によって検出される高圧配管１５ａ内の圧力を高圧配管圧Ｐｈ、圧力計２６によって検出される中圧配管１５ｂ内の圧力を中圧配管圧Ｐｍ、および圧力計２７によって検出される低圧配管１５ｃ内の圧力を低圧配管圧Ｐｌという。

監視装置３０は、圧力計２１〜２７によって検出された各部の圧力を記憶するメモリ（記憶手段）３１を備えている。このメモリ３１には、燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に圧力計２５によって定期的に検出される高圧配管圧Ｐｈのうち、少なくとも最新の回（ｎ回目）とその直前の回（ｎ−１回目）に検出された高圧配管圧Ｐｈ（ｎ），Ｐｈ（ｎ−１）と、燃料電池システム再起動時に圧力計２５によって検出される高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）も記憶される。

監視装置３０は、メモリ３１に記憶された高圧配管圧Ｐｈ（ｎ），高圧配管圧Ｐｈ（ｎ−１），及び高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）を用いて、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４と調圧弁ＲＧ１との間に形成される閉空間、および該閉空間の上流側および下流側の異常を判定する判定手段３２とを備えている。つまり、判定手段３２は、少なくとも、高圧配管１５ａと、その上下流にそれぞれ配設された主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４及び調圧弁ＲＧ１の異常を判定することが可能である。

監視装置３０には、燃料電池システムを統括制御するシステム制御装置４０が接続されている。このシステム制御装置４０は、ユーザーによって燃料電池システムの起動要求がなされた場合であっても、監視装置３０がシステム停止中に水素ガス漏れ等の異常を検出していたとき、あるいは、該異常をシステム起動時に検出したときは、異常警告を発すると共に、燃料電池システムの起動を禁止する。

上記のように構成された燃料電池システムに対する監視装置３０による異常監視処理について、図２から図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは、上記の燃料電池システムが、例えば燃料電池車両に搭載されることを想定している。

まず、燃料電池車両を運転していたドライバーが、イグニッションをオフにすると、システム制御装置４０に対して燃料電池システムの停止要求がなされる。すると、システム制御装置４０は、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４を閉じ、これら主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４よりも下流側の配管１５内の水素ガスを所定のパージ処理によって掃気する、あるいは燃料電池１内で発電により消費させる。

しかる後、監視装置３０は、図２のフローチャートに示す処理を所定の時間Ｔ１（例えば、１時間）ごとに繰り返し行う。この処理は、後述するステップＳ９の異常検出処理中止が実行されない限り、燃料電池システムの起動要求があるまで繰り返し実行される。まず、ステップＳ１では、高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）を圧力計２５によって検出し、メモリ３１に記憶する。

次に、高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）があらかじめ設定された所定の第１圧力値Ｐ１よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ３）、判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）が第１圧力値Ｐ１よりも小さい場合には、高圧配管１５ａの水素漏れ判定を行っていないことを示す「水素漏れ未判定フラグ」に「ＯＮ」をセットする（ステップＳ１１）。

一方、ステップＳ３の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）が第１圧力値Ｐ１以上である場合には、下記式（１）によって求められる高圧配管１５ａにおける単位時間当たりの漏れ量Ｆ（ｎ）が、あらかじめ設定された所定の第１漏れ判定値Ｆ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。

Ｆ（ｎ）＝｛Ｐｈ（ｎ）−Ｐｈ（ｎ−１）｝×Ｖｈ／Ｔ１ … 式（１）

ここで、Ｖｈは高圧配管１５ａの容積、ｎは高圧配管圧Ｐｈの現在の検出回数である。

なお、本実施形態のステップＳ５では、「Ｆ（ｎ）＜Ｆ１」を判定しているが、この判定式は、「Ｐｈ（ｎ）−Ｐｈ（ｎ−１）＜ Ｆ１×Ｔ１／Ｖｈ」を判定することと等価である。すなわち、ステップＳ５は、高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）と高圧配管圧Ｐｈ（ｎ−１）との差が、所定の第１判定値（＝Ｆ１×Ｔ１／Ｖｈ）未満であるか否かを判定しているともいえる。

ステップＳ５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、漏れ量Ｆ（ｎ）が第１漏れ判定値Ｆ１よりも小さい場合には、高圧配管１５ａにガス漏れが生じていると判定し、その旨を示す「高圧配管漏れ判定ＮＧフラグ」に「ＯＮ」をセットする（ステップＳ１３）。一方、ステップＳ５の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、漏れ量Ｆ（ｎ）が第１漏れ判定値Ｆ１以上である場合には、漏れ量Ｆ（ｎ）があらかじめ設定された所定の第２漏れ判定値Ｆ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、漏れ量Ｆ（ｎ）が第２漏れ判定値Ｆ２よりも大きい場合には、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４のいずれかから水素ガスが漏れていると判定し、その旨を示す「タンクＳＶ漏れ判定ＮＧフラグ」に「ＯＮ」をセットする（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ７の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、漏れ量Ｆ（ｎ）が第１の漏れ判定値Ｆ１以上かつ第２の漏れ判定値Ｆ２以下である場合には、漏れ量Ｆ（ｎ）が小さい、言い換えれば必要十分な高圧配管圧Ｐｈの圧力変化にて異常判定を行えない虞があると判定し、燃料電池システムの停止時間を利用して異常検出に必要十分な圧力変化を生じさせるべく、異常検出処理を中止（異常判定の中止）する（ステップＳ９）。

その後、ドライバーが燃料電池車両に乗り込み、イグニッションをオンすると、システム制御装置４０に対して燃料電池システムの起動要求がなされる。起動要求がなされると、システム制御装置４０は、監視装置３０が水素漏れ未判定フラグ（ステップＳ１１），高圧配管漏れ判定ＮＧフラグ（ステップＳ１３），及びタンクＳＶ漏れ判定ＮＧフラグ（ステップＳ１５）にセットした各フラグの内容に応じて、それぞれ異なる処理を行う。また、システム制御装置４０は、監視装置３０が異常検出処理を途中で中止した場合（ステップＳ９）にも所定の処理を行う。

まず、図３に示すフローチャートを参照しながら、水素漏れ未判定フラグに「ＯＮ」がセット（図２のステップＳ１１）されている場合の処理について説明する。燃料電池システムの起動要求がなされると、システム制御装置４０は、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４を所定時間開いて、水素タンクＴ１〜Ｔ４から高圧配管１５ａ，中圧配管１５ｂ，及び低圧配管１５ｃに水素ガスを供給し、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４を閉じる（ステップＳ２１）。

これら主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４を閉じてから所定の時間Ｔ３が経過したならば、高圧配管圧Ｐｈ，中圧配管圧Ｐｍ，及び低圧配管圧Ｐｌをそれぞれ圧力計２５，圧力計２６，及び圧力計２７によって検出し、検出した各配管圧Ｐｈ，Ｐｍ，Ｐｌをメモリ３１に記憶する（ステップＳ２３）。

次いで、各配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃの総漏れ量Ｇ＝｛ΔＰｌ×Ｖｌ＋ΔＰｍ×Ｖｍ＋ΔＰｈ×Ｖｈ｝／Ｔ３を求め、総漏れ量Ｇがあらかじめ設定された所定の第３漏れ判定値Ｆ３よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ΔＰｌ，ΔＰｍ，及びΔＰｈは、前記時間Ｔ３の間の低圧配管圧Ｐｌ，中圧配管圧Ｐｍ，及び高圧配管圧Ｐｈの変化量である。また、Ｖｌは低圧配管１５ｃの内部容積、Ｖｍは中圧配管１５ｂの内部容積、Ｖｈは高圧配管１５ａの内部容積である。

ステップＳ２５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、総漏れ量Ｇが第３漏れ判定値Ｆ３よりも大きい場合には、配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃのどこかに外部へのガス漏れが生じていると判定し、その旨を示す「水素配管漏れ判定ＮＧフラグ」に「ＯＮ」をセットし（ステップＳ３１）、システム制御装置４０によってガス漏れに関する警告が発せられ、燃料電池システムの起動が禁止される（ステップＳ３３）。

一方、ステップＳ２５の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、総漏れ量Ｇが第３漏れ判定値Ｆ３以下である場合には、システム内に異常は生じていないと判定し、システム起動要求に応じた燃料電池システムの起動がシステム制御装置４０によって許可される（ステップＳ２７）。

次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、監視装置３０が異常検出処理を途中で中止（図２のステップＳ９）した場合の処理について説明する。燃料電池システムの起動要求がなされると、監視装置３０は、高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）を圧力計２５によって検出し、メモリ３１に記憶する（ステップＳ４１）。

次に、高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）が上記第１圧力値Ｐ１よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ４３）、判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）が第１圧力値Ｐ１よりも小さい場合には、水素漏れ未判定フラグに「ＯＮ」をセットし（ステップＳ５１）、上述した図３のフローチャートに示す処理を行う（ステップＳ５３）。

一方、ステップＳ４３の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）が第１圧力値Ｐ１以上の場には、下記式（２）によって求められる時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が、上記第１判定値Ｆ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４５）。なお、時間Ｔ２とは、システム起動要求前に高圧配管圧Ｐｈ（ｎ）を検出した最終のときから、上記ステップＳ４１で高圧配管圧Ｐｈ（ｓ）を検出するまでの時間である。

Ｆ（ｓ）＝｛Ｐｈ（ｓ）−Ｐｈ（ｎ）｝×Ｖｈ／Ｔ２ … 式（２）

ステップＳ４５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が第１判定値Ｆ１よりも小さい場合には、高圧配管１５ａに漏れが生じていると判定し、「高圧配管漏れ判定ＮＧフラグ」に「ＯＮ」をセットする（ステップＳ５５）。かかる場合には、システム制御装置４０によってガス漏れに関する警告が発せられると共に、システムの起動が禁止される（ステップＳ５９）。

一方、ステップＳ４５の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が第１判定値Ｆ１以上である場合には、時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が上記第２判定値Ｆ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４７）。

この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が第２判定値Ｆ２よりも大きい場合には、主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４のいずれかから水素ガスが漏れていると判定し、「タンクＳＶ漏れ判定ＮＧフラグ」に「ＯＮ」をセットする（ステップＳ５７）。かかる場合には、システム制御装置４０によってガス漏れに関する警告が発せられると共に、システムの起動が禁止される（ステップＳ５９）。

一方、ステップＳ４７の判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、時間Ｔ２当たりの漏れ量Ｆ（ｓ）が第２判定値Ｆ２以下である場合には、システム内に異常は生じていないと判定し、システム起動要求に応じた燃料電池システムの起動がシステム制御装置４０によって許可される（ステップＳ４９）。

以上説明したとおり、高圧配管１５ａ，主止弁ＳＶ１〜ＳＶ４，及び調圧弁ＲＧ１に生じるガス漏れの進行が非常に遅い場合には、分解能の低い高圧用の圧力計２５によってはガス漏れ等の異常を検出することが一般には困難であるところ、上記燃料電池システムの異常検出装置によれば、燃料電池システムの停止時間を利用して異常検出に必要十分な圧力変化を高圧配管１５ａに生じさせることが可能になるので、システム起動時の異常検出に必要な圧力変化の待ち時間が短縮される。

したがって、システム起動時間が短くなり、かつ、精度の良い異常検出が可能となる。また、大規模な異常についても、システム停止中に検出することができるので、例えば大規模な異常を検出した場合には、無線や有線などによって燃料電池車両から離れたところいる車両所有者等への連絡を可能にしておけば、異常の早期発見も可能となる。

本発明の異常検出装置の一実施の形態を示す図であって、異常検出装置を備える燃料電池システムの概略図である。 燃料電池車両のイグニッションがオフされた後に実行される処理の流れを示すフローチャートである。 燃料電池車両のイグニッションがオンされた後に実行される処理の流れを示すフローチャートである。 燃料電池車両のイグニッションがオンされた後に実行される他の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…燃料電池、１５…配管、２５，２６，２７…圧力計（圧力検出手段）、３０…監視装置、３１…メモリ、３２…判定手段、４０…システム制御装置、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…水素タンク（高圧タンク）、ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４…主止弁（上流側弁装置）、ＳＶ５…遮断弁、ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３…調圧弁（下流側弁装置）

Claims (12)

1. 燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する配管と、前記配管に所定の間隔を隔てて設けられた上流側弁装置及び下流側弁装置とを備える燃料電池システムの異常検出装置であって、
   前記燃料電池システムの停止要求に応じて前記上流側弁装置と前記下流側弁装置との間に形成される閉空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に前記圧力検出手段によって検出される前記閉空間内の圧力を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記閉空間内の圧力と、前記燃料電池システムの再起動時に前記圧力検出手段によって検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する判定手段と、
   を備える燃料電池システムの異常検出装置。
2. 前記記憶手段には、前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に複数回にわたって検出される前記閉空間内の圧力のうち、少なくとも最新の回とその直前の回に検出された圧力が記憶され、
   前記判定手段は、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力が所定の第１圧力値未満である場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出された前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する、請求項１に記載の燃料電池システムの異常検出装置。
3. 前記判定手段は、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力が前記第１圧力値以上である場合には、前記最新の回とその直前の回に検出された各圧力の差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する、請求項２に記載の燃料電池システムの異常検出装置。
4. 前記判定手段は、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が所定の第１判定値未満である場合には、前記閉空間の下流側に異常があると判定する、請求項３に記載の燃料電池システムの異常検出装置。
5. 前記判定手段は、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が所定の第２判定値を超えている場合には、前記閉空間の上流側に異常があると判定する、請求項３又は４に記載の燃料電池システムの異常検出装置。
6. 前記判定手段は、前記最新の回とその直前の回に検出された前記閉空間内の圧力の差が前記第１判定値以上かつ前記第２判定値以下である場合には、異常判定を中止する、請求項３〜５のいずれかに記載の燃料電池システムの異常検出装置。
7. 前記判定手段は、前記異常判定を中止した場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出された前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する、請求項６に記載の燃料電池システムの異常検出装置。
8. 前記上流側弁装置は、前記燃料電池に供給される燃料ガスを貯蔵する高圧タンクの主止弁であり、
   前記下流側弁装置は、前記高圧タンクから前記燃料電池への燃料ガス供給圧を所定圧に減圧する調圧弁である、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システムの異常検出装置。
9. 燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する配管と、前記配管に所定の間隔を隔てて設けられた上流側弁装置及び下流側弁装置とを備える燃料電池システムの異常検出方法であって、
   前記燃料電池システムの停止要求に応じて前記上流側弁装置と前記下流側弁装置との間に形成される閉空間内の圧力を検出し、
   前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に検出した前記閉空間内の圧力と、前記燃料電池システムの再起動時に検出された前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する、燃料電池システムの異常検出方法。
10. 前記燃料電池システムを停止してから再起動するまでの間に複数回にわたって検出した前記閉空間内の圧力のうち、最新の回とその直前の回に検出した各圧力の差が所定の第１判定値以上かつ所定の第２判定値以下である場合には、異常判定を中止する、請求項９に記載の燃料電池システムの異常検出方法。
11. 前記異常判定を中止した場合には、前記燃料電池システムの再起動時に、その時に検出した前記閉空間内の圧力と、前記最新の回に検出した前記閉空間内の圧力との差に基づいて、前記閉空間とその上流側および下流側における異常のうち少なくともいずれかを判定する、請求項１０に記載の燃料電池システムの異常検出方法。
12. 前記上流側弁装置は、前記燃料電池に供給される燃料ガスを貯蔵する高圧タンクの主止弁であり、
    前記下流側弁装置は、前記高圧タンクから前記燃料電池への燃料ガス供給圧を所定圧に減圧する調圧弁である、請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池システムの異常検出方法。

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