JP2010002264A - ガス漏れ診断装置及びガス漏れ診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの高圧タンク又は輸送配管にガス漏洩が発生した場合、その旨をいち早く察知するとともに、誤診断のないガス漏れ診断装置及びガス漏れ診断方法を提供する。
【解決手段】ガスが貯蔵されている高圧タンク１１及びガスを輸送する配管２０のガス漏れを診断するガス漏れ診断装置４０であって、ガスの圧力値(P(t))を取得するデータ取得部５１と、差圧導出のための設定時間(T)を挟んだ前後において取得した圧力値(P(t))から差圧(ΔP)を導出する差圧導出部５２と、導出した前記差圧(ΔP)を設定閾値(W)と比較して、差圧(P(t))が設定閾値(W)を超過するかしないかを検定する差圧検定部５３と、時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの検定の結果が共に超過であれば、ガス漏れと判定する判定部４５を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、高圧タンクに貯蔵されているか又は配管により輸送されているガスのガス漏れを診断するガス漏れ診断装置に関連し、特に、車両に搭載されている燃料ガスの漏れ診断するのに適したガス漏れ診断装置に関する。

燃料電池を搭載する車両は、燃料ガス（水素）及びエア（酸素）を燃料電池に供給し電気化学反応させて動力源の起電力を得ている。この燃料ガスは、高圧タンクに貯蔵され配管で輸送されて燃料電池に供給される。ところで、この高圧タンク及び配管に亀裂や、これらの接続部分に緩みが発生すると、高圧の燃料ガスは車外に漏洩することになる。よってそのような事態が発生した場合は、いち早く察知し緊急事態に対応できる車両制御モードに移行する必要がある。

そのような、ガス漏れを診断する従来技術としては、ガス圧センサが圧力値を出力し、この圧力値の所定の時間間隔における差圧が設定閾値を超過する場合は、ガス漏と判定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−１２７８３４号公報

ところで、燃料ガスの圧力値を出力するガス圧センサは、歪ゲージが広く利用されている。この歪ゲージは、圧力変形に伴う電気抵抗の変化を電圧値又は電流値の出力変化として検出するものであり、高圧領域での使用時に、ベースラインのオフセット異常が発生することが知られている。このオフセット異常とは、歪ゲージから検出される電圧又は電流が瞬間的に一定値スライドして検出される現象である。

そのような異常現象が発生する要因としては、最大３５ＭＰａから大気圧（約０．１ＭＰａ）までの広い圧力変化を検出範囲とすることによる材料限界、または歪ゲージから出力される微弱なアナログ信号である電圧値又は電流値を増幅するための増幅回路の接点不良などが挙げられる。
そして、従来技術において、このようなオフセット異常が発生し、このオフセット量が差圧の設定閾値を超過するものであった場合、ガス漏れと誤判定してしまうという問題があった。

本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、ガスを貯蔵する高圧タンク又はガスを輸送する配管にガス漏洩が発生した場合、その旨をいち早く察知するとともに、誤診断のないガス漏れ診断装置及びガス漏れ診断方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために本発明は、ガスが貯蔵されている高圧タンク及びこの高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管のガス漏れを診断するガス漏れ診断装置であって、前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において前記取得した圧力値から導出した差圧を設定閾値と比較して、前記差圧が前記設定閾値を超過するかしないかを検定する差圧検定部と、時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの前記検定の結果が共に超過であれば、ガス漏れと判定する判定手段とを、備えることを特徴とする。
または、ガスが貯蔵されている高圧タンク及びこの高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管のガス漏れを診断するガス漏れ診断装置であって、前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において前記取得した圧力値から差圧を導出する差圧導出部と、時間的に重ならない異なる時間帯において導出された少なくとも２つの前記差圧が共に設定閾値を超過していれば、ガス漏れと判定する判定手段とを、備えることを特徴とする。

かかる構成により、ガスが正常に消費され、ガス漏れが発生していない状態にあっては、設定時間を挟んだ前後において差圧は、設定閾値を超過しないので、ガス漏れ診断されることはない。
そして、ガス漏れが発生し、差圧が設定閾値を超過し、時間的に重ならない異なる時間帯における他の差圧も設定閾値を超過している場合は、ガス漏れと判定し、早期診断によりガス漏れが察知される。
また、燃料ガスの圧力値に設定閾値を超過するオフセット異常が発生した場合であっても、時間的に重ならない異なる時間帯における他の差圧が設定閾値を超過していなければ、ガス漏れと判定されず、誤診断とならない。

さらに本発明のガス漏れ診断装置において、前記ガスは、車両用の燃料ガスであることを特徴とする。

かかる構成により、高圧タンクに貯蔵されているか又は配管により輸送されている燃料ガスのガス漏れを誤診断することなく早期に察知できるので、緊急事態に対応できる車両制御モードにいち早く切り替えることができる。

さらに本発明のガス漏れ診断装置において、前記高圧タンク側に設けられた第１ガス圧センサが出力した第１圧力値の前記差圧が設定閾値を超過する旨の検定がなされ、さらに前記配管側に設けられた第２ガス圧センサが出力した第２圧力値の前記差圧も設定閾値を超過する旨の検定がなされれば、判定手段は、前記差圧の次の検定を待たずにガス漏れ判定をすることを特徴とする。

かかる構成により、時間的に重ならない異なる時間帯における他の差圧の検定結果を待つことなくガス漏れ判定がなされるので、ガス漏れが発生した場合、その旨をさらに早期に察知することができる。二つのガス圧センサがほぼ同時に設定閾値を超過する差圧を検出するということは、ガス漏れ量が多いことが示唆されるために通常よりも早期にガス漏れ診断を下す必要がある。

さらに本発明のガス漏れ診断装置において、前記圧力値は、歪ゲージを構成要素に含むガス圧センサから出力されることを特徴とする。

かかる構成により、オフセット異常の発生頻度が比較的高い歪ゲージを使用したガス圧センサによりガスの圧力値を検出しても誤診断の可能性が低くなる。

さらに本発明は、前記差圧が設定閾値を超過する旨の前記検定がなされ、前記時間的に重ならない異なる時間帯において導出された他の前記差圧は超過しない旨の前記検定がなされている場合は、前記超過する旨の検定がなされた差圧を、ベースラインのオフセット異常とみなし、データ取得部が取得した前記圧力値に対し補正を実施する補正部を備えることを特徴とする。

かかる構成により、ベースラインのオフセット異常が発生してもガスの正確な圧力値を得ることができる。

本発明により、ガスを貯蔵する高圧タンク又はガスを輸送する配管にガス漏洩が発生した場合、その旨をいち早く察知するとともに、誤診断のないガス漏れ診断装置及びガス漏れ診断方法が提供される。

＜＜第１実施形態＞＞
以下、図面を参照して本発明のガス漏れ診断装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る第１実施形態のガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。
図１に示すように、車両本体１０は、高圧に圧縮された燃料ガス（水素）が貯蔵されている高圧タンク１１と、この高圧タンク１１に接続し燃料ガスを燃料電池１３に輸送するアノード系配管２０と、酸化性ガス（エア）を燃料電池１３に輸送するカソード系配管３０と、車内ＬＡＮを介して各種電装部品に接続し車両本体１０の制御を統括するＥＣＵ１５と、燃料ガスのガス漏れを診断するガス漏れ診断装置４０とを含む構成をとる。

高圧タンク１１には、貯蔵されている高圧の燃料ガスの供給を開閉動作に応じて継続／停止させる遮断弁１２と、高圧の燃料ガスの圧力値のアナログ信号を出力する第１ガス圧センサ４１とが設けられている。

アノード系配管２０には、高圧タンク１１から供給される高圧の燃料ガスを一定の低圧値に減圧する一次減圧弁２１と、コンプレッサ３２のエア圧をパイロット圧（信号圧）として機械的な開度調整をすることにより燃料ガスをさらに調圧する調圧弁２２と、この調圧された燃料ガスを循環させながら燃料電池１３に供給するエゼクタ２３とが設けられている。

第１ガス圧センサ４１は（第２ガス圧センサは後記の第３実施形態参照）、ガス圧の検出方式に特に限定はないが、歪ゲージ方式を採用するものが広く用いられている。また、第１ガス圧センサ４１の設置位置についても、特に限定はないが、本実施形態では、高圧タンク１１の容器本体に設けられている。

カソード系配管３０には、アクセルペダル３３の踏み込み量に応じてエア圧力を増減させて燃料電池１３にエア供給するコンプレッサ３２と、この増減するエア圧力をパイロット圧（信号圧）として調圧弁２２に同期伝達する分岐配管３１とが設けられている。

燃料電池１３は、アノード系配管２０から供給される燃料ガス（水素）と、カソード系配管３０から供給されるエア（酸素）とを電気化学反応させ、発電した直流電流を３相交流電力に変換するＰＤＵ１６を介し、走行モータ１７に電力供給するものである。
燃料電池１３は、複数（例えば、２００〜４００）の単セルが厚み方向にセパレータを介して積層し、電気的に直列結合し、剛性の高い筐体に収納されている。
そして、単セルの両面には、それぞれ燃料ガス流路及びエア流路が設けられ、要求電力量に対応したガス圧が、単セルの両面に付勢するようになっている。

ＥＣＵ１５は、アクセルペダル３３の踏み込み量に応じてコンプレッサ３２の出力を増減させたり、ガス漏れ診断装置４０が出力する情報に基づいてガス漏れ警告を発したり、車両本体１０を緊急停止させたりする。
ここで警告とは図示しない警告灯を点灯させたり音声等で乗員にその旨を通告したり、緊急事態に対応できるように車両制御モードを変更したりすることを指す。また緊急停止とは、例えば、高圧タンク１１の遮断弁１２を閉状態にしたり、燃料電池１３から走行モータ１７に電力が供給されないようにしたりして、車両１０を走行不能な状態にすることを指す。

ガス漏れ診断装置４０は、図示を省略するが、ハードウェアとして、入出力インタフェイス、ＣＰＵ、メモリなどを含んで構成される。また、ガス漏れ診断装置４０は、図示を省略するが、機能として、第１ガス圧センサ４１からのアナログ信号を受信してデジタル信号処理をするデータ取得部、データ取得部により取得された圧力値を一時的に記憶するバッファやタイマの設定値（設定値）を記憶する記憶部、取得された圧力値に基づいてガス漏れが発生しているか否かについて判定を行うガス漏れ判定手段などから構成される。

次に、図２は、第１実施形態のガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートであるが、このフローチャートを参照して、第１実施形態のガス漏れ診断装置４０の動作を説明する。
この図２（ａ）のフローチャートは、ステップＳｔ１〜Ｓｔ１３が１つのルーチンとして、イグニッションスイッチＯＮにより処理が開始し、イグニッションスイッチがＯＦＦされるまで繰り返して実行される。なお、このフローチャートにおける動作の主体は、ガス漏れ診断装置４０である。したがって、文中において主語が省略されている場合、その動作の主語はガス漏れ診断装置４０である。

ステップＳｔ１では、データ取得部を介して第１ガス圧センサ４１からの圧力信号を圧力Ｐ１として取得する。
ステップＳｔ２では、設定時間が経過したか否かが判定される。設定時間は、例えば１０秒であるが、この値は、本実施形態では、ガス漏れの迅速な検出と、ガス漏れの誤検知防止という観点から設定されるものである。
ステップＳｔ２で、設定時間を経過しない場合（Ｓｔ２→Ｎｏ）は、設定時間が経過するまで待機し、設定時間を経過した場合（Ｓｔ２→Ｙｅｓ）は、次のステップＳｔ３に処理を進める。

ステップＳｔ３では、データ取得部を介して第１ガス圧センサ４１から圧力信号を圧力Ｐ２として取得する。
ステップＳｔ４では、それぞれ取得した圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差圧であるΔＰを導出する。この処理により導出されるΔＰは、請求項に記載の「差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値から導出した差圧」に相当する。

ステップＳｔ５では、ΔＰと比較する閾値を設定する。閾値の設定は第３実施形態で説明するが、ガス消費量が多い場合は、閾値は大きな値が設定され、ガス消費量が少ない場合は、閾値は小さな値が設定される。
ステップＳｔ６では、ΔＰが閾値を超過するか否かを判定し（ΔＰ＞閾値？）、ΔＰが閾値を超過しない（閾値以下の）場合（Ｓｔ６→Ｎｏ）は、ステップＳｔ１に戻って処理が繰り返される。一方、ステップＳｔ６で、ΔＰが閾値を超過する場合（ステップＳｔ６→Ｙｅｓ）は、次のステップＳｔ７に処理を進める。

ここで、ステップＳｔ７〜Ｓｔ１１は、前記したステップＳｔ１〜Ｓｔ５と同じ処理なので、説明を省略する。ちなみに、本実施形態においては、ステップＳｔ７で取得される圧力Ｐ１は、ステップＳｔ３で取得される圧力Ｐ２よりも時間的に後に取得された圧力値であるが、必ずしもそうである必要はなく、ステップＳｔ７における圧力値Ｐ１がステップＳｔ３で取得された圧力Ｐ１であってもよい。ただし、ステップＳｔ９で取得される圧力Ｐ２は、ステップＳｔ７で取得される圧力Ｐ１よりも後に（設定時間経過後に）取得される。

次に、ステップＳｔ１２では、前記したステップＳ６と同様に、ΔＰが閾値を超過するか否かを判定するが（ΔＰ＞閾値？）、判定後の処理が異なる。つまり、ステップＳｔ１２でΔＰが閾値を超過する場合は（Ｓｔ１２→Ｙｅｓ）、ステップＳｔ６でもΔＰが閾値を超過しており、つまり、連続してΔＰが閾値を超過している。このため、ステップＳｔ１３で異常を出力する。なお、異常とは、本実施形態では、ガス漏れである。

一方、ステップＳｔ１２で、ΔＰが閾値を超過しない（閾値以下の）場合（Ｓｔ１２→Ｎｏ）は、「Ｒｅｔｕｒｎ」に進む。ちなみに、ステップＳｔ１２がＮｏになる場合は、連続してΔＰが閾値を超過していないので、第１ガス圧センサ４１にオフセット故障が考えられる。
なお、この第１実施形態ではステップＳｔ１３での「異常出力」の後も、「Ｒｅｔｕｒｎ」に進む。そして、再度、ステップＳｔ１以降の処理が繰り返されるが、ステップＳｔ１３の後に、処理を終わらせてもよい。

ところで、図２（ａ）のフローチャートでは、ステップＳｔ１〜Ｓｔ１３の処理を行うこととしたが、変形例として、図２（ｂ）のように、ステップＳｔ６がＹｅｓの場合に、前回の処理の際にもΔＰが閾値を超過していたか否かを判定するステップ、つまり、連続してΔＰが閾値を超過した否かを判定するステップＳｔ７ａを設け、このステップＳｔ７ａがＹｅｓの場合（連続して超過の場合）には異常（ガス漏れ）を出力し、Ｎｏの場合（連続して超過していない場合）にはステップＳｔ１に戻るようにしてもよい。

ちなみに、この第１実施形態は、ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値（Ｐ１、Ｐ２）から導出した差圧（ΔＰ）を設定閾値と比較して、差圧（ΔＰ）が設定閾値を超過するかしないかを検定する差圧検定部と、時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの検定の結果が共に超過（連続して超過）であれば、ガス漏れと判定する判定手段とを、備えるガス漏れ診断装置である。

また、この第１実施形態は、ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値（Ｐ１、Ｐ２）から差圧（ΔＰ）を導出する差圧導出部と、時間的に重ならない異なる時間帯において導出された少なくとも２つの前記差圧（ΔＰ）が共に設定閾値を超過（連続して超過）していれば、ガス漏れと判定する判定手段とを、備えるガス漏れ診断装置である。
ちなみに、図２のフローチャートを、例えば１秒ずつずらして１０個並列で実行すれば、後記する第２実施形態などのように、１秒ごとに診断を行える。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態のガス漏れ診断装置を説明する。図３は、第２実施形態のガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートである。なお、第１実施形態と共通部分は、文中に図１で使用したのと同じ符号を付して説明を省略する。

ちなみに、第２実施形態と第１実施形態の違いは、（１）第２実施形態では、ガス漏れ診断装置４０が、データ取得部を介して１秒ごと、つまり設定時間をｎ分割（ここでは１０分割）した時間間隔で第１ガス圧センサ４１からの圧力信号を取得して、これを第１バッファ４０ａ（図３参照）に逐次格納する点である。

また、（２）第２実施形態では、ガス漏れ診断装置４０が、第１バッファ４０ａに、１秒間隔で得られる圧力のデータを時系列で１１個格納し、新しいデータを格納すれば、一番古いデータを消去する点である。つまり、第１バッファ４０ａは、１０秒分（設定時間分と同じ時間幅）のデータを、常時１１個格納している。換言すると、第１バッファは、一時記憶領域の先頭（先頭のアドレス）に１０秒前の圧力のデータを常時格納し、最後尾（末尾；末尾のアドレス）に現時点の圧力のデータを常時格納している（１０秒前の圧力のデータ〜現在の圧力のデータまでの１１個）。

また、（３）第２実施形態では、ガス漏れ診断装置４０が、第１バッファ４０ａの先頭のデータ（つまり１０秒前のデータ）と末尾のデータ（つまり現時点のデータ）を、第１バッファ４０ａから同時に読み出して、差圧（ΔＰ）を導出し、ΔＰと閾値とを比較（検定）する点である。

また、（４）第２実施形態では、第２バッファ４０ｂ（図３参照）が、１秒間隔で得られる比較結果（検定結果）のデータを時系列で１１個格納し、新しいデータを格納すれば、一番古いデータを消去する点である。つまり、第２バッファ４０ｂは、第１バッファ４０ａと同様、１０秒分（設定時間分と同じ時間幅）のデータを、常時１１個格納している。換言すると、第１バッファは、一時記憶領域の先頭（先頭のアドレス）に１０秒前の比較結果のデータを格納し、最後尾（末尾；末尾のアドレス）に現時点の比較結果のデータを格納している（１０秒前の比較結果〜現在の比較結果までの１１個）。

また、（５）第２実施形態では、ガス漏れ診断装置４０が、第２バッファ４０ｂの先頭のデータ（つまり１０秒前の比較結果のデータ）と末尾のデータ（つまり現時点の比較結果のデータ）を、第２バッファ４０ｂから同時に読み出して、比較結果が共に「ΔＰ＞閾値」であるかを判断して、ガス漏れを検知する点である。

以上の（１）〜（５）の違いを前提に、図３のフローチャートを参照して第２実施形態のガス漏れ診断装置４０の動作を説明する。
この図３のフローチャートは、ステップＳｔ２１〜Ｓｔ３０が１つのルーチンとして、イグニッションスイッチＯＮにより処理が開始し、イグニッションスイッチがＯＦＦされるまで繰り返して実行される。なお、このフローチャートにおける動作の主体は、第１実施形態と同様、ガス漏れ診断装置４０である。

ステップＳｔ２１では、データ取得部を介して第１ガス圧センサ４１からの圧力信号を圧力のデータとして取得し、第１バッファ４０ａに格納する。前記のとおり、第１バッファ４０ａは、最新のデータを格納すると、最も古いデータを消去し、常時１１個の圧力のデータ、つまり設定時間である１０秒分の圧力のデータを格納する（１０秒前の圧力のデータ〜現在の圧力のデータまでの１１個）。

ステップＳｔ２２では、第１バッファ４０ａのデータの個数が１１個あるか否かを判断する（バッファのデータ充足？）。不足していれば（Ｓｔ２２→Ｎｏ）、充足するまでステップＳｔ２１を繰り返して実行する。一方、充足していれば（Ｓｔ２２→Ｙｅｓ）、ステップＳｔ２３に進む。
なお、このステップＳｔ２２は、イグニッションスイッチＯＮの直後（１０秒ほど）の間に機能するものであるが、必須のステップではない。

ステップＳｔ２３では、ガス漏れ診断装置４０が、圧力のデータを常時１１個格納している第１バッファ４０ａから、その先頭のデータをＰ１として、末尾のデータをＰ２として読み出す。

次のステップＳｔ２４は、第１実施形態のステップＳｔ４に相当し、ステップＳｔ２５は第１実施形態のＳｔ５に相当するので、説明を省略する。

ステップＳｔ２６では、ΔＰが閾値を超過するか否かの比較結果を算出し、その比較結果を第２バッファ４０ｂに格納する。なお、比較結果は「超過」か「超過せず」か、のいずれかである。ちなみに、この第２バッファ４０ｂも第１バッファと同様、常時１１個分の比較結果（１０秒前の比較結果〜現在の比較結果までの１１個）のデータを格納している。

ステップＳｔ２７では、比較結果のデータの数が充足しているか否かを判断する。これは、前記したステップＳｔ２２と同様であり、不足していれば（Ｓｔ２７→Ｎｏ）充足するまでステップＳｔ２１からの処理を繰り返して実行する。一方、充足していれば（Ｓｔ２７→Ｙｅｓ）、ステップＳｔ２８に進む。
なお、このステップＳｔ２７は、イグニッションスイッチＯＮの直後の間に機能するものであるが、必須のステップではない。

ステップＳｔ２８では、ガス漏れ診断装置４０が、比較結果のデータを常時１１個格納している第２バッファ４０ｂから、その先頭の比較結果と、末尾の比較結果を読み出す。
そして、ステップＳｔ２９では、「読み出した比較結果は共にΔＰが閾値を超過」であるか否かを判断する。共に超過であれば（Ｓｔ２９→Ｙｅｓ）、つまり、１０秒前もΔＰが閾値を超過しており、かつ、今回もΔＰが閾値を超過している場合は、連続して超過しているので、ステップＳｔ３０で異常を出力する。なお、異常とは、本実施形態では、ガス漏れである。

一方、ステップＳｔ２９で、共に超過ではない場合（Ｓｔ２９→Ｎｏ）は、「Ｒｅｔｕｒｎ」に進む。ちなみに、ステップＳｔ２９がＮｏになる場合は、連続してΔＰが閾値を超過していないので、つまり、１０秒前はΔＰが閾値を超過していたが現在は超過していない場合（その逆の場合）は、第１ガス圧センサ４１にオフセット異常が考えられる。
なお、この第１実施形態ではステップＳｔ３０での「異常出力」の後も、「Ｒｅｔｕｒｎ」に進む。そして、再度、ステップＳｔ２１以降の処理が繰り返されるが、ステップＳｔ３０の後に、処理を終わらせてもよい。

この第２実施形態も、第１実施形態と同様の技術思想を実施するものであり、適切にガス漏れの判定などを行うことができる。
ちなみに、圧力のデータの取得が１０秒間隔であり、第１バッファ４０ａなどが１個分のデータのみを格納するものであれば、第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同じになる。
なお、第１実施形態でも同様であるが、ΔＰと閾値との比較は、その都度行うのではなく、後でまとめて比較しても同じである。
また、第２実施形態で、設定時間を１０秒、データの取得間隔を１秒、バッファのデータの格納個数を１１個としたが、これらは適宜変更可能なものである。
また、ステップＳｔ２９での比較は、「時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの比較結果（検定結果）が共に超過」かの比較に相当するが、２つではなく、「時間的に重ならない異なる時間帯における３つの検定の比較結果（検定結果）」を比較してもよい。この場合は、第２バッファ４０ｂの記憶個数を増やして対応する。

＜＜第３実施形態＞＞
以下、図面を参照して本発明のガス漏れ診断装置の第３実施形態を詳細に説明する。この第３実施形態では、すでに説明した実施形態をさらに具体化した内容となっている。
図４は本発明に係るガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。なお、図４と図１との相違点は、車両本体１０に第２ガス圧センサ４２が設けられているか否かの点と、ガス漏れ診断装置４０の具体的な構成が示されているか否かの点である。よって、図４において図１と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

第２ガス圧センサ４２は、ガス圧の検出方式に特に限定はないが、歪ゲージ方式を採用するものが広く用いられている。また、第２ガス圧センサ４２の設置位置についても、特に限定はなく、一次減圧弁２１及び調圧弁２２の間に設けられていたり、調圧弁２２及びエゼクタ２３の間に設けられたりする場合もある。

ガス漏れ診断装置４０は、第１ガス圧センサ４１からのアナログ信号を受信してデジタル信号処理をする第１ガス圧信号処理手段５０Ａと、第２ガス圧センサ４２からのアナログ信号を受信してデジタル信号処理をする第２ガス圧信号処理手段５０Ｂと、各種処理のパラメータが保持されるパラメータ設定部４３と、第１ガス圧信号処理手段５０Ａの出力信号を一定期間保持する記憶部４４と、第１ガス圧信号処理手段５０Ａの出力信号及び記憶部４４に保持されている信号に基づいてガス漏れが発生しているか否かについて判定を行うガス漏れ判定手段（判定部）４５とから構成される。

そして、第１ガス圧信号処理手段５０Ａは、データ取得部５１と、差圧導出部５２と、差圧検定部５３と、データ補正部５４とから構成されており、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂも、図示略されているが、同様の構成を有している。

パラメータ設定部４３は、後記するデータ取得間隔Δｔ、第１設定時間Ｔ、第２設定時間Ｄ（Ｔ≦Ｄ）、設定閾値Ｗのパラメータを、外部から入力し登録するものである。なお、第１設定時間Ｔ、第２設定時間Ｄに代わり、それぞれ後記するＡ＝Ｉｎｔ（Ｔ／Δｔ）、Ｂ＝Ｉｎｔ（Ｄ／Δｔ）であらわされるＡ，Ｂを登録してもよい。ここで、「Ｉｎｔ」は整数化する（小数点以下を切り捨てる）ことを意味している。
また、図中、破線内の記載が省略されているが、パラメータ設定部４３は、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂで適用されるパラメータも外部から入力し保持する。そして、第１ガス圧信号処理手段５０Ａ、及び第２ガス圧信号処理手段５０Ｂにおいてそれぞれ異なるパラメータを適用してもよい。

設定閾値Ｗの内訳は、第１設定時間Ｔの時間内に燃料電池１３で消費される燃料ガスの最大値と、ガス圧センサ４１，４２の検出誤差量と、外乱ノイズと、誤動作防止のためのマージンとを加算した値となる。なお、消費される燃料ガスの最大値は、この燃料ガスの使用状況によって適宜変更されるとして取り扱うことができる。

データ取得部５１は、第１ガス圧センサ４１から出力されるアナログ信号であるガスの圧力値Ｐ(ｔ)を一定のデータ取得間隔Δｔ（Δｔ＝ｔ_n+1−ｔ_n）で取得し、離散的なデジタル信号（Ｐ(ｔ₁)，Ｐ(ｔ₂)…Ｐ(ｔ_n)…）に変換するものである（適宜図５参照）。

差圧導出部５２は、Ｔ＝Ａ×Δｔ（Ａ；自然数）の関係を示す第１設定時間Ｔとして、データ取得部５１で取得された圧力値Ｐ(ｔ)を第１設定時間Ｔだけ記憶部４４に保持させるとともに、最新に取得した圧力値Ｐ(ｔ)と第１設定時間Ｔだけ過去の値Ｐ(ｔ)との差圧ΔＰ（ΔＰ_n＝Ｐ(ｔ_n-A)−Ｐ(ｔ_n)）を出力するものである。
換言すると、差圧導出部５２は、データ取得部５１で取得された圧力値Ｐ(ｔ)を直近のＡ個だけ記憶部４４に保持させるとともに、このＡ個の圧力値Ｐ(ｔ)のうち最新のものと最古のものの差圧ΔＰを出力するものである。

差圧検定部５３は、差圧導出部５２から出力された差圧ΔＰが設定閾値Ｗを「超過する」又は「超過しない」いずれかの検定結果を出力するものである。すなわち、Ｗ＜ΔＰの関係を満たすから否かについての検定を行うものである。

記憶部４４は、Ｄ＝Ｂ×Δｔ（Ｂ；自然数）の関係を示す第２設定時間Ｄとして、差圧導出部５２が出力した差圧ΔＰ又は差圧検定部５３における検定結果（「超過する」又は「超過しない」のいずれかの結果）を、少なくとも第２設定時間Ｄ（Ｔ≦Ｄ）にわたり保持するものである。換言すると、記憶部４４は、差圧導出部５２が出力した差圧ΔＰ又は差圧検定部５３における検定結果を直近のＢ個だけ保持するものである。
つまり記憶部４４は、請求項における「時間的に重ならない異なる時間帯」を第１設定時間Ｔと同じ又はそれよりも長い第２設定時間Ｄ（Ｔ≦Ｄ）にわたりデータを保持することにより実現するものである。

判定手段４５は、差圧検定部５３から「超過する」旨の検定結果が出力された場合、第２設定時間Ｄだけ過去の検定結果（すなわち記憶部４４に保持されているデータのうち最も古いデータ）を参照し、この参照した検定結果が「超過する」旨であればガス漏れ判定するものである。なおこの際に、第２設定時間Ｄだけ過去の検定結果に代わり、第２設定時間Ｄだけ過去の差圧ΔＰを参照して設定閾値Ｗと比較して「超過する」又は「超過しない」について再度、差圧検定を行ってもよい。

また判定手段４５は、差圧検定部５３から「超過する」旨の検定結果が出力されても、記憶部４４に保持されている第２設定時間Ｄだけ過去の検定結果が「超過しない」旨である場合は、「超過する」旨の検定がなされた差圧ΔＰを、ベースラインのオフセット異常とみなし、ガス漏れと判定しない。

さらに判定手段４５は、第１ガス圧信号処理手段５０Ａから「超過する」旨の検定結果が出力され、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂからも「超過する」旨の検定結果が同時に出力されれば記憶部４４を参照せずにガス漏れと判定する。
これにより、第２設定時間Ｄの経過を待つことなくガス漏れ判定がなされるので、ガス漏れが発生した場合、その旨をさらに早期に察知することができる。これは、二つのガス圧センサ４１，４２がほぼ同時に設定閾値Ｗを超過する差圧ΔＰを検出するということは、ガス漏れ量が多いことが示唆されるために通常よりも早期にガス漏れ診断を下す必要があるためである。

データ補正部５４は、差圧検定部５３から「超過する」旨の検定結果が出力されても、判定手段４５でベースラインのオフセット異常であると判断された場合は、データ取得部５１が取得した圧力値Ｐ(ｔ_n)に対し差圧ΔＰを用いて補正を実施し、ＥＣＵ１５に送信する。またデータ補正部５４は、ベースラインのオフセット異常の判断がされない場合は、補正を実施せずに圧力値Ｐ(ｔ_n)をＥＣＵ１５に送信する。
この適宜補正がなされた圧力値Ｐ(ｔ_n)を受信したＥＣＵ１５は、その他の車載電装装置の制御パラメータとしてこの圧力値Ｐ(ｔ_n)を使用したり、高圧タンク１１内の燃料ガスの残量を示す指標として表示したりする。

図５に示すオフセット異常がない状態でガス漏れが発生した場合の圧力値の変動結果と、図８に示すフローチャートとを用いて（適宜図４参照）、本実施形態に係るガス漏れ診断装置の動作を説明する。
イグニッションスイッチをＯＮモードに設定すると（Ｓ１１）、高圧タンク１１から燃料ガス（水素）が、コンプレッサ３２からはエアが、燃料電池１３に供給され、発電が開始される。そして、このガス供給と同時に格納されている制御パラメータに基づくガス漏れ診断が開始される（Ｓ１２，Ｓ１３）。

そして、乗員が操作するアクセルペダル３３の踏み込み量に応じて、コンプレッサ３２から供給されるエア圧力が変化し、このエア圧力をパイロット圧（信号圧）として水素ガス圧力も同期変化して燃料電池１３に供給されることになる。
このとき高圧タンク１１内の高圧ガスの圧力値Ｐ(ｔ)が第１ガス圧センサ４１で検出され、データ取得部５１でΔｔ間隔の離散的なデジタルデータＰ(ｔ)として取得される（Ｓ１４）。ここで、取得された圧力値Ｐ(ｔ)は、記憶部４４のバッファに第１設定時間Ｔだけ保持される。すなわち、このバッファには、Ａ個分の直近の圧力値Ｐ(ｔ)が保持されていることになる。つまり、バッファは、ループが循環するたびに、最新のデータＰ（１）を保持するとともに最古のデータＰ（Ａ）を消去する。

そして、このバッファに保持されている最新の圧力値Ｐ(１)と最古の圧力値Ｐ(Ａ)に対する差圧ΔＰが差圧導出部５２において出力される(Ｓ１５)。
ここで、出力された差圧ΔＰは、記憶部４４のバッファに第２設定時間Ｄだけ保持される。そして、このバッファには、Ｂ個分の直近の差圧ΔＰが保持される。つまり、バッファは、ループが循環するたびに、最新のデータΔＰ（１）を保持するとともに最古のデータΔＰ（Ｂ）を消去する。
そして、出力された差圧ΔＰ_nが設定閾値Ｗを「超過する」又は「超過しない」のいずれであるかについての検定が差圧検定部５３でなされる（Ｓ１６）。

ここで図５に示すデータ信号を具体的に当てはめて説明を続ける。なお、図面中に、各時点ｔにおける差圧ΔＰと、設定閾値Ｗとの大きさを両端矢印で示しているので、ステップＳ１６の判断については、この図中の両端矢印の大きさを対比すると理解し易い。
まず、ｔ₁からｔ_n-1の時点までは、ガス漏れ発生がないために、バッファに保持される最新の差圧ΔＰ（１）は、第１設定時間Ｔの時間内における燃料ガスの消費量のみであり、「超過しない」旨の検定結果が出力される（Ｓ１６→Ｎｏ）。
そして、このときデータ取得部５１で取得された圧力値Ｐ(ｔ)がＥＣＵ１５に出力されて他の機器の制御パラメータとして利用される（Ｓ１７）。

そして、イグニッションオフされない限り（Ｓ１８→Ｎｏ）、このＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
同様にガス漏れ発生直後にｔ_nからｔ_n+2の時点までは、バッファに保持される最新の差圧差圧ΔＰ（１）は、誤動作防止のためのマージンが見込まれて、「超過しない」旨の検定結果が出力される（Ｓ１６→Ｎｏ）。

次にｔ_n+3の時点になったところで、バッファに保持される最新の差圧ΔＰ（１）（この場合ΔＰ_n+3）が設定閾値Ｗを「超過する」旨の検定結果が出力される（Ｓ１６→Ｙｅｓ）。するとガス漏れ判定手段４５は、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂの差圧検定部（図示略）が「超過する」旨の検定結果を同時に出力している場合は（Ｓ１９→Ｎｏ）、ただちにガス漏れ警告を発し（Ｓ２２）、車両１０を緊急停止させる（Ｓ２３）。

一方、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂの差圧検定部５３が「超過しない」旨の検定結果を出力している場合は（Ｓ１９→Ｙｅｓ）、バッファに保持されている最古の差圧ΔＰ（Ｂ）を参照し「超過しない」旨の結論であれば（Ｓ２０→Ｎｏ）、バッファに保持される最新の差圧ΔＰ（１）はオフセット異常とみなされて、圧力値Ｐ(ｔ)はオフセット補正がなされた後に（Ｓ２１）、ＥＣＵ１５出力される（Ｓ１７）。そして、ｔ_n+3からｔ_n+8の時点までは、このＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｙｅｓ，Ｓ１９→Ｙｅｓ，Ｓ２０→Ｎｏ，Ｓ２１，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。

そして、ｔ_n+9の時点に到達し、バッファに保持されている最古の差圧ΔＰ（Ｂ）（この場合ΔＰ_n+3）を参照して「超過する」旨の結論であれば（Ｓ２０→Ｙｅｓ）、ただちにガス漏れ警告を発し（Ｓ２２）、車両１０を緊急停止させる（Ｓ２３）。
なお、以上説明した動作フローにおいてＳ１９及びＳ２１の工程は、省略される場合もある。

図６は、ガス漏れが発生していないにもかかわらず、ｔ_n+1の時点でベースラインのオフセット異常が発生した場合の出力結果である。この場合の動作フローについて図８を参照して説明する。なお、第２ガス圧センサ４２（図４参照）の圧力変動はないものとして説明を行う（Ｓ１９→常時Ｙｅｓ）。
Ｓ１１〜Ｓ１４までのフローは、すでに説明した内容と同じである。そして、ｔ₁〜ｔ_nの時点については、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
そして、ｔ_n+1〜ｔ_n+5の時点では、Ｓ１６→ＹｅｓとなるがＳ２０→Ｎｏとなるので、今度は、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｙｅｓ，Ｓ１９→Ｙｅｓ，Ｓ２０→Ｎｏ，Ｓ２１，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
そして、ｔ_n+6の時点以降については、Ｓ１６→Ｎｏとなるので、再び、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返され、Ｓ２２，Ｓ２３のステップに進むことはなく、オフセット異常が発生してもガス漏れ診断されることはない。

図７は、ガス漏れが発生している最中に、ｔ_n+4の時点でベースラインにオフセット異常が発生した場合の出力結果である。この場合の動作フローについて図８を参照して説明する。なお、ここでも第２ガス圧センサ４２（図４参照）の圧力変動はないものとして説明を行う（Ｓ１９→常時Ｙｅｓ）。
Ｓ１１〜Ｓ１４までのフローは、すでに説明した内容と同じである。そして、ｔ_１〜ｔ_ｎ-1の時点については、ガス漏れが発生していないのでＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
ガス漏れが発生したｔ_n〜ｔ_n+2の時点においても、差圧ΔＰが設定閾値Ｗを「超過しない」ために、同様にＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。

そして、ｔ_ｎ+3の時点では、Ｓ１６→ＹｅｓとなるがＳ２０→Ｎｏとなるので、今度は、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｙｅｓ，Ｓ１９→Ｙｅｓ，Ｓ２０→Ｎｏ，Ｓ２１，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
しかし、ｔ_n+4の時点でオフセット異常が発生すると、Ｓ１６→Ｎｏとなるので、再び、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｎｏ，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。
そして、ｔ_n+6の時点で、Ｓ１６→ＹｅｓとなるがＳ２０→Ｎｏとなるので、再び、Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６→Ｙｅｓ，Ｓ１９→Ｙｅｓ，Ｓ２０→Ｎｏ，Ｓ２１，Ｓ１７，Ｓ１８→Ｎｏのループが繰り返される。そしてｔ_n+9の時点で、Ｓ２０→Ｙｅｓとなるので、ガス漏れ診断されて（Ｓ２２）、車両は緊急停止する（Ｓ２３）。

以上説明したように、図５から図７のｔ₁〜ｔ_n時点のようにガス漏れせずに燃料ガスが正常に消費されている状態にあっては、第１設定時間Ｔにおける差圧ΔＰは、設定閾値Ｗを超過しないので、ガス漏れ診断されることはない。
そして、図６のように燃料ガスの圧力値Ｐ(ｔ)に設定閾値Ｗを超過するオフセット異常が発生した場合であっても、第２設定時間Ｄが経過した後に出力される差圧ΔＰが設定閾値Ｗを超過していなければ、ガス漏れと判定されず、誤診断とならない。
そして、図５，７のようにガス漏れが発生し、差圧ΔＰが設定閾値Ｗを超過した時点から第２設定時間Ｄ（Ｔ≦Ｄ）が経過した後においても差圧ΔＰが設定閾値Ｗを超過している場合は、ガス漏れと判定し、ガス漏れが早期に察知されることになる。
これにより、高圧タンク１１に貯蔵されているか又は配管２０により輸送されている燃料ガスのガス漏れを誤診断することなく早期に察知できるので、緊急事態に対処できる車両制御モードにいち早く切り替えることができる。
さらに、第２ガス圧信号処理手段５０Ｂの出力結果を利用すれば（Ｓ１９）、ガス漏れのさらなる早期察知が可能になる。

ちなみに、燃料ガス供給ステーションなどからの燃料ガスの充填中を除き、燃料ガスを消費し続けている状況において図７のような急激な圧力上昇が生じた場合は、ガス漏れ診断装置４０は、そのような急激な上昇を検知した時点で（上昇状態１点だけで）、オフセット故障などの異常が生じていると判定できる（「燃料ガスの消費中」ａｎｄ「圧力上昇」→ オフセット故障）。

前記した実施形態では、燃料電池１３が搭載された車両本体１０を例示したが、その他に例えば、燃料ガスを使用する自動車、自動二輪車、列車、船舶等に移動体にも適用することができる。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムや、燃料ガスに限定されない高圧タンク及び配管のガス漏れ診断に本願発明を適用することができる。

図９は、図７の例とは異なり、圧力が急降下するオフセット故障の場合の圧力値の変動を示す出力結果である。この例では、ｔ_ｎ＋３とｔ_ｎ＋４の間で圧力の急降下が生じている。この場合は、直ちに異常と判定してシステムを止めるのではなく、検知を継続してガス漏れか否かを確定させる。

本発明の第１実施形態に係るガス漏れ診断装置と、このガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。 （ａ）は本発明に第１実施形態に係るガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートであり、（ｂ）は変形例である。 本発明に第２実施形態に係るガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るガス漏れ診断装置と、このガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。 オフセット異常が発生していない正常なベースラインにおいて、ガス漏れが発生した場合の圧力値の変動を示す出力結果である。 オフセット異常が発生しているベースラインにおいて、ガス漏れが発生していない場合の圧力値の変動を示す出力結果である。 オフセット異常が発生しているベースラインにおいて、ガス漏れが発生した場合の圧力値の変動を示す出力結果である。 本発明の第３実施形態に係るガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートである。 図７の例とは異なり、圧力が急降下するオフセット故障の場合の圧力値の変動を示す出力結果である。

符号の説明

１０ 車両本体
１１ 高圧タンク
１２ 遮断弁
１３ 燃料電池
１７ 走行モータ
２０ アノード系配管（配管）
２２ 調圧弁
３０ カソード系配管
３１ 分岐配管
３２ コンプレッサ
４０ ガス漏れ診断装置
４１ 第１ガス圧センサ（ガス圧センサ）
４２ 第２ガス圧センサ（ガス圧センサ）
４３ パラメータ設定部
４４ 記憶部
４５ ガス漏れ判定手段（判定部）
５０Ａ 第１ガス圧信号処理手段
５０Ｂ 第２ガス圧信号処理手段
５１ データ取得部
５２ 差圧導出部
５３ 差圧検定部
５４ データ補正部
Ｐ（ｔ） 圧力値
ΔＰ 差圧
Ｔ 第１設定時間（設定時間）
Ｄ 第２設定時間
Ｗ 設定閾値

Claims (8)

1. ガスが貯蔵されている高圧タンク及びこの高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管のガス漏れを診断するガス漏れ診断装置であって、
   前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
   差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値から導出した差圧を設定閾値と比較して、前記差圧が前記設定閾値を超過するかしないかを検定する差圧検定部と、
   時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの前記検定の結果が共に超過であれば、ガス漏れと判定する判定部とを、備えることを特徴とするガス漏れ診断装置。
2. ガスが貯蔵されている高圧タンク及びこの高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管のガス漏れを診断するガス漏れ診断装置であって、
   前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
   差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値から差圧を導出する差圧導出部と、
   時間的に重ならない異なる時間帯において導出された少なくとも２つの前記差圧が共に設定閾値を超過していれば、ガス漏れと判定する判定部とを、備えることを特徴とするガス漏れ診断装置。
3. 前記ガスは、車両用の燃料ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス漏れ診断装置。
4. 前記高圧タンク側に設けられた第１ガス圧センサが出力した第１圧力値の前記差圧が設定閾値を超過する旨の検定がなされ、
   さらに前記配管側に設けられた第２ガス圧センサが出力した第２圧力値の前記差圧も設定閾値を超過する旨の検定がなされれば、
   前記判定部は、差圧の次の検定を待たずにガス漏れ判定をすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス漏れ診断装置。
5. 前記圧力値は、歪ゲージを構成要素に含むガス圧センサから出力されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス漏れ診断装置。
6. 前記差圧が設定閾値を超過する旨の前記検定がなされ、前記時間的に重ならない異なる時間帯において導出された他の前記差圧は超過しない旨の前記検定がなされている場合は、
   前記超過する旨の検定がなされた差圧を、ベースラインのオフセット異常とみなし、データ取得部が取得した前記圧力値に対し補正を実施する補正部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス漏れ診断装置。
7. ガスが貯蔵されている高圧タンク及びこの高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管のガス漏れを診断するガス漏れ診断方法であって、
   前記ガスの圧力値を取得するデータ取得段階と、
   差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値から差圧を導出する差圧導出段階と、
   導出した前記差圧を設定閾値と比較して、前記差圧が前記設定閾値を超過するかしないかを検定する差圧検定段階と、
   時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも２つの前記検定の結果が共に超過であれば、ガス漏れと判定する判定段階とを、含むことを特徴とするガス漏れ診断方法。
8. 前記高圧タンク側に設けられた第１ガス圧センサが出力した第１圧力値の前記差圧が設定閾値を超過する旨の検定がなされ、
   さらに前記配管側に設けられた第２ガス圧センサが出力した第２圧力値の前記差圧も設定閾値を超過する旨の検定がなされれば、
   前記判定段階において、前記差圧の次の検定を待たずにガス漏れ判定をすることを特徴とする請求項７に記載のガス漏れ診断方法。

Images