JP2010003527A - 高圧ガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高いガス残量の判定が可能であり、また、圧力センサの故障に対するタフネスも向上させる。
【解決手段】第１の圧力検出レンジを有し、レギュレータの一次側の圧力を検出する第１圧力センサ３１と、第１の圧力検出レンジよりも小さい第２の圧力検出レンジを有し、レギュレータの二次側の圧力を検出する第２圧力センサ３２と、第１，第２圧力センサ３１、３２により検出された圧力値に基づいて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する判定手段と、を備える。判定手段は、第１圧力センサ３１により検出された圧力値が、第２の圧力検出レンジ内となった際に、判定の基準となる圧力値を、第１圧力センサ３１の圧力値から第２圧力センサ３２の圧力値に持ち替えて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧ガス供給システムに関するものである。

近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。

従来、この種の燃料電池を有する高圧ガス供給システムでは、燃料電池に供給する反応ガスを反応ガスタンクに収容し、この反応ガスタンクに収容された高圧の反応ガスを燃料電池に供給している。

ところで、このような反応ガスタンクスに収容されたアノードガスの残量を算出する技術として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
この特許文献１に記載されたものは、アノードガスが通過する管路の途中に流量計を設けてアノードガスの流量を検出し、検出した流量を反応ガスタンク内に収容されたアノードガスの初期値（量）から減算することで、反応ガスタンク内のアノードガスの残量を算出するようにしている。

また、反応ガスタンク内に圧力センサを設置し、この圧力センサによってアノードガスの圧力を検出するようにした技術も知られている。
特開平１１−２３０８１３号公報

前記した特許文献１では、反応ガスタンク内に収容されたアノードガスの初期値を設定する必要があり煩雑であった。この点、反応ガスタンク内に圧力センサを設置すれば、反応ガスタンク内の圧力値を直接検出することができる。
ところで、反応ガスタンク内に収容されるアノードガスの圧力は、圧力レンジが広くなっており、これに対応して反応ガスタンク内に設置する圧力センサも、圧力検出レンジが広いものを使用する必要がある。

しかしながら、一般に、検出レンジが広く設定された圧力センサは、検出レンジが広くなるほど検出誤差が大きくなる傾向にある。このため、このような圧力センサを使用して反応ガスタンク内のアノードガスの圧力が低下したことを判定しようとしても、検出誤差が大きくなってしまうという問題があった。

また、燃料電池システム等の安定した運転を実現するために、圧力センサの故障に対するタフネスを向上させたいという要望もあった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、反応ガスタンク内におけるガスの圧力の低下を精度よく判定することができ、また、圧力センサの故障に対するタフネスも向上させることができる高圧ガス供給システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の高圧ガス供給システムは、反応ガスを収容する反応ガスタンクと、前記反応ガスタンクからの反応ガスの圧力を調整する圧力調整機能を備えたレギュレータと、前記レギュレータにより圧力調整された反応ガスが供給されて発電する燃料電池と、第１の圧力検出レンジを有し、前記レギュレータの一次側の圧力を検出する第１圧力センサと、前記第１の圧力検出レンジよりも小さい第２の圧力検出レンジを有し、前記レギュレータにより圧力調整された前記レギュレータの二次側の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１，第２圧力センサにより検出された圧力値に基づいて、前記反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この高圧ガス供給システムによれば、判定手段は、第１，第２圧力センサにより検出された圧力値に基づいて、前記反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するので、第１の圧力検出レンジを有する第１圧力センサと、これよりも小さく、圧力検出レンジが狭く設定された第２圧力センサとの両方によって、反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かが判定されることとなる。したがって、第１圧力センサの圧力値に基づいてのみ判定を行う場合に比べて検出精度が向上し、反応ガスタンク内におけるガスの圧力の低下（ガス欠判定）を精度よく判定することができる。

また、前記判定手段は、前記第１圧力センサにより検出された圧力値が、前記第２の圧力検出レンジ内となった際に、判定の基準となる前記圧力値を、前記第１圧力センサの圧力値から第２圧力センサの圧力値に持ち替えて、反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する構成とするのがよい。

この高圧ガス供給システムによれば、判定手段は、判定の基準となる圧力値を、第１圧力センサの圧力値から第２圧力センサの圧力値に持ち替えるようになっているので、実質的に、第１圧力センサおよび第２圧力センサの検出値に基づいて、反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かが判定されることとなるので、圧力センサの故障に対するタフネスも向上させることができる。つまり、例えば、第１圧力センサが仮に故障して圧力値をうまく検出することができないような場合でも、第２圧力センサの圧力値に基づいて反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定することができるようになり、圧力センサの故障に対するタフネスが高くなる。

また、前記判定手段は、前記第２圧力センサにより検出された圧力値に基づいて判定する際、前記反応ガスタンクから前記第２圧力センサまでの反応ガス流路における圧力損失分を加味して、前記反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する構成とするのがよい。

この高圧ガス供給システムによれば、判定手段が、反応ガスタンクから第２圧力センサまでの反応ガス流路における圧力損失分を加味して、反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するので、より精度の高い判定を実現することができる。

本発明によれば、反応ガスタンク内におけるガスの圧力の低下を精度よく判定することができ、また、圧力センサの故障に対するタフネスも向上させることのできる高圧ガス供給システムが得られる。

本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。以下では、高圧ガス供給システムを燃料電池システムに適用した例について説明するが、高圧ガス供給システムが適用されるシステムを限定する趣旨ではない。
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る高圧ガス供給システムが適用される燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。

ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１２（反応ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。

そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セル１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ（燃料電池自動車の動力源）等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２）

＜アノード系＞
アノード系は、水素が高圧で収容された水素タンク２１（反応ガスタンク）と、常閉型の第１遮断弁２２と、レギュレータとしての第１減圧弁２３と、常閉型の第２遮断弁２４と、第２減圧弁２５と、エゼクタ２８と、常閉型のパージ弁２９と、第１圧力センサ３１、および第２圧力センサ３２を備えている。

水素タンク２１は、水素が高圧で封入（収容）されたタンクである。第１遮断弁２２は、水素タンク２１内、詳細には、水素の出口となる水素タンク２１の口金部内に配置されたインタンク電磁弁であり、ＥＣＵ７０の指令によって開閉する。
水素タンク２１には、タンク内の水素の圧力値（第１減圧弁２３の一次側の圧力である実測圧力値Ｐ１）を検出することが可能である、後記のような第１の圧力検出レンジを有する第１圧力センサ３１が設けられている。第１圧力センサ３１としては、歪ゲージ方式のものを採用することができるが、これに限られることはなく、種々のものを採用することができる。

第１減圧弁２３は、水素タンク２１から供給される高圧の水素を一定の低圧値に減圧するものであり、第１減圧弁２３の下流側の配管２３ａには、第１減圧弁２３で減圧された水素の圧力（第１減圧弁２３の二次側の圧力である実測圧力値Ｐ２）を検出することが可能である、後記のような前記第１の圧力検出レンジよりも小さい第２の圧力検出レンジを有する第２圧力センサ３２が設けられている。第２圧力センサ３２としては、前記第１圧力センサ３１と同様に歪ゲージ方式のものを採用することができる。
ここで、前記した第１圧力センサ３１は、水素タンク２１内の圧力を検出するものであるため、高圧状態から低圧状態に至るまで、広い範囲の圧力、例えば、０〜５０ＭＰａの圧力を検出することが可能な第１の圧力検出レンジを有するものを用いている。また、前記した第２圧力センサ３２は、第１減圧弁２３の二次側における水素の圧力を検出するものであるため、第１減圧弁２３で減圧された後の、第１圧力センサ３１よりも狭い範囲の圧力、例えば、０〜５ＭＰａの圧力を検出することが可能な圧力検出レンジを備えたものを用いている。

第２遮断弁２４は、ＥＣＵ７０の指令によって開閉し、開弁時に第１減圧弁２３で減圧された水素を第２減圧弁２５に供給する。
第２減圧弁２５には、コンプレッサ４１からカソード流路１３に向かう空気の圧力が、オリフィス２６が設けられた配管２６ａを介して、信号圧（パイロット圧）として入力されるようになっている。そして、第２減圧弁２５は、入力された空気の圧力に基づいて、水素の圧力を制御し、燃料電池スタック１０に送られる水素が適正となるように、さらに減圧するようになっている。第２減圧弁２５で減圧された水素は、配管２５ａを介してエゼクタ２８に送られ、エゼクタ２８から燃料電池スタック１０に供給される。

このように、水素タンク２１は、第１遮断弁２２、配管２２ａ、第１減圧弁２３、配管２３ａ、第２遮断弁２４、配管２４ａ、第２減圧弁２５、配管２５ａ、エゼクタ２８、および配管２８ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されており、水素タンク２１からアノード流路１２に向かう流路には、前記のように水素の圧力を検出する第１圧力センサ３１と第２圧力センサ３２とが設けられている。そして、これらの第１圧力センサ３１および第２圧力センサ３２によって、水素供給流路における水素の圧力が検出されて、その圧力値がＥＣＵ７０によって取得されるようになっている。

一方、アノード流路１２の出口は、配管２８ｂ（反応ガス循環ライン）を介して、燃料電池スタック１０の上流のエゼクタ２８の吸込口に接続されている。これにより、アノード流路１２（アノード）から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、エゼクタ２８に戻され、その結果、水素が循環するようになっている。
なお、配管２８ｂには気液分離器（図示しない）が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。

また、配管２８ｂは、その途中で、配管２９ａ、パージ弁２９、配管２９ｂを介して、希釈器（図示しない）に接続されている。パージ弁２９は、燃料電池スタック１０の発電時において、配管２８ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ７０によって開かれる設定となっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、単セル１１の電圧を検出するセル電圧モニタ（図示しない）から入力される最低セル電圧が、所定最低セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２９を開く設定となっている。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ４１（酸化剤ガス供給手段）と、背圧弁４３と、希釈器（図示しない）とを備えている。

コンプレッサ４１は、配管４１ａを介して、カソード流路１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ４１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。なお、コンプレッサ４１の回転速度は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するべく、高められる設定となっている。

また、配管４１ａには、カソード流路１３に向かう空気を加湿する加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分交換可能な中空糸膜を備えており、この中空糸膜を介して、カソード流路１３に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させるようになっている。

カソード流路１３の出口は、配管４３ａ、背圧弁４３、配管４３ｂを介して、希釈器（図示しない）に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管４３ａ等を介して、希釈器に排出され、希釈器は、カソードオフガスによって、配管２９ｂから導入されるアノードオフガス中の水素を希釈した後、車外に排出するようになっている。

背圧弁４３は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。詳細には、アクセルペダルの踏み込み量が大きくなると、ＥＣＵ７０は、空気を高圧で供給するべく、背圧弁４３の開度は小さく制御される。

＜電力消費系＞
電力消費系は、走行モータ５１と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit、電流制御手段）と、高圧バッテリ５３とを備えている。走行モータ５１は、ＶＣＵ５２を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。高圧バッテリ５３はＶＣＵ５２に接続されている。なお、走行モータ５１とＶＣＵ５２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。

走行モータ５１は、燃料電池自動車の動力源となる外部負荷である。
ＶＣＵ５２は、ＥＣＵ７０から送られる指令電流に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御（制限）する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を備えている。すなわち、ＶＣＵ５２への指令電流が大きくなると、燃料電池スタック１０から取り出される電流が大きくなり、燃料電池スタック１０で消費される水素及び空気の消費量が多くなる。
また、ＶＣＵ５２は、高圧バッテリ５３の電力を制御、つまり、高圧バッテリ５３の充電／放電を制御する機能も備えている。

＜ＩＧ等＞
ＩＧ６１は、燃料電池システム及び燃料電池自動車の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。そして、ＩＧ６１は、ＯＮ信号（発電開始信号）、ＯＦＦ信号（発電停止信号）をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
警告ランプ６２は、後記するように、ＥＣＵ７０によって、水素タンク２１内の水素の圧力が低下したことにより、水素の残量が少ない状態（ガス欠状態）であると判定される場合に、運転者にその旨を知らせるために点灯するランプであり、インストルメントパネルに配置されている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ７０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を適宜に制御するようになっている。
また、ＥＣＵ７０（判定手段）は、第１，第２圧力センサ３１、３２により検出された実測圧力値Ｐ１、Ｐ２に基づいて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する機能を備えている。具体的に、ＥＣＵ７０（判定手段）は、第１圧力センサにより検出された圧力値が、前記第２の圧力検出レンジ内となった際に、判定の基準となる前記圧力値を、前記第１圧力センサの圧力値から第２圧力センサの圧力値に持ち替える。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について、図２を主に参照しつつ適宜図１、図３を参照して説明する。
燃料電池スタック１０が発電を開始すると、図２のフローチャートの処理が開始する。

ステップＳ１において、ＥＣＵ７０は、第１遮断弁２２に開指令を送り、第１遮断弁２２を開くように制御する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ７０は、第１圧力センサ３１から入力された実測圧力値Ｐ１を取得し、内部メモリ等に記憶する。また、ステップＳ３において、ＥＣＵ７０は、第２圧力センサ３２から入力された実測圧力値Ｐ２を取得し、内部メモリ等に記憶する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ７０は、取得した実測圧力値Ｐ１に基づいて、第１圧力センサ３１が故障しているか否かを判定する。一般的に、ＥＣＵ７０は、第１圧力センサ３１の出力電圧が予め設定された所定の電圧の範囲内に有るか否かで故障しているか否かを判定し、所定の電圧の上限あるいは下限から外れているとき（所定の電圧の範囲外にあるとき）には、故障をしていると判定する。

第１圧力センサ３１が故障していないと判定した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、ステップＳ５に進み、ＥＣＵ７０は、実測圧力値Ｐ１が第１閾値よりも小さいか否かを判定する。
第１閾値は、第１圧力センサ３１が有するセンサ誤差を考慮して設定される。具体的に、第１圧力センサ３１のセンサ誤差が２．０％であると仮定すると、第１の圧力検出レンジは前記のように０〜５０ＭＰａであるので、センサ誤差は、実質的に±１．０ＭＰａとなる。
そこで、ガス欠判定の観点から、水素タンク２１内の圧力を、所定圧力以上に保つこととした場合、前記第１閾値は、次のように、「所定圧力＋センサ誤差」とした値となる。例えば、所定圧力を１．０ＭＰａに設定したときには、センサ誤差を考慮すると、その範囲は、０．０ＭＰａ〜２．０ＭＰａとなるので、このうちの最大値である２．０ＭＰａを第１閾値に設定するようにする（図３参照）。

ここで、仮に、第１圧力センサ３１が＋１ＭＰａの誤差を有していたとすると、第１圧力センサ３１の出力値は、２．０ＭＰａとなるが、水素タンク２１の真の圧力は、「所定圧力＋センサ誤差×２」を考慮して、最大で３．０ＭＰａということも想定される（図３において、第１圧力センサ３１の範囲が破線で示す範囲を含んでいる状態）。しかし、後記するように、本実施形態では、第２圧力センサ３２を有しているので、水素タンク２１の実際の内圧を精度よく検出することができる。

フローに戻り、ステップＳ５において、ＥＣＵ７０が、実測圧力値Ｐ１が第１閾値よりも小さくないと判定した場合（Ｓ５：Ｎｏ）、ステップＳ２に戻り、以下のフローを繰り返す。つまり、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１に基づいて、ＥＣＵ７０がガス欠ではないと判定する。

一方、ステップＳ４において、第１圧力センサ３１が故障していると判定した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、また、ステップＳ５において、実測圧力値Ｐ１が第１閾値よりも小さいと判定した場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、つまり、実測圧力値Ｐ１が第２圧力センサ３２の第２の圧力検出レンジ内であると判定した場には、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、ＥＣＵ７０は、取得した実測圧力値Ｐ２に基づいて、第２圧力センサ３２が故障しているか否かを判定する。一般的に、ＥＣＵ７０は、第２圧力センサ３２の出力電圧が予め設定された所定の電圧の範囲内に有るか否かで故障しているか否かを判定し、所定の電圧の上限あるいは下限から外れているとき（所定の電圧の範囲外にあるとき）には、故障をしていると判定する。

第２圧力センサ３２が故障していないと判定した場合（Ｓ６：Ｎｏ）、ステップＳ７に進み、ＥＣＵ７０は、実測圧力値Ｐ２が第２閾値よりも小さいか否かを判定する。
第２閾値は、第２圧力センサ３２が有するセンサ誤差を考慮して設定される。具体的に、第２圧力センサ３２のセンサ誤差が２．０％であると仮定すると、第２の圧力検出レンジは前記のように０〜５ＭＰａであるので、センサ誤差は、実質的に±０．１ＭＰａとなる。つまり、第１圧力センサ３１におけるセンサ誤差（±１．０ＭＰａ）に比べて１／１０のセンサ誤差となり、検出精度が格段に向上することとなる。

ここで、前記した第１閾値のときと同様に、ガス欠判定の観点から、水素タンク２１内の圧力を、所定圧力以上に保つこととした場合、前記第２閾値は、「所定圧力＋センサ誤差」とした値となる。例えば、所定圧力を１．０ＭＰａに設定したときには、センサ誤差を考慮すると、その範囲は、０．０ＭＰａ〜１．１ＭＰａとなるので、このうちの最大値である１．１ＭＰａを第２閾値に設定するようにする（図３参照）。

ここで、仮に、第２圧力センサ３２が＋０．１ＭＰａの誤差を有していたとすると、第２圧力センサ３２の出力値は、１．１ＭＰａとなるが、水素タンク２１の真の圧力は、「所定圧力＋センサ誤差×２」を考慮して、最大で１．２ＭＰａということも想定されるが、前記のように第１圧力センサ３１が最大で３．０ＭＰａであったことを考慮すると、その精度は、格段に向上したものとなっている。

また、前記のように設定した第２閾値に対して、水素タンク２１から第２圧力センサ３２までの反応ガス流路（配管２２ａおよび配管２３ａにおける第２圧力センサ３２までの流路、図１参照）における圧力損失分を加味して、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するようにしてもよい。
この場合には、前記した反応ガス流路における圧力損失分を含んだ第２閾値として、圧力の低下を判定することができるので、圧力の低下の判定制度がより一層向上するようになる。

以上のような第２閾値を踏まえて、ステップＳ７において、ＥＣＵ７０は、実測圧力値Ｐ２が第２閾値よりも小さいか否かを判定する。そして、実測圧力値Ｐ２が第２閾値よりも小さくない（Ｓ７：Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ２に戻り、以下のステップを繰り返す。

一方、ステップＳ６において、第２圧力センサ３２が故障していると判定した場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、また、ステップＳ７において、実測圧力値Ｐ２が第２閾値よりも小さいと判定した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進み、ＥＣＵ７０は、水素タンク２１（反応ガスタンク）の圧力が低下している（ガス欠である）として、ステップＳ９で警告ランプ６２を点灯し、フローを終了する。
なお、ステップＳ４において、第１圧力センサ３１が故障していると判定した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ６において、第２圧力センサ３２が故障していると判定した場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、または、第１、第２圧力センサ３１、３２の両方が故障していると判定した場合（Ｓ４，Ｓ６：Ｙｅｓ）には、ガス欠と判定してもよいし、ガス欠の判定を行わないようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、ＥＣＵ７０（判定手段）は、第１，第２圧力センサ３１、３２により検出された実測圧力値Ｐ１、Ｐ２に基づいて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するので、第１の圧力検出レンジを有する第１センサ３１と、これよりも小さく、圧力検出レンジが狭く設定された第２圧力センサ３２との両方によって、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かが判定されることとなる。したがって、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１に基づいて判定を行う場合に比べて検出精度が向上し、水素タンク２１内におけるアノードガスの圧力の低下（ガス欠判定）を精度よく判定することができる。
なお、第２圧力センサ３２のみでは、第１減圧弁２３の故障であるのか、圧力の低下によるものなのかを判断することが難しいが、本実施形態では、第１圧力センサ３１と第２圧力センサ３２との両方の実測圧力値Ｐ１、Ｐ２に基づいて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するので、誤検知が生じにくくなる。つまり、実測圧力値Ｐ１、Ｐ２が共に下がれば、水素タンク２１の内圧が下がっていることが分かるが、第２圧力センサ３２のみでは、実測圧力値Ｐ２が下がっていても、第１減圧弁３２の故障によって下がっている可能性もあり、また、実際に水素タンク２１の内圧が下がっている可能性もあるため、どちらであるのかの判断が困難である。
ところが本実施形態では、第１減圧弁２３の一次側と二次側との、実測圧力値Ｐ１、Ｐ２に基づいて水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するので、第１減圧弁２３の影響によるものなのかを判断することができ、信頼性を確保することができる。

また、ＥＣＵ７０（判定手段）は、第１圧力センサ３１により検出された実測圧力値Ｐ１が、第２の圧力検出レンジ内となった際に、判定の基準となる圧力値を、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１から第２圧力センサ３２の実測圧力値Ｐ２に持ち替えるようになっているので、第１の圧力検出レンジよりも圧力検出レンジの小さい、つまり、圧力検出レンジが狭く設定された第２圧力センサ３２によって、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かが判定される。したがって、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１に基づいて判定を行う場合に比べて検出誤差が小さくなり、精度の高いガス残量の判定（ガス欠判定）を行うことができる。

例えば、前記のように最大誤差を考慮したときに、水素タンク２１の内圧が最大で３．０ＭＰａであると想定されるところを、１．２ＭＰａに想定することができるので、水素タンク２１の内圧を精度よく求めることができ、精度の高いガス残量の判定（ガス欠判定）を行うことができるようになる。つまり、圧力が１．２ＭＰａに下がるまで、水素を使用することができる。したがって、効率のよい水素の使用が可能となって実用運転時間（航続距離）の損失を大幅に低減することができる。

また、判定の基準となる圧力値を、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１から第２圧力センサ３２の実測圧力値Ｐ２に持ち替えるようになっているので、実質的に、第１圧力センサ３１および第２圧力センサ３２により検出された実測圧力値Ｐ１、Ｐ２に基づいて、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かが判定されることとなるので、第１、第２圧力センサ３１、３２の故障に対するタフネスも向上させることができる。つまり、例えば、第１圧力センサ３１が仮に故障して実測圧力値Ｐ１をうまく検出することができないような場合でも、第２圧力センサ３２の実測圧力値Ｐ２に基づいて水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定することができるようになり、このような第１圧力センサ３１等の故障に対してタフネスが高くなる。

また、ＥＣＵ７０（判定手段）が、第２圧力センサ３２により検出された実測圧力値Ｐ２に基づいて判定する際、水素タンク２１から第２圧力センサ３２までの反応ガス流路における圧力損失分を加味して、水素タンク２１内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定するように構成した場合には、より精度の高い判定（ガス欠判定）を実現することができる。

なお、第１、第２圧力センサ３１、３２が、故障していると判定された場合には、そのことをＥＣＵ７０等に記憶するように構成することで、その記憶されたデータに基づいて、第１、第２圧力センサ３１、３２の交換や修理等を行うことができる。

前記した実施形態では、燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１に、本発明を適用した場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システム、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に適用してもよい。また、その他のシステムに適用してもよい。

本実施形態に係る高圧ガス供給システムが適用される燃料電池システムの構成を示す図である。 燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 第１圧力センサに基づいた判定と、第２圧力センサに基づいた判定との違いを示す模式説明図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
２１ 水素タンク
２３ 第１減圧弁（レギュレータ）
３１ 第１圧力センサ
３２ 第２圧力センサ
６２ 警告ランプ
７０ ＥＣＵ（判定手段）
Ｐ１ 実測圧力値（第１圧力センサ）
Ｐ２ 実測圧力値（第２圧力センサ）

Claims (3)

1. 反応ガスを収容する反応ガスタンクと、
   前記反応ガスタンクからの反応ガスの圧力を調整する圧力調整機能を備えたレギュレータと、
   前記レギュレータにより圧力調整された反応ガスが供給されて発電する燃料電池と、
   第１の圧力検出レンジを有し、前記レギュレータの一次側の圧力を検出する第１圧力センサと、
   前記第１の圧力検出レンジよりも小さい第２の圧力検出レンジを有し、前記レギュレータにより圧力調整された前記レギュレータの二次側の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記第１，第２圧力センサにより検出された圧力値に基づいて、前記反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする高圧ガス供給システム。
2. 前記判定手段は、
   前記第１圧力センサにより検出された圧力値が、前記第２の圧力検出レンジ内となった際に、判定の基準となる前記圧力値を、前記第１圧力センサの圧力値から第２圧力センサの圧力値に持ち替えて、反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス供給システム。
3. 前記判定手段は、
   前記第２圧力センサにより検出された圧力値に基づいて判定する際、前記反応ガスタンクから前記第２圧力センサまでの反応ガス流路における圧力損失分を加味して、前記反応ガスタンク内の圧力が所定の圧力に低下したか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧ガス供給システム。

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