JP2010135098A - 燃料電池システム、車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの外部に燃料ガスタンク内の燃料ガスが大量に放出されることを抑制すること。
【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池で用いられる燃料ガスを貯留する燃料ガスタンクと、燃料ガスタンクに貯留されている燃料ガスを、開弁により燃料電池に供給し、閉弁により燃料ガスの供給を遮断する主止弁と、燃料電池に対する燃料ガスの供給方向において主止弁よりも上流側の上流領域から燃料電池システムの外部に対する、燃料ガスの漏れを検知する検知部と、検知部が燃料ガスの漏れを検知した場合に、主止弁を開弁させ、燃料電池に燃料ガスタンク中の燃料ガスを消費するための消費発電を行わせる発電制御部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池で用いられる燃料ガスを貯留する燃料ガスタンクと、燃料ガスタンクに貯留される燃料ガスを、開弁により前記燃料電池に供給し、閉弁により遮断する主止弁と、を備えた燃料電池システムが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−１２７７４８号公報

上記燃料電池システムにおいて、例えば、燃料ガスタンクや、主止弁と燃料ガスタンク間で燃料ガスが漏れていた場合、主止弁を閉弁しても燃料ガスの漏れは止めることができず、その結果、燃料電池システムの外部に燃料ガスタンク内の燃料ガスが大量に放出されるおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの外部に燃料ガスタンク内の燃料ガスが大量に放出されることを抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

[適用例１]
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池で用いられる燃料ガスを貯留する燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクに貯留されている前記燃料ガスを、開弁により前記燃料電池に供給し、閉弁により前記燃料ガスの供給を遮断する主止弁と、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給方向において前記主止弁よりも上流側の上流領域から前記燃料電池システムの外部に対する、前記燃料ガスの漏れを検知する検知部と、前記検知部が前記燃料ガスの漏れを検知した場合に、前記主止弁を開弁させ、前記燃料電池に前記燃料ガスタンク中の前記燃料ガスを消費するための消費発電を行わせる発電制御部と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの外部に燃料ガスタンク内の燃料ガスが大量に放出されることを抑制することができる。

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池によって発電された電力によって作動する補機と、前記発電制御部が前記消費発電を行わせている際に、前記補機を駆動させ、電力を消費させる補機制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料電池の発電電力を増加させることができ、燃料ガスタンク中の燃料ガスを効率よく消費することができる。その結果、上流領域から燃料電池システムの外部に対する燃料ガス漏れ量を低減することができる。

[適用例３]
適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記補機制御部は、前記発電制御部が前記消費発電を行わせている際に、電力効率が低くなるように、前記補機を駆動させることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料電池の発電電力をより増加させることができる。

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれか記載の燃料電池システムにおいて、前記上流領域における前記燃料ガスの圧力変動量である第１変動量を検出する第１検出部と、前記供給方向において前記主止弁よりも下流側の下流領域における前記燃料ガスの圧力変動量である第２変動量を検出する第２検出部と、を備え、前記検知部は、前記第１変動量が負であると共に、前記第１変動量の大きさが第１判定値よりも大きく、前記第２変動量が第２判定値よりも小さい場合において、前記上流領域で、前記燃料電池システムの外部に対する前記燃料ガスの漏れがあると検知することを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、正確に水素漏れを検知することができる。

[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれか記載の燃料電池システムにおいて、前記発電制御部は、前記燃料電池に前記消費発電を行わせる際、前記燃料電池に供給する酸化ガスのストイキ比を下げ発電効率を低下させることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料電池の発電電力をより増加させることができる。

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれか記載の燃料電池システムにおいて、前記上流領域は、前記燃料ガスタンクを含むことを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料ガスタンクからの水素漏れを検知することができる。

[適用例７]
車両であって、適用例１ないし適用例６に記載の燃料電池システムと、前記車両が停車中若しくは駐車中か否かを判断する判断部と、を備え、前記発電制御部は、前記判断部が前記車両が停車中若しくは駐車中であると判断した場合において、前記消費発電を行わせることを特徴とする車両。

上記構成の車両によれば、車両が駐車または停車した空間に燃料ガスタンク内の燃料ガスが大量に放出されることを抑制することができる。

なお、本発明は、上記した装置発明の態様に限ることなく、方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池自動車の概要：
図１は、本発明の第１実施例である燃料電池自動車ＨＲの概略構成を表わすブロック図である。燃料電池自動車ＨＲは、主に、駆動モータ３００と、減速ギヤ４００と、運転制御回路６００と、イグニッションキー６１０と、セレクター６２０と、燃料電池システム１０００と、を備えている。燃料電池自動車ＨＲは、オートマティック（ＡＴ）仕様の自動車である。なお、図１における燃料電池システム１０００は、電気系装置のみ示されており、反応ガスを給排するための反応ガス給排系装置については、後述の図２に示す。

駆動モータ３００は、燃料電池自動車ＨＲの駆動源であり、同期モータであって、回転磁界を形成するための位相コイルを備えている。この駆動モータ３００は、出力軸３１０に接続されており、動力を出力軸３１０に伝達する。減速ギヤ４００は、出力軸３１０を介して駆動モータ３００から出力される動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３２０に伝達する。

運転制御回路６００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。運転制御回路６００は、駆動モータ３００、イグニッションキー６１０、および、セレクター６２０等と信号回線を介して接続される。運転制御回路６００は、燃料電池自動車ＨＲの運転者（ユーザ）がイグニッションキー６１０をオン／オフしたり、運転者がセレクター６２０を操作し、レンジの移行が行われた場合等、それら信号を検出し、駆動モータ３００や、後述する燃料電池システム１０００のシステム制御回路２００を適宜制御する。なお、セレクター６２０は、ニュートラルレンジ、ドライブレンジ、バックレンジ、および、パーキングレンジを有している。

Ａ２．燃料電池システム１０００の構成：
図２は、燃料電池システム１０００における反応ガスを給排するための反応ガス給排系装置の概略構成図である。燃料電池システム１０００は、燃料電池自動車ＨＲにおける電力供給源である。燃料電池システム１０００は、図１および図２に示すように、主に、燃料電池ケース１０と、水素タンク２０と、コンプレッサ３０と、主止弁４０と、水素循環ポンプ５０と、ラジエータ６０と、冷媒循環ポンプ６５と、気液分離器７０と、パージ弁８０と、調圧弁８２と、調圧遮断弁８５と、圧力センサ９０と、圧力センサ９２と、圧力センサ９４と、圧力センサ９６と、燃料電池１００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、２次電池１２０と、蓄電可能量モニタ１２２と、インバータ１３０と、インバータ１４０と、補機１５０と、システム制御回路２００と、を備えている。

図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、２次電池１２０と、インバータ１３０と、インバータ１４０とは、配線１７０を介して、並列に接続されている。燃料電池１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と直列に接続されている。

インバータ１３０は、補機１５０と接続されており、直流電流を交流電流に変換して、補機１５０に供給する。

補機１５０は、後述する燃料電池システムにおいて発電を行うために用いる補機類（以下では、燃料電池補機とも呼ぶ）と、燃料電池自動車ＨＲの駆動中に用いる補機類（以下では、自動車補機とも呼ぶ）とを含む。

燃料電池補機は、後述の燃料電池システム１０００におけるコンプレッサ３０、水素循環ポンプ５０、および、冷媒循環ポンプ６５などを含む。自動車補機は、エアコン（図示せず）などを含む。補機１５０は、燃料電池１００または２次電池１２０から電力の供給を受ける。

インバータ１４０は、駆動モータ３００と接続されており、直流電流を交流電流に変換して駆動モータ３００に供給すると共に、駆動モータ３００の速度調整やトルク制御などを行う。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、配線１７０における電圧を調節する。

２次電池１２０としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。

また、２次電池１２０には、蓄電可能な電力量（以下では、蓄電可能電力量Ｐｋとも呼ぶ）を検出するための蓄電可能量モニタ１２２が併設されている。本実施例では、蓄電可能量モニタ１２２は、２次電池１２０における充電・放電の電流値と時間とを積算して２次電池１２０の残存容量（ＳＯＣ）を検出し、２次電池１２０の定格容量からその残存容量（ＳＯＣ）を引いた容量に基づいて、蓄電可能電力量Ｐｋを検出する。

燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池であり、燃料電池セル（図示せず）を複数積層したスタック構造を有している。燃料電池セルは、ＭＥＡ（膜電極接合体：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、図示せず）と、ＭＥＡの外側に形成されるガス拡散層（図示せず）と、ガス拡散層の外側に形成されるセパレータ（図示せず）と、を備えている。燃料電池ケース１０は、燃料電池１００を保護するためのケースである。

水素タンク２０は、高圧の水素が貯留されている装置であり、燃料ガス導入流路２４を介して燃料電池１００に接続されている。燃料ガス導入流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、主止弁４０と、調圧弁８２と、調圧遮断弁８５とが設けられている。なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、燃料電池１００へ供給するものとしてもよい。また、燃料ガス導入流路２４において、水素タンク２０から燃料電池１００へ水素を供給する方向を水素供給方向と呼ぶ。燃料ガス導入流路２４において水素タンク２０側が水素供給方向に対して上流側となるので、燃料ガス導入流路２４において水素タンク２０側を単に上流側とも呼ぶ。燃料ガス導入流路２４において燃料電池１００側が水素供給方向に対して下流側となるので、燃料ガス導入流路２４において燃料電池１００側を単に下流側とも呼ぶ。

主止弁４０は、水素タンク２０に貯留される水素を、開弁により燃料ガスとして燃料電池１００に供給し、閉弁により供給を遮断する弁である。

調圧弁８２は、水素タンク２０から供給される水素の圧力が所定圧となるように調圧するための弁である。

調圧遮断弁８５は、調圧弁８２で調圧された水素の圧力を、所定圧となるように調圧したり、燃料電池１００への水素の供給を遮断可能な弁である。

燃料電池１００は、燃料オフガスを燃料電池１００から排出するための燃料ガス排出流路２６と接続され、この燃料ガス排出流路２６上には、燃料電池１００から近い順番に、気液分離器７０と、パージ弁８０とが設けられている。

気液分離器７０は、燃料オフガスと燃料電池１００から排出される水とを分離すると共に、その水を貯留するための装置である。

気液分離器７０と、燃料ガス導入流路２４とは、接続流路２７によって接続される。この接続流路２７上には、水素循環ポンプ５０が設けられる。水素循環ポンプ５０は、気液分離器７０に流入した燃料オフガスを、燃料ガス導入流路２４に燃料ガスとして導入する。これにより、燃料電池１００から排出された燃料オフガスは、再び燃料電池１００で発電に用いられる。なお、燃料電池システム１０００の運転中において、パージ弁８０を定期的に開弁することで、気液分離器７０に貯留される水や燃料オフガスを、定期的に、燃料電池システム１０００の外部へ排出することができる。

コンプレッサ３０は、空気を圧縮し酸化ガスとして、酸化ガス導入流路３４を介して燃料電池１００に供給する。燃料電池１００は、酸化ガス排出流路３６と接続され、酸化オフガスを酸化ガス排出流路３６を介して、燃料電池システム１０００の外部に排出する。

燃料電池１００は、冷媒循環流路６４と接続される。この冷媒循環流路６４上には、ラジエータ６０、冷媒循環ポンプ６５が設けられる。冷媒循環ポンプ６５は、冷媒循環流路６４を介して、燃料電池１００に冷媒を供給する。燃料電池１００で暖められた冷媒は、ラジエータ６０で冷却され、再び燃料電池１００に供給される。冷媒としては、水や、水とエチレングリコールとの混合液（不凍液）などを用いることができる。

圧力センサ９０は、燃料ガス導入流路２４において、調圧遮断弁８５よりも下流側の所定点（以下では、Ａ地点とも呼ぶ）の水素圧力（以下では、圧力Ｐ１と呼ぶ）を検出するためのセンサである。

圧力センサ９２は、燃料ガス導入流路２４において、調圧弁８２と調圧遮断弁８５との間の所定点（以下では、Ｂ地点とも呼ぶ）の水素圧力（以下では、圧力Ｐ２と呼ぶ）を検出するためのセンサである。

圧力センサ９４は、燃料ガス導入流路２４において、主止弁４０と調圧弁８２との間の所定点（以下では、Ｃ地点とも呼ぶ）の水素圧力（以下では、圧力Ｐ３と呼ぶ）を検出するためのセンサである。

圧力センサ９６は、燃料ガス導入流路２４において、水素タンク２０と主止弁４０との間の所定点（以下では、Ｄ地点とも呼ぶ）の水素圧力（以下では、圧力Ｐ４と呼ぶ）を検出するためのセンサである。

燃料電池システム１０００において、燃料ガス導入流路２４における主止弁４０と水素タンク２０との間の流路、および、水素タンク２０を主止弁上流領域Ｘ（図２参照）とも呼ぶ。圧力Ｐ４は、主止弁上流領域Ｘの水素圧力を示す。

システム制御回路２００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。

システム制御回路２００は、コンプレッサ３０、主止弁４０、水素循環ポンプ５０、冷媒循環ポンプ６５、パージ弁８０、調圧遮断弁８５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、２次電池１２０、および、インバータ１３０，１４０などと信号回線を介して接続され、運転制御回路６００からの指示信号を受信し、これらの制御を行う。システム制御回路２００は、蓄電可能量モニタ１２２が出力する信号を受信し、蓄電可能電力量Ｐｋを検出可能である。システム制御回路２００は、所定間隔で定期的に圧力センサ９０〜９６から圧力Ｐ１〜Ｐ４を検出している。この間隔は、燃料電池自動車ＨＲの具体的な設計によって適宜決定される。

システム制御回路２００は、燃料電池システム１０００において、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００外部に対して水素の漏れを検知するための水素漏れ検知処理を行う。なお、「主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対して水素の漏れ」とは、言い換えれば、燃料ガス導入流路２４における主止弁４０と水素タンク２０との間の流路、または、水素タンク２０から、燃料電池システム１０００外部の空間に向けた水素の漏れのことである。

Ａ３．水素漏れ検知処理：
図３は、燃料電池自動車ＨＲが行う水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。この水素漏れ検知処理は、所定間隔で定期的に行われる。この間隔は、燃料電池自動車ＨＲの具体的な設計によって適宜決定される。

水素漏れ検知処理において、システム制御回路２００は、燃料電池自動車ＨＲが駐車中か否かを判断する（ステップＳ１０）。具体的には、システム制御回路２００は、イグニッションキー６１０がオフであり、セレクター６２０がパーキングレンジに位置している場合には、燃料電池自動車ＨＲが駐車中であると判断し、その他の場合には、燃料電池自動車ＨＲが駐車中でないと判断する。なお、燃料電池自動車ＨＲが駐車中の場合、燃料電池システム１０００において、主止弁４０および調圧遮断弁８５は閉弁されており、コンプレッサ３０は、駆動停止している。

システム制御回路２００は、燃料電池自動車ＨＲが駐車中でないと判断すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、この水素漏れ検知処理を終了する。

システム制御回路２００は、燃料電池自動車ＨＲが駐車中であると判断すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、各圧力センサ９０〜９６から、Ａ〜Ｄ地点の圧力Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ検出する（ステップＳ２０）。

システム制御回路２００は、Ａ〜Ｄ地点において、前回に検出した圧力からの変動圧力ΔＰ１〜ΔＰ４をそれぞれ検出する（ステップＳ３０）。具体的には、システム制御回路２００は、前回に検出した圧力Ｐ１〜Ｐ４から、今回のステップＳ２０の処理で検出した圧力Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ引くことによって、変動圧力ΔＰ１〜ΔＰ４を検出する。

システム制御回路２００は、Ｄ地点（主止弁上流領域Ｘ）における圧力Ｐ４が前回より低下しており、その低下量が一定量以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０）。具体的には、システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ４が負であり（０より小さく）、かつ、変動圧力ΔＰ４の大きさが、閾値Ｐｔ１より大きいか否かを判断する。

システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ４が０以上である場合、若しくは、変動圧力ΔＰ４の大きさが、閾値Ｐｔ１以下の場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）には、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れはないと判断し、この水素漏れ検知処理を終了する。

システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ４が負であり、かつ、変動圧力ΔＰ４の大きさ（変動圧力ΔＰ４の絶対値）が、閾値Ｐｔ１より大きい場合、すなわち、圧力Ｐ４が前回より低下しており、その低下量が一定量以上である場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）には、次に、Ａ地点〜Ｃ地点において、いずれにも圧力に変動がなかったか否かを判断する（ステップＳ５０）。具体的には、システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３のすべてが、正であり、かつ、それらのすべての大きさが閾値Ｐｔ２より小さいか否かを判断する。

システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３のうち、どれか一つでも負であるか、若しくは、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３のすべてが、正であっても、どれか一つの大きさが閾値Ｐｔ２より大きい場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）には、ステップＳ４０の処理における主止弁上流領域Ｘにおける圧力の変動は、主止弁４０または調圧遮断弁８５のガス遮断不良による変動であり、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れはないと判断し、この水素漏れ検知処理を終了する。

システム制御回路２００は、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３のすべてが、正であり、かつ、それらのすべての大きさが閾値Ｐｔ２より小さい場合、すなわち、Ａ地点〜Ｃ地点において、いずれにも圧力に変動がなかったとみなせる場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）には、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対して水素漏れがあると判断し、水素タンク２０の水素を消費するための水素消費発電を開始する（ステップＳ６０）。

具体的には、システム制御回路２００は、主止弁４０を開弁し、調圧遮断弁８５を開弁および開度調整すると共に、コンプレッサ３０および冷媒循環ポンプ６５を駆動させて、水素および空気、または、冷媒を燃料電池１００に供給し、燃料電池１００に発電を行わせる。システム制御回路２００は、蓄電可能量モニタ１２２から蓄電可能電力量Ｐｋを検出し、発電電力が、蓄電可能電力量Ｐｋに応じた最大電力量となるように水素および空気の供給量を調整する。この場合、システム制御回路２００は、補機１５０を、電力効率が低くなるように駆動させる。例えば、システム制御回路２００は、コンプレッサ３０を、上記最大電力量に応じた空気を上回る空気を排出することが可能な回転数で運転させると共に、上記最大電力量に応じた空気を上回る分の空気を燃料電池システム１０００外部に排出させ、電力効率が低くなるように駆動させる。システム制御回路２００は、蓄電可能電力量Ｐｋが０程度となると、発電電力が、補機１５０の総合最大電力量となるように水素および空気の供給量を調整する。なお、システム制御回路２００は、最大電力量で燃料電池１００を発電させる場合、燃料電池１００においてドライアップやフラッディングが生じない範囲内の電力量で発電させる。

次に、システム制御回路２００は、圧力センサ９６からＤ地点（主止弁上流領域Ｘ）の圧力Ｐ４を再検出する（ステップＳ７０）。

システム制御回路２００は、水素消費発電に伴って、主止弁上流領域Ｘの圧力Ｐ４が、閾値Ｐｔ３より小さくなったか否かを判断する（ステップＳ８０）。

システム制御回路２００は、検出した主止弁上流領域Ｘの圧力Ｐ４が、水素消費発電に伴って閾値Ｐｔ３より小さくなっていない場合（ステップＳ８０：Ｎｏ）には、ステップＳ７０の処理にリターンする。

システム制御回路２００は、水素消費発電に伴って、主止弁上流領域Ｘの圧力Ｐ４が、閾値Ｐｔ３より小さくなった場合（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）には、水素消費発電を終了する（ステップＳ９０）。具体的には、システム制御回路２００は、主止弁４０および調圧遮断弁８５を遮断すると共に、コンプレッサ３０および冷媒循環ポンプ６５を駆動停止させ、燃料電池１００に対する水素および空気、または、冷媒の供給を停止させる。システム制御回路２００は、水素消費発電を終了させると、この水素漏れ検知処理を終了する。

なお、上記閾値Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３は、燃料電池自動車ＨＲの具体的設計等により、適宜設定される。

ところで、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車において、駐車中に、主止弁上流領域から燃料電池システムの外部に水素漏れが生じると、主止弁を閉弁しても水素漏れを止めることができず、燃料電池自動車が駐車している空間に水素が充満するおそれがあった。

一方の本実施例の燃料電池自動車ＨＲでは、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対して水素漏れがある場合には、水素タンク２０の水素を消費するための水素消費発電を行うようにしている。このようにすれば、水素タンク２０中の水素を発電により消費し、水素漏れ量を抑制することができる。その結果、燃料電池自動車ＨＲが駐車している空間に水素が充満することを抑制することができる。

本実施例の燃料電池自動車ＨＲでは、補機１５０を備えており、水素消費発電を行わせている際に、補機１５０を駆動させ、電力を消費させるようにしている。このようにすれば、燃料電池１００の発電電力を増加させることができ、水素タンク２０中の水素を効率よく消費することができる。その結果、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対する水素漏れ量を抑制することができる。

本実施例の燃料電池自動車ＨＲでは、水素消費発電を行わせている際に、補機１５０を駆動させ、電力を消費させる場合、電力効率が低くなるように、補機１５０を駆動させるようにしている。このようにすれば、燃料電池１００の発電電力をより増加させることができる。

本実施例の燃料電池自動車ＨＲでは、変動圧力ΔＰ４が負であり、変動圧力ΔＰ４の大きさが、閾値Ｐｔ１より大きく、さらに、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３のすべてが、閾値Ｐｔ２より小さい場合に、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に水素漏れが生じていると判断するようにしている。このようにすれば、正確に水素漏れを検知することができる。

本実施例において、システム制御回路２００は、特許請求の範囲における検知部、発電制御部、補機制御部、第１検出部、第２検出部、および、判断部に該当し、変動圧力ΔＰ４は、特許請求の範囲における第１変動量に該当し、閾値Ｐｔ１は、特許請求の範囲における第１判定値に該当し、閾値Ｐｔ２は、特許請求の範囲における第２判定値に該当し、水素タンク２０は、特許請求の範囲における燃料ガスタンクに該当し、燃料電池自動車ＨＲは、特許請求の範囲における車両に該当し、コンプレッサ３０、水素循環ポンプ５０、冷媒循環ポンプ６５、および、エアコンは、特許請求の範囲における補機に該当する。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１０００Ａの構成：
図４は、第２実施例の燃料電池システム１０００Ａの概略構成を示している。本実施例の燃料電池自動車における燃料電池システム１０００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１０００と比較して、図４に示すように、圧力センサ９６を備えていない点、および、水素ディテクタ７００を備えている点で、第１実施例の燃料電池システム１０００の構成と異なる。燃料電池システム１０００Ａは、その他の点では、燃料電池システム１０００と同様の構成となっており、その説明を省略する。

水素ディテクタ７００は、水素タンク２０（主止弁上流領域Ｘ）の外部付近に設けられ、水素濃度を検出するための検出器である。システム制御回路２００は、定期的に水素ディテクタ７００から水素濃度Ｒ１を検出している。

本実施例の燃料電池システム１０００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１０００とは処理内容が若干異なる水素漏れ検知処理を実行する。以下に、本実施例の水素漏れ検知処理を説明する。なお、本実施例の水素漏れ検知処理において、第１実施例の水素漏れ検知処理と同様の処理については、その説明を省略する。

図５は、第２実施例の水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。システム制御回路２００は、燃料電池自動車ＨＲが駐車中であると判断すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、各圧力センサ９０〜９４から、Ａ〜Ｃ地点の圧力Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ検出すると共に、水素ディテクタ７００から水素濃度Ｒ１を検出する（ステップＳ２０Ａ）。

システム制御回路２００は、Ａ〜Ｃ地点において、前回に検出した圧力からの変動圧力ΔＰ１〜ΔＰ３をそれぞれ検出すると共に、前回に検出した水素濃度からの変動濃度ΔＲ１を検出する（ステップＳ３０Ａ）。具体的には、システム制御回路２００は、前回に検出した圧力Ｐ１〜Ｐ３から、今回のステップＳ２０Ａの処理で検出した圧力Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ引くことによって、変動圧力ΔＰ１〜ΔＰ３を検出する。また、システム制御回路２００は、前回に検出した水素濃度Ｒ１から、今回のステップＳ２０Ａの処理で検出した水素濃度Ｒ１を引くことによって、変動濃度ΔＲ１を検出する。

システム制御回路２００は、今回検出した水素濃度Ｒ１が閾値Ｒｔより大きく、変動濃度ΔＲ１が負であるか否かを判断する（ステップＳ４０Ａ）。

システム制御回路２００は、今回検出した水素濃度Ｒ１が閾値Ｒｔ以下である場合、若しくは、変動濃度ΔＲ１が０以上である場合（ステップＳ４０Ａ：Ｎｏ）には、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れはないと判断し、この水素漏れ検知処理を終了する。なお、上記閾値Ｒｔは、燃料電池自動車の具体的設計等により、適宜設定される。

システム制御回路２００は、今回検出した水素濃度Ｒ１が閾値Ｒｔより大きく、変動濃度ΔＲ１が負である（ステップＳ４０Ａ：Ｙｅｓ）には、ステップＳ５０の処理に移行し、第１実施例の水素漏れ検知処理と同様の処理を以下行う。

以上のように、本実施例の燃料電池システム１０００Ａでは、水素ディテクタ７００を水素タンク２０（主止弁上流領域Ｘ）の外部付近に設け、水素ディテクタ７００から検出した水素濃度Ｒ１に基づいて、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れを検知するようにしている。このようにすれば、水素漏れを直接的検知することができ、正確に水素漏れを検知することができる。

Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池自動車において、水素漏れ検知処理で、水素消費発電を行う場合であって最大電力量となるように発電する場合において、システム制御回路２００は、コンプレッサ３０を制御し、空気のストイキ比（いわゆる、エアストイキ比）を下げて燃料電池１００の発電効率を悪化させるようにしてもよい。このようにすれば、燃料電池１００での発電量は、同様のまま水素消費量を向上させることができ、水素漏れ量を抑制することができる。その結果、燃料電池自動車が駐車している空間に水素が充満することを抑制することができる。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池自動車において、システム制御回路２００は、水素漏れ検知処理で、燃料電池自動車が駐車中の場合に、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れの有無を検知し、水素漏れが生じていると判断した場合には、水素消費発電を行うようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、水素漏れ検知処理において、燃料電池自動車が停車中の場合に、主止弁上流領域Ｘから燃料電池システム１０００の外部に対しての水素漏れの有無を検知し、水素漏れが生じていると判断した場合には、水素消費発電を行うようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池自動車において、システム制御回路２００は、水素漏れ検知処理で、駐車中か否かを判断する場合に、イグニッションキー６１０がオフであり、かつ、セレクター６２０がパーキングレンジに位置している場合には、燃料電池自動車ＨＲが駐車中であると判断するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、システム制御回路２００は、駐車中か否かを判断する場合に、イグニッションキー６１０がオフである場合に駐車中であると判断するようにしてもよいし、セレクター６２０がパーキングレンジに位置している場合に駐車中であると判断するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池自動車において、システム制御回路２００は、水素漏れ検知処理のステップＳ５０の処理で、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３と、閾値Ｐｔ２とを比較するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３と、閾値Ｐｔ２とを比較する前に、各変動圧力に、容積変動係数を乗じた後、変動圧力ΔＰ１、変動圧力ΔＰ２、および、変動圧力ΔＰ３と、閾値Ｐｔ２とを比較するようにしてもよい。このようにすれば、正確に水素漏れ検知処理を実行することができる。

本発明の第１実施例である燃料電池自動車ＨＲの概略構成を表わすブロック図である。 燃料電池システム１０００における反応ガスを給排するための反応ガス給排系装置の概略構成図である。 燃料電池自動車ＨＲが行う水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。 第２実施例の燃料電池システム１０００Ａの概略構成を示している。 第２実施例の水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池ケース
２０…水素タンク
２４…燃料ガス導入流路
２６…燃料ガス排出流路
２７…接続流路
３０…コンプレッサ
３４…酸化ガス導入流路
３６…酸化ガス排出流路
４０…主止弁
５０…水素循環ポンプ
６０…ラジエータ
６４…冷媒循環流路
６５…冷媒循環ポンプ
７０…気液分離器
８０…パージ弁
８２…調圧弁
８５…調圧遮断弁
９０…圧力センサ
９２…圧力センサ
９４…圧力センサ
９６…圧力センサ
１００…燃料電池
１１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２０…２次電池
１２２…蓄電可能量モニタ
１３０…インバータ
１４０…インバータ
１５０…補機
１７０…配線
２００…システム制御回路
３００…駆動モータ
３１０…出力軸
３２０…車両駆動軸
４００…減速ギヤ
６００…運転制御回路
６１０…イグニッションキー
６２０…セレクター
７００…水素ディテクタ
１０００…燃料電池システム
１０００Ａ…燃料電池システム
Ｘ…主止弁上流領域
ＨＲ…燃料電池自動車

Claims (7)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池で用いられる燃料ガスを貯留する燃料ガスタンクと、
   前記燃料ガスタンクに貯留されている前記燃料ガスを、開弁により前記燃料電池に供給し、閉弁により前記燃料ガスの供給を遮断する主止弁と、
   前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給方向において前記主止弁よりも上流側の上流領域から前記燃料電池システムの外部に対する、前記燃料ガスの漏れを検知する検知部と、
   前記検知部が前記燃料ガスの漏れを検知した場合に、前記主止弁を開弁させ、前記燃料電池に前記燃料ガスタンク中の前記燃料ガスを消費するための消費発電を行わせる発電制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池によって発電された電力によって作動する補機と、
   前記発電制御部が前記消費発電を行わせている際に、前記補機を駆動させ、電力を消費させる補機制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記補機制御部は、
   前記発電制御部が前記消費発電を行わせている際に、電力効率が低くなるように、前記補機を駆動させることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記上流領域における前記燃料ガスの圧力変動量である第１変動量を検出する第１検出部と、
   前記供給方向において前記主止弁よりも下流側の下流領域における前記燃料ガスの圧力変動量である第２変動量を検出する第２検出部と、
   を備え、
   前記検知部は、前記第１変動量が負であると共に、前記第１変動量の大きさが第１判定値よりも大きく、前記第２変動量が第２判定値よりも小さい場合において、前記上流領域で、前記燃料電池システムの外部に対する前記燃料ガスの漏れがあると検知することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記発電制御部は、
   前記燃料電池に前記消費発電を行わせる際、前記燃料電池に供給する酸化ガスのストイキ比を下げ発電効率を低下させることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記上流領域は、前記燃料ガスタンクを含むことを特徴とする燃料電池システム。
7. 車両であって、
   請求項１ないし請求項６に記載の燃料電池システムと、
   前記車両が停車中若しくは駐車中か否かを判断する判断部と、
   を備え、
   前記発電制御部は、
   前記判断部が前記車両が停車中若しくは駐車中であると判断した場合において、前記消費発電を行わせることを特徴とする車両。

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