JP2014088935A - 流体供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素タンク2と、共用流路が形成されるとともに水素タンク2の口金部に設置される遮断弁3と、一端が前記共用流路に接続され、他端が充填口5に接続される流体充填流路と、一端が前記共用流路に接続され、他端が燃料電池1に接続される流体供給流路と、前記流体充填流路を介した流体の充填を検知する充填検知手段と、前記流体供給流路に設けられる第1圧力センサ10と、遮断弁3に閉弁指令を出力し、第1圧力センサ10から入力される圧力値の変化に基づいて遮断弁3の開故障判定処理を実行するECU10と、を備え、ECU15は、前記充填検知手段によって流体の充填が検知された場合、前記開故障判定処理を止めることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記した遮断弁が開故障すると、水素の供給を停止できずシステムに不具合が生ずる虞があるため、遮断弁の開故障を適切に検知することが必要となる。なお、「開故障」とは、閉弁指令を入力しても弁体が開いたままの状態となる故障を意味している。
このような遮断弁を備えた流体供給システムに特許文献1に記載技術を適用すると、遮断弁で開故障が生じていないにも関わらず、開故障ありと誤検知してしまう可能性がある。これは、水素を充填しつつ開故障判定処理を行うと、水素タンクに向けて供給される水素が下流側の燃料ガス供給流路に流入し、圧力検出器によって検出される圧力の低下速度が小さくなる(又は、ほとんど低下しない)ためである。
このように誤って遮断弁の開故障が検知されると、無用なシステム停止を引き起こす虞がある。
これに対して本発明では、充填検知手段によって流体の充填が検知された場合、制御手段は開故障判定処理を止める。したがって、遮断弁が正常であるにも関わらず開故障ありと判定してしまうことを防止できる。
なお、充填検知手段は、前記した各信号及び情報を適宜組み合わせて流体の充填を検知してもよい。
<流体供給システムの構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る流体供給システムの全体構成図である。流体供給システムSは、燃料電池1、水素タンク2、遮断弁3、1次減圧弁7、2次減圧弁8、第1圧力センサ10、第2圧力センサ11、ECU13(Electric Control Unit)などを備えている。
弁箱は、外周面にネジ溝が形成され、水素タンク2の口金部の内周面に形成されたネジ溝と螺合することで水素タンク2に取り付けられる。そして、当該弁箱に、前記した共用流路a2が形成されている。
開閉弁本体は、前記した弁箱の内部に形成される弁座部(図示せず)に着座することによって、共用流路a2と水素タンク2の充填室とを遮断する。また、開閉弁本体は、弁座部から離間することによって、共用流路a2と水素タンク2の充填室とを連通させる。
コイルばねは、開閉弁本体を閉弁するように所定の付勢力を発生する。コイルばねの付勢力は、水素タンク2の充填室が所定の充填目標圧力に達すると開閉弁本体を閉弁するように設定されている。
なお、前記した遮断弁3の構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
インタフェース6は、水素充填時において水素ステーション200の通信コネクタ204が接続される部分であり、充填口5の近傍に設けられている。
2次減圧弁8は、1次減圧弁7によって減圧された水素の圧力を、さらに燃料電池1に供給可能な所定圧力まで減圧するものである。2次減圧弁8の上流側は、配管a4を介して1次減圧弁7に接続され、下流側は、配管a5を介して燃料電池1のアノード流路1aに接続されている。
第1圧力センサ10(圧力検出手段)は、遮断弁3の共用流路a2と1次減圧弁7とを接続する配管a3に設けられ、配管a3内の水素圧力を検出するものである。第1圧力センサ10は、検出した水素圧力をECU13に出力する。
第2圧力センサ11(圧力検出手段)は、1次減圧弁7と2次減圧弁8とを接続する配管a4に設けられ、配管a4内の水素圧力を検出するものである。第2圧力センサ11は、検出した水素圧力をECU13に出力する。
アノード流路1aの下流側に接続される配管a6には、アノード流路1aから流出した不純物などを含む水素を排出するためのパージ弁(図示せず)などが設けられ、その下流側は前記した希釈器に接続されている。
ECU13は、水素タンク2に水素を充填する際、外部の水素ステーション200が備えるディスペンサ202との間で充填通信を行う。ECU13は、例えばリッドスイッチ14が押下された(つまり、フューエルリッド4が開かれた)場合に充填通信を開始し、水素タンク2内の圧力・温度などの情報を、インタフェース6を介してディスペンサ202に送信する。
IG15は、燃料電池車100の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。IG15は、オン/オフ信号をECU13に出力するようになっている。
水素ステーション200は、水素貯蔵タンク201と、ディスペンサ202と、ノズル203と、通信コネクタ204と、を備えている。水素貯蔵タンク201には、燃料電池車100に水素を供給するための水素が高圧で貯蔵されている。ディスペンサ202は、水素貯蔵タンク201と接続され、ECU13との間で充填通信を行いつつ、水素タンク2に充填する水素の圧力や流量などを制御する。
図2及び図3は、遮断弁の開故障判定処理を実行する際の動作の流れを示すフローチャートである。
ステップS101においてECU13は、リッドスイッチ14からフューエルリッド4の開指令が入力されたか否かを判定する。リッドスイッチ14からフューエルリッド4の開指令が入力された場合(S101→Yes)、ECU13は、遮断弁3の開故障判定処理を実行せずに処理を終了する。
ステップS101においてリッドスイッチ14からフューエルリッド4の開指令が入力されていない場合(S101→No)、ECU13の処理はステップS102に進む。
ステップS102においてECU13は、発電停止指令が入力されたか否か、つまり、IG15らオフ信号が入力されたか否かを判定する。発電停止指令が入力された場合(S102→Yes)、ECU13の処理はステップS105に進む。一方、発電停止指令が入力されていない場合(S102→No)、ECU13の処理はステップS103に進む。
ステップS104においてECU13は、第1圧力センサ10によって検出された検出値を初期値P1として設定し、一連の処理を終了する。なお、当該初期値P1は、次回の開故障判定処理を実行する際に用いられる。
図2に示すステップS105においてECU13は、遮断弁3に閉弁指令を出力する。この時点において、実際に遮断弁3が閉弁されているか、それとも開故障となっているかは不明である。
ステップS106においてECU13は、タイマ値TMから所定値Δtを減算し、当該値(TM−Δt)を新たなタイマ値TMとして更新する。なお、初期のタイマ値TMとして、前回のリセット時(S103参照)に設定されたタイマ値が用いられる。
ステップS107においてECU13は、電流IFCの積算値を算出する。なお、電流IFCは、例えば燃料電池1の発電電流を検出する電流センサ(図示せず)の検出値を用いる。
ステップS110においてECU13は、圧力変化量ΔP1を算出する。なお、圧力変化量ΔP1は、前回設定された初期値P1(S104参照)から、この時点において第1圧力センサ10から入力される検出値を減算することで得られる。
ステップS112においてECU13は、圧力変化量閾値ΔPSを算出する。前記した平均発電電流IAVEと圧力変化量閾値ΔPSとの関係は、例えばテーブルとして予め記憶手段(図示せず)に格納されている。ECU13は、前記したテーブルを検索し、ステップS111において算出した平均発電電流IAVEに対応する圧力変化量閾値ΔPSを導出する。
ステップS114においてECU13は、ステップS110で算出した圧力変化量ΔP1が、ステップS113で算出した圧力変化量閾値の補正値ΔPS’以下であるか否かを判定する。
これによって、発電停止指令があった後に水素ガスが充填された場合でも、遮断弁3が開故障しているとの誤検知を確実に回避できる。
なお、前記したステップS101〜ステップS117の処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
本実施形態に係る流体供給システムSによれば、リッドスイッチ14からフューエルリッド4の開指令が入力された場合、ECU13は開故障判定処理を止める(禁止又は中止する)。これによって、水素ガスの充填と開故障判定処理とが時間的に重複して行われることを回避できる。したがって、遮断弁3が開故障していない場合に開故障ありと判定してしまう誤検知を確実に防止できる。
第2実施形態は、前記した第1実施形態のステップS101(図2参照)の処理に代えて、ステップS101aの処理を実行する点が異なるが、その他の処理は第1実施形態と同様である。また、第2実施形態に係る流体供給システムSの構成は、第1実施形態の場合と同様である(図1参照)。
したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図4、図5は、本実施形態に係る流体供給システムにおいて、遮断弁の開故障判定処理を実行する際の動作の流れを示すフローチャートである。
図4のステップS101aにおいてECU13は、充填通信信号が入力されたか否かを判定する。前記したように、水素の充填を行う際、インタフェース6に通信コネクタ204が接続されると、ディスペンサ202とECU13との間で充填通信が開始される。
また、図4、図5のフローチャートでは記載していない、充填通信信号が入力されない状態(S101a→No)で発電停止指令があった場合(S102→Yes)、ECU13は、所定のサイクルタイムごとに充填通信信号が入力されたか否かを監視する。そして、充填通信信号が入力された場合、ECU13はステップS105〜S117で割り込み処理を実行し、遮断弁3の開故障判定処理を中止する。
これによって、発電停止指令があった後に水素ガスが充填された場合でも、遮断弁3が開故障しているとの誤検知を確実に回避できる。
本実施形態に係る流体供給システムSによれば、充填通信信号が入力された場合、ECU13が開故障判定処理を行わない(又は、中止する)こととした。したがって、第1実施形態の場合と同様に、遮断弁3が開故障していない場合に開故障ありと判定してしまう誤検知を確実に防止できる。
したがって、本実施形態によれば、遮断弁3の開故障の誤検知を確実に防止しつつ、開故障判定処理の無用な中止を非常に少なくすることができる。
第3実施形態は、前記した第1実施形態のステップS101(図2参照)の処理を省略し、ステップS110とステップS111との間にステップS121の処理を追加した点が異なるが、その他の処理は第1実施形態と同様である。また、第3実施形態に係る流体供給システムSの構成は、第1実施形態の場合と同様である(図1参照)。
したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
前記したように、本実施形態では、図2のステップS101「リッドスイッチ開?」の判定を行わず、ステップS102の処理からスタートする。なお、ステップS102〜S109は、第1実施形態で説明したステップS102〜S109と同様であるから説明を省略する。
閾値ΔPS2は、常閉型の遮断弁3に閉弁指令が入力された状態で、水素タンク2に水素が充填されているか否かを適切に判定できるように予め設定された値であり、記憶手段(図示せず)に格納されている。
一方、圧力変化量ΔP1が所定の閾値ΔPS2よりも高い場合(S121→No)、ECU13の処理はステップS111に進む。
なお、ステップS110〜S117の処理は第1実施形態で説明したステップS110〜S117と同様であるから、説明を省略する。
本実施形態に係る流体供給システムSによれば、第1圧力センサ10によって検出される水素圧力の変化量ΔP1が閾値ΔPS2以下である場合(S121→Yes)、ECU13は開故障判定処理を中止する。また、閾値ΔPS2は、水素の充填が行われていることを適切に検知し得る値として設定されている。
したがって、水素の充填と、開故障判定処理とを時間的に重複して実行することを回避し、遮断弁3が開故障していない場合に開故障ありと判定してしまう誤検知を確実に防止できる。
第4実施形態は、前記した第1実施形態のステップS101(図2参照)の処理を省略し、ステップS131〜S133の処理を追加した点が異なるが、その他の処理は第1実施形態と同様である。なお、第4実施形態に係る流体供給システムの構成は、図1に示す構成に加えて、水素タンク2内の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)を設ける点が異なるが、その他の点は第1実施形態と同様である。
したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
前記したように、本実施形態では、図2のステップS101「リッドスイッチ開?」の判定を行わず、ステップS102の処理からスタートする。なお、ステップS102〜S104は、第1実施形態で説明したステップS102〜S104と同様であるから説明を省略する。
また、図8のステップ132においてECU13は、温度変化量ΔT1を算出する。ここで、温度変化量ΔT1は、前記した初期値T1から、この時点における温度センサ(水素タンク2内に設置される温度センサ)の検出値を減算した値である。遮断弁3は、閉指令が入力されている状態でも(S105参照)、流体充填流路を介して高圧の水素が流入すると、当該水素の圧力で開弁する。水素が充填されるにつれて水素タンク2の内圧及び温度が上昇する。この場合、前記した温度変化量ΔT1は負の値となる。
なお、ステップS110〜S117の処理は第1実施形態で説明したステップS110〜S117と同様であるから、説明を省略する。
本実施形態に係る流体供給システムSによれば、温度センサ(図示せず)によって検出される水素タンク2内の温度変化量ΔT1が閾値ΔTS2以下である場合(S133→Yes)、ECU13は開故障判定処理を中止する。また、閾値ΔTS2は、水素の充填が行われていることを適切に検知し得る値として設定されている。
したがって、水素の充填と、開故障判定処理とが時間的に重複してしまうことを回避し、遮断弁3が開故障の誤検知を確実に防止できる。
以上、本発明に係る流体供給システムSについて前記各実施形態により説明したが、本発明の実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、充填口5にノズル203が挿入されたことを検知するセンサを設置し、当該センサによってノズル203の挿入が検知された場合、ECU13が、遮断弁3の開故障判定処理を止める(禁止又は中止する)こととしてもよい。
また、燃料電池自動車100のメンテナンス時に、水素タンク2の気密チェックをする場合、流体供給流路(配管a4など:図1参照)にも高圧が印加される。したがって、メンテナンス時においても遮断弁3の開故障判定処理を止めることが好ましい。なお、この場合におけるECU13の処理の流れは前記各実施形態と同様であるから、説明を省略する。
また、上記の説明では、燃料ガスとして水素を用いた例について説明したが、燃料ガスとして天然ガスなどを用いる場合にも適用可能である。また、燃料ガスを利用するものとして、例えば、水素エンジンシステムを用いてもよい。
100 燃料電池車
1 燃料電池(流体利用ユニット)
2 水素タンク(タンク)
3 遮断弁
4 フューエルリッド(蓋部材)
5 充填口
6 インタフェース
7 1次減圧弁
8 2次減圧弁
9 リリーフ弁
10 第1圧力センサ(圧力検出手段)
11 第2圧力センサ(圧力検出手段)
12 コンプレッサ
13 ECU(充填検知手段、制御手段)
14 リッドスイッチ(充填検知手段)
15 IG
a1 配管(流体充填流路)
a2 共用流路
a3,a4,a5 配管(流体供給流路)
Claims (4)
- 圧力により体積が変化する流体が貯留されるタンクと、
充填口から前記タンクに向けて流体が充填される際、及び、前記タンクから流体利用ユニットに向けて流体が供給される際に流体が通流する共用流路が形成されるとともに、前記タンクの口金部に設置される遮断弁と、
一端が前記共用流路に接続され、他端が前記充填口に接続される流体充填流路と、
一端が前記共用流路に接続され、他端が前記流体利用ユニットに接続される流体供給流路と、
前記流体充填流路を介した流体の充填を検知する充填検知手段と、
前記流体供給流路に設けられる圧力検出手段と、
前記遮断弁に閉弁指令を出力し、前記圧力検出手段から入力される圧力値の変化に基づいて前記遮断弁の開故障判定処理を実行する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記充填検知手段によって流体の前記充填が検知された場合、前記開故障判定処理を止めること
を特徴とする流体供給システム。 - 前記制御手段は、
前記充填検知手段によって流体の前記充填が検知された場合、前記開故障判定処理を禁止すること
を特徴とする請求項1に記載の流体供給システム。 - 前記制御手段は、
前記開故障判定処理の実行中に、前記充填検知手段によって前記充填が検知された場合、前記開故障判定処理を中止すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の流体供給システム。 - 前記充填検知手段は、
外部から入力される充填通信信号、前記充填口に対応して設けられる蓋部材の開信号、前記圧力検出手段から入力される圧力情報、及び前記タンク内の温度を検出する温度検出手段から入力される温度情報のうち、少なくとも一つを用いて前記充填を検知すること
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の流体供給システム。
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