JP2014177991A - 燃料電池システム及び燃料消費システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料ガスの充填異常発生時における異常発生部を検証する燃料電池システム及び燃料消費システムを提供する。
【解決手段】車両14側から外部の水素ステーション12に発信した、充填に関連する赤外線Lの信号を表す符号化データd及び該符号化データdから変換された2値のパルス列からなる駆動信号fのいずれかを、車両14の記録部60に記録する。充填異常発生時に、車両14側からの指令に異常があったのか、水素ステーション12側に異常があったのかを切り分けることができ、充填異常発生部を検証できる。
【選択図】図1

Description

この発明は、燃料電池システム(例えば、燃料電池車両)や燃料消費システム{例えば、水素エンジン自動車やCNG(Compressed Natural Gas)自動車等}が内部に備える燃料貯蔵部(ガスタンク等)に外部の燃料ガス供給装置(ガスステーション等)から燃料ガスを充填して貯蔵した後、前記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料ガスを消費(反応乃至燃焼)させてエネルギを発生させ利用に供する燃料電池システム及び燃料消費システムに関する。
例えば、固体高分子型等の燃料電池において、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素が反応して水が生成される。
そして、前記燃料電池で発電された電気エネルギと蓄電装置に蓄電されている電気エネルギとをエネルギ源として電動機により走行する燃料電池自動車が提案されている。
また、エンジンに燃料ガスを噴射して燃焼させ、クランクシャフトに発生する回転エネルギをトランスミッションにより変速して走行する水素エンジン自動車やCNG自動車も提案されている。
これら燃料電池自動車等の燃料電池システムや水素エンジン自動車等の燃料消費システムでは、1回の燃料充填時に、該システムに搭載されたガスタンク等の燃料貯蔵部にいわゆる満充填状態まで充填できることが好ましい。
このため、特許文献1に係るガス充填システムには、燃料ガス供給装置からシステム側の燃料貯蔵部に燃料ガスを充填する際に、前記燃料貯蔵部の特性、前記燃料貯蔵部内の温度及び圧力の情報をシステム側充填制御装置{充填ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)という。}からシステム側通信機を通じて、燃料ガス供給装置に、充填開始時及び充填中、すなわち充填時に赤外線通信で送信する。
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料貯蔵部の特性及び内部温度等の情報を受信し、受信情報に基づき充填流量等を決定しながら充填を継続する。
そして、システム側の燃料貯蔵部の内部温度が高い等との充填異常が前記充填ECUにより検出された場合の充填異常発生時には、検出された前記内部温度等の情報を受信した燃料ガス供給装置側において前記内部温度等の情報に基づき充填流量を低下させる等の制御を行い、システム側の燃料貯蔵部の内部温度のそれ以上の温度上昇を抑制しながら充填を継続するようにした技術が開示されている(特許文献1の[0012]、[0015]、[0017]、[0025])。
特開2011−33068号公報
ところで、上記したシステム側の前記燃料貯蔵部の内部温度が高い等の充填異常が検出された場合の充填異常発生時には、異常発生部を特定するために、異常発生部がシステム側にあるのか燃料ガス供給装置側にあるのかを切り分けるために検証乃至考察したいとの要望がある。
しかしながら、上記した特許文献1には、充填異常発生時に、異常発生部がシステム側にあるのか燃料ガス供給装置側にあるのかを切り分けるために検証乃至考察する技術については何も開示されていない。
この発明はこのような要望乃至課題を考慮してなされたものであり、充填異常発生時における異常発生部を検証乃至考察することを可能とする燃料電池システム及び燃料消費システムを提供することを目的とする。
この発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部の内部状態を検出する貯蔵部内部状態検出部と、外部から前記燃料貯蔵部への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号を前記外部に発信する発信機と、前記貯蔵部内部状態検出部により検出された検出値が入力され該検出値に基づいて前記外部に発信すべき情報を処理する情報処理部、及び該情報処理部により処理されたデータを前記発信機の駆動信号に変換する駆動信号生成部を有する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置は、前記情報処理部により処理されたデータ及び前記駆動信号生成部により生成された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録する記録部を有することを特徴とする。
この発明によれば、燃料電池システム側(システム側)から外部に発信した、充填に関連する信号を表すデータ及び該データから変換された駆動信号のうち、少なくともいずれかを、システム側の制御装置の記録部に記録するようにしたので、充填異常発生時に、前記記録部に記録された記録内容から、システム側から外部に発信された充填に関連する信号が表す情報内容の異常の有無を検証することによりシステム側の異常か燃料供給装置側の異常かを切り分けることが可能となり、充填異常発生部を検証乃至考察することができる。
この場合、前記制御装置は、前記記録部への記録を、充填異常の検知の有無に拘わらずに連続的に行ってもよく、前記情報処理部が前記検出値により充填異常を検知した場合に、前記記録部への記録を行うようにしてもよい。充填異常を検知した場合にのみ記録するようにすることで、記録部を構成する記憶装置(メモリ)の容量を小さくすることができる。
なお、上記した充填処理を制御する制御装置である充填用制御装置の記録部への記録に代替して、前記充填用制御装置と連系する記録用制御装置の記録部へ、前記充填用制御装置の前記情報処理部により処理されたデータ及び前記充填用制御装置の前記駆動信号生成部により生成された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録するように構成してもよい。
この発明によれば、前記記録部用の、前記充填用制御装置の記憶装置が削除でき、前記充填用制御装置の小型化・低コスト化が図れる。
この場合において、前記記録用制御装置が、時刻把握機能を有するとき、前記データ及び前記駆動信号を時刻と関連付けて記録することにより記録内容の信頼性を確保することができる。
この場合において、前記外部に、前記燃料貯蔵部側の前記発信機から送信された充填に関連する前記信号を受信する供給側受信部を有し、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置に設けられ、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する際の充填に関連する信号を外部に発信する燃料供給側発信機と、を設け、前記システム側には、前記燃料供給側発信機から発信された信号を受信する受信部を、さらに備えるよう構成することが好ましい。
このようにすれば、前記システム側の前記制御装置が、前記受信部で受信した前記燃料供給側発信機から発信された信号を前記記録部に記録することができるし、また、前記システム側の前記記録用制御装置が、前記受信部で受信した前記燃料供給側発信機から発信された信号を記録することができるので、充填異常発生時に、システム側の異常か燃料供給装置側の異常かをより精度よく切り分けることが可能となり、より確実に充填異常発生部を検証乃至考察することができる。
なお、上記した各発明では、システム側で、充填に関連する信号を表すデータ及び該データから変換された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録し、及び/又は前記システム側の前記受信部で受信した前記燃料供給側発信機から発信された信号を記録するようにしているが、これらに加えて、あるいはこれらとは独立に、燃料供給装置側で、充填に関連する信号を表すデータ及び該データから変換された駆動信号のうち、少なくともいずれかを、その記録部に記録し、及び/又は、燃料供給装置側の受信部で受信したシステム側発信機から発信された信号を前記燃料供給装置側で、その記録部に記録するように構成を変更することもできる。
さらにまた、上記した各発明は、燃料消費装置を備える燃料消費システムに適用することもできる。
この発明によれば、システム側から外部の燃料供給装置側に発信した、充填に関連する信号を表すデータ及び該データから変換された駆動信号のうち、少なくともいずれかを、システム側の記録部に記録するようにしたので、充填異常発生時に、前記記録部に記録された記録内容から、システム側の異常か燃料供給装置側の異常かを切り分けることができ、充填異常発生部を検証乃至考察することができる。
この発明の第1実施形態に係る燃料電池システムに燃料ガスを供給するための通信充填システムの構成を示す機能ブロック図である。 図1の通信充填システムの概略説明図である。 この発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの処理の説明に供されるフローチャートである。 パルス列からなる駆動信号の説明図である。 この発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの変形例の処理の説明に供されるフローチャートである。 記録部に記録されるログデータの内容と検証の信頼性との関係を定性的に説明する比較表の図である。 データ記録の各種記録タイミングの説明図である。 この発明の第2実施形態に係る燃料電池システムに燃料ガスを供給するための通信充填システムの構成を示す機能ブロック図である。 この発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの処理の説明に供されるフローチャートである。 この発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの変形例の処理の説明に供されるフローチャートである。 この発明の第3実施形態に係る燃料電池システムに燃料ガスを供給するための通信充填システムの構成を示す機能ブロック図である。 この発明の第3実施形態に係る燃料電池システムの処理の説明に供される一部省略フローチャートである。 この発明の第4実施形態に係る燃料消費システムに燃料ガスを供給するための通信充填システムの構成を示す機能ブロック図である。
以下、この発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
燃料電池自動車等の燃料電池システム及び水素エンジン自動車・CNG自動車等の燃料消費システムは、外部の燃料ガスの供給源(燃料供給源)との間で情報通信を行いながら前記燃料ガスが前記システム側の燃料貯蔵部に充填される通信充填システムの一部を構成する。該通信充填システムは、前記燃料供給源と前記燃料貯蔵部を有する前記システムの相互接続によって、燃料供給を行う充填ライン(ガス流路)と、情報通信を行う通信ラインとを構築するものである。そのため、以下の説明では、燃料電池システム及び燃料消費システムについて通信充填システムとの関係で、第1〜第4実施形態を挙げて具体的に説明する。
[第1実施形態]
図1は、外部の燃料供給源である水素ステーション12と、燃料電池システムの第1実施形態に係る燃料電池自動車14(単に、車両14ともいう。)と、を備える通信充填システム10の機能ブロックの構成を示している。
図2は、図1の通信充填システム10の外観的な斜視構成を概略的に示している。
水素ステーション12は、化学エネルギである燃料ガス(水素ガス)を供給するために、例えば、ガソリンスタンドと同様に道路に隣接する場所に設置される。この水素ステーション12は、燃料ガスを貯蔵する供給側タンク16(水素タンク)を内部に備える水素ステーション本体部18と、供給側タンク16に一端が接続されたホース20と、ホース20の他端に接続されたノズル22(供給器)とを有する。ノズル22は、燃料ガスを車両14に充填するために、車両14のレセプタクル28(受容器)に着脱自由に構成されている。水素ステーション12は、ノズル22とレセプタクル28を接続した状態で、所定の操作により供給側タンク16からホース20を介してノズル22に燃料ガスを案内し、ノズル22から車両14に該燃料ガスを充填する。
ホース20を介して水素ステーション12に接続される車両14には、燃料ガスと酸化剤ガス(例えば、空気)の電気化学反応によって発電する燃料電池42(以下、FC42ともいう。)が搭載されており、このFC42を動力源として走行する。車両14の外観を構成するボディ14aの側面後部寄りには、燃料ガスを車両14内に取り込むための燃料導入ボックス26(収容部)が設けられており、この燃料導入ボックス26には、上述したノズル22を接続可能なレセプタクル28が固定されている。
レセプタクル28は、車両14内の車両側タンク30(燃料貯蔵部)に接続されている。燃料ガスを充填する場合は、ユーザ等がレセプタクル28に対しホース20先端のノズル22を接続することで、供給側タンク16と車両側タンク30とのガスの連通路、すなわち充填ラインが構築される。
一方、水素ステーション12と車両14との通信ラインは、ノズル22の先端部に設けられた供給側受信機32と、レセプタクル28の外周側に設けられた車両側発信機34との間で所定プロトコル下の赤外線通信等の無線通信(ワイヤレス通信)を成立させることで構築される。
水素ステーション本体部18は、上述した供給側タンク16と、水素ステーション12を制御する供給側ECU36(供給側制御装置)とを備える。供給側ECU36は、供給側タンク16内の燃料ガスの貯蔵状態の監視、車両14とノズル22の接続状態の検出、燃料ガスの充填のオン/オフ切替等の制御を行う。さらに、供給側ECU36は、燃料ガスの充填時に、車両側タンク30の特性及び内部状態を認識(監視)して燃料ガスの供給量や供給速度(充填流量)を制御する流量制御機能も有している。
また、水素ステーション12のノズル22には、上述したように供給側受信機32が設けられ、この供給側受信機32は供給側ECU36に電気的に接続されている。供給側受信機32は、車両側発信機34の発信素子から送信される赤外線Lのパルス信号(パルス列)を受信素子により受信して電流信号に変換し、該電流信号を電圧信号に変換及び増幅して供給側ECU36に送る図示しない電気回路を備える。発信素子としては、赤外線Lを発信(発光)可能な種々のデバイスを適用してよく、例えば、赤外線発光ダイオード(赤外線LED)が挙げられる。受信素子としては、赤外線Lを受信可能な種々のデバイスを適用してよく、例えば、フォトダイオード(PD)が挙げられる。
車両14は、車両側タンク30と、燃料ガスの連通路を介して車両側タンク30に接続されるFC42と、車両側タンク30に充填される燃料ガスの状態を監視等する充填ECU44(制御装置)と、FC42を制御する燃料電池ECU48(以下、FCECU48という。)と、を備える。FCECU48は、主制御装置であり、車両制御装置ともいう。この意味から充填ECU44は、補助制御装置ともいう。FCECU48は、充填ECU44に比較して高速処理が可能であり、かつ大容量の記録部(メモリ)を備える。
充填ECU44及びFCECU48は、相互間で通信が可能であり、それぞれ、CPU、メモリ、インタフェース、タイマ等を有し、所定のプログラムに基づき処理を行うように構成されている。
FC42は、燃料電池セルを複数積層することによって構成され、FCECU48の制御下に、車両側タンク30からの燃料ガスの供給、及びコンプレッサ46からの酸化剤ガス(圧縮空気)の供給に基づき反応して発電し、直流の高電圧を出力する。該直流の高電圧がFCECU48によりデューティ制御される図示しないインバータにより交流に変換されて車両14の推進用の電動機(不図示)に印加される。
車両側タンク30には、車両側タンク30内の圧力(ガス圧力)を検出し圧力値pを出力する圧力センサ49(貯蔵部内部状態検出部)と、車両側タンク30内の温度(ガス温度)を検出し温度値tを出力する温度センサ50(貯蔵部内部状態検出部)とが設けられている。圧力センサ49と温度センサ50は、充填ECU44に電気的に接続され、圧力値p及び温度値tの各検出信号を充填ECU44に伝達する。
充填ECU44は、圧力センサ49から伝達される圧力値pと温度センサ50から伝達される温度値tを、符号化データdに変換する情報処理部52と、圧力値p、温度値t、及び圧力値pと温度値tとから算出される充填量値SOCとに基づきアボート信号(中止信号)Saを生成するアボート信号生成部54と、前記符号化データdを車両側発信機34の駆動信号fに変換する駆動信号生成部56と、前記メモリの一部であり、前記符号化データd及び/又は駆動信号fをそのまま(データ処理をしないで)記録する記録部60と、を備える。
また、車両14の燃料導入ボックス26は、外部の水素ステーション12等と車両14とを繋ぐ導入部として機能し、上述したように、その内部にはレセプタクル28及び車両側発信機34が収容される。
燃料導入ボックス26は、燃料ガスを充填しない通常時において図示しないリッドにより閉塞されている。図示しないリッドは、該リッドの開閉を行うリッドオープナ(不図示)に機械的に接続されており、該リッドオープナは充填ECU44によって開閉駆動が制御される。また、燃料導入ボックス26には、ノズル22とレセプタクル28の接続状態を検出して充填ECU44に検出信号を送る検出センサ(図示せず)が設けられている。充填ECU44は、上記の情報信号(温度値t、圧力値p、アボート信号Sa等の情報を含む信号)である駆動信号fの生成及び出力を実施する。
[第1実施形態の作用効果の説明]
第1実施形態に係る燃料電池システムとしての車両14は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図3のフローチャートを参照してその作用及び効果(処理)について説明する。
車両14に燃料ガスを充填する場合は、水素ステーション12に車両14を近づけ、FCECU48及び充填ECU44がスリープ状態乃至停止状態である車両14の停止状態(発電停止状態)において、燃料導入ボックス26のリッド(不図示)を開放する。そして、燃料導入ボックス26内を突出するレセプタクル28がノズル22に挿入されるように、ノズル22をレセプタクル28に向けて進出させることで、ノズル22とレセプタクル28を嵌合させる。このノズル22とレセプタクル28の機械的な接続によって、車両側発信機34と供給側受信機32が赤外線通信可能な間隔・位置に配置されると共に、ステップS1にて充填ECU44が起動する。
そして、ノズル22とレセプタクル28の接続後及び車両側発信機34と供給側受信機32とが送受信可能な状態において、充填ECU44からの駆動信号fに含まれる情報に基づき供給側ECU36は、車両14に対する燃料ガスの充填を開始する。
燃料ガスは、供給側タンク16からホース20を介してノズル22に案内され、さらにノズル22からレセプタクル28に移動する。そして、燃料ガスは、レセプタクル28から配管40を介して車両側タンク30に供給され貯蔵されていく。
車両側タンク30には、燃料ガスが所定量(例えば、ガス圧が35[MPa]となる量)に達するまで充填されるが、充填時には車両側タンク30の内圧が高まると共に温度上昇が生じる。
これを所定時間(所定間隔)T毎に監視するために、ステップS2にて、車両側タンク30に設けられた圧力センサ49及び温度センサ50は、車両側タンク30の圧力と温度をそれぞれ計測(検出)し、圧力値pと温度値tを充填ECU44に出力する。
ステップS3にて、充填ECU44の情報処理部52は、圧力センサ49及び温度センサ50から入力した圧力値p及び温度値tに基づき、情報処理部52から出力しようとする、符号化データdである圧力値p、及び温度値t等を処理生成する。なお、符号化データdには、充填量値SOCを含めてもよい。
次いで、ステップS4にて、アボート信号生成部54は、前記符号化データdである圧力値p、及び温度値t等が、定められた各閾値を上回っているか否か判定することで異常判定を行う。
ステップS4の初回の判定では、通常の場合、異常とは判定されないので(ステップS4:NO)、ステップS4Rにて異常フラグFaをリセットし、次に、ステップS5にて、符号化データdである前記圧力値p、及び前記温度値tを駆動信号生成部56に出力することで、これらの値を内在する駆動信号fが駆動信号生成部56により生成され出力される。
図4は、駆動信号生成部56から出力される駆動信号f(例えば、5[V]と0[V]のオンオフの2値のパルス列)の例を示している。駆動信号fは、上記した所定時間(所定監視周期)T毎に生成されて出力される。所定時間Tは一定でもよいし、変更してもよい。ここで、駆動信号f中のデータ1、2、3…には、車両側タンク30の特性、圧力値p、及び温度値t等の情報が含まれる。なお、データ2以降では、車両側タンク30の特性を情報として駆動信号fに含めて送信しなくてもよい。
ステップS5にて駆動信号fが生成されたとき、ステップS6にて異常フラグFaがセットされているか否か(リセットされているか)を判定し、セットされていない場合、すなわち異常が発生していない場合(ステップS6:NO)には、ステップS7にて、駆動信号生成部56から出力された駆動信号fが、車両側発信機34に導入され、車両側発信機34は、駆動信号fのオンオフに基づき内部の送信素子(不図示)を点滅(オンオフ)し、供給側受信機32の受信素子に向けてオンオフ2値のパルス列からなる赤外線Lを発信(出射)する。受信素子を備える供給側受信機32は、この赤外線Lを受信することで、駆動信号fを受信し供給側ECU36に伝達する。
供給側ECU36は、受信した駆動信号f(車両側タンク30の特性、圧力値p、及び温度値t)に基づき、供給側タンク16からの充填開始時の供給量や供給速度(充填流量)、及び充填中の燃料ガスの供給量や供給速度(充填流量)を調整する。これにより、車両側タンク30の特性及び状態に応じて燃料ガスを供給することができ、燃料ガスの効率的な充填が可能になる。
次いで、ステップS8にて、充填処理が終了したか否かが判定される。この判定は、満充填又は調整不能な異常が発生した場合に肯定的とされ(ステップS8:YES)、その場合、ステップS9にて充填ECU44が停止状態とされ、処理を終了する。なお、ステップS8の判定が肯定的となるまで、ステップS2−S8:NOまでの処理が、例えば所定時間T、例えば100[ms]毎に繰り返される。
一方、ステップS2−S8:NOまでの処理が繰り返されている間に、ステップS4の異常判定が肯定的となった場合(ステップS4:YES)には、ステップS4Aにて異常フラグFaがセットされると共に、アボート信号生成部54によりアボート信号Sa及びこれを含む符号化データdが生成される。
異常判定が肯定的となりアボート信号Saが生成される場合は、例えば、車両側タンク30の温度値tが所定温度以上となったとき、車両側タンク30の圧力値pが所定圧力以上となったとき、あるいは前記温度値t及び圧力値pから計算される充填量値SOCが所定充填量以上となったときに、それらの異常内容を含むアボート信号Saが生成される。
アボート信号Saが生成されたとき、情報処理部52は、ステップS4の異常判定が肯定的となったときのステップS3で作成した符号化データdである圧力値p、及び温度値tを、ステップS4Bにて、記録部60に記録する。なお、充填量値SOCを併せて記録してもよい。
次いで、ステップS5にて、異常と判定された符号化データdである、圧力値p、及び温度値t並びにアボート信号Saを駆動信号生成部56に出力することで、これらの情報を内在する駆動信号f(オンオフの2値の送信パルス列)が駆動信号生成部56により生成され出力される。
この場合、ステップS6の異常フラグFaのセット判定が肯定的となるので(ステップS4Aで異常フラグFaがセットされているので)、駆動信号生成部56から出力された駆動信号fが、ステップS6Aにて、記録部60に、前記符号化データdと同期して(関連付けられて)記録される。
そして、ステップS7にて、駆動信号生成部56から、異常と判定された符号化データd(圧力値p、及び温度値t並びにアボート信号Saを含む。)に対応する駆動信号fが出力され、車両側発信機34から供給側受信機32に向けて赤外線Lが発信され、供給側受信機32は、この赤外線Lを受信することで、駆動信号fを受信し、異常と判定された符号化データd(圧力値p、及び温度値t並びにアボート信号Saを含む。)を復調して供給側ECU36に伝達する。
このとき、供給側ECU36は、異常判定が肯定的とされた駆動信号f、すなわち異常と判定された符号化データd(圧力値p、及び温度値t並びにアボート信号Saを含む。)に基づき、充填中の燃料ガスの供給量や供給速度(充填流量)を調整する、例えば、検出された温度値tが所定値(閾値)を上回る異常であった場合には、燃料ガスの流量を絞る、あるいは充填を中止する処理を実行する。
ステップS4の異常判定が肯定的とされた後、充填ECU44は、ステップS2−S8:NOまでの処理を1回あるいは複数回繰り返し、繰り返しているときにステップS4の異常判定が否定的にならなかった場合(異常が解消しなかった場合)ステップS9にて充填処理を停止する。
異常発生を原因として充填処理を停止したとき、音声、画像等によりユーザに警告を発生し、ユーザの判断を仰げるようにすることが好ましい。
以上説明したように、第1実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池自動車14は、FC42と、FC42に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部としての車両側タンク30と、車両側タンク30の内部状態である圧力値p及び温度値tを検出する貯蔵部内部状態検出部としての圧力センサ49及び温度センサ50と、外部の水素ステーション12から車両側タンク30への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号である駆動信号fを赤外線Lにて前記外部の水素ステーション12の供給側受信機32に発信する車両側発信機34と、圧力センサ49及び温度センサ50により検出された検出値である圧力値p及び温度値tが入力され該検出値である圧力値p及び温度値tに基づいて前記外部の供給側受信機32に発信すべき情報を処理する情報処理部52、及び該情報処理部52により処理された符号化データdを前記車両側発信機34の駆動信号fに変換する駆動信号生成部56を有する充填用制御装置としての充填ECU44と、を備える。
この場合、充填ECU44は、情報処理部52により処理された符号化データd及び駆動信号生成部56により生成された駆動信号fを記録する記録部60を有する。
このため、充填異常発生時(ステップS4:YES)に、記録部60に記録された記録内容から、燃料電池自動車14側から外部の水素ステーション12に発信された充填に関連する信号である符号化データd及び、赤外線Lのオンオフの2値の送信パルス列の生データに近い駆動信号fが表す情報内容の異常の有無を検証することにより燃料電池自動車14側からの指令内容の異常か水素ステーション12側の異常かをより確実に切り分けることが可能となり、充填異常発生部(充填異常発生部位)を検証することができる。
なお、図3のフローチャートによる処理では、充填ECU44が、充填異常を検知した場合(ステップS4:YES、ステップS6:YES)にのみ記録するようにしているので、記録部60を構成する記憶装置(メモリ)の容量を小さくすることができる。
[第1実施形態の変形例及びその作用効果の説明]
次に、充填異常発生部の検証乃至考察をより正確かつ詳細に行うべく、すなわち検証の信頼性を上げるべく、図5は、第1実施形態に係る燃料電池自動車14の変形例の処理の説明に供されるフローチャートを示している。
この変形例に係る燃料電池自動車14では、ステップS4の異常判定処理結果に拘わらず、異常が発生していない場合(ステップS4:NO)にも、ステップS4Cにて、符号化データdである圧力値p、及び温度値tを記録部60に記録する。また、異常判定処理結果に拘わらず、ステップS5にて駆動信号生成部56から出力された駆動信号fを、ステップS6Cにて、記録部60に、ステップS4B、S4Cで記録した前記符号化データdと同期して記録するように処理を変更している。
図6は、記録部60に記録されるデータ、すなわちログデータの内容と検証の信頼性との関係を定性的に説明する比較表100を示している。記録部60に記録するログデータの内容は、情報処理部52により処理された符号化データd及び駆動信号生成部56により生成された駆動信号fのうち、少なくともいずれかを記録するように構成を変更することができる。例えば、図5のフローチャートにおいて、ステップS6Cの駆動信号fの記録処理を省略すれば、ステップS4B、S4Cの記録処理で符号化データdのみを記録でき、逆に、ステップS4B、S4Cの記録処理を省略すれば、ステップS6Cの記録処理で駆動信号fのみを記録することができる。
比較表100のうち、第1案では、送信パルス列の生データに対応する駆動信号fのみを記録対象とし、第2案では符号化データdのみを記録対象とし、第3案では、駆動信号f及び符号化データdの両方を記録対象とする。
この場合、記録内容は、第1案では、赤外線通信規格に準拠したデータとして記録され、第2案では自由にデータ形式を選択することができ、第3案では同じ内容のデータを冗長性高く記録することができる。
記録部60に記録されている、赤外線通信規格に準拠したデータである駆動信号fの内容を検証することで、異常発生部が車両14側にあるのか水素ステーション12側にあるのかを信頼性高く確実に切り分けることができる。第1案乃至第3案は選択可能に設定してもよい。
図7は、データ記録の各種記録タイミングを示している。時点t0で充填が開始され、時点taで異常が発生しアボート信号Saが生成されたものとする。横軸は時間軸であり、縦軸は、例としての圧力値pを示している。温度値tや充填量値SOCとしてもよい。
ドットで示すタイミング102のように、充填の開始時点t0後、一定時間間隔、例えば上述した所定時間Tの間隔でデータを記録し、時点taでの異常発生後(アボート信号Saの発生後)も一定時間間隔でデータを記録することでデータサイズは大きくなるが検証の信頼性を高くすることができる。
アスタリスクで示すタイミング104のように、時点taでの異常発生後、1回のみデータを記録すれば、データサイズが小さくでき、それなりの検証も可能である。
サークルで示すタイミング106のように、時点taでの異常発生後、多点のデータを記録することにより、比較的に小さいデータサイズで、比較的に高い信頼性での検証が可能である。
なお、一定時間、例えば、ドット数点乃至数十点が得られる時間、循環記録(先入れ先出し法による記録)するように構成することで、時点taで異常が発生した場合、時点ta前後の数点乃至数十点のデータを記録保存することが可能となり、ドットで示すタイミング102でのデータ記録に次いで検証の信頼性を高くすることができ、データサイズもドット数点乃至数十点のデータが記録できればよく、比較的に小さくすることができる。
タイミング102、104、106及び循環記録並びにこれらの記録点数、記録間隔(所定時間)は、選択可能に設定してもよい。各データは、後述するように日時時刻情報と関連付けて記録してもよい。
[第2実施形態]
上述した充填ECU44は、車両14の停止時(発電停止状態)における燃料ガスの充填制御専用のECUであるので、記録部60の容量、いわゆるメモリ容量が比較的に小さい。このメモリ容量を大きくしようとすると、充填ECU44のコストがアップする。そこで、この第2実施形態では、充填ECU44以外の、車両14が本来備える、メモリ容量の比較的に大きいFCECU48を記録制御装置として利用する。なお、以下に参照する図面中の構成要素(フローチャートの処理ステップも含めて)において、第1実施形態で説明した構成要素(フローチャートの処理ステップも含めて)と同じものについてはその説明を省略する。
図8は、外部の燃料供給源である水素ステーション12と、燃料電池システムの第2実施形態に係る燃料電池自動車14A(単に、車両14Aともいう。)と、を備える通信充填システム10Aの機能ブロックの構成を示している。
図1例の充填ECU44及びFCECU48の機能が、それぞれ図8例の充填ECU44A及びFCECU48Aの機能に変更される。
充填ECU44Aの駆動信号生成部56の出力側で分岐されたライン74を通じて駆動信号fがFCECU48Aの記録部70に導入される構成とされている。
FCECU48Aは、高機能のECUであるので、時刻(年月日時分秒)を管理する(時刻機能を管理する)時刻管理部としてのリアルタイムクロック(RTC)72も備えている。
FCECU48Aの記録部70には、RTC72の時刻(年月日時分秒)に同期して上記した符号化データd及び/又は駆動信号fが記録される。
[第2実施形態の作用効果の説明]
第2実施形態に係る燃料電池システムとしての車両14Aは、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図9のフローチャートを参照してその作用及び効果について図3のフローチャートと対比しながら説明する。
この図9のフローチャートによる処理では、図3のフローチャートによる処理に比較して、ステップS4の異常判定が肯定的となった場合(ステップS4:YES)には、ステップS4Aにて異常フラグFaがセットされると共に、アボート信号Sa及びこれを含む符号化データdが生成される。
このとき、次のステップS1Aにて、充填ECU44Aによりスリープ状態にあった車両ECUであるFCECU48Aが起動される。アボート信号Saの生成時に、充填ECU44Aの情報処理部52は、ステップS4の異常判定が肯定的となったときのステップS3で作成した符号化データdである圧力値p、及び温度値tを、ステップS4Dにて、FCECU48Aの記録部70に記録するよう要請する。FCECU48Aは、この要請に応えて、RTC72の時刻情報を読み出し、時刻情報に同期付けて自己の記録部70に符号化データdを記録する。
この場合には、ステップS6の異常フラグFaのセット判定が肯定的(ステップS6:YES)となるので、充填ECU44Aの駆動信号生成部56から出力された駆動信号fが、ステップS6Dにて、ライン74を通じてFCECU48Aに供給され、いわゆるパルス列の生データに対応する駆動信号fとされて記録部70に、前記符号化データd及び前記時刻情報に同期して(関連付けられて)記録される。
ステップS4の異常判定が肯定的とされた後、充填ECU44Aは、ステップS2−S8:NOまでの処理を1回あるいは複数回繰り返し、繰り返しているときにステップS4の異常判定が否定的にならなかった場合(異常が解消しなかった場合)ステップS9Aにて車両ECUであるFCECU48Aをスリープ状態にさせ、ステップS9にて充填処理を停止する。
異常発生を原因として充填処理を停止したとき、音声、画像等によりユーザに警告を発生し、ユーザの判断を仰げるようにすることが好ましい。
以上説明したように、第2実施形態に係る燃料電池自動車14Aは、FC42と、FC42に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部としての車両側タンク30と、車両側タンク30の内部状態である圧力値p及び温度値tを検出する貯蔵部内部状態検出部としての圧力センサ49及び温度センサ50と、外部の水素ステーション12から車両側タンク30への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号である駆動信号fを前記外部の供給側受信機32に発信する車両側発信機34と、圧力センサ49及び温度センサ50により検出された検出である圧力値p及び温度値tが入力され該検出値である圧力値p及び温度値tに基づいて前記外部の供給側受信機32に発信すべき情報を処理する情報処理部52、及び該情報処理部52により処理された符号化データdを前記車両側発信機34の駆動信号fに変換する駆動信号生成部56を有する充填用制御装置としての充填ECU44Aと、を備える。そして、この第2実施形態に係る燃料電池自動車14Aは、さらに、充填ECU44Aの情報処理部52により処理された符号化データd及び充填ECU44Aの駆動信号生成部56により生成された駆動信号fを記録部70に記録する記録用制御装置としてのFCECU48Aを有する。
この第2実施形態によれば、上記した第1実施形態で説明した作用効果に加えて、充填ECU44Aの記録部60を削減でき、充填ECU44Aの小型化・低コスト化を図ることができるという作用効果を達成する。
この場合において、前記記録用制御装置としてのFCECU48は、車両ECUとしての上位のECUであり、RTC72による時刻把握機能を有しているので、符号化データd及び駆動信号fを記録部70に記録するとき、時刻と関連付けて記録することができ、記録内容の一層の信頼性、検証の容易性(信頼性)を確保することができる。
この第2実施形態においては、第1実施形態の図3のフローチャートによる処理と同様に、充填ECU44Aが、充填異常を検知した場合(ステップS4:YES、ステップS6:YES)にのみ記録部70に記録するようにしているので、記録部70を構成する記憶装置(メモリ)の容量を小さくすることができる。
[第2実施形態の変形例]
なお、この第2実施形態においても、第1実施形態の変形例の図5のフローチャートによる処理と同様に、この第2実施形態の変形例に係る燃料電池自動車14Aでは、図10のフローチャートによる処理に示すように、充填ECU44Aが起動したステップS1に続けて、ステップS1Bにて、車両ECUであるFCECU48Aを起動する。
そして、ステップS4の異常判定処理結果に拘わらず、異常が発生していない場合(ステップS4:NO)にも、ステップS4Eにて、符号化データdである圧力値p、及び温度値tをFCECU48Aの記録部70に時刻情報と同期付けて記録する。また、異常判定処理結果に拘わらず、ステップS5にて駆動信号生成部56から出力された駆動信号fを、ステップS6Eにて、生データに対応する駆動信号fとして記録部70に、ステップS4E、S4Dで記録した前記符号化データdと同期して記録するようにしてもよい。
また、この第2実施形態に係る燃料電池自動車14Aにおいても、図6の比較表100を参照して説明した第1案−第3案のいずれの構成を採用してもよく、図7を参照して説明したデータ記録の各種タイミングのいずれを採用してもよい。以降に説明する第3実施形態及び第4実施形態でも同様に採用し設定できる。
[第3実施形態及びその作用効果]
上記した第1実施形態及び第2実施形態では、燃料電池自動車14、14Aの車両側発信機34から外部の燃料供給装置である水素ステーション12の供給側受信機32に送信される赤外線Lのパルス信号に係わる符号化データd及び/又は駆動信号fを記録部60、70に記録するようにしているが、これに限らず、外部の水素ステーション12Aの供給側発信機82から燃料電池システムの車両側受信機84に送信される赤外線Lのパルス信号に係わる駆動信号f及び/又は符号化データdを記録部60、70に記録するようにすることもできる。
図11は、外部の燃料供給源である水素ステーション12Aと、燃料電池システムの第3実施形態に係る燃料電池自動車14B(単に、車両14Bともいう。)と、を備える通信充填システム10Bの機能ブロックの構成を示している。
この車両14Bにおいて、外部には、燃料貯蔵部としての車両側タンク30を備える車両14B側の車両側発信機34から送信された充填に関連する信号、例えば赤外線L1のパルス信号を受信する燃料供給側受信機としての供給側受信機32を有し、車両側タンク30に燃料ガスを供給する燃料供給装置としての水素ステーション12Aと、該水素ステーション12Aに設けられ、車両側タンク30に前記燃料ガスを供給する際の充填に関連する信号を外部に発信する燃料供給側発信機としての供給側発信機82と、が設けられ、車両14Bには、供給側発信機82から発信された信号、例えば赤外線L2のパルス信号を受信する車両側受信機84が、さらに備えられ、充填ECU48Bは、車両側受信機84で受信した(復調した)信号である駆動信号r(元々は、供給側ECU36で生成された駆動信号r)を充填ECU48Bの記録部60に記録する。二点鎖線で示すように、復調した駆動信号rを記録用制御装置としてのFCECU48Aの記録部70に時刻情報と同期して記録するようにしてもよい。
赤外線L2の信号の生データと等価な駆動信号rを記録するのではなく、あるいは駆動信号rと共に、駆動信号rを情報処理した符号化データdを記録部60及び/又は記録部70に記録するようにしてもよい。
この場合、図12の、この発明の第3実施形態に係る燃料電池システムの処理の説明に供される一部省略フローチャートに示すように、図3、図5、図9、及び図10の各フローチャートのステップS7とステップS8の処理の間に、受信判定ステップS7Aを設け、車両側受信機84が受信信号としての駆動信号rを受信(復調)したときには(ステップS7A:YES)、ステップS7Bにて、駆動信号rを記録部60、70に記録し、ステップS7Cにて、駆動信号rを情報処理部52で情報処理した符号化データdとして記録部60、70に記録する各処理を設ければよい。
この第3実施形態の車両14Bによれば、充填ECU48Bが、車両側受信機84で受信した供給側発信機82から発信された信号、例えば赤外線L2の信号の駆動信号r及び/又は符号化データdを記録部60、70に記録することができるので、充填異常発生時に、システム側の異常か燃料供給装置側の異常かをより精度よく切り分けることが可能となり、より確実に充填異常発生部を検証乃至考察することができる。
[第4実施形態]
上記した第1−第3実施形態では、燃料電池システムの例を示しているが、この発明は燃料電池システムに適用する他、燃料消費システム、例えば、水素エンジン自動車やCNG自動車に適用することができる。
図13は、外部の燃料供給源である水素ステーション12Aと、第4実施形態に係る燃料消費システムとしてのCNG自動車14C(単に、車両14Cともいう。)と、を備える通信充填システム10Cの機能ブロックの構成を示している。
CNG自動車14Cでは、車両側タンク30から図示しない減圧弁を通じCNGECU148の制御下にインジェクタ96を介してエンジン142に天然ガスが噴射される。CNGECU148は、例えば図11に示したFCECU48Aと同様に、記録部70、及びRTC72等を備える。
さらに詳しく説明すると、車両14Cは、燃料消費装置としてのエンジン142と、前記エンジン142に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部としての車両側タンク30と、車両側タンク30の内部状態を検出する貯蔵部内部状態検出部としての圧力センサ49と温度センサ50と、外部の水素ステーション12Aから車両側タンク30への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号を前記外部の供給側受信機32に発信する車両側発信機34と、圧力センサ49と温度センサ50により検出された検出値である圧力値p及び温度値tが入力され該検出値に基づいて前記外部に発信すべき情報を処理する情報処理部52、及び該情報処理部52により処理された符号化データd(圧力値p、温度値t、アボート信号Sa等を含む)を車両側発信機34の駆動信号fに変換する駆動信号生成部56を備える制御装置としての充填ECU48Bと、を備える。
前記充填ECU48Bは、情報処理部52により処理された符号化データd及び駆動信号生成部56により生成された駆動信号fのうち、少なくともいずれかを記録する記録部60を有する。
なお、記録部60、70に記録する作用効果については、上述した第1−第3実施形態に係る作用効果と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、符号化データd、駆動信号f、rを水素ステーション12、12Aの供給側ECU36内のメモリである記録部にも記録する等、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10、10A〜10C…通信充填システム
12、12A…水素ステーション 14…車両(燃料電池自動車)
30…車両側タンク 34…車両側発信機
42…FC(燃料電池) 44、44A、48B…充填ECU
49…圧力センサ 50…温度センサ
52…情報処理部 56…駆動信号生成部
60、70…記録部 L、L1、L2…赤外線
d…符号化データ f…駆動信号
p…圧力値 t…温度値

Claims (7)

  1. 燃料電池と、
    前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部と、
    前記燃料貯蔵部の内部状態を検出する貯蔵部内部状態検出部と、
    外部から前記燃料貯蔵部への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号を前記外部に発信する発信機と、
    前記貯蔵部内部状態検出部により検出された検出値が入力され該検出値に基づいて前記外部に発信すべき情報を処理する情報処理部、及び該情報処理部により処理されたデータを前記発信機の駆動信号に変換する駆動信号生成部を有する制御装置と、
    を備える燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記情報処理部により処理されたデータ及び前記駆動信号生成部により生成された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録する記録部を有する
    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、
    前記制御装置は、
    前記情報処理部が前記検出値により充填異常を検知した場合に、前記記録部への記録を行う
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  3. 燃料電池と、
    前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部と、
    前記燃料貯蔵部の内部状態を検出する貯蔵部内部状態検出部と、
    外部から前記燃料貯蔵部への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号を前記外部に発信する発信機と、
    前記貯蔵部内部状態検出部により検出された検出値が入力され該検出値に基づいて前記外部に発信すべき情報を処理する情報処理部、及び該情報処理部により処理されたデータを前記発信機の駆動信号に変換する駆動信号生成部を有する充填用制御装置と、
    を備える燃料電池システムであって、
    前記充填用制御装置の前記情報処理部により処理されたデータ及び前記充填用制御装置の前記駆動信号生成部により生成された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録する記録用制御装置を有する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項3記載の燃料電池システムにおいて、
    前記記録用制御装置は、
    時刻把握機能を有し、前記データ及び前記駆動信号を時刻と関連付けて記録する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項1又は2に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記外部には、
    前記燃料貯蔵部側の前記発信機から送信された充填に関連する前記信号を受信する供給側受信部を有し、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
    前記燃料供給装置に設けられ、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する際の充填に関連する信号を外部に発信する燃料供給側発信機と、が設けられ、
    前記燃料電池システムには、
    前記燃料供給側発信機から発信された信号を受信する受信部が、さらに備えられ、
    前記制御装置は、前記受信部で受信した信号を前記記録部に記録する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  6. 請求項3又は4に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記外部には、
    前記燃料貯蔵部側の前記発信機から送信された充填に関連する前記信号を受信する供給側受信部を有し、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
    前記燃料供給装置に設けられ、前記燃料貯蔵部に前記燃料ガスを供給する際の充填に関連する信号を外部に発信する燃料供給側発信機と、が設けられ、
    前記燃料電池システムには、
    前記燃料供給側発信機から発信された信号を受信する受信部が、さらに備えられ、
    前記記録用制御装置は、前記受信部で受信した信号を記録する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  7. 燃料消費装置と、
    前記燃料消費装置に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵部と、
    前記燃料貯蔵部の内部状態を検出する貯蔵部内部状態検出部と、
    外部から前記燃料貯蔵部への前記燃料ガスの充填時に、充填に関連する信号を前記外部に発信する発信機と、
    前記貯蔵部内部状態検出部により検出された検出値が入力され該検出値に基づいて前記外部に発信すべき情報を処理する情報処理部、及び該情報処理部により処理されたデータを前記発信機の駆動信号に変換する駆動信号生成部を備える制御装置と、
    を備える燃料消費システムであって、
    前記制御装置は、
    前記情報処理部により処理されたデータ及び前記駆動信号生成部により生成された駆動信号のうち、少なくともいずれかを記録する記録部を有する
    ことを特徴とする燃料消費システム。
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