JP2016091881A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】タンク内の圧力値が高く誤検出されることを抑制する【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池で用いられるガスを貯蔵するタンクと、タンクにガスを充填するための充填用配管におけるガス充填時の圧力である充填時圧力を測定する第１の圧力センサと、タンクから燃料電池にガスを供給するための供給用配管における、燃料電池の起動時の圧力である供給用配管圧力を測定する第２の圧力センサと、タンクの内部温度を測定する温度センサと、制御部であって、燃料電池の起動時に、充填時圧力を示す第１の圧力値と、第１の圧力値が測定された際の内部温度と、供給用配管圧力が測定された際の内部温度と、に基づき、供給用配管圧力の推定圧力値を求め、推定圧力値と供給用配管圧力を示す第２の圧力値とのうち、より低い値を、供給用配管圧力として検出する制御部と、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。
従来から、燃料電池に供給するための燃料ガスを貯蔵するタンクを備える燃料電池システムにおいて、タンク内の圧力値の検出が行なわれていた。例えば、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、タンクから燃料電池に水素ガスを供給する配管に圧力センサを配置し、かかる圧力センサを用いてタンク内の圧力値が検出される。また、この燃料電池システムでは、検出されたタンク内の圧力値と、タンク内の温度とに基づき、タンク内の残存水素量が算出される。一般に、タンク内の残存水素量は、タンク内の水素ガスの充填率（ＳＯＣ：State of Charge）で表される。
特開２００２−０８９７９３号公報
特許文献１に記載の燃料電池システムでは、圧力センサに、ゼロ点が変動するいわゆるドリフトが発生した場合、タンク内の圧力値が誤検出される。特に、ゼロ点がプラス側に変動して、実際の値よりも圧力値が高く検出された場合、タンクの水素ガスの充填率が実際の値よりも高く算出されるので、燃料電池の作動中に突然水素ガスが不足するおそれがあった。また、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両等の移動体において、水素ガスの充填率に基づき航続可能距離が見積もられる構成では、充填率が高く算出されると、航続可能距離が過剰に見積もられる。それゆえ、タンク内の圧力値が高く誤検出されることを抑制する技術が求められていた。このような課題は、移動体に搭載される燃料電池システムに限らず、定置型燃料電池等に用いられる種々の燃料電池システムにおいて共通していた。
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、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池で用いられるガスを貯蔵するタンクと；前記タンクに前記ガスを充填するための充填用配管におけるガス充填時の圧力である充填時圧力を測定する第１の圧力センサと；前記タンクから前記燃料電池に前記ガスを供給するための供給用配管における、前記燃料電池の起動時の圧力である供給用配管圧力を測定する第２の圧力センサと；前記タンクの内部温度を測定する温度センサと；制御部であって、前記燃料電池の起動時に；前記充填時圧力を示す第１の圧力値と、前記第１の圧力値が測定された際の前記内部温度と、前記供給用配管圧力が測定された際の前記内部温度と、に基づき、前記供給用配管圧力の推定圧力値を求め；前記推定圧力値と、前記供給用配管圧力を示す第２の圧力値と、のうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出する、制御部と；を備える。この形態の燃料電池システムによれば、推定圧力値と第２の圧力値とのうち、より低い値を供給用配管圧力として検出するので、第２の圧力センサの故障等により第２の圧力値が実際の値よりも高い値に測定された場合であっても、タンク内の圧力値が高く誤検出されることを抑制できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記推定圧力値を求める際に、前記第１の圧力値のうち最大の圧力値を用いてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１の圧力値のうち最大の圧力値を用いて推定圧力値を求めるので、ガス充填完了後の状態における圧力値を用いる構成と比べて、充填用配管内における圧抜けの影響を低減できる。このため、推定圧力値の推定精度の低下を抑制でき、タンク内の圧力値が高く誤検出されることを、より確実に抑制できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記推定圧力値と前記第２の圧力値と差の絶対値が所定値以上である場合に、前記推定圧力値と前記第２の圧力値とのうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１の圧力センサと第２の圧力センサと温度センサとのそれぞれの測定誤差を考慮して供給用配管圧力を検出できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記供給用配管圧力として検出された圧力値を記録してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、検出された圧力値が記録されるので、かかる値を用いて第１および第２の圧力センサの故障原因の解析や、ユーザーに対する警告メッセージおよび警告音の報知等を行なうことができる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記供給用配管圧力として検出された圧力値を用いて、前記タンク内の前記ガスの充填率を求める充填率特定部を備えていてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、検出された圧力値に基づいて充填率を特定するので、タンク内のガスの充填率が高く誤検出されることを抑制でき、燃料電池システムが燃料電池車両に搭載された場合に航続可能距離が過剰に見積もられることを抑制でき、ユーザーの利便性の低下を抑制できる。
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法、タンク内の圧力の検出方法等の形態で実現することができる。
本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 ガス充填系５０およびガス供給系６０における水素ガスの圧力値の推移を示す説明図である。 現在圧力値検出処理の手順を示すフローチャートである。
Ａ．実施形態：
Ａ−１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池車両５００に搭載されて用いられる。なお、説明の便宜上、図１では、燃料電池車両５００に水素ガスを供給する水素ガスステーション９００を二点鎖線で表しており、水素ガスの流れの方向を白抜きの矢印で示している。
燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、第１のタンク２０ａと、第２のタンク２０ｂと、レセプタクル３０と、通信部４０と、ガス充填系５０と、ガス供給系６０と、充填側圧力センサ７０と、供給側圧力センサ８０と、制御部９０と、を備える。燃料電池１０は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）の供給を受けて発電する複数の単セルが積層されたスタック構造を有している。本実施形態では、燃料ガスとして水素ガスを用いる。
第１のタンク２０ａおよび第２のタンク２０ｂは、圧縮された状態の水素ガスを内部にそれぞれ貯蔵する。第２のタンク２０ｂは、容量が第１のタンク２０ａよりも小さい点において第１のタンク２０ａと異なり、他の構成は第１のタンク２０ａと同様であるため、以下、第１のタンク２０ａの詳細構成を説明し、第２のタンク２０ｂの詳細構成の説明を省略する。なお、第１のタンク２０ａの容量は、第２のタンク２０ｂの容量と等しくてもよく、小さくてもよい。また、本実施形態では、２つのタンク２０ａ，２０ｂを備えているが、他の任意の数のタンクを備えていてもよい。
第１のタンク２０ａは、ガス充填系５０によりレセプタクル３０と接続されると共に、ガス供給系６０により燃料電池１０と接続されている。第１のタンク２０ａは、略円柱状の外観形状を有し、樹脂製のライナーの外周面に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）の補強層が形成された構造を有する。第１のタンク２０ａは、略円柱状の外観形状の端部に、口金２２ａを備える。口金２２ａには、逆止弁２４ａと、主止弁２６ａと、第１の温度センサ２８ａと、が配置されている。
逆止弁２４ａは、ガス充填系５０と接続されている。逆止弁２４ａは、ガス充填系５０を介して供給される水素ガスの流れを許容し、第１のタンク２０ａからガス充填系５０へ向かう水素ガスの流れを阻止する。主止弁２６ａは、ガス供給系６０と接続されている。主止弁２６ａが開かれることにより、第１のタンク２０ａに貯蔵されている水素ガスは、ガス供給系６０を介して燃料電池１０に供給される。第１の温度センサ２８ａは、第１のタンク２０ａの内部の温度Ｔａを検出し、制御部９０に出力する。
なお、第１のタンク２０ａの仕様は、内部の温度Ｔａが８５℃以下、水素ガスの充填率（ＳＯＣ：State of Charge）が１００％以下、内部の圧力値が８７．５ＭＰａ以下となるように、法律により規定されている。
第２のタンク２０ｂは、第１のタンク２０ａと同様に、口金２２ｂと、逆止弁２４ｂと、主止弁２６ｂと、第２の温度センサ２８ｂと、を備える。第２の温度センサ２８ｂは、第２のタンク２０ｂの内部の温度Ｔｂを検出する。以降の説明では、第１のタンク２０ａと第２のタンク２０ｂとをまとめて「タンク２０」とも呼ぶ。また、第１の温度センサ２８ａと第２の温度センサ２８ｂとをまとめて「温度センサ２８」とも呼び、温度Ｔａと温度Ｔｂとの平均値を「温度Ｔ」とも呼ぶ。
レセプタクル３０は、水素ガスステーション９００のノズル９１０と勘合し、水素ガス供給部９３０から供給される水素ガスを、ノズル９１０を介して受け取る。通信部４０は、レセプタクル３０の近傍に配置され、水素ガスステーション９００の通信部９２０との間で赤外線による情報の送受信を行なう。送受信される情報としては、例えば、タンク２０内の圧力値等が該当する。なお、赤外線通信に代えて、他の任意の通信方法により情報の送受信を行なってもよい。
ガス充填系５０は、レセプタクル３０と各タンク２０ａ，２０ｂとの間に配置されている。ガス充填系５０は、第１充填用配管５１と、第２充填用配管５２と、第３充填用配管５３と、充填側分岐管５５とを備える。第１充填用配管５１は、一端がレセプタクル３０に接続され、他端が充填側分岐管５５に接続されている。第２充填用配管５２は、一端が充填側分岐管５５に接続され、他端が逆止弁２４ａに接続されている。したがって、レセプタクル３０と第１のタンク２０ａとは、第１充填用配管５１と充填側分岐管５５と第２充填用配管５２と逆止弁２４ａとを介して互いに連通している。また、第３充填用配管５３は、一端が充填側分岐管５５に接続され、他端が逆止弁２４ｂに接続されている。したがって、レセプタクル３０と第２のタンク２０ｂとは、第１充填用配管５１と充填側分岐管５５と第３充填用配管５３と逆止弁２４ｂとを介して互いに連通している。充填側分岐管５５は、第１充填用配管５１から供給される水素ガスを、第２充填用配管５２と第３充填用配管５３とに分配する。
ガス供給系６０は、各タンク２０ａ，２０ｂと燃料電池１０との間に配置されている。ガス供給系６０は、第１供給用配管６１と、第２供給用配管６２と、第３供給用配管６３と、供給側分岐管６５とを備える。第１供給用配管６１は、一端が主止弁２６ａに接続され、他端が供給側分岐管６５に接続されている。第２供給用配管６２は、一端が主止弁２６ｂに接続され、他端が供給側分岐管６５に接続されている。また、第３供給用配管６３は、一端が供給側分岐管６５に接続され、他端が燃料電池１０に接続されている。したがって、第１のタンク２０ａと燃料電池１０とは、主止弁２６ａと第１供給用配管６１と供給側分岐管６５と第３供給用配管６３とを介して互いに連通している。また、第２のタンク２０ｂと燃料電池１０とは、主止弁２６ｂと第２供給用配管６２と供給側分岐管６５と第３供給用配管６３とを介して互いに連通している。供給側分岐管６５は、第１供給用配管６１および第２供給用配管６２からそれぞれ供給される水素ガスを統合して、燃料電池１０へ供給する。
充填側圧力センサ７０は、充填側分岐管５５に配置され、ガス充填系５０内の圧力値を測定する。水素ガスステーション９００から燃料電池車両５００への水素ガスの充填時に、圧力センサ７０で測定される圧力値（以下、「充填時圧力値Ｐｆ」と呼ぶ）は、充填時のタンク２０内の圧力値とほぼ等しい。充填時圧力値Ｐｆは、充填時における燃料電池車両５００側の圧力情報として、充填制御に用いられる。具体的には、制御部９０は、充填時圧力値Ｐｆとタンク２０の最大許容圧力値とを比較し、充填時圧力値Ｐｆがタンク２０の最大許容圧力値である８７．５ＭＰａを超えた場合に、水素ガスステーション９００に対して充填停止信号（ＡＢＯＲＴ信号）を送信する。水素ガス供給部９３０は、かかる信号を受信すると、水素ガスの供給を停止する。
供給側圧力センサ８０は、供給側分岐管６５に配置され、ガス供給系６０内の圧力値を測定する。タンク２０から燃料電池１０への水素ガスの供給時に、供給側圧力センサ８０で測定される圧力値（以下、「供給時圧力値Ｐｓ」と呼ぶ）は、供給時のタンク２０内の圧力値とほぼ等しい。供給時圧力値Ｐｓは、タンク２０内の水素ガスの残量を検出するために用いられたり、水素ガスの漏れの検知に用いられたりする。
なお、本実施形態において、充填側圧力センサ７０および供給側圧力センサ８０は、ダイアフラム型圧力測定装置により構成されているが、ダイアフラム型圧力測定装置に代えて、他の任意の方式の圧力測定装置により構成されていてもよい。
制御部９０は、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータであり、電子制御ユニット（ECU：Electrical Control Unit）として構成されている。制御部９０は、図１において破線の矢印で示すように、通信部４０と、温度センサ２８と、各圧力センサ７０，８０と、それぞれ電気的に接続されている。制御部９０は、各センサ２８，７０，８０から出力された値を記録すると共に、後述する推定圧力値Ｐｓｅを求めて現在圧力値Ｐｓａを検出する。また、制御部９０は、充填率特定部９５を備えている。充填率特定部９５は、タンク２０における水素ガスの充填率（以下、単に「充填率」とも呼ぶ）を求める。
本実施形態において、タンク２０（第１のタンク２０ａおよび第２のタンク２０ｂ）は、請求項におけるタンクに相当し、温度センサ２８（第１の温度センサ２８ａと第２の温度センサ２８ｂ）とは、請求項における温度センサに相当する。また、充填側圧力センサ７０は請求項における第１の圧力センサに、供給側圧力センサ８０は請求項における第２の圧力センサに、温度Ｔは請求項における内部温度に、それぞれ相当する。また、ガス充填系５０は請求項における充填用配管に相当し、ガス供給系６０は請求項における供給用配管に相当する。
Ａ−２．水素ガスの圧力値の推移：
図２は、ガス充填系５０およびガス供給系６０における水素ガスの圧力値の推移を示す説明図である。図２において、縦軸は水素ガスの圧力値［ＭＰａ］を示しており、横軸は経過時間を示している。また、実線で示す圧力ラインＬ１は、充填側圧力センサ７０により測定される充填時圧力値Ｐｆを示しており、実線で示す圧力ラインＬ２は、供給側圧力センサ８０により測定される圧力値を示している。時刻ｔ０は水素ガスの充填開始時を、時刻ｔ１は充填完了時を、時刻ｔ２は燃料電池車両５００の起動時を、それぞれ示している。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の時間は、通常の場合、例えば１分間のようにごく短い。しかしながら、何らかの事情によって水素ガスステーション９００に燃料電池車両５００が長時間放置される場合、例えば１週間等の比較的長い時間が想定される。
充填開始以降（時刻ｔ０以降）、水素ガスステーション９００から燃料電池車両５００に水素ガスが充填されるにつれて、タンク２０内の水素ガスの量が増加するため、充填時圧力値Ｐｆは、上昇する。充填時圧力値Ｐｆは、時刻ｔ１において水素ガスの充填が完了する直前に最大圧力値Ｐｆ１を示し、充填完了まで最大圧力値Ｐｆ１を維持する。最大圧力値Ｐｆ１は、充填完了時のタンク２０内の圧力値とほぼ等しい。温度センサ２８は、最大圧力値Ｐｆ１が測定された際の温度Ｔ１を検出し、制御部９０は、かかる温度Ｔ１を記録する。
他方、供給側圧力センサ８０により取得される圧力値は、時刻ｔ０から時刻ｔ２の間で変化しない。これは、各タンク２０ａ，２０ｂに備えられた各主止弁２６ａ，２６ｂが充填開始時（時刻ｔ０）に閉じられ、燃料電池車両５００の起動時（時刻ｔ２）に開かれるためである。時刻ｔ２において各主止弁２６ａ，２６ｂが開かれると、供給側圧力センサ８０により取得される圧力値は、瞬間的に測定圧力値Ｐｓ２まで上昇する。この測定圧力値Ｐｓ２は、供給開始時におけるタンク２０内の圧力値とほぼ等しい。温度センサ２８は、測定圧力値Ｐｓ２が測定された際の温度Ｔ２を検出し、制御部９０は、かかる温度Ｔ２を記録する。本実施形態では、時刻ｔ２において、供給側圧力センサ８０および温度センサ２８の値は、それぞれ安定しているものとする。
タンク２０における水素ガスの充填率は、タンク２０内の圧力値と温度Ｔとから、以下に示す式に基づいて算出される。
充填率［％］＝｛（Ｚ０×Ｔ０×ＰＡ）／（ＺＡ×ＴＡ×Ｐ０）｝×１００ ・・・（１）
上記の式（１）において、Ｚは圧縮係数、Ｔは温度、Ｐは圧力値を示し、添え字「０」は基準値を示し、添え字「Ａ」は各センサ２８，７０，８０の取得値を示す。本実施形態では、基準値として、Ｚ０＝０．９９、Ｔ０＝１５℃、Ｐ０＝７０ＭＰａを用いるが、他の任意の値を基準値として用いてもよい。なお、本実施形態では、Ｚ０とＺＡとは等しい。
上記の式（１）によれば、最大圧力値Ｐｆ１と温度Ｔ１とに基づき、水素ガスの充填完了時（時刻ｔ１）における充填率が求められる。同様に、測定圧力値Ｐｓ２と温度Ｔ２とに基づき、燃料電池車両５００の起動時（時刻ｔ２）における充填率が求められる。
ここで、時刻ｔ２におけるガス供給系６０内の圧力は、上述のように供給側圧力センサ８０により実測することに加えて、図２において点線で示すように、充填側圧力センサ７０で測定された圧力値を用いて推定することができる。具体的には、充填完了時から燃料電池車両５００の起動時までの間において充填率が一定であるという前提の下、最大圧力値Ｐｆ１と温度Ｔ１と温度Ｔ２とに基づき、以下に示す式（２）を用いて時刻ｔ２におけるガス供給系６０内の推定される圧力値（以下、「推定圧力値Ｐｓｅ」と呼ぶ）が求められる。
推定圧力値Ｐｓｅ［ＭＰａ］＝Ｐｆ１×（Ｔ１／Ｔ２） ・・・（２）
しかしながら、図２に示すように、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とが異なる場合がある。例えば、充填側圧力センサ７０の経年劣化または故障等により、充填側圧力センサ７０のゼロ点がプラス側に変動して、実際よりも推定圧力値Ｐｓｅが高く検出される場合と、充填側圧力センサ７０のゼロ点がマイナス側に変動して、実際よりも推定圧力値Ｐｓｅが低く検出される場合とが想定される。また、供給側圧力センサ８０の経年劣化または故障等により、供給側圧力センサ８０のゼロ点がプラス側に変動して、実際よりも測定圧力値Ｐｓ２が高く検出される場合と、供給側圧力センサ８０のゼロ点がマイナス側に変動して、実際よりも測定圧力値Ｐｓ２が低く検出される場合とが想定される。特に、供給側圧力センサ８０のゼロ点がプラス側に変動して、実際よりも測定圧力値Ｐｓ２が高く検出される場合、供給側圧力センサ８０により測定される供給時圧力値Ｐｓを用いてタンク２０内の水素ガス残量を特定する構成では、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されるために、充填率が実際の値よりも高く算出されるおそれがある。そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、後述の現在圧力値検出処理を実行することにより、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることを抑制する。
Ａ−３．現在圧力値検出処理：
図３は、現在圧力値検出処理の手順を示すフローチャートである。現在圧力値検出処理とは、燃料電池車両５００の起動時におけるガス供給系６０内の圧力値（以下、「現在圧力値Ｐｓａ」と呼ぶ）を検出する処理を意味する。なお、後述するように、供給時圧力値Ｐｓ（すなわち、供給側圧力センサ８０により測定される圧力値）が、現在圧力値Ｐｓａとして検出される場合と、現在圧力値Ｐｓａとして検出されない場合とがある。
本実施形態の燃料電池システム１００では、水素ガスステーション９００によるタンク２０への水素ガスの充填が開始されると、現在圧力値検出処理が実行される。なお、水素ガスステーション９００による水素ガスの充填では、まず、図示しないリッドが開かれて制御部９０が起動され、水素ガスステーション９００のノズル９１０がレセプタクル３０に勘合されると、水素ガスの充填が可能となるとともに水素ガスステーション９００の通信部９２０と燃料電池システム１００の通信部４０との赤外線通信が可能となる。水素ガスの充填は、ＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）規格に基づき、タンク２０の温度仕様を超えない昇圧速度で行なわれる。
水素ガスの充填が開始されると、充填側圧力センサ７０は充填時圧力値Ｐｆを測定し、温度センサ２８は温度Ｔを測定する（ステップＳ３１０）。なお、各センサ７０，２８は、検出した値を制御部９０にそれぞれ出力する。制御部９０は、これらの値を通信部４０に出力し、通信部４０は、赤外線通信により通信部９２０へ送信する。このようにして、水素ガスの充填は、充填時圧力値Ｐｆおよび温度Ｔを監視しながら行なわれる。
水素ガスの充填が完了すると（ステップＳ３１５）、制御部９０は、充填時圧力値Ｐｆのうち最大圧力値Ｐｆ１を記録すると共に、最大圧力値Ｐｆ１が測定された際の温度Ｔ１を記録する（ステップＳ３２０）。なお、水素ガス充填後に、リッドは閉じられる。
制御部９０は、燃料電池車両５００が起動されるまで、待機する（ステップＳ３２５）。燃料電池車両５００が起動されると（ステップＳ３２５：ＹＥＳ）、制御部９０は、主止弁２６ａ，２６ｂを開く（ステップＳ３３０）。なお、燃料電池車両５００の起動は、燃料電池システム１００全体の起動も含む。制御部９０は、供給側圧力センサ８０が測定した測定圧力値Ｐｓ２と、温度センサ２８が測定した温度Ｔ２とを記録する（ステップＳ３３５）。
制御部９０は、上述の式（２）を用いて、ステップＳ３２０において記録された最大圧力値Ｐｆ１および温度Ｔ１と、ステップＳ３３５において記録された温度Ｔ２とに基づき、推定圧力値Ｐｓｅを求める（ステップＳ３４０）。制御部９０は、ステップＳ３４０において求められた推定圧力値Ｐｓｅと、ステップＳ３３５において記録された測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値（｜Ｐｓｅ−Ｐｓ２｜）が、予め設定された所定値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ３４５）。これらの２つの圧力値Ｐｓｅ，Ｐｓ２に差が生じる理由については、上述した通りである。本実施形態において、所定値αは、１０ＭＰａに設定されているが、１０ＭＰａに限らず、他の任意の数値に設定してもよい。なお、所定値αは、各圧力センサ７０，８０および温度センサ２８の測定誤差を考慮して、かかる測定誤差の範囲外の値に設定されることが好ましい。絶対値が所定値αよりも大きくなる場合としては、上述したように、充填側圧力センサ７０または供給側圧力センサ８０が経年劣化した場合や故障した場合等が想定される。
推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値が所定値α以上であると判定された場合（ステップＳ３４５：ＹＥＳ）、制御部９０は、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される可能性が有ると判定する（ステップＳ３５０）。制御部９０は、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とのうち、より低い値を現在圧力値Ｐｓａとして検出する（ステップＳ３５５）。２つの圧力値Ｐｓｅ，Ｐｓ２の差の絶対値が所定値α以上の場合、供給側圧力センサ８０のゼロ点がプラス側に変動して、測定圧力値Ｐｓ２が実際の値よりも高い値として測定されている可能性がある。この場合、測定圧力値Ｐｓ２を、現在圧力値Ｐｓａ、すなわちタンク２０内の圧力値として検出すると、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される。そこで、この場合、より低い値であり実際の圧力値を示している可能性の高い推定圧力値Ｐｓｅを、現在圧力値Ｐｓａとして検出するようにしている。なお、供給側圧力センサ８０のゼロ点がマイナス側に変動して、測定圧力値Ｐｓ２が実際の値よりも低い値として測定されているために、２つの圧力値Ｐｓｅ，Ｐｓ２の差の絶対値が所定値α以上となる場合もある。この場合も、推定圧力値Ｐｓｅよりも低い、すなわち、実際の値よりも低い測定圧力値Ｐｓ２が現在圧力値Ｐｓａとして検出されるので、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることが避けられる。なお、充填側圧力センサ７０のゼロ点が変動することによっても、２つの圧力値Ｐｓｅ，Ｐｓ２の差の絶対値が所定値α以上となり得る。しかし、この場合であっても、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とのうちより低い値は、実際の圧力値と等しいか、或いは、実際の圧力値よりも低い値となる。それゆえ、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることが避けられる。
これに対して、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値が所定値α以上でないと判定された場合（ステップＳ３４５：ＮＯ）、制御部９０は、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される可能性が無いと判定する（ステップＳ３６０）。この場合、制御部９０は、測定圧力値Ｐｓ２を現在圧力値Ｐｓａとして検出する（ステップＳ３６５）。以上により、現在圧力値検出処理は、終了する。
なお、上述の現在圧力値検出処理が終了すると、制御部９０は、現在圧力値Ｐｓａを記録する。その後、充填率特定部９５は、上述の式（１）を用いて現在圧力値Ｐｓａに基づいて充填率を特定し、制御部９０は、特定された充填率に基づいて燃料電池車両５００の航続可能距離を検出してユーザーに通知する。
本実施形態において、充填時圧力値Ｐｆは請求項における第１の圧力値に、最大圧力値Ｐｆ１は請求項における最大の圧力値に、供給時圧力値Ｐｓは請求項における供給用配管圧力に、測定圧力値Ｐｓ２は請求項における第２の圧力値に、推定圧力値Ｐｓｅは請求項における推定圧力値に、現在圧力値Ｐｓａは請求項における供給用配管圧力として検出された圧力値に、それぞれ相当する。また、温度Ｔ１は請求項における充填時圧力が測定された際の内部温度に相当し、温度Ｔ２は請求項における供給用配管圧力が測定された際の内部温度に相当する。また、燃料電池システム１００の起動は、燃料電池１０の起動を含む。
以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、推定された推定圧力値Ｐｓｅと供給側圧力センサ８０により測定された測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値が、所定値α以上である場合に、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とのうち、より低い値を現在圧力値Ｐｓａとして検出する。このため、供給側圧力センサ８０の経年劣化または故障等により、測定圧力値Ｐｓ２がタンク２０内の実際の圧力値よりも高く測定された場合であっても、充填側圧力センサ７０が測定した値に基づいて推定された推定圧力値Ｐｓｅを現在圧力値Ｐｓａとして検出するので、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることを抑制できる。加えて、充填側圧力センサ７０の経年劣化または故障等により、推定圧力値Ｐｓｅがタンク２０内の実際の圧力値よりも高く求められた場合であっても、供給側圧力センサ８０が測定した測定圧力値Ｐｓ２（すなわち、タンク２０内の実際の圧力値）を現在圧力値Ｐｓａとして検出するので、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることを抑制できる。なお、供給側圧力センサ８０の経年劣化または故障等により、測定圧力値Ｐｓ２がタンク２０内の実際の圧力値よりも低く測定された場合、かかる測定圧力値Ｐｓ２が現在圧力値Ｐｓａとして検出される。また、充填側圧力センサ７０の経年劣化または故障等により、推定圧力値Ｐｓｅがタンク２０内の実際の圧力値よりも低く求められた場合、かかる推定圧力値Ｐｓｅが現在圧力値Ｐｓａとして検出される。したがって、これらの場合にも、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることは抑制できる。このように、本実施形態の燃料電池システム１００では、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることを抑制できるので、タンク２０の水素ガスの充填率が高く検出されることを抑制できる。それゆえ、燃料電池車両５００の航続可能距離が過剰に見積もられることを抑制でき、ユーザーの利便性の低下を抑制できる。
また、推定圧力値Ｐｓｅは、水素ガスの充填時に充填側圧力センサ７０が検出した最大圧力値Ｐｆ１および温度Ｔ１と、水素ガスの充填完了後に燃料電池車両５００が初めて起動された時における温度Ｔ２と、に基づいて求められる。このように、ノズル９１０とレセプタクル３０とが勘合された状態における圧力値を用いて推定圧力値Ｐｓｅを求めるので、ノズル９１０とレセプタクル３０とが勘合されていない状態における圧力値を用いる構成と比べて、ガス充填系５０内における圧抜けの影響を低減できる。このため、推定圧力値Ｐｓｅの推定精度の低下を抑制でき、タンク２０内の圧力値が高く誤検出されることを、より確実に抑制できる。加えて、温度Ｔ２を用いて推定圧力値Ｐｓｅを求めるので、何らかの事情によって水素ガスステーション９００に燃料電池車両５００が長時間放置されて、温度Ｔ１の値と温度Ｔ２の値とが大きく異なる場合であっても、推定圧力値Ｐｓｅの推定精度の低下を抑制できる。
また、燃料電池システム１００の起動時に測定された測定圧力値Ｐｓ２を用いて現在圧力値検出処理を行なうので、燃料電池システム１００の起動後に水素ガスの供給が開始されてから測定された供給時圧力値Ｐｓを用いる構成と比べて、水素ガスの消費によるタンク２０内の圧力値の低下の影響を低減できる。また、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値が所定値α以上である場合に、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される可能性が有ると判定するので、各圧力センサ７０，８０および温度センサ２８の測定誤差を考慮して、誤検出の可能性の有無を判定できる。このため、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される可能性の有無の判定精度を向上できる。さらに、制御部９０は、検出された現在圧力値Ｐｓａを記録するので、かかる値を用いて充填側圧力センサ７０または供給側圧力センサ８０の故障原因の解析や、ユーザーに対する警告メッセージおよび警告音の報知等を行なうことができる。また、制御部９０は、充填率特定部９５を備えているので、現在圧力値Ｐｓａに基づいて充填率を特定でき、燃料電池車両５００の航続可能距離の検出に利用できる。
Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
上記実施形態では、燃料電池車両５００が起動されて主止弁２６ａ，２６ｂが開かれると、供給側圧力センサ８０および温度センサ２８の値がそれぞれ安定しているものとして、測定圧力値Ｐｓ２と温度Ｔ２とを記録したが、本発明はこれに限定されるものではない。制御部９０は、測定圧力値Ｐｓ２と温度Ｔ２とを記録する前に、供給側圧力センサ８０と温度センサ２８とが安定したか否かを判定してもよい。かかる構成においては、各センサ８０，２８が安定したと判定された場合に、測定圧力値Ｐｓ２と温度Ｔ２とを記録するので、各センサ８０，２８が安定していないことに起因する測定誤差を低減でき、測定圧力値Ｐｓ２および温度Ｔ２の測定精度の低下を抑制でき、推定圧力値Ｐｓｅの推定精度の低下を抑制できる。
Ｂ−２．変形例２：
上記実施形態では、制御部９０は、充填時圧力値Ｐｆのうち最大圧力値Ｐｆ１を記録して推定圧力値Ｐｓｅの推定に用いたが、水素ガスの充填完了時における充填時圧力値Ｐｆを記録して推定圧力値Ｐｓｅの推定に用いてもよい。この構成によれば、簡易な方法により推定圧力値Ｐｓｅを求めることができる。また、制御部９０は、燃料電池車両５００（燃料電池システム１００）が起動されると主止弁２６ａ，２６ｂを開いたが、燃料電池システム１００が起動されずに主止弁２６ａ，２６ｂが開かれてもよい。この構成では、主止弁２６ａ，２６ｂが開かれたことを契機として、測定圧力値Ｐｓ２と温度Ｔ２とを記録してもよい。かかる構成によっても、実施形態の燃料電池システム１００と同様の効果を奏する。
Ｂ−３．変形例３：
上記実施形態では、制御部９０は、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２との差の絶対値が、予め設定された所定値α以上であるか否かを判定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。制御部９０は、かかる判定を行なわずに、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とのうち、より低い値を現在圧力値Ｐｓａとして特定してもよい。かかる構成では、制御部９０の処理内容を低減できるので、制御部９０の負荷を低減できる。また、制御部９０は、特定された現在圧力値Ｐｓａの記録を省略して充填率を特定してもよく、充填率特定部９５を省略して燃料電池車両５００の制御部が充填率を特定してもよい。このような構成によっても、実施形態の燃料電池システム１００と同様の効果を奏する。
Ｂ−４．変形例４：
上記実施形態における燃料電池システム１００の構成はあくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、特定された現在圧力値Ｐｓａを、タンク２０の圧力下限判定に用いてもよい。タンク２０の圧力下限判定は、タンク２０の樹脂製のライナーが低温で硬化するため、タンク２０内の温度Ｔおよび供給時圧力値Ｐｓが下限値を下回らないようにするために行なわれる。供給側圧力センサ８０に経年劣化または故障等が発生した場合、タンク２０の供給時圧力値Ｐｓが実際の値よりも高く測定されるため、タンク２０内の実際の圧力値が下限値を下回る場合であっても、圧力下限判定が正常に行なわれずユーザーに通知されない。しかしながら、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、推定圧力値Ｐｓｅと測定圧力値Ｐｓ２とのうち、より低い値を現在圧力値Ｐｓａとして特定するため、タンク２０内の実際の圧力値が下限値を下回るにも関わらずユーザーに通知されない事態を抑制できる。また、特定された現在圧力値Ｐｓａを、水素ガスの漏れの検知に用いてもよい。また、タンク２０内の圧力値が高く誤検出される可能性が有ると判定された場合、燃料電池車両５００のユーザーに、供給側圧力センサ８０等の経年劣化または故障等の可能性を通知して修理や交換を促してもよい。これにより、ユーザーの利便性の低下をさらに抑制できる。
Ｂ−５．変形例５：
上記実施形態では、燃料電池システム１００は、燃料電池車両５００に搭載されて用いられていたが、燃料電池車両５００に代えて他の任意の移動体に搭載されてもよく、定置型燃料電池として用いられてもよい。かかる構成においても、タンク２０の水素ガスの充填率が高く誤検出されることを抑制でき、予期せず燃料が不足する事態を抑制でき、ユーザーの利便性の低下を抑制できる。
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池
２０…タンク
２０ａ…第１のタンク
２０ｂ…第２のタンク
２２ａ，２２ｂ…口金
２４ａ，２４ｂ…逆止弁
２６ａ，２６ｂ…主止弁
２８…温度センサ
２８ａ…第１の温度センサ
２８ｂ…第２の温度センサ
３０…レセプタクル
４０…通信部
５０…ガス充填系
５１…第１充填用配管
５２…第２充填用配管
５３…第３充填用配管
５５…充填側分岐管
６０…ガス供給系
６１…第１供給用配管
６２…第２供給用配管
６３…第３供給用配管
６５…供給側分岐管
７０…充填側圧力センサ
８０…供給側圧力センサ
９０…制御部
９５…充填率特定部
１００…燃料電池システム
５００…燃料電池車両
９００…水素ガスステーション
９１０…ノズル
９２０…通信部
９３０…水素ガス供給部
ｔ０，ｔ１，ｔ２…時刻
Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２…温度
Ｌ１，Ｌ２…圧力ライン
Ｐｆ…充填時圧力値
Ｐｆ１…最大圧力値
Ｐｓ…供給時圧力値
Ｐｓ２…測定圧力値
Ｐｓａ…現在圧力値
Ｐｓｅ…推定圧力値
α…所定値
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記推定圧力値と前記第２の圧力値との差の絶対値が所定値以上である場合に、前記推定圧力値と前記第２の圧力値とのうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１の圧力センサと第２の圧力センサと温度センサとのそれぞれの測定誤差を考慮して供給用配管圧力を検出できる。
ここで、時刻ｔ２におけるガス供給系６０内の圧力は、上述のように供給側圧力センサ８０により実測することに加えて、図２において破線で示すように、充填側圧力センサ７０で測定された圧力値を用いて推定することができる。具体的には、充填完了時から燃料電池車両５００の起動時までの間において充填率が一定であるという前提の下、最大圧力値Ｐｆ１と温度Ｔ１と温度Ｔ２とに基づき、以下に示す式（２）を用いて時刻ｔ２におけるガス供給系６０内の推定される圧力値（以下、「推定圧力値Ｐｓｅ」と呼ぶ）が求められる。
推定圧力値Ｐｓｅ［ＭＰａ］＝Ｐｆ１×（Ｔ１／Ｔ２） ・・・（２）

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ガスを貯蔵するタンクと、
    前記タンクに前記ガスを充填するための充填用配管におけるガス充填時の圧力である充填時圧力を測定する第１の圧力センサと、
    前記タンクから前記燃料電池に前記ガスを供給するための供給用配管における、前記燃料電池の起動時の圧力である供給用配管圧力を測定する第２の圧力センサと、
    前記タンクの内部温度を測定する温度センサと、
    制御部であって、
    前記燃料電池の起動時に、
    前記充填時圧力を示す第１の圧力値と、前記第１の圧力値が測定された際の前記内部温度と、前記供給用配管圧力が測定された際の前記内部温度と、に基づき、前記供給用配管圧力の推定圧力値を求め、
    前記推定圧力値と、前記供給用配管圧力を示す第２の圧力値と、のうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出する、制御部と、
    を備える、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であって、
    前記制御部は、前記推定圧力値を求める際に、前記第１の圧力値のうち最大の圧力値を用いる、
    燃料電池システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、前記推定圧力値と前記第２の圧力値と差の絶対値が所定値以上である場合に、前記推定圧力値と前記第２の圧力値とのうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出する、
    燃料電池システム。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、前記供給用配管圧力として検出された圧力値を記録する、
    燃料電池システム。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記供給用配管圧力として検出された圧力値を用いて、前記タンク内の前記ガスの充填率を求める充填率特定部を備える、
    燃料電池システム。
  6. 燃料電池車両に搭載される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  7. 燃料電池と前記燃料電池で用いられるガスを貯蔵するタンクとを有する燃料電池システムの制御方法であって、
    （ａ）前記タンクに前記ガスを充填するための充填用配管におけるガス充填時の圧力である充填時圧力を測定する工程と、
    （ｂ）前記タンクから前記燃料電池に前記ガスを供給するための供給用配管における、前記燃料電池の起動時の圧力である供給用配管圧力を測定する工程と、
    （ｃ）前記タンクの内部温度を測定する工程と、
    （ｄ）前記燃料電池の起動時に、前記充填時圧力を示す第１の圧力値と、前記第１の圧力値が測定された際の前記内部温度と、前記供給用配管圧力が測定された際の前記内部温度と、に基づき、前記供給用配管圧力の推定圧力値を求める工程と、
    （ｅ）前記推定圧力値と、前記供給用配管圧力を示す第２の圧力値と、のうち、より低い値を、前記供給用配管圧力として検出する工程と、
    を備える、燃料電池システムの制御方法。
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