JP2016208726A - 燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】リッドが開状態のままでの運転停止期間における水分凍結防止保護措置の実行機会を確保して、性能低下抑制を図る燃料電池システム制御方法を提供する。
【解決手段】車両１０は、搭載された燃料電池１００の運転停止期間において、リッド３１０が開弁状態で主止弁２４５が開弁されており、燃料タンク２００に水素ガスを充填する燃料ガス充填操作がなされている場合には、主止弁を開弁状態から閉弁状態に切替制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムの制御方法に関する。
燃料電池システムでは、燃料電池の発電運転に伴って燃料ガス、例えば水素ガスが消費されることから、タンクへの水素ガス充填が必要となる。ガス充填に際しては、タンク内の温度データをガス供給側に通信することが求められる。データ通信を担う通信回路に、ガス充填作業の際の人的なミス等により漏洩ガスが接触すると、通信の信頼性が損なわれる。こうしたことを回避すべく、漏洩ガスによる通信回路への影響を抑制する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０１１−１５６８９６号公報
上記の制御手法は、ガス漏洩が起き得るガス充填の際のデータ通信の信頼性を損なわない点で優れている。他方、燃料電池をタンクと共に搭載した車両では、燃料電池の機能維持等の上から必要とされる制御があり、これら制御とガス充填との競合については十分な検討がなされていない。例えば、燃料電池の運転停止期間における燃料電池内での水分の凍結防止を図る観点から、タンクの主止弁を開弁してガス供給を図ることがあるが、こうした制御とガス充填との関係をどのように調整すべきかという点は、未検討であった。こうしたことから、燃料電池の運転停止期間における燃料電池についての制御とガス充填との調整を図ることが要請されるに到った。
また、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスといった何らかの原因でリッドが開状態のまま、燃料電池が継続して運転を停止する場合が有り得る。こうした場合には、リッドが開状態であるが故に、ガス充填操作者によるガス充填が可能であるが、何らかの対処もなされていないのが実情である。
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、燃料電池システムの制御方法が提供される。この制御方法は、車両の外板部分に設けられ燃料ガスの充填口をカバーするリッドと、燃料電池と、前記充填口を通じて充填された燃料ガスを貯留するタンクと、該タンクから前記燃料電池に到る燃料管路の開閉を介して前記タンクから前記燃料電池へのガス供給またはガス供給停止を切り替える主止弁とを備える燃料電池システムの制御方法であって、前記リッドが開状態で前記主止弁が開弁されており、前記タンクに前記燃料ガスを充填するガス充填が検知された場合、前記主止弁を開弁状態から閉弁状態に切替制御する。
この形態の燃料電池システムの制御方法によれば、リッドが開状態である場合には、ガス充填を優先して主止弁を開弁状態から閉弁状態とするので、ガス充填前に仮に主止弁が開弁していても、ガス充填の検知に伴って主止弁を閉弁できる。この結果、燃料電池の運転停止期間においては、主止弁の開弁を伴う制御をガス充填と並行して行わないようにできるので、安全性の向上に寄与できる。例えば、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスといった何らかの原因でリッドが開状態であるためにガス充填がなされたとしても、ガス充填の検知に伴って主止弁は閉弁状態に切り替えられるので、この点からも、安全性の向上を担保できる。
（２）上記の形態の燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池の運転停止期間において、前記ガス充填が検知されない場合には、前記燃料電池の状態に基づいて、前記主止弁を開弁状態に維持するようにしてもよい。こうすれば、ガス充填がなされていない燃料電池の運転停止期間において、主止弁の開弁を伴う制御の制御目的を達成できる。
（３）上記の形態の燃料電池システムの制御方法において、前記主止弁を開弁状態に維持する際の前記燃料電池の状態は、前記燃料電池における水分の凍結が起き得る条件が成立した場合であるようにしてもよい。こうすれば、次のような利点がある。
燃料電池では、水素と酸素の電気化学反応に伴ってカソードにおいて水が生成されて、その生成水がアノードの側に浸透する。燃料電池が運転中であれば、アノードに浸透した生成水は、運転に伴う発熱により蒸発し、アノードに供給された余剰の水素ガスと共に排出されるので、特段の支障は無い。ところが、厳冬期や寒冷地では、燃料電池の運転停止に伴って、アノードにおける水の凍結が起き得ることが危惧される。こうした水の凍結は、電解質膜の損傷やガス流路の閉塞を起こして性能低下を招きかねない。しかしながら、上記形態の燃料電池システムの制御方法では、燃料電池における水分（生成水）の凍結が起き得る条件が成立すると、主止弁の開弁を伴う制御が実行されて開弁維持がなされる。この結果、主止弁の開弁により、燃料ガス燃料ガスが燃料電池、詳しくはアノードに供給され、アノードからは水が排出されるので、燃料電池における水分の凍結を抑制でき、性能低下の抑制を図ることができる。
既述したように、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスによりリッドが開状態のままで燃料電池の運転停止が継続する場合がある。しかしながら、こうした場合であっても、ガス充填が検知されていなければ、燃料電池における水分の凍結が起き得る条件が成立することで、主止弁の開弁を伴う制御の実行とその後の開弁維持により燃料電池に燃料ガスを供給できる。よって、燃料電池における水分の凍結を抑制して、性能低下の抑制を図ることができる。
（４）上記いずれかの形態の燃料電池システムの制御方法において、前記タンクに前記燃料ガスを充填するための充填管路の管路内圧力を検出する圧力センサーの出力が所定の継続期間に亘って継続して増大していると、前記ガス充填が検知されたと判断するようにしてもよい。こうすれば、ガス充填がなされているかの判断の確度が高まるので、主止弁を不用意に開弁状態に制御したりしてしまうような事態が回避可能となる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムや燃料電池システムを搭載した車両としての形態の他、車両の制御方法などの形態で実現することができる。
本発明の実施形態としての燃料電池を搭載した車両１０の構成を模式的に示す説明図である。 車両１０の燃料ガスの充填部から燃料タンクまでを模式的に示す説明図である。 車両停止時に実行される主止弁動作許可の判別処理を示すフローチャートである。 主止弁動作許可の処理の状況を説明する説明図である。 車両停止時に実行される凍結防止処置における処理を示すフローチャートである。 車両停止時に実行される変形例の主止弁動作許可の判別処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池を搭載した車両１０の構成を模式的に示す説明図である。車両１０は、燃料電池１００と、制御部１１０（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、スタータースイッチ１１５と、要求出力検知部１２０と、二次電池１３０と、電力分配コントローラ１４０と、駆動モーター１５０と、ドライブシャフト１６０と、動力分配ギア１７０と、車輪１８０と、燃料タンク２００と、を備える。
燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。燃料タンク２００は、燃料電池１００に用いられる燃料ガスを貯留する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いる。制御部１１０は、要求出力検知部１２０から取得した要求出力信号値に基づいて、燃料電池１００と二次電池１３０の動作を制御する。要求出力検知部１２０は、車両１０のアクセル（図示せず）の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、運転手からの要求出力を検知し、この要求出力を要求出力信号として制御部１１０に出力する。制御部１１０は、要求出力信号から、燃料電池１００に要求する要求電力量を算出する。スタータースイッチ１１５は、車両１０の起動、停止を切り替えるメインスイッチである。
二次電池１３０は、車両１０の起動直後など、燃料電池１００の発電力が小さい場合に、車両１０を動かすための電力源として用いられる。二次電池１３０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池１３０への充電は、例えば、燃料電池１００から出力信号される電力を用いて直接充電することや、車両１０が減速するときに車両１０の運動エネルギーを駆動モーター１５０により回生して充電すること、により行うことが可能である。
電力分配コントローラ１４０は、制御部１１０からの命令を受けて、（１）燃料電池１００から駆動モーター１５０への引き出す電力と、（２）二次電池１３０から駆動モーター１５０へ引き出す電力と、（３）駆動モーター１５０により回生された電力を二次電池１３０に送る電力等を総合的に制御する。駆動モーター１５０は、車両１０を動かすための原動機として機能する。また、駆動モーター１５０は、車両１０が減速するときには、車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト１６０は、駆動モーター１５０が発する駆動力を動力分配ギア１７０に伝達するための回転軸である。動力分配ギア１７０は、左右の車輪１８０へ駆動力を分配する。
図２は車両１０の燃料ガスの充填部から燃料タンクまでを模式的に示す説明図である。図２では、水素ステーション５０の一部も図示している。車両１０は、二つの燃料タンク２００と、燃料ガス充填管２１０と、レセプタクル２１５と、逆止弁２２０と、燃料ガス供給管２４０と、主止弁２４５と、レギュレーター２５０と、圧力センサー２６０、２６５と、リッドボックス３００と、を備える。水素ステーション５０は、ガスタンク５００と、ガス供給ホース５１０と、ノズル５２０と、弁５３０と、赤外線送受信機５５０と、を備える。
レセプタクル２１５は、水素が充填されるときの水素充填口であり、ガス充填時にガス充填操作者の操作により水素ステーション５０のノズル５２０が装着される。レセプタクル２１５は、ノズル５２０の装着箇所の下流に逆流防止弁２１８を備え、充填された水素の逆流を阻止する。燃料ガス充填管２１０は、レセプタクル２１５と、燃料タンク２００とを接続している。逆止弁２２０は、レセプタクル２１５と燃料タンク２００との間に配置され、燃料タンク２００に充填された水素がレセプタクル２１５に逆流しないようにする。
燃料タンク２００から燃料電池１００に到っては、燃料ガス供給管２４０が配設されている。この燃料ガス供給管２４０には、燃料タンク２００の側から、主止弁２４５とレギュレーター２５０とが配設されている。主止弁２４５は、燃料ガス供給管２４０の開閉を介して燃料タンク２００から燃料電池１００への水素ガス供給またはガス供給停止を切り替える。燃料ガス充填管２１０の管内圧力は、圧力センサー２６０により検出され、その検出圧力（充填管路圧力Ｐ）は制御部１１０に出力される。燃料ガス供給管２４０の管内圧力は、圧力センサー２６５により検出され、その検出圧力も制御部１１０に出力される。燃料ガス充填管２１０の管内圧力は、ガス充填に伴って昇圧し、ガス充填後には、ガス消費に伴う燃料タンク２００の圧力低下に伴い、低下する。つまり、燃料ガス充填管２１０の管内圧力は、燃料ガス供給管２４０の側の逆止弁２２０の働きとタンク口金内の弁機構により、燃料タンク２００の圧力に追従して低下する。なお、本実施形態では、燃料タンク２００は２つあり、逆止弁２２０、主止弁２４５、レギュレーター２５０も、各燃料タンク２００に対応して、それぞれ２つある。
リッドボックス３００には、レセプタクル２１５が配設されている。また、リッドボックス３００は、リッド３１０と、ヒンジ３１５と、リッドオープナー３２０と、リッド開ボタン３２５と、リッドセンサー３３０、３４０と、赤外線送受信機３５０と、を備える。リッド３１０は、リッドボックス３００の蓋であり、ヒンジ３１５を介してリッドボックス３００に接続されている。リッドボックス３００のヒンジ３１５と反対側には、リッドオープナー３２０が設けられている。リッド開ボタン３２５が操作されると、リッドオープナー３２０が動作して、リッド３１０が開く。リッドオープナー３２０は、リッド３１０がガス充填操作者により正常に閉鎖されると、リッド３１０をロックする。なお、リッドオープナー３２０とは別に、リッドロック機構を設けるようにしてもよい。
リッドボックス３００には２つのリッドセンサー３３０、３４０が設けられている。第１のリッドセンサー３３０は、リッドオープナー３２０の近傍に設けられており、第２のリッドセンサー３４０は、ヒンジ３１５の近傍に設けられている。リッド３１０が開閉するとき、第１のリッドセンサー３３０と第２のリッドセンサー３４０は、リッド３１０の開度が異なる状態でリッド３１０が開いているか否か、を示す信号を発する。即ち、この両リッドセンサーは、リッド３１０が有する図示しない押圧用突起に対応して配設されており、リッド３１０が閉められると押圧突起に押圧されて閉鎖信号を制御部１１０に出力する。また、リッド３１０が開けられると、押圧突起による押圧が解除されて開放信号を制御部１１０に出力する。なお、第１のリッドセンサー３３０と第２のリッドセンサー３４０は、リッド３１０の開度が異なる状態でリッド３１０が開いているか否か、を示す信号を発することができれば、それぞれ、リッドオープナー３２０の近傍およびヒンジ３１５の近傍に配置されていなくても良い。
赤外線送受信機３５０は、レセプタクル２１５の近傍に設けられ、水素ステーション５０の赤外線送受信機５５０と通信を行う。なお、水素ステーション５０の赤外線送受信機５５０と通信が可能であれば、赤外線送受信機３５０は、レセプタクル２１５の近傍に配置されなくても良い。
水素ステーション５０は、ガスタンク５００と、ガス管５０５と、ガス供給ホース５１０と、ノズル５２０と、弁５３０と、赤外線送受信機５５０と、を備える。ガスタンク５００は、水素を貯蔵するタンクである。ガスタンク５００からノズル５２０へは、ガス管５０５と、ガス供給ホース５１０と、を介してガスが供給される。ガス供給ホース５１０は、ガスタンク５００と、ノズル５２０とを結ぶフレキシブルな管である。ガス管５０５には、弁５３０が設けられている。水素ステーション５０でのガス充填に際しては、車両１０（図１参照）は、ステーション内の充填ポジションに停止し、スタータースイッチ１１５がオフとされる。次いで、リッド開ボタン３２５の操作によりリッドオープナー３２０が動作してリッド３１０が開放するので、ガス充填操作者は、ノズル５２０をレセプタクル２１５に接続操作する。ガス充填が終了すると、ガス充填操作者は、ノズル５２０をレセプタクル２１５から切り離し、リッド３１０を手動にて閉鎖する。リッド３１０がガス充填操作者により正常に閉鎖されると、リッド３１０は、リッドオープナー３２０によりロックされる。
制御部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピューターとして構成され、要求出力検知部１２０から取得した要求出力信号に対応した要求電力量の算出、算出した要求電力量を得るための燃料電池１００および二次電池１３０の駆動制御の他、車両停止時の凍結防止処置や二次電池１３０の緊急充電処置等を所定の条件の成立を待って実行する。
図３は車両停止時に実行される主止弁動作許可の判別処理を示すフローチャートであり、図４は主止弁動作許可の処理の状況を説明する説明図である。図３に示す主止弁動作許可の判別処理は、制御部１１０により所定時間ごとに繰り返し実行される。この主止弁動作許可の判別処理ルーチンが開始されると、制御部１１０は、車速Ｖがゼロであるか否か、即ち車両１０が停止状態であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで、否定判定すると、車両１０は走行中であるとして、一旦、本ルーチンを終了する。
ステップＳ１００で肯定判定すると、制御部１１０は、燃料ガス充填管２１０における圧力センサー２６０のセンサー出力（充填管路圧力Ｐ）を読み込み、この充填管路圧力Ｐを所定の記憶領域に記憶する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１００の肯定判定は、車速Ｖ＝０であり、本ルーチンの実行条件でもあるスタータースイッチ１１５がオフであることから、燃料電池１００にあっては、運転を停止していることになり、ステップＳ１０５以降の処理は、燃料電池１００の運転停止期間においてなされることになる。
ステップＳ１０５に続き、制御部１１０は、読み込んだ充填管路圧力Ｐの平準化を行って平準圧力Ｐｓｍを算出して、算出した平準圧力Ｐｓｍを所定の記憶領域に記憶する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、充填管路圧力Ｐの平準化を、周知の時定数処理にて行った。次いで、制御部１１０は、ステップＳ１０５で読み込んだ充填管路圧力Ｐの圧力推移を把握する（ステップＳ１１５）。この圧力推移は、読み込んだ充填管路圧力Ｐから対比基準圧力Ｐlockを減算した差分圧力ΔＰの推移で把握され、対比基準圧力Ｐlockの初期値は、燃料ガス充填管２１０の管内圧力Ｐ０（ＭＰａ）とされている。ステップＳ１１５以降の各処理の説明に当たっては、読み込んだ充填管路圧力Ｐが、昇圧推移が把握できない期間１（非昇圧推移）から昇圧推移が把握される期間２（昇圧推移）に変わっていくことを想定して説明する。
図４に示すように、充填管路圧力Ｐの推移が期間１の非昇圧推移であると、ステップＳ１００での肯定判定に続く充填管路圧力Ｐの読込・記憶（ステップＳ１０５）、充填管路圧力Ｐの平準化（ステップＳ１１０）、差分圧力ΔＰの算出（ステップＳ１１５）がなされ、ステップＳ１２０では、差分圧力ΔＰが閾値圧力Ｐα以上であるか否かが判定される。この閾値圧力Ｐαは、レセプタクル２１５（図２参照）から実際にガス充填が行われた際に、燃料ガス充填管２１０にて当然に現れる管路内圧力の初期上昇値（例えば、２〜３ＭＰａ）として規定されている。
差分圧力ΔＰが閾値圧力Ｐαより小さい期間１の非昇圧推移に充填管路圧力Ｐが属している間、制御部１１０は、ステップＳ１２０で否定判定し、その後、ステップＳ１１０で平滑化した平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセット（ステップＳ１２５）、昇圧カウンターＣＴａへのカウンター閾値βのセット（ステップＳ１３０）を順次実行し、一旦、本ルーチンを終了する。よって、充填管路圧力Ｐの推移が非昇圧推移である状況下では、平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセットと（ステップＳ１２５）、昇圧カウンターＣＴａへのカウンター閾値βのセット（ステップＳ１３０）とが繰り返し実行される。これにより、充填管路圧力Ｐの推移が非昇圧推移である状況下では、対比基準圧力Ｐlockは、常に最新の平準圧力Ｐｓｍとされ、昇圧カウンターＣＴａはカウンター閾値βのままとなる。
その一方、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わると、差分圧力ΔＰは閾値圧力Ｐα以上となることから、制御部１１０は、ステップＳ１２０で肯定判定し、後述のステップＳ１３５以降に進む。つまり、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わると、ステップＳ１２５による平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセットがなされない。よって、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降では、図４に示すように、対比基準圧力Ｐlockは、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定される。そして、昇圧推移の状況では、ステップＳ１１５での差分圧力ΔＰは、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍを充填管路圧力Ｐから減算することで算出される。
制御部１１０は、充填管路圧力Ｐが昇圧推移の状況であることからステップＳ１２０での肯定判定に続き、昇圧カウンターＣＴａの値を値１だけ減算し（ステップＳ１３５）、次いで、この昇圧カウンターＣＴａが値ゼロであるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０で否定判定（ＣＴａ＞０）すると、制御部１１０は、一旦、本ルーチンを終了する。これにより、充填管路圧力Ｐが昇圧推移の状況であると、昇圧カウンターＣＴａの減算（ステップＳ１３５）が継続される。そして、充填管路圧力Ｐが昇圧推移の状況であるために昇圧カウンターＣＴａの減算が継続され、やがて、昇圧カウンターＣＴａが値ゼロとなると、制御部１１０は、ステップＳ１４０での肯定判定に続き、主止弁動作許可フラグＦＸ（初期値ゼロ）に値１をセットして（ステップＳ１４５）、本ルーチンを終了する。主止弁動作許可フラグＦＸは、主止弁２４５（図２参照）の動作を許可する旨を示すフラグであり、後述の凍結防止処置において、主止弁２４５の駆動判定に用いられる。
ステップＳ１２０の肯定判定をもたらす充填管路圧力Ｐの昇圧推移は、圧力センサー２６０の出力たる充填管路圧力Ｐが昇圧カウンターＣＴａで規定された所定の継続期間に亘って継続して増大していることになり、燃料ガス充填管２１０を経たガス充填に伴って現れる。よって、ステップＳ１２０の肯定判定に続くステップＳ１３５〜１４５までの処理は、車両１０が停止中（ステップＳ１００の肯定判定）であって、実際にガス充填がなされてガス充填が検知されると（ステップＳ１２０の肯定判定）、順次実行されることになる。なお、主止弁動作許可フラグＦＸは、主止弁動作許可の判別処理の実行後の制御部１１０の電源オフにより、初期値ゼロにリセットされる。
図５は車両停止時に実行される凍結防止処置における処理を示すフローチャートである。この凍結防止処置は、スタータースイッチ１１５（図１参照）がオフ状態にある時に制御部１１０により所定時間ごとに繰り返し実行され、まず、制御部１１０は、制御部１１０が発電運転を停止しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。この判定は、要求出力検知部１２０（図１参照）からの発電要求の有無などから下され、ここで、停止中ではないと否定判定すると、何の処理を行うことなく、一旦、本ルーチンを終了する。
ステップＳ２１０で肯定判定すると、制御部１１０は、燃料電池１００（図２参照）に設けた温度センサーの出力に基づいて、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。この閾値温度Ｔｃは、燃料電池１００において、生成水の凍結が起き得る温度として予め規定されているので、ステップＳ２２０の肯定判定は、燃料電池１００の運転停止期間（ステップＳ２１０の肯定判定）において、生成水の凍結が起き得るという所定の条件が成立したことと同義となる。制御部１１０は、ステップＳ２２０で否定判定すると、何の処理を行うことなく、一旦、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ２２０の判定は、外気温センサーからの燃料電池周囲温度を閾値温度Ｔｃと比較して下すようにしてもよい。
その一方、ステップＳ２２０で肯定判定すると、制御部１１０は、既述した主止弁動作許可の判別処理でセットされる主止弁動作許可フラグＦＸが値１であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。このステップＳ２３０で否定判定すると（ＦＸ＝０）、制御部１１０は、燃料電池１００の運転停止期間における生成水の凍結を防止するための保護処置を実行すべく、主止弁２４５（図２参照）に開弁信号を出力して主止弁２４５を開弁し、これにより、燃料タンク２００から燃料電池１００に、詳しくは燃料電池１００のアノードに水素ガスをアノードに所定時間だけ供給し、一旦、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ２４０でのガス供給（ガスパージ）により、燃料電池１００のアノードからは水が排出され、生成水の凍結防止が図られる。
ステップＳ２３０で肯定判定（ＦＸ＝１）すると、制御部１１０は、ステップＳ２２０での肯定判定により生成水の凍結防止のための保護処置を実行すべきではあるが、主止弁２４５に閉弁信号を出力して主止弁２４５を閉弁し（ステップＳ２５０）、一旦、本ルーチンを終了する。ステップＳ２５０での主止弁２４５の閉弁信号出力が、凍結防止のための保護処置（ステップＳ２４０）が実行中のタイミングに出されれば、それまで実行されていた凍結防止のためのガス供給（ガスパージ）が中止される。また、凍結防止のためのガス供給（ガスパージ）が未実施であれば、ステップＳ２３０の肯定判定（ＦＸ＝１）を受けて、凍結防止のためのガス供給（ガスパージ）が不実施とされる（ステップＳ２５０）。このガスパージの中止或いは不実施は、既述した主止弁動作許可の判別処理での主止弁動作許可フラグＦＸのリセット（ＦＸ＝０）に続き、次回以降の本ルーチンのステップＳ２３０での否定判定がなされるまで継続されることになる。
ステップＳ２３０での肯定判定（ＦＸ＝１）は、図３の主止弁動作許可の判別処理におけるステップＳ１３５〜１４５までの処理が実際にガス充填がなされていることによって順次実行された結果、下されることになる。よって、ステップＳ２２０での肯定判定に続くステップＳ２５０の主止弁２４５の閉弁処理は、燃料タンク２００への燃料ガス充填が検知されたために、ガス充填操作がなされて主止弁２４５の閉弁状態に制御することと同義となる。
以上説明した構成を有する本実施形態の車両１０は、次の利点を有する。車両１０が停止している期間において、例えば水素ステーション５０に停止している期間において、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスにより、リッド３１０が開状態とされたままであることが有り得る。具体的には、ガス充填操作者が第１のリッドセンサー３３０を指で押さえたまま、リッド３１０を不完全に閉めたとすると、リッド３１０が開状態である故にガス充填が実行可能であり、燃料電池１００が運転を停止している故に運転停止期間における保護処置も実行可能な状況となり得る。本実施形態の車両１０は、次のようにして、こうした状況に対処する。
まず、本実施形態の車両１０は、上記したようにガス充填も保護処置も実行可能な状況下では、燃料タンク２００への燃料ガス充填が検知されると（図３：ステップＳ１２０の肯定判定とこれに続くステップＳ１３５〜ステップＳ１４０）、主止弁動作許可フラグＦＸへの値１のセットを受けて（図３：ステップＳ１４５および図５：ステップＳ２３０の肯定判定）、主止弁２４５の開弁を許可しない、または、開弁している主止弁２４５を閉弁する（ステップＳ２５０）。よって、本実施形態の車両１０によれば、主止弁２４５の開弁を伴う燃料電池１００の運転停止期間における保護措置を中止、或いは不実施とすることで、ガス充填がなされている状況下での安全性の向上を担保できる。
その反面、本実施形態の車両１０は、燃料タンク２００への水素ガス（燃料ガス）のガス充填が検知されていなければ（ステップＳ１２０：否定判定）、燃料電池１００の運転停止期間において水分の凍結が起き得る閾値温度Ｔｃまで燃料電池温度Ｔｆが低下すると（ステップＳ２２０：肯定判定）、主止弁２４５を運転停止期間において開弁して（ステップＳ２４０）、燃料タンク２００から燃料電池１００へのガス供給（水素ガス供給）を図り、アノードから水を排出する。よって、本実施形態の車両１０によれば、運転停止期間における燃料電池１００の保護処置が実行され、水分凍結に伴う性能低下を抑制できる。換言すれば、本実施形態の車両１０によれば、ガス充填がなされている状況下では、燃料電池１００へのガス供給を中止または不実施とすることで、燃料電池１００の運転停止期間における安全性の向上を担保した上で、凍結防止のためのガス供給の実行機会を確保して燃料電池１００の保護を図ることができる。
本実施形態の車両１０は、圧力センサー２６０の出力（充填管路圧力Ｐ）が昇圧カウンターＣＴａで規定された所定の継続期間に亘って継続して増大していると（ステップＳ１２０の肯定判定とこれに続くステップＳ１３５〜Ｓ１４０）、燃料タンク２００へのガス充填がなされていると検知して、主止弁動作許可フラグＦＸをセットする（ステップＳ１４５）。よって、本実施形態の車両１０によれば、燃料タンク２００へのガス充填を高い確度で検知できるので、燃料電池１００へのガス供給を不用意に中止または不実施としてしまうような事態を回避して、燃料電池保護の実効性を高めることができる。
本実施形態の車両１０は、充填管路圧力Ｐに基づいたガス充填検知を行うに当たり、図４に示すように、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降では、対比基準圧力Ｐlockを、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定した（ステップＳ１２５）。よって、次の利点がある。
図３の充填管路圧力Ｐの平準化（ステップＳ１１０）は、昇圧推移している充填管路圧力Ｐについてもなされるので、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降の平準圧力Ｐｓｍは、図４に示すように、充填管路圧力Ｐの昇圧推移に伴い昇圧する。よって、対比基準圧力Ｐlockを、昇圧推移している充填管路圧力Ｐについて図３のステップＳ１１０でその都度算出した平準圧力Ｐｓｍとすると、図４に示すように、充填管路圧力Ｐと平準圧力Ｐｓｍ（＝対比基準圧力Ｐlock）の差分圧力ΔＰは、昇圧推移した当初の差分圧力ΔＰとさほど変わらない。これに対し、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降では、ステップＳ１２０での否定判定がなされずにステップＳ１２５に移行しないので、対比基準圧力Ｐlockは、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定されて差分圧力ΔＰを顕著化できるので、高い確度でガス充填を検知できる。
次に、変形例について説明する。図６は車両停止時に実行される変形例の主止弁動作許可の判別処理を示すフローチャートである。この変形例の主止弁動作許可の判別処理は、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降において、センサー出力値たる充填管路圧力Ｐがノイズの重畳等の影響で一時的に低下することを想定した点に特徴がある。
図６に示す主止弁動作許可の判別処理にあっても、制御部１１０により所定時間ごとに繰り返し実行され、既述した実施形態における主止弁動作許可の判別処理と同様に、車両停止状態の判定（ステップＳ１００）と、ここでの肯定判定に続く充填管路圧力Ｐの読込・記憶（ステップＳ１０５）、充填管路圧力Ｐの平準化（ステップＳ１１０）、差分圧力ΔＰの算出（ステップＳ１１５）、差分圧力ΔＰと閾値圧力Ｐαとの対比判定（ステップＳ１２０）が実行される。そして、ステップＳ１２０にて差分圧力ΔＰが閾値圧力Ｐαより小さいと否定判定した後に、圧力降下カウンターＣＴｂをカウンター閾値γと対比する（ステップＳ１６０）。このカウンター閾値γは、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった以降において、充填管路圧力Ｐが低下した場合に、その圧力低下がノイズの重畳等の影響で起きたと判断するに足りる短時間の経過時間に相当するカウンター値とされ、既述した昇圧カウンターＣＴａにセットされるカウンター閾値βより小さい（γ＜＜β）。圧力降下カウンターＣＴｂには、スタータースイッチ１１５（図２参照）のオフ操作時点で上記のカウンター閾値γが初期値としてセットされている。よって、充填管路圧力Ｐが図４に示す非昇圧推移に継続して属している状況下では、制御部１１０は、ステップＳ１６０において、圧力降下カウンターＣＴｂはカウンター閾値γより小さくはないと否定判定し、ステップＳ１１０で平滑化した平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセット（ステップＳ１２５）、昇圧カウンターＣＴａへのカウンター閾値βのセット（ステップＳ１３０）を順次実行し、一旦、本ルーチンを終了する。このため、この変形例にあっても、充填管路圧力Ｐの推移が非昇圧推移である状況下では、平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセットと（ステップＳ１２５）、昇圧カウンターＣＴａへのカウンター閾値βのセット（ステップＳ１３０）とが繰り返し実行される。これにより、充填管路圧力Ｐの推移が非昇圧推移である状況下では、対比基準圧力Ｐlockは、常に最新の平準圧力Ｐｓｍとされ、昇圧カウンターＣＴａはカウンター閾値βのままとなる。
その一方、ステップＳ１６０での肯定判定は、次のようにして下される。既述したように、圧力降下カウンターＣＴｂには、初期値としてカウンター閾値γがセットされており、この圧力降下カウンターＣＴｂは、充填管路圧力Ｐが図４に示す非昇圧推移から昇圧推移に変わってステップＳ１２０で肯定判定された後にしか、リセットされない（ステップＳ１２２）。そうすると、充填管路圧力Ｐが図４の非昇圧推移の状況にある場合には、常に、ステップＳ１６０では否定判定される。そして、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わってから実際に低下すると、或いは、充填管路圧力Ｐがノイズの重畳等の影響を受けて一時的に低下すると、前回の本ルーチンのステップＳ１２０での肯定判定と、ステップＳ１２２での圧力降下カウンターＣＴｂのリセットがなされるので、今回の本ルーチンにおけるステップＳ１６０では、圧力降下カウンターＣＴｂ（＝０）はカウンター閾値γより小さいと肯定判定される。ステップＳ１６０での肯定判定に続き、制御部１１０は、圧力降下カウンターＣＴｂの値を値１だけ加算し（ステップＳ１６５）、本ルーチンを終了する。
ステップＳ１６０の肯定判定が充填管路圧力Ｐが実際に低下したことでなされた場合では、充填管路圧力Ｐは、それ以降において非昇圧推移に継続して属することから、本ルーチンの繰り返しの過程でやがてステップＳ１６０で否定判定され、既述したように平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセット（ステップＳ１２５）以降の処理が実行される。ところが、充填管路圧力Ｐがノイズの重畳等の影響を受けて一時的に低下した場合であると、圧力降下カウンターＣＴｂはカウンター閾値γより小さいとの肯定判定（ステップＳ１６０）に続き、圧力降下カウンターＣＴｂの加算（ステップＳ１６５）が行われ、その後に充填管路圧力Ｐは昇圧推移に属するので、ステップＳ１２０のでは肯定判定されて、ステップＳ１６０には移行しない。よって、充填管路圧力Ｐがノイズの重畳等の影響を受けて一時的に低下しても、ステップＳ１２５による平準圧力Ｐｓｍの対比基準圧力Ｐlockへのセットがなされないので、図４に示すように、対比基準圧力Ｐlockは、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定される。また、昇圧カウンターＣＴａについても、カウンター閾値βのセットがなされない。
こうした一時的な充填管路圧力Ｐの低下が解消すると、充填管路圧力Ｐは、一時的な低下を起こす前の昇圧推移に改めて属することになる。よって、圧力低下の解消以降の本ルーチンのステップＳ１１５では、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定された対比基準圧力Ｐlockと実際の充填管路圧力Ｐとの差分圧力ΔＰが算出され、ステップＳ１２０では、差分圧力ΔＰは閾値圧力Ｐα以上であると改めて肯定判定される。この肯定判定に続き、制御部１１０は、ステップＳ１２０にて否定判定された以降の経過時間を示す圧力降下カウンターＣＴｂを値ゼロにリセットする（ステップＳ１２２）。なお、このカウンターリセットは、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に継続して属する場合にも実行されるが、こうした場合には、ステップＳ１２０での否定判定はなされないので、特段の支障は無い。
カウンターのリセット後は、既述した実施形態における主止弁動作許可の判別処理と同様に、昇圧カウンターＣＴａの値１だけの減算と（ステップＳ１３５）、昇圧カウンターＣＴａの対比判定（ステップＳ１４０）を行い、ステップＳ１４０で否定判定（ＣＴａ＞０）すると、制御部１１０は、一旦、本ルーチンを終了する。これにより、充填管路圧力Ｐが昇圧推移の状況であると、或いは、一時的に低下した充填管路圧力Ｐが昇圧推移に戻ると、昇圧カウンターＣＴａの減算（ステップＳ１３５）が継続される。そして、充填管路圧力Ｐが昇圧推移の状況であるために昇圧カウンターＣＴａの減算が継続され、やがて、昇圧カウンターＣＴａが値ゼロとなると、制御部１１０は、ステップＳ１４０での肯定判定に続き、主止弁動作許可フラグＦＸ（初期値ゼロ）に値１をセットして（ステップＳ１４５）、本ルーチンを終了する。
以上説明した変形例の主止弁動作許可の判別処理を行う車両１０によっても、既述したように、ガス充填がなされている状況下では、燃料電池１００へのガス供給を中止または停止することで、燃料電池１００の運転停止期間における安全性の向上を担保した上で、凍結防止のためのガス供給の実行機会を確保して燃料電池１００の保護を図ることができる。これに加え、変形例の主止弁動作許可の判別処理を行う車両１０によれば、次の利点がある。
変形例の主止弁動作許可の判別処理を行う車両１０は、昇圧推移していた充填管路圧力Ｐが低下しても、圧力低下がノイズ重畳等に起因した短時間の内の圧力低下であって、充填管路圧力Ｐがその後に昇圧推移に戻れば、対比基準圧力Ｐlockを、充填管路圧力Ｐが昇圧推移に変わる直前の非昇圧推移の時の平準圧力Ｐｓｍに固定したままとする。また、昇圧カウンターＣＴａも初期化せず固定する。よって、この変形例の主止弁動作許可の判別処理を行う車両１０によれば、一時的な充填管路圧力Ｐの圧力低下が起きても、充填管路圧力Ｐが非昇圧推移から昇圧推移に変わった当初からの経過時間により、ガス充填の有無を高い確度で検知できる。
本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。
上記の実施形態では、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスといった何らかの原因でリッドが開状態のままでの燃料電池１００の運転停止期間において、ガス充填と平行して実行され得る制御を、水分凍結防止のための主止弁２４５の開弁を伴うガスパージ制御（保護措置）としたが、これに限られない。例えば、燃料電池１００の運転停止期間において、車室内のオーディオ機器や前照灯、車内灯と云った補機類での二次電池１３０の電力消費が進み、二次電池１３０の充電電力がほぼ全て放電されてしまうことが有り得る。こうした場合には、運転停止解除後の車両走行に備えて、燃料電池１００の運転停止期間において、二次電池１３０を緊急避難的に充電する必要も有り得る。よって、ガス充填操作者の不注意や閉操作ミスといった何らかの原因でリッドが開状態のままでの燃料電池１００の運転停止期間において、ガス充填と平行して実行され得る制御を、二次電池１３０の充電制御としてもよい。
上記の実施形態では、燃料電池１００の運転停止期間においてガス充填がなされると、水分凍結の防止のために行う燃料電池１００へのガス供給を中止または不実施とするので、次のようにしてもよい。ガス充填が検知されていない燃料電池１００の運転停止状況下に限って、主止弁２４５の開弁に伴う燃料電池１００へのガス供給を許可するようにしてもよい。こうしても、燃料電池１００の運転停止期間における安全性の向上を担保した上で、水分凍結の防止のためのガス供給の実行機会を確保できる。
上記の実施形態では、燃料ガス充填管２１０における充填管路圧力Ｐの昇圧推移により、燃料タンク２００への水素ガス（燃料ガス）の充填を検知し、これをもってガス充填のための充填操作がなされたとしたが、次のようにしてもよい。ガス充填時には、赤外線送受信機３５０と赤外線送受信機５５０とが接続されて、水素ステーション５０と車両１０（詳しくは制御部１１０）との間でデータ送信がなされる。よって、赤外線送受信機３５０と赤外線送受信機５５０との接続を経てデータ送信がなされたことが検知されると、ガス充填のための充填操作がなされたと判断してもよい。
１０…車両
５０…水素ステーション
１００…燃料電池
１１０…制御部
１１５…スタータースイッチ
１２０…要求出力検知部
１３０…二次電池
１４０…電力分配コントローラ
１５０…駆動モーター
１６０…ドライブシャフト
１７０…動力分配ギア
１８０…車輪
２００…燃料タンク
２１０…燃料ガス充填管
２１５…レセプタクル
２１８…逆流防止弁
２２０…逆止弁
２４０…燃料ガス供給管
２４５…主止弁
２５０…レギュレーター
２６０…圧力センサー
２６５…圧力センサー
３００…リッドボックス
３１０…リッド
３１５…ヒンジ
３２０…リッドオープナー
３２５…リッド開ボタン
３３０…第１のリッドセンサー
３４０…第２のリッドセンサー
３５０…赤外線送受信機
５００…ガスタンク
５０５…ガス管
５１０…ガス供給ホース
５２０…ノズル
５３０…弁
５５０…赤外線送受信機
ＣＴａ…昇圧カウンター
ＣＴｂ…圧力降下カウンター
ＦＸ…主止弁動作許可フラグ
Ｐ…充填管路圧力
Ｐlock…対比基準圧力
Ｐｓｍ…平準圧力
Ｔｃ…閾値温度
Ｔｆ…燃料電池温度
Ｖ…車速

Claims (4)

  1. 車両の外板部分に設けられ燃料ガスの充填口をカバーするリッドと、燃料電池と、前記充填口を通じて充填された燃料ガスを貯留するタンクと、該タンクから前記燃料電池に到る燃料管路の開閉を介して前記タンクから前記燃料電池へのガス供給またはガス供給停止を切り替える主止弁とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
    前記リッドが開状態で前記主止弁が開弁されており、前記タンクに前記燃料ガスを充填するガス充填が検知された場合、前記主止弁を開弁状態から閉弁状態に切替制御する、燃料電池システムの制御方法。
  2. 前記燃料電池の運転停止期間において、前記ガス充填が検知されない場合には、前記燃料電池の状態に基づいて、前記主止弁を開弁状態に維持する、燃料電池システムの制御方法。
  3. 前記主止弁を開弁状態に維持する際の前記燃料電池の状態は、前記燃料電池における水分の凍結が起き得る条件が成立した場合である、請求項２に記載の燃料電池システムの制御方法。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
    前記タンクに前記燃料ガスを充填するための充填管路の管路内圧力を検出する圧力センサーの出力が所定の継続期間に亘って継続して増大していると、前記ガス充填が検知されたと判断する、燃料電池システムの制御方法。
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