JP2019053895A

JP2019053895A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2019053895A
Application number: JP2017177257A
Authority: JP
Inventors: 拓齋藤; Hiroshi Saito; 琴美藤永; Kotomi Fujinaga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: JP6969246B2

Abstract

【課題】ガス漏れ時にガス供給を遮断する遮断回路の健全性を検知する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給するための複数のインジェクタと、燃料電池と複数のインジェクタとの間に設けられた圧力センサと、複数のインジェクタに対して、開指令を出力する制御部と、燃料ガスの漏れを検知するガス漏れセンサと、ガス漏れセンサが燃料ガスの漏れを検知したときに複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力する遮断回路と、を備え、制御部は、燃料電池システムの起動時に、遮断回路に対して複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力させ、その後、複数のインジェクタに対して、開指令を出力し、燃料電池と複数のインジェクタとの間の圧力が上昇しない場合には、遮断回路は健全であると判断する。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料ガスの漏れを検知した時に燃料ガスの遮断を実行する技術に関する。

特許文献１には、ＦＣ起動時にインジェクタに対して開指令を行い、その後、インジェクタよりも下流の圧力が上昇しない場合には、インジェクタが閉まっていると判断することが記載されている。

特開２００８−０５３１２２号公報

燃料ガスの漏れを検知した時には、制御部は、インジェクタを閉状態に制御するが、制御部からの制御でインジェクタが実際に閉状態になるまでの間、燃料ガスが漏れてしまう。そのため、発明者らは、燃料ガスの漏れを検知したときに、インジェクタを通常の制御によって閉じるよりも短時間で閉状態にすることを検討した。しかしながら、この場合には、特許文献１の方法を適用するだけでは、付加した構成の健全性を検査することが困難であるという問題があった。

本発明は、上述の課題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。

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、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための複数のインジェクタと、前記燃料電池と前記複数のインジェクタとの間に設けられた圧力センサと、前記複数のインジェクタに対して、開指令を出力する制御部と、前記燃料ガスの漏れを検知するガス漏れセンサと、前記ガス漏れセンサが前記燃料ガスの漏れを検知したときに前記複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力する遮断回路と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記遮断回路に対して前記複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力させ、その後、前記複数のインジェクタに対して、開指令を出力し、前記燃料電池と前記複数のインジェクタとの間の圧力が上昇しない場合には、前記遮断回路は健全であると判断する。
この実施形態によれば、ガス漏れセンサが燃料ガスの漏れを検知したときに複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力する遮断回路を備えるので、制御部からの制御で複数のインジェクタを閉状態にする場合に比べて、早く複数のインジェクタを閉状態にできる。また、複数のインジェクタを備える場合、全てのインジェクタが同時に固着する状況は考えにくいため、燃料電池システムの起動時に、遮断回路の健全性を検査できる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池システムにおけるガス漏れ遮断回路、ガス漏れ遮断回路の検査方法等の種々の形態で実現することができる。

燃料電池車両の概略構成を示す説明図である。燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。制御部の概略構成を示す説明図である。燃料電池システムの起動時における動作フローチャートである。燃料電池システムの通常運転時におけるガス漏れの検知フローチャートである。第２実施形態におけるスタートスイッチオン時の処理フローチャートである。第２実施形態におけるスタートスイッチオフ時の処理フローチャートである。

・第１実施形態：
図１は、燃料電池車両１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池車両１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、制御部６００と、スタートスイッチ６０５と、ガス漏れセンサ７００と、二次電池８００と、を備える。燃料ガス供給系２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給流路２２０と、主止弁２５０と、レギュレータ２６０と、インジェクタ２７０と、を備える。

燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力を発生する。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。燃料ガス供給流路２２０は、燃料ガスタンク２１０から燃料電池１００に燃料ガスを供給するための流路である。燃料ガス供給流路２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０、レギュレータ２６０、インジェクタ２７０が設けられている。燃料ガス供給流路２２０のうち、主止弁２５０からレギュレータ２６０までの間を「高圧部２２１」、レギュレータ２６０からインジェクタ２７０までを「中圧部２２２」、インジェクタ２７０から燃料電池１００までを「低圧部２２３」と呼ぶ。なお、低圧部２２３は、後述する図２に示した。燃料ガス供給系２００については、図２において、更に詳しく説明する。

制御部６００は、燃料電池１００を運転するのに必要な制御をおこなう。例えば、運転手のアクセルペダル（図示せず）の操作に基づいてインジェクタ２７０の開弁時間を制御して燃料電池１００の出力を調整する。スタートスイッチ６０５は、燃料電池車両１０を起動し、または停止させるためのスイッチである。ガス漏れセンサ７００は、燃料ガスの漏れを検知する。本実施形態では、燃料電池１００の近傍と、燃料ガスタンク２１０の近傍にガス漏れセンサ７００が配置されている。ガス漏れセンサ７００の位置は、この２箇所に限られず、他の場所に配置して良い。ガス漏れの検知方式としては、例えば、接触燃焼式や半導体式が使用可能である。ガス漏れセンサ７００がガス漏れを検知したときには、主止弁２５０及びインジェクタ２７０は、閉状態とされる。この動作については、後述する。二次電池８００は、燃料電池１００とともに燃料電池車両１０の図示しない動力モータや補機類等に電力を供給する。

図２は、燃料電池車両１０に搭載される燃料電池システム１１の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１１は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化剤ガス供給系３００と、排ガス系４００と、冷却系５００と、を備える。制御部６００（図１）は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化剤ガス供給系３００と、排ガス系４００と、冷却系５００に設けられた後述する弁やセンサに接続され、電気的な信号をやり取りしている。これらの信号線については、図面が見づらくなるため、図示を省略している。

燃料ガス供給系２００は、燃料電池１００に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給系２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給流路２２０と、燃料ガス排気流路２３０と、燃料ガス還流流路２４０と、主止弁２５０と、レギュレータ２６０と、インジェクタ２７０と、気液分離器２８０と、還流ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。

燃料ガスタンク２１０と燃料電池１００とは、燃料ガス供給流路２２０で接続されている。燃料ガス供給流路２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレータ２６０と、インジェクタ２７０が設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオン・オフする。レギュレータ２６０は、燃料ガスの圧力を所定の圧力（中圧）に減圧してインジェクタ２７０に供給する。インジェクタ２７０は、燃料ガスの圧力と量とを調整して燃料電池１００に噴射する噴射装置である。本実施形態では、３つのインジェクタ２７０が並列に配置されている。なお、インジェクタ２７０の数は３に限定されず、２以上の複数のインジェクタ２７０を備える構成であればよい。高圧部２２１、中圧部２２２、低圧部２２３には、それぞれ圧力センサ２２５、２２６、２２７が配置されている。これらの圧力センサのうち、高圧部２２１に設けられる圧力センサ２２５については、省略可能である。

燃料ガス排気流路２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流流路２４０は、燃料ガス排気流路２３０と、燃料ガス供給流路２２０の低圧部２２３に接続されている。燃料ガス排気流路２３０と燃料ガス還流流路２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料電池１００から排出される燃料排ガスには、反応で消費されなかった燃料ガス及び燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（燃料ガスと窒素などの不純物）とを分離する。燃料ガス還流流路２４０には、還流ポンプ２９０が設けられている。気液分離器２８０で分離された、消費されなかった燃料ガスを含むガスは、還流ポンプ２９０によって燃料ガス供給流路２２０の低圧部２２３に戻され、再利用される。

酸化剤ガス供給系３００は、燃料電池１００に酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス供給系３００は、エアクリーナ３１０と、酸化剤ガス供給流路３２０と、エアコンプレッサ３３０と、インタクーラ３４０と、スタック入口バルブ３５０と、大気圧センサ３７５と、外気温センサ３８０と、エアフローメータ３８５と、供給ガス温度センサ３９０と、供給ガス圧力センサ３９５と、を備える。本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガスとして、空気（厳密には空気中の酸素）を用いる。

エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。エアクリーナ３１０と、燃料電池１００とは、酸化剤ガス供給流路３２０で接続されている。酸化剤ガス供給流路３２０上には、エアクリーナ３１０側から、エアコンプレッサ３３０、インタクーラ３４０、スタック入口バルブ３５０がこの順で設けられている。エアコンプレッサ３３０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給流路３２０を通して空気を燃料電池１００に送る。一般に、気体が圧縮されると温度が上昇する。インタクーラ３４０は、圧縮されて温度が上昇した空気の温度を下げる。インタクーラ３４０には、冷却系５００を流れる冷却水が分流されて流れており、この冷却水を用いて、圧縮され温度が上昇した空気の温度を下げる。スタック入口バルブ３５０は、空気の燃料電池１００への供給をオン・オフするためのバルブである。大気圧センサ３７５は、大気圧を測定する。外気温センサ３８０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３８５は、取り込んだ空気の流量を測定する。供給ガス温度センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９５は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。

排ガス系４００は、燃料電池１００から大気へ排ガスを排出させる。排ガス系４００は、排ガス流路４１０と、調圧バルブ４２０と、燃料ガス排出流路４３０と、排気排水バルブ４４０と、酸化剤ガスバイパス流路４５０と、サイレンサー４７０とを備える。排ガス流路４１０は、燃料電池１００の酸化剤排ガスを排出する。排ガス流路４１０には、調圧バルブ４２０が設けられている。調圧バルブ４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出流路４３０は、気液分離器２８０と、排ガス流路４１０とを接続している。燃料ガス排出流路４３０上には、排気排水バルブ４４０が設けられている。酸化剤ガスバイパス流路４５０は、酸化剤ガス供給流路３２０と、排ガス流路４１０とを接続している。酸化剤ガスバイパス流路４５０には、バイパスバルブ４５５が設けられている。酸化剤ガスバイパス流路４５０は、燃料電池１００を経由せずに空気を排ガス流路４１０にバイパスさせるための流路である。サイレンサー４７０は、排ガス流路４１０の下流部に設けられており、排気音を減少させる。

冷却系５００は、燃料電池１００を冷却する。冷却系５００は、冷却水供給流路５１０と、冷却水排出流路５１５と、ラジエータ流路５２０と、ウォーターポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス流路５４０と、三方バルブ５４５と、を備える。冷却水供給流路５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための流路であり、冷却水供給流路５１０にはウォーターポンプ５２５が配置されている。冷却水排出流路５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための流路である。冷却水排出流路５１５には、温度センサ５５０が設けられており、燃料電池１００から排出される冷却水の温度を測定する。冷却水排出流路５１５の下流部は、三方バルブ５４５を介して、ラジエータ流路５２０と、バイパス流路５４０と、に接続されている。ラジエータ流路５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ流路５２０の下流部と、バイパス流路５４０の下流部とは、冷却水供給流路５１０に接続されている。冷却水供給流路５１０と、冷却水排出流路５１５とは、インタクーラ３４０に接続されている。

図３は、制御部６００の概略構成を示す説明図である。制御部６００は、ＰＭ−ＥＣＵ６１０と、ＦＣ−ＥＣＵ６５０とを備える。図１では、制御部６００を一つのまとまりとして図示したが、ＰＭ−ＥＣＵ６１０は、例えば室内（図示せず）に配置されており、ＦＣ−ＥＣＵ６５０は、例えば、燃料電池１００が格納されるフロントルームに配置されている。ＰＭ−ＥＣＵ６１０は、燃料電池車両１０全体の制御を司る電子制御回路であり、ＣＰＵ６１５と、インジェクタ指令値算出部６２０と、送受信部６２５と、遮断回路６３０と、入力インターフェイス６３５、６３７と、出力インターフェイス６４０とを備える。ＦＣ−ＥＣＵ６５０は、主として燃料電池システム１１の制御を司る電子制御回路であり、ＣＰＵ６５５と、インジェクタ制御部６６０と、送受信部６６５と、バッファ回路６７０と、圧力取得部６７５と、主止弁制御部６８０と、エアコンプレッサ制御部６８５と、プルダウン抵抗器６９０とを備える。ＰＭ−ＥＣＵ６１０とＦＣ−ＥＣＵ６５０の間の通信は、通信ケーブル６４５により実行される。また、ＰＭ−ＥＣＵ６１０の遮断回路６３０の出力は、ＦＣ−ＥＣＵ６５０のバッファ回路３７０に、信号線６４７で直接接続されている。通信ケーブル６４５と信号線６４７とは、以下の点が異なっている。通信ケーブル６４５は所定のプロトコルにより双方向の通信が可能であり、プロトコルとともにデータが通信ケーブル６４５を介して送受信される。これに対し、信号線６４７は、遮断回路６３０からバッファ回路３７０への一方向にハイレベル信号（以下「Ｈ」と略す。）またはローレベル信号（以下［Ｌ］と略す。）が出力される。

入力インターフェイス６３５は、アクセルペダルセンサ７２０に接続され、入力インターフェイス６３７は、ガス漏れセンサ７００に接続されている。出力インターフェイス６４０は、警告灯７１０に接続されている。入力インターフェイスや出力インターフェイスは、図示、説明したものに限られない。

インジェクタ指令値算出部６２０は、ＣＰＵ６１５から指示を受けてアクセルペダルセンサ７２０から運転手のアクセルペダルの踏み込み量を取得し、インジェクタ２７０から噴射させる燃料ガスの量を指令する指令値を算出する。送受信部６２５は、算出された指令値を、通信ケーブル６４５を介してＦＣ−ＥＣＵ６５０の送受信部６６５に送る。

遮断回路６３０は、ガス漏れセンサ７００からのガス漏れ信号、あるいはＣＰＵ６１５からの指示を受けると、遮断信号を発生する。ガス漏れセンサ７００からのガス漏れ信号を受けて生成された遮断信号は、ＣＰＵ６１５や送受信部６２５を介さずに、通信線６４７を介して直接ＦＣ−ＥＣＵ６５０のバッファ回路６７０に送られる。この理由は、ガス漏れセンサ７００からのガス漏れ信号をＣＰＵ６１５に認識させ、ＣＰＵ６１５から遮断信号を送る場合には、ＣＰＵ６１５や送受信部６２５での処理時間だけ遅れるからである。

本実施形態では、遮断回路６３０は、ＰＭ−ＥＣＵ６１０の内部に設けられているが、遮断回路６３０が、ＰＭ−ＥＣＵ６１０の外部に設けられる構成であってもよい。

次に、上述したＦＣ−ＥＣＵ６５０の各構成について説明する。送受信部６６５は、ＰＭ−ＥＣＵ６１０から通信ケーブル６４５を介してインジェクタ２７０を駆動するための指令値を受信する。圧力取得部６７５は、圧力センサ２２５、２２６、２２７から圧力を取得する。インジェクタ制御部６６０は、送受信部６６５から指令値と、圧力センサ２２７からの圧力値に基づいて複数のインジェクタ２７０をそれぞれ駆動するための開指令信号（Ｈ）を生成し、ドライバであるアンド回路６９５に出力する。

バッファ回路６７０は、信号線６４７を介して遮断回路６３０と接続されており、遮断回路６３０から遮断信号を受けない場合には、アンド回路６９５にＨを出力し、遮断回路６３０から遮断信号を受けると、出力をＬに反転する。アンド回路６９５は、複数のインジェクタ２７０の個々に対応して設けられている。アンド回路６９５は、バッファ回路６７０からＨの信号を受け、且つ、インジェクタ制御部６６０からＨの信号を受けたときに、出力である駆動信号Ｄｒ１〜Ｄｒ３をＨにして、インジェクタ２７０から燃料ガスを噴射させる。なお、本実施形態では、バッファ回路６７０とアンド回路６９５の間には、プルダウン抵抗器６９０が配置されており、バッファ回路６７０からＨの出力が停止され、あるいは、バッファ回路６７０の出力が不定になった場合には、アンド回路６９５の出力をＬにするように構成されている。このように構成すれば、バッファ回路６７０からＨの信号が発せられない限りアンド回路６９５の出力である駆動信号Ｄｒ１〜Ｄｒ３はＨとならないため、フェールセーフ機構を実現できる。なお、本実施形態ではプルダウン抵抗器６９０を備えるが、バッファ回路６７０とアンド回路６９５の間に、プルアップ抵抗器を配置し、ガス漏れセンサ７００がガス漏れを検知したときに、バッファ回路６７０からの出力がＬとなるようにしても良い。

主止弁制御部６８０は、ＣＰＵ６５５から指示を受けて、主止弁２５０を開弁または閉弁させる。具体的には、燃料電池システム１１の起動時には、図示しないアクチュエータに指示して、主止弁２５０を開弁させ、燃料電池システム１１の停止時には、主止弁２５０を閉弁させる。また、ガス漏れセンサ７００がガス漏れを検知したときには、ＣＰＵ６５５から指示を受けて、主止弁２５０を閉弁させる。エアコンプレッサ制御部６８５は、燃料電池１００のカソードに酸化剤ガスとしての空気を送り込むエアコンプレッサ３３０の駆動を制御する。

図４は、燃料電池システム１１の起動時における動作フローチャートである。この処理は、燃料電池車両１０のスタートスイッチ６０５（図１）が押され、燃料電池システム１１が起動するときに実行される。ステップＳ１００では、制御部６００が起動する。ステップＳ１１０では、ＣＰＵ６１５は、遮断回路６３０に対して遮断信号を出力させる。ステップＳ１２０では、ＣＰＵ６５５は、主止弁制御部６８０に主止弁２５０を開弁させる。なお、制御部６００は、ステップＳ１１０とＳ１２０について、どちらを先に行ってもよく、同時に行ってもよい。

ステップＳ１３０では、インジェクタ指令値算出部６２０は、複数のインジェクタ２７０の全てから燃料ガスが噴射されるような指令値をＦＣ−ＥＣＵ６５０のインジェクタ制御部６６０に送る。但し、上述したようにステップＳ１１０で遮断信号が出力されているので、バッファ回路６７０からの出力はＬとなっている。したがって、この場合、インジェクタ制御部からの信号がＨとなったとしても、アンド回路６９５から出力される駆動信号Ｄｒ１〜Ｄｒ３はＨとはならず、インジェクタ２７０から燃料ガスは噴射されない。

ステップＳ１４０では、ＣＰＵ６５５は、圧力センサ２２７により検出している低圧部２２３の圧力が上昇したか否かを判断する。所定の期間に低圧部２２３の圧力が上昇しない場合には、ステップＳ１５０に移行し、ＣＰＵ６５５は、遮断回路６３０に不具合は無い、すなわち健全であると判断する。低圧部２２３の圧力が上昇しない場合には、インジェクタ２７０から燃料ガスが噴射されていない若しくは漏れていないと判断できる。この場合、全てのインジェクタ２７０が閉固着している場合と、遮断回路６３０が健全であり、遮断信号がＬである場合、の２つの場合が考えられる。しかし、インジェクタ２７０が複数ある場合に、複数のインジェクタ２７０の全てが閉固着していることは考えにくい。したがって、低圧部２２３の圧力が上昇しない場合には、ＣＰＵ６５５は、遮断回路６３０が健全に動作していると判断するのが妥当である。

他方、ステップＳ１４０において低圧部２２３の圧力が上昇している場合には、ステップＳ１６０に移行し、ＣＰＵ６５５は、送受信部６５５から通信ケーブル６４５を介して送受信部６２５のルートで、不具合の発生をＣＰＵ６１５に伝える。遮断回路６３０の出力をＬにしても低圧部２２３の圧力が上昇したとすれば、３つのインジェクタ２７０の内の少なくともひとつから燃料ガスが漏れているのであり、不具合があると判断できるからである。こうした不具合の原因としては、インジェクタ２７０の少なくとも一つが全閉にならない故障を起こしているか、あるいは遮断回路６３０からの信号によりバッファ回路６７０の出力をＬにする回路構成が故障している、といったケースが考えられる。ＣＰＵ６１５は、こうした不具合があることを警告灯７１０に表示し、運転手に不具合を報知する。

ステップＳ１８０では、ＣＰＵ６１５は、全てのインジェクタ２７０の駆動を停止させる。具体的には、インジェクタ指令値算出部６２０に、インジェクタ２７０から燃料ガスを噴射しないための指令値を算出させる。ステップＳ１８５では、ＣＰＵ６１５は、遮断回路６３０に対し、遮断信号の出力を停止させる。これにより、バッファ回路６７０の出力はＨとなり、アンド回路６９５の一方の入力がＨとなる。ステップＳ１９０では、ＣＰ６５５は、酸化剤ガス供給系３００を起動し、エアコンプレッサ制御部６８５に対してエアコンプレッサ３３０を駆動させて燃料電池１００へ空気を送り込ませ、燃料電池１００に発電を開始させる。ステップＳ１９５では、燃料電池システム１１の起動を完了し、通常運転に移行する。通常運転では、アンド回路６９５は、インジェクタ制御部６６０からＨの信号が入力されると、そのＨの期間、駆動信号Ｄｒ１〜Ｄｒ３の出力をＨとし、インジェクタ２７０を駆動し、燃料ガスを噴射させる。

図５は、燃料電池システム１１の通常運転時におけるガス漏れの検知フローチャートである。通常運転では、燃料ガスタンク２１０からインジェクタ２７０を経て燃料電池１００に燃料ガスが供給され、発電が行われている。ステップＳ２００でガス漏れセンサ７００が燃料ガスの漏れを検知すると、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、遮断回路６３０は、遮断信号を出力し、バッファ回路６７０の出力をＬとする。遮断回路６３０からの遮断信号は、ＣＰＵ６１５の処理を受けずに信号線６４７を介して直接バッファ回路６７０に送信されるため、信号処理遅延が少ない。ステップＳ２２０では、ＣＰＵ６１５からガス漏れを検知したことがＣＰＵ６５５に送信され、ＣＰＵ６５５は、主止弁制御部６８０に主止弁２５０を閉弁させ、エアコンプレッサ制御部６８５にエアコンプレッサ３３０を停止させる。

ステップＳ２３０では、ＣＰＵ６１５は、警告灯７１０にガス漏れの警告を表示させることで、運転手にガス漏れを報知する。ステップＳ２４０では、ＣＰＵ６１５は、燃料電池車両１０をバッテリ走行に切り換える。この後、運転手は、燃料電池車両１０を、例えば修理工場に移動させることができる。

以上、第１実施形態によれば、ガス漏れセンサ７００が燃料ガスの漏れを検知したときにインジェクタ２７０の開指令を遮断する信号を出力する遮断回路６３０を備え、この遮断信号は、通信線６４７を介して直接バッファ回路６７０に出力されるので、ＣＰＵ６１５からの制御でインジェクタ２７０を閉状態にする場合に比べて、早くインジェクタ２７０を閉状態にできる。

第１実施形態では、遮断回路６３０により、インジェクタ２７０の両方を閉じるとともに、主止弁制御部６８０により主止弁２５０を閉じるため、インジェクタ２７０よりも下流側の低圧部２２３と、主止弁２５０からインジェクタ２７０までの中圧領域に分けるので、ガス漏れの量を少なくできる。

第１実施形態によれば、図４で説明したように、燃料電池システム１１の起動時に、起動動作に影響を与えること無く、遮断回路６３０の健全性を検査できる。

・第２実施形態：
第２実施形態について説明する。第２実施形態の燃料電池システムでは、図６に示したスタートスイッチオン時の処理と、図７に示したスタートスイッチオフ時の処理とを組み合わせて、遮断回路６３０の健全性について判断する。図６に示した処理は、第１実施形態の図４の処理に対応している。図４と同一の処理については、同一の符号を付し、説明は省略する。

第２実施形態では、スタートスイッチ６０５（図１）がオンにされると、ステップＳ１００で制御部６００が起動した後、ステップＳ１０５で、ＣＰＵ６６５は、フラグＦijが値０であるか否かの判断を行なう。このフラグＦijは、インジェクタ２７０に開固着の不具合があるか否かを示し、インジェクタ２７０に開固着の不具合がない場合には、フラグＦijの値は０であり、インジェクタ２７０に開固着の不具合があるフラグＦijの値は１である。フラグＦijの値は、後述する図７に示したスタートスイッチオフ時の処理により設定され、例えば、ＦＣ−ＥＣＵ６５０内のメモリに不揮発的に記憶されている。ステップＳ１０５において、フラグＦｉｊが０の場合には、インジェクタ２７０に開固着の不具合がないので、ステップＳ１１０に移行し、以後、図４で説明下第１実施形態と同様の処理が実行される。ただし、ステップＳ１４０において低圧部２２３の圧力が上昇している場合には、ＣＰＵ６５５は、ステップＳ１６０の代わりにステップＳ１７０を実行し、遮断回路６３０に不具合が発生したと判断する。第２実施形態では、フラグＦｉｊが値０である場合には、インジェクタ２７０の開固着の不具合は排除され、低圧部２２３の圧力が上昇している場合には、遮断回路６３０の不具合であると特定できるからである。ＣＰＵ６５５は、送受信部６５５から通信ケーブル６４５を介して送受信部６２５のルートで、遮断回路６３０に不具合が発生したことをＣＰＵ６１５に伝える。ＣＰＵ６１５は、遮断回路６３０に不具合が発生したことを警告灯７１０に表示し、運転手に不具合を報知する。

ステップＳ１０５において、フラグＦｉｊが０の場合には、インジェクタ２７０に開固着の不具合が存在する。かかる場合には、ステップＳ１０７に移行し、ＣＰＵ６１５は、燃料電池システム１１の起動を中止する。ステップＳ１０８でＣＰＵ６１５は、インジェクタ２７０に不具合があることを運転手に報知し、ステップＳ１０９でバッテリ走行に切り換える。バッテリ走行に切り換えることにより、運転手は、不具合の修理のため、修理工場まで車両１０を走行させることができる。

図７に示すフローチャートは、燃料電池車両１０のスタートスイッチ６０５（図１）がオフにされると実行される。ステップＳ３００では、主止弁制御部６８０が、主止弁２５０を閉弁する。ステップＳ３１０では、インジェクタ制御部６６０は、インジェクタ２７０の駆動を停止する。燃料ガス供給流路２２０は、主止弁２５０とレギュレータ２６０とインジェクタ２７０により圧力の異なる４つの領域に分けられる。すなわち、主止弁２５０より上流側の領域は、高圧であり、主止弁２５０からレギュレータ２６０までの間の領域は中高圧であり、レギュレータ２６０からインジェクタまでの間が中低圧であり、インジェクタ２７０より下流側の領域は低圧となる。レギュレータ２６０からインジェクタまでの間が中低圧の領域が、中圧部２２２と一致し、インジェクタ２７０より下流側の領域は、低圧部２２３と一致する。

ステップＳ３２０では、制御部６００は、中圧部２２２の圧力が下降するか、否かを判断する。ステップＳ３２０で中圧部２２２の圧力が下降する場合には、ステップＳ３４０に移行し、ＣＰＵ６５５は、インジェクタ２７０のうちのいずれかに開固着の不具合が存在すると判断する。ステップＳ３５０では、ＣＰＵ６５５は、ＣＰＵ６１５にインジェクタ２７０が開固着であることを伝える。ＣＰＵ６１５は、警告灯７１０に、インジェクタ２７０が開固着であることを表示し、運転手に報知する。運転手は、これを見て、燃料電池車両１０を再び起動し、修理工場に移動させることができる。ステップＳ３５５では、ＣＰＵ６５５は、フラグＦｉｊを１とする。

ステップＳ３２０で中圧部２２２の圧力が下降しない場合には、ステップＳ３３０に移行し、ＣＰＵ６５５は、インジェクタ２７０に開固着の不具合は存在しないと判断する。ステップＳ３３５では、ＣＰＵ６５５は、フラグＦｉｊを０とする。一方、中圧部２２２の圧力が下降する場合には、ステップＳ３６０では、ＣＰＵ６５５は、エアコンプレッサ制御部６８５にエアコンプレッサ３３０を停止させて酸化ガス系３００を停止させる。ステップＳ３７０では、制御部６００はその後停止する。

以上説明したように、スタートスイッチ６０５のオフ時の処理により、インジェクタ２７０の開固着、例えば異物を噛み込んで燃料ガスが漏れる状態となっていることが検出された場合、フラグＦijは値１に設定され、不揮発的に記憶される。そこで、図６に示したステップＳ１０５では、このフラグＦijが値０であるかを判断し、フラグＦijが値０でなければ、インジェクタ２７０は正常であると判断し、ステップＳ１１０以下の処理を実行する。以後の処理は第１実施形態と同様である。但し、第２実施形態では、低圧部の圧力が上昇している場合の不具合の検知（ステップＳ１７０）は、第１実施形態とは異なり、遮断回路６３０の不具合と判断できる。これは、フラグＦijの値を判別することにより（ステップＳ１０５）、インジェクタ２７０に開固着がないと判断しているからである。

以上、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ガス漏れセンサ７００が燃料ガスの漏れを検知したときにインジェクタ２７０の開指令を遮断する信号を出力する遮断回路６３０を備えるので、ＣＰＵ６１５からの制御でインジェクタ２７０を閉状態にする場合に比べて、早くインジェクタ２７０を閉状態にできる。

第２実施形態によれば、燃料電池システム１１の起動時に、起動動作に影響を与えること無く、遮断回路６３０の健全性を検査できる。インジェクタ２７０の開固着異常は、燃料電池システム１１の停止時にチェックできる。

第２実施形態によれば、遮断回路６３０の健全性に加え、インジェクタ２７０の開固着異常の有無も検査できる。

・他の実施形態：
第２実施形態では、中圧部２２２の圧力が下がるか否かにより、インジェクタ２７０の開固着を判断しているが、インジェクタ２７０よりの下流の低圧部２２３の圧力が上がるか否かによりインジェクタ２７０の開固着を判断してもよい。なお、燃料電池システム１１の起動時に、主止弁２５０を開け、インジェクタ２７０を駆動しない状態で、インジェクタ２７０の開固着異常を検査することも可能である。

第１、第２実施形態では、バッファ回路６７０は、ＦＣ−ＥＣＵ６５０に設けられているとしたが、バッファ回路６７０は、ＦＣ−ＥＣＵ６５０の外部に設けられていても良い。

第１、第２実施形態では、様々な報知が警告灯７１０で行なわれているが、警告灯７１０による報知の代わりに、あるいは、警告灯７１０による報知に加えて音声による報知が行われても良い。

本発明は、上述の実施形態や他の実施形態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、他の実施形態中の技術的特徴は、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…燃料電池車両
１１…燃料電池システム
１００…燃料電池
２００…燃料ガス供給系
２１０…燃料ガスタンク
２２０…燃料ガス供給流路
２２１…高圧部
２２２…中圧部
２２３…低圧部
２２５…圧力センサ
２２６…圧力センサ
２２７…圧力センサ
２３０…燃料ガス排気流路
２４０…燃料ガス還流流路
２５０…主止弁
２６０…レギュレータ
２７０…インジェクタ
２８０…気液分離器
２９０…還流ポンプ
３００…酸化剤ガス供給系
３１０…エアクリーナ
３２０…酸化剤ガス供給流路
３３０…エアコンプレッサ
３４０…インタクーラ
３５０…スタック入口バルブ
３７５…大気圧センサ
３８０…外気温センサ
３８５…エアフローメータ
３９０…供給ガス温度センサ
３９５…供給ガス圧力センサ
４００…排ガス系
４１０…排ガス流路
４２０…調圧バルブ
４３０…燃料ガス排出流路
４４０…排気排水バルブ
４５０…酸化剤ガスバイパス流路
４５５…バイパスバルブ
４７０…サイレンサー
５００…冷却系
５１０…冷却水供給流路
５１５…冷却水排出流路
５２０…ラジエータ流路
５２５…ウォーターポンプ
５３０…ラジエータ
５３５…ラジエータファン
５４０…バイパス流路
５４５…三方バルブ
５５０…温度センサ
６００…制御部
６０５…スタートスイッチ
６１０…ＰＭ−ＥＣＵ
６１５…ＣＰＵ
６２０…インジェクタ指令値算出部
６２５…送受信部
６３０…遮断回路
６３５…入力インターフェイス
６３７…入力インターフェイス
６４０…出力インターフェイス
６４５…通信ケーブル
６４７…信号線
６５０…ＦＣ−ＥＣＵ
６５５…ＣＰＵ
６６０…インジェクタ制御部
６６５…送受信部
６７０…バッファ回路
６７５…圧力取得部
６８０…主止弁制御部
６８５…エアコンプレッサ制御部
６９０…プルダウン抵抗器
６９５…アンド回路
７００…ガス漏れセンサ
７１０…警告灯
７２０…アクセルペダルセンサ
８００…二次電池
Ｄｒ１〜Ｄｒ３…駆動信号

Claims

燃料電池システムであって
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための複数のインジェクタと、
前記燃料電池と前記複数のインジェクタとの間に設けられた圧力センサと、
前記複数のインジェクタに対して、開指令を出力する制御部と、
前記燃料ガスの漏れを検知するガス漏れセンサと、
前記ガス漏れセンサが前記燃料ガスの漏れを検知したときに前記複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力する遮断回路と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記遮断回路に対して前記複数のインジェクタの開指令を遮断する信号を出力させ、その後、前記複数のインジェクタに対して、開指令を出力し、前記燃料電池と前記複数のインジェクタとの間の圧力が上昇しない場合には、前記遮断回路は健全であると判断する、燃料電池システム。