JP2020035621A - 水素タンク制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、水素タンク制御装置の記憶部に異常が発生した場合に、ユーザに記憶部の異常発生を知らせることができる水素タンク制御装置を提案する。【解決手段】本明細書は、複数本までの水素タンクのバルブを制御可能な制御装置を開示する。その水素タンク制御装置は、水素タンクの数（総タンク数）を記憶している記憶部を備えている。また、水素タンク制御装置は、自身に接続されている水素タンクの数（接続タンク数）を検知する検知部と、総タンク数が接続タンク数と異なる場合に、異常発生を示す信号を出力する出力部を備えている。このような水素タンク制御装置を採用することにより、ユーザが記憶部の異常発生を知ることができる。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、複数本の水素タンクのバルブを制御可能な制御装置（水素タンク制御装置）に関する。

燃料電池車は、複数本の水素タンクを搭載している場合が多い。特許文献１には、４本の水素タンクを搭載した燃料電池車が開示されている。４本の水素タンクのバルブは、１個の水素タンク制御装置で制御される。以下では、水素タンク制御装置を単純にタンク制御装置と称する場合がある。

特開２０１７−０９６３４２号公報

タンク制御装置が複数本の水素タンクのバルブの制御を行う場合、タンク制御装置は自身が制御を行うべき水素タンクの本数を記憶部に記憶しておく必要がある。この記憶部に異常が発生した場合、タンク制御装置は、自身が制御を行うべき水素タンクの本数を正確に特定できない。本明細書は、水素タンク制御装置の記憶部に異常が発生した場合に、ユーザに記憶部の異常発生を知らせることができる水素タンク制御装置を提案する。

本明細書は、複数本の水素タンクのバルブを制御可能な制御装置を開示する。その水素タンク制御装置は、水素タンクの数（総タンク数）を記憶している記憶部を備えている。また、水素タンク制御装置は、自身に接続されている水素タンクの数（接続タンク数）を検知する検知部と、総タンク数が接続タンク数と異なる場合に、異常発生を示す信号を出力する出力部を備えている。記憶部が記憶している総タンク数は、例えば、上位の制御装置から送られる。

本明細書が開示する水素タンク制御装置は、記憶装置で異常が発生し、記憶部内の総タンク数が検知部内の接続タンク数と異なる場合に、異常発生を示す信号を出力する。これにより、ユーザは記憶部の異常発生を知ることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の水素タンク制御装置を含む燃料電池車のブロック図である（正常時）。 実施例の水素タンク制御装置を含む燃料電池車のブロック図である（異常時）。 実施例における制御ルーチンを示すフローチャートである。 変形例における制御ルーチンを示すフローチャートである。

図面を参照して実施例の水素タンク制御装置５を説明する。以下、水素タンク制御装置を単純にタンク制御装置５と称する。タンク制御装置５は、燃料電池車１０に搭載されている。図１に、燃料電池車１０のブロック図を示す。燃料電池車１０は、３本の水素タンク６と、燃料電池２０と、タンク制御装置５と、上位制御装置３を備えている。なお、３本の水素タンク６を区別することなく、いずれかの水素タンクを示す場合には、水素タンク６と表記し、第ｉ番目の水素タンクを示す場合には、水素タンク６（ｉ）と表記する。燃料電池車１０は、総タンク数が３本の自動車である。

燃料電池２０は、インジェクタ２１と燃料電池スタック２２を備えている。なお、燃料電池２０には、燃料電池スタック２２を制御するための他のデバイスを備えているが、それらは図示を省略した。３本の水素タンク６に貯留された水素ガスは、燃料パイプ８を介して燃料電池２０のインジェクタ２１に送られる。インジェクタ２１は、水素ガスの圧力を調整して燃料電池スタック２２に供給する。各水素タンク６にはバルブ７が設けられている。バルブ７を開くことにより、水素タンク６から燃料電池２０へ水素ガスを供給することが可能となる。タンク制御装置５は、３本の水素タンク６のバルブ７を制御する。

タンク制御装置５は、プロセッサ５１と、記憶部５２と、検知部５３と、出力部５４を備えている。プロセッサ５１と記憶部５２は、装置内の通信線で接続されており、プロセッサ５１と検知部５３及び出力部５４も装置内の通信線で接続されている。記憶部５２は、不揮発性メモリであり、プロセッサ５１が実行する制御プログラムと、制御プログラムで実現される処理で用いられる定数が記憶されている。プロセッサ５１は、制御プログラムに従って所定の演算を実行して、バルブ７の開閉制御など、種々の処理や制御を行う。検知部５３は、タンク制御装置５に接続されているバルブ７等の機器の接続状況を、電気的な接続の有無から検知する。出力部５４は、記憶部５２等、タンク制御装置５に異常が発生した場合に、異常発生を示す信号を上位制御装置３に出力する。上位制御装置３は、燃料電池車１０のユーザが認識できる例えばメータなどの表示部に、異常発生を示すメッセージを表示する。

図１を用いて、タンク制御装置５における総タンク数Ｎｍと接続タンク数Ｎｃについて説明する。総タンク数Ｎｍは、上位制御装置３によりタンク制御装置５に送信される。ここで、上位制御装置３は、燃料電池車１０の全体を管理するコンピュータであり、タンク制御装置５のほか、燃料電池２０、その他車両に関するデバイスを管理する。上位制御装置３は、初回起動時に、燃料電池車１０の総タンク数Ｎｍを、車内ＬＡＮ４を介してタンク制御装置５に送信する。先に述べたように、燃料電池車１０に搭載されている水素タンクの本数は３本であるため、総タンク数Ｎｍは３本となる。上位制御装置３は、初回起動時に、総タンク数Ｎｍ（３本）を、タンク制御装置５に送信する。タンク制御装置５は、送信された総タンク数Ｎｍ（３本）を記憶部５２に記憶する。タンク制御装置５は、記憶部５２内の総タンク数Ｎｍ（３本）を自身の制御すべき水素タンク６の本数であると特定し、３本の水素タンク６（１）、６（２）、６（３）のバルブ７を制御する。

また、接続タンク数Ｎｃは、タンク制御装置５が、水素タンク６のバルブ７と電気的に接続されているかを判定することにより特定される。バルブ７には、夫々の水素タンク６の内部の温度を測定するための温度センサ等が設けられている。このため、バルブ７は、タンク制御装置５と電気的に接続される。検知部５３は、バルブ７が電気的に接続されているかを判定することにより、接続タンク数Ｎｃを特定することができる。具体的には、検知部５３は、温度データを示す信号を温度センサから受信できた場合、バルブ７が電気的に接続されていると判断する。図１における燃料電池車１０では、３本の水素タンク６のバルブ７がタンク制御装置５に接続されている。これにより、検知部５３は、接続タンク数Ｎｃを３本と特定することができる。図１における燃料電池車１０では、先に述べたように、記憶部５２内の総タンク数Ｎｍと、接続タンク数Ｎｃはともに３本であり一致している。この場合、記憶部５２が正常に機能している。

図２を用いて記憶部５２に異常が発生した場合について説明する。図２は、記憶部５２に異常が発生した場合の燃料電池車１０のブロック図である。図２におけるタンク制御装置５の構成は、図１と同様である。図２では、例えば記憶部５２に異常が発生し、記憶部５２内の総タンク数Ｎｍが「２」に書き換わってしまった場合について説明する。実際に燃料電池車１０に搭載されている水素タンク６の本数は３本である。この場合に、タンク制御装置５は、記憶部５２内の総タンク数Ｎｍ（２本）を自身の制御すべき水素タンク６の本数だと特定し、２本の水素タンク６のバルブ７を制御する。正常時を表した図１ではプロセッサ５１から水素タンク６（３）のバルブ７へ信号線が描かれているが、異常時を表した図２では、プロセッサ５１から水素タンク６（３）のバルブへの信号線が描かれてない。現実には、信号線は全てのバルブに接続されているが、プロセッサ５１は水素タンク６（３）のバルブと信号を授受することはない。図２はそのことを示している。タンク制御装置５は、水素タンク６（１）、６（２）のバルブ７を制御する。別言すれば、タンク制御装置５は、水素タンク６（３）のバルブ７を制御しない。従って、この場合に、水素タンク６（３）のバルブ７は開閉されない。

記憶部５２に記憶された総タンク数Ｎｍが実際の水素タンクの数よりも少ない場合であっても、燃料電池車１０は走行することができる。しかしながら、以下の理由により、総タンク数Ｎｍが実際の水素タンクの数よりも少ない状態が長く続くことは好ましくない。例えば、実際に３本の水素タンクを搭載しているにもかかわらずに総タンク数Ｎｍが「２」の場合、２本の水素タンクは水素の放出と充填が繰り返されるが、１本の水素タンクは充填されたままとなる。空の水素タンクに水素を充填する際、タンク内圧が上昇することにより水素タンクの温度が上昇する。それゆえ、水素充填の際、水素が充填されていく水素タンクの温度と比較して、満充填されたままの水素タンクの温度は低い。充填時には３本の水素タンクに等しく水素ガス圧が加わるので、水素が充填されたままの水素タンクは過充填状態となってしまう。過充填状態が続く水素タンクは他の水素タンクよりも劣化が進んでしまう。従って、総タンク数Ｎｍが実際の水素タンクの数よりも少ない場合、走行は可能であるが、できるだけ早期に異常を解消することが望ましい。なお、総タンク数Ｎｍが実際の水素タンクの数よりも多い場合も、できるだけ早期に異常を解消することが望ましい。

実施例のタンク制御装置５は、記憶部５２に記憶された総タンク数Ｎｍと、搭載されている水素タンクの数が異なることを検知することができる。以下、総タンク数Ｎｍと搭載されている水素タンク数が異なる場合にそのことを報知する処理について説明する。

図３を用いて、実施例のタンク制御装置５（プロセッサ５１）が実行する処理について説明する。タンク制御装置５は起動時に図３の処理を実行する。起動時とは、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオンに切り換えられたときである。まず、タンク制御装置５は、記憶部５２内に記憶されている総タンク数Ｎｍを読み取る（ステップＳ２）。さらに、タンク制御装置５は、先に述べたように、電気的に接続されているバルブ７の数から、接続タンク数Ｎｃを検知する（ステップＳ３）。続いて、タンク制御装置５は、総タンク数Ｎｍと、接続タンク数Ｎｃを比較する（ステップＳ４）。総タンク数Ｎｍと接続タンク数Ｎｃが一致している場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、記憶部５２に異常は発生していないと判断することができる。タンク制御装置５は、制御対象のタンク数として、総タンク数Ｎｍを設定し（ステップＳ８）、処理を終了する。

また、総タンク数Ｎｍと接続タンク数Ｎｃが一致していない場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、タンク制御装置５は、総タンク数Ｎｍと接続タンク数Ｎｃの大小を比較する（ステップＳ５）。総タンク数Ｎｍが、接続タンク数Ｎｃよりも大きい場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、タンク制御装置５は、水素タンク６のバルブ７からの接続が断線していると判断し、その旨を示す信号（異常通知信号）を出力する（ステップＳ７）。一方、総タンク数Ｎｍが、接続タンク数Ｎｃよりも小さい場合は（ステップＳ５：ＹＥＳ）、タンク制御装置５は、水素タンク６が過剰に接続されていると判断し、その旨を示す信号（異常通知信号）を出力する（ステップＳ６）。先に述べたように、異常通知信号は、上位制御装置３に送られる。異常通知信号を受けた上位制御装置３は、インストルメントパネルに異常発生を示すメッセージを表示させるとともに、ダイアグメモリに異常発生を示すコードデータを記憶する。ダイアグメモリとは、サービススタッフが車両メンテナンスの際に参照するメモリである。

ステップＳ６またはＳ７の実行後、タンク制御装置５は、制御対象の水素タンクの数を総タンク数Ｎｍに設定する（ステップＳ８）。走行時に、タンク制御装置５は、総タンク数Ｎｍの水素タンクを制御する。インストルメントパネルの表示を視認したユーザは、早期に車両を修理工場へ持ち込み、修理を依頼することができる。

ここまでは、総タンク数Ｎｍと、接続タンク数Ｎｃが一致しない記憶部５２の異常が発生した場合についてのタンク制御装置５の処理について説明した。しかし、記憶部５２には、他にも記憶部５２に記憶された総タンク数Ｎｍの読み取りができない異常や、記憶部５２に記憶された総タンク数Ｎｍが明らかに異常値（以下、ＮＧ値と称する）を示している異常が発生するおそれがある。図５を用いて、上記２つの異常検知を可能とするタンク制御装置５（プロセッサ５１）が実行する処理について説明する。

タンク制御装置５は図４の処理を、図３の処理と同様に起動時に実行する。タンク制御装置５は、最初に記憶部５２に記憶されている総タンク数Ｎｍが読み取り可能かを判定する（ステップＳ１１）。読み取り可能な場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）は、記憶部５２の総タンク数Ｎｍを読み取る（ステップＳ１２）。続いてタンク制御装置５は、読み取った総タンク数ＮｍをＮＧ値と比較する（ステップＳ１３）。そして、読み取った総タンク数ＮｍがＮＧ値と一致しない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）は、タンク制御装置５は、電気的に接続されているバルブ７の数から、接続タンク数Ｎｃを検知する（ステップＳ３）。以降のタンク制御装置５の処理は、図３における処理と同じである。

記憶部５２に記憶された総タンク数Ｎｍが読み取りできなかった場合（ステップＳ１１：ＮＯ）や、記憶部５２に記憶された総タンク数ＮｍがＮＧ値と一致した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）は、タンク制御装置５は、記憶部５２の総タンク数Ｎｍの本数情報が異常であると判断し、その旨を示す信号（異常通知信号）を出力する（ステップＳ１５）。その場合、タンク制御装置５は、制御対象の水素タンク数を許容数に設定する（ステップＳ１６）。ここで、許容数とは、タンク制御装置が制御可能な水素タンク数の上限値である。許容数は、タンク制御装置のプログラム中に予め組み込まれている。車両に搭載されている水素タンクの数が何本であっても、制御対象のタンク数を許容数に設定しておけば、車両は走行することはできる。車両を起動した後、インストルメントパネルの表示を視認したユーザは、早期に車両を修理工場へ持ち込み、修理を依頼することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。燃料電池車１０は、３本の水素タンク６を搭載しているが、水素タンク６の本数は、搭載される燃料電池車により異なる。本明細書に開示する技術は、３本の水素タンクを搭載した燃料電池車に限定されない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：上位制御装置
４：車内ＬＡＮ
５：タンク制御装置
６：水素タンク
７：バルブ
８：燃料パイプ
１０：燃料電池車
２０：燃料電池
２１：インジェクタ
２２：燃料電池スタック
５１：プロセッサ
５２：記憶部
５３：検知部
５４：出力部
Ｎｍ：総タンク数
Ｎｃ：接続タンク数

Claims (1)

1. 複数本の水素タンクのバルブを制御可能な制御装置であって、
   水素タンクの数を記憶している記憶部と、
   自身に接続されている水素タンクの数を検知する検知部と、
   前記記憶部に記憶されている水素タンクの数が前記検知部によって検知された水素タンクの数と異なる場合に、異常発生を示す信号を出力する出力部と、
   を備える水素タンク制御装置。
   

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