JP2020140918A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に並列に接続された複数の燃料ガスタンクに設けた開閉バルブの開弁不良の検知頻度や検知精度を確保する。【解決手段】燃料電池に並列に接続された複数の燃料ガスタンクへのガス充填時において、ガス充填開始時点から、タンク内温度を燃料ガスタンクごとの温度センサで検出し、燃料ガスのガス充填元から燃料ガスを複数の燃料ガスタンクに導く充填流路におけるガス圧をガス圧センサで検出する。そして、燃料ガスタンクごとの温度センサの検出タンク内温度とガス圧センサの検出ガス圧とを用いて、燃料ガスのガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンク内温度の温度変化ΔＴを算出し、算出した温度変化ΔＴが所定範囲を逸脱した燃料ガスタンクについて、開閉バルブに開弁不良が起きている旨を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、複数の燃料ガスタンクに燃料ガス、例えば、水素ガスを貯留する。それぞれの燃料ガスタンクは、燃料電池の発電時にはガス供給のために管路を開放し、燃料電池の非発電時には管路を閉鎖する開閉バルブを備えている。この開閉バルブが仮に閉鎖状態で固着して開弁不良を起こすと、開弁不良の開閉バルブを備えた燃料ガスタンクからのガス供給が停止してしまう。このため、開閉バルブの開弁不良を検知することが望まれる。特許文献１では、燃料電池の発電量に基づいて算出したガス消費量と、燃料電池に複数の燃料ガスタンクから燃料ガスを供給するガス供給流路におけるガス圧変化に基づいて算出したガス消費量と、の差分が大きくなると、開閉バルブに開弁不良が起きていると検知する手法が提案されている。

特開２０１６−８５８３５号公報

しかしながら、燃料ガスタンクの数が増えると、一つの燃料ガスタンクの開閉バルブが開弁不良でも、ガス供給に支障の無いタンク数が多いことから、ガス供給流路におけるガス圧変化が小さくなり得る。また、ユーザーによる燃料ガスの充填が頻繁になされると、それぞれの燃料ガスタンクから燃料電池へのガス供給に伴うガス供給流路におけるガス圧変化も小さくなり得る。そうすると、ガス供給流路におけるガス圧変化に基づいて算出したガス消費量も小さくなることから、燃料電池の発電量に基づいて算出したガス消費量との差分がさほど大きくならないことが起き得る。こうしたことから、開閉バルブの開弁不良の検知頻度の確保や検知精度の確保の観点から改良の余地があると指摘されるに至った。

本発明は、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、燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料ガスを貯留し、前記燃料電池に並列に接続された複数の燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクのそれぞれに設けられ、タンク内温度を検出する温度センサと、前記複数の燃料ガスタンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給流路に前記燃料ガスタンクごとに設けられ、前記燃料電池の発電時に前記供給流路を開放するよう開弁制御され、前記燃料電池の非発電時に前記供給流路を閉鎖するよう閉弁制御される開閉バルブと、前記燃料ガスのガス充填元から前記燃料ガスを前記複数の燃料ガスタンクに導く充填流路に設けられ、前記充填流路におけるガス圧を検出するガス圧センサと、前記充填流路に前記燃料ガスタンクごとに設けられ、前記充填流路のガス圧がタンク内ガス圧より高圧である場合に前記燃料ガスをタンク内に導く逆止弁と、前記燃料ガスタンクごとの前記温度センサの検出タンク内温度と前記ガス圧センサの検出ガス圧とを用いて、前記燃料ガスのガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対する前記タンク内温度の温度変化ΔＴを算出し、該算出した前記温度変化ΔＴが所定範囲を逸脱した前記燃料ガスタンクにおける前記開閉バルブに開弁不良が起きている旨を出力する開弁不良出力部とを備える。この形態の燃料電池システムによれば、燃料ガスのガス充填の都度に燃料ガスタンクにおける開閉バルブの開弁不良の判定を行うので、開弁不良の検知頻度を確保できる。この他、次の利点もある。

複数の燃料ガスタンクの全てについて開閉バルブに開弁不良がなければ、燃料電池の発電時において、複数の燃料ガスタンクのそれぞれからほぼ等量の燃料ガスが燃料電池に供給される。このため、複数の燃料ガスタンクのそれぞれにおいて、タンク内の燃料ガスのガス量およびガス圧はほぼ同等となる。燃料ガスのガス充填時は、燃料電池の非発電時であることから、開閉バルブは、供給流路を閉鎖するよう閉弁制御される。このため、複数の燃料ガスタンクのそれぞれにおいて、ガス量およびガス圧はほぼ同等のままである。この状態から燃料ガスのガス充填が開始されて充填流路のガス圧がタンク内ガス圧より高圧となると、複数の燃料ガスタンクのそれぞれにおいて、燃料ガスが逆止弁を経てタンク内に導かれ、ほぼ均等に燃料ガスが増量貯留される。このため、複数の燃料ガスタンクのそれぞれのタンク内温度は、ガス充填開始時点からほぼ同様に上昇推移する。よって、複数の燃料ガスタンクの全てについて開閉バルブに開弁不良が無い場合には、複数の燃料ガスタンクのそれぞれについてのタンク内温度の温度変化ΔＴは、ガス充填開始時点からの充填流路におけるガス圧変化ΔＰに対して所定範囲を推移する。

これに対し、ある時点で一つ、若しくはいくつかの燃料ガスタンクの開閉バルブに管路の閉鎖状態で固着してしまう開弁不良が起きると、この開弁不良が起きた以降では、開弁不良が起きた燃料ガスタンク（以下、開弁不良タンクと称する）では、燃料電池へのガス供給がなされない。よって、開弁不良タンクは、開弁不良が起きた時点のガス量・ガス圧のままである。一方、開弁不良のない燃料ガスタンク（以下、開弁正常タンクと称する）では、燃料電池へのガス供給がなされるので、開弁不良タンクよりガス量およびガス圧が低減する。こうした状況で燃料ガスのガス充填がなされると、このガス充填時には、開弁不良タンクと開弁正常タンクとでは、タンク内の燃料ガスのガス量とガス圧とが相違することになる。そして、ガス量・ガス圧が相違したまま燃料ガスのガス充填が開始されることから、燃料ガスのガス充填開始時点では、開弁不良タンクよりガス圧が低い開弁正常タンクには、燃料ガスが逆止弁を経てタンク内に導かれ、燃料ガスが充填される。よって、開弁正常タンクのそれぞれのタンク内温度は、ガス充填開始時点からほぼ同様に上昇推移し、開弁正常タンクのそれぞれのタンク内温度の温度変化ΔＴは、ガス充填開始時点からの充填流路におけるガス圧変化ΔＰに対して所定範囲を推移する。その一方、開弁不良タンクには、充填流路におけるガス圧が開弁不良タンクのガス圧に到達するまで、逆止弁により燃料ガスが導かれず、燃料ガスが充填されない。このため、燃料ガスのガス充填開始時点からの開弁不良タンクのタンク内温度に温度変化ΔＴはさほど見られず、開弁不良タンクのタンク内温度の温度変化ΔＴは、ガス充填開始時点からの充填流路におけるガス圧変化ΔＰに対して所定範囲を逸脱する。よって、上記形態の燃料電池システムによれば、燃料ガスのガス充填開始時点からのタンク内温度に温度変化ΔＴが起きていない燃料タンクを開弁不良タンクと的確に判定でき、開閉バルブの開弁不良の検知精度が高まる。

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、燃料電池システムのガス充填御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示した説明図である。 制御部が実行する開弁不良検知処理を示すフローである。 タンクの全てに第１開閉バルブの開弁不良が無い場合の不良判定の様子を示す説明図である。 複数のタンクの内の一つのタンクに第１開閉バルブの開弁不良がある場合の不良判定の様子を示す説明図である。 複数のタンクの内の二つのタンクに第１開閉バルブの開弁不良がある場合の不良判定の様子を示す説明図である。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示した説明図である。燃料電池システム１０は、モータで駆動する車両の電源として車両に搭載される他、発電施設に設置される。車両としては、例えば、乗用車やバス等が該当する。燃料電池システム１０は、燃料電池５０と、レセプタクル１００と、充填流路１１０と、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０と、供給流路２００と、制御部３００とを備える。燃料電池システム１０は、タンクＴＫ１からタンクＴＫ１０までの合計１０本のタンクを備える。タンクＴＫ１〜ＴＫ１０は、燃料ガスである水素ガスを貯留する燃料ガスタンクであり、燃料電池５０に並列に接続されている。図１では、タンクＴＫ１と、タンクＴＫ２と、タンクＴＫ１０とを図示し、タンクＴＫ３からタンクＴＫ９については、図示を省略している。尚、以降の説明では、１０本のタンクを総称する場合には符号「ＴＫ」を使用し、タンクを個別する場合には、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のいずれか明示する。後述するタンクごとの機器構成・流路構成においても同様である。

燃料電池５０は、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノードおよびカソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。燃料電池５０は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。

レセプタクル１００は、燃料ガスである水素ガスの充填口であり、図示しない車両のリッド内に配設されている。レセプタクル１００には、燃料ガスの充填時にガス充填元である水素ステーションのノズルＧｎが装着される。レセプタクル１００は、逆流防止弁１０５を有する。逆流防止弁１０５は、充填された燃料ガスの逆流を防止する。

充填流路１１０は、レセプタクル１００から充填される燃料ガスをタンクＴＫ１〜ＴＫ１０に導く。充填流路１１０は、レセプタクル１００からそれぞれのタンクＴＫに向けて分岐してタンクＴＫと接続される。充填流路１１０のうちタンクＴＫ１に向けて分岐した流路部分には、逆止弁Ｃｖ１が設けられている。逆止弁Ｃｖ１は、タンクＴＫ１に充填された燃料ガスがレセプタクル１００の側へ逆流することを防止する。逆止弁Ｃｖ２〜Ｃｖ１０は、逆止弁Ｃｖ１と同様の構成を有する逆止弁であるとともに、充填流路１１０のうちタンクＴＫ２〜１０に向けて分岐した流路部分にそれぞれ設けられている。つまり、逆止弁Ｃｖは、充填流路１１０にタンクＴＫごとに設けられ、充填流路１１０のガス圧がタンク内ガス圧より高圧である場合に燃料ガスをタンク内に導くと共に、レセプタクル１００の側へガスの逆流を防止する。

また、充填流路１１０には、圧力センサ１１５が設けられている。圧力センサ１１５は、充填流路１１０におけるガス圧Ｐ０を検出し、その検出ガス圧を制御部３００に出力する。充填流路１１０とタンクＴＫとは接続されていることから、圧力センサ１１５が測定するガス圧Ｐ０は、ガス充填時にあっては、充填ガス圧であり、燃料電池５０の発電時にあっては、燃料電池５０へのガス供給を行っているタンクＴＫ１〜ＴＫ１０内のそれぞれのタンク内ガス圧Ｐとみなすことができる。

供給流路２００は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０から燃料電池５０に水素ガスがそれぞれ供給されるよう、タンクＴＫから燃料電池５０までを接続する。供給流路２００は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の各々に接続された第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０と、第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０が合流して燃料電池５０に接続された第２流路Ｆｂと、を有する。

タンクごとの第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０には、第１流路Ｆａの開閉を切り替える第１開閉バルブＶａがタンクごとに設けられている。第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０は、パイロット弁であり、供給される電力に応じた力で弁体前後の差圧に抗して流路を開放する。この第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０は、後述の制御部３００の制御を受け、燃料電池５０の発電時には供給流路２００、詳しくはタンクごとの第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０を開放するよう開弁制御され、燃料電池５０の非発電時に供給流路２００（第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０）を閉鎖するよう閉弁制御される。

第２流路Ｆｂには、第２流路Ｆｂの開閉を切り替える第２開閉バルブＶｂが設けられている。この第２開閉バルブＶｂにあっても、後述の制御部３００の制御を受け、燃料電池５０の発電時には供給流路２００、詳しくはタンクごとの第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０が合流した第２流路Ｆｂを開放するよう開弁制御され、燃料電池５０の非発電時に供給流路２００（第２流路Ｆｂ）を閉鎖するよう閉弁制御される。第２開閉バルブＶｂの開閉制御は、第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０の開閉制御と同期して行われる。また、第２流路Ｆｂには、圧力センサ２１５が設けられている。圧力センサ２１５は、供給流路２００におけるガス圧ＰＩを検出するガス圧センサであり、検出ガス圧を制御部３００に出力する。

この他、燃料電池システム１０は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０に、温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０を備える。温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０は、それぞれのタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０を検出し、検出タンク内温度を制御部３００に出力する。

制御部３００は、燃料電池システム１０に備えられた圧力センサ２１５や温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０の他、図示しない各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。制御部３００は、図示しないバッテリから第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０および第２開閉バルブＶｂへの電力供給を制御することにより、第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０の開閉および第２開閉バルブＶｂの開閉を制御する。制御部３００は、ＣＰＵとＲＯＭ、ＲＡＭを備えるコンピュータとして構成されており、具体的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。

燃料電池システム１０では、燃料電池５０による発電が実施されている際に、第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０はすべて開弁されている。よって、第１開閉バルブＶａのいずれにも開弁不良が起きていなければ、このときの各タンクＴＫ内のタンク内ガス圧は、ほぼ同じである。

図２は、制御部３００が実行する開弁不良検知処理を示すフローである。この開弁不良検知処理は、制御部３００により繰り返し実行され、まず、燃料ガスの充填が開始されているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この開始判定には、図示しない車両のリッドが開放された際にオンとなるリッド開閉スイッチのリッド開放信号や、レセプタクル１００にノズルＧｎが装着されたこと検知する装着検知センサの検出信号が用いられる。そして、制御部３００は、リッド開閉スイッチのリッド開放信号や装着検知センサの検出信号により、燃料ガスの充填がなされていないと判定すると、何の処理も行うことなく、本ルーチンを終了する。

その一方、ステップＳ１００において、燃料ガスの充填が開始されていると判定すると、制御部３００は、タンクごとの温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０からのタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０と、充填流路１１０における圧力センサ１１５からのガス圧Ｐ０のセンサ検出値を取得する（ステップＳ１１０）。このセンサ検出値の取得は、ステップＳ１２０によりガス充填が終了したと判定されるまで継続される。ガス充填の終了は、レセプタクル１００に接続されたノズルＧｎのガス充填元がガス充填完了を検知し、その検知信号をノズルＧｎの信号送信端子からレセプタクル１００の信号受信端子を経て制御部３００に送信することで判定される。

ステップＳ１２０においてガス充填が終了したと判定すると、制御部３００は、充填流路１１０における圧力センサ１１５のガス圧Ｐ０（検出ガス圧）と、タンクごとの温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０のタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０（検出タンク内温度）とを用いて、燃料ガスのガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０の温度変化ΔＴをタンクごとに算出する（ステップＳ１３０）。このタンクごとの温度変化ΔＴの算出により、ガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０の温度変化ΔＴの推移を、タンクごとに監視できる。

燃料ガスのガス充填開始時点からの温度変化ΔＴのタンクごとの算出（ステップＳ１３０）に続き、制御部３００は、燃料ガスのガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴが下限閾値α１から上限閾値α２までの所定範囲に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。下限閾値α１と上限閾値α２は、次のように規定されている。

タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てについて第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０に開弁不良がなければ、燃料電池５０の発電時においてタンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれからほぼ等量の燃料ガスが燃料電池５０に供給される。よって、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０において、タンク内の燃料ガスのガス量およびガス圧はほぼ同等となる。ガス充填時は、燃料電池５０の非発電時であることから、第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０は、供給流路２００の第１流路Ｆａ１〜Ｆａ１０を閉鎖するよう閉弁制御されているので、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のガス量およびガス圧はほぼ同等のままである。

この状態からガス充填が開始されて充填流路１１０のガス圧がタンク内ガス圧より高圧となると、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれにおいて、燃料ガスが逆止弁Ｃｖ１〜Ｃｖ１０を経てタンク内に導かれ、ほぼ均等に燃料ガスが増量貯留される。このため、タンクごとのタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０は、ガス充填開始時点からほぼ均等に上昇推移する。しかしながら、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０は、レセプタクル１００から等距離とされているわけではなく、ガス充填前のタンク内ガス量にあっても、許容範囲において若干の相違が有り得る。また、タンクごとの温度センサＴｓ１〜Ｔｓ１０においても、センサごとの検出精度に若干の相違は有り得る。これに加え、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０は、発熱源である燃料電池５０から等距離とされているわけではないので、燃料電池５０からの輻射熱の影響も相違する。こうしたことを考慮して、充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴを判定する所定範囲の下限閾値α１と上限閾値α２とが規定され、これら閾値は制御部３００のメモリに記憶されている。なお、この下限閾値α１と上限閾値α２とを、ガス充填開始時における充填流路１１０のガス圧の高低、即ち、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０における残存ガス量の高低に応じて、異なる値に規定するようにしてもよい。例えば、残存ガス量が満充填ガス量の３０％以下の場合と、３０〜６０％の場合、６０％越の場合とで、下限閾値α１と上限閾値α２とを、異なる値に規定するようにしてもよい。こうすれば、燃料ガスのガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴが所定範囲に収まっているか否かを、残存ガス量に応じてきめ細かく判定できる。

ステップＳ１４０においてガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴが所定範囲に収まっていると判定すると、制御部３００は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てについて第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０に開弁不良がないとして、本ルーチンを終了する。その一方、ステップＳ１４０においてガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴが所定範囲を逸脱していると判定すると、制御部３００は、所定範囲の逸脱を起こすようにした温度変化ΔＴをもたらした温度センサＴｓが設けられたタンクＴＫにおいて、第１開閉バルブＶａに管路を閉鎖状態で固着する開弁不良が起きていると判定し、その旨を報知する（ステップＳ１５０）。この判定・報知の後、制御部３００は、本ルーチンを終了する。燃料ガスのガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンク内温度の温度変化ΔＴをタンクごとに算出するステップＳ１３０の処理と、ガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴが所定範囲に収まっているか否かの判定を行うステップＳ１４０の処理と、その判定結果により第１開閉バルブＶａに開弁不良が起きていることを報知するステップＳ１５０の処理とを実行する制御部３００の機能部は、本発明における開弁不良出力部に相当する。なお、開弁不良の報知は、車室内のフロントパネルにおける警告灯を点灯して行うようにできる。この他、開弁不良が起きたことを、制御部３００のメモリ領域に記憶し、定期点検や不具合解消作業の際に、どのタンクに開弁不良が起きているかをカーナビ画面に表記して、点検作業者に報知するようにできる。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料ガスのガス充填の都度にタンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれについて、タンクごとの第１開閉バルブＶａ１〜Ｖａ１０の開弁不良の判定を行う。よって、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、ガス充填の都度での不良判定の実行により、第１開閉バルブＶａの開弁不良の検知頻度を確保できる。以下、開弁不良の判定の様子を、第１開閉バルブＶａに開弁不良が無い場合とある場合とに分けて説明する。

図３は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てに第１開閉バルブＶａの開弁不良が無い場合の不良判定の様子を示す説明図である。図４は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の内のタンクＴＫ３に第１開閉バルブＶａの開弁不良がある場合の不良判定の様子を示す説明図である。図５は、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の内のタンクＴＫ３とタンクＴＫ１０とに第１開閉バルブＶａの開弁不良がある場合の不良判定の様子を示す説明図である。各図は、タンクＴＫ１とタンクＴＫ３およびタンクＴＫ１０について、タンク内ガス圧Ｐの推移とタンク内温度Ｔの推移に加え、ガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンク内温度の温度変化ΔＴ（以下、この温度変化をΔＴ／ΔＰと表記する）を、ガス充填の前後に亘って示している。この場合、タンク内温度Ｔは、タンクごとの温度センサＴｓの検出タンク温度である。タンク内ガス圧Ｐは、第１開閉バルブＶａに開弁不良の無いタンクＴＫについては、充填流路１１０における圧力センサ１１５の検出ガス圧であり、第１開閉バルブＶａに開弁不良のあるタンクＴＫについては、開弁不良を起こした際のタンク内ガス圧である。

タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てに第１開閉バルブＶａの開弁不良が無いと、ガス充填開始時点から、既述したように、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれに燃料ガスが逆止弁Ｃｖ１〜Ｃｖ１０を経てタンク内にほぼ均等に導かれる。よって、図３に示すように、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれのタンク内温度Ｔ１〜Ｔ１０は、ガス充填開始時点からほぼ均等に上昇推移する。また、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０のそれぞれのタンク内ガス圧Ｐ１〜Ｐ１０も、ガス充填開始時点からほぼ均等に上昇推移し、その圧力値は充填流路１１０の圧力センサ１１５から得られる。そして、タンク内温度Ｔとタンク内ガス圧Ｐの推移から、図３に示すように、ガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）が得られる。これら推移は、図２に示したステップＳ１１０〜Ｓ１４０の実行過程で得られる。

タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てに第１開閉バルブＶａの開弁不良が無い場合、ガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）は、図３に示すように、タンクＴＫごとにほぼ同じである。よって、図２のステップＳ１４０では、所定範囲に収まっていると判定される。これにより、タンクＴＫ１〜ＴＫ１０の全てに第１開閉バルブＶａの開弁不良が無いことが判明する。なお、ガス充填を開始してからガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）は、各タンクでほぼ一律に推移することから、ガス充填を開始してから数秒後の時刻ｔ０において、ガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）を得ることもできる。

ガス充填が完了すると、それぞれのタンクＴＫのタンク内ガス圧Ｐは、フル充填圧のまま推移する。その一方、それぞれのタンクＴＫのタンク内温度Ｔは、外気からの冷却の影響を受けて、徐々に低下する。

タンクＴＫ３に第１開閉バルブＶａ３の開弁不良がある場合は、図４に示すように、タンクＴＫ３を除く他のタンクＴＫでは、第１開閉バルブＶａの開弁不良が無い都合上、図３で説明したように、タンク内温度Ｔとタンク内ガス圧Ｐおよび充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）が推移する。つまり、タンクＴＫ３を除く他のタンクＴＫは、タンクＴＫ３の第１開閉バルブＶａ３に開弁不良が起きた以降における燃料電池５０へのガス供給により、タンクＴＫ３よりガス量およびガス圧が低減しており、この状況からのガス充填により、上記したタンク内温度Ｔ等の推移が起きる。これに対し、第１開閉バルブＶａ３の開弁不良があるタンクＴＫ３では、燃料ガスがフル充填の状況で第１開閉バルブＶａ３に開弁不良を起こした都合上、燃料ガスの充填が起きない。よって、図４に示すように、タンク内ガス圧Ｐ３は、フル充填圧のまま変化しないと共に、タンク内温度Ｔ３にあってもガス充填時のまま変化しない。このため、タンクＴＫ３については、ガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）は、零に近い一定値となり、所定範囲を逸脱する。よって、図２のステップＳ１５０において、温度変化ΔＴの算出に用いた検出タンク温度を出力した温度センサＴｓ３が設けられたタンクＴＫ３に、第１開閉バルブＶａ３の開弁不良が起きていると判定され、その旨が報知される。

タンクＴＫ３とタンクＴＫ１０とに第１開閉バルブＶａの開弁不良がある場合は、タンクＴＫ３とタンクＴＫ１０を除く他のタンクＴＫでは、第１開閉バルブＶａの開弁不良が無い都合上、図３で説明したように、タンク内温度Ｔとタンク内ガス圧Ｐおよび充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）が推移する。これに対し、燃料ガスがフル充填の状況で第１開閉バルブＶａ３に開弁不良を起こしたタンクＴＫ３では、燃料ガスの充填が起きないことにより、図５に示すように、タンク内ガス圧Ｐ３は、フル充填圧のまま変化しないと共に、タンク内温度Ｔ３にあっても、ガス充填時のまま変化しない。このため、タンクＴＫ３については、ガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）は、零に近い一定値となり、所定範囲を逸脱する。よって、図２のステップＳ１５０において、温度変化ΔＴの算出に用いた検出タンク温度を出力した温度センサＴｓ３が設けられたタンクＴＫ３に、第１開閉バルブＶａ３の開弁不良が起きていると判定され、その旨が報知される。

これに加え、フル充填の状況から燃料電池５０へのガス供給がある程度進んだ状況で第１開閉バルブＶａ１０に開弁不良を起こしたタンクＴＫ１０では、第１開閉バルブＶａ１０に開弁不良が起きた以降において、燃料電池５０へのガス供給がなされていない。よって、タンクＴＫ１０では、第１開閉バルブＶａの開弁不良が無い他のタンクＴＫよりもタンク内ガス圧Ｐは高いままである。よって、このタンクＴＫ１０には、図５に示すように、充填流路１１０におけるガス圧がタンクＴＫ１０のタンク内ガス圧Ｐに到達する時刻ｔ１まで、逆止弁Ｃｖ１０により燃料ガスが導かれず、燃料ガスが充填されない。このため、燃料ガスのガス充填開始時点から時刻ｔ１までにおいて、タンクＴＫ１０についてのタンク内ガス圧Ｐ１０は、第１開閉バルブＶａ１０に開弁不良を起こした時の充填圧のまま変化しないと共に、タンク内温度Ｔ１０にあっても変化しない。これにより、タンクＴＫ１０については、ガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）は、時刻ｔ１までの間に亘って零に近い一定値となり、所定範囲を逸脱する。よって、図２のステップＳ１５０において、温度変化ΔＴの算出に用いた検出タンク温度を出力した温度センサＴｓ１０が設けられたタンクＴＫ１０に、第１開閉バルブＶａ１０の開弁不良が起きていると判定され、その旨が報知される。なお、図５に示すように、時刻ｔ１になると、充填流路１１０におけるガス圧がタンクＴＫ１０のタンク内ガス圧Ｐ１０より高くなるので、それ以降においては、タンク内ガス圧Ｐ１０とタンク内温度Ｔ１０が上昇推移するが、この上昇は、ガス充填開始時点からのものではない。よって、第１開閉バルブＶａ１０に開弁不良を起こしたタンクＴＫ１０を、ステップＳ１４０からステップＳ１５０において、開弁不良を起こしていないと誤判定することは無い。こうした誤判定を確実に回避するには、ステップＳ１４０における所定範囲の対比を、図３〜図５に示したガス充填を開始してから数秒後の時刻ｔ０において行えば良い。また、数秒の間隔をおいて、複数回に亘って不良判定を行うようにしてもよい。

以上、図３から図５を用いて説明したように、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料ガスのガス充填開始時点からの充填流路１１０におけるガス圧変化ΔＰに対するタンクごとの温度変化ΔＴ（ΔＴ／ΔＰ）に基づいて、第１開閉バルブＶａに開弁不良が起きたタンクＴＫを的確に判定でき、第１開閉バルブＶａの開弁不良の検知精度が高まる。しかも、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、複数のタンクＴＫに第１開閉バルブＶａの開弁不良が起き、その開弁不良が起きた状況がタンクごとに異なっていても、第１開閉バルブＶａに開弁不良が起きたタンクＴＫを的確に判定できる。

本実施形態の燃料電池システム１０では、レセプタクル１００にノズルＧｎが接続されてガス充填が開始された時点から第１開閉バルブＶａの開弁不良の判定を行う。よって、ガス充填作業者がリッドを閉じる以前での開弁不良の判定が可能となる。換言すれば、ガス充填作業者によるリッド閉じのタイミングは多種多様であるが、ガス充填作業者によるリッド閉じの状況に左右されること無く、第１開閉バルブＶａの開弁不良を的確に判定できる。

本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料ガスがフル充填の状況で第１開閉バルブＶａに開弁不良を起こし、タンク内ガス圧がフル充填圧に近似した高圧であっても、第１開閉バルブＶａにおける開弁不良の有無を判定できる。また、燃料ガスの充填量が少ない状況で第１開閉バルブＶａに開弁不良を起こした場合でも、同様に、第１開閉バルブＶａにおける開弁不良の有無を判定できる。この他、燃料ガスの充填時間が短い場合や、フル充填までのガス充填がなされない場合であっても、ガス充填が開始された時点からの第１開閉バルブＶａの開弁不良の判定を行うので（ステップＳ１４０〜Ｓ１５０）、的確に開弁不良を判定できる。

本実施形態の燃料電池システム１０では、第１開閉バルブＶａの開弁不良の判定にタンクＴＫごとの温度センサＴｓの検出値を用いるので、開弁不良を高精度に判定できる。

本発明は、上述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。

本実施形態の燃料電池システム１０では、１０本のタンクＴＫを備えるが、１０本以外の複数本のタンクＴＫを備える形態とすることもできる。

本実施形態の燃料電池システム１０では、１０本のタンクＴＫの内の一つ或いは二つのタンクＴＫに第１開閉バルブＶａの開弁不良がある場合について説明したが、三つ以上のタンクＴＫに開弁不良があっても、その開弁不良を判定・報知できる。

１０…燃料電池システム、５０…燃料電池、１００…レセプタクル、１０５…逆流防止弁、１１０…充填流路、１１５…圧力センサ、２００…供給流路、２１５…圧力センサ、３００…制御部、Ｃｖ１〜Ｃｖ１０…逆止弁、Ｆａ１〜Ｆａ１０…第１流路、Ｆｂ…第２流路、Ｇｎ…ノズル、ＴＫ１〜ＴＫ１０…タンク、Ｔｓ１〜Ｔｓ１０…温度センサ、Ｖａ１〜Ｖａ１０…第１開閉バルブ、Ｖｂ…第２開閉バルブ

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料ガスを貯留し、前記燃料電池に並列に接続された複数の燃料ガスタンクと、
   前記燃料ガスタンクのそれぞれに設けられ、タンク内温度を検出する温度センサと、
   前記複数の燃料ガスタンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給流路に前記燃料ガスタンクごとに設けられ、前記燃料電池の発電時に前記供給流路を開放するよう開弁制御され、前記燃料電池の非発電時に前記供給流路を閉鎖するよう閉弁制御される開閉バルブと、
   前記燃料ガスのガス充填元から前記燃料ガスを前記複数の燃料ガスタンクに導く充填流路に設けられ、前記充填流路におけるガス圧を検出するガス圧センサと、
   前記充填流路に前記燃料ガスタンクごとに設けられ、前記充填流路のガス圧がタンク内ガス圧より高圧である場合に前記燃料ガスをタンク内に導く逆止弁と、
   前記燃料ガスタンクごとの前記温度センサの検出タンク内温度と前記ガス圧センサの検出ガス圧とを用いて、前記燃料ガスのガス充填開始時点からのガス圧変化ΔＰに対する前記タンク内温度の温度変化ΔＴを算出し、該算出した前記温度変化ΔＴが所定範囲を逸脱した前記燃料ガスタンクにおける前記開閉バルブに開弁不良が起きている旨を出力する開弁不良出力部とを備える、
   燃料電池システム。

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