JP2021077530A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの異常検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料タンクと、充填流路と、燃料電池と燃料タンクとを接続する供給流路と、充填流路内の圧力を検出する第1圧力センサと、燃料タンクの出口部の圧力を検出する第2圧力センサと、温度センサと、制御部と、を備える。制御部は異常検知制御において、充填時の充填流路の圧力の最大値である充填時最大圧力を取得し、燃料ガスの充填の終了後、燃料ガスの燃料電池への供給を最初に開始したときの第2圧力センサの検出値である供給開始時圧力と、充填時最大圧力と、の差が基準値以下のときに、双方のセンサが正常であると判定し、上記差が基準値を超えるときに、少なくとも一方のセンサが異常の可能性があると判定する。
【選択図】図2
Description
この形態の燃料電池システムによれば、水素タンクに水素充填した後に充填流路の圧力が低下する場合であっても、充填時最大圧力は、充填終了時の燃料タンク内の圧力により近い値になり、供給開始時圧力と充填時最大圧力との差が、基準値以下になる可能性が高まる。そのため、圧力センサの異常判定における誤判定を抑えることができる。
(2)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記充填流路を流れる前記燃料ガスの流量を検出する流量センサを備え、前記制御部は、前記燃料ガスの充填の開始後、前記流量センサが検出する前記流量が予め定めた基準流量以下になった後に、前記異常検知制御を開始することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、充填流路を流れる燃料ガスの流量の検出値を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(3)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記基準流量は、30g/secであることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、充填流路を流れる燃料ガスの流量の検出値を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(4)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に、前記第1圧力センサの検出値を用いて、前記充填流路内の圧力の昇圧速度を求め、前記燃料ガスの充填の開始後、前記昇圧速度が予め定めた第1基準速度以下になった後に、前記異常検知制御を開始することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、充填流路を流れる燃料ガスの圧力の昇圧速度を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(5)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記第1基準速度は、23MPa/minであることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、充填流路を流れる燃料ガスの圧力の昇圧速度を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(6)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に、前記温度センサの検出温度を用いて、前記燃料タンクの昇温速度を求め、前記燃料ガスの充填の開始後、前記昇温速度が予め定めた第2基準速度以下になった後に、前記異常検知制御を開始することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料タンクの温度の昇温速度を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(7)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記第2基準速度は、20℃/minであることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料タンクの温度の昇温速度を用いて異常検知制御を開始することにより、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
(8)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記充填流路を前記燃料ガスが流れる際の、前記第1圧力センサと前記燃料タンクとの間の圧力損失が、予め定めた判定値以下の状態になったと推定された後に、前記第1圧力センサの検出値が最大となったときを前記圧力最大時として、前記充填時最大圧力を取得することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、充填流路の圧力損失に起因して、充填時最大圧力の値として過剰に大きな値が取得されることを抑えることができる。そのため、圧力センサが正常であるにも関わらず異常であると誤判定されることを抑え、圧力センサの異常判定の精度を高めることができる。
本開示は、燃料電池システム以外の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する燃料電池車両、燃料電池システムの異常検知方法、その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等の形態で実現することができる。
(A−1)全体構成:
図1は、本開示の第1実施形態の燃料電池システム25の概略構成を表わす説明図である。燃料電池システム25は、燃料電池車両20に搭載されている。図1では、燃料電池システム25が備える後述する燃料タンク60に対して燃料ガスである水素を充填するための水素充填装置70も併せて示している。以下では、燃料電池車両20および水素充填装置70の構成について説明する。
図2は、本実施形態の燃料電池車両20の制御部68のCPUで実行される異常検知制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。図3は、異常検知制御に伴う動作の概要を示すタイムチャートである。以下では、図2および図3を用いて、燃料ガスの圧力を検出するセンサの異常、具体的には、充填圧センサ41および高圧センサ42の異常を、検知するための動作について説明する。
第1実施形態では、水素充填が開始される時間t1において、図2のステップS130からステップS180までの動作を含む異常検知制御を開始しているが、異なる構成としてもよい。異常検知制御を開始するタイミングを第1実施形態とは異ならせた例を、以下の第2実施形態から第4実施形態において説明する。また、以下に示す第2実施形態から第5実施形態の燃料電池システム25は、第1実施形態と同様の構成を有するため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
第3実施形態では、第2実施形態と同様に、水素充填時の圧力損失が十分に低下した状態になったと推定された後に、最大圧力Pimaxの記憶の更新を伴う圧力センサの異常検知制御を行なっている。第3実施形態では、水素充填時の圧力損失が圧損閾値まで低下したか否かを判断するために、充填圧センサ41が検出した充填ガス圧Piの上昇速度(以下、昇圧速度ΔPiとも呼ぶ)を用いている。昇圧速度ΔPiは、本実施形態では、単位時間当たりに上昇した充填ガス圧Piの大きさとしているが、例えば、一定時間ごとに充填ガス圧Piを検出したときの、前回の検出値に対する今回の検出値の割合としてもよい。
第4実施形態では、第2実施形態と同様に、水素充填時の圧力損失が十分に低下した状態になったと推定された後に、最大圧力Pimaxの記憶の更新を伴う圧力センサの異常検知制御を行なっている。第4実施形態では、水素充填時の圧力損失が圧損閾値まで低下したか否かを判断するために、温度センサ45が検出した燃料タンク60の温度Txの上昇速度を用いている。燃料タンク60の温度Txの上昇速度のことを、「タンク昇温速度」あるいは「昇温速度ΔTx」とも呼ぶ。昇温速度ΔTxは、本実施形態では、単位時間当たりに上昇したタンク温度Txの大きさとしているが、例えば、一定時間ごとにタンク温度Txを検出したときの、前回の検出値に対する今回の検出値の割合としてもよい。
第1実施形態から第4実施形態では、供給開始時圧力である供給ガス圧Poと、充填時最大圧力Pimaxと、の差を用いて、圧力センサの異常の有無を判定しているが、異なる構成としてもよい。第5実施形態では、水素充填の終了後、燃料電池66への水素供給を最初に開始したときである供給開始時における燃料タンク60内の燃料ガスの量と、充填ガス圧Piの検出値が最大となるときである圧力最大時における燃料タンク60内の燃料ガスの量と、の差を用いて、圧力センサの異常の有無を判定する。このような異常判定の動作は、第1実施形態から第4実施形態のいずれにおいても適用可能である。
(F1)上記各実施形態では、燃料電池システム25は、単一の燃料タンク60を備えることとしたが、複数の燃料タンク60を備えていてもよい。このような場合には、例えば、複数の燃料タンク60を並列に接続して、燃料タンク60への水素の充填、および、燃料タンク60から燃料電池66への水素の供給の動作を、全ての燃料タンク60について同時に行なえばよい。このとき充填ガス圧Piを検出するための充填圧センサ41、および、充填配管30を流れる水素の質量流量を検出する流量センサ47は、充填配管30において、各々の燃料タンク60へと分岐する箇所よりも上流に設ければよい。また、高圧センサ42は、減圧弁54よりも上流であって、各々の燃料タンク60に接続される配管が1つの供給配管32に集合する箇所よりも下流に設ければよい。
Claims (9)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンクに充填される前記燃料ガスが流れる充填流路と、
前記燃料電池と前記燃料タンクとを接続する供給流路と、
前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第1圧力センサと、
前記供給流路に設けられて、前記燃料タンクの出口部における前記燃料ガスの圧力を検出する第2圧力センサと、
前記燃料タンクの内部温度を検出する温度センサと、
前記第1圧力センサおよび前記第2圧力センサに係る異常検知制御を行なう制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記異常検知制御において、
前記第1圧力センサの検出値から、前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に前記充填流路の圧力が最大となる圧力最大時における前記充填流路の圧力である充填時最大圧力を取得し、
前記燃料タンクへの前記燃料ガスの充填の終了後、前記燃料タンク内の前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を最初に開始したときである供給開始時の前記第2圧力センサの検出値である供給開始時圧力と、前記充填時最大圧力と、の差、または、前記供給開始時に前記温度センサが検出した温度と前記供給開始時圧力とを用いて算出される前記供給開始時における前記燃料タンク内の前記燃料ガスの量と、前記圧力最大時に前記温度センサが検出した温度と前記充填時最大圧力とを用いて算出される前記圧力最大時における前記燃料タンク内の前記燃料ガスの量と、の差が、予め定めた基準値以下のときに、前記第1圧力センサおよび前記第2圧力センサの双方が正常であると判定し、
前記差が、前記基準値を超えるときに、前記第1圧力センサと前記第2圧力センサとのうちの少なくともいずれか一方が異常である可能性があると判定する
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記充填流路を流れる前記燃料ガスの流量を検出する流量センサを備え、
前記制御部は、前記燃料ガスの充填の開始後、前記流量センサが検出する前記流量が予め定めた基準流量以下になった後に、前記異常検知制御を開始する
燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記基準流量は、30g/secである
燃料電池システム。 - 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、
前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に、前記第1圧力センサの検出値を用いて、前記充填流路内の圧力の昇圧速度を求め、
前記燃料ガスの充填の開始後、前記昇圧速度が予め定めた第1基準速度以下になった後に、前記異常検知制御を開始する
燃料電池システム。 - 請求項4に記載の燃料電池システムであって、
前記第1基準速度は、23MPa/minである
燃料電池システム。 - 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、
前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に、前記温度センサの検出温度を用いて、前記燃料タンクの昇温速度を求め、
前記燃料ガスの充填の開始後、前記昇温速度が予め定めた第2基準速度以下になった後に、前記異常検知制御を開始する
燃料電池システム。 - 請求項6に記載の燃料電池システムであって、
前記第2基準速度は、20℃/minである
燃料電池システム。 - 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、前記充填流路を前記燃料ガスが流れる際の、前記第1圧力センサと前記燃料タンクとの間の圧力損失が、予め定めた判定値以下の状態になったと推定された後に、前記第1圧力センサの検出値が最大となったときを前記圧力最大時として、前記充填時最大圧力を取得する
燃料電池システム。 - 燃料電池システムの異常検知方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンクに充填される前記燃料ガスが流れる充填流路と、
前記燃料電池と前記燃料タンクとを接続する供給流路と、
前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第1圧力センサと、
前記供給流路に設けられて、前記燃料タンクの出口部における前記燃料ガスの圧力を検出する第2圧力センサと、
を備え、
前記第1圧力センサの検出値から、前記燃料タンクに前記燃料ガスを充填する際に前記充填流路の圧力が最大となる圧力最大時における前記充填流路の圧力である充填時最大圧力を取得し、
前記燃料タンクへの前記燃料ガスの充填の終了後、前記燃料タンク内の前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を最初に開始したときである供給開始時の前記第2圧力センサの検出値である供給開始時圧力と、前記充填時最大圧力と、の差、または、前記供給開始時の前記燃料タンク内の温度と前記供給開始時圧力とを用いて算出される前記供給開始時における前記燃料タンク内の前記燃料ガスの量と、前記圧力最大時の前記燃料タンク内の温度と前記充填時最大圧力とを用いて算出される前記圧力最大時における前記燃料タンク内の前記燃料ガスの量と、の差が、予め定めた基準値以下のときに、前記第1圧力センサおよび前記第2圧力センサの双方が正常であると判定し、
前記差が、前記基準値を超えるときに、前記第1圧力センサと前記第2圧力センサとのうちの少なくともいずれか一方が異常である可能性があると判定する
燃料電池システムの異常検知方法。
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