JP3783650B2 - ガス燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断弁の故障状態を診断可能なガス燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から遮断弁の故障状態を診断するため、燃料タンクとエンジン等の燃料消費装置との間の配管に遮断弁と圧力センサをこの順に配置し、遮断弁を閉弁して所定時間後の圧力により遮断弁の故障診断を行うものが知られており、例えば、特開２０００−２７４３１１号公報に記載されている。
【０００３】
これは、車両の停止もしくは運転中に、遮断弁を閉弁し、所定時間後の圧力低下量、あるいは圧力が所定の圧力まで低下するまでの経過時間を計測し、圧力低下率を算出し、圧力低下率しきい値と比較して遮断弁の故障診断を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遮断弁下流の圧力の低下速度は、車両の運転状態、即ち、燃料消費装置の燃料消費率によって変化する。
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、遮断弁を閉弁し、所定時間後の圧力低下量、若しくは、圧力が所定圧力まで低下するのに経過する時間を計測して遮断弁の故障診断を行っている。このため、車両の運転状態によって燃料消費率が低い場合には、圧力の低下に時間がかかるものであった。
【０００６】
所定時間後の圧力低下量によって診断を行う場合、圧力センサの検出精度や分解能より下限圧力低下量が決定され、設定する所定時間はその下限圧力低下量だけ圧力が低下する時間以上にしなくてはならないため、故障診断を行うのに時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００７】
また、所定圧力まで低下するのに経過する時間を計測する場合、所定圧力は燃料タンク圧力から前述の下限圧力低下量を引いた値以下にしなければならないため、燃料消費率が低い場合は所定圧力まで圧力が低下するのに時間がかかり故障診断を行うのに時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、遮断弁の故障診断を短時間に実施可能なガス燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料供給手段から燃料を燃料消費手段に供給し、遮断弁と圧力センサを有する燃料供給ラインと、故障診断信号に基づいて前記遮断弁を閉弁し、少なくとも前記圧力センサからの圧力情報と経過時間とに基づいて圧力低下率を算出し、前記圧力低下率が予め定めた圧力低下率しきい値より小さいときに、前記遮断弁が故障状態であると判断する故障検出手段を有するガス燃料供給装置において、前記故障診断信号に基づいて前記故障検出手段が作動する条件下では、前記燃料消費手段が消費する目標燃料消費率を増大化して制御する燃料消費量制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記燃料消費手段は、燃料電池自動車では燃料ガスを消費する燃料電池や燃料ガスを燃焼する燃焼器であり、前記燃料消費量制御手段は、これらの燃料電池や燃焼器の目標燃料消費率を故障検出手段が作動する条件下では増大化して制御する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記燃料消費手段に加え、遮断弁の故障診断の実行時に消費した燃料によって得られるエネルギーを蓄えるエネルギー保存手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、前記エネルギー保存手段は、遮断弁の故障診断前にエネルギー保存量を調節することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、前記燃料供給手段は、水素リッチなガス燃料を貯留する水素タンクであり、前記燃料消費手段は、燃料電池であり、前記エネルギー保存手段は、電力貯蔵手段であることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明において、前記故障検出手段は、診断に要する水素量から算出される発電電力に応じて前記電力貯蔵手段の充電状態を調節することを特徴とする。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、前記燃料消費手段は、補助燃料消費手段を並列に備え、前記燃料供給ラインは、前記燃料消費手段と前記補助燃料消費手段に燃料を供給する割合を制御する燃料供給割合制御手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
第７の発明は、第６の発明において、前記補助燃料消費手段は、燃焼器で構成していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
したがって、第１の発明では、故障検出手段は燃料消費手段の燃料消費量を増大化して制御できるので、遮断弁の故障診断をする際に、燃料消費手段の燃料消費量を調節することにより、より短時間で燃料供給ラインの圧力を下げることができ、より短時間に遮断弁の故障診断を行うことができる。
【００１８】
第２の発明では、第１の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断のために余分に得られるエネルギーをエネルギー保存手段に蓄えるので、燃料を無駄にせずに故障診断をより短い時間で行うことができる。
【００１９】
第３の発明では、第２の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断前に前記エネルギー保存手段の保存量を調節するため、故障診断によって得られるエネルギーに応じてエネルギー保存手段の保存量を下げておき、エネルギー保存手段に故障診断によって得られる余分なエネルギーを蓄えることができ、エネルギーを無駄に捨てることなく故障診断ができる。
【００２０】
第４の発明では、第１ないし第３の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断時に水素ガス燃料を消費する燃料電池の発電電力は電力貯蔵手段に保存されるので、水素を無駄にすることなく遮断弁の故障診断を行うことができる。
【００２１】
第５の発明では、第４の発明の効果に加えて、診断に要する水素量から算出される発電電力に応じて前記電力貯蔵手段の充電状態を調節するため、故障診断によって発電した電力を無駄にすることなく電力貯蔵手段に充電することができる。
【００２２】
第６の発明では、第１の発明の効果に加えて、燃料供給割合制御手段が目標燃料消費率と燃料消費手段の燃料消費率に応じて燃料消費手段と補助燃料消費手段に燃料を供給する割合を制御するので、燃料消費手段の燃料消費率が目標燃料消費率に対して十分でないとき、補助燃料消費手段に燃料を供給することによって目標燃料消費率で燃料を消費することができる。
【００２３】
第７の発明には、第６の発明の効果に加えて、補助燃料消費手段を燃焼器により構成したため、燃料消費手段が十分にガス燃料を消費できないときでも、燃料供給割合制御手段により燃焼器がガス燃料を消費するので、燃料消費手段が十分に水素を消費できないときでも目標燃料消費率で燃料を消費することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項１に対応する第１の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１〜図４は、本発明の第１の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、図１はシステム構成図、図２〜図４は故障診断の制御フローチャートを示す。なお、以下に説明する燃料電池およびガス燃料供給装置は、燃料電池自動車等の移動体に搭載される装置である。
【００２６】
図１において、ガス燃料供給装置は、主として、水素吸蔵合金が充填されている燃料供給手段としての燃料タンク２と、燃料タンク２よりのガス燃料と酸化剤ガスの供給を受けて電気化学的な反応により電力を発生する燃料消費手段としての燃料電池１と、燃料電池１の電力が供給されるモータ・インバータ等の電力消費部１１と、燃料電池１を安全且つ効率的に運転すること等を目的とするコントローラ６とを備える。
【００２７】
前記燃料タンク２は、水素吸蔵合金に吸蔵させた水素をガス燃料として貯蔵する。燃料タンク２よりのガス燃料は、逆流防止機能付きの遮断弁３および配管からなる燃料供給ライン４を経由して燃料電池１に供給可能であり、遮断弁３の開閉により供給量を制御する。
【００２８】
コントローラ６は、燃料消費量制御手段としての燃料消費量制御部７１および故障検出手段としての故障検出部６１を備える。燃料消費量制御部７１は、燃料電池１の通常運転時には電力消費部１１に消費される電力消費量に基づいて燃料電池１の目標発電量を算定して燃料電池１の燃料消費率を演算し、必要な遮断弁３のバルブ開度（全閉または全開）を故障検出部６１に出力して遮断弁３を開閉操作する。燃料消費量制御部７１は、また、故障診断時には故障検出部６１より規定される目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１から入力される燃料電池１の燃料消費率から、目標発電量を算出して燃料電池１に出力し、電力消費部１１へ目標電力消費量を出力する。
【００２９】
故障検出部６１には、遮断弁３よりも下流の燃料供給ライン４の配管内の圧力を検出する圧力センサ５よりの圧力信号が入力されている。故障検出部６１は、燃料電池１の通常運転時には、前記燃料消費量制御部７１よりの開度信号に応じて遮断弁３を開閉制御する。なお、燃料電池の通常運転時には、図示しないレギュレータ弁により供給量を連続的（リニア）に制御される。故障検出部６１は、また、故障診断時には、目標燃料消費量Ｃ１、所定時間ｔ０、圧力低下しきい値ａ０を算出設定し、燃料消費量制御部７１に出力して燃料電池１および電力消費部１１の作動が目標燃料消費量Ｃ１となるよう制御させる。また、遮断弁３を閉じ、閉弁後の圧力センサ５よりの圧力信号により遮断弁３の故障を判定する。
【００３０】
次に第１実施態様の故障診断の詳細な手順を、図２〜図４のフローチャートに基づいて説明する。図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定を、図３に示すステップ２２０〜２４０は燃料消費量制御部７１の作動を、図４に示すステップ３００〜３８０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００３１】
故障診断の条件設定は、先ず、ステップ１００で、故障検出部６１に対し故障診断信号が出されたか否かを判断する。出されていなければステップ１００に戻り、故障診断信号が出されるまで待つ。故障診断信号が出されていればステップ１１０へ進む。
【００３２】
ステップ１１０では、目標燃料消費率Ｃ１を設定しステップ１２０へ進む。目標燃料消費率Ｃ１は、図５に示すように、従来の燃料電池１の燃料消費率をＣ０とすると、規定の水素量ｎを消費するために経過する時間はｔｌｏｎｇとなる。本発明では水素量ｎを消費するための時間がより短くなるように燃料消費率をＣ０よりも大きい目標燃料消費率Ｃ１に設定することによってｔｌｏｎｇよりも短い時間ｔ０で規定の水素量ｎを消費することができる。よって目標燃料消費率はＣ１に設定する。
【００３３】
規定の水素量ｎは、圧力センサ５の検出値がＰ０からＰ１になるために消費しなくてはならない水素量である。即ち、遮断弁３から燃料電池１までの燃料供給ライン４の容積をＶｐｉｐｅとし、Ｒを気体定数、Ｔをガス燃料の絶対温度、ｎ０を圧力が初期圧力Ｐ０のときの水素量、ｎ１を圧力がＰ１のときの水素量とすると、
Ｐ０・Ｖｐｉｐｅ＝ｎ０・Ｒ・Ｔ
Ｐ１・Ｖｐｉｐｅ＝ｎ１・Ｒ・Ｔ
となるので、消費しなくてはならない水素量ｎは、
ｎ＝ｎ０−ｎ１＝（１−Ｐ１／Ｐ０）ｎ０
＝（１−Ｐ１／Ｐ０）Ｐ０・Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）
＝（Ｐ０−Ｐ１）Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）
となる。
【００３４】
ここで、圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）＝ΔＰは、圧力センサ５の検出範囲と分解能より、圧力センサ５で十分に識別可能である圧力差△Ｐが決定されるので、圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）は、圧力差△Ｐ以上に設定すればよい。
【００３５】
ステップ１２０では、所定時間ｔ０を設定しステップ１３０へ進む。所定時間ｔ０は、目標燃料消費率Ｃ１で前記水素量ｎを消費したときの消費時間に相当する。即ち、燃料消費率Ｃ１を決定すると、燃料消費率Ｃ１で消費される水素量が（Ｐ０−Ｐ１）Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）となる時間となる。図６は、遮断弁３が閉じた時点よりの圧力センサ５から検出される圧力と時間の関係を示したものである。時点０のときに遮断弁３に閉指令を出力し、予め定められた所定時間ｔ０が経過するまでの圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）から圧力低下率ａ１を算出する。
【００３６】
ステップ１３０では、圧力低下率しきい値ａ０を設定しステップ１４０へ進む。圧力低下率しきい値ａ０は、目標燃料消費率Ｃ１より、遮断弁３が完全に閉じたときの理論圧力低下率が算出でき、遮断弁３が故障していないと判断可能である圧力低下率の幅を考慮して圧力低下率しきい値ａ０を算出する。なお、故障している遮断弁３を用いて実験をし、故障時の圧力低下率を測定して圧力低下率しきい値ａ０を算出してもよい。このようにして、故障検出部６１は前述の目標燃料消費率Ｃ１を算出し、燃料消費量制御部７１に出力する。
【００３７】
ステップ１４０では、燃料消費量制御部７１により目標発電量を設定しステップ１５０へ進む。目標発電量は、故障検出手段６１から入力される目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１から入力される燃料電池１の燃料消費率から算出される。
【００３８】
ステップ１５０では、燃料電池１で発生される発電量を電力消費部１１で消費させる目標電力消費量を設定し、図３の燃料消費量制御部７１のフローチャートのステップ２２０へ進む。
【００３９】
燃料消費量制御部７１の作動を開始するステップ２２０では、目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように目標発電量を調整して燃料電池１へ出力し、ステップ２３０へ進む。
【００４０】
ステップ２３０では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために目標電力消費量を調整し、燃料消費量制御部７１から電力消費部１１に目標電力消費量を出力し、ステップ２４０へ進む。
【００４１】
ステップ２４０では、燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内であるかを判断する。範囲内であれば図４の故障診断作動のフローチャートのステップ３００に進む。範囲外であればステップ２２０〜２３０を繰り返して燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内となるよう調整する。
【００４２】
図４の故障診断作動を開始するステップ３００では、故障検出部６１が遮断弁３に閉指令を出し、ステップ３１０へ進む。図６では、時点０である。
【００４３】
ステップ３１０では、燃料供給ライン４の遮断弁３下流のガス燃料圧力Ｐ０を圧力センサ５より検出し、ステップ３２０へ進む。
【００４４】
ステップ３２０では、遮断弁３に閉指令が出されてから、所定時間ｔ０が経過したか否かを判断する。経過していたらステップ３３０へ進み、経過していなければ所定時間ｔ０が経過するまで待つ。図６の時点ｔ０参照。
【００４５】
ステップ３３０では、所定時間ｔ０が経過した後の遮断弁３下流の燃料供給ライン４のガス燃料圧力Ｐ１を圧力センサ５より検出し、ステップ３４０へ進む。
【００４６】
ステップ３４０では、（Ｐ０−Ｐ１）／ｔ０により圧力低下率ａ１を算出し、ステップ３５０へ進む。
【００４７】
ステップ３５０では、ステップ３４０で算出された圧力低下率ａ１が予め定められた圧力低下率しきい値ａ０よりも小さいか否かを判断する。小さければステップ３６０へ進み、小さくなければステップ３７０へ進む。
【００４８】
ステップ３６０では圧力低下率ａ１が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さかったので、遮断弁３がガス燃料を完全に遮断せずにガス燃料を燃料電池１に供給してしまっていると判断し遮断弁故障フラグをセットし、ステップ３８０へ進む。
【００４９】
ステップ３７０では、圧力低下率ａ１が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さくないので遮断弁３はガス燃料を遮断していると判断し、遮断弁故障フラグをクリアし、ステップ３８０へ進む。
【００５０】
ステップ３８０では、図示しない故障処理ルーチンへ進む。遮断弁故障フラグがセットされている場合はシステムを停止しドライバーに故障していることを報知するなどの故障処理を行い、次へ進み終了する。
【００５１】
このように処理することで遮断弁３の故障診断をより短い時間で行うことが可能となる。
【００５２】
なお、診断時間ｔ０を短くするためには、Ｐ１はＰ０に近づけてより大きくしたいので、Ｐ１はＰ０−△Ｐに設定することが望ましい。
【００５３】
本実施の形態にあっては、燃料消費量制御手段としての燃料消費量制御部７１は、故障検出手段としての故障検出部６１により算出される目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費するよう燃料消費手段１１を制御するため、遮断弁３の故障診断をする際に、燃料消費手段としての燃料電池１の燃料消費量を調節することにより、より短時間で燃料供給ライン４の圧力を下げることができ、より短時間に遮断弁３の故障診断を行うことができる。
【００５４】
（第２実施形態）
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項６、７に対応する第２の実施形態に基づいて説明する。
【００５５】
図７〜図９は、本発明の第２の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、第１の実施形態とは、ガス燃料による燃焼器と燃料電池へ供給するガス燃料を分岐して燃焼器へ供給する燃料供給割合制御部とを備えている構成で相違している。図７はシステム構成図、図２、図８、９は故障診断の制御フローチャートである。
【００５６】
図７において、９はガス燃料を燃焼させる燃焼器を示し、燃料供給ライン４からの燃料電池１へのガス燃料を燃料供給割合制御部１０により分流して供給される。燃焼器９は燃料消費率制御部７２からの起動信号により起動される。燃料供給ライン４は燃料タンク２と燃料電池１の間に遮断弁３と圧力センサ５と燃料供給割合制御部１０がこの順で設けてある。燃料供給割合制御部１０は、燃料消費量制御部７２から入力される目標燃料供給割合指令に応じて燃料電池１と燃焼器９に供給するガス燃料の割合を調節する。即ち、燃料消費量制御部７２は燃料供給割合制御部１０に目標燃料供給割合指令を出力し、燃料電池１に目標発電量指令を出力し、燃焼器に起動信号を出力し、電力消費部１１に目標電力消費量を出力する。
【００５７】
次に第２実施態様の故障診断の詳細な手順を、図２、図８、９のフローチャートに基づいて説明する。図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定を、図８に示すステップ２１１〜２７１は燃料消費量制御部７２の作動を、図９に示すステップ４００〜４９０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００５８】
図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定は、既に説明しており、図８に示す燃料消費量制御部７２の作動をステップ２１１〜２７１の順を追って説明する。
【００５９】
燃料消費量制御部７２の作動のステップ２１１では、目標燃料供給割合を調整してステップ２２１へ進む。目標燃料供給割合の初期値は、燃料電池１に１００％、燃焼器に０％となっている。ステップ２５１を経由してステップ２１１へ到達した場合には、燃料消費量が目標燃料消費量に一致するように目標燃料供給割合を調整する。調整量はあらかじめ実験などにより燃料消費量と目標燃料供給割合の関係をマップ化しておき、算出する。
【００６０】
ステップ２２１では、目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように目標発電量を調整しステップ２３１へ進む。燃焼器９が起動している場合は、目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１に供給される水素量に応じて目標発電量を調整する。
【００６１】
ステップ２３１では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために電力消費部１１での目標電力消費量を調整しステップ２４１へ進む。燃焼器９が起動している場合は、燃料電池１に供給される水素量に応じて目標電力消費量を調整する。
【００６２】
ステップ２４１では、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１よりも小さいか否かを判断する。小さければステップ２５１に進み、小さくなければステップ２７１へ進む。
【００６３】
ステップ２７１では、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１よりも大きいか否かを判断する。大きければステップ２２１に進み、大きくなければＢを経由して図９に示す故障診断の作動であるステップ４００へ進む。
【００６４】
ステップ２５１では、燃焼器９に起動信号を出力してステップ２１１に進む。
【００６５】
ステップ２４１とステップ２７１の判断は、分岐条件に適切な範囲をもたせて判断を行う。具体的には、燃料消費率Ｃと目標燃料消費率Ｃ１を比較する際、適切な範囲△Ｃ＞０を設定し、ステップ２４１では、（Ｃ１＜Ｃ＋△Ｃ）が成立すればステップ２７１へ進み、ステップ２７１では、（Ｃ１＞Ｃ−△Ｃ）が成立すれば、図９に示す故障診断の作動であるステップ４００へ進む。
【００６６】
図９に示す故障診断の作動においては、図４の故障診断の作動が、所定時間ｔ０が経過したときの圧力低下量を計測して遮断弁３の故障診断をするのに対し、圧力センサ５から検出される圧力が所定圧力Ｐ２まで低下する経過時間ｔ１を計測して遮断弁３の故障診断を行うものである。
【００６７】
図１０により、故障診断方法の詳細を説明する。図１０の太線は圧力センサ５から検出される圧力と時間の関係を示した図である。時点０で遮断弁３に閉指令を出し、圧力センサ５の検出値が予め定められた所定圧力Ｐ２になるまでの経過時間ｔ１を計測する。前述の圧力低下率しきい値ａ０によって圧力がＰ０から所定圧力Ｐ２になるまでの時間と経過時間ｔ１を比較することによって遮断弁３の故障診断を行うものである。
【００６８】
図９に戻り、故障診断の作動をフローチャートに基づいて説明する。
【００６９】
ステップ４００では、遮断弁３に故障検出部６１が閉指令を出力する。
【００７０】
ステップ４１０では、遮断弁３下流の燃料供給ライン４のガス燃料圧力Ｐ０を検出し、時々刻々と圧力センサ５より検出するガス燃料圧力Ｐ１の計測を開始する。
【００７１】
ステップ４２０では、遮断弁３に閉指令を出力してからの経過時間ｔ１の計測を開始する。
【００７２】
ステップ４３０では、圧力センサ５より時事刻々と検出されるガス燃料圧力Ｐ１が予め定められた診断停止圧力Ｐ２より小さいか否か判断する。小さければステップ４４０に進み、小さくなければステップ４３０に進む。診断停止圧力Ｐ２は圧力センサ５で十分に識別可能である範囲でより大きな値としたほうが、診断にかかる時間が少なくなり、より効果的である。よって遮断弁３下流のガス燃料圧力Ｐ０と圧力センサ５の分解能や検出範囲から診断停止圧力Ｐ２が設定される。
【００７３】
ステップ４４０では、遮断弁３に閉指令を出力してから、圧力センサ５より時事刻々と検出されるガス燃料圧力Ｐ１が診断停止圧力Ｐ２を下回るまでの経過時間ｔ１の計測を停止する。
【００７４】
ステップ４５０では、（Ｐ０−Ｐ２）／ｔ１より圧力低下率ａ２を算出する。
【００７５】
ステップ４６０では、ステップ４５０で算出された圧力低下率ａ２が予め定められた圧力低下率しきい値ａ０よりも小さいか否か判断する。小さければステップ４７０に進み、小さくなければステップ４８０に進む。
【００７６】
ステップ４７０では、圧力低下率ａ２が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さかったので、遮断弁３がガス燃料を遮断せずにガス燃料を燃料電池１側に供給してしまっていると判断し遮断弁故障フラグをセットする。
【００７７】
ステップ４８０では、圧力低下率ａ２が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さくないので遮断弁３はガス燃料を遮断していると判断し遮断弁故障フラグをクリアする。
【００７８】
ステップ４９０では、図示しない故障処理ルーチンへ進む。遮断弁故障フラグがセットされている場合はシステムを停止しドライバーに故障していることを報知するなどの故障処理を行い、次へ進み終了する。
【００７９】
このように処理することで、燃料電池１が目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費できなくても燃焼器９を用いることにより目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することが可能となり、遮断弁３の故障診断をより短時間で行うことが可能となる。
【００８０】
本実施の形態にあっては、第１の実施の形態による効果に加えて、燃料消費手段としての燃料電池１は補助燃料消費手段としての燃焼器９を並列に備え、燃料供給割合制御手段としての燃料供給割合制御部１０が目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１の燃料消費率に応じて燃料電池１と燃焼器９に燃料を供給する割合を制御するので、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１に対して十分でないとき、燃焼器９に燃料を供給することによって目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することができる。
【００８１】
また、補助燃料消費手段を燃焼器９により構成したため、燃料電池１が十分にガス燃料を消費できないときでも、燃料供給割合制御部１０により燃焼器９がガス燃料を消費するので、目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することができる。
【００８２】
（第３実施形態）
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項２〜５に対応する第３の実施形態に基づいて説明する。
【００８３】
図１１〜図１３は、本発明の第３の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、第１の実施形態に対して、燃料電池で発電した電力を充電可能な二次電池を付加したものである。図１１はシステム構成図、図１２、１３、および図４は故障診断の制御フローチャートを示す。
【００８４】
図１１において、二次電池８は燃料電池１が発電した電力を充電することが可能であり、また、電力消費部１１に放電することが可能である。二次電池８の充電状態は燃料電池１の発電量と電力消費部１１の電力消費量に応じて変化する。
【００８５】
故障検出部６３は故障診断信号より故障診断を開始する。故障検出部６３は、遮断弁３を閉じる前に、故障診断によって燃料電池１が余分に発電する電力を二次電池８が充電できる状態となるように電力調整量を算出し燃料消費量制御部７３に出力する。
【００８６】
燃料消費量制御部７３は故障検出部６３から目標燃料消費率Ｃ１と電力調整量が入力され、燃料電池１から燃料消費率が入力され、目標発電量と目標電力消費量を算出する。電力調整量が変化すると、目標発電量と目標電力消費量のバランスも変化し二次電池８の充電状態を変化させることができる。
【００８７】
次に第２実施態様の故障診断の詳細な手順を、図１２、１３、および、図４のフローチャートに基づいて説明する。図１２に示すステップ１００〜１９５は故障診断の条件設定を、図１３に示すステップ２２１〜２４１は燃料消費量制御部７３の作動を、図４に示すステップ３００〜３８０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００８８】
図１２に示す故障診断の条件設定のステップ１００〜１５０に係わる部分は、故障診断開始信号をステップ１００で検出し、ステップ１１０で目標燃料消費率Ｃ１を設定し、所定時間ｔ０をステップ１２０で設定し、圧力低下率しきい値ａ０をステップ１３０で算出し、目標発電量をステップ１４０で設定し、目標電力消費量Ｃ１をステップ１５０で設定する作動は、図２のステップ１００〜１５０と同じである。
【００８９】
ステップ１６０では、二次電池８の充電状態を読み込み、ステップ１７０へ進む。
【００９０】
ステップ１７０では、電力調整量を次のように設定し、ステップ１８０へ進む。故障診断をするために燃料電池１が消費しなければならない水素量ｎから発電される電力を算出する。算出した電力から燃料電池１を運転するために必要な補器で用いる電力を引く。この電力が二次電池８に充電可能となる目標充電状態を算出する。ステップ１６０で読み込んだ二次電池８の充電状態と、目標充電状態との差を算出し、二次電池８への電力調整量を算出する。
【００９１】
ステップ１８０で調整される第一の目標発電量とステップ１９０で調整される第一の目標電力消費量は二次電池８の充電状態が目標充電状態と一致するように調整する。例えば、第一の目標電力消費量は電力の無駄を避けるために必要最低限の値に設定し、第一の目標発電量は二次電池８の充電状態が目標充電状態となる所望の時間を設定し、設定した時間で充電状態が目標充電状態となるように第一の目標発電量を設定すればよい。
【００９２】
ステップ１９５では、二次電池８の充電状態が故障診断によって発電される電力を充電できる状態になったか否かを判断する。なっていれば図１３の燃料消費量制御部７３の作動であるステップ２２１へ進み、なっていなければステップ１６０〜１９０を再度実行する。
【００９３】
図１３の燃料消費量制御部７３の作動であるステップ２２１では目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように第二の目標発電量を調整し、ステップ２３１へ進む。
【００９４】
ステップ２３１では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために目標電力消費量を調整し、ステップ２４１へ進む。
【００９５】
ステップ２４１では、燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内であるかを判断する。範囲内であれば故障診断の作動である図４のＢを経由してステップ３００に進む、範囲外であればステップ２２１へと進み、再度ステップ２２１〜２４１を実行する。
【００９６】
次いで、図４のステップ３００〜３８０の故障診断処理（既に、第１実施態様において詳細に説明しており、ここでは、簡略に記載する）を実行し、遮断弁３を閉じ、所定時間ｔ０経過後の燃料供給ライン４のガス燃料圧Ｐ１を検出し、圧力低下率ａ１（＝（Ｐ０−Ｐ１）／ｔ０）を算出し、圧力低下しきい値ａ０と比較して遮断弁３を故障診断し、終了する。
【００９７】
このように、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１による消費に加えて二次電池８に蓄えるため、遮断弁３の故障診断をより短い時間で行うことが可能となる。しかも、発電された電力を二次電池８に貯えるため、ガス燃料および発電された電力を無駄にすることがなくなる。
【００９８】
本実施の形態にあっては、第１の実施の形態による効果に加えて、下記に記載した効果を奏することができる。即ち、遮断弁３の故障診断のために余分に得られるエネルギーをエネルギー保存手段としての二次電池８に蓄えるので、燃料を無駄にせずに故障診断をより短い時間で行うことができる。
【００９９】
遮断弁３の故障診断前に前記エネルギー保存手段としての二次電池８の保存量を調節するため、故障診断によって得られるエネルギーに応じて二次電池８の保存量を下げておき、二次電池８に故障診断によって得られる余分なエネルギーを蓄えることができ、エネルギーを無駄に捨てることなく故障診断ができる。
【０１００】
なお、上記第１実施形態にあっては、図２（故障診断の条件設定）、図３（燃料消費量制御部の作動）、図４（故障診断作動）とし、第２実施形態にあっては、図２（故障診断の条件設定）、図８（燃料消費量制御部の作動）、図９（故障診断作動）とし、第３実施形態においては、図１２（故障診断の条件設定）、図１３（燃料消費量制御部の作動）、図４（故障診断作動）として、３種類の構成となっている。しかしながら、これらの組合わせは、上記組み合わせに限定されるものでなく、図示しないが、例えば、図１２、図８、図４の組合わせであってもよい。即ち、図２若しくは図１２で開始され、図３、図８、図１３のいずれか一つへ進み、図４若しくは図９で終了される組合わせであれば、どの組み合わせでも遮断弁３の診断をより短い時間で行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図２】故障診断の条件設定の制御フローチャート。
【図３】同じく図２に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【図４】同じく図３に続く故障診断の作動を示す制御フローチャート。
【図５】目標燃料消費率と消費時間との関係を示すグラフ。
【図６】遮断弁が閉じた時点より所定時間後の圧力低下量測定による故障診断の圧力センサから検出される圧力と時間の関係を示したグラフ。
【図７】本発明の第２の実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図８】図２に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【図９】同じく図８に続く故障診断の作動を示す制御フローチャート。
【図１０】遮断弁が閉じた時点より所定圧力低下に要した経過時間測定による故障診断の圧力センサから検出される圧力と時間の関係を示したグラフ。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図１２】故障診断の条件設定の制御フローチャート。
【図１３】図１３に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【符号の説明】
１ 燃料消費手段としての燃料電池
２ 燃料供給手段としての燃料タンク
３ 遮断弁
４ 燃料供給ライン
５ 圧力センサ
６ コントローラ
８ エネルギー保存手段および電力貯蔵手段としての二次電池
９ 補助燃料消費手段としての燃焼器
１０ 燃料供給割合制御部（燃料供給割合制御手段）
１１ 電力消費部
６１、６２ 故障検出部（故障検出手段）
７１、７２、７３ 燃料消費量制御部（燃料消費量制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断弁の故障状態を診断可能なガス燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から遮断弁の故障状態を診断するため、燃料タンクとエンジン等の燃料消費装置との間の配管に遮断弁と圧力センサをこの順に配置し、遮断弁を閉弁して所定時間後の圧力により遮断弁の故障診断を行うものが知られており、例えば、特開２０００−２７４３１１号公報に記載されている。
【０００３】
これは、車両の停止もしくは運転中に、遮断弁を閉弁し、所定時間後の圧力低下量、あるいは圧力が所定の圧力まで低下するまでの経過時間を計測し、圧力低下率を算出し、圧力低下率しきい値と比較して遮断弁の故障診断を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遮断弁下流の圧力の低下速度は、車両の運転状態、即ち、燃料消費装置の燃料消費率によって変化する。
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、遮断弁を閉弁し、所定時間後の圧力低下量、若しくは、圧力が所定圧力まで低下するのに経過する時間を計測して遮断弁の故障診断を行っている。このため、車両の運転状態によって燃料消費率が低い場合には、圧力の低下に時間がかかるものであった。
【０００６】
所定時間後の圧力低下量によって診断を行う場合、圧力センサの検出精度や分解能より下限圧力低下量が決定され、設定する所定時間はその下限圧力低下量だけ圧力が低下する時間以上にしなくてはならないため、故障診断を行うのに時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００７】
また、所定圧力まで低下するのに経過する時間を計測する場合、所定圧力は燃料タンク圧力から前述の下限圧力低下量を引いた値以下にしなければならないため、燃料消費率が低い場合は所定圧力まで圧力が低下するのに時間がかかり故障診断を行うのに時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、遮断弁の故障診断を短時間に実施可能なガス燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料供給手段から燃料を燃料消費手段に供給し、遮断弁と圧力センサを有する燃料供給ラインと、故障診断信号に基づいて前記遮断弁を閉弁し、少なくとも前記圧力センサからの圧力情報と経過時間とに基づいて圧力低下率を算出し、前記圧力低下率が予め定めた圧力低下率しきい値より小さいときに、前記遮断弁が故障状態であると判断する故障検出手段を有するガス燃料供給装置において、前記故障診断信号に基づいて前記故障検出手段が作動する条件下では、前記燃料消費手段が消費する目標燃料消費率を増大化して制御する燃料消費量制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記燃料消費手段は、燃料電池自動車では燃料ガスを消費する燃料電池や燃料ガスを燃焼する燃焼器であり、前記燃料消費量制御手段は、これらの燃料電池や燃焼器の目標燃料消費率を故障検出手段が作動する条件下では増大化して制御する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記燃料消費手段に加え、遮断弁の故障診断の実行時に消費した燃料によって得られるエネルギーを蓄えるエネルギー保存手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、前記エネルギー保存手段は、遮断弁の故障診断前にエネルギー保存量を調節することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、前記燃料供給手段は、水素リッチなガス燃料を貯留する水素タンクであり、前記燃料消費手段は、燃料電池であり、前記エネルギー保存手段は、電力貯蔵手段であることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明において、前記故障検出手段は、診断に要する水素量から算出される発電電力に応じて前記電力貯蔵手段の充電状態を調節することを特徴とする。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、前記燃料消費手段は、補助燃料消費手段を並列に備え、前記燃料供給ラインは、前記燃料消費手段と前記補助燃料消費手段に燃料を供給する割合を制御する燃料供給割合制御手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
第７の発明は、第６の発明において、前記補助燃料消費手段は、燃焼器で構成していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
したがって、第１の発明では、故障検出手段は燃料消費手段の燃料消費量を増大化して制御できるので、遮断弁の故障診断をする際に、燃料消費手段の燃料消費量を調節することにより、より短時間で燃料供給ラインの圧力を下げることができ、より短時間に遮断弁の故障診断を行うことができる。
【００１８】
第２の発明では、第１の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断のために余分に得られるエネルギーをエネルギー保存手段に蓄えるので、燃料を無駄にせずに故障診断をより短い時間で行うことができる。
【００１９】
第３の発明では、第２の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断前に前記エネルギー保存手段の保存量を調節するため、故障診断によって得られるエネルギーに応じてエネルギー保存手段の保存量を下げておき、エネルギー保存手段に故障診断によって得られる余分なエネルギーを蓄えることができ、エネルギーを無駄に捨てることなく故障診断ができる。
【００２０】
第４の発明では、第１ないし第３の発明の効果に加えて、遮断弁の故障診断時に水素ガス燃料を消費する燃料電池の発電電力は電力貯蔵手段に保存されるので、水素を無駄にすることなく遮断弁の故障診断を行うことができる。
【００２１】
第５の発明では、第４の発明の効果に加えて、診断に要する水素量から算出される発電電力に応じて前記電力貯蔵手段の充電状態を調節するため、故障診断によって発電した電力を無駄にすることなく電力貯蔵手段に充電することができる。
【００２２】
第６の発明では、第１の発明の効果に加えて、燃料供給割合制御手段が目標燃料消費率と燃料消費手段の燃料消費率に応じて燃料消費手段と補助燃料消費手段に燃料を供給する割合を制御するので、燃料消費手段の燃料消費率が目標燃料消費率に対して十分でないとき、補助燃料消費手段に燃料を供給することによって目標燃料消費率で燃料を消費することができる。
【００２３】
第７の発明には、第６の発明の効果に加えて、補助燃料消費手段を燃焼器により構成したため、燃料消費手段が十分にガス燃料を消費できないときでも、燃料供給割合制御手段により燃焼器がガス燃料を消費するので、燃料消費手段が十分に水素を消費できないときでも目標燃料消費率で燃料を消費することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項１に対応する第１の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１〜図４は、本発明の第１の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、図１はシステム構成図、図２〜図４は故障診断の制御フローチャートを示す。なお、以下に説明する燃料電池およびガス燃料供給装置は、燃料電池自動車等の移動体に搭載される装置である。
【００２６】
図１において、ガス燃料供給装置は、主として、水素吸蔵合金が充填されている燃料供給手段としての燃料タンク２と、燃料タンク２よりのガス燃料と酸化剤ガスの供給を受けて電気化学的な反応により電力を発生する燃料消費手段としての燃料電池１と、燃料電池１の電力が供給されるモータ・インバータ等の電力消費部１１と、燃料電池１を安全且つ効率的に運転すること等を目的とするコントローラ６とを備える。
【００２７】
前記燃料タンク２は、水素吸蔵合金に吸蔵させた水素をガス燃料として貯蔵する。燃料タンク２よりのガス燃料は、逆流防止機能付きの遮断弁３および配管からなる燃料供給ライン４を経由して燃料電池１に供給可能であり、遮断弁３の開閉により供給量を制御する。
【００２８】
コントローラ６は、燃料消費量制御手段としての燃料消費量制御部７１および故障検出手段としての故障検出部６１を備える。燃料消費量制御部７１は、燃料電池１の通常運転時には電力消費部１１に消費される電力消費量に基づいて燃料電池１の目標発電量を算定して燃料電池１の燃料消費率を演算し、必要な遮断弁３のバルブ開度（全閉または全開）を故障検出部６１に出力して遮断弁３を開閉操作する。燃料消費量制御部７１は、また、故障診断時には故障検出部６１より規定される目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１から入力される燃料電池１の燃料消費率から、目標発電量を算出して燃料電池１に出力し、電力消費部１１へ目標電力消費量を出力する。
【００２９】
故障検出部６１には、遮断弁３よりも下流の燃料供給ライン４の配管内の圧力を検出する圧力センサ５よりの圧力信号が入力されている。故障検出部６１は、燃料電池１の通常運転時には、前記燃料消費量制御部７１よりの開度信号に応じて遮断弁３を開閉制御する。なお、燃料電池の通常運転時には、図示しないレギュレータ弁により供給量を連続的（リニア）に制御される。故障検出部６１は、また、故障診断時には、目標燃料消費量Ｃ１、所定時間ｔ０、圧力低下しきい値ａ０を算出設定し、燃料消費量制御部７１に出力して燃料電池１および電力消費部１１の作動が目標燃料消費量Ｃ１となるよう制御させる。また、遮断弁３を閉じ、閉弁後の圧力センサ５よりの圧力信号により遮断弁３の故障を判定する。
【００３０】
次に第１実施態様の故障診断の詳細な手順を、図２〜図４のフローチャートに基づいて説明する。図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定を、図３に示すステップ２２０〜２４０は燃料消費量制御部７１の作動を、図４に示すステップ３００〜３８０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００３１】
故障診断の条件設定は、先ず、ステップ１００で、故障検出部６１に対し故障診断信号が出されたか否かを判断する。出されていなければステップ１００に戻り、故障診断信号が出されるまで待つ。故障診断信号が出されていればステップ１１０へ進む。
【００３２】
ステップ１１０では、目標燃料消費率Ｃ１を設定しステップ１２０へ進む。目標燃料消費率Ｃ１は、図５に示すように、従来の燃料電池１の燃料消費率をＣ０とすると、規定の水素量ｎを消費するために経過する時間はｔｌｏｎｇとなる。本発明では水素量ｎを消費するための時間がより短くなるように燃料消費率をＣ０よりも大きい目標燃料消費率Ｃ１に設定することによってｔｌｏｎｇよりも短い時間ｔ０で規定の水素量ｎを消費することができる。よって目標燃料消費率はＣ１に設定する。
【００３３】
規定の水素量ｎは、圧力センサ５の検出値がＰ０からＰ１になるために消費しなくてはならない水素量である。即ち、遮断弁３から燃料電池１までの燃料供給ライン４の容積をＶｐｉｐｅとし、Ｒを気体定数、Ｔをガス燃料の絶対温度、ｎ０を圧力が初期圧力Ｐ０のときの水素量、ｎ１を圧力がＰ１のときの水素量とすると、
Ｐ０・Ｖｐｉｐｅ＝ｎ０・Ｒ・Ｔ
Ｐ１・Ｖｐｉｐｅ＝ｎ１・Ｒ・Ｔ
となるので、消費しなくてはならない水素量ｎは、
ｎ＝ｎ０−ｎ１＝（１−Ｐ１／Ｐ０）ｎ０
＝（１−Ｐ１／Ｐ０）Ｐ０・Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）
＝（Ｐ０−Ｐ１）Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）
となる。
【００３４】
ここで、圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）＝ΔＰは、圧力センサ５の検出範囲と分解能より、圧力センサ５で十分に識別可能である圧力差△Ｐが決定されるので、圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）は、圧力差△Ｐ以上に設定すればよい。
【００３５】
ステップ１２０では、所定時間ｔ０を設定しステップ１３０へ進む。所定時間ｔ０は、目標燃料消費率Ｃ１で前記水素量ｎを消費したときの消費時間に相当する。即ち、燃料消費率Ｃ１を決定すると、燃料消費率Ｃ１で消費される水素量が（Ｐ０−Ｐ１）Ｖｐｉｐｅ／（Ｒ・Ｔ）となる時間となる。図６は、遮断弁３が閉じた時点よりの圧力センサ５から検出される圧力と時間の関係を示したものである。時点０のときに遮断弁３に閉指令を出力し、予め定められた所定時間ｔ０が経過するまでの圧力低下量（Ｐ０−Ｐ１）から圧力低下率ａ１を算出する。
【００３６】
ステップ１３０では、圧力低下率しきい値ａ０を設定しステップ１４０へ進む。圧力低下率しきい値ａ０は、目標燃料消費率Ｃ１より、遮断弁３が完全に閉じたときの理論圧力低下率が算出でき、遮断弁３が故障していないと判断可能である圧力低下率の幅を考慮して圧力低下率しきい値ａ０を算出する。なお、故障している遮断弁３を用いて実験をし、故障時の圧力低下率を測定して圧力低下率しきい値ａ０を算出してもよい。このようにして、故障検出部６１は前述の目標燃料消費率Ｃ１を算出し、燃料消費量制御部７１に出力する。
【００３７】
ステップ１４０では、燃料消費量制御部７１により目標発電量を設定しステップ１５０へ進む。目標発電量は、故障検出手段６１から入力される目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１から入力される燃料電池１の燃料消費率から算出される。
【００３８】
ステップ１５０では、燃料電池１で発生される発電量を電力消費部１１で消費させる目標電力消費量を設定し、図３の燃料消費量制御部７１のフローチャートのステップ２２０へ進む。
【００３９】
燃料消費量制御部７１の作動を開始するステップ２２０では、目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように目標発電量を調整して燃料電池１へ出力し、ステップ２３０へ進む。
【００４０】
ステップ２３０では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために目標電力消費量を調整し、燃料消費量制御部７１から電力消費部１１に目標電力消費量を出力し、ステップ２４０へ進む。
【００４１】
ステップ２４０では、燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内であるかを判断する。範囲内であれば図４の故障診断作動のフローチャートのステップ３００に進む。範囲外であればステップ２２０〜２３０を繰り返して燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内となるよう調整する。
【００４２】
図４の故障診断作動を開始するステップ３００では、故障検出部６１が遮断弁３に閉指令を出し、ステップ３１０へ進む。図６では、時点０である。
【００４３】
ステップ３１０では、燃料供給ライン４の遮断弁３下流のガス燃料圧力Ｐ０を圧力センサ５より検出し、ステップ３２０へ進む。
【００４４】
ステップ３２０では、遮断弁３に閉指令が出されてから、所定時間ｔ０が経過したか否かを判断する。経過していたらステップ３３０へ進み、経過していなければ所定時間ｔ０が経過するまで待つ。図６の時点ｔ０参照。
【００４５】
ステップ３３０では、所定時間ｔ０が経過した後の遮断弁３下流の燃料供給ライン４のガス燃料圧力Ｐ１を圧力センサ５より検出し、ステップ３４０へ進む。
【００４６】
ステップ３４０では、（Ｐ０−Ｐ１）／ｔ０により圧力低下率ａ１を算出し、ステップ３５０へ進む。
【００４７】
ステップ３５０では、ステップ３４０で算出された圧力低下率ａ１が予め定められた圧力低下率しきい値ａ０よりも小さいか否かを判断する。小さければステップ３６０へ進み、小さくなければステップ３７０へ進む。
【００４８】
ステップ３６０では圧力低下率ａ１が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さかったので、遮断弁３がガス燃料を完全に遮断せずにガス燃料を燃料電池１に供給してしまっていると判断し遮断弁故障フラグをセットし、ステップ３８０へ進む。
【００４９】
ステップ３７０では、圧力低下率ａ１が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さくないので遮断弁３はガス燃料を遮断していると判断し、遮断弁故障フラグをクリアし、ステップ３８０へ進む。
【００５０】
ステップ３８０では、図示しない故障処理ルーチンへ進む。遮断弁故障フラグがセットされている場合はシステムを停止しドライバーに故障していることを報知するなどの故障処理を行い、次へ進み終了する。
【００５１】
このように処理することで遮断弁３の故障診断をより短い時間で行うことが可能となる。
【００５２】
なお、診断時間ｔ０を短くするためには、Ｐ１はＰ０に近づけてより大きくしたいので、Ｐ１はＰ０−△Ｐに設定することが望ましい。
【００５３】
本実施の形態にあっては、燃料消費量制御手段としての燃料消費量制御部７１は、故障検出手段としての故障検出部６１により算出される目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費するよう燃料消費手段１１を制御するため、遮断弁３の故障診断をする際に、燃料消費手段としての燃料電池１の燃料消費量を調節することにより、より短時間で燃料供給ライン４の圧力を下げることができ、より短時間に遮断弁３の故障診断を行うことができる。
【００５４】
（第２実施形態）
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項６、７に対応する第２の実施形態に基づいて説明する。
【００５５】
図７〜図９は、本発明の第２の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、第１の実施形態とは、ガス燃料による燃焼器と燃料電池へ供給するガス燃料を分岐して燃焼器へ供給する燃料供給割合制御部とを備えている構成で相違している。図７はシステム構成図、図２、図８、９は故障診断の制御フローチャートである。
【００５６】
図７において、９はガス燃料を燃焼させる燃焼器を示し、燃料供給ライン４からの燃料電池１へのガス燃料を燃料供給割合制御部１０により分流して供給される。燃焼器９は燃料消費率制御部７２からの起動信号により起動される。燃料供給ライン４は燃料タンク２と燃料電池１の間に遮断弁３と圧力センサ５と燃料供給割合制御部１０がこの順で設けてある。燃料供給割合制御部１０は、燃料消費量制御部７２から入力される目標燃料供給割合指令に応じて燃料電池１と燃焼器９に供給するガス燃料の割合を調節する。即ち、燃料消費量制御部７２は燃料供給割合制御部１０に目標燃料供給割合指令を出力し、燃料電池１に目標発電量指令を出力し、燃焼器に起動信号を出力し、電力消費部１１に目標電力消費量を出力する。
【００５７】
次に第２実施態様の故障診断の詳細な手順を、図２、図８、９のフローチャートに基づいて説明する。図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定を、図８に示すステップ２１１〜２７１は燃料消費量制御部７２の作動を、図９に示すステップ４００〜４９０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００５８】
図２に示すステップ１００〜１５０は故障診断の条件設定は、既に説明しており、図８に示す燃料消費量制御部７２の作動をステップ２１１〜２７１の順を追って説明する。
【００５９】
燃料消費量制御部７２の作動のステップ２１１では、目標燃料供給割合を調整してステップ２２１へ進む。目標燃料供給割合の初期値は、燃料電池１に１００％、燃焼器に０％となっている。ステップ２５１を経由してステップ２１１へ到達した場合には、燃料消費量が目標燃料消費量に一致するように目標燃料供給割合を調整する。調整量はあらかじめ実験などにより燃料消費量と目標燃料供給割合の関係をマップ化しておき、算出する。
【００６０】
ステップ２２１では、目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように目標発電量を調整しステップ２３１へ進む。燃焼器９が起動している場合は、目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１に供給される水素量に応じて目標発電量を調整する。
【００６１】
ステップ２３１では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために電力消費部１１での目標電力消費量を調整しステップ２４１へ進む。燃焼器９が起動している場合は、燃料電池１に供給される水素量に応じて目標電力消費量を調整する。
【００６２】
ステップ２４１では、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１よりも小さいか否かを判断する。小さければステップ２５１に進み、小さくなければステップ２７１へ進む。
【００６３】
ステップ２７１では、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１よりも大きいか否かを判断する。大きければステップ２２１に進み、大きくなければＢを経由して図９に示す故障診断の作動であるステップ４００へ進む。
【００６４】
ステップ２５１では、燃焼器９に起動信号を出力してステップ２１１に進む。
【００６５】
ステップ２４１とステップ２７１の判断は、分岐条件に適切な範囲をもたせて判断を行う。具体的には、燃料消費率Ｃと目標燃料消費率Ｃ１を比較する際、適切な範囲△Ｃ＞０を設定し、ステップ２４１では、（Ｃ１＜Ｃ＋△Ｃ）が成立すればステップ２７１へ進み、ステップ２７１では、（Ｃ１＞Ｃ−△Ｃ）が成立すれば、図９に示す故障診断の作動であるステップ４００へ進む。
【００６６】
図９に示す故障診断の作動においては、図４の故障診断の作動が、所定時間ｔ０が経過したときの圧力低下量を計測して遮断弁３の故障診断をするのに対し、圧力センサ５から検出される圧力が所定圧力Ｐ２まで低下する経過時間ｔ１を計測して遮断弁３の故障診断を行うものである。
【００６７】
図１０により、故障診断方法の詳細を説明する。図１０の太線は圧力センサ５から検出される圧力と時間の関係を示した図である。時点０で遮断弁３に閉指令を出し、圧力センサ５の検出値が予め定められた所定圧力Ｐ２になるまでの経過時間ｔ１を計測する。前述の圧力低下率しきい値ａ０によって圧力がＰ０から所定圧力Ｐ２になるまでの時間と経過時間ｔ１を比較することによって遮断弁３の故障診断を行うものである。
【００６８】
図９に戻り、故障診断の作動をフローチャートに基づいて説明する。
【００６９】
ステップ４００では、遮断弁３に故障検出部６１が閉指令を出力する。
【００７０】
ステップ４１０では、遮断弁３下流の燃料供給ライン４のガス燃料圧力Ｐ０を検出し、時々刻々と圧力センサ５より検出するガス燃料圧力Ｐ１の計測を開始する。
【００７１】
ステップ４２０では、遮断弁３に閉指令を出力してからの経過時間ｔ１の計測を開始する。
【００７２】
ステップ４３０では、圧力センサ５より時事刻々と検出されるガス燃料圧力Ｐ１が予め定められた診断停止圧力Ｐ２より小さいか否か判断する。小さければステップ４４０に進み、小さくなければステップ４３０に進む。診断停止圧力Ｐ２は圧力センサ５で十分に識別可能である範囲でより大きな値としたほうが、診断にかかる時間が少なくなり、より効果的である。よって遮断弁３下流のガス燃料圧力Ｐ０と圧力センサ５の分解能や検出範囲から診断停止圧力Ｐ２が設定される。
【００７３】
ステップ４４０では、遮断弁３に閉指令を出力してから、圧力センサ５より時事刻々と検出されるガス燃料圧力Ｐ１が診断停止圧力Ｐ２を下回るまでの経過時間ｔ１の計測を停止する。
【００７４】
ステップ４５０では、（Ｐ０−Ｐ２）／ｔ１より圧力低下率ａ２を算出する。
【００７５】
ステップ４６０では、ステップ４５０で算出された圧力低下率ａ２が予め定められた圧力低下率しきい値ａ０よりも小さいか否か判断する。小さければステップ４７０に進み、小さくなければステップ４８０に進む。
【００７６】
ステップ４７０では、圧力低下率ａ２が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さかったので、遮断弁３がガス燃料を遮断せずにガス燃料を燃料電池１側に供給してしまっていると判断し遮断弁故障フラグをセットする。
【００７７】
ステップ４８０では、圧力低下率ａ２が圧力低下率しきい値ａ０よりも小さくないので遮断弁３はガス燃料を遮断していると判断し遮断弁故障フラグをクリアする。
【００７８】
ステップ４９０では、図示しない故障処理ルーチンへ進む。遮断弁故障フラグがセットされている場合はシステムを停止しドライバーに故障していることを報知するなどの故障処理を行い、次へ進み終了する。
【００７９】
このように処理することで、燃料電池１が目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費できなくても燃焼器９を用いることにより目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することが可能となり、遮断弁３の故障診断をより短時間で行うことが可能となる。
【００８０】
本実施の形態にあっては、第１の実施の形態による効果に加えて、燃料消費手段としての燃料電池１は補助燃料消費手段としての燃焼器９を並列に備え、燃料供給割合制御手段としての燃料供給割合制御部１０が目標燃料消費率Ｃ１と燃料電池１の燃料消費率に応じて燃料電池１と燃焼器９に燃料を供給する割合を制御するので、燃料電池１の燃料消費率が目標燃料消費率Ｃ１に対して十分でないとき、燃焼器９に燃料を供給することによって目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することができる。
【００８１】
また、補助燃料消費手段を燃焼器９により構成したため、燃料電池１が十分にガス燃料を消費できないときでも、燃料供給割合制御部１０により燃焼器９がガス燃料を消費するので、目標燃料消費率Ｃ１で燃料を消費することができる。
【００８２】
（第３実施形態）
以下、本発明におけるガス燃料供給装置を実現する実施の形態を、請求項２〜５に対応する第３の実施形態に基づいて説明する。
【００８３】
図１１〜図１３は、本発明の第３の実施形態に係わるガス燃料供給装置の一例を示し、第１の実施形態に対して、燃料電池で発電した電力を充電可能な二次電池を付加したものである。図１１はシステム構成図、図１２、１３、および図４は故障診断の制御フローチャートを示す。
【００８４】
図１１において、二次電池８は燃料電池１が発電した電力を充電することが可能であり、また、電力消費部１１に放電することが可能である。二次電池８の充電状態は燃料電池１の発電量と電力消費部１１の電力消費量に応じて変化する。
【００８５】
故障検出部６３は故障診断信号より故障診断を開始する。故障検出部６３は、遮断弁３を閉じる前に、故障診断によって燃料電池１が余分に発電する電力を二次電池８が充電できる状態となるように電力調整量を算出し燃料消費量制御部７３に出力する。
【００８６】
燃料消費量制御部７３は故障検出部６３から目標燃料消費率Ｃ１と電力調整量が入力され、燃料電池１から燃料消費率が入力され、目標発電量と目標電力消費量を算出する。電力調整量が変化すると、目標発電量と目標電力消費量のバランスも変化し二次電池８の充電状態を変化させることができる。
【００８７】
次に第２実施態様の故障診断の詳細な手順を、図１２、１３、および、図４のフローチャートに基づいて説明する。図１２に示すステップ１００〜１９５は故障診断の条件設定を、図１３に示すステップ２２１〜２４１は燃料消費量制御部７３の作動を、図４に示すステップ３００〜３８０は故障診断の作動を、夫々示している。
【００８８】
図１２に示す故障診断の条件設定のステップ１００〜１５０に係わる部分は、故障診断開始信号をステップ１００で検出し、ステップ１１０で目標燃料消費率Ｃ１を設定し、所定時間ｔ０をステップ１２０で設定し、圧力低下率しきい値ａ０をステップ１３０で算出し、目標発電量をステップ１４０で設定し、目標電力消費量Ｃ１をステップ１５０で設定する作動は、図２のステップ１００〜１５０と同じである。
【００８９】
ステップ１６０では、二次電池８の充電状態を読み込み、ステップ１７０へ進む。
【００９０】
ステップ１７０では、電力調整量を次のように設定し、ステップ１８０へ進む。故障診断をするために燃料電池１が消費しなければならない水素量ｎから発電される電力を算出する。算出した電力から燃料電池１を運転するために必要な補器で用いる電力を引く。この電力が二次電池８に充電可能となる目標充電状態を算出する。ステップ１６０で読み込んだ二次電池８の充電状態と、目標充電状態との差を算出し、二次電池８への電力調整量を算出する。
【００９１】
ステップ１８０で調整される第一の目標発電量とステップ１９０で調整される第一の目標電力消費量は二次電池８の充電状態が目標充電状態と一致するように調整する。例えば、第一の目標電力消費量は電力の無駄を避けるために必要最低限の値に設定し、第一の目標発電量は二次電池８の充電状態が目標充電状態となる所望の時間を設定し、設定した時間で充電状態が目標充電状態となるように第一の目標発電量を設定すればよい。
【００９２】
ステップ１９５では、二次電池８の充電状態が故障診断によって発電される電力を充電できる状態になったか否かを判断する。なっていれば図１３の燃料消費量制御部７３の作動であるステップ２２１へ進み、なっていなければステップ１６０〜１９０を再度実行する。
【００９３】
図１３の燃料消費量制御部７３の作動であるステップ２２１では目標燃料消費率Ｃ１で燃料電池１が水素を消費するように第二の目標発電量を調整し、ステップ２３１へ進む。
【００９４】
ステップ２３１では、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１で消費するために目標電力消費量を調整し、ステップ２４１へ進む。
【００９５】
ステップ２４１では、燃料電池１の燃料消費率と目標燃料消費率Ｃ１の差が所定の範囲内であるかを判断する。範囲内であれば故障診断の作動である図４のＢを経由してステップ３００に進む、範囲外であればステップ２２１へと進み、再度ステップ２２１〜２４１を実行する。
【００９６】
次いで、図４のステップ３００〜３８０の故障診断処理（既に、第１実施態様において詳細に説明しており、ここでは、簡略に記載する）を実行し、遮断弁３を閉じ、所定時間ｔ０経過後の燃料供給ライン４のガス燃料圧Ｐ１を検出し、圧力低下率ａ１（＝（Ｐ０−Ｐ１）／ｔ０）を算出し、圧力低下しきい値ａ０と比較して遮断弁３を故障診断し、終了する。
【００９７】
このように、燃料電池１が発電した電力を電力消費部１１による消費に加えて二次電池８に蓄えるため、遮断弁３の故障診断をより短い時間で行うことが可能となる。しかも、発電された電力を二次電池８に貯えるため、ガス燃料および発電された電力を無駄にすることがなくなる。
【００９８】
本実施の形態にあっては、第１の実施の形態による効果に加えて、下記に記載した効果を奏することができる。即ち、遮断弁３の故障診断のために余分に得られるエネルギーをエネルギー保存手段としての二次電池８に蓄えるので、燃料を無駄にせずに故障診断をより短い時間で行うことができる。
【００９９】
遮断弁３の故障診断前に前記エネルギー保存手段としての二次電池８の保存量を調節するため、故障診断によって得られるエネルギーに応じて二次電池８の保存量を下げておき、二次電池８に故障診断によって得られる余分なエネルギーを蓄えることができ、エネルギーを無駄に捨てることなく故障診断ができる。
【０１００】
なお、上記第１実施形態にあっては、図２（故障診断の条件設定）、図３（燃料消費量制御部の作動）、図４（故障診断作動）とし、第２実施形態にあっては、図２（故障診断の条件設定）、図８（燃料消費量制御部の作動）、図９（故障診断作動）とし、第３実施形態においては、図１２（故障診断の条件設定）、図１３（燃料消費量制御部の作動）、図４（故障診断作動）として、３種類の構成となっている。しかしながら、これらの組合わせは、上記組み合わせに限定されるものでなく、図示しないが、例えば、図１２、図８、図４の組合わせであってもよい。即ち、図２若しくは図１２で開始され、図３、図８、図１３のいずれか一つへ進み、図４若しくは図９で終了される組合わせであれば、どの組み合わせでも遮断弁３の診断をより短い時間で行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図２】故障診断の条件設定の制御フローチャート。
【図３】同じく図２に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【図４】同じく図３に続く故障診断の作動を示す制御フローチャート。
【図５】目標燃料消費率と消費時間との関係を示すグラフ。
【図６】遮断弁が閉じた時点より所定時間後の圧力低下量測定による故障診断の圧力センサから検出される圧力と時間の関係を示したグラフ。
【図７】本発明の第２の実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図８】図２に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【図９】同じく図８に続く故障診断の作動を示す制御フローチャート。
【図１０】遮断弁が閉じた時点より所定圧力低下に要した経過時間測定による故障診断の圧力センサから検出される圧力と時間の関係を示したグラフ。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示すガス燃料供給装置のシステム構成図。
【図１２】故障診断の条件設定の制御フローチャート。
【図１３】図１３に続く故障診断の燃料消費量制御部の制御フローチャート。
【符号の説明】
１ 燃料消費手段としての燃料電池
２ 燃料供給手段としての燃料タンク
３ 遮断弁
４ 燃料供給ライン
５ 圧力センサ
６ コントローラ
８ エネルギー保存手段および電力貯蔵手段としての二次電池
９ 補助燃料消費手段としての燃焼器
１０ 燃料供給割合制御部（燃料供給割合制御手段）
１１ 電力消費部
６１、６２ 故障検出部（故障検出手段）
７１、７２、７３ 燃料消費量制御部（燃料消費量制御手段）
Claims (7)
- 燃料供給手段から燃料を燃料消費手段に供給し、遮断弁と圧力センサを有する燃料供給ラインと、故障診断信号に基づいて前記遮断弁を閉弁し、少なくとも前記圧力センサからの圧力情報と経過時間とに基づいて圧力低下率を算出し、前記圧力低下率が予め定めた圧力低下率しきい値より小さいときに、前記遮断弁が故障状態であると判断する故障検出手段を有するガス燃料供給装置において、
前記故障診断信号に基づいて前記故障検出手段が作動する条件下では、前記燃料消費手段が消費する目標燃料消費率を増大化して制御する燃料消費量制御手段を備えることを特徴とするガス燃料供給装置。 - 前記燃料消費手段に加え、遮断弁の故障診断の実行時に消費した燃料によって得られるエネルギーを蓄えるエネルギー保存手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料供給装置。
- 前記エネルギー保存手段は、遮断弁の故障診断前にエネルギー保存量を調節することを特徴とする請求項２に記載のガス燃料供給装置。
- 前記燃料供給手段は、水素リッチなガス燃料を貯留する水素タンクであり、前記燃料消費手段は、燃料電池であり、前記エネルギー保存手段は、電力貯蔵手段であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のガス燃料供給装置。
- 前記故障検出手段は、診断に要する水素量から算出される発電電力に応じて前記電力貯蔵手段の充電状態を調節することを特徴とする請求項４に記載のガス燃料供給装置。
- 前記燃料消費手段は、補助燃料消費手段を並列に備え、
前記燃料供給ラインは、前記燃料消費手段と前記補助燃料消費手段に燃料を供給する割合を制御する燃料供給割合制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料供給装置 - 前記補助燃料消費手段は、燃焼器で構成していることを特徴とする請求項６に記載のガス燃料供給装置
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