JP3864875B2 - 供給開閉弁の故障診断システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システムの故障診断装置に関する。特に、燃料ガス供給システムの供給開閉弁の漏れ診断を行うことにより供給開閉弁の故障診断を行うシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料ガスの供給開閉弁の故障診断装置として、特開平９−２２７１１号公報に開示されたようなものがある。これは、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管に、上流側から第一開閉弁、第二開閉弁を備え、さらに、第一開閉弁と第二開閉弁との間の圧力を測定する水素ガス圧力センサを備える。起動時に、第一開閉弁と第二開閉弁とを閉じた状態で、水素ガス圧力センサが検出するガス圧から第一開閉弁の故障診断を行う。続いて、第一開閉弁を所定時間だけ開いてから再び閉じ、閉弁から所定時間経過後に水素ガス圧力センサが検出するガス圧から、第二開閉弁の故障診断を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、漏れを検知するためには燃料ガス供給配管にガスを供給しておく必要があるので、起動前の時点で既に故障している場合、例えば、運転停止中の故障は燃料供給を開始するまで検知することができない。また、起動前に故障診断を行う際には診断時間を確保する必要があるので、走行や運転開始までの時間が延長してしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、起動時に供給開閉弁の故障を速やかに行うことができる供給開閉弁の故障診断システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給配管に配置した第一開閉弁と、燃料ガスの流れ方向に沿って前記第一開閉弁の下流側に配置した第二開閉弁と、前記第一開閉弁と前記第二開閉弁との間の燃料ガスの圧力を検出する第一圧力センサと、を備える。さらに、前記燃料電池停止時に、前記第一開閉弁を閉じてから前記第二開閉弁を閉じて、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁と間の第１容積部の圧力を、前記燃料ガスタンクの圧力よりも低く、かつ前記第２開閉弁よりも下流側の圧力よりも高くする停止時開閉弁操作部と、前記燃料電池停止時の前記第一圧力センサの出力を記憶する停止時圧力記憶部と、前記燃料電池停止後の運転再開時の前記第一圧力センサの出力と、前記停止時圧力記憶部に記憶した前記燃料電池停止時の前記第一圧力センサの出力と、を比較して、前記第一開閉弁および前記第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部と、を備える。
【０００６】
【作用及び効果】
燃料電池停止時に燃料供給配管中の圧力を測定し、燃料電池再開時に燃料電池停止時の圧力と運転再開時の圧力とを比較し、その比較結果から第一開閉弁および第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する。これにより、燃料電池に燃料ガスを供給することなく故障を検知することができる。また、故障診断のために走行や運転開始を待つ必要がない。これにより、起動時に第一開閉弁および第二開閉弁の故障診断を速やかに行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施形態に用いる供給開閉弁（ここでは後述する第一、第二開閉弁８、９）の故障診断システムの構成を図１に示す。
【０００８】
燃料電池１には、図示しない酸化剤ガス供給システムから酸化剤ガスが、また燃料供給システムから燃料ガスが供給され、その酸化剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素との間で電気化学反応を生じることにより発電を行う。
【０００９】
燃料供給システムとしては、燃料ガスの貯蔵タンクである燃料ガスタンク２、燃料ガスの流通路である燃料ガス供給配管３を備え、燃料ガスタンク２から燃料ガス供給配管３を介して燃料電池１に燃料ガスを供給する。また、燃料ガス供給配管３には、燃料ガスの流れ方向に沿って、上流側から第一開閉弁８、第二開閉弁９、第三開閉弁１０を配置する。ここで、第一、第二開閉弁８、９は燃料ガスの供給・停止を調整し、第三開閉弁１０は、燃料電池１の燃料極の圧力を一定に保つように調整される。
【００１０】
第一開閉弁８と第二開閉弁９との間の燃料ガス供給配管３の一部により形成される第一容積部１１には、第一温度センサ５、第一圧力センサ６を備え、第一容積部１１内の温度Ｔ１と圧力Ｐ１を検出可能とする。また、第二開閉弁９と第三開閉弁１０との間の燃料ガス供給配管３の一部より形成される第二容積部１２には、第二圧力センサ７を備え、第二容積部１２の圧力Ｐ２を検出可能とする。さらに、燃料ガスタンク２にも圧力センサ４を設け、タンク内の圧力Ｐｔを検出可能とする。
【００１１】
このような故障診断システムにおいて、コントローラ２０を備え、各センサの出力から第一〜三開閉弁８〜１０の制御を行い、また、起動時には第一、第二開閉弁８、９の故障診断を行う。
【００１２】
次に、このような供給開閉弁の故障診断システムのコントローラ２０による制御方法を説明する。本実施形態の制御方法を、燃料電池１の運転を停止する際に行われる図２に示す停止処理部と、燃料電池１の運転を開始する際に行われる図３に示す診断処理部とから構成する。
【００１３】
まず、図２を用いて燃料電池１の停止時における停止処理部の制御方法を説明する。
【００１４】
燃料電池１の運転停止の指令が出力されたら、ステップＳ１の停止処理判定部に進む。この停止処理判定部においては、次回の起動時に供給開閉弁の故障診断を行うための停止処理を行うかどうかを判断し、実際には図４に示すような制御を行う。
【００１５】
図４において、停止処理部開始の指令を受けたら、ステップＳ７に進み、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔが所定値ＤＧＮＰｔより大きいかどうかを判断する。所定値ＤＧＮＰｔより大きければステップＳ８に進み、停止処理フラグＦＤＧＮＶ＝１として、停止処理を行うと判断する。一方、ステップＳ７において、圧力Ｐｔが所定値ＤＧＮＰｔ以下であればステップＳ９に進み、停止処理フラグＦＤＧＮＶ＝０として、停止処理を行わないと判断する。
【００１６】
ここで、燃料ガスタンク２内の圧力が小さい場合には、後述する停止処理を行っても燃料ガスタンク２、第一容積部１１、第二容積部１２内の圧力の差は小さくなってしまう。このような場合には、燃料ガス漏れがない場合でも環境変化による影響を受けやすく、誤って供給開閉弁が故障していると判断してしまう可能性がある。そこで、このような誤診をする可能性がある場合、ここでは燃料ガスタンク２内の圧力が所定値ＤＧＮＰｔ以下である場合には、次回の起動時には故障判断を行わないと設定し、そのまま燃料電池１を停止する。
【００１７】
このように停止処理判定を行ったら、図２においてステップＳ２の停止処理操作部に進む。停止処理操作部においては、次回の起動時に供給開閉弁の故障診断を行うための処理を行い、実際には図５のフローチャートに示すように制御する。
【００１８】
図５のステップＳ１０において、停止処理判定部（図２Ｓ１）で求めた停止処理フラグＦＤＧＮＶが１であるかどうかを判断する。停止処理フラグＦＤＧＮＶが１ではないと判断されたら停止処理は行わないので、ステップＳ１５に進み第一〜三開閉弁８〜１０を、例えば同時に閉じて停止処理操作部における制御を終了する。ここでは第一〜三開閉弁８〜１０を同時に閉じるとしたが、この限りではない。
【００１９】
一方、ステップＳ１０において、停止処理フラグＦＤＧＮＶが１である場合には、ステップＳ１１に進み、第一開閉弁８を閉じるタイミングｔｍ１を算出する。このタイミングｔｍ１を求める方法を図６に示す。
【００２０】
ｔｍ１を算出する指令を確認したら、ステップＳ２６において、供給開閉弁の閉塞の支持がでたら第一開閉８を即座に閉塞するように、つまり、ｔｍ１＝０に設定する。このようにステップＳ１１（図６）においてｔｍ１を設定したら、ステップＳ１２に進む。
【００２１】
ステップＳ１２においては、第二開閉弁９を閉じるタイミングｔｍ２を算出する。タイミングｔｍ２の算出方法を図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
タイミングｔｍ２を求める指令を確認したらステップＳ１７に進み、第二容積部１２の圧力Ｐ２が最終的に落ち着く目標の設定圧力ＴＧＰ２を読み出す。これは例えば、運転停止中の燃料電池１の燃料極の圧力である。
【００２３】
ステップＳ１８に進み、現在の燃料ガスタンク２の圧力Ｐｔと第二容積部１２の設定圧力の差分ΔＤＰ（＝Ｐｔ−ＴＧＰ２）を求める。ステップＳ１９に進み、図８に示す差分ΔＤＰに対するタイミングｔｍ２を示すマップ等から、タイミングｔｍ２を求める。ここでは、例えば図８のマップでは、実験等により予め求めておいたＰ１＝ＴＧＰ２＋（Ｐｔ−ＴＧＰ２）／２となる、つまりＰ１がＰｔとＴＧＰ２の中間値となるようなタイミングｔｍ２を示す。ここではタイミングｔｍ２をマップにより求めているが、第一圧力センサ６の出力をモニタし、Ｐ１＝ＴＧＰ２＋（Ｐｔ−ＴＧＰ２）／２となった時点をタイミングｔｍ２としてもよい。
【００２４】
ステップＳ１３（図７）においてタイミングｔｍ２を求めたら、図５のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、第三開閉弁１０を閉じるタイミングｔｍ３を求める。タイミングｔｍ３を図９に示したフローチャートを用いて求める。
【００２５】
タイミングｔｍ３を求める指令を確認したら、図９ステップＳ２０に進み、第一容積部１２の圧力Ｐ２が設定圧力ＴＧＰ２になった時をタイミングｔｍ３と設定する。つまり、第二圧力センサ７の出力を検出し、その値がＴＧＰ２となった時点を第三開閉弁１０を閉じるタイミングｔｍ３とする。
【００２６】
ステップＳ１３(図９)においてタイミングｔｍ３を設定したら、図５のステップＳ１４に進み、ステップＳ１１〜Ｓ１３において求めた各タイミングｔｍ１〜３に応じて、第一〜三開閉弁８〜１０を閉じる。
【００２７】
このように、ステップＳ２（図５）における停止処理操作部の制御が終了したらステップＳ３に進み、停止時記憶処理部を行う。ここでは図１０に示すような制御を行う。
【００２８】
つまり、停止時記憶処理を開始するように指令を受けたら、図１０のステップＳ２１において、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔ、第一容積部１１内の圧力Ｐ１および温度Ｔ１、第二容積部１２内の圧力Ｐ２、停止処理フラグＦＤＧＮＰをメモリに記憶させる。
【００２９】
このように停止時記憶処理部の制御を終了したら、図２における停止処理を終了する。ここで、図２に示すような停止処理の動作を行った場合のタイミングチャートの例を図１４に示す。
【００３０】
燃料ガスタンク２内の圧力が所定の圧力ＤＧＮＰｔより高い場合、第一開閉弁８を閉じると、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔに比べて第一開閉弁８より下流側（第一、第二容積部１１、１２）の圧力が低くなる。これは、この時点でも燃料電池１では水素を消費しているため、燃料ガスは燃料電池１に向かって流れているためである。同様に、第二開閉弁９を閉じると、第一容積部１１の圧力はその時点の圧力を維持するのに対して、第二開閉弁９の下流側（第二容積部１２）の圧力はさらに低下する。その後、第三開閉弁１０を閉じることで、第二容積部１２の圧力は第三開閉弁１０をとじた時点の圧力を維持する。よって、第一〜三開閉弁８〜１０の故障がない場合にはＰｔ＞Ｐ１＞Ｐ２が維持される。ここではＰｔとＰ１、Ｐ１とＰ２の圧力差がほぼ同じになるようにタイミングｔｍ２を設定している。
【００３１】
次に、燃料電池１の起動時に行う故障診断方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
ステップＳ４において記憶メモリを図１１に示すフローチャートに従って呼び出す。記憶メモリの呼び出しの指令を受けたら、ステップＳ２２に進みメモリに記憶していた値を呼び出す。ここでは、図１０のステップＳ２１においてメモリに記憶させておいた値、つまり燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔ、第一容積部１１内の圧力Ｐ１および温度Ｔ１、第二容積部１２内の圧力Ｐ２、停止処理フラグＦＤＧＮＰを読み出す。ステップＳ２３において、各々の値を演算に使用するために変数ＭＰｔ、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＴ１、ＭＦＤＧＮＰにあてはめる。
【００３３】
ステップＳ４（図１１）において記憶メモリを呼び出したら、ステップＳ５に進む。ステップＳ５の故障診断判定部では、図１２に示すような制御に従って故障診断を行うかどうかを判断する。
【００３４】
図１２のステップＳ２４において、第一容積部１１の温度Ｔ１と、メモリに記憶しておいた第一容積部１１の温度ＭＴ１との温度差の絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜と、所定値ＤＧＮＴ１とを比較する。絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１より大きければステップＳ２７に進み、診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝０として故障診断を行わないように設定する。
【００３５】
一方、絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１以下であればステップＳ２５に進み、燃料ガスタンク２の圧力Ｐｔと、メモリに記憶しておいた燃料ガスタンク２の圧力ＭＰｔとの比較を行う。これにより、前回停止から今回起動を開始するまでの間に燃料ガスタンク２に燃料ガスが補充されたかどうかを判断する。現在の圧力と前回の圧力との差（Ｐｔ−ＭＰｔ）が所定値ＤＧＮＰＦより大きければ燃料ガスが補充されたと判断してステップＳ２７に進み、診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝０として故障診断を行わないように設定する。一方、（Ｐｔ−ＭＰｔ）がＤＧＮＰＦ以下であれば補充が行われていないと判断してステップＳ２５に進み診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝１として故障診断を行うように設定する。
【００３６】
前回の停止時の温度に対して、起動時の温度が大きく離れているような場合には、供給開閉弁の漏れの状態にかかわらず圧力の変化が大きくなり、誤って供給開閉弁が故障していると判断してしまう可能性がある。そこで、圧力変化の故障診断への影響を無視できる範囲、ここでは絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１以下である場合に故障診断を行い、それ以外の時には故障診断を行わずに起動を開始する。そのため、判断基準となる温度は第一温度センサ５の出力に限らず、燃料ガスタンク２内の燃料ガスの温度等で判断してもよい。また、燃料ガスタンク２内の圧力の変化を見ることで、停止中に燃料ガスが補充されたかどうかを判断し、補充された場合には故障診断を行わずに燃料電池１の起動を開始する。
【００３７】
ステップＳ５（図１２）において故障診断を行うかどうかを判断したらステップＳ６に進む。ステップＳ６の故障診断部では、図１３に示すような制御を行う。
【００３８】
ステップＳ２８において診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝１およびＭＤＧＮＰ＝１であるかどうかを判断する。ＦＤＮＧＰ＝１かつＭＦＤＮＧＰ＝１でなければ故障診断を行わないので、ステップＳ３６に進み、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝１、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１＝０、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定する。ここで、故障結果フラグは、診断の結果故障があるかどうかを示しており、ＦＤＧＮＯＫ＝１であれば正常、ＦＤＧＮＯＫ＝０であれば第一開閉弁８または第二開閉弁９の少なくとも一方に故障があることを示す。また、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２はそれぞれの供給開閉弁の故障診断結果を示しており、１であれば故障あり、０であれば正常であることを示している。つまり、ステップＳ２８において故障診断を行わないと判断した時には、正常であると判断して故障診断を終了し、燃料電池１を起動する。
【００３９】
一方、ステップＳ２８においてＦＤＧＮＰ＝１かつＭＦＤＧＮＰ＝１である場合には故障診断を行うのでステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、第一容積部１１の圧力Ｐ１を温度で補正する。つまり、Ｐ0１＝Ｐ１×ＭＴ１／Ｔ１として、温度による圧力変化を考慮して補正圧力Ｐ0１を算出する。ステップＳ３０において、温度補正した圧力Ｐ0１とメモリに記憶しておいた圧力ＭＰ１とを比較する。ここでは、Ｐ0１がＭＰ１より大きく、その差が所定値ＤＰＡ１より大きいかどうか、つまりＰ0１−ＭＰ１＞ＤＰＡ１であるかどうかを判断する。ここで、所定値ＤＰＡ１は、環境の変化や測定誤差による誤診を避けるための値である。
【００４０】
所定値ＤＰＡ１より大きければ、前回の停止時に比較して第一容積部１１の圧力が高くなったと判断する。そこでステップＳ３１に進み、燃料ガスタンク２から第一開閉弁８を介して第一容積部１１に燃料ガスが供給されたと判断し、これにより、第一開閉弁８が故障していると判断する。そこで、診断結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝０、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１＝１、と設定して第一開閉弁８に故障があることを示す。また、このとき第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定し、故障診断を終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ３０でＰ0１−ＭＰ１＞ＤＰＡ１ではないと判断されたらステップＳ３２に進み、ＦＤＧＮＶ１＝０、つまり第一開閉弁８には故障がないと判断してからステップＳ３３に進む。
【００４２】
次にステップＳ３３において、ＭＰ１がＰ0１より大きく、その差が所定値ＤＰＢ１より大きいかどうか、つまり、ＭＰ１−Ｐ0１＞ＤＰＢ１であるかどうかを判断する。ここで、所定値ＤＰＢ１も、環境の変化や測定誤差による誤診を避けるための値である。
【００４３】
所定値ＤＰＢ１より大きければ、前回の停止時に比較して第一容積部１１の圧力が小さくなったと判断する。そこでステップＳ３４に進み、第一容積部１１内の燃料ガスが、第二開閉弁９を介してより圧力の低い第二容積部１２に移動したと考え、第二開閉弁９が故障していると判断する。そこで、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝０、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝１と設定し故障診断を終了する。
【００４４】
一方ステップＳ３３において、第二開閉弁９が故障していると判断されなかったら、ステップＳ３５に進み、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝１、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定して故障診断を終了する。
【００４５】
以上の結果である故障結果フラグＦＤＧＮＯＫが１なら正常、０なら故障であることが分かる。また、ＦＤＧＮＯＫが０の場合には、第一開閉弁８または第二開閉弁９のどちらが故障しているかを、ＦＤＧＮＶ１、ＦＤＧＮＶ２の結果から判断することが可能である。
【００４６】
次に、本実施形態における効果を説明する。
【００４７】
本実施形態は、燃料電池１と、燃料ガスタンク２と、燃料ガスタンク２から燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管３と、燃料ガス供給通路に配置した第一開閉弁８と、第一開閉弁８の下流側に配置した第二開閉弁９と、第一容積部１１の圧力を検出する第一圧力センサ６と、を備える。また、燃料電池１停止時に、第一開閉弁８を閉じてから第二開閉弁９を閉じる停止時開閉弁操作部（Ｓ１４）と、停止時の第一圧力センサ６の出力を記憶する停止時記憶処理部（Ｓ３）を備える。さらに、停止後の運転再開時の第一圧力センサ６の出力と、記憶した停止時の第一圧力センサ６の出力と、を比較して、第一開閉弁８および第二開閉弁９の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部（Ｓ６）と、を備える。これにより、燃料電池１に燃料を供給することなく故障を検知することができる。また、故障診断のために走行や運転開始を待つ必要がないので、起動時に速やかな故障診断を行うことができる。
【００４８】
また、第二開閉弁９と燃料電池１の間に第三開閉弁１０を備え、停止時開閉弁操作部（Ｓ１４）において、第二開閉弁９を閉じてから第三開閉弁１０を閉じる。このように第三開閉弁１０を備えることで、故障がないときには第二開閉弁９の下流側の圧力を一定に維持することができる。これにより、燃料電池１内で圧力変化が生じた場合にも、第二開閉弁の故障を正確に判断することができる。
【００４９】
燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４と、第二容積部１２の圧力を検出する第二圧力センサ７と、第一〜三開閉弁８〜１０を閉じるタイミングを設定する停止時開閉弁制御手段（Ｓ１１〜Ｓ１３）と、を備える。停止時に、圧力センサ４と第一圧力センサ６と第二圧力センサ７の出力に応じて、設定したタイミングに従って第一〜三開閉弁８〜１０を閉じる。これにより、燃料ガスタンク２と第一容積部１１との圧力差および第一容積部１１と第二容積部１２との圧力差をつけて停止することができるので、停止中に第一開閉弁８、第二開閉弁９からの燃料ガスの漏れを検出することができる。ここでは、特に燃料ガスタンク２と第一容積部１１との圧力差および第一容積部１１と第二容積部１２との圧力差とが同程度になるように設定するので、第一、第二開閉弁８、９の故障を同様に検出することができる。
【００５０】
燃料ガスタンク２に貯蔵された燃料ガスの状態に基づいて、停止操作を行うかどうかを決定する停止処理判定部（Ｓ１）を備える。これにより、停止操作を行っても、後の故障診断を正確に出来ないような場合には、停止操作・故障診断を避けることができるので、誤診を避けることができ、また無駄な動作を省略することができる。
【００５１】
例えば、燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４を備え、圧力センサ４の出力が所定値以上である場合に停止操作を行うと判断する。燃料ガスタンク２内の圧力が低い場合、停止時処理を行っても燃料ガスタンク２および第一、二容積部１１、１２の圧力との差が少ないので、燃料ガス漏れがない場合でも環境変化による影響を受け易く、誤って供給開閉弁の故障と診断してしまうことがある。そこで、燃料ガスタンク２内の圧力が所定値以上である場合のみに停止処理を行うことで、これを回避することができる。
【００５２】
燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４と、燃料ガスタンク２または燃料ガス供給配管３中の少なくとも一箇所の燃料ガスの温度変化を検出または推測する温度検出手段、ここでは第一温度センサ５を備える。停止後の運転再開直前の燃料ガスの圧力と温度に基づいて、故障診断を行うかどうかを判断する故障診断判定部（Ｓ５）と、を備える。これにより、環境の変化等に伴って燃料ガスの状態が著しく変化して、誤診を生じやすくなるような場合には、故障診断を避けることができる。これにより、より正確な故障診断を行うことができる。
【００５３】
故障診断判定部（Ｓ５）において、前回の停止時における第一温度センサ５の出力と、燃料電池１の運転再開直前における第一温度センサ５の出力との差が、所定値以上の場合には故障診断は行わない。前回停止時の温度に対して、起動時の温度が大きく離れている場合には、第一、第二開閉弁８、９の漏れの状態によらず圧力の変化が大きくなり、誤って故障と判断してしまう可能性がある。そこで、第一温度センサ５の出力が、停止時と起動時とで大きく異なる場合には故障診断を行わないことで、誤診を避けることができる。
【００５４】
第一開閉弁８と、第二開閉弁９と、の間に第一温度センサ５を設け、故障診断部（Ｓ６）において判断する際に、前回の停止時の第一温度センサ５の出力と、運転再開時の第一温度センサ５の出力と、に基づき圧力補正を行う。これにより、前回停止時の温度に対して起動時の温度が変化している場合でも、圧力の比較を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、燃料ガスタンク２を一つのタンクで構成したが、複数のタンクから構成してもよい。そのときには、タンク毎に少なくとも第一開閉弁８、第二開閉弁９を備える。このように構成することで、タンク数にかかわらず開閉弁の故障診断を行うことができる。
【００５６】
また、燃料ガスタンク２に燃料ガスが供給されているような場合、例えば、燃料改質システム等を備え、燃料ガスタンク２に燃料ガスが供給されているような場合には、図２のステップＳ１に示した停止処理判定部を省略することもできる。さらにＴＧＰ２が外気圧等のほぼ一定の値の場合には、Ｐｔ、Ｐ２がほぼ一定値となるので、図５のステップＳ１１〜１３においてｔｍ１〜ｔｍ３を求めず、図１４においてＰｔ−Ｐ１＝Ｐ１−Ｐ２となるｔｍ１〜ｔｍ３を予め実験等で求めておくこともできる。
【００５７】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における供給開閉弁の故障診断システムの構成図である。
【図２】本実施形態における停止処理のフローチャートである。
【図３】本実施形態における診断処理のフローチャートである。
【図４】本実施形態における停止処理判定のフローチャートである。
【図５】本実施形態における停止処理操作のフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるｔｍ１算出のフローチャートである。
【図７】本実施形態におけるｔｍ２算出のフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートにおいてｔｍ２を求めるのに用いるマップである。
【図９】本実施形態におけるｔｍ３算出のフローチャートである。
【図１０】本実施形態における停止時記憶処理のフローチャートである。
【図１１】本実施形態における記憶メモリ呼び出しのフローチャートである。
【図１２】本実施形態における故障診断判断のフローチャートである。
【図１３】本実施形態における故障診断のフローチャートである。
【図１４】本実施形態における停止処理時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 燃料ガスタンク
３ 燃料ガス供給配管
４ 供給部圧力センサ（圧力センサ）
５ 第一温度センサ（温度検出手段、第一温度センサ）
６ 第一圧力センサ
７ 第二圧力センサ
８ 第一開閉弁
９ 第二開閉弁
１０ 第三開閉弁
２０ コントローラ
Ｓ１ 停止処理判定部
Ｓ３ 停止時記憶処理部
Ｓ５ 故障診断判定部
Ｓ６ 故障診断部
Ｓ１４ 停止時開閉弁操作部
Ｓ１１〜１３ 停止時開閉制御手段
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システムの故障診断装置に関する。特に、燃料ガス供給システムの供給開閉弁の漏れ診断を行うことにより供給開閉弁の故障診断を行うシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料ガスの供給開閉弁の故障診断装置として、特開平９−２２７１１号公報に開示されたようなものがある。これは、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管に、上流側から第一開閉弁、第二開閉弁を備え、さらに、第一開閉弁と第二開閉弁との間の圧力を測定する水素ガス圧力センサを備える。起動時に、第一開閉弁と第二開閉弁とを閉じた状態で、水素ガス圧力センサが検出するガス圧から第一開閉弁の故障診断を行う。続いて、第一開閉弁を所定時間だけ開いてから再び閉じ、閉弁から所定時間経過後に水素ガス圧力センサが検出するガス圧から、第二開閉弁の故障診断を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、漏れを検知するためには燃料ガス供給配管にガスを供給しておく必要があるので、起動前の時点で既に故障している場合、例えば、運転停止中の故障は燃料供給を開始するまで検知することができない。また、起動前に故障診断を行う際には診断時間を確保する必要があるので、走行や運転開始までの時間が延長してしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、起動時に供給開閉弁の故障を速やかに行うことができる供給開閉弁の故障診断システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給配管に配置した第一開閉弁と、燃料ガスの流れ方向に沿って前記第一開閉弁の下流側に配置した第二開閉弁と、前記第一開閉弁と前記第二開閉弁との間の燃料ガスの圧力を検出する第一圧力センサと、を備える。さらに、前記燃料電池停止時に、前記第一開閉弁を閉じてから前記第二開閉弁を閉じて、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁と間の第１容積部の圧力を、前記燃料ガスタンクの圧力よりも低く、かつ前記第２開閉弁よりも下流側の圧力よりも高くする停止時開閉弁操作部と、前記燃料電池停止時の前記第一圧力センサの出力を記憶する停止時圧力記憶部と、前記燃料電池停止後の運転再開時の前記第一圧力センサの出力と、前記停止時圧力記憶部に記憶した前記燃料電池停止時の前記第一圧力センサの出力と、を比較して、前記第一開閉弁および前記第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部と、を備える。
【０００６】
【作用及び効果】
燃料電池停止時に燃料供給配管中の圧力を測定し、燃料電池再開時に燃料電池停止時の圧力と運転再開時の圧力とを比較し、その比較結果から第一開閉弁および第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する。これにより、燃料電池に燃料ガスを供給することなく故障を検知することができる。また、故障診断のために走行や運転開始を待つ必要がない。これにより、起動時に第一開閉弁および第二開閉弁の故障診断を速やかに行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施形態に用いる供給開閉弁（ここでは後述する第一、第二開閉弁８、９）の故障診断システムの構成を図１に示す。
【０００８】
燃料電池１には、図示しない酸化剤ガス供給システムから酸化剤ガスが、また燃料供給システムから燃料ガスが供給され、その酸化剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素との間で電気化学反応を生じることにより発電を行う。
【０００９】
燃料供給システムとしては、燃料ガスの貯蔵タンクである燃料ガスタンク２、燃料ガスの流通路である燃料ガス供給配管３を備え、燃料ガスタンク２から燃料ガス供給配管３を介して燃料電池１に燃料ガスを供給する。また、燃料ガス供給配管３には、燃料ガスの流れ方向に沿って、上流側から第一開閉弁８、第二開閉弁９、第三開閉弁１０を配置する。ここで、第一、第二開閉弁８、９は燃料ガスの供給・停止を調整し、第三開閉弁１０は、燃料電池１の燃料極の圧力を一定に保つように調整される。
【００１０】
第一開閉弁８と第二開閉弁９との間の燃料ガス供給配管３の一部により形成される第一容積部１１には、第一温度センサ５、第一圧力センサ６を備え、第一容積部１１内の温度Ｔ１と圧力Ｐ１を検出可能とする。また、第二開閉弁９と第三開閉弁１０との間の燃料ガス供給配管３の一部より形成される第二容積部１２には、第二圧力センサ７を備え、第二容積部１２の圧力Ｐ２を検出可能とする。さらに、燃料ガスタンク２にも圧力センサ４を設け、タンク内の圧力Ｐｔを検出可能とする。
【００１１】
このような故障診断システムにおいて、コントローラ２０を備え、各センサの出力から第一〜三開閉弁８〜１０の制御を行い、また、起動時には第一、第二開閉弁８、９の故障診断を行う。
【００１２】
次に、このような供給開閉弁の故障診断システムのコントローラ２０による制御方法を説明する。本実施形態の制御方法を、燃料電池１の運転を停止する際に行われる図２に示す停止処理部と、燃料電池１の運転を開始する際に行われる図３に示す診断処理部とから構成する。
【００１３】
まず、図２を用いて燃料電池１の停止時における停止処理部の制御方法を説明する。
【００１４】
燃料電池１の運転停止の指令が出力されたら、ステップＳ１の停止処理判定部に進む。この停止処理判定部においては、次回の起動時に供給開閉弁の故障診断を行うための停止処理を行うかどうかを判断し、実際には図４に示すような制御を行う。
【００１５】
図４において、停止処理部開始の指令を受けたら、ステップＳ７に進み、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔが所定値ＤＧＮＰｔより大きいかどうかを判断する。所定値ＤＧＮＰｔより大きければステップＳ８に進み、停止処理フラグＦＤＧＮＶ＝１として、停止処理を行うと判断する。一方、ステップＳ７において、圧力Ｐｔが所定値ＤＧＮＰｔ以下であればステップＳ９に進み、停止処理フラグＦＤＧＮＶ＝０として、停止処理を行わないと判断する。
【００１６】
ここで、燃料ガスタンク２内の圧力が小さい場合には、後述する停止処理を行っても燃料ガスタンク２、第一容積部１１、第二容積部１２内の圧力の差は小さくなってしまう。このような場合には、燃料ガス漏れがない場合でも環境変化による影響を受けやすく、誤って供給開閉弁が故障していると判断してしまう可能性がある。そこで、このような誤診をする可能性がある場合、ここでは燃料ガスタンク２内の圧力が所定値ＤＧＮＰｔ以下である場合には、次回の起動時には故障判断を行わないと設定し、そのまま燃料電池１を停止する。
【００１７】
このように停止処理判定を行ったら、図２においてステップＳ２の停止処理操作部に進む。停止処理操作部においては、次回の起動時に供給開閉弁の故障診断を行うための処理を行い、実際には図５のフローチャートに示すように制御する。
【００１８】
図５のステップＳ１０において、停止処理判定部（図２Ｓ１）で求めた停止処理フラグＦＤＧＮＶが１であるかどうかを判断する。停止処理フラグＦＤＧＮＶが１ではないと判断されたら停止処理は行わないので、ステップＳ１５に進み第一〜三開閉弁８〜１０を、例えば同時に閉じて停止処理操作部における制御を終了する。ここでは第一〜三開閉弁８〜１０を同時に閉じるとしたが、この限りではない。
【００１９】
一方、ステップＳ１０において、停止処理フラグＦＤＧＮＶが１である場合には、ステップＳ１１に進み、第一開閉弁８を閉じるタイミングｔｍ１を算出する。このタイミングｔｍ１を求める方法を図６に示す。
【００２０】
ｔｍ１を算出する指令を確認したら、ステップＳ２６において、供給開閉弁の閉塞の支持がでたら第一開閉８を即座に閉塞するように、つまり、ｔｍ１＝０に設定する。このようにステップＳ１１（図６）においてｔｍ１を設定したら、ステップＳ１２に進む。
【００２１】
ステップＳ１２においては、第二開閉弁９を閉じるタイミングｔｍ２を算出する。タイミングｔｍ２の算出方法を図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
タイミングｔｍ２を求める指令を確認したらステップＳ１７に進み、第二容積部１２の圧力Ｐ２が最終的に落ち着く目標の設定圧力ＴＧＰ２を読み出す。これは例えば、運転停止中の燃料電池１の燃料極の圧力である。
【００２３】
ステップＳ１８に進み、現在の燃料ガスタンク２の圧力Ｐｔと第二容積部１２の設定圧力の差分ΔＤＰ（＝Ｐｔ−ＴＧＰ２）を求める。ステップＳ１９に進み、図８に示す差分ΔＤＰに対するタイミングｔｍ２を示すマップ等から、タイミングｔｍ２を求める。ここでは、例えば図８のマップでは、実験等により予め求めておいたＰ１＝ＴＧＰ２＋（Ｐｔ−ＴＧＰ２）／２となる、つまりＰ１がＰｔとＴＧＰ２の中間値となるようなタイミングｔｍ２を示す。ここではタイミングｔｍ２をマップにより求めているが、第一圧力センサ６の出力をモニタし、Ｐ１＝ＴＧＰ２＋（Ｐｔ−ＴＧＰ２）／２となった時点をタイミングｔｍ２としてもよい。
【００２４】
ステップＳ１３（図７）においてタイミングｔｍ２を求めたら、図５のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、第三開閉弁１０を閉じるタイミングｔｍ３を求める。タイミングｔｍ３を図９に示したフローチャートを用いて求める。
【００２５】
タイミングｔｍ３を求める指令を確認したら、図９ステップＳ２０に進み、第一容積部１２の圧力Ｐ２が設定圧力ＴＧＰ２になった時をタイミングｔｍ３と設定する。つまり、第二圧力センサ７の出力を検出し、その値がＴＧＰ２となった時点を第三開閉弁１０を閉じるタイミングｔｍ３とする。
【００２６】
ステップＳ１３(図９)においてタイミングｔｍ３を設定したら、図５のステップＳ１４に進み、ステップＳ１１〜Ｓ１３において求めた各タイミングｔｍ１〜３に応じて、第一〜三開閉弁８〜１０を閉じる。
【００２７】
このように、ステップＳ２（図５）における停止処理操作部の制御が終了したらステップＳ３に進み、停止時記憶処理部を行う。ここでは図１０に示すような制御を行う。
【００２８】
つまり、停止時記憶処理を開始するように指令を受けたら、図１０のステップＳ２１において、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔ、第一容積部１１内の圧力Ｐ１および温度Ｔ１、第二容積部１２内の圧力Ｐ２、停止処理フラグＦＤＧＮＰをメモリに記憶させる。
【００２９】
このように停止時記憶処理部の制御を終了したら、図２における停止処理を終了する。ここで、図２に示すような停止処理の動作を行った場合のタイミングチャートの例を図１４に示す。
【００３０】
燃料ガスタンク２内の圧力が所定の圧力ＤＧＮＰｔより高い場合、第一開閉弁８を閉じると、燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔに比べて第一開閉弁８より下流側（第一、第二容積部１１、１２）の圧力が低くなる。これは、この時点でも燃料電池１では水素を消費しているため、燃料ガスは燃料電池１に向かって流れているためである。同様に、第二開閉弁９を閉じると、第一容積部１１の圧力はその時点の圧力を維持するのに対して、第二開閉弁９の下流側（第二容積部１２）の圧力はさらに低下する。その後、第三開閉弁１０を閉じることで、第二容積部１２の圧力は第三開閉弁１０をとじた時点の圧力を維持する。よって、第一〜三開閉弁８〜１０の故障がない場合にはＰｔ＞Ｐ１＞Ｐ２が維持される。ここではＰｔとＰ１、Ｐ１とＰ２の圧力差がほぼ同じになるようにタイミングｔｍ２を設定している。
【００３１】
次に、燃料電池１の起動時に行う故障診断方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
ステップＳ４において記憶メモリを図１１に示すフローチャートに従って呼び出す。記憶メモリの呼び出しの指令を受けたら、ステップＳ２２に進みメモリに記憶していた値を呼び出す。ここでは、図１０のステップＳ２１においてメモリに記憶させておいた値、つまり燃料ガスタンク２内の圧力Ｐｔ、第一容積部１１内の圧力Ｐ１および温度Ｔ１、第二容積部１２内の圧力Ｐ２、停止処理フラグＦＤＧＮＰを読み出す。ステップＳ２３において、各々の値を演算に使用するために変数ＭＰｔ、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＴ１、ＭＦＤＧＮＰにあてはめる。
【００３３】
ステップＳ４（図１１）において記憶メモリを呼び出したら、ステップＳ５に進む。ステップＳ５の故障診断判定部では、図１２に示すような制御に従って故障診断を行うかどうかを判断する。
【００３４】
図１２のステップＳ２４において、第一容積部１１の温度Ｔ１と、メモリに記憶しておいた第一容積部１１の温度ＭＴ１との温度差の絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜と、所定値ＤＧＮＴ１とを比較する。絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１より大きければステップＳ２７に進み、診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝０として故障診断を行わないように設定する。
【００３５】
一方、絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１以下であればステップＳ２５に進み、燃料ガスタンク２の圧力Ｐｔと、メモリに記憶しておいた燃料ガスタンク２の圧力ＭＰｔとの比較を行う。これにより、前回停止から今回起動を開始するまでの間に燃料ガスタンク２に燃料ガスが補充されたかどうかを判断する。現在の圧力と前回の圧力との差（Ｐｔ−ＭＰｔ）が所定値ＤＧＮＰＦより大きければ燃料ガスが補充されたと判断してステップＳ２７に進み、診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝０として故障診断を行わないように設定する。一方、（Ｐｔ−ＭＰｔ）がＤＧＮＰＦ以下であれば補充が行われていないと判断してステップＳ２５に進み診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝１として故障診断を行うように設定する。
【００３６】
前回の停止時の温度に対して、起動時の温度が大きく離れているような場合には、供給開閉弁の漏れの状態にかかわらず圧力の変化が大きくなり、誤って供給開閉弁が故障していると判断してしまう可能性がある。そこで、圧力変化の故障診断への影響を無視できる範囲、ここでは絶対値｜Ｔ１−ＭＴ１｜がＤＧＮＴ１以下である場合に故障診断を行い、それ以外の時には故障診断を行わずに起動を開始する。そのため、判断基準となる温度は第一温度センサ５の出力に限らず、燃料ガスタンク２内の燃料ガスの温度等で判断してもよい。また、燃料ガスタンク２内の圧力の変化を見ることで、停止中に燃料ガスが補充されたかどうかを判断し、補充された場合には故障診断を行わずに燃料電池１の起動を開始する。
【００３７】
ステップＳ５（図１２）において故障診断を行うかどうかを判断したらステップＳ６に進む。ステップＳ６の故障診断部では、図１３に示すような制御を行う。
【００３８】
ステップＳ２８において診断許可フラグＦＤＧＮＰ＝１およびＭＤＧＮＰ＝１であるかどうかを判断する。ＦＤＮＧＰ＝１かつＭＦＤＮＧＰ＝１でなければ故障診断を行わないので、ステップＳ３６に進み、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝１、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１＝０、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定する。ここで、故障結果フラグは、診断の結果故障があるかどうかを示しており、ＦＤＧＮＯＫ＝１であれば正常、ＦＤＧＮＯＫ＝０であれば第一開閉弁８または第二開閉弁９の少なくとも一方に故障があることを示す。また、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２はそれぞれの供給開閉弁の故障診断結果を示しており、１であれば故障あり、０であれば正常であることを示している。つまり、ステップＳ２８において故障診断を行わないと判断した時には、正常であると判断して故障診断を終了し、燃料電池１を起動する。
【００３９】
一方、ステップＳ２８においてＦＤＧＮＰ＝１かつＭＦＤＧＮＰ＝１である場合には故障診断を行うのでステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、第一容積部１１の圧力Ｐ１を温度で補正する。つまり、Ｐ0１＝Ｐ１×ＭＴ１／Ｔ１として、温度による圧力変化を考慮して補正圧力Ｐ0１を算出する。ステップＳ３０において、温度補正した圧力Ｐ0１とメモリに記憶しておいた圧力ＭＰ１とを比較する。ここでは、Ｐ0１がＭＰ１より大きく、その差が所定値ＤＰＡ１より大きいかどうか、つまりＰ0１−ＭＰ１＞ＤＰＡ１であるかどうかを判断する。ここで、所定値ＤＰＡ１は、環境の変化や測定誤差による誤診を避けるための値である。
【００４０】
所定値ＤＰＡ１より大きければ、前回の停止時に比較して第一容積部１１の圧力が高くなったと判断する。そこでステップＳ３１に進み、燃料ガスタンク２から第一開閉弁８を介して第一容積部１１に燃料ガスが供給されたと判断し、これにより、第一開閉弁８が故障していると判断する。そこで、診断結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝０、第一開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ１＝１、と設定して第一開閉弁８に故障があることを示す。また、このとき第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定し、故障診断を終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ３０でＰ0１−ＭＰ１＞ＤＰＡ１ではないと判断されたらステップＳ３２に進み、ＦＤＧＮＶ１＝０、つまり第一開閉弁８には故障がないと判断してからステップＳ３３に進む。
【００４２】
次にステップＳ３３において、ＭＰ１がＰ0１より大きく、その差が所定値ＤＰＢ１より大きいかどうか、つまり、ＭＰ１−Ｐ0１＞ＤＰＢ１であるかどうかを判断する。ここで、所定値ＤＰＢ１も、環境の変化や測定誤差による誤診を避けるための値である。
【００４３】
所定値ＤＰＢ１より大きければ、前回の停止時に比較して第一容積部１１の圧力が小さくなったと判断する。そこでステップＳ３４に進み、第一容積部１１内の燃料ガスが、第二開閉弁９を介してより圧力の低い第二容積部１２に移動したと考え、第二開閉弁９が故障していると判断する。そこで、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝０、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝１と設定し故障診断を終了する。
【００４４】
一方ステップＳ３３において、第二開閉弁９が故障していると判断されなかったら、ステップＳ３５に進み、故障結果フラグＦＤＧＮＯＫ＝１、第二開閉弁故障フラグＦＤＧＮＶ２＝０と設定して故障診断を終了する。
【００４５】
以上の結果である故障結果フラグＦＤＧＮＯＫが１なら正常、０なら故障であることが分かる。また、ＦＤＧＮＯＫが０の場合には、第一開閉弁８または第二開閉弁９のどちらが故障しているかを、ＦＤＧＮＶ１、ＦＤＧＮＶ２の結果から判断することが可能である。
【００４６】
次に、本実施形態における効果を説明する。
【００４７】
本実施形態は、燃料電池１と、燃料ガスタンク２と、燃料ガスタンク２から燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管３と、燃料ガス供給通路に配置した第一開閉弁８と、第一開閉弁８の下流側に配置した第二開閉弁９と、第一容積部１１の圧力を検出する第一圧力センサ６と、を備える。また、燃料電池１停止時に、第一開閉弁８を閉じてから第二開閉弁９を閉じる停止時開閉弁操作部（Ｓ１４）と、停止時の第一圧力センサ６の出力を記憶する停止時記憶処理部（Ｓ３）を備える。さらに、停止後の運転再開時の第一圧力センサ６の出力と、記憶した停止時の第一圧力センサ６の出力と、を比較して、第一開閉弁８および第二開閉弁９の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部（Ｓ６）と、を備える。これにより、燃料電池１に燃料を供給することなく故障を検知することができる。また、故障診断のために走行や運転開始を待つ必要がないので、起動時に速やかな故障診断を行うことができる。
【００４８】
また、第二開閉弁９と燃料電池１の間に第三開閉弁１０を備え、停止時開閉弁操作部（Ｓ１４）において、第二開閉弁９を閉じてから第三開閉弁１０を閉じる。このように第三開閉弁１０を備えることで、故障がないときには第二開閉弁９の下流側の圧力を一定に維持することができる。これにより、燃料電池１内で圧力変化が生じた場合にも、第二開閉弁の故障を正確に判断することができる。
【００４９】
燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４と、第二容積部１２の圧力を検出する第二圧力センサ７と、第一〜三開閉弁８〜１０を閉じるタイミングを設定する停止時開閉弁制御手段（Ｓ１１〜Ｓ１３）と、を備える。停止時に、圧力センサ４と第一圧力センサ６と第二圧力センサ７の出力に応じて、設定したタイミングに従って第一〜三開閉弁８〜１０を閉じる。これにより、燃料ガスタンク２と第一容積部１１との圧力差および第一容積部１１と第二容積部１２との圧力差をつけて停止することができるので、停止中に第一開閉弁８、第二開閉弁９からの燃料ガスの漏れを検出することができる。ここでは、特に燃料ガスタンク２と第一容積部１１との圧力差および第一容積部１１と第二容積部１２との圧力差とが同程度になるように設定するので、第一、第二開閉弁８、９の故障を同様に検出することができる。
【００５０】
燃料ガスタンク２に貯蔵された燃料ガスの状態に基づいて、停止操作を行うかどうかを決定する停止処理判定部（Ｓ１）を備える。これにより、停止操作を行っても、後の故障診断を正確に出来ないような場合には、停止操作・故障診断を避けることができるので、誤診を避けることができ、また無駄な動作を省略することができる。
【００５１】
例えば、燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４を備え、圧力センサ４の出力が所定値以上である場合に停止操作を行うと判断する。燃料ガスタンク２内の圧力が低い場合、停止時処理を行っても燃料ガスタンク２および第一、二容積部１１、１２の圧力との差が少ないので、燃料ガス漏れがない場合でも環境変化による影響を受け易く、誤って供給開閉弁の故障と診断してしまうことがある。そこで、燃料ガスタンク２内の圧力が所定値以上である場合のみに停止処理を行うことで、これを回避することができる。
【００５２】
燃料ガスタンク２の圧力を測定する圧力センサ４と、燃料ガスタンク２または燃料ガス供給配管３中の少なくとも一箇所の燃料ガスの温度変化を検出または推測する温度検出手段、ここでは第一温度センサ５を備える。停止後の運転再開直前の燃料ガスの圧力と温度に基づいて、故障診断を行うかどうかを判断する故障診断判定部（Ｓ５）と、を備える。これにより、環境の変化等に伴って燃料ガスの状態が著しく変化して、誤診を生じやすくなるような場合には、故障診断を避けることができる。これにより、より正確な故障診断を行うことができる。
【００５３】
故障診断判定部（Ｓ５）において、前回の停止時における第一温度センサ５の出力と、燃料電池１の運転再開直前における第一温度センサ５の出力との差が、所定値以上の場合には故障診断は行わない。前回停止時の温度に対して、起動時の温度が大きく離れている場合には、第一、第二開閉弁８、９の漏れの状態によらず圧力の変化が大きくなり、誤って故障と判断してしまう可能性がある。そこで、第一温度センサ５の出力が、停止時と起動時とで大きく異なる場合には故障診断を行わないことで、誤診を避けることができる。
【００５４】
第一開閉弁８と、第二開閉弁９と、の間に第一温度センサ５を設け、故障診断部（Ｓ６）において判断する際に、前回の停止時の第一温度センサ５の出力と、運転再開時の第一温度センサ５の出力と、に基づき圧力補正を行う。これにより、前回停止時の温度に対して起動時の温度が変化している場合でも、圧力の比較を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、燃料ガスタンク２を一つのタンクで構成したが、複数のタンクから構成してもよい。そのときには、タンク毎に少なくとも第一開閉弁８、第二開閉弁９を備える。このように構成することで、タンク数にかかわらず開閉弁の故障診断を行うことができる。
【００５６】
また、燃料ガスタンク２に燃料ガスが供給されているような場合、例えば、燃料改質システム等を備え、燃料ガスタンク２に燃料ガスが供給されているような場合には、図２のステップＳ１に示した停止処理判定部を省略することもできる。さらにＴＧＰ２が外気圧等のほぼ一定の値の場合には、Ｐｔ、Ｐ２がほぼ一定値となるので、図５のステップＳ１１〜１３においてｔｍ１〜ｔｍ３を求めず、図１４においてＰｔ−Ｐ１＝Ｐ１−Ｐ２となるｔｍ１〜ｔｍ３を予め実験等で求めておくこともできる。
【００５７】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における供給開閉弁の故障診断システムの構成図である。
【図２】本実施形態における停止処理のフローチャートである。
【図３】本実施形態における診断処理のフローチャートである。
【図４】本実施形態における停止処理判定のフローチャートである。
【図５】本実施形態における停止処理操作のフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるｔｍ１算出のフローチャートである。
【図７】本実施形態におけるｔｍ２算出のフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートにおいてｔｍ２を求めるのに用いるマップである。
【図９】本実施形態におけるｔｍ３算出のフローチャートである。
【図１０】本実施形態における停止時記憶処理のフローチャートである。
【図１１】本実施形態における記憶メモリ呼び出しのフローチャートである。
【図１２】本実施形態における故障診断判断のフローチャートである。
【図１３】本実施形態における故障診断のフローチャートである。
【図１４】本実施形態における停止処理時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 燃料ガスタンク
３ 燃料ガス供給配管
４ 供給部圧力センサ（圧力センサ）
５ 第一温度センサ（温度検出手段、第一温度センサ）
６ 第一圧力センサ
７ 第二圧力センサ
８ 第一開閉弁
９ 第二開閉弁
１０ 第三開閉弁
２０ コントローラ
Ｓ１ 停止処理判定部
Ｓ３ 停止時記憶処理部
Ｓ５ 故障診断判定部
Ｓ６ 故障診断部
Ｓ１４ 停止時開閉弁操作部
Ｓ１１〜１３ 停止時開閉制御手段
Claims (9)
- 燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、
前記燃料ガス供給配管に配置した第一開閉弁と、
燃料ガスの流れ方向に沿って前記第一開閉弁の下流側に配置した第二開閉弁と、
前記第一開閉弁と前記第二開閉弁との間の燃料ガスの圧力を検出する第一圧力センサと、
前記燃料電池停止時に、前記第一開閉弁を閉じてから前記第二開閉弁を閉じて、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁と間の第１容積部の圧力を、前記燃料ガスタンクの圧力よりも低く、かつ前記第２開閉弁よりも下流側の圧力よりも高くする停止時開閉弁操作部と、
前記燃料電池停止時の少なくとも前記第一圧力センサの出力を記憶する停止時圧力記憶部と、
前記燃料電池停止後の運転再開時の前記第一圧力センサの出力と、前記停止時圧力記憶部に記憶した前記燃料電池停止時の前記第一圧力センサの出力と、を比較して、前記第一開閉弁および前記第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部と、を備えたことを特徴とする供給開閉弁の故障診断システム。 - 前記第二開閉弁と前記燃料電池の間に第三開閉弁を備え、
前記停止時開閉弁操作部において、前記第二開閉弁をとじてから前記第三開閉弁を閉じる請求項１に記載の供給開閉弁の故障診断システム。 - 前記燃料ガスタンクの圧力を測定する供給部圧力センサと、
前記第二開閉弁と前記第三開閉弁との間の燃料ガスの圧力を検出する第二圧力センサと、
前記第一開閉弁と、前記第二開閉弁と、前記第三開閉弁と、を閉じるタイミングを設定する停止時開閉弁制御手段と、を備え、
燃料電池停止時に、前記供給部圧力センサと前記第一圧力センサと前記第二圧力センサとの出力に応じて、前記停止時開閉弁制御手段により設定したタイミングに従って前記停止時開閉弁操作部により前記第一開閉弁、前記第二開閉弁、前記第三開閉弁を閉じる請求項２に記載の供給開閉弁の故障診断システム。 - 前記燃料ガスタンクに貯蔵された燃料ガスの状態に基づいて、前記停止時開閉弁操作部による停止操作を行うかどうかを決定する停止処理判定部を備えた請求項１に記載の供給開閉弁の故障診断システム。
- 前記燃料ガスタンクの圧力を測定する供給部圧力センサを備え、
前記停止処理判定部は、前記供給部圧力センサの出力が所定値以上である場合に停止操作を行うと判断する請求項４に記載の供給開閉弁の故障診断システム。 - 前記燃料ガスタンクの圧力を測定する供給部圧力センサと、
前記燃料ガスタンクまたは前記燃料ガス供給配管中の少なくとも一箇所の燃料ガスの温度の変化を検出または推測する温度検出手段と、
前記燃料電池停止後の運転再開時の燃料ガスの圧力と温度に基づいて、前記故障診断部における故障診断を行うかどうかを判断する故障診断判定部と、を備える請求項１に記載の供給開閉弁の故障診断システム。 - 前記故障診断判定部において、前回の停止時における前記温度検出手段の出力と、前記燃料電池の運転再開時における前記温度検出手段の出力と、の差が、所定値以上の場合には、前記故障診断部における故障診断は行わないと判断する請求項６に記載の供給開閉弁の故障診断システム。
- 前記燃料ガス供給タンクを一つまたは複数装着し、前記燃料ガス供給タンク毎に少なくとも前記第一開閉弁および前記第二開閉弁を備える請求項１に記載の供給開閉弁の故障診断システム。
- 前記第一開閉弁と、前記第二開閉弁と、の間に設けた第一温度センサと、
前記故障診断判断部における判断を行う際に、前回の停止時の前記第一温度センサの出力と、前記燃料電池の運転再開時の第一温度センサの出力と、に基づき圧力補正を行う請求項１に記載の供給開閉弁の故障診断システム。
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