JP5007278B2 - ガス漏れ診断装置及びガス漏れ診断方法 - Google Patents
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Description
そして、従来技術において、このようなオフセット異常が発生し、このオフセット量が差圧の設定閾値を超過するものであった場合、ガス漏れと誤判定してしまうという問題があった。
そして、ガス漏れが発生し、差圧が設定閾値を超過し、時間的に重ならない異なる時間帯(互いに重複しない時間帯)における他の差圧も設定閾値を超過している場合は、ガス漏れと判定し、早期診断によりガス漏れが察知される。
また、燃料ガスの圧力値に設定閾値を超過するオフセット異常が発生した場合であっても、時間的に重ならない異なる時間帯(互いに重複しない時間帯)における他の差圧が設定閾値を超過していなければ、ガス漏れと判定されず、誤診断とならない。
以下、図面を参照して本発明のガス漏れ診断装置の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る第1実施形態のガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。なお、この第1実施形態は、後記するように、ガス圧センサが1つである点において、参考実施形態である。
図1に示すように、車両本体10は、高圧に圧縮された燃料ガス(水素)が貯蔵されている高圧タンク11と、この高圧タンク11に接続し燃料ガスを燃料電池13に輸送するアノード系配管20と、酸化性ガス(エア)を燃料電池13に輸送するカソード系配管30と、車内LANを介して各種電装部品に接続し車両本体10の制御を統括するECU15と、燃料ガスのガス漏れを診断するガス漏れ診断装置40とを含む構成をとる。
燃料電池13は、複数(例えば、200〜400)の単セルが厚み方向にセパレータを介して積層し、電気的に直列結合し、剛性の高い筐体に収納されている。
そして、単セルの両面には、それぞれ燃料ガス流路及びエア流路が設けられ、要求電力量に対応したガス圧が、単セルの両面に付勢するようになっている。
ここで警告とは図示しない警告灯を点灯させたり音声等で乗員にその旨を通告したり、緊急事態に対応できるように車両制御モードを変更したりすることを指す。また緊急停止とは、例えば、高圧タンク11の遮断弁12を閉状態にしたり、燃料電池13から走行モータ17に電力が供給されないようにしたりして、車両10を走行不能な状態にすることを指す。
この図2(a)のフローチャートは、ステップSt1〜St13が1つのルーチンとして、イグニッションスイッチONにより処理が開始し、イグニッションスイッチがOFFされるまで繰り返して実行される。なお、このフローチャートにおける動作の主体は、ガス漏れ診断装置40である。したがって、文中において主語が省略されている場合、その動作の主語はガス漏れ診断装置40である。
ステップSt2では、設定時間が経過したか否かが判定される。設定時間は、例えば10秒であるが、この値は、本実施形態では、ガス漏れの迅速な検出と、ガス漏れの誤検知防止という観点から設定されるものである。
ステップSt2で、設定時間を経過しない場合(St2→No)は、設定時間が経過するまで待機し、設定時間を経過した場合(St2→Yes)は、次のステップSt3に処理を進める。
ステップSt4では、それぞれ取得した圧力P1と圧力P2との差圧であるΔPを導出する。この処理により導出されるΔPは、請求項に記載の「差圧導出のための設定時間を挟んだ前後において取得した圧力値から導出した差圧」に相当する。
ステップSt6では、ΔPが閾値を超過するか否かを判定し(ΔP>閾値?)、ΔPが閾値を超過しない(閾値以下の)場合(St6→No)は、ステップSt1に戻って処理が繰り返される。一方、ステップSt6で、ΔPが閾値を超過する場合(ステップSt6→Yes)は、次のステップSt7に処理を進める。
なお、この第1実施形態ではステップSt13での「異常出力」の後も、「Return」に進む。そして、再度、ステップSt1以降の処理が繰り返されるが、ステップSt13の後に、処理を終わらせてもよい。
ちなみに、図2のフローチャートを、例えば1秒ずつずらして10個並列で実行すれば、後記する第2実施形態などのように、1秒ごとに診断を行える。
次も、参考実施形態である第2実施形態のガス漏れ診断装置を説明する。図3は、第2実施形態のガス漏れ診断装置の動作を示すフローチャートである。なお、第1実施形態と共通部分は、文中に図1で使用したのと同じ符号を付して説明を省略する。
この図3のフローチャートは、ステップSt21〜St30が1つのルーチンとして、イグニッションスイッチONにより処理が開始し、イグニッションスイッチがOFFされるまで繰り返して実行される。なお、このフローチャートにおける動作の主体は、第1実施形態と同様、ガス漏れ診断装置40である。
なお、このステップSt22は、イグニッションスイッチONの直後(10秒ほど)の間に機能するものであるが、必須のステップではない。
なお、このステップSt27は、イグニッションスイッチONの直後の間に機能するものであるが、必須のステップではない。
そして、ステップSt29では、「読み出した比較結果は共にΔPが閾値を超過」であるか否かを判断する。共に超過であれば(St29→Yes)、つまり、10秒前もΔPが閾値を超過しており、かつ、今回もΔPが閾値を超過している場合は、連続して超過しているので、ステップSt30で異常を出力する。なお、異常とは、本実施形態では、ガス漏れである。
なお、この第1実施形態ではステップSt30での「異常出力」の後も、「Return」に進む。そして、再度、ステップSt21以降の処理が繰り返されるが、ステップSt30の後に、処理を終わらせてもよい。
ちなみに、圧力のデータの取得が10秒間隔であり、第1バッファ40aなどが1個分のデータのみを格納するものであれば、第2実施形態は、第1実施形態とほぼ同じになる。
なお、第1実施形態でも同様であるが、ΔPと閾値との比較は、その都度行うのではなく、後でまとめて比較しても同じである。
また、第2実施形態で、設定時間を10秒、データの取得間隔を1秒、バッファのデータの格納個数を11個としたが、これらは適宜変更可能なものである。
また、ステップSt29での比較は、「時間的に重ならない異なる時間帯における少なくとも2つの比較結果(検定結果)が共に超過」かの比較に相当するが、2つではなく、「時間的に重ならない異なる時間帯における3つの検定の比較結果(検定結果)」を比較してもよい。この場合は、第2バッファ40bの記憶個数を増やして対応する。
以下、図面を参照して本発明のガス漏れ診断装置の第3実施形態を詳細に説明する。この第3実施形態では、すでに説明した実施形態をさらに具体化した内容となっている。
図4は本発明に係るガス漏れ診断装置を搭載した車両の実施形態を示すブロック図である。なお、図4と図1との相違点は、車両本体10に第2ガス圧センサ42が設けられているか否かの点と、ガス漏れ診断装置40の具体的な構成が示されているか否かの点である。よって、図4において図1と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
また、図中、破線内の記載が省略されているが、パラメータ設定部43は、第2ガス圧信号処理手段50Bで適用されるパラメータも外部から入力し保持する。そして、第1ガス圧信号処理手段50A、及び第2ガス圧信号処理手段50Bにおいてそれぞれ異なるパラメータを適用してもよい。
換言すると、差圧導出部52は、データ取得部51で取得された圧力値P(t)を直近のA個だけ記憶部44に保持させるとともに、このA個の圧力値P(t)のうち最新のものと最古のものの差圧ΔPを出力するものである。
つまり記憶部44は、請求項における「時間的に重ならない異なる時間帯」を第1設定時間Tと同じ又はそれよりも長い第2設定時間D(T≦D)にわたりデータを保持することにより実現するものである。
これにより、第2設定時間Dの経過を待つことなくガス漏れ判定がなされるので、ガス漏れが発生した場合、その旨をさらに早期に察知することができる。これは、二つのガス圧センサ41,42がほぼ同時に設定閾値Wを超過する差圧ΔPを検出するということは、ガス漏れ量が多いことが示唆されるために通常よりも早期にガス漏れ診断を下す必要があるためである。
この適宜補正がなされた圧力値P(tn)を受信したECU15は、その他の車載電装装置の制御パラメータとしてこの圧力値P(tn)を使用したり、高圧タンク11内の燃料ガスの残量を示す指標として表示したりする。
イグニッションスイッチをONモードに設定すると(S11)、高圧タンク11から燃料ガス(水素)が、コンプレッサ32からはエアが、燃料電池13に供給され、発電が開始される。そして、このガス供給と同時に格納されている制御パラメータに基づくガス漏れ診断が開始される(S12,S13)。
このとき高圧タンク11内の高圧ガスの圧力値P(t)が第1ガス圧センサ41で検出され、データ取得部51でΔt間隔の離散的なデジタルデータP(t)として取得される(S14)。ここで、取得された圧力値P(t)は、記憶部44のバッファに第1設定時間Tだけ保持される。すなわち、このバッファには、A個分の直近の圧力値P(t)が保持されていることになる。つまり、バッファは、ループが循環するたびに、最新のデータP(1)を保持するとともに最古のデータP(A)を消去する。
ここで、出力された差圧ΔPは、記憶部44のバッファに第2設定時間Dだけ保持される。そして、このバッファには、B個分の直近の差圧ΔPが保持される。つまり、バッファは、ループが循環するたびに、最新のデータΔP(1)を保持するとともに最古のデータΔP(B)を消去する。
そして、出力された差圧ΔPnが設定閾値Wを「超過する」又は「超過しない」のいずれであるかについての検定が差圧検定部53でなされる(S16)。
まず、t1からtn-1の時点までは、ガス漏れ発生がないために、バッファに保持される最新の差圧ΔP(1)は、第1設定時間Tの時間内における燃料ガスの消費量のみであり、「超過しない」旨の検定結果が出力される(S16→No)。
そして、このときデータ取得部51で取得された圧力値P(t)がECU15に出力されて他の機器の制御パラメータとして利用される(S17)。
同様にガス漏れ発生直後にtnからtn+2の時点までは、バッファに保持される最新の差圧差圧ΔP(1)は、誤動作防止のためのマージンが見込まれて、「超過しない」旨の検定結果が出力される(S16→No)。
なお、以上説明した動作フローにおいてS19及びS21の工程は、省略される場合もある。
S11〜S14までのフローは、すでに説明した内容と同じである。そして、t1〜tnの時点については、S14,S15,S16→No,S17,S18→Noのループが繰り返される。
そして、tn+1〜tn+5の時点では、S16→YesとなるがS20→Noとなるので、今度は、S14,S15,S16→Yes,S19→Yes,S20→No,S21,S17,S18→Noのループが繰り返される。
そして、tn+6の時点以降については、S16→Noとなるので、再び、S14,S15,S16→No,S17,S18→Noのループが繰り返され、S22,S23のステップに進むことはなく、オフセット異常が発生してもガス漏れ診断されることはない。
S11〜S14までのフローは、すでに説明した内容と同じである。そして、t1〜tn-1の時点については、ガス漏れが発生していないのでS14,S15,S16→No,S17,S18→Noのループが繰り返される。
ガス漏れが発生したtn〜tn+2の時点においても、差圧ΔPが設定閾値Wを「超過しない」ために、同様にS14,S15,S16→No,S17,S18→Noのループが繰り返される。
しかし、tn+4の時点でオフセット異常が発生すると、S16→Noとなるので、再び、S14,S15,S16→No,S17,S18→Noのループが繰り返される。
そして、tn+6の時点で、S16→YesとなるがS20→Noとなるので、再び、S14,S15,S16→Yes,S19→Yes,S20→No,S21,S17,S18→Noのループが繰り返される。そしてtn+9の時点で、S20→Yesとなるので、ガス漏れ診断されて(S22)、車両は緊急停止する(S23)。
そして、図6のように燃料ガスの圧力値P(t)に設定閾値Wを超過するオフセット異常が発生した場合であっても、第2設定時間Dが経過した後に出力される差圧ΔPが設定閾値Wを超過していなければ、ガス漏れと判定されず、誤診断とならない。
そして、図5,7のようにガス漏れが発生し、差圧ΔPが設定閾値Wを超過した時点から第2設定時間D(T≦D)が経過した後においても差圧ΔPが設定閾値Wを超過している場合は、ガス漏れと判定し、ガス漏れが早期に察知されることになる。
これにより、高圧タンク11に貯蔵されているか又は配管20により輸送されている燃料ガスのガス漏れを誤診断することなく早期に察知できるので、緊急事態に対処できる車両制御モードにいち早く切り替えることができる。
さらに、第2ガス圧信号処理手段50Bの出力結果を利用すれば(S19)、ガス漏れのさらなる早期察知が可能になる。
11 高圧タンク
12 遮断弁
13 燃料電池
17 走行モータ
20 アノード系配管(配管)
22 調圧弁
30 カソード系配管
31 分岐配管
32 コンプレッサ
40 ガス漏れ診断装置
41 第1ガス圧センサ(ガス圧センサ)
42 第2ガス圧センサ(ガス圧センサ)
43 パラメータ設定部
44 記憶部
45 ガス漏れ判定手段(判定部)
50A 第1ガス圧信号処理手段
50B 第2ガス圧信号処理手段
51 データ取得部
52 差圧導出部
53 差圧検定部
54 データ補正部
P(t) 圧力値
ΔP 差圧
T 第1設定時間(設定時間)
D 第2設定時間
W 設定閾値
Claims (7)
- ガスが貯蔵された高圧タンクと、該高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管と、のいずれかの場所でガス漏れが有るか無いかを診断するガス漏れ診断装置であって、
前記高圧タンクに設けられた第1ガス圧センサ及び前記配管に設けられた第2ガス圧センサからの前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
該データ取得部により取得された圧力P1と、該圧力P1の取得から予め定められた設定時間が経過したときに取得された圧力P2と、から差圧値を求め、該差圧値と設定閾値と比較することにより、前記差圧値が前記設定閾値を超過したかしないかを検定結果として得る差圧検定部と、
互いに重複しない時間帯における少なくとも前後2つの前記検定結果が共に超過の場合、ガス漏れと判定し、
前記第1ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した旨の検定結果と、前記第2ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した旨の検定結果と、がともに得られた場合は、互いに重複しない時間帯における次の検定結果を得る前にガス漏れと判定する判定部と、
を備えることを特徴とするガス漏れ診断装置。 - ガスが貯蔵された高圧タンクと、該高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管と、のいずれかの場所でガス漏れが有るか無いかを診断するガス漏れ診断装置であって、
前記高圧タンクに設けられた第1ガス圧センサ及び前記配管に設けられた第2ガス圧センサからの前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
該データ取得部により取得された圧力P1と、該圧力P1の取得から予め定められた設定時間が経過したときに取得された圧力P2と、から差圧値を導出する差圧導出部と、
互いに重複しない時間帯において導出された少なくとも前後2つの前記差圧値が共に設定閾値を超過した場合、ガス漏れと判定し、
前記第1ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過し、かつ前記第2ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した場合は、互いに重複しない時間帯における次の差圧値導出の前にガス漏れと判定する判定部と、
を備えることを特徴とするガス漏れ診断装置。 - 前記ガスは、車両用の燃料ガスであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガス漏れ診断装置。
- 前記第1ガス圧センサ及び前記第2ガス圧センサは、歪ゲージを構成要素に含むガス圧センサであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のガス漏れ診断装置。
- 前記互いに重複しない時間帯における少なくとも前後2つの前記差圧値と前記設定閾値との比較について、前後する一方は、前記差圧値が前記設定閾値を超過するものであり、前後する他方は、前記差圧値が前記設定閾値を超過するものでない場合は、
前記超過は、ベースラインのオフセット異常とみなし、データ取得部が取得した前記圧力値に対し補正を実施する補正部を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス漏れ診断装置。 - ガスが貯蔵された高圧タンクと、該高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管と、のいずれかの場所でガス漏れが有るか無いかを診断するガス漏れ診断装置のガス漏れ診断方法であって、
前記ガス漏れ診断装置は、
前記高圧タンクに設けられた第1ガス圧センサ及び前記配管に設けられた第2ガス圧センサからの前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
該データ取得部により取得された圧力P1と、該圧力P1の取得から予め定められた設定時間が経過したときに取得された圧力P2と、から差圧値を求め、該差圧値と設定閾値と比較することにより、前記差圧値が前記設定閾値を超過したかしないかを検定結果として得る差圧検定部と、
ガス漏れを判定する判定部と、を備えており、
前記判定部は、
互いに重複しない時間帯における少なくとも前後2つの前記検定結果が共に超過の場合、ガス漏れと判定し、
前記第1ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した旨の検定結果と、前記第2ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した旨の検定結果と、がともに得られた場合は、互いに重複しない時間帯における次の検定結果を得る前にガス漏れと判定すること、
を特徴とするガス漏れ診断方法。 - ガスが貯蔵された高圧タンクと、該高圧タンクに接続して前記ガスを輸送する配管と、のいずれかの場所でガス漏れが有るか無いかを診断するガス漏れ診断装置のガス漏れ診断方法であって、
前記ガス漏れ診断装置は、
前記高圧タンクに設けられた第1ガス圧センサ及び前記配管に設けられた第2ガス圧センサからの前記ガスの圧力値を取得するデータ取得部と、
該データ取得部により取得された圧力P1と、該圧力P1の取得から予め定められた設定時間が経過したときに取得された圧力P2と、から差圧値を導出する差圧導出部と、
ガス漏れを判定する判定部と、を備えており、
前記判定部は、
互いに重複しない時間帯において導出された少なくとも前後2つの前記差圧値が共に設定閾値を超過した場合、ガス漏れと判定し、
前記第1ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過し、かつ前記第2ガス圧センサから取得して求められた前記差圧値が設定閾値を超過した場合は、互いに重複しない時間帯における次の差圧値導出の前にガス漏れと判定すること、
を特徴とするガス漏れ診断方法。
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