JP5038796B2

JP5038796B2 - ガス漏洩検出方法

Info

Publication number: JP5038796B2
Application number: JP2007175910A
Authority: JP
Inventors: 充功松本; 正博松谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: JP2009014473A

Description

本発明は、ガスセンサによりガス漏れを検知して換気するシステムに適用されるガス漏洩検出方法に関する。

例えば、燃料電池自動車では、燃料電池スタックや補機などをボックス内に収納した状態で搭載することが行われている。また、水素は非常に漏れやすい気体であり、燃料電池スタック内のセル間や配管等の隙間から微量に漏れ出すことがある。そこで、従来においては、ボックスに水素センサや換気デバイスを設けて、水素を水素センサにより検知して、換気デバイスを作動させて換気することが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２３５６３５号公報（図１４）

しかしながら、水素センサによる水素漏れ検知の観点からは、主に水素センサのスパイクノイズ（短時間に急峻なピークをもつ電気的なノイズ、実際の濃度ではない）による水素漏れの誤検出を防ぐためと換気デバイスの作動による水素濃度低下から水素漏れ故障検知ができなくなるためという２つの理由から、水素センサが水素漏れを検知してから十分な確定時間を設けた後に換気デバイスを作動させたいという要求がある。一方で、水素換気の観点からは、特に過大な水素漏れが発生した場合になるべく迅速に換気デバイスを作動させたい（確定時間を短縮したい）という要求がある。これらの要求は相反するものであり、両立させるのは困難であるという課題があった。

この点について、図４および図５を参照して詳述する。図４はスパイクノイズによる誤検出防止を優先して確定時間を長く設定した場合の従来のタイムチャートであり、（ａ）はスパイクノイズ発生時、（ｂ）は微量漏れ継続時、（ｃ）は過大漏れ発生時、図５は過大漏れ対応を優先して確定時間を短く設定した場合の従来のタイムチャートであり、（ａ）はスパイクノイズ発生時、（ｂ）は微量漏れ継続時、（ｃ）は過大漏れ発生時である。

図４（ａ）に示すように、スパイクノイズ発生時には、誤検出が発生することはなく、換気デバイスを駆動させることはない。また、図４（ｂ）に示すように、微量漏れ継続時には、水素漏れ検出が可能になり、確定時間経過後に換気デバイスの駆動を開始することができる。しかし、図４（ｃ）に示すように、過大漏れ発生時には、換気デバイスの駆動が遅れるという問題がある。

図５（ｂ）に示すように、微量漏れ継続時には、水素漏れ検出が可能になり、所定値以上になったら換気デバイスを駆動して、所定値未満になったら換気デバイスの駆動を停止できる。また、図５（ｃ）に示すように、過大漏れ発生時には、漏れ故障を早期に確定できるので、換気デバイスを早期に駆動させることができる。しかし、図５（ａ）に示すように、スパイクノイズ発生時には、水素漏れが誤検出されるという問題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、スパイクノイズによる誤検出を防止でき、しかもガス漏れの検出精度を向上できるガス漏洩検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、漏洩したガスを検出するガスセンサと、前記漏洩したガスを外部へ排出する換気装置と、前記ガスセンサの検出値に基づいて前記換気装置を駆動させる換気制御手段と、を有するシステムにおけるガス漏洩検出方法において、前記ガスセンサによりガス濃度を検出する第１工程と、検出した前記ガス濃度が所定値以上のときに前記換気制御手段によりガス濃度が所定値未満になるまで前記換気装置を駆動させる第２工程と、前記所定値以上のガス濃度を検出してから第１所定時間以内のガス濃度を検出する第３工程と、前記第３工程において、前記第１所定時間以内のガス濃度が前記所定値未満である場合に、前記換気制御手段により前記換気装置の駆動を停止する第４工程と、前記所定値以上のガス濃度を検出してから、前記換気装置の駆動および停止により前記ガス濃度が前記所定値未満になった後に再度ガス濃度が前記所定値を超える時間より長く、かつ、前記第１所定時間より長く設定された第２所定時間以内に、再度ガス濃度が前記所定値以上になったかを検出する第５工程と、前記第５工程において、再度ガス濃度が所定値以上になっていない場合には、ガスは漏洩しておらず、前記ガスセンサのノイズによる誤検出であると判定する第６工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スパイクノイズ（ノイズ）によるガスセンサの誤検出が起きていたとしても、換気装置による換気を中断して所定時間以内に再びガス濃度を検出することにより、ノイズとガス漏洩の切り分けの制御が可能になる。したがって、換気装置は初回のみ駆動するが、ガス濃度が所定値未満に下がると換気装置の駆動を停止するため、スパイクノイズによる換気装置の駆動によって水素濃度が低下してしまうことがなくなり、ガス漏洩の検知性能が向上する。

また、前記第５工程でガス濃度が再度所定値以上になった場合に、所定値以上のガス濃度を再度検出してから第１所定時間以内にガス濃度が所定値未満になるかを検出する第６工程と、前記第６工程において、第１所定時間以内にガス濃度が所定値未満にならない場合には、微量なガスの漏洩が起きていると判定する第７工程を有することを特徴とする。

これによれば、初回検知時では漏れ故障を確定できないが２回目以降で確定することが可能になる。なお、微量のガス漏れを想定しているため、漏れ故障確定が若干遅れても影響は小さくて済む。

また、前記第３工程において、所定値以上のガス濃度を検出してから第１所定時間経過した後のガス濃度が所定値以上である場合には、過大なガスの漏洩が起きていると判定する第８工程を有することを特徴とする。

これによれば、従来では確定時間経過後から換気装置を駆動していたため換気のタイミングが遅れるという問題があったが、本発明では確定時間経過前に先行して換気装置を駆動させておくことができるため、過大なガス漏洩が起きていたとしても確実に換気を行いつつ、過大なガス漏洩の確定が可能になる。

本発明によれば、スパイクノイズによる誤検出を防止でき、しかもガス漏れの検出精度を向上できるガス漏洩検出方法を提供できる。

図１は本実施形態のガス漏洩検出方法が適用される燃料電池自動車の一例を示す全体構成図、図２は本実施形態のガス漏洩検出方法を示すフローチャート、図３（ａ）はスパイクノイズの確定方法、（ｂ）は微量のガス漏れの確定方法、（ｃ）は過大なガス漏れの確定方法である。

図１に示す燃料電池自動車Ｖは、燃料電池ＦＣが収納された燃料電池ボックス１０を備えている。この燃料電池ＦＣは、固体高分子からなる電解質膜の両面をアノード（水素極）およびカソード（空気極）で挟み、さらにその外側の両面を導電性のセパレータで挟んで単セルを構成し、この単セルを複数積層した構造を有している。また、燃料電池ＦＣは、アノードに水素タンク１から配管１ａを介して水素が供給され、カソードにエアコンプレッサ２から配管２ａを介して空気が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応により発電が可能になる。発電された電力によって、燃料電池自動車Ｖの走行モータ（図示せず）、エアコンプレッサ２などの補機類が駆動される。

前記燃料電池ボックス１０は、水素センサ１１、換気装置１２などを備えている。

前記水素センサ１１は、燃料電池ボックス１０内の水素濃度（ガス濃度）を検出する機能を有し、燃料電池ボックス１０の上部（天井部）に設置されている。これは、水素が空気よりも非常に軽い気体であることから、燃料電池ボックス１０内の上部に溜まり易くなるからである。

前記換気装置１２は、換気ファン１２ａを備え、換気ファン１２ａを駆動させることにより燃料電池ボックス１０内を強制的に換気する機能を有している。つまり、例えば、燃料電池ボックス１０内に水素が漏れている場合に、その水素を空気とともに強制的に燃料電池ボックス１０の外部に排出するようになっている。

なお、燃料電池ボックス１０内には、エアコンプレッサ２から取り込まれた空気を加湿する加湿器１３などが設けられている。また、燃料電池ＦＣのアノードから排出されたアノードオフガスは、燃料電池ＦＣのカソードから排出されたカソードオフガスなどで希釈されて車外へ排出されるようになっている。

また、燃料電池自動車Ｖは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリ、プログラムなどで構成されたＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２０を備え、水素センサ１１により検出された水素濃度に関する信号を適宜取得し、換気装置１２を適宜駆動するように構成されている。

次に、前記した燃料電池自動車Ｖにおけるガス（水素）漏洩検出方法について図２を参照して説明する。
本実施形態のガス漏洩検出方法は、水素センサ１１により水素濃度を検出する第１工程と、検出した水素濃度が所定値以上のときに水素濃度が所定値未満になるまで換気装置１２を駆動させる第２工程と、前記所定値以上の水素濃度を検出してから第１所定時間（Ｔａ）が経過した後の水素濃度を検出する第３工程と、第１所定時間が経過した後の水素濃度が所定値未満であるときに換気装置１２の駆動を停止する第４工程と、前記所定値以上の水素濃度を検出してから第２所定時間（Ｔｃ）以内に水素濃度が再度所定値以上になったかを検出する第５工程と、水素濃度が再度所定値以上になっていないときに水素センサ１１のスパイクノイズによる誤検出であると判定する第６工程と、を有している。

また、本実施形態のガス漏洩検出方法は、水素濃度が再度所定値以上になったときには、所定値以上の水素濃度を再度検出してから第１所定時間以内に水素濃度が所定値未満になるかを検出する第７工程と、第１所定時間以内に水素濃度が所定値未満にならなかったときには、微量な水素漏れが継続していると判定する第８工程と、を有している。

また、本実施形態のガス漏洩検出方法は、前記第３工程で所定値以上の水素濃度を検出してから第１所定時間経過した後の水素濃度が所定値以上であるときには、過大な水素漏れが発生していると判定する第９工程を有している。

まず、運転者によってイグニッションがオンされると、ステップＳ１００において、ＥＣＵ２０は、水素換気制御を開始する。このステップＳ１００において、ＥＣＵ２０は、イグニッションのオン信号を受け取ると、メモリから所定のプログラムを読み込み、水素センサ１１を暖機する処理などが実行される。水素センサ１１を暖機するのは、センサ素子に水滴などが付着していると正確な水素濃度が得られなくなるからである。

そして、ステップＳ１０１に進み、ＥＣＵ２０は、水素センサ１１から水素濃度を検出し（第１工程）、検出した水素濃度が所定値以上であるかどうかを判断する（第２工程）。ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、水素濃度が所定値以上でないと判断した場合には、ステップＳ１０１の処理を繰り返し、水素濃度が所定値以上であると判断した場合には、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、時間Ｔｂ（＜Ｔａ）経過後に換気装置１２を駆動する。なお、時間Ｔｂは、水素濃度が所定値以上であると判断してから換気装置１２の駆動を開始するまでの時間であり、例えば、他の制約がなければ初期値は０に設定することが好ましい。これは、万一の過大な水素漏れ発生時に早期に換気装置１２を駆動させる要求があるためである。また、時間Ｔａ（第１所定時間）は、従来から設定されている、水素センサ１１のスパイクノイズ（ノイズ）による誤検出防止用の確定時間が設定される。この時間Ｔａは、サンプリング周期や要求される検出精度などに基づいて設定される。そして、ＥＣＵ２０は、水素センサ１１から得られる水素濃度が所定値未満になるまで換気装置１２を駆動する（第２工程）。

そして、ステップＳ１０３に進み、ＥＣＵ２０は、時間Ｔａ以内に水素センサ１１によって検出し（第３工程）、検出した水素濃度が所定値未満になったかを判断する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になったと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進み、換気装置１２の駆動を停止する（第４工程）。

そして、ステップＳ１０６に進み、ＥＣＵ２０は、時間Ｔｃ以内に水素センサ１１によって検出される水素濃度が再度所定値以上になったかを判断する（第５工程）。なお、時間Ｔｃ（第２所定時間）は、微量な水素漏れが継続している場合、１回目の水素漏れ検知後、２回目に水素濃度が所定値を超える時間よりは長く設定する必要がある。ただし、時間Ｔｃを不必要に長く設定すると、時間Ｔｃ内に過大な水素漏れに発展した場合に、早期に換気装置１２を駆動できなくなるおそれがあるので適度にバランスをとって設定する必要がある。水素センサ１１の設置位置や換気装置１２のシステムによるが、例えば数分から数十分程度とすることが好ましい。

そして、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、所定値以上の水素濃度を検出してから時間Ｔｃ以内に所定値以上の水素濃度が再度検出されなかった場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０７に進み、水素漏れによる故障ではなく、水素センサ１１のスパイクノイズによる誤検出であると判断する（第６工程）。

また、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、所定値以上の水素濃度を検出してから時間Ｔｃ以内に所定値以上の水素濃度が再度検出された場合には、ステップＳ１０８に進み、所定値以上の水素濃度が再度検出されてから時間Ｔａ以内に水素センサ１１によって検出される水素濃度が所定値未満であるかを判断する（第７工程）。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、所定値以上の水素濃度が再度検出されてから時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満にならない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０９に進み、時間Ｔａ（＝Ｔｂ）経過後に、水素の微量漏れ故障であると確定し、換気装置１２を駆動する（第８工程）。このように、１回目に水素漏れを検知した後に、時間Ｔｃ内であれば時間Ｔｂが時間Ｔａ（Ｔｂ＝Ｔａ）となるように値を持ち替えるようにする。また、ＥＣＵ２０は、微量漏れ故障であることを確定すると、燃料電池自動車Ｖの車室内のメーターパネル類に設けられた警告（微量漏れ）ランプを点灯させ、運転者に注意を喚起する。なお、ランプに限定されるものではなく、警告音などでもよい。

なお、水素センサ１１のスパイクノイズによって所定値以上の水素濃度が時間Ｔｃ以内に再度検出され（Ｓ１０６，Ｙｅｓ）、時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になった場合には（Ｓ１０８，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に戻る。そして、このステップＳ１０６において、時間Ｔｃ以内に、所定値以上の水素濃度が再検出されなかった場合には（Ｎｏ）、水素センサ１１のスパイクノイズによる誤検出であると判断する（Ｓ１０７）。

一方、ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満ではない（所定値以上である）と判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０４に進み、時間Ｔａが経過した後に、水素の過大な漏れ故障であることを確定する（第９工程）。

さらに、図３のタイムチャートの一例を参照しながら、スパイクノイズによる誤検出（図３（ａ）参照）、水素の微量漏れ故障検知（図３（ｂ）参照）、水素の過大漏れ故障検知（図３（ｃ）参照）についてそれぞれ詳述する。

図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、所定値以上のガス濃度が検出された場合には、換気装置１２の駆動を開始して、ガス濃度が所定値未満になるまで換気装置１２を駆動させる（Ｓ１０２）。そして、時間Ｔａ以内の時刻ｔ２において、水素濃度が所定値未満になったので、換気装置１２の駆動を停止する（Ｓ１０５）。そして、時間Ｔｃ以内の時刻ｔ３において所定値以上の水素濃度が再検出されると（Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、所定値以上の水素濃度が再検出されてから時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になったかを判断する。時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になった場合には（Ｓ１０８、Ｙｅｓ）、時間Ｔｃ以内に所定値以上の水素濃度が再検出されていないことを確認し（Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、水素漏れ故障ではなく、スパイクノイズによる誤検出であると判断する（Ｓ１０７）。

なお、図３（ａ）では、１回目のスパイクノイズによる水素漏れが検知された後に、時間Ｔｃ以内に再度スパイクノイズによる水素漏れが検知された場合を例に挙げて説明したが、単一のスパイクノイズの発生であれば、時間Ｔｃ以内に所定値以上の水素濃度は再検出されないので（ｓ１０６，Ｎｏ）、直ちにスパイクノイズによる誤検出であると判断する（Ｓ１０７）。

このように本実施形態の水素漏洩検出方法によれば、スパイクノイズによる水素センサ１１の誤検出が起きていたとしても、換気装置１２による換気を中断して時間Ｔｃ（第２所定時間）以内に再びガス濃度を検出することにより、ノイズと水素漏洩の切り分けが可能になる。よって、この場合、換気装置１２は初回のみ駆動するが、所定値未満に下がると換気装置１２の駆動を停止（禁止）するため、スパイクノイズの検出による換気装置１２の駆動によって水素濃度が大きく低下してしまうことがなくなり、ガス漏洩の検知性能の向上が可能になる。

また、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ４において、所定値以上のガス濃度が検出された場合には、換気装置１２の駆動を開始して、ガス濃度が所定値未満になるまで換気装置１２を駆動させる（Ｓ１０２）。そして、時間Ｔａ以内において、水素濃度が所定値未満になったので、時刻ｔ５において換気装置１２の駆動を停止（禁止）する（Ｓ１０５）。そして、時間Ｔｃ以内の時刻ｔ６において、所定値以上の水素濃度が再検出されると（Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、所定値以上の水素濃度が再検出されてから時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になったかを判断する。この場合、時間Ｔａ以内に水素濃度が所定値未満になっていないので（Ｓ１０８、Ｎｏ）、時間Ｔａ経過後の時刻ｔ７において、微量な水素漏れ故障であると判断する（Ｓ１０９）。

本実施形態によれば、初回の濃度上昇による検知時では漏れ故障を確定できないが２回目以降で確定できる。この場合、微量漏れを想定したものであるため、漏れ故障確定が若干遅れたとしても影響は小さくて済む。よって、スパイクノイズと微量漏れとの切り分けが可能になる。

また、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ８において、所定値以上のガス濃度が検出された場合には、換気装置１２の駆動を開始して、ガス濃度が所定値未満になるまで換気装置１２を駆動させる（Ｓ１０２）。そして、時間Ｔａ以内において、水素濃度が所定値未満にならなかったので、換気装置１２を停止することなく、時間Ｔａ経過後の時刻ｔ９において、過大な水素漏れ故障であると判断する（Ｓ１０４）。

本実施形態によれば、従来では確定時間経過後から換気装置を駆動させていたため換気タイミングが遅れるという問題があったが、確定時間経過前から先行して換気装置１２を駆動させることができるため、過大な水素漏洩が発生していたとしても早期に換気を行いつつ、過大な水素漏洩の確定も可能になる。

なお、前記した実施形態では、箱型の燃料電池ボックス１０に燃料電池ＦＣに収容した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、車両の床下のパネルをボックス状に成型したものに燃料電池ＦＣを収容するようにしてもよい。

本実施形態のガス漏洩検出方法が適用される燃料電池自動車の一例を示す全体構成図である。本実施形態のガス漏洩検出方法を示すフローチャートである。本実施形態のガス漏洩検出方法を適用した場合のタイムチャートであり、（ａ）はスパイクノイズ発生時、（ｂ）は微量漏れ継続時、（ｃ）は過大漏れ発生時である。スパイクノイズによる誤検出防止を優先して確定時間を長く設定した場合の従来のタイムチャートであり、（ａ）はスパイクノイズ発生時、（ｂ）は微量漏れ継続時、（ｃ）は過大漏れ発生時である。過大漏れ対応を優先して確定時間を短く設定した場合の従来のタイムチャートであり、（ａ）はスパイクノイズ発生時、（ｂ）は微量漏れ継続時、（ｃ）は過大漏れ発生時である。

符号の説明

１水素タンク
２エアコンプレッサ
１１水素センサ
１２換気装置
１２ａ換気ファン
２０ＥＣＵ（換気制御手段）
ＦＣ燃料電池
Ｖ燃料電池自動車

Claims

漏洩したガスを検出するガスセンサと、
前記漏洩したガスを外部へ排出する換気装置と、
前記ガスセンサの検出値に基づいて前記換気装置を駆動させる換気制御手段と、
を有するシステムにおけるガス漏洩検出方法において、
前記ガスセンサによりガス濃度を検出する第１工程と、
検出した前記ガス濃度が所定値以上のときに前記換気制御手段によりガス濃度が所定値未満になるまで前記換気装置を駆動させる第２工程と、
前記所定値以上のガス濃度を検出してから第１所定時間以内のガス濃度を検出する第３工程と、
前記第３工程において、前記第１所定時間以内のガス濃度が前記所定値未満である場合に、前記換気制御手段により前記換気装置の駆動を停止する第４工程と、
前記所定値以上のガス濃度を検出してから、前記換気装置の駆動および停止により前記ガス濃度が前記所定値未満になった後に再度ガス濃度が前記所定値を超える時間より長く、かつ、前記第１所定時間より長く設定された第２所定時間以内に、再度ガス濃度が前記所定値以上になったかを検出する第５工程と、
前記第５工程において、再度ガス濃度が所定値以上になっていない場合には、ガスは漏洩しておらず、前記ガスセンサのノイズによる誤検出であると判定する第６工程と、を有することを特徴とするガス漏洩検出方法。
前記第５工程でガス濃度が再度所定値以上になった場合に、所定値以上のガス濃度を再度検出してから第１所定時間以内にガス濃度が所定値未満になるかを検出する第７工程と、
前記第７工程において、第１所定時間以内にガス濃度が所定値未満にならない場合には、微量なガスの漏洩が起きていると判定する第８工程を有することを特徴とする請求項１に記載のガス漏洩検出方法。
前記第３工程において、所定値以上のガス濃度を検出してから第１所定時間経過した後のガス濃度が所定値以上である場合には、過大なガスの漏洩が起きていると判定する第９工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス漏洩検出方法。