JP6135495B2 - 燃料ガス漏れ検出装置、燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池車両の燃料ガスタンクからの燃料ガス漏れを検知する技術に関する。

特許文献１には、車両の高圧タンク近傍に水素濃度センサが設けられており、水素の充填時に高圧タンクのタンク本体から水素が漏れた場合、水素が漏れていることを、水素濃度センサによって判定できる点が記載されている。

また、特許文献２には、外部の水素ガスステーションから供給される水素ガスを車両の高圧タンク内へ充填する際に、高圧タンク内の圧力変化速度値が異常判定閾値以上である場合に、水素ガスステーションに異常があると判定して、高圧タンク内への水素ガスの充填を止める点が記載されている。

特開２０１３−１９８２９４号公報 特開２０１３−２０００１９号公報

しかし、上記技術では次のような問題があった。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、車両の高圧タンクから水素が漏れていた場合に、このような水素漏れを検知することができるが、そのためには車両の高圧タンク近傍に水素濃度センサを設ける必要があった。

また、特許文献２に記載の技術では、車両の高圧タンクから水素が漏れていたとしても、このような水素漏れを検知することができないという問題があった。
なお、外部の水素ガスステーションに水素濃度センサを設けることも考えられるが、車両が水素ガスステーションを離れると、車両の高圧タンクからの水素漏れを検知することはできない。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池車両の燃料ガスタンク近傍に燃料ガス濃度センサを設けなくても、燃料ガスタンクからの燃料ガス漏れを検知可能な技術を提供することにある。

本発明によれば、燃料ガスタンク内の温度および燃料ガスタンク内の圧力に基づいて燃料ガスタンク内の燃料ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出し、算出された燃料ガス減少速度の値が燃料ガスタンクからの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値よりも大きいか否かを判定し、燃料ガス減少速度の値が閾値よりも大きい場合に燃料ガスタンクで燃料ガス漏れが発生していると判定するので、燃料電池車両の燃料ガスタンク近傍に燃料ガス濃度センサを設けなくても、燃料ガスタンクからの燃料ガス漏れを検知するができる。

本実施形態の燃料電池車両の全体構成を示す概略図である。 水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。 水素タンクの水素充填率と経過時間との関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。
［１．燃料電池車両１の構成の説明］
図１に示す本実施形態の燃料電池車両１は、含酸素の空気と燃料ガスを燃料電池に供給し、これによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する車両である。

このため、燃料電池車両１は、燃料ガスタンクとしての水素タンク１１、水素充填制御ＥＣＵ１３、燃料電池１５、燃料電池ＥＣＵ１７などを備えている。
水素タンク１１は、燃料電池１５に供給される燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵する。なお、水素タンク１１には、水素ステーション１００の水素充填ノズル１０１が接続可能であり、水素タンク１１は、水素充填ノズル１０１を介して水素ステーション１００からの水素ガスの供給を受けることができる。また、水素タンク１１は、水素タンク１１内の温度の値を検出する温度センサ１９と、水素タンク１１内の圧力の値を検出する圧力センサ２１と、を備えている。

水素充填制御ＥＣＵ１３は、温度センサ１９から水素タンク１１内の温度の値を定期的に取得するとともに、圧力センサ２１から水素タンク１１内の圧力の値を定期的に取得する。

また、水素充填制御ＥＣＵ１３は、水素タンク１１内の水素ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出する。具体的には、水素充填制御ＥＣＵ１３は、取得した水素タンク１１内の温度の値および水素タンク１１内の圧力の値を用いて水素タンク１１内の水素ガスの残量を所定時間ごとに算出し、その算出した水素タンク１１内の水素ガスの残量が所定時間内に減少した量と所定時間から、水素タンク１１内の水素ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出する。さらに、水素充填制御ＥＣＵ１３は、算出された燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値よりも大きいか否かを判定し、燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値よりも大きい場合に水素タンク１１で燃料ガス漏れが発生していると判定する。

なお、水素漏れ検出閾値とは、燃料ガスタンクとしての水素タンク１１からの水素漏れの有無を判定するために予め設定されており、燃料電池１５が発電中である場合に水素タンク１１からの水素漏れの有無を判定するための閾値Ａ（第一閾値）と燃料電池１５が発電中でない場合に水素タンク１１からの水素漏れの有無を判定するための閾値Ｂ（第二閾値）とがある。なお、図３は、水素タンク１１の水素充填率と経過時間との関係を示している。これによれば、燃料電池１５が発電中である場合には、燃料電池１５が発電中ではない場合に比べて、水素タンク１１の水素充填率が減少する速度の値が大きいのがわかる。つまり、燃料電池１５が発電中である場合には、燃料電池１５が発電中ではない場合に比べて、燃料ガス減少速度の値も大きくなる。したがって、本実施形態では、水素漏れ検出閾値については、燃料電池１５が発電中である場合と燃料電池１５が発電中ではない場合とで変更するようにしている。

なお、水素充填制御ＥＣＵ１３は、タンク内温度値取得部、タンク内圧力値取得部、燃料ガス減少速度算出部、燃料ガス漏れ判定部、燃料電池状態判定部および燃料ガス漏れ報知部に該当するとともに、燃料ガス漏れ検出装置に該当する。

燃料電池１５は、含酸素の空気と燃料ガスとしての水素ガスを用いて発電し、発電した
電力を電動機（図示省略）に供給する機能を有する。そのために、燃料電池１５は、バルブ２３ａを内蔵する水素供給配管２３によって水素タンク１１と接続されており、バルブ２３ａを制御して水素供給配管２３を開閉させることで水素タンク１１からの水素ガスの供給量を制御するようになっている（バルブ開閉、発電制御）。

燃料電池ＥＣＵ１７は、燃料電池１５を制御する機能を有する。また、燃料電池ＥＣＵ１７は、燃料電池１５が発電中であるか否かを水素充填制御ＥＣＵ１３に通知する機能を有する。

なお、燃料電池車両１におけるその他の機能や構成については公知技術に従うので、ここではその詳細な説明は省略する。
［２．水素漏れ検知処理の説明］
次に、燃料電池車両１の水素充填制御ＥＣＵ１３が実行する水素漏れ検知処理を、図２のフローチャートを参照して説明する。

最初のステップＳ１１０では、水素タンク１１内の水素ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出する。具体的には、水素充填制御ＥＣＵ１３は、温度センサ１９から水素タンク１１内の温度を定期的に取得するとともに、圧力センサ２１から水素タンク１１内の圧力を定期的に取得しており、取得した水素タンク１１内の温度の値および水素タンク１１内の圧力の値を用いて水素タンク１１内の水素ガスの残量を所定時間ごとに算出し、その算出した水素タンク１１内の水素ガスの残量が所定時間内に減少した値と所定時間から、水素タンク１１内の水素ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出する。その後、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、燃料電池１５が発電中であるか否かを判断する。具体的には、燃料電池ＥＣＵ１７が、燃料電池１５が発電中であるか否かを水素充填制御ＥＣＵ１３に通知しており、水素充填制御ＥＣＵ１３では、燃料電池ＥＣＵ１７からの通知に基づき燃料電池１５が発電中であるか否かを判定する。燃料電池１５が発電中であると判断された場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０に移行する。一方、燃料電池１５が発電中ではないと判断された場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１４０に移行する。

Ｓ１３０では、燃料電池１５が発電中であると判断されたことから、水素漏れ検出閾値を、燃料電池１５が発電中である場合に水素タンク１１からの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値Ａに設定する。その後、Ｓ１５０に移行する。

Ｓ１４０では、燃料電池１５が発電中ではないと判断されたことから、水素漏れ検出閾値を、燃料電池１５が発電中ではない場合に水素タンク１１からの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値Ｂに設定する。その後、Ｓ１５０に移行する。

Ｓ１５０では、Ｓ１１０で算出した燃料ガス減少速度の値が、Ｓ１３０またはＳ１４０で設定した水素漏れ検出閾値よりも大きいか否かを判断する。燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値よりも大きいと判断された場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０に移行する。一方、燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値以下であると判断された場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１７０に移行する。

Ｓ１６０では、燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値よりも大きいと判断されたことから、水素タンク１１で水素漏れが発生していると判断し、その旨を報知する。例えば、水素タンク１１で水素漏れが発生している旨を通報することや、警報を発生させるといった具合である。なお、このような通報や警報については、ユーザ通知機能を有する他のＥＣＵで実行するようにしてもよい。その後、本処理を終了する。

Ｓ１７０では、燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値以下であると判断されたことから、水素タンク１１で水素漏れが発生していないと判断し、上述のような通報や警報は行わない。なお、水素タンク１１で水素漏れが発生していない旨を報知するようにしてもよい。その後、本処理を終了する。

［３．実施形態の効果］
このように本実施形態の燃料電池車両１によれば、水素タンク１１内の温度および水素タンク１１内の圧力に基づいて水素タンク１１内の水素ガスが減少する速度である「燃料ガス減少速度」を算出し、算出された燃料ガス減少速度の値が水素タンク１１からの水素ガス漏れの有無を判定するための水素漏れ検出閾値よりも大きいか否かを判定し、燃料ガス減少速度の値が水素漏れ検出閾値よりも大きい場合に水素タンク１１で水素ガス漏れが発生していると判定するので、当該燃料電池車両１の水素タンク１１近傍に燃料ガス濃度センサを設けなくても、水素タンク１１からの燃料ガス漏れを検知するができる。

１…燃料電池車両、１１…水素タンク、１３…水素充填制御ＥＣＵ、１５…燃料電池、１７…燃料電池ＥＣＵ、１９…温度センサ、２１…圧力センサ、２３…水素供給配管、２３ａ…バルブ、１００…水素ステーション、１０１…水素充填ノズル。

Claims (3)

1. 燃料電池（１５）に供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンク（１１）内の温度の値を取得するタンク内温度値取得部（１３）と、
   前記燃料ガスタンク（１１）内の圧力の値を取得するタンク内圧力値取得部（１３）と、
   前記タンク内温度値取得部（１３）によって取得された前記燃料ガスタンク（１１）内の温度の値および前記タンク内圧力値取得部（１３）によって取得された前記燃料ガスタンク（１１）内の圧力の値に基づき、前記燃料ガスタンク内の燃料ガスの残量を所定時間ごとに算出し、前記燃料ガスタンク（１１）内の燃料ガスが減少する速度である燃料ガス減少速度を算出する燃料ガス減少速度算出部（１３）と、
   前記燃料ガス減少速度算出部（１３）によって算出された燃料ガス減少速度の値が前記燃料ガスタンク（１１）からの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値よりも大きいか否かを判定し、前記燃料ガス減少速度の値が前記閾値よりも大きい場合に前記燃料ガスタンク（１１）で燃料ガス漏れが発生していると判定する燃料ガス漏れ判定部（１３）と、
   前記燃料電池（１５）が発電中であるか否かを判定する燃料電池状態判定部（１３）と
   を備え、
   前記閾値には、前記燃料電池（１５）が発電中である場合に前記燃料ガスタンク（１１）からの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値である第一閾値と前記燃料電池（１５）が発電中でない場合に前記燃料ガスタンク（１１）からの燃料ガス漏れの有無を判定するための閾値である第二閾値とがあり、
   前記燃料ガス漏れ判定部（１３）は、前記燃料電池状態判定部（１３）によって前記燃料電池（１５）が発電中であると判定された場合には、前記燃料ガス減少速度の値が前記閾値としての前記第一閾値よりも大きいか否かを判定し、一方、前記燃料電池状態判定部（１３）によって前記燃料電池（１５）が発電中でないと判定された場合には、前記燃料ガス減少速度の値が前記閾値としての前記第二閾値よりも大きいか否かを判定すること
   を特徴とする燃料ガス漏れ検出装置（１３）。
2. 請求項１に記載の燃料ガス漏れ検出装置（１３）において、
   前記燃料ガス漏れ判定部（１３）によって前記燃料ガスタンク（１１）で燃料ガス漏れが発生していると判定された場合にその旨を報知する燃料ガス漏れ報知部（１３）を備えること
   を特徴とする燃料ガス漏れ検出装置（１３）。
3. 含酸素の空気と燃料ガスを燃料電池（１５）に供給し、これによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する燃料電池車両（１）であって、
   前記燃料電池（１５）に供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンク（１１）と、
   前記燃料ガスタンク（１１）内の温度の値を検出する温度センサ（１９）と、
   前記燃料ガスタンク（１１）内の圧力の値を検出する圧力センサ（２１）と、
   請求項１又は請求項２に記載の燃料ガス漏れ検出装置（１３）と、を備え、
   前記燃料ガス漏れ検出装置（１３）の前記タンク内温度値取得部（１３）は前記温度センサ（１９）が検出した前記燃料ガスタンク（１１）内の温度の値を取得し、
   前記燃料ガス漏れ検出装置（１３）の前記タンク内圧力値取得部（１３）は前記圧力センサ（２１）が検出した前記燃料ガスタンク（１１）内の圧力の値を取得すること
   を特徴とする燃料電池車両。