JP6335967B2 - 燃料電池車両の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池に供給される燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵容器と、車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスを充填するガス充填口が設けられる充填用リッドボックスとを備える燃料電池車両の制御方法に関する。
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。
電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、燃料電池スタックとして構成され、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載されている。
燃料電池車両では、例えば、車両の後部（トランクや床下）に燃料ガスタンク（水素タンク）が配置されている。その際、燃料ガスタンクからのガス漏れを検出するために、種々の工夫がなされている。
例えば、特許文献１に開示されている車両用水素検知装置は、燃料電池車の水素充填口の開閉を検出する開閉検知手段と、前記水素充填口近傍に設けられ、水素ガスを検知する水素センサと、キーレスエントリ車載機とを備えている。キーレスエントリ車載機は、開閉検知手段及び水素センサからの情報を取得するとともに、操作者が携帯するキーレスエントリ携帯機と通信して少なくとも車両のキーの施錠と解錠とを制御している。
キーレスエントリ車載機は、開閉検知手段により水素充填口が開かれたことを検知すると、水素センサによる水素ガスの濃度を測定し、予め決められた閾値を超えた場合には、キーレスエントリ携帯機と通信を行い、前記キーレスエントリ携帯機に警告動作を実行させている。
一方、特許文献２に開示されている燃料電池システムでは、システム始動時に蓄電装置に必要とされるＳＯＣ（充電率）を確保するために、システム停止時に前記蓄電装置を充電する操作が行われている。その際、上記の車両用水素検知装置では、水素センサにより水素漏れの有無を検知する処理が継続して行われている。
特開２０１０−２０９１０号公報 特開２００７−１６５０５５号公報
しかしながら、例えば、システム停止処理が開始されている状態で、すなわち、システム発電が行なわれている状態で、ユーザーが水素充填を開始すると、水素充填時に水素センサが機能している場合がある。このため、水素センサは、水素ステーション側のノズル（充填プラグ）からの水素漏れを検知してしまい、ユーザーに通知してシステム停止が行われるおそれがある。従って、実際には、燃料電池車両側に水素漏れが発生していないのに、ユーザーに不要な通知がなされるとともに、システム停止が惹起され、該ユーザーの利便性が低下するという問題がある。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、車両側からではないガス漏れが検知された際、ユーザーへの不要な通知を回避して該ユーザーの利便性を良好に確保することが可能な燃料電池車両の制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る制御方法が適用される燃料電池車両は、燃料電池、燃料貯蔵容器、充填用リッドボックス、燃料ガス検知器及び制御装置を備えている。燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電し、燃料貯蔵容器は、前記燃料ガスを貯蔵している。充填用リッドボックスは、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスを充填するためのガス充填口が内部に設けられるとともに、前記ガス充填口を前記車両外部に開閉自在な蓋部材が設けられている。燃料ガス検知器は、充填用リッドボックス内に配置され、燃料ガスの漏れを検知する。制御装置は、燃料ガス検知器から検知信号が送られる。
この制御方法は、燃料電池の発電中、又は制御装置の動作中に、燃料ガス検知器が燃料ガスの漏れを検知した際、ユーザーへの通知を行っている。一方、燃料電池の発電中、又は制御装置の動作中に、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であると判断された場合には、燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、ユーザーへの通知を行わない。
また、この制御方法では、前記燃料電池車両のイグニッションのオン又はオフを判定する工程を有し、前記燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、前記イグニッションがオンである場合に、前記ユーザーに警告を行う一方で、前記イグニッションがオフである場合に、前記ユーザーへの通知を行わずに、燃料電池の発電を停止させることが好ましい。
さらに、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器への燃料ガスの充填が終了した際、燃料ガス検知器により前記燃料ガスの漏れを検知する処理が行われることが好ましい。
さらにまた、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器への燃料ガスの充填が終了した際、燃料電池の停止処理が行われることが好ましい。
また、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、蓋部材の開閉を検知するリッドセンサの状態により行われることが好ましい。
さらに、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、燃料電池車両が予め指定された場所に移動したことを検知したか否かにより行われることが好ましい。
さらにまた、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、蓋部材を開閉操作するリッドスイッチの状態により行われることが好ましい。
また、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、前記燃料貯蔵容器内の燃料ガス圧力を検知する圧力センサの検出値により行われることが好ましい。
さらに、この制御方法では、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態であると判断された際、燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した場合に、異常情報を制御装置に記憶しないことが好ましい。
本発明によれば、燃料電池の発電中に、車両外部から燃料貯蔵容器に燃料ガスが充填される状態である場合に、燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、前記燃料ガスの漏れは、水素供給ステーション側に発生している。このため、車両側に燃料ガスの漏れが発生していないにも係らず、ユーザーに不要な通知（例えば、燃料ガス漏れ発生）を発することを阻止することができる。従って、車両側からではないガス漏れが検知された際、ユーザーへの不要な通知を回避して該ユーザーの利便性を良好に確保することが可能になる。
本発明の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池車両の概略全体構成を模式的に示した平面説明図である。 前記燃料電池車両の要部説明図である。 前記燃料電池車両を構成する充填用リッドボックスの内部と充填プラグとの接続状態の説明図である。 前記制御方法を説明するフローチャートである。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池車両１０は、例えば、燃料電池電気自動車であり、燃料電池システム１２を搭載する。
燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４を備え、前記燃料電池スタック１４は、前輪１６ｆ、１６ｆの近傍のモータルーム１８内に配設される。後輪１６ｒ、１６ｒ間には、水素タンク（燃料貯蔵容器）２０が配設される。なお、水素タンク２０は、１本でもよく、又は、それぞれ容量の異なる２本以上のタンクを備えていてもよい。
燃料電池スタック１４は、複数の燃料電池２２が水平方向（矢印Ｂ方向）又は重力方向に積層される。燃料電池２２は、図示しないが、例えば、電解質膜・電極構造体を一対のセパレータにより挟持する。電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜の一方の面にカソード電極が、他方の面にアノード電極が、設けられる。カソード電極には、酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される一方、アノード電極には、燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給され、前記空気中の酸素と前記水素ガスとの電気化学反応により発電する。
燃料電池スタック１４には、水素ガスを供給する水素ガス供給装置２３の他、空気を供給する空気供給装置（図示せず）、及び冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）が接続される。
図１及び図２に示すように、水素タンク２０は、高圧水素を貯留するとともに、端部に水素流通口（水素導入口及び水素導出口）２４が形成される。水素流通口２４には、流体機器２６が接続される。流体機器２６は、開閉弁２８を含むバルブ類及びジョイント類を有するとともに、水素タンク２０内の水素圧力を検知する圧力センサ２９を備える。
流体機器２６には、例えば、ジョイント類を介して水素供給配管３０の一端部が接続されるとともに、前記水素供給配管３０の他端部は、水素ガス供給装置２３に接続される（図１参照）。水素供給配管３０には、流体機器２６に近接してレギュレータ３２が配設される。
流体機器２６には、水素充填配管３４の一端部が接続される。水素充填配管３４の他端部は、燃料電池車両１０の車幅方向（矢印Ｂ方向）一方（例えば、左側後方）に延在し、充填用リッドボックス３６に配置された外部接続ポートであるガス充填口３８に接続される。
図２及び図３に示すように、ガス充填口３８には、燃料電池車両１０の外部から水素タンク２０に水素ガスを充填するために、充填プラグ（ステーションノズル）４０が連結される。充填プラグ４０は、水素供給ステーション４２に設けられ、手動（又は自動）により接続される。
充填用リッドボックス３６の先端には、ガス充填口３８を車両外部に開閉自在な蓋部材４４が設けられる。充填用リッドボックス３６内には、天板３６ａに水素センサ（燃料ガス検知器）４６が配置される。水素センサ４６は、水素ガスの漏れを検知し、その検知信号を燃料電池ＥＣＵ（制御装置）４８に送る。燃料電池ＥＣＵ４８は、水素センサ４６が水素ガスの漏れを検知した際、図１に示すように、モニタ５０に表示（通知）させる。
充填用リッドボックス３６内には、図２及び図３に示すように、蓋部材４４の開閉を検知するリッドセンサ５２が配置される。蓋部材４４は、図示しないリッドスイッチがユーザーにより操作されることにより、開閉する一方、リッドセンサ５２は、前記蓋部材４４の開閉状態を検知し、その検知信号を燃料電池ＥＣＵ４８に送る。
このように構成される燃料電池車両１０の動作について、以下に説明する。
まず、燃料電池車両１０の運転時には、図１に示すように、水素ガス供給装置２３において、水素タンク２０から導出された水素ガスは、レギュレータ３２の作用下に水素供給配管３０を通って燃料電池スタック１４に供給されている。空気供給装置では、図示しないエアポンプ等により空気が燃料電池スタック１４に供給されるとともに、冷却媒体供給装置では、図示しないポンプ等により冷却媒体が前記燃料電池スタック１４に供給されている。
このため、各燃料電池２２では、アノード電極に水素ガスが供給される一方、カソード電極に空気が供給されている。従って、電解質膜・電極構造体では、アノード電極に供給される水素ガスと、カソード電極に供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。これにより、走行用モータ（図示せず）に電力が供給され、燃料電池車両１０が走行可能となる。
次いで、水素タンク２０に水素ガスを充填する際には、図２に示すように、燃料電池車両１０は、水素供給ステーション４２に移送される。そして、図示しないリッドスイッチが、ユーザーにより操作されることにより、蓋部材４４が開放される。
図３に示すように、水素供給ステーション４２の充填プラグ４０は、充填用リッドボックス３６内のガス充填口３８に接続された状態で、水素ガスが所望の流量に調整されて前記ガス充填口３８に供給される。このため、水素ガスは、水素充填配管３４を通って流体機器２６から水素流通口２４を介して水素タンク２０に充填される。
水素ガスの充填が終了すると、充填プラグ４０は、ガス充填口３８から離脱され、充填用リッドボックス３６から取り出される。そして、手動操作又は自動操作により蓋部材４４が閉塞される。
次に、本発明の実施形態に係る制御方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
まず、水素センサ４６は、燃料電池ＥＣＵ４８が動作している際にのみ機能している。水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される際には、パワーシステムが止められており、燃料電池ＥＣＵ４８は、燃料電池システム１２の停止処理に移行している。このため、水素ガスの充填時には、燃料電池スタック１４が発電中、又は燃料電池ＥＣＵ４８のみが動作中であり、水素センサ４６が機能している。燃料電池ＥＣＵ４８は、発電停止後に所定の時間だけ、故障検知等のために動作している場合がある。
なお、燃料電池システム１２の停止処理では、燃料電池スタック１４のカソード流路及びアノード流路が封止される。従って、燃料電池スタック１４では、封止されたカソード流路に残存する空気中の酸素と、封止されたアノード流路に残存する水素ガスとが、電気化学反応により消費される。これにより、カソード流路では、酸素が希薄な窒素リッチ、すなわち、Ｏ2リーンに移行する。
また、燃料電池システム１２の停止処理では、起動時に必要とされる電力を確保するために、例えば、図示しないバッテリ（二次電池等）が所望のＳＯＣ（充電率）になるように充電が行われる。
そこで、燃料電池スタック１４の発電中に、水素センサ４６が、規定量以上の水素ガスの漏れを検知すると（ステップＳ１中、ＹＥＳ）、その検知信号を燃料電池ＥＣＵ４８に送る。燃料電池ＥＣＵ４８では、水素供給ステーション４２（車両外部）から水素タンク２０に水素ガスが充填中（充填される状態）であるか否かが判断される（ステップＳ２）。
ここで、水素ガスが充填中であるか否かの判断は、以下に示す実施例１〜実施例４により行われる。なお、実施例１〜実施例４は、いずれか１つを実施すればよく、又は、２つ以上を組み合わせて実施してもよい。
実施例１では、蓋部材４４の開閉を検知するリッドセンサ５２の状態により行われる。すなわち、リッドセンサ５２により蓋部材４４が開放されていることが検知されれば、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される状態であると判断される。
実施例２では、燃料電池車両１０が予め指定された場所に移動したことを検知したか否かにより行われる。具体的には、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）が使用される。その際、燃料電池車両１０の位置座標を用い、前記燃料電池車両１０が水素供給ステーション４２に移送されたことが検知されれば、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される状態であると判断される。
実施例３では、蓋部材４４を開閉操作するリッドスイッチ（図示せず）の状態により行われる。ユーザーがリッドスイッチを操作すると、蓋部材４４が開放されるとともに、前記リッドスイッチの操作信号が送られる。このため、リッドスイッチの操作信号に基づいて、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される状態であると判断される。
実施例４では、水素タンク２０内の水素ガス圧力を検知する圧力センサ２９の検出値により行われる。具体的には、圧力センサ２９により水素ガス圧力が上昇していることが検出されれば、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される状態であると判断される。
図４に示すように、水素タンク２０に水素ガスが充填中ではないと判断されると（ステップＳ２中、ＮＯ）、ステップＳ３に進んで、モニタ５０には、ユーザーへの通知がなされる。通知内容は、例えば、「水素漏れを検知 直ちに販売店で点検して下さい」等である。さらに、ステップＳ４に進んで、燃料電池ＥＣＵ４８には、異常情報が記憶された後、ステップＳ５に進んで、流体機器２６を構成する開閉弁２８が閉弁されるとともに、燃料電池スタック１４の発電が停止される。
一方、水素タンク２０に水素ガスが充填中であると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、イグニッションスイッチがオン（ＯＮ）されたか否かが判断される。イグニッションスイッチがオンされたと判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、モニタ５０に、例えば、「パワーシステムは常に止める」等の警告が表示される。
また、イグニッションスイッチがオフであると判断されると（ステップＳ６中、ＮＯ）、ステップＳ３及びステップＳ４をバイパスして、ステップＳ５に進む。すなわち、モニタ５０には、ユーザーへの通知がなされず、しかも、燃料電池ＥＣＵ４８には、異常情報が記憶されない。
ステップＳ５では、燃料電池スタック１４の発電が停止され、この状態で、水素タンク２０への水素ガスの充填が継続される。そして、燃料電池スタック１４の発電が停止された状態が、水素ガスの充填中であり且つイグニッションスイッチがオフされた場合には、前記水素ガスの充填が終了した後、燃料電池システム１２の停止処理を再開させることができる。
その際、再開された停止処理中に、水素ガスの漏れが検知された場合には、燃料電池車両１０側に前記水素ガスの漏れがあると推定される。
また、水素タンク２０への水素ガスの充填が終了した後は、燃料電池ＥＣＵ４８に記憶されている異常情報がリセットされる。
この場合、本実施形態では、燃料電池スタック１４の発電中に、水素センサ４６が水素ガスの漏れを検知した際、ユーザーへの通知を行っている。一方、燃料電池スタック１４の発電中に、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填される状態であると判断された場合に、水素センサ４６が前記水素ガスの漏れを検知した際、ユーザーへの通知を行わない。
水素タンク２０に水素ガスが充填中である場合に、水素センサ４６が前記水素ガスの漏れを検知した際、前記水素ガスの漏れは、燃料電池車両１０側ではなく、水素供給ステーション４２側に発生している可能性がある。このため、ユーザーへの通知を行わないことにより、該ユーザーに不要な通知を発することを阻止することができる。従って、燃料電池車両１０側からではないガス漏れが検知された際、ユーザーへの不要な通知を回避して該ユーザーの利便性を良好に確保することが可能になる。
また、ユーザーへの通知を行わない場合にも、燃料電池スタック１４の発電が停止されている。これにより、水素ガスの漏れに対して一層確実に安全性を確保することができる。
さらに、水素供給ステーション４２から水素タンク２０への水素ガスの充填が終了した際、水素センサ４６により前記水素ガスの漏れを再度検知する処理が行われている。このため、燃料電池車両１０側からの水素ガスの漏れか否かを確定することが可能になる。
さらにまた、水素供給ステーション４２から水素タンク２０への水素ガスの充填が終了した際、燃料電池システム１２の停止処理が再開される。従って、所望の停止状態に維持することができ、燃料電池スタック１４の劣化を抑制することが可能になる。
また、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填中であるか否かの判断は、蓋部材４４の開閉を検知するリッドセンサ５２の状態により行われている。これにより、水素タンク２０に充填中であるか否かを簡便に判定することができる。
さらに、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填中であるか否かの判断は、燃料電池車両１０が予め指定された場所、すなわち、前記水素供給ステーション４２に移動したことを検知したか否かにより行われている。このため、水素タンク２０に充填中であるか否かを簡便に判定することが可能になる。
さらにまた、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填中であるか否かの判断は、蓋部材４４を開閉操作するリッドスイッチの状態により行われている。従って、水素タンク２０に充填中であるか否かを簡便に判定することができる。
また、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填中であるか否かの判断は、前記水素タンク２０内の水素ガス圧力を検知する圧力センサ２９の検出値の上昇により行われている。これにより、水素タンク２０に充填中であるか否かを確実に判定することが可能になる。
さらに、水素供給ステーション４２から水素タンク２０に水素ガスが充填中であると判断された際、水素センサ４６が前記水素ガスの漏れを検知した場合に、異常情報を燃料電池ＥＣＵ４８に記憶していない。このため、異常情報が残り、次回の起動時に燃料電池システム１２の起動が不要に抑制されることを阻止することができる。
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック ２０…水素タンク
２３…水素ガス供給装置 ２４…水素流通口
２６…流体機器 ２８…開閉弁
２９…圧力センサ ３０…水素供給配管
３４…水素充填配管 ３６…充填用リッドボックス
３８…ガス充填口 ４０…充填プラグ
４２…水素供給ステーション ４４…蓋部材
４６…水素センサ ４８…燃料電池ＥＣＵ
５０…モニタ ５２…リッドセンサ

Claims (9)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料ガスを貯蔵する燃料貯蔵容器と、
    車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスを充填するためのガス充填口が内部に設けられるとともに、前記ガス充填口を前記車両外部に開閉自在な蓋部材が設けられる充填用リッドボックスと、
    前記充填用リッドボックス内に配置され、前記燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器と、
    前記燃料ガス検知器から検知信号が送られる制御装置と、
    を備える燃料電池車両の制御方法であって、
    前記燃料電池の発電中、又は前記制御装置の動作中に、前記燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、ユーザーへの通知を行う工程と、
    前記燃料電池の発電中、又は前記制御装置の動作中に、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であると判断された場合には、前記燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、前記ユーザーへの通知を行わない工程と、
    を有することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  2. 請求項１記載の制御方法であって、
    前記燃料電池車両のイグニッションのオン又はオフを判定する工程を有し、
    前記燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した際、前記イグニッションがオンである場合に、前記ユーザーに警告を行う一方で、前記イグニッションがオフである場合に、前記ユーザーへの通知を行わずに、前記燃料電池の発電を停止させることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  3. 請求項２記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器への前記燃料ガスの充填が終了した際、前記燃料ガス検知器により前記燃料ガスの漏れを検知する処理が行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  4. 請求項２又は３記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器への前記燃料ガスの充填が終了した際、前記燃料電池の停止処理が行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、前記蓋部材の開閉を検知するリッドセンサの状態により行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、前記燃料電池車両が予め指定された場所に移動したことを検知したか否かにより行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、前記蓋部材を開閉操作するリッドスイッチの状態により行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であるか否かの判断は、前記燃料貯蔵容器内の燃料ガス圧力を検知する圧力センサの検出値により行われることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記車両外部から前記燃料貯蔵容器に前記燃料ガスが充填される状態であると判断された際、前記燃料ガス検知器が前記燃料ガスの漏れを検知した場合に、異常情報を前記制御装置に記憶しないことを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
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