JP6620776B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

タンク内の燃料ガスが供給通路を介して燃料電池に供給される燃料電池システムが知られている。このような供給通路には上流側から下流側に順に２つの弁が設けられて、２つの弁の間の供給通路に圧力センサが設けられる場合がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１７７９１０号公報

２つの弁の間での供給通路内の圧力は、比較的高圧となりやすい。下流側の弁が閉じた状態で上流側の弁が開くと、タンクに高圧状態で貯留された燃料ガスが２つの弁の間での供給通路内に充満して高圧となるからである。従って、このような空間内の圧力を検出する圧力センサも、高圧の燃料ガスに晒されることになる。このため、圧力センサに燃料ガスの成分が固溶して、圧力センサの検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、圧力センサの検出精度を回復できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的は、燃料電池と、燃料ガスを貯留したタンクと、前記タンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給通路と、前記供給通路を開閉し、上流側から下流側に順に設けられた第１及び第２弁と、前記供給通路の第１及び第２弁間の領域である被検出領域内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサを加熱する加熱部と、前記圧力センサの検出値が所定の閾値以下である状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する制御部と、前記圧力センサにより圧力を検出可能な中継領域を有し、前記被検出領域と外気とを連通した迂回通路と、前記中継領域が前記被検出領域側に連通し前記外気側からは遮断された第１状態と、前記中継領域が前記被検出領域側からは遮断され前記外気側に連通した第２状態とを切り替える切替機構と、を備え、前記圧力センサは、前記中継領域を介して前記被検出領域内の圧力を検出可能であり、前記制御部は、前記検出値が前記所定の閾値以下であって前記第２状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する、燃料電池システムによって達成できる。また、上記目的は、燃料電池と、燃料ガスを貯留したタンクと、前記タンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給通路と、前記供給通路を開閉し、上流側から下流側に順に設けられた第１及び第２弁と、前記供給通路の第１及び第２弁間の領域である被検出領域内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサを加熱する加熱部と、前記圧力センサの検出値が所定の閾値以下である状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する制御部と、前記圧力センサにより圧力を検出可能な中継領域を有し、前記被検出領域と、前記供給通路の前記第２弁よりも下流側の下流領域とを連通した迂回通路と、前記中継領域が前記被検出領域側に連通し前記下流領域側からは遮断された第１状態と、前記中継領域が前記被検出領域側からは遮断され前記下流領域側に連通した第２状態とを切り替える切替機構と、を備え、前記圧力センサは、前記中継領域を介して前記被検出領域内の圧力を検出可能であり、前記制御部は、前記検出値が前記所定の閾値以下であって前記第２状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する、燃料電池システムによって達成できる。

圧力センサの検出値が所定の閾値以下となる低圧環境下で圧力センサを加熱することにより、圧力センサに固溶した燃料ガスの成分の圧力センサからの放出を促進させることができる。これにより、低下した圧力センサの検出精度を回復させることができる。

前記迂回通路上に設けられた前記切替機構よりも下流側の前記迂回通路上に設けられ、前記燃料ガスを下流側に噴射するインジェクタを備え、前記制御部は、前記第２状態で前記インジェクタにより前記燃料ガスを噴射することにより、前記検出値を前記所定の閾値以下に制御する構成であってもよい。

本発明によれば、圧力センサの検出精度を回復できる燃料電池システムを提供できる。

図１は、本実施例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図である。 図２は、圧力センサの模式的な断面図である。 図３Ａは、圧力センサの検出値の誤差の時間変化を示したグラフであり、図３Ｂは、圧力センサの４つのサンプルでの誤差の回復速度を示したグラフである。 図４は、本実施例の回復制御のフローチャートの一例である。 図５は、本実施例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。 図６は、第１変形例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図である。 図７は、第１変形例での回復制御を示したフローチャートの一例である。 図８は、第１変形例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。 図９は、第２変形例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図である。 図１０は、第２変形例での回復制御を示したフローチャートの一例である。 図１１は、第２変形例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。 図１２Ａは、第３変形例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図であり、図１２Ｂは、第４変形例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図であり、図１２Ｃは、第５変形例の燃料電池システムの燃料ガス供給系の説明図である。

図１は、本実施例の燃料電池システム１の燃料ガス供給系の説明図である。燃料電池システム１は、燃料電池１０、タンク２０、供給通路３０、主止弁３２、減圧弁３４、インジェクタ３６、圧力センサ４２及び４４等を備えている。燃料電池１０は、複数の単セルが積層されたスタック構造を有し、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて、燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により発電する。タンク２０には、燃料電池１０に供給される燃料ガスである水素ガスが高圧状態で貯留されている。供給通路３０は、燃料電池１０及びタンク２０間を接続しており、タンク２０から燃料電池１０に燃料ガスを供給する。燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池１０への供給は、制御ユニット１００が各装置の動作を制御することにより行われる。

尚、燃料電池システム１には、燃料ガスを外気に排出する排気通路、冷媒を燃料電池１０に供給する冷媒供給通路、補機等の種々の構成要素が設けられている。また、本実施例では、燃料電池システム１は車両に搭載されており、燃料電池１０は車両の走行用のモータに電力を供給する。

主止弁３２、減圧弁３４、インジェクタ３６は、供給通路３０上に上流側から下流側に順に設けられている。主止弁３２は、タンク２０から供給通路３０の上流側へ燃料ガスの流入を制御する。減圧弁３４は、供給通路３０の上流側における燃料ガスの圧力を、設定された低い圧力に調整する減圧弁である。本実施例においては、主止弁３２及び減圧弁３４は、上流側から下流側に順に設けられた第１及び第２弁の一例である。主止弁３２は、供給通路３０を開閉する。減圧弁３４は、周辺の圧力が高圧の場合に半開し、低圧の場合に全開となる。インジェクタ３６は、燃料ガスを供給通路３０の下流側に噴射する電磁駆動式のインジェクタである。尚、供給通路３０の主止弁３２及び減圧弁３４間の領域を被検出領域３０ａと称する。

圧力センサ４２は、被検出領域３０ａに設けられており、主止弁３２から出力される燃料ガスのガス圧を検出する。圧力センサ４２には、詳しくは後述するが加熱素子４２ｈが設けられている。圧力センサ４４は、供給通路３０上であって、減圧弁３４及びインジェクタ３６間に設けられており、減圧弁３４により減圧された燃料ガスの圧力を検出する。

制御ユニット１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備えるコンピュータで構成される。制御ユニット１００は、圧力センサ４２及び４４等の検出値に基づいて、主止弁３２、減圧弁３４、インジェクタ３６や加熱素子４２ｈを制御し、種々の処理や制御を実行する制御部に相当する。

図２は、圧力センサ４２の模式的な断面図である。圧力センサ４２は、ボディ４２ｂ、ダイヤフラム４２ｄ、歪ゲージ４２ｇ、加熱素子４２ｈを備える。ボディ４２ｂは、略円筒状に形成された金属製であって、ダイヤフラム４２ｄ、歪ゲージ４２ｇ、及び加熱素子４２ｈを収納しており、先端側の開口端４２ｂ１が被検出領域３０ａの外壁に挿入されている。ダイヤフラム４２ｄは、ステンレスなどの金属製であり、筒部４２ｄ１と、筒部４２ｄ１に一体であって筒部４２ｄ１の図２中の上端を閉塞する薄肉の受圧部４２ｄ３と、を備えている。受圧部４２ｄ３は、筒部４２ｄ１内に導入された燃料ガスの圧力に応じて歪む。

歪ゲージ４２ｇは、受圧部４２ｄ３の外面上に４つ設けられている。受圧部４２ｄ３の撓みに応じて各歪ゲージ４２ｇに加わる応力が変化し、それに伴い各歪ゲージ４２ｇの抵抗が変化する。この抵抗値の変化をブリッジ回路の差動出力として、燃料ガスの圧力に比例した出力が得られる。加熱素子４２ｈは、ダイヤフラム４２ｄ及び歪ゲージ４２ｇ近傍に設けられている。加熱素子４２ｈは制御ユニット１００により通電状態が制御され、加熱素子４２ｈが通電されることによりダイヤフラム４２ｄが加熱される。

ここで、ダイヤフラム４２ｄは金属材料が用いられている。このため、ダイヤフラム４２ｄが高圧の燃料ガスに晒されることにより、このような金属材料に燃料ガスの成分である水素が固溶する可能性がある。これにより、圧力センサ４２の検出値の誤差が増大して、検出精度が低下する可能性がある。

図３Ａは、圧力センサ４２の検出値の誤差の時間変化を示したグラフである。最初に圧力センサ４２周辺を高圧の燃料ガス環境にし、その後に低圧の燃料ガス環境にした場合での圧力センサ４２の検出値の誤差の変化を示している。図３Ａに示すように、高圧の燃料ガス環境下では、時間が経過するにつれて誤差が徐々に増大する。これに対して、その後の低圧の燃料ガス環境下では、誤差は徐々に低下する。これは、高圧環境下の方が低圧環境下よりも圧力センサ４２の金属材料への水素の固溶が促進され、低圧環境下では圧力センサ４２の金属材料に固溶した水素が放出されるからと考えられる。

図３Ｂは、圧力センサ４２の４つのサンプルＡ〜Ｄでの誤差の回復速度を示したグラフである。サンプルＡ〜Ｄは、予め高圧の燃料ガス環境下に配置して誤差を増大させておいた。この誤差は、サンプルＡ〜Ｄの順に大きい。サンプルＡ、Ｃ、及びＤについては、低圧の燃料ガス環境下に配置した。サンプルＢは、低圧の燃料ガス環境下に配置しつつ加熱した。この結果、低圧の燃料ガス環境下で加熱されたサンプルＢが最も回復速度が大きかった。本実施例において、制御ユニット１００は、低圧環境下で圧力センサ４２を上述した加熱素子４２ｈにより加熱することによって、圧力センサ４２の検出精度を回復する回復制御を実行する。

図４は、本実施例の回復制御のフローチャートの一例である。制御ユニット１００は、この制御を所定の周期毎に繰り返し実行する。最初に、圧力センサ４２の検出精度の回復実行タイミングであるか否かが判定される（ステップＳ１）。否定判定の場合には本制御は終了する。この判定は、回復実行要求フラグがＯＮであり、かつ車両のイグニッションオフを検出した場合である。イグニッションオフの検出は、イグニッションスイッチからの出力信号に基づいてなされる。回復実行要求フラグは、車両の走行距離が所定の閾値以上となった場合や、前回の回復制御の実行からの経過時間が所定の閾値以上となった場合に、オフからオンに切り替えられる。

尚、これらの所定の閾値は、車両走行中での外気温が所定値以上となる期間が長いほど、又は圧力センサ４２の検出値が所定値以上となる期間が長いほど、小さくなるように補正してもよい。車両走行中での外気温が高いほど、及び圧力センサ４２が高圧の燃料ガスに晒され期間が長いほど、固溶は促進されるからである。この場合、外気温センサの検出値が所定値以上となる期間を制御ユニット１００のメモリに記憶しておく、又は、圧力センサ４２の検出値が所定値以上となる期間を制御ユニット１００のメモリに記憶しておく。

ステップＳ１で肯定判定の場合、被検出領域３０ａ内の減圧が実行される（ステップＳ３）。具体的には、主止弁３２が閉じられ減圧弁３４が開いた状態でインジェクタ３６が燃料ガスを噴射することにより被検出領域３０ａ内が減圧される。これにより、圧力センサ４２周辺の圧力が低下する。尚、この際にシステム内の燃料ガスや酸化剤ガスも外部に排出されて、燃料電池１０の発電が停止される。

次に、圧力センサ４２の検出値が閾値Ｐ以下となったか否かが判定される（ステップＳ５）。否定判定の場合には減圧が継続される。肯定判定の場合には、減圧が停止される（ステップＳ７）。具体的には、インジェクタ３６による燃料ガスの噴射も停止される。これにより、被検出領域３０ａ内が所定の減圧状態に維持される。

次に、圧力センサ４２の加熱が実行される（ステップＳ９）。具体的には、加熱素子４２ｈが通電されて、ダイヤフラム４２ｄや歪ゲージ４２ｇが加熱される。即ち、圧力センサ４２周辺が減圧された状態で加熱される。これにより、圧力センサ４２の金属材料に固溶した水素の放出を促進でき、早期に圧力センサ４２の検出精度を回復させることができる。

次に、所定時間での圧力センサ４２の検出値の変化量が所定の閾値ΔＰ以下となったか否かが判定される（ステップＳ１１）。圧力センサ４２を加熱することにより圧力センサ４２の金属材料に固溶した水素が周辺に放出されている最中では、圧力センサ４２の検出値は安定しない。このため、圧力センサ４２の検出値の変化量が所定の閾値ΔＰ以下となった場合に、金属材料に固溶していた水素が十分に放出されたものと判定される。否定判定の場合には、圧力センサ４２の加熱が継続される。尚、この判定は主止弁３２が閉じられた状態で行われるため、水素の放出以外の他の要因が圧力センサ４２の検出値に影響を与えることを抑制でき、上記判定を精度よく行うことができる。また、ステップＳ１１において、圧力センサ４２の検出値の変化率が所定の閾値以下となったか否かを判定してもよい。

ステップＳ１１で肯定判定の場合には、固溶は解消され圧力センサ４２の検出精度は回復したものとして、圧力センサ４２の加熱が停止される（ステップＳ１３）。尚、上述した回復実行要求フラグもオンからオフに切り替えられる。

次に、元の状態への復帰タイミングであるか否かが判定される（ステップＳ１５）。具体的には、車両のイグニッションオンを検出したか否かが判定される。イグニッションオンの検出は、イグニッションスイッチからの出力信号に基づいてなされる。否定判定の場合には、再度ステップＳ１５の処理が実行される。

ステップＳ１５で肯定判定の場合には、主止弁３２を開くことにより、被検出領域３０ａ内を減圧実行前の高圧状態に復帰させる（ステップＳ１７）。これにより、減圧弁３４及びインジェクタ３６を通じて燃料電池１０に燃料ガスを供給でき燃料電池１０を発電させることができる。

図５は、本実施例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。回復実行要求フラグがオンでイグニッションオフが検出されると、時刻ｔ１で主止弁３２が閉じられインジェクタ３６の噴射により減圧が開始される。時刻ｔ２で圧力センサ４２の検出値が閾値Ｐ以下となると、インジェクタ３６による噴射が停止されて圧力センサ４２の加熱が開始される。これにより、時刻ｔ３では圧力センサ４２の検出値の変化量が変動して不安定な状態となる。時刻ｔ４で圧力センサ４２の検出値の変化量が閾値ΔＰ以下となると、圧力センサ４２の加熱が停止される。時刻ｔ５でイグニッションオンが検出されると、主止弁３２が開かれて被検出領域３０ａが元の高圧状態にまで復帰する。尚、時刻ｔ５以降での圧力センサ４２の検出値が時刻ｔ１以前よりも低い値となっている理由は、時刻ｔ１以前は誤差により主止弁３２の検出値が実際の圧力値よりも大きくなっており、時刻ｔ４以降で誤差が解消されて検出値が実際の圧力値とほぼ同じになっているからである。また、図５では、時刻ｔ１以前でもインジェクタ３６による燃料ガスを噴射しており、時刻ｔ５以降でインジェクタ３６が直ちに燃料ガスを噴射する場合を例に説明しているが、これに限定されない。

以上のように、イグニッションオフを検出した場合に主止弁３２が閉じられて圧力センサ４２の回復制御が実行される。主止弁３２が閉じられている間は、タンク２０から新たな燃料ガスが燃料電池１０に供給されることはない。ここで、イグニッションオフが検出されると、少なくとも所定期間経過後に燃料電池１０の発電は停止される。このため、このように燃料電池１０の発電の停止が想定される場合に、主止弁３２を閉じて減圧を開始して回復制御を実行することにより、燃料電池１０の発電への影響を抑制しつつ圧力センサ４２の検出精度を回復させることができる。

尚、必ずしもイグニッションオフが検出された場合に回復制御が実行されることに限定されない。例えば、車両に搭載された二次電池の蓄電量が所定値以上であって燃料電池１０への要求発電量が少ない運転状態の場合に、主止弁３２等の開閉を制御して、被検出領域３０ａ内の減圧を開始してもよい。即ち、被検出領域３０ａ内の減圧が燃料電池１０の発電に与える影響が少ない運転状態にあれば、このような減圧を開始して圧力センサ４２の回復制御を実行してもよい。

次に複数の変形例の燃料電池システムについて説明する。変形例の燃料電池システムにおいて、上記実施例と同一の構成や同一の処理については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図６は、第１変形例の燃料電池システム１ａの燃料ガス供給系の説明図である。燃料電池システム１ａは、排気通路５０、迂回通路６０、上流遮断弁６２、下流遮断弁６３、減圧弁６４、を備えている。排気通路５０は、燃料電池１０から排出された燃料オフガスを外気に排出するための通路であり、図示はしていないが上述した燃料電池システム１にも設けられている。迂回通路６０は、一端が被検出領域３０ａに連通し、他端が排気通路５０に連通している。従って、迂回通路６０は排気通路５０を介して外気に連通している。上流遮断弁６２、下流遮断弁６３、減圧弁６４は、迂回通路６０に上流側から下流側に順に設けられている。上流遮断弁６２、下流遮断弁６３、減圧弁６４は、制御ユニット１００ａにより制御される。圧力センサ４２は、上流遮断弁６２及び下流遮断弁６３の間の迂回通路６０に設けられている。第１変形例では、迂回通路６０の上流遮断弁６２及び下流遮断弁６３の間の領域を、圧力センサ４２が圧力を検出可能な中継領域６０ａと称する。

上流遮断弁６２及び下流遮断弁６３は、中継領域６０ａが被検出領域３０ａ側に連通し外気側からは遮断された第１状態と、中継領域６０ａが被検出領域３０ａ側からは遮断され外気側に連通した第２状態とを切り替える切替機構の一例である。具体的には、第１状態は、上流遮断弁６２が開き下流遮断弁６３が閉じることにより実現される。第２状態は、上流遮断弁６２が閉じられ下流遮断弁６３が開くことにより実現される。尚、減圧弁６４は、低圧の場合に全開となり、高圧の場合に半開となるため、第１及び第２状態の何れの状態でも開いている。

第１変形例では、回復制御が実行されていない状態では第１状態に制御される。このため、中継領域６０ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内と同じとなり、圧力センサ４２は、中継領域６０ａを介して被検出領域３０ａ内の圧力を検出できる。また、下流遮断弁６３は閉じられるため、排気通路５０を介して迂回通路６０を逆流して燃料オフガスが供給通路３０に流入することが防止されている。

図７は、第１変形例での回復制御を示したフローチャートの一例である。制御ユニット１００ａは、この制御を所定の周期毎に繰り返し実行する。最初に、圧力センサ４２の検出精度の回復実行タイミングであるか否かが判定される（ステップＳ１ａ）。否定判定の場合には本制御は終了する。この判定は、上述した実施例と異なり、イグニッションオフが検出されていない状態であって、圧力センサ４２の回復実行要求フラグがオンの場合に、肯定判定がなされる。

ステップＳ１ａで肯定判定の場合、中継領域６０ａの減圧が実行される（ステップＳ３ａ）。具体的には、上述した第２状態に切り替えられて、中継領域６０ａ内の燃料ガスが外気に排出される。これにより、中継領域６０ａは外気圧と略同じ程度までに低下して圧力センサ４２周辺が減圧される。また、上流遮断弁６２が閉じられることにより、迂回通路６０の上流遮断弁６２よりも下流側と被検出領域３０ａとは遮断される。このため、このような減圧が実行された場合であっても、タンク２０からの供給通路３０を介しての燃料電池１０への燃料ガスの供給を継続できる。

次に、上述した実施例と同様にステップＳ５で肯定判定の場合に、減圧が停止される（ステップＳ７ａ）。具体的には、減圧弁６４が全開になる。次に上述した実施例と同様に、ステップＳ９〜Ｓ１３の処理が実行される。ステップＳ１３の処理が実行されると、第１状態に切替えられて中継領域６０ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内とは同じになり、中継領域６０ａ内の圧力を減圧実行前の高圧状態に復帰される（ステップＳ１７ａ）。

以上のように、タンク２０からの燃料電池１０への燃料ガスの供給が継続的に行われている場合であっても圧力センサ４２の回復制御を実行できる。このため、例えば車両が走行中であっても圧力センサ４２を検出精度の低下から早期に回復させることができ、精度が回復した圧力センサ４２の検出値に基づいて、適切に燃料電池システム１ａが制御される。

図８は、第１変形例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。回復実行要求フラグがオンとなると、時刻ｔ１で上流遮断弁６２が閉じられ下流遮断弁６３が開かれ減圧弁６４を通じて減圧が開始される。時刻ｔ２で圧力センサ４２の検出値が閾値Ｐ以下となると、圧力センサ４２の加熱が開始される。これにより、時刻ｔ３では圧力センサ４２の検出値の変化量が変動して不安定な状態となる。時刻ｔ４で圧力センサ４２の検出値の変化量が閾値ΔＰ以下となると、圧力センサ４２の加熱が停止される。その後の時刻ｔ５で上流遮断弁６２が開かれ下流遮断弁６３が閉じられて、中継領域６０ａの圧力は、被検出領域３０ａ内と同じ高圧状態にまで復帰する。

尚、第１変形例においては、減圧弁６４は設けられていなくてもよい。回復制御が実行されていない状態では、上流遮断弁６２を開き下流遮断弁６３を閉じることにより圧力センサ４２により被検出領域３０ａ内の圧力を検出でき、回復制御時は、上流遮断弁６２を閉じ下流遮断弁６３を開くことにより中継領域６０ａ内を減圧できるからである。

また、第１変形例では圧力センサ４２の加熱中に下流遮断弁６３は開いた状態であるが、閉じた状態でもよい。

図９は、第２変形例の燃料電池システム１ｂの燃料ガス供給系の説明図である。第２変形例においては、供給通路３０のインジェクタ３６と燃料電池１０との間の領域を下流領域３０ｂと称する。燃料電池システム１ｂは、迂回通路７０、上流遮断弁７２、下流遮断弁７３、減圧弁７４、インジェクタ７６を備えている。迂回通路７０は、一端が被検出領域３０ａに連通し、他端が下流領域３０ｂに連通している。上流遮断弁７２、下流遮断弁７３、減圧弁７４、インジェクタ７６は、迂回通路７０に上流側から下流側に順に設けられている。圧力センサ４２は、迂回通路７０の上流遮断弁７２及び下流遮断弁７３の間に設けられている。第２変形例では、迂回通路７０の上流遮断弁７２及び下流遮断弁７３の間の領域を、圧力センサ４２が圧力を検出可能な中継領域７０ａと称する。

上流遮断弁７２及び下流遮断弁７３は、中継領域７０ａが被検出領域３０ａ側に連通し下流領域３０ｂ側からは遮断された第１状態と、中継領域７０ａが被検出領域３０ａ側からは遮断され下流領域３０ｂ側に連通した第２状態とを切り替える切替機構の一例である。具体的には、第１状態は、上流遮断弁７２が開き下流遮断弁７３が閉じることにより実現される。第２状態は、上流遮断弁７２が閉じられ下流遮断弁７３が開くことにより実現される。尚、減圧弁７４は、低圧の場合に全開となり、高圧の場合に半開となるため、第１及び第２状態の何れの状態でも開いている。

第２変形例では、回復制御が実行されていない状態では第１状態に制御される。このため、中継領域７０ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内と同じとなり、圧力センサ４２は、中継領域７０ａを介して被検出領域３０ａ内の圧力を検出できる。また、回復制御が実行されていない状態では、下流遮断弁７３は閉じており、インジェクタ７６の動作も停止した状態にある。これにより、インジェクタ３６から噴射された燃料ガスが迂回通路７０を逆流することが防止されている。

図１０は、第２変形例での回復制御を示したフローチャートの一例である。制御ユニット１００ｂは、この制御を所定の周期毎に繰り返し実行する。最初に、ステップＳ１ａが実行されてステップＳ１ａで肯定判定の場合、中継領域７０ａの減圧が実行される（ステップＳ３ｂ）。具体的には、上流遮断弁７２が閉じられ下流遮断弁７３が開かれてインジェクタ７６により燃料ガスが噴射される。これにより中継領域７０ａ内の燃料ガスが燃料電池１０に供給されて圧力センサ４２周辺が減圧されると共に、中継領域７０ａから排出された燃料ガスを燃料電池１０の発電に有効利用できる。また、上流遮断弁７２が閉じられることにより、タンク２０からの供給通路３０を介しての燃料電池１０への燃料ガスの供給を継続できる。

次に、上述した実施例と同様にステップＳ５で肯定判定の場合に、減圧が停止される（ステップＳ７ｂ）。具体的には、減圧弁７４が全開となる。次に上述した実施例と同様に、ステップＳ９〜Ｓ１３の処理が実行される。ステップＳ１３の処理が実行されると、第１状態に切替えられて中継領域７０ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内とは同じになり、中継領域７０ａ内の圧力を減圧実行前の高圧状態に復帰される（ステップＳ１７ｂ）。

図１１は、第２変形例での回復制御を示したタイムチャートの一例である。回復実行要求フラグがオンとなると、時刻ｔ１で上流遮断弁７２が閉じられ下流遮断弁７３が開かれ減圧弁７４を通じてインジェクタ７６により燃料ガスが噴射されて減圧が開始される。時刻ｔ２で圧力センサ４２の検出値が閾値Ｐ以下となると、減圧が停止されて圧力センサ４２の加熱が開始される。これにより、時刻ｔ３では圧力センサ４２の検出値の変化量が変動して不安定な状態となる。時刻ｔ４で圧力センサ４２の検出値の変化量が閾値ΔＰ以下となると、圧力センサ４２の加熱が停止される。その後の時刻ｔ５で上流遮断弁７２が開かれ下流遮断弁７３が閉じられて、中継領域７０ａの圧力は、被検出領域３０ａと同じ高圧状態に復帰する。

以上のように、第２変形例では、タンク２０からの燃料電池１０への燃料ガスの供給が継続的に行われている場合であっても圧力センサ４２の回復制御を実行でき、かつ燃料ガスを有効利用できる。

図１２Ａは、第３変形例の燃料電池システム１´の燃料ガス供給系の説明図である。第３変形例は、上記実施例に類似した構成であるが、供給通路３０の代わりに供給通路３０´が設けられている。供給通路３０´は、上述したようにタンク２０から燃料電池１０に燃料ガスを供給し主止弁３２、減圧弁３４、インジェクタ３６が配置されたメイン通路３０ｍと、メイン通路３０ｍから分岐し端部が閉塞した分岐通路３０Ａとを有している。圧力センサ４２は、被検出領域３０ａではなく分岐通路３０Ａに設けられている。このような構成においても、圧力センサ４２は、分岐通路３０Ａを介して被検出領域３０ａ内の圧力を検出できる。また、上記実施例と同様の手法により、圧力センサ４２の検出精度を回復させることができる。

図１２Ｂは、第４変形例の燃料電池システム１ａ´の燃料ガス供給系の説明図である。第４変形例は、上述した第１変形例と類似した構成であるが、上流遮断弁６２及び下流遮断弁６３の代わりに三方弁６２ａが設けられており、迂回通路６０の代わりに迂回通路６０´が設けられている。迂回通路６０´は、上述したように被検出領域３０ａと外気とを連通し減圧弁６４が配置されたメイン通路６０ｍと、メイン通路６０ｍの減圧弁６４よりも上流側で分岐し他端が閉塞した分岐通路６０Ａとを有している。圧力センサ４２は、分岐通路６０Ａに設けられ分岐通路６０Ａ内の圧力を検出する。三方弁６２ａは、メイン通路６０ｍと分岐通路６０Ａとの分岐点に設けられている。三方弁６２ａは、制御ユニット１００ａ´により制御される。

三方弁６２ａは、分岐通路６０Ａが被検出領域３０ａ側に連通し外気側からは遮断された第１状態と、分岐通路６０Ａが被検出領域３０ａ側からは遮断され外気側に連通した第２状態とを切り替える切替機構の一例である。具体的には、第１状態は、三方弁６２ａにより、メイン通路６０ｍの三方弁６２ａよりも上流側の領域と分岐通路６０Ａのみを連通し、メイン通路６０ｍの三方弁６２ａよりも下流側の領域を、この上流側の領域及び分岐通路６０Ａから遮断することにより実現される。第２状態では、三方弁６２ａにより、メイン通路６０ｍの三方弁６２ａよりも下流側の領域と分岐通路６０Ａのみを連通し、メイン通路６０ｍの三方弁６２ａよりも上流側の領域を、この下流側の領域及び分岐通路６０Ａから遮断することにより実現される。

第４変形例においても、回復制御が実行されていない状態では第１状態に制御される。第１状態では、メイン通路６０ｍの三方弁６２ａよりも上流側の領域を介して分岐通路６０Ａと被検出領域３０ａとが連通し、分岐通路６０Ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内と同じになる。このように圧力センサ４２は、分岐通路６０Ａ等を介して被検出領域３０ａ内の圧力を検出できる。

回復制御においては、第２状態に切替えられる。従って、被検出領域３０ａと分岐通路６０Ａとが遮断された状態で、分岐通路６０Ａ内の燃料ガスはメイン通路６０ｍを介して外気へと排出される。このようにして分岐通路６０Ａ内の減圧が実行される。このような構成によっても、圧力センサ４２周辺を減圧させることができる。

図１２Ｃは、第５変形例の燃料電池システム１ｂ´の燃料ガス供給系の説明図である。第５変形例は、上述した第２変形例に類似した構成であるが、上流遮断弁７２及び下流遮断弁７３の代わりに三方弁７２ａが設けられており、迂回通路７０の代わりに迂回通路７０´が設けられている。迂回通路７０´は、上述したように被検出領域３０ａと下流領域３０ｂとを連通し減圧弁７４及びインジェクタ７６が設けられたメイン通路７０ｍと、メイン通路７０ｍの減圧弁７４よりも上流側で分岐し他端が閉塞した分岐通路７０Ａとを有している。圧力センサ４２は、分岐通路７０Ａに設けられ分岐通路７０Ａ内の圧力を検出する。三方弁７２ａは、メイン通路７０ｍと分岐通路７０Ａとの分岐点に設けられている。三方弁７２ａは、制御ユニット１００ｂ´により制御される。

三方弁７２ａは、分岐通路７０Ａが被検出領域３０ａ側に連通し下流領域３０ｂからは遮断された第１状態と、分岐通路７０Ａが被検出領域３０ａ側からは遮断され下流領域３０ｂ側に連通した第２状態とを切り替える切替機構の一例である。具体的には、第１状態は、三方弁７２ａにより、メイン通路７０ｍの三方弁７２ａよりも上流側の領域と分岐通路７０Ａのみを連通し、メイン通路７０ｍの三方弁７２ａよりも下流側の領域を、この上流側の領域及び分岐通路７０Ａから遮断することにより実現される。第２状態では、三方弁７２ａにより、メイン通路７０ｍの三方弁７２ａよりも下流側の領域と分岐通路７０Ａのみを連通し、メイン通路７０ｍの三方弁７２ａよりも上流側の領域を、この下流側の領域及び分岐通路７０Ａから遮断することにより実現される。

第５変形例においても、回復制御が実行されていない状態では第１状態に制御される。第１状態では、メイン通路７０ｍの三方弁７２ａよりも上流側の領域を介して、分岐通路７０Ａと被検出領域３０ａとが連通し、分岐通路７０Ａ内の圧力は被検出領域３０ａ内と同じになる。これにより圧力センサ４２は、分岐通路７０Ａ等を介して被検出領域３０ａ内の圧力を検出できる。

回復制御においては、第２状態に切替えられ、インジェクタ７６が燃料を噴射する。従って、被検出領域３０ａと分岐通路７０Ａとが遮断された状態で、分岐通路７０Ａ内の燃料ガスは燃料電池１０へと供給される。このようにして分岐通路７０Ａ内の減圧が実行される。このような構成によっても、圧力センサ４２周辺を減圧させることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

圧力センサ４２は、上述の歪ゲージ抵抗式に限定されず、燃料ガスの成分が固溶し得る金属材料が用いられ固溶により検出誤差が大きくなる圧力センサであればよい。例えば圧力センサ４２は、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式、シリコンレゾナント式、のいずれでもよい。

上記実施例及び変形例では、加熱素子４２ｈは圧力センサ４２内に設けられているがこのような構成に限定されない。例えば、圧力センサ４２の外部に加熱部を配置して、圧力センサ４２の外部から圧力センサ４２の金属材料を加熱してもよい。

１、１ａ、１ｂ、１´、１ａ´、１ｂ´ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ タンク
３０ 供給通路
３０ａ 被検出領域
３０ｂ 下流領域
３２ 主止弁（第１弁）
３４ 減圧弁（第２弁）
３６、７６ インジェクタ
４２、４４ 圧力センサ
４２ｄ ダイヤフラム
４２ｇ 歪ゲージ
４２ｈ 加熱素子（加熱部）
６０、７０ 迂回通路
６０ａ、７０ａ 中継領域
６２、７２ 上流遮断弁（切替機構）
６３、７３ 下流遮断弁（切替機構）
６２ａ、７２ａ 三方弁
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ａ´、１００ｂ´ 制御ユニット（制御部）

Claims (3)

1. 燃料電池と、
   燃料ガスを貯留したタンクと、
   前記タンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給通路と、
   前記供給通路を開閉し、上流側から下流側に順に設けられた第１及び第２弁と、
   前記供給通路の第１及び第２弁間の領域である被検出領域内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサを加熱する加熱部と、
   前記圧力センサの検出値が所定の閾値以下である状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する制御部と、
   前記圧力センサにより圧力を検出可能な中継領域を有し、前記被検出領域と外気とを連通した迂回通路と、
   前記中継領域が前記被検出領域側に連通し前記外気側からは遮断された第１状態と、前記中継領域が前記被検出領域側からは遮断され前記外気側に連通した第２状態とを切り替える切替機構と、を備え、
   前記圧力センサは、前記中継領域を介して前記被検出領域内の圧力を検出可能であり、
   前記制御部は、前記検出値が前記所定の閾値以下であって前記第２状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する、燃料電池システム。
2. 燃料電池と、
   燃料ガスを貯留したタンクと、
   前記タンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する供給通路と、
   前記供給通路を開閉し、上流側から下流側に順に設けられた第１及び第２弁と、
   前記供給通路の第１及び第２弁間の領域である被検出領域内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサを加熱する加熱部と、
   前記圧力センサの検出値が所定の閾値以下である状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する制御部と、
   前記圧力センサにより圧力を検出可能な中継領域を有し、前記被検出領域と、前記供給通路の前記第２弁よりも下流側の下流領域とを連通した迂回通路と、
   前記中継領域が前記被検出領域側に連通し前記下流領域側からは遮断された第１状態と、前記中継領域が前記被検出領域側からは遮断され前記下流領域側に連通した第２状態とを切り替える切替機構と、を備え、
   前記圧力センサは、前記中継領域を介して前記被検出領域内の圧力を検出可能であり、
   前記制御部は、前記検出値が前記所定の閾値以下であって前記第２状態で、前記圧力センサを前記加熱部により加熱する、燃料電池システム。
3. 前記迂回通路上に設けられた前記切替機構よりも下流側の前記迂回通路上に設けられ、前記燃料ガスを下流側に噴射するインジェクタを備え、
   前記制御部は、前記第２状態で前記インジェクタにより前記燃料ガスを噴射することにより、前記検出値を前記所定の閾値以下に制御する、請求項２の燃料電池システム。
   

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