JP7077657B2 - 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。

特許文献１には、複数の燃料電池サブシステムを備える燃料電池システムが記載されている。各燃料電池サブシステムは、燃料ガスタンクと、燃料ガスタンクに接続されるシャット弁と、シャット弁に接続される高圧配管と、高圧配管に接続される調圧弁と、調圧弁の下流に接続される燃料電池を備えている。第１の燃料電池サブシステムの高圧配管と、第２の燃料電池サブシステムの高圧配管とは、連通管により接続されている。特許文献２には、燃料ガスタンクと、燃料ガスタンクに接続されるシャット弁と、シャット弁に接続される高圧配管と、高圧配管に接続される調圧弁と、調圧弁の下流に接続される燃料電池を備える燃料電池システムが開示されている。特許文献２の燃料電池システムでは、シャット弁を閉弁した後に発電を行って配管に残存する燃料ガスを消費させ、調圧弁の高圧側の高圧領域の圧力を調圧値以上の圧力まで低下させ、その後の高圧領域の圧力の変動を監視して、シャット弁のリークを検出している。

特開２０１６－８１７２４号公報 特開２００７－４８５４２号公報

特許文献１の複数の燃料電池サブシステムを備える燃料電池システムに特許文献２のリーク検出を適用しようとする場合、燃料電池サブシステムの調圧弁の下流の圧力を下げ、シャット弁と調圧弁との間の高圧配管の圧力を下げる。このとき、複数の燃料電池サブシステムの高圧配管が連通しているため、一方の燃料サブシステムの調圧弁の下流の圧力と、シャット弁と他方の調圧弁との間の高圧配管の圧力との関係は、一意に定まらない。他方の調圧弁の下流の圧力が高圧配管の圧力よりも高くなるような態様は、調圧弁の使用と態様としては想定されていない。

本発明は、上述の課題を踏まえてなされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクに設けられるシャット弁と、前記シャット弁に接続される高圧配管と、前記高圧配管の中の圧力を取得する高圧圧力センサと、前記高圧配管の下流側に互いに並列に接続される複数の調圧弁と、前記シャット弁のリークを検出するリーク検出部と、を備え、前記複数の調圧弁の下流にはそれぞれ、中圧配管と、前記中圧配管の下流に接続されるインジェクタと、前記インジェクタの下流に接続される燃料電池と、前記中圧配管の中の圧力を測定する中圧圧力センサと、が設けられ、前記リーク検出部は、前記シャット弁を閉じた状態で、前記高圧配管の中の圧力が前記中圧配管の中の圧力以下とならないように、前記インジェクタを動作させて前記高圧配管の中の燃料ガスを前記調圧弁と前記中圧配管とを介して前記インジェクタの下流に移動させることで、前記高圧配管の中の圧力を下げ、前記インジェクタの動作を停止させた後の前記高圧配管の中の圧力の変動から前記シャット弁のリークの有無を検出する。

この形態によれば、インジェクタを動作させて高圧配管の中の燃料ガスを複数の調圧弁と中圧配管を介してインジェクタの下流に移動させるときにおいて、高圧配管の中の圧力は、中圧配管のいずれの中圧配管の中の圧力よりも高いので、燃料ガスが複数の調圧弁を逆流することは無く、調圧弁の使用と態様としては想定内のものとなり、信頼性の低下を抑制できる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池システムにおける燃料ガスタンクのシャット弁のリーク検出方法等の種々の形態で実現することができる。

燃料電池システムを搭載する移動体の構成を模式的に示す説明図である。 リーク検出部によるシャット弁のリーク検出のフローチャートである。 リーク検出部によるシャット弁のリーク検出のタイミングチャートである。 許容減圧量と許容燃料ガス移動量との関係を示すマップの一例である。 許容燃料ガス移動量と、低圧配管加圧量との関係を示すマップの一例である。 第２実施形態におけるリーク検出部によるシャット弁のリーク検出のタイミングチャートである。

・第１実施形態：
図１は、燃料電池システム２６を搭載する移動体１０の構成を模式的に示す説明図である。移動体１０は、例えば、燃料電池バスである。燃料電池システム２６は、独立して動作可能な燃料電池サブシステム２０と、燃料電池サブシステム２５と、連通管２２６と、制御部４００と、を備える。

燃料電池サブシステム２０は、燃料ガスタンク２００～２０４と、シャット弁２１０～２１４と、高圧配管２２０と、調圧弁２３０と、中圧配管２４０と、インジェクタ２５０と、低圧配管２６０と、燃料電池２７０と、温度センサ３００～３０４と、高圧圧力センサ３２０と、中圧圧力センサ３４０と、低圧圧力センサ３６０と、を備える。

燃料ガスタンク２００～２０４は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を用いる。燃料ガスタンク２００～２０４には、それぞれ温度センサ３００～３０４が設けられている。シャット弁２１０～２１４は、それぞれ燃料ガスタンク２００～２０４に設けられ、燃料ガスタンク２００～２０４からの燃料ガスの供給を電磁的にオン・オフする弁である。なお、図１では、図示していないが、燃料ガスタンク２００～２０４とシャット弁２１０～２１４との間に、手動で開閉される主止弁が備えられている。高圧配管２２０は、シャット弁２１０～２１４の下流と、調圧弁２３０の上流を接続する。すなわち、５つの燃料ガスタンク２００～２０４から供給される燃料ガスは、高圧配管２２０によって１つにまとめられる。高圧配管２２０には、高圧圧力センサ３２０が配置されている。

高圧配管２２０の下流側には、調圧弁２３０が接続されている。調圧弁２３０の出口は、中圧配管２４０に接続されている。調圧弁２３０は、燃料ガスタンク２００～２０４から高圧配管２２０に供給された高圧の燃料ガスの圧力を所定の圧力に減圧して中圧配管２４０に供給する。中圧配管２４０には、中圧圧力センサ３４０が設けられている。中圧配管２４０の下流側は、３つに分岐され、それぞれインジェクタ２５０の入口に接続されている。インジェクタ２５０の出口は、低圧配管２６０に接続されている。インジェクタ２５０は、燃料ガスの圧力と量とを調整して低圧配管２６０に噴射する。図１に示す形態では、３本のインジェクタ２５０を備えているが、インジェクタ２５０の数は、１本以上であれば、何本でも良い。低圧配管２６０の上流側は、３本のインジェクタ２５０のそれぞれと接続されるように３つに分岐しており、低圧配管２６０の下流側は、１つに合流して、燃料電池２７０に接続されている。低圧配管２６０は、インジェクタ２５０によって噴射された燃料ガスを燃料電池２７０に供給する。低圧配管２６０には、低圧圧力センサ３６０が設けられている。

燃料電池サブシステム２５の構成は、燃料電池サブシステム２０の構成と同じ構成であるので、説明を省略する。なお、図１では、燃料電池サブシステム２５の各構成には、燃料電池サブシステム２０の対応する構成の符号番号に５を加えた符号番号を付している。

連通管２２６は、燃料電池サブシステム２０の高圧配管２２０と燃料電池サブシステム２５の高圧配管２２５とを連通している。このため、燃料電池サブシステム２０の燃料ガスタンク２００～２０４から供給された燃料ガスを燃料電池サブシステム２５の燃料電池２７５で使用することや、燃料電池サブシステム２５の燃料ガスタンク２０５～２０９から供給された燃料ガスを燃料電池サブシステム２０の燃料電池２７０で使用することが可能である。なお、連通管２２６の中の圧力は、高圧配管２２０、２２５の中の圧力と同じように高圧である。そのため、本実施形態では、高圧配管２２０、２２５と連通管２２６とを合わせて、「高圧配管２２７」と呼ぶ。なお、高圧配管２２７から見れば、２つの燃料電池サブシステム２０、２５の調圧弁２３０、２３５は、高圧配管２２７の下流側で互いに並列に接続される複数の調圧弁である。

制御部４００は、移動体１０全体の制御を司り、移動体１０の運転者の要求に応じて、シャット弁２１０～２１９、インジェクタ２５０、２５５の動作を制御する。制御部４００は、リーク検出部４１０を備える。リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９のリークを検出する。

図２は、リーク検出部４１０によるシャット弁のリーク検出のフローチャートである。図３は、リーク検出部４１０によるシャット弁のリーク検出のタイミングチャートである。

ステップＳ１００では、リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９のリーク検出を実行する前の準備を行う。具体的には、リーク検出部４１０は、以下の処理を実行する。
（１）リーク検出部４１０は、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨをどの程度まで減圧できるか、許容減圧量ΔＰｈａｌｗを算出する。ここで、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨは、高圧圧力センサ３２０により測定される高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１と、高圧圧力センサ３２５により測定される高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ２の低い方の圧力である。リーク検出部４１０は、リーク検出を実行する前における高圧配管２２７の中の圧力ＰＨの最小値ＰＨｍｉｎと、リーク検出を実行する前における中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１と中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２の最大値ＰＭｍａｘと、の差を、許容減圧量ΔＰｈａｌｗとして算出する。このように高圧配管２２７の中の圧力の最小値ＰＨｍｉｎと中圧配管２４０、２４５の中の圧力の最大値ＰＭｍａｘとの差を許容減圧量ΔＰｈａｌｗとして設定すれば、シャット弁２１０～２１９の燃料ガスタンク２００～２０９側と、高圧配管２２７の中の圧力差ΔＰＨを大きくできるので、シャット弁２１０～２１９のリークを検出し易くできる。さらに、高圧配管２２７の圧力ＰＨを許容減圧量ΔＰｈａｌｗだけ低下させても、高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１が中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、且つ、高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２が中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持できる。

（２）リーク検出部４１０は、許容減圧量ΔＰｈａｌｗと、高圧配管２２７の配管内部の容積と、温度センサ３００～３０９で測定された温度の平均値と、を用いて、許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを取得する。許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘは、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを許容減圧量ΔＰｈａｌｗだけ下げる場合に、高圧配管２２７の中からどの程度の燃料ガスの量を移動させるか、その移動量を示す。許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘの燃料ガスを移動させれば、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを、許容減圧量ΔＰｈａｌｗだけ下げることができる。リーク検出部４１０は、許容減圧量ΔＰｈａｌｗと、高圧配管２２７の配管内部の容積と、温度センサ３００～３０９で測定された温度の平均値と、を用いて、気体の状態方程式を解くことによって、許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを算出して取得できる。

リーク検出部４１０は、マップを用いて、許容減圧量ΔＰｈａｌｗから許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを取得してもよい。図４は、許容減圧量と燃料ガス移動量との関係を示すマップの一例である。リーク検出部４１０は、温度毎に作成された複数のマップを有していても良い。本実施形態では、温度センサ３００～３０９で測定された燃料ガスタンク２００～２０９の温度の平均値を用いたが、温度センサ３００～３０９うちの一部の温度センサで測定された温度の平均値でもよい。また、予め定められている１つの温度センサで測定された温度を用いてもよい。また、温度センサ３００～３０９で測定された温度のうちの最大値を用いても良い。高圧配管２２７に温度センサを設けて、その温度センサで測定された温度を用いても良い。

（３）リーク検出部４１０は、許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを用いて、燃料電池サブシステム２０の低圧配管２６０に移動させる燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と、燃料電池サブシステム２５の低圧配管２６５に移動させる燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２とを算出する。このとき、リーク検出部４１０は、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２が等しくなるように算出してもよい。また、リーク検出部４１０は、低圧配管の内部の容積と燃料電池のアノード容積の和に応じて燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２を算出しても良い。具体的には、リーク検出部４１０は、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１を、Ｑｍａｘ×（低圧配管２６０の内部の容積＋燃料電池２７０のアノード容積）／（低圧配管２６０の内部の容積＋燃料電池２７０のアノード容積＋低圧配管２６５の内部の容積＋燃料電池２７５のアノード容積）で算出し、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２を、Ｑｍａｘ×（低圧配管２６５の内部の容積＋燃料電池２７５のアノード容積）／（低圧配管２６０の内部の容積＋燃料電池２７０のアノード容積＋低圧配管２６５の内部の容積＋燃料電池２７５のアノード容積）で算出する。リーク検出部４１０が、低圧配管の内部の容積と燃料電池のアノード容積の和に応じて燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２を算出すれば、後述する低圧配管２６０を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１の大きさと低圧配管２６５を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２の大きさとを等しくできる。なお、リーク検出部４１０は、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２との和が許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘとなるように、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２とを算出する必要は無く、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２の和が、許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘ以下を満たすように燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２とを算出すればよい。

（４）リーク検出部４１０は、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と、低圧配管２６０の中の容積と、燃料電池２７０のアノード容積と、温度センサ３００～３０９で測定された燃料ガスタンク２００～２０９の温度の平均値と、を用いて、低圧配管２６０を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１を取得し、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２と、低圧配管２６５の中の容積と、燃料電池２７５のアノード容積と、温度センサ３００～３０９で測定された燃料ガスタンク２００～２０９の温度の平均値と、を用いて、低圧配管２６５を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を取得する。ここで、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１及び低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２は、インジェクタ２５０、２５５を駆動して燃料ガスを低圧配管２６０、２６５に送るときに低圧配管２６０、２６５をそれぞれどれだけ加圧すれば、高圧配管２２７から合わせて許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘの燃料ガスを減少させることができるかを示す。リーク検出部４１０は、気体の状態方程式を解くことによって、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１及び低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を算出して取得する。なお、リーク検出部４１０は、マップを用いて、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１から低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１を取得し、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２から低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を取得しても良い。図５は、許容燃料ガス移動量と、低圧配管加圧量との関係を示すマップの一例である。図５では、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１を取得するためのマップと低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を取得するためのマップを同じマップとしているが、リーク検出部４１０は、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１を取得するためのマップと低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を取得するためのマップを、別個に有していても良い。また、リーク検出部４１０は、温度毎に作成された複数のマップを有していても良い。

図２のステップＳ２００では、リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９を閉弁する。ステップＳ３００では、リーク検出部４１０は、インジェクタ２５０を駆動して低圧配管２６０をΔＰｌｏｗ１だけ加圧することで燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１の燃料ガスを低圧配管２６０に移動させ、インジェクタ２５５を駆動して低圧配管２６５をΔＰｌｏｗ２だけ加圧することで燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２の燃料ガスを低圧配管２６５に移動させる。これらの低圧配管２６０、２６５への燃料ガスの移動に伴って高圧配管２２７の燃料ガスの量が最大で許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘだけ減少し、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが最大で許容減圧量ΔＰｈａｌｗだけ減少する。なお、中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１は、調圧弁２３０の動作により一定に保たれ、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２は、調圧弁２３５の動作により、一定に保たれる。したがって、低圧配管２６０、２６５への燃料ガスの移動後の高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが、中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持できる。そのため、燃料ガスは、調圧弁２３０を介して中圧配管２４０から高圧配管２２７に逆流せず、調圧弁２３５を介して中圧配管２４５から高圧配管２２７に逆流しない。

ステップＳ４００では、リーク検出部４１０は、インジェクタ２５０、２５５の駆動を停止する。ステップＳ５００では、リーク検出部４１０は、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを監視し、シャット弁２１０～２１９のリークの有無を検出する。インジェクタ２５０、２５５の駆動の停止後、図３の破線で示す様に高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが増加する場合には、リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９の少なくとも１つにリークがあると判断する。一方、インジェクタ２５０、２５５の駆動の停止後、図３の一点鎖線で示す様に高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが減少する場合には、リーク検出部４１０は、燃料電池システム２６の外部に燃料ガスがリークする外部リークがあると判断する。インジェクタ２５０、２５５の駆動の停止後、図３の実線で示す様に高圧配管２２７の中の圧力ＰＨがほぼ変化しない場合には、リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９のリーク及び外部リークのいずれもが生じていないと判断する。

リーク検出部４１０は、高圧配管２２０、２２５の中の圧力ＰＨ１、ＰＨ２を常時監視する必要は無く、例えば、インジェクタ２５０、２５５の駆動を停止した時刻ｔ１で高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを取得し、インジェクタ２５０、２５５の駆動を停止して一定時間経過した後の時刻ｔ２で高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを取得し、これらを比較して、リークを判断してもよい。例えば、リーク検出部４１０は、時刻ｔ２における高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを時刻ｔ１における高圧配管２２７の中の圧力ＰＨと比較して、（ａ）予め定められた値以上大きくなっている場合に、シャット弁２１０～２１９の少なくとも１つにリークがあると判断し、（ｂ）予め定められた値以上小さくなっている場合に、外部リークがあると判断し、（ｃ）予め定められた値以上大きくなっておらず、予め定められた値以上小さくなっていない場合には、シャット弁２１０～２１９のリーク及び外部リークのいずれもが生じていない、と判断してもよい。

以上、第１実施形態によれば、リーク検出部４１０は、シャット弁２１０～２１９を閉弁した後、インジェクタ２５０、２５５を駆動して低圧配管２６０、２６５を加圧することで燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０、２６５に移動させ、その後、インジェクタ２５０、２５５の駆動を停止して、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨを監視し、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨの変動から、シャット弁２１０～２１９のリークを検出できる。

第１実施形態によれば、リーク検出部４１０は、
（ａ）高圧配管２２７の圧力と、中圧配管２４０、２４５の圧力ＰＭ１、ＰＭ２と、を用いて高圧配管２２７の許容減圧量ΔＰｈａｌｗを取得し、
（ｂ）許容減圧量ΔＰｈａｌｗを用いて許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを取得し、
（ｃ）許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘを、燃料電池サブシステム２０の低圧配管２６０に移動させる燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１と、燃料電池サブシステム２５の低圧配管２６５に移動させる燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２に分配し、
（ｄ）燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１から低圧配管２６０を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１を取得し、燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２から低圧配管２６５を加圧する低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２を取得し、
（ｅ）インジェクタ２５０を駆動して低圧配管２６０を低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１だけ加圧することで燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１の燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０移動させ、インジェクタ２５５を駆動して低圧配管２６５を低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２だけ加圧することで燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ２の燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０移動させ、高圧配管２２７の圧力ＰＨを、中圧配管２４０、２４５の中の圧力ＰＭ１、ＰＭ２より低くならないように、最大で許容減圧量ΔＰｈａｌｗ下げる。
そのため、インジェクタ２５０、２５５を駆動して燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０、２６５に移動させるときに、燃料ガスの調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の逆流を抑制し、調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の信頼性の低下を抑制できる。また、燃料ガスの調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の逆流によるリークの誤検出を抑制できる。

第１実施形態では、リーク検出部４１０は、燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０、２６５に移動させるときに、燃料電池サブシステム２０のインジェクタ２５０と、燃料電池サブシステム２５のインジェクタ２５５の両方を駆動しているが、２つの燃料電池サブシステムのうちの一方の燃料電池サブシステム、例えば燃料電池サブシステム２０のインジェクタ２５０のみを駆動して、燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０のみに移動させても良い。この場合であっても、燃料ガスの移動量が許容燃料ガス移動量Ｑｍａｘ以下であるので、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持できる。そのため、燃料ガスの調圧弁２３５の逆流を抑制し、調圧弁２３５の信頼性の低下を抑制できる。燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６５のみに移動させる場合も同様である。

・第２実施形態：
第２実施形態は、第１実施形態におけるリーク検出を移動体１０の停止後に行うときの実施形態である。移動体１０が停止した後は、制御部４００は、燃料電池２７０、２７５内の触媒層の劣化を抑制するために、インジェクタ２５０、２５５を駆動して、低圧配管２６０、２６５に燃料ガスを移動させ、低圧配管２６０、２６５の中の燃料ガスの圧力を上げ、燃料電池２７０、２７５の中の燃料ガスの圧力を上げる。したがって、リーク検出部４１０は、低圧配管２６０、２６５と燃料電池２７０、２７５の中の燃料ガスの圧力を上げるときにリーク検出を実行すれば、効率的にリーク検出を実行できる。

図６は、第２実施形態におけるリーク検出部４１０によるシャット弁のリーク検出のタイミングチャートである。図６に示すタイミングチャートは、図３に示すタイミングチャートと比較すると、加圧量ΔＰｒｑ１、ΔＰｒｑ２と、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ１、ΔＰｐｒｅ２が追加されている点が異なる。

第２実施形態では、リーク検出部４１０は、ステップＳ１００において、加圧量ΔＰｒｑ１、ΔＰｒｑ２と、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ１、ΔＰｐｒｅ２を以下のように求める。

（５）リーク検出部４１０は、移動体１０の停止時に低圧配管２６０、２６５を加圧すべき加圧量ΔＰｒｑ１、ΔＰｒｑ２を取得する。加圧量ΔＰｒｑ１は、燃料電池２７０を発電させない状態で維持したときに燃料電池２７０内の触媒層の劣化を抑制できる燃料ガスの劣化抑制圧力ＰＬ１ａから現在の低圧配管２６０の中の圧力ＰＬ１を引いた値であり、加圧量ΔＰｒｑ２は、燃料電池２７５を発電させない状態で維持したときに燃料電池２７５内の触媒層の劣化を抑制できる燃料ガスの劣化抑制圧力ＰＬ２ａから現在の低圧配管２６５の中の圧力ＰＬ２を引いた値である。劣化抑制圧力ＰＬ１ａ、ＰＬ２ａは、例えば実験によって決定され、例えば制御部４００のメモリに格納されている。

（６）リーク検出部４１０は、リーク検査を実行する前に低圧配管２６０を予め加圧するプレ加圧量ΔＰｐｒｅ１と、リーク検査を実行する前に低圧配管２６５を予め加圧するプレ加圧量ΔＰｐｒｅ２を求める。具体的には、リーク検出部４１０は、加圧量ΔＰｒｑ１と低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１とを比較し、加圧量ΔＰｒｑ１の方が低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１よりも大きい場合には、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ１をΔＰｒｑ１－ΔＰｌｏｗ１で求め、加圧量ΔＰｒｑ２と低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２とを比較し、加圧量ΔＰｒｑ２の方が低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２よりも大きい場合には、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ２をΔＰｒｑ２－ΔＰｌｏｗ２で求める。なお、リーク検出部４１０は、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１が加圧量ΔＰｒｑ１以上の場合には低圧配管２６０にプレ加圧を行わず、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２が加圧量ΔＰｒｑ２以上の場合には、低圧配管２６５にプレ加圧を行わない。この場合には、リーク検出部４１０は、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ１、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ２を算出しなくてもよい。

（７）リーク検出部４１０は、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１が加圧量ΔＰｒｑ１より小さい場合には、シャット弁２１０～２１９が開いた状態で、低圧配管２６０を、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ１だけ加圧し、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２が加圧量ΔＰｒｑ２より小さい場合、シャット弁２１０～２１９が開いた状態で、低圧配管２６５を、プレ加圧量ΔＰｐｒｅ２だけ加圧する。リーク検出部４１０がインジェクタ２５０を駆動して低圧配管２６０をΔＰｌｏｗ１加圧し、インジェクタ２５５を駆動して低圧配管２６５をΔＰｌｏｗ２加圧するだけでは、低圧配管２６０、２６５の圧力を、劣化抑制圧力ＰＬ１ａ、ＰＬ２ａまで上げることができないからである。なお、リーク制御部４１０は、シャット弁２１０～２１９が開いている状態でプレ加圧を実行するので、プレ加圧を実行しても、高圧配管２２７の中の圧力は、低下しない。一方、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１が加圧量ΔＰｒｑ１以上の場合、リーク検出部４１０は、低圧配管２６０をプレ加圧せず、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ２が加圧量ΔＰｒｑ２以上の場合、リーク検出部４１０は、低圧配管２６０をプレ加圧しない。リーク検出時に、リーク検出部４１０が、低圧配管２６０、２６５をそれぞれ、ΔＰｌｏｗ１、ΔＰｌｏｗ２だけ加圧すれば、低圧配管２６０、２６５の圧力を劣化抑制圧力ＰＬ１ａ、ＰＬ２ａまで上げることができるからである。

ステップＳ２００からＳ５００までの処理については、第１実施形態と同様である。

以上、第２の実施形態によれば、燃料電池システム２６を停止して燃料電池２７０、２７５内の燃料ガスの圧力を劣化抑制圧力ＰＬ１ａ、ＰＬ２ａまで上げるときに、並行してシャット弁２１０～２１９のリーク検査を実行できるので、効率的にリーク検査を実行できる。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、インジェクタ２５０、２５５を駆動して、燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０、２６５に移動させるときに、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、且つ、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持するので、燃料ガスの調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の逆流を抑制し、調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の信頼性の低下を抑制できる。また、燃料ガスの調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の逆流によるリークの誤検出を抑制できる。

・変形例１：
第１実施形態、第２実施形態では、リーク検出部４１０は、高圧配管２２７の圧力ＰＨとして、高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１、高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２の低い方の圧力ＰＨを用いて図２に示す各ステップを実行したが、リーク検出部４１０は、高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１、高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２を別個に用いて、図２に示す各ステップを実行してもよい。

・変形例２：
第１実施形態、第２実施形態では、リーク検出部４１０は、圧力損失を考慮していなかったが、高圧圧力センサ３２０から取得した高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１、高圧圧力３２５から取得した高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２、中圧圧力センサ３４０から取得した中圧配管２４０中の圧力ＰＭ１、中圧圧力センサ３４５から取得した中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２に加えて、（ａ）高圧圧力センサ３２０、３２５から調圧弁２３０、２３５までの圧力損失、（ｂ）調圧弁２３０、２３５における圧力損失、（ｃ）調圧弁２３０、２３５から中圧圧力センサ３４０、３４５までの圧力損失、のうちの少なくとも１つを用いて、高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１と、高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２と、中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１と、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２を補正し、補正後の高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１が補正後の中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、且つ、補正後の高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２が補正後の中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持するように、図２に示すステップＳ３００を実行してもよい。圧力損失を考慮することで、燃料ガスが調圧弁２３０、２３５を逆流しないように、より精密に制御できる。

・変形例３：
リーク検出部４１０は、第１実施形態、第２実施形態において、図２に示すステップＳ３００を実行するときに、複数回に分けて、インジェクタ２５０及びインジェクタ２５５を駆動してもよい。このとき、各回のインジェクタ２５０、２５５の噴射を実行した後、高圧圧力センサ３２０から取得した高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１、高圧圧力３２５から取得した高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２、中圧圧力センサ３４０から取得した中圧配管２４０中の圧力ＰＭ１、中圧圧力センサ３４５から取得した中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２を取得し、高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１が中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、且つ、高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２が中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持していることを確認し、次の回のインジェクタ２５０、２５５の駆動を実行してもよい。リーク検出部４１０は、各回のインジェクタ２５０、２５５の噴射を実行した後、再び燃料ガス移動量Ｑｌｏｗ１、Ｑｌｏｗ２を算出し、低圧配管加圧量ΔＰｌｏｗ１、ΔＰｌｏｗ２を算出しても良い。より精密に制御できる。

・変形例４：
リーク検出部４１０は、第１実施形態、第２実施形態のステップＳ１００において、許容減圧量ΔＰｈａｌｗを算出するとき、温度センサ３００～３０９で測定された燃料ガスタンク２００～２０９の温度のうちの最大の温度を用いて、高圧配管２２７内の燃料ガスの温度低下による圧力低下分を補正しても良い。ガスは、温度が高いと、同じ量でも圧力が高くなる。そのため、温度が高いと、許容減圧量ΔＰｈａｌｗが大きめに算出され、温度が低くなると、許容減圧量ΔＰｈａｌｗが小さくなる。変形例４によれば、温度低下による圧力低下を補正できる。

・変形例５：
リーク検出部４１０は、燃料電池２７０、２７５において、燃料ガスの消費がないときの高圧圧力センサ３２０から取得した高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１、高圧圧力３２５から取得した高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２、中圧圧力センサ３４０から取得した中圧配管２４０中の圧力ＰＭ１、中圧圧力センサ３４５から取得した中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２を取得してメモリに格納し、メモリに格納された圧力値と、これらの圧力値のメモリ格納後の燃料電池２７０、２７５における水素消費量とを用いて、次に燃料ガスの消費がなくなるまでの間、高圧圧力センサ３２０、３２５、中圧圧力センサ３４０、３４５の測定値を補正してもよい。より精密に制御できる。

・変形例６：
第１実施形態、第２実施形態では、高圧圧力センサ３２０で高圧配管２２０の中の圧力ＰＨ１を測定し、高圧圧力センサ３２５で高圧配管２２５の中の圧力ＰＨ２を測定しているが、連通管２２６に圧力センサを設ける構成でも良い。この場合であっても、インジェクタ２５０、２５５を駆動して、燃料ガスを高圧配管２２７から低圧配管２６０、２６５に移動させるときに、高圧配管２２７の中の圧力ＰＨが、中圧配管２４０の中の圧力ＰＭ１よりも高く、且つ、中圧配管２４５の中の圧力ＰＭ２よりも高い状態を維持できるので、燃料ガスの調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の逆流を抑制し、調圧弁２３０あるいは調圧弁２３５の信頼性の低下を抑制できる。

・変形例７：
第１実施形態、第２実施形態では、移動体１０として、燃料電池バスを例にあげて説明したが、移動体１０として、燃料電池バスの他、大型乗用車、貨物車両、デュアルモードビークル、列車、船舶等にも適用可能である。また、適用先は、移動体１０に限定されず、例えば、移動体１０以外の定置型燃料電池等にも適用できる。

本発明は、上述の実施形態や他の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…移動体
２０、２５…燃料電池サブシステム
２６…燃料電池システム
２００～２０９…燃料ガスタンク
２１０～２１９…シャット弁
２２０、２２５…高圧配管
２２６…連通管
２２７…高圧配管
２３０、２３５…調圧弁
２４０、２４５…中圧配管
２５０、２５５…インジェクタ
２６０、２６５…低圧配管
２７０、２７５…燃料電池
３００～３０９…温度センサ
３２０、３２５…（高圧配管の）高圧圧力センサ
３４０、３４５…（中圧配管の）中圧圧力センサ
３６０、３６５…（低圧配管の）低圧圧力センサ
４００…制御部
４１０…リーク検出部
ＰＨ…（高圧配管の）圧力
ＰＨｍｉｎ…（高圧配管の）圧力の最小値
ＰＬ１…（低圧配管の）圧力
ＰＬ１ａ…劣化抑制圧力
ＰＬ２ａ…劣化抑制圧力
ＰＬ２…（低圧配管の）圧力
ＰＭ１…（中圧配管の）圧力
ＰＭ２…（中圧配管の）圧力
ＰＭｍａｘ…（中圧配管の）圧力の最大値
ΔＰｒｑ１…加圧量
ΔＰｒｑ２…加圧量
Ｑｌｏｗ１…燃料ガス移動量
Ｑｌｏｗ２…燃料ガス移動量
Ｑｍａｘ…許容燃料ガス移動量
ΔＰｈａｌｗ…許容減圧量
ΔＰｌｏｗ１…低圧配管加圧量
ΔＰｌｏｗ２…低圧配管加圧量
ΔＰｐｒｅ１…（低圧配管の）プレ加圧量
ΔＰｐｒｅ２…（低圧配管の）プレ加圧量
ｔ１、ｔ２…時刻

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   複数の燃料ガスタンクと、
   前記複数の燃料ガスタンクにそれぞれ設けられるシャット弁と、
   前記複数のシャット弁の下流側に共通に接続される高圧配管と、
   前記高圧配管の中の圧力を取得する高圧圧力センサと、
   前記高圧配管の下流側に互いに並列に接続される複数の調圧弁と、
   前記シャット弁のリークを検出するリーク検出部と、
   を備え、
   前記複数の調圧弁の下流にはそれぞれ、
   中圧配管と、
   前記中圧配管の下流に接続されるインジェクタと、
   前記インジェクタの下流に接続される燃料電池と、
   前記中圧配管の中の圧力を測定する中圧圧力センサと、
   が設けられ、
   前記リーク検出部は、
   前記複数のシャット弁を閉じた状態で、前記高圧配管の中の圧力が前記中圧配管の中の圧力以下とならないように、前記インジェクタを動作させて前記高圧配管の中の燃料ガスを前記調圧弁と前記中圧配管とを介して前記インジェクタの下流に移動させることで、前記高圧配管の中の圧力を下げ、
   前記インジェクタの動作を停止させた後の前記高圧配管の中の圧力の変動から前記シャット弁のリークの有無を検出する、
   燃料電池システム。

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