WO2006132393A1 - 異常判定装置 - Google Patents

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WO2006132393A1
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abnormality determination
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fuel cell
fuel
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PCT/JP2006/311688
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French (fr)
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Mikio Kizaki
Osamu Yumita
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality determination device such as a fuel cell system, and more particularly to a technique for improving determination accuracy.
  • the pressure in the closed space of the fuel gas circulation supply system is detected by a pressure gauge, and the detection result of the pressure gauge is a speed exceeding the reference.
  • a gas leak detection device configured to determine the occurrence of fuel gas leak when a pressure drop is indicated is described.
  • abnormal system status may be measured due to malfunction of components that affect the system status. For example, there is a possibility that the shutoff valve is not open properly, the manual valve is defective, or the filter or piping is clogged.
  • an object of the present invention is to provide an abnormality determination device capable of detecting an abnormal state of a system with high accuracy and obtaining an accurate result.
  • the present invention comprises a plurality of abnormality determination means for determining system abnormality, and it is determined that the system is abnormal when the abnormality is determined by the plurality of abnormality determination means. .
  • a plurality of abnormality determination means are provided, and a system abnormality is determined only when it is determined that there is an abnormality by not only one but a plurality of abnormality determination means. For this reason, if a local abnormality state is determined by one abnormality determination means, even if there is a failure, the abnormality alone is not the final determination, and other abnormality determinations are performed at least once. This makes it possible to determine abnormalities with high accuracy.
  • the plurality of abnormality determination means have different detection devices for detecting the system state.
  • an abnormal level of system status may be detected due to the location of the detection device or a malfunction.
  • the plurality of detection devices may operate based on the same detection principle. For example, this is a case where each of the detection devices is a pressure sensor that detects pressure. Further, it is preferable that the plurality of detection devices operate based on different detection principles.
  • the detection principle is the same, it may be affected by the same local factors when the position of the inspection device is close, but if the detection principle of the detection device is different, the local factor will be one side. This is because there is a high possibility of acting only on the skin.
  • one of the detection devices is a gas concentration sensor and the rest is a pressure sensor.
  • the plurality of abnormality determination means have different procedures for determining a system abnormality. One of the cases where it is erroneously detected that it is normal in spite of normality may be that malfunction or defect has occurred in any component (part) of the system. If there is a difference, there is a high possibility that different components will be used for anomaly determination, and the impact on the anomaly determination of one component can be reduced.
  • the present invention includes a first detection device and a second detection device, the first detection device includes a detection unit outside the fuel cell system, and the second detection device includes a fuel cell system. It can comprise so that a detection part may be provided in this gas piping.
  • the determination is made by combining the abnormality determination outside the system and the abnormality inside the gas pipe inside the system. Therefore, if an abnormality actually occurs, it can be detected outside the system or inside the system. In both cases, if an abnormality is detected, if it is determined that only one of them is abnormal, it can be assumed that the abnormality was erroneously determined for other reasons. Therefore, the arrangement of such detection devices is advantageous for correctly determining an abnormality regardless of a local abnormal state.
  • the present invention provides a first normal determination means for determining a system abnormality
  • the first abnormality determination means is a second abnormality determination means in which at least one of the detection device and the abnormality determination procedure is different, and an abnormality is determined by the first abnormality determination means.
  • a determination unit that performs an abnormality determination by the second abnormality determination unit when the determination is made, and determines that the system is abnormal when the second abnormality determination unit also determines that the abnormality has occurred. .
  • the first and second abnormality determination means differ in either the detection device or the determination procedure.
  • an abnormal state is detected at the location, or a failure or malfunction occurs.
  • abnormal states are detected due to malfunctions or defects in system components.
  • other detection devices and determination procedures are always used. Therefore, erroneous determination can be minimized and highly accurate abnormality determination can be performed.
  • the present invention provides the first abnormality determination means as
  • a detection device for detecting a fuel gas concentration outside the fuel pond system; and b) a first determination device for determining that the fuel gas concentration detected by the detection device is abnormal when the fuel gas concentration detected by the detection device exceeds a predetermined value.
  • sealing means for sealing the pressure of the fuel gas piping
  • the determination means When the first determination device determines that the determination means is abnormal, the determination means The abnormality determination means is activated.
  • the second abnormality determination means when the first abnormality determination means determines that an abnormality occurs when the fuel gas concentration is high, the second abnormality determination means is further activated to change the pressure of the sealed fuel gas pipe.
  • the system is judged to be abnormal for the first time when is large. Therefore, even if there is very local fuel gas stagnation and the first abnormality determination means determines that there is an abnormality, there is no abnormality in the pressure drop in the fuel gas piping, so that erroneous determination can be prevented. If there is a gas leak from the actual fuel gas pipe and an external fuel gas concentration abnormality occurs, an abnormal pressure drop in the fuel gas pipe will also occur, so the gas leak judgment will be performed correctly.
  • the present invention provides the first abnormality determination means as
  • sealing means for sealing the pressure of the fuel gas piping
  • g) includes a first determination device that determines that the fuel gas pipe sealed by the sealing means is abnormal when the pressure change in the fuel gas pipe exceeds a predetermined value
  • the second abnormality determining means when the first abnormality determining means determines that an abnormality is detected from the pressure drop of the fuel gas pipe, the second abnormality determining means is further activated, and the pressure in a state where the power generation amount is limited.
  • the first abnormality determination means is abnormal due to pressure fluctuations that normally occur in the fuel gas piping during the operation of fuel cell auxiliary equipment. Even if it is determined that the pressure is not abnormal, it is possible to prevent erroneous determination because the pressure is not in an abnormal state by excluding the pressure fluctuation factor by the second abnormality determination means. If a pressure drop is observed due to a gas leak from the fuel gas piping, the pressure in the state where the amount of power generation is limited is abnormally reduced. Is done.
  • the misjudgment may be due to malfunction of system components, and individual components may return to normal when they are restarted, that is, refreshed. According to this configuration, when it is determined that there is an abnormality once, the components related to such an abnormality determination are refreshed. Therefore, the operation is returned to normal in the second abnormality determination, and 'Can be prevented from being erroneously determined.
  • “Refreshing” refers to, for example, when a component is a valve, it is opened and closed and shaken.
  • the determination means preferably stops the fuel cell system when the second abnormality determination means determines that there is an abnormality. This is because it is appropriate to stop the system because the probability of a system abnormality is extremely high if it is determined as abnormal by the second abnormality determination means.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the principle of the abnormality determination method of the present invention.
  • FIG. 3 is a system block diagram of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the abnormality determination method according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the abnormality determination method according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a system block diagram of the fuel cell system of Embodiment 3.
  • FIG. 7 is a system block diagram of the fuel cell system of Embodiment 4.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the abnormality determination method according to the fourth embodiment.
  • the abnormality determination device 101 of the present invention includes a plurality of abnormality determination means 1 10, 1 2.0,... 1 n 0 (n is a natural number), and a plurality of abnormality determination means.
  • the system is configured to determine that the system is abnormal when it is determined to be abnormal.
  • Each abnormality determining means 110, 120,... 1n0 is provided with detection devices 1 1 1, 121,..., Lnl, respectively, and detects the system state of the inspection target system SYS.
  • Each abnormality judgment means 1 10, 120, ... 1 n 0 judges whether or not the detected system status is abnormal by its own judgment procedure 1 1 2, • 122, ..., 1 n 2 And as a conclusion in the abnormality judgment means Whether it is normal (OK) or abnormal (NG) is output.
  • the determination means 1 0 2 inputs the determination results from the plurality of abnormality determination means 1 1 0, 1 2 0, ... 1 n 0, and it is determined that there is an abnormality by any of the plurality of abnormality determination means. When this happens, a system error (NG) is output as the final judgment, and otherwise normal (OK) is output.
  • each detection device has a different detection principle.
  • the detection principle differs between detection of gas concentration and detection of gas pressure. You may comprise so that the physical value to detect may differ. If the detection principle is the same among multiple detection devices, the influence of one factor acting on one detection device may affect other inspection devices. In this respect, if the detection principle of the detection device is different, there is a high possibility that a factor that acts on only one detection device will not work on a detection device based on another detection principle.
  • one of the detection devices is a gas concentration sensor and the rest is a pressure sensor.
  • the detection principle may be the same among a plurality of detection devices (for example, in the case of the same concentration sensor), but the location (installation position) may be different. This is because, if the location of the detection device is different, local state value anomalies at a location do not reach multiple detection devices.
  • the detection principle may be the same among a plurality of detection devices, and a plurality of detection devices having the same installation position may be used. This is because a failure that occurs in one detector is unlikely to occur simultaneously in another detector.
  • the determination procedures 1 1 2, 1 2 2,..., 1 n 2 in each abnormality determination means are different from each other.
  • abnormality determination is performed using or affected by any component (part) of the inspection target system SYS.
  • a component may be malfunctioning or defective.
  • the judgment procedures If they are different, there is a high possibility that different components will be used or affected by different components to determine the anomaly. Therefore, the influence of a specific component on anomaly judgment is reduced, and the degree of influence when there is a problem with that specific component can be reduced.
  • FIG. 2 shows a flowchart when abnormality determination is performed in order.
  • the first abnormality determination process is performed by the first abnormality determination unit 110 in the abnormality determination unit 110 (S1).
  • the detection device 1 1 1 reads the system status of the system SYS to be detected, and determines whether this system status is abnormal or normal according to the determination procedure 112. As a result, if it is determined that the system status is normal (S 2: NO), the subsequent processing is omitted. If the result of this determination processing is determined to be abnormal (S 2: YES), then the second The abnormality determination process is started.
  • the second abnormality determination process is performed by the abnormality determination means 120 different from the abnormality determination means 110 (S3). Similar to the first abnormality determination process, the detection device 122 reads the system state of the inspection target system SYS. This detection device 121 is different from the detection device 11 1 1 in its detection principle or Z and installation position. Then, it is determined whether the read system state is abnormal or normal according to determination procedure 122. This determination procedure 122 is different from the determination procedure 1 ⁇ 2 described above, and is determined by cooperating different components. As a result, if it is determined that the system status is normal (S4: NO), the subsequent processing is omitted. If the result of this determination processing is determined to be abnormal (S4: YES), then the third and subsequent Abnormality determination processing is started.
  • the abnormality determination means related to this nth abnormality determination process is the detection device 1n0 in the detection device 1n1 and the system status of the system SYS to be detected Is read and it is determined whether the system status is abnormal or normal according to the determination procedure 1 n 2.
  • This result system If it is determined that the condition is normal (S6: NO), it is finally determined to be normal, but if the result of this determination process is determined to be abnormal (S6: YES), here The system is determined to be abnormal for the first time, and temporary measures are taken in response to the abnormality (S7).
  • the abnormality determination device 101 is determined to have abnormal determination results from two or more of the plurality of abnormality determination means 1 10, 1 2 0,..., 1 n 0. In some cases, it can be a system error.
  • the number of abnormality judgment means to be used can be determined by the balance between the accuracy required of the inspection target system SYS and the inspection possible time. In practical use, it is almost always sufficient to use two abnormality determination means, and when both abnormality determination means determine that both are abnormal, a system abnormality is sufficient.
  • the first abnormality determination means 1 1 0 determines that there is an abnormality.
  • the determination means 102 performs the abnormality determination by the second abnormality determination means 120, and if the abnormality is also determined by the second abnormality determination means 120, it is determined that the system abnormality has occurred. It will be.
  • the abnormality alone is not a final determination, and unless it is determined as abnormal by the other abnormality determination means. Since it does not become a system abnormality, it is possible to make a highly accurate abnormality determination without any erroneous determination.
  • first abnormality judgment means 1 10 and the second abnormality judgment means 1 20 differ in either detection device 1 1 1-1 21 or judgment procedure 1 1 2 or 1 22, In the detection device, even if an abnormal state is detected at the location, or a failure or malfunction occurs, an abnormal state is detected due to malfunction or defect of system components in one judgment procedure. However, since other detection devices and judgment procedures are always used, the number of erroneous judgments is minimized. It is possible to eliminate. In the following embodiments, some of the combinations of the present invention based on such principles will be exemplified.
  • Embodiment 1 of the present invention relates to a fuel cell system 200 mounted on an automobile as a moving body, and relates to hydrogen gas (fuel gas; boil-off gas) generated from liquid hydrogen as liquid fuel and liquid hydrogen as gaseous fuel. )
  • hydrogen gas fuel gas; boil-off gas
  • the first embodiment is an example of a configuration of an abnormality determination device that performs the first abnormality determination process based on the detected hydrogen gas concentration and the second abnormality determination process based on the detected pressure of the fuel gas pipe. is there.
  • FIG. 1 shows a system block diagram of a fuel cell system 200 including the abnormality determination device of the present invention.
  • the fuel cell system 200 includes a hydrogen gas supply system 1 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 100, an air supply system 2 that supplies air, which is an oxidizing gas, A control unit 3 that controls the fuel cell system 200 and a power system 4 that charges and discharges the power generated by the fuel cell 100 are provided.
  • the hydrogen gas supply system 1 includes a fuel filling pipe 10, a fuel tank 1 1 to 1 4, a tank connecting pipe 1 5, a fuel gas pipe 1 6, a gas-liquid separator 1 7, and a circulation pump 1 8. Yes.
  • a relief valve to reduce the internal pressure when the internal pressure rises to a certain value a check valve to prevent backflow of hydrogen gas, a manual valve that is manually opened and closed for adjustment, a filter to filter impurities, etc. Illustration or signing is omitted.
  • the fuel tanks 1 1 to 14 have a vacuum double structure, can store liquid hydrogen with a very low boiling point (approximately 20 K), and also use hydrogen gas (boil-off gas) generated from liquid hydrogen. It has a pressure-resistant structure that can store up to a certain high pressure.
  • Each of the fuel tanks 11 to 14 is provided with temperature sensors tl to t 4 for measuring the temperature of the internal hydrogen gas.
  • Fuel filling pipe 1 0 Is a high-pressure pipe that connects the fuel filling port FI and each fuel tank 11 to 14 in parallel.
  • Each fuel tank is provided with a filter, a manual valve, and multiple check valves, allowing filtration and backflow prevention of the supplied liquid fuel.
  • shutoff valve G 1 to G 4 From each fuel tank 1 1 to 1 4, hydrogen gas is supplied to the fuel gas piping 1 5 via the filter, shutoff valve G 1 to G 4, manual valve, pressure regulator (regulator) R 1 to 'R 4 They are supplied in parallel. Impurities inside the tank are filtered by the filter.
  • the shut-off valves G1 to G4 are each configured to be controllable to be opened and closed by the control unit 3, and the internal hydrogen gas is supplied when the valves are opened.
  • the pressure regulating valves R 1 to R 4. supply high-pressure primary-side hydrogen gas while reducing the pressure to a constant secondary-side pressure (intermediate pressure). Pressure sensors pl to p4 are provided on the primary side of this pressure regulating valve, and supply pressure of hydrogen gas, and if the shutoff valves G1 to G4, which are main stop valves, are opened, the internal pressure of the fuel tank Can be measured.
  • the fuel gas pipe 15 collects the hydrogen gas from the fuel tanks 11 to 14 together and communicates it with the fuel gas pipe 16.
  • the pressure sensor p 10 can detect the internal pressure of the fuel gas pipe 15 consolidated into this one.
  • a pressure regulating valve R 10 In the fuel gas pipe 16, a pressure regulating valve R 10, a manual valve, a pressure regulating valve R 11, and a shut-off valve L 1 are provided in order from the upstream.
  • the pressure regulating valve R 10 is configured to output the intermediate pressure of the fuel gas pipe 15 at a lower secondary pressure.
  • the pressure sensor 10 detects the secondary pressure of the pressure regulating valve R 10 via the manual valve.
  • the pressure regulating valve R 11 further reduces the hydrogen gas pressure to a level at which it can be supplied to the fuel cell, and outputs it.
  • the control valve L 1 can be controlled by the control unit 3.
  • the fuel gas pipe 1 6 includes pressure sensors p 1 1 and p 1 2, and the pressure sensor p 1 1 is included in the fuel gas pipe 1 6.
  • the pressure sensor p 12 detects the internal pressure in the section between the pressure regulating valves R 10 to R 11, and the pressure sensor p 12 detects the pressure in the section from the pressure regulating valve R 11 to the fuel cell 100. Note that the pressure regulating valves R 10 and R 11 are duplicated to cope with poor seals. Both pressure regulating valves are used to reduce the pressure when the pressure in the piping exceeds a predetermined level.
  • a relief valve is provided on the secondary side.
  • the fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of power generation structures called single cells are stacked. Each single cell has a structure in which a power generation body called ME A (Membrane Electrode Assembly) is sandwiched between a pair of separators provided with hydrogen gas, air, and coolant flow paths.
  • ME A is composed of a polymer electrolyte membrane sandwiched between two electrodes, an anode and a cathode. In the anode, the anode catalyst layer is provided on the porous support layer, and in the cathode, the cathode catalyst layer is provided on the porous support layer.
  • the hydrogen gas supplied to the anode of the fuel cell 100 is supplied to each single cell via the manifold, flows through the hydrogen gas flow path of the separator, and causes an electrochemical reaction in the ME A anode. It is summer.
  • the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is supplied to the gas-liquid separator 17.
  • the gas-liquid separator 17 is configured so as to remove moisture and other impurities generated by the electrochemical reaction of the fuel cell 100 during normal operation from the hydrogen off-gas and discharge them to the outside through the shutoff valve L2. Has been.
  • the circulation pump 18 is configured to circulate the hydrogen off gas by forcibly circulating it and returning it to the fuel gas pipe 16.
  • the purge shut-off valve L3 is opened at the time of purging, but is shut off at the time of normal operation and judgment of gas leakage in the pipe.
  • the hydrogen off-gas purged from the purge shutoff valve L 3 is processed in the exhaust system including the diluter 25.
  • the air supply system 2 includes an air cleaner 21, a compressor 2 2, a humidifier 23, a gas-liquid separator 24, a diluter 25, and a silencer 26.
  • the air cleaner 2 1 purifies the outside air and takes it into the fuel cell system 2 0 0.
  • compressor 2 2 compresses the air taken in according to the control of the control unit 3 and changes the air volume and air pressure.
  • the air supplied to the cathode of the fuel cell 100 is supplied to each single cell via the manifold in the same way as the hydrogen off gas, flows through the air flow path of the separator, and generates an electrochemical reaction at the cathode of ME A.
  • Humidifiers 2 and 3 add moderate humidity to the compressed air by exchanging air off-gas and moisture discharged from 1 ° 0 of fuel cell.
  • the air supplied to the fuel cell 100 is supplied to each single cell via the manifold, flows through the air flow path of the separator, and causes an electrochemical reaction at the cathode of the MEA. Excess water is removed from the air off-gas discharged from the fuel cell 100 in the gas-liquid separator 24.
  • the diluter 25 is configured to mix and dilute the hydrogen off-gas supplied from the purge shut-off valve L 3 with air off-gas, and to equalize it to a concentration at which no oxidation reaction can occur.
  • the silencer 26 is configured so that it can be discharged with a reduced noise level of the mixed exhaust gas.
  • the electric power system 4 includes a DC-DC converter 40, a notch 41, a traction inverter 4 2, a traction motor 4 3, an auxiliary inverter 4 4, a high voltage auxiliary machine 4 5, and the like. Since the fuel cell 100 is configured by connecting single cells in series, a predetermined high voltage (for example, about 500 V) is generated between the anode A and the force sword C.
  • the DC-DC converter 40 performs bidirectional voltage conversion with the battery 41 having a terminal voltage different from the output voltage of the fuel cell 100, and the power of the battery 41 as an auxiliary power source of the fuel cell 100 Or surplus power from the fuel cell 100 can be charged to the battery 41.
  • the DC-DC converter 40 can set a voltage between terminals corresponding to the control of the power control unit 5.
  • the battery 41 has battery cells stacked and uses a constant high voltage as a terminal voltage, and can be charged with surplus power or supplementarily supplied by control of a battery computer (not shown).
  • Traction inverter 4 2 converts direct current to three-phase alternating current, Supply to the Chillon motor 4 3.
  • the traction motor 43 is a three-phase motor, for example, and is a main power source of an automobile on which the fuel cell system 200 is mounted.
  • the trap inverter 4 4 is a direct current to alternating current conversion means for driving the high pressure auxiliary equipment 45.
  • the high pressure catcher 45 is various motors necessary for the operation of the fuel cell system 20, such as the compressor 22, the circulation pump 18, and the cooling system motors.
  • the control unit 3 has a configuration as a general-purpose computer including a RAM, a ROM, an interface circuit, and the like.
  • the control unit 3 executes the software program stored in the built-in ROM etc. in order to control the entire fuel cell system 200 including mainly the hydrogen gas supply system 1, the air supply system 2, and the power system 4.
  • the fuel cell system 200 can be operated as an abnormality determination device of the present invention.
  • the hydrogen sensor HD is a detection device configured to be able to detect the concentration of hydrogen gas, and is provided at the rear side of the automobile, for example, on the downstream side in the traveling direction from the exhaust gas exhaust port.
  • Several hydrogen sensors HD may be provided where hydrogen gas leakage may occur. When other hydrogen sensors are provided, they are provided, for example, in a compartment that houses a fuel cell.
  • the detection signal S d of the hydrogen sensor HD is input to the control unit 3 so as to be readable, so that the hydrogen gas concentration can be grasped.
  • the hydrogen sensor HD may be capable of detecting the concentration of hydrogen gas with a predetermined resolution, or simply detecting whether or not there is a hydrogen gas having a certain concentration or more (presence).
  • the abnormality determination device detects an abnormality when the hydrogen gas concentration is detected by the hydrogen sensor HD and the fuel gas concentration detected by the hydrogen sensor HD is equal to or higher than a predetermined value.
  • the first abnormality determination process (means, device) for determining that the pressure is equal to (S 100 to S 102) and the pressure of the fuel gas pipe 16 are sealed with the shut-off valves G 1 to G 4, L 1, etc.
  • Second abnormality determination processing (means, equipment) (S 105 to S 1 10) that determines that an abnormality occurs when the pressure change of the measured fuel gas pipe exceeds a predetermined value, and a second abnormality determination When it is determined that the process is also abnormal, a determination process (means, device) (S 1 1 1) is performed to process the system as an abnormality.
  • S104 also included is a process (S104) for increasing the pressure of the fuel gas pipe after the first abnormality determination has been determined to be abnormal and before the abnormality determination by the second abnormality determination means. This will be specifically described below.
  • the first abnormality determination process is terminated assuming that no hydrogen gas leaks outside the system. In this case, it is determined that the system is not abnormal.
  • the detected hydrogen gas concentration D force is greater than the predetermined threshold value D th (S102: YES)
  • the hydrogen gas concentration is unusually high as long as the detection signal Sd of the hydrogen sensor HD is examined. That is, the possibility that an abnormality has occurred is estimated. Therefore, the process proceeds to the second abnormality determination process.
  • the fuel cell system 200 is switched to the intermittent operation mode (S103).
  • the intermittent operation mode is a mode in which the minimum required operation of the fuel cell 100 is performed intermittently at predetermined intervals.
  • the fuel cell 100 is repeatedly stopped and operated.
  • auxiliary equipment such as the circulation pump 18 is stopped. Switching to the intermittent operation mode in this way will cause pressure fluctuations in the piping. This makes it possible to stop the auxiliary equipment and more accurately determine the abnormality.
  • the fuel gas in the pipe is forcibly pressurized as desired (S 1 0 4).
  • the shut-off valves G1 to G4 are opened for a certain period of time to supply hydrogen gas at a predetermined pressure to the fuel gas pipe 15 and fuel gas pipe 16 and the circulation pump 18 is turned on. Operate for a certain period of time and increase the pressure in the fuel gas pipe 16. If the hydrogen gas pressure in the piping is low, it can be expected that it will be easier to detect gas leaks by performing such pressure increase processing. This process is optional and is an unnecessary step if there is pipe pressure that can be detected.
  • the process proceeds to the second abnormality determination process.
  • a pipe to be inspected is sealed (S 1 0 5).
  • the shutoff valves G1 to G4 and L1 are shut off, and a sealing section is formed between the fuel tanks 11 to 14 and the shutoff valve L1. Further, the shutoff valve L1 and the shutoff valve L3 are shut off, and the circulation path delimited by the purge shutoff valve L3 from the shutoff valve L1 through the fuel cell 100 becomes the sealed section.
  • the pressure P t 1 at t 1 is detected by a pressure sensor capable of detecting the pressure in each sealing section (S 1 0 6).
  • a pressure sensor capable of detecting the pressure in each sealing section (S 1 0 6).
  • the pressure in these sections will be based on the detection signals of pressure sensors pi ⁇ p4, pi0, p11 Detected.
  • the pressure in the circulation path is detected based on the detection signal of the pressure sensor p12.
  • the pipe pressure P t 2 after the elapse of time t 2 (YES) is detected again from the same pressure sensor (S 1 ⁇ 7: NO) by waiting until the predetermined time t 2 elapses (S 1 ⁇ 7: NO). 0 8).
  • the flow rate of the piping tends to be proportional to the square root of the pressure change. Therefore, the difference between the detected pressures P t 1 and P t 2 is calculated, and the flow rate Q between times tl and t 2 is obtained (S 1 0 9). If hydrogen gas is not leaking, the pressure change is almost zero, so the flow rate Q is also zero. However, if hydrogen gas leaks, the calculated flow rate Q will increase as a result of the pressure drop depending on the hydrogen gas flow output.
  • the calculated flow rate Q is compared with a threshold value Q th that can be used to estimate an apparent hydrogen gas leak (S 1 1 0). As a result of the comparison, if the calculated flow rate Q is equal to or less than the predetermined threshold value Q th (S 1 1 0: NO), it is determined that there is no hydrogen gas leakage. In other words, since hydrogen gas stagnated locally during the first abnormality determination process, the hydrogen gas only has a temporarily high concentration, and it can be determined that there is no system abnormality. Therefore, in such a case, measures such as system shutdown will not be taken.
  • the second abnormality determination is further started, and the pressure change of the sealed pipe is changed. It is determined that the system is abnormal only when a large gas leak is estimated. Therefore, if there is very local hydrogen gas retention, even if it is determined that there is an abnormality in the first abnormality determination, there is no abnormality in the pressure drop in the piping, so it is determined that there is an abnormality in the second abnormality determination. Therefore, erroneous determination can be prevented. If a gas leak actually occurs from the piping and an external fuel gas concentration abnormality has occurred, an abnormal fuel gas piping pressure drop will also occur, so the gas leakage judgment will be made correctly.
  • the first abnormality determination is hydrogen gas concentration detection by the hydrogen sensor HD
  • the second abnormality determination is pressure detection by the pressure sensor. Both detection principles and detection procedures are different. For this reason, even if malfunctions occur in some of the components related to detection, the final determination does not become an erroneous determination.
  • the second abnormality determination is performed after the pressure is increased. (Change) The state can be determined more clearly.
  • Embodiment 2 of the present invention relates to a configuration example of an abnormality determination device in which the first abnormality determination and the second abnormality determination are performed based on pressure, but the determination procedure is different.
  • the system configuration of this embodiment is the same as the system block diagram of Embodiment 1 shown in FIG. However, in this embodiment, the hydrogen sensor HD is not used.
  • the abnormality determination device is configured to seal the pressure of the fuel gas pipes 15 and 16 with the shutoff valves G1 to G4 and L1 to L3, and to set the pressure of the sealed fuel gas pipe to the pressure
  • a first abnormality determination process (means, device) that is detected by sensors pi to 4, p 1 0 to 12 and determines that an abnormality occurs when the pressure change in the sealed fuel gas pipe is greater than or equal to a predetermined value. (S 2 0 0 to S 2 0 1) and various shut-off valves G 1 to G 4, L 1 to L 3, auxiliary machinery (18, 2 2), etc.
  • the second abnormality determination process (means,) that determines that the fuel gas pipes 15 and 16 are abnormal when the power generation state of 0 is changed and the power generation amount is limited is below a predetermined value. (Device) (S 2 0 4 to S 2 0 6) and the determination process that activates the second abnormality determination when it is determined to be abnormal by the first abnormality determination (method, apparatus) (S 2 0 7) is executed.
  • the detection signals from the pressure sensors pl to p4 are referred to obtain the relative pressure values of the fuel tanks 11 to 14 and from the pressure sensors p10 to p12.
  • the relative internal pressure values of the fuel gas pipes 15 and 16 are acquired (S 2 0 0).
  • the control unit 3 calculates the relative value of the actual hydrogen gas pressure after referring to the detection signal S d from each pressure sensor. For fuel tanks 1 1 to 14, the average value of the pressure values detected from each of fuel tanks 1 1 to 14 is calculated. .
  • the fuel gas pipes 15 and 16 are maintained at a constant hydrogen gas pressure by the action of the pressure regulating valve. If any gas leaks from the fuel gas piping, the hydrogen gas pressure should drop slightly from the normal pressure. Also, the flow rate from the fuel tank must be such that it does not overflow. Therefore, for the fuel gas pipes 15 and 16, compare whether the detected hydrogen gas pressure has changed more than a certain threshold from the previously detected pressure or the standard pressure specified in advance ( S 2 0 1). For the fuel tanks 11 to 14, a comparison is made as to whether or not the detected hydrogen gas pressure average value of each fuel tank exceeds the threshold value determined to be an overflow (S 2 0 2).
  • a refresh operation Prior to the second abnormality determination process, a refresh operation (re-operation) is performed (S203).
  • the shutoff valve to which high pressure is applied rarely fails to operate, such as being not completely shut off. Such an incomplete operation is not a fundamental failure, but can be recovered by supplying a drive signal (a valve opening signal or a valve closing signal) again.
  • the shut-off valve is provided with a valve opening signal or a valve closing signal, or a repetition of this, to eliminate such a temporary cause.
  • a valve opening signal is supplied to the shutoff valves G1 to G4 which are main stop valves of the fuel tank, or a valve open signal is supplied to the shutoff valve.
  • a sealing process is performed (S 2 0 4).
  • the fuel gas pipes 15 and 16 are sealed for the second abnormality determination.
  • the purge cutoff valve L3 which is a passage to the outside air, is closed.
  • the current limitation of the fuel cell • 100 is implemented.
  • the intermittent operation mode is a mode in which the minimum required fuel cell 100 is operated intermittently at a predetermined interval.
  • the fuel cell 1 0 0 is repeatedly stopped and operated.
  • auxiliary equipment such as the circulation pump 18 is stopped.
  • shut-off valves G1 to G4 which are main stop valves, are closed. To stop the supply of hydrogen gas, consume hydrogen gas in the fuel gas piping, and form a closed space It is.
  • the hydrogen gas pressure in the fuel gas pipe and the fuel tank is detected based on the detection signal from the pressure sensor (S206).
  • a pressure sensor different from the pressure sensor used in the first abnormality determination is used. If the pressure sensor used in the first abnormality determination has been determined to be abnormal because a malfunction has occurred, changing the sensor used in the second abnormality determination will prevent erroneous detection. is there.
  • the second abnormality determination process is the same as the first abnormality determination process in that the pressure is detected, but the determination procedure is different in that the absolute value in the sealed fuel gas pipe is determined. Is different.
  • the detected hydrogen gas pressure in the fuel gas pipe is equal to or higher than the predetermined threshold P th (S207: YES), it is highly possible that hydrogen gas is leaking from the fuel gas pipe. (S209).
  • the fuel tank internal pressure is further inspected (S 208). If the detected internal pressure of the fuel tank is also smaller than this threshold value P th (S 208 ⁇ NO), it can be determined that there is no leakage of hydrogen gas from the fuel gas pipe and the fuel tank.
  • the second abnormality if it is determined in the first abnormality determination that there is an abnormality from the pressure drop in the fuel gas pipes 15 and 16 and the fuel tanks 11 to 14, the second abnormality
  • the pressure in a state where the amount of power generation is limited is monitored, and if the pressure is abnormal, it is determined that the system is abnormal. Therefore, even if it is determined that there is an abnormality at the time of the first abnormality determination due to the pressure fluctuation caused by the operation of the auxiliary equipment of the fuel cell 100-the pressure due to the second abnormality determination
  • the absolute pressure is judged with the fluctuation factors excluded, and erroneous judgment can be prevented. If a pressure drop is observed due to a gas leak from the fuel gas piping, the pressure in the state where power generation is limited is abnormally reduced. Determined.
  • the component (shutoff valve) related to the abnormality determination is refreshed when it is determined that the abnormality is once in the first abnormality determination.
  • the operation can be returned to normal and it can be prevented from being erroneously determined as abnormal.
  • Embodiment 3 of the present invention relates to an example in which the configuration of the fuel cell system 200 is slightly different.
  • FIG. 6 shows a system block diagram of the fuel cell system 200 according to the third embodiment.
  • the fuel cell system 200 shown in FIG. 6 is the same as the configuration of the first embodiment except that the valve configuration provided in the inflow / outflow system of the fuel tanks 11 to 14 is different.
  • a check valve, a manual valve, and pressure sensors pl to p4 are respectively provided in the pipes that flow into the fuel tanks 11 to 14 from the fuel filling pipe 10. Since there is no shut-off valve between the pressure sensor and the fuel tank, the pressure sensor p1 ⁇ p 4 is configured so that the internal pressure of the fuel tank can always be detected.
  • Each G 4 is configured to be controlled to be opened and closed by the control unit 3, and when the valve is opened, the internal hydrogen gas is supplied to the fuel gas pipe 15.
  • the pressure regulating valves R1 to R4 supply the hydrogen gas in the high-pressure fuel tank while reducing the pressure to a certain secondary pressure (intermediate pressure).
  • the abnormality determination method of the present invention When the abnormality determination method of the present invention is implemented with the above configuration, it can be performed in substantially the same procedure as in the above embodiment.
  • the pressure sensors p1 to p4 the internal pressure of the fuel tank can be detected without opening the shutoff valves G1 to G4, which are the main stop valves.
  • the process of opening the main stop valve of the tank in step S 2 0 3 and closing the main stop valve of the tank in step S 2 0 5 This is not necessary for the purpose of detecting the tank internal pressure with the pressure sensor.
  • the present invention can be applied by variously modifying the valve configuration and the piping structure.
  • Embodiment 4 of the present invention relates to an example in which the detection principle of the detection device is made different, and an example using hydrogen gas pressure detection and flow rate detection.
  • FIG. 7 shows a system block diagram of the fuel cell system 200 according to the fourth embodiment.
  • the fuel cell system 200 shown in FIG. 7 is basically the same as the fuel cell system (FIG. 3) of the first embodiment. However, in the fuel cell system 200 in the fourth embodiment, in the outflow piping of the fuel tanks 11 to 14, the flow rate sensor is between the shutoff valves G 1 to G 4 and the pressure regulating valves R 1 to R 4. It differs in that it has S1-S4. Also, since hydrogen gas concentration is not detected, the hydrogen sensor HD Not provided.
  • the abnormality determination device detects a change in the internal pressure of the fuel tanks 11 to 14, and if a change in the internal pressure is detected, the flow rate sensors S 1 to S 4 When the flow rate of hydrogen gas is detected by the system and the flow rate fluctuates, it is determined that the system is abnormal.
  • the detection signals from the pressure sensors pl to p4 are referred to obtain the relative pressure values of the fuel tanks 11 to 14, and the detection signals from the flow sensors S1 to S4 are referred to and the fuel tanks 1 1
  • the relative value of the hydrogen gas flow rate supplied to the fuel gas pipe 15 from ⁇ 14 is acquired (S 3 0 0).
  • the average value of the pressure values detected from each of the fuel tanks 11 to 14 is calculated.
  • the flow rate the average value of the detected flow rate values for each of the fuel tanks 11 to 14 is calculated.
  • the internal pressure of the hydrogen gas in the fuel tanks 11 to 14 and the amount of hydrogen gas flowing out from the fuel tanks 11 to 14 are kept almost constant by the action of the pressure regulating valve. If the pressure regulating valve is defective or the fuel tank is defective, there should be a pressure fluctuation compared to the normal pressure. Also, the flow rate from the fuel tank must be such that it does not overflow. Therefore, it is compared whether the detected hydrogen gas pressure average value of each fuel tank has fluctuated beyond a threshold value that is determined to be an overflow (S 3 0 1). That is, the average value of the detected fuel tank internal pressure is compared with the previous detected pressure or the standard pressure defined in advance.
  • Pressure change and flow rate change are closely related. If there was a change in the pressure measured at approximately the same piping location, there should have been a change in the flow rate. If the flow rate has changed, the pressure should have changed. Therefore, if pressure fluctuation is detected in the first abnormality determination and an abnormality is estimated, it is inspected whether the flow rate has fluctuated immediately. If the average value of the hydrogen gas flow rate does not vary (S 3 0 2: NO), it can be inferred that the variation in the closely related pressure is due to the malfunction of the pressure sensor. Therefore, it is not determined that the system is abnormal.
  • the fourth embodiment in the first abnormality determination, if it is determined that there is an abnormality from the pressure fluctuation of the fuel tanks 11 to 14, the second abnormality determination is performed immediately, and the flow fluctuation When the flow rate is abnormal, it is determined that the system is abnormal.
  • the two physical quantities detected by different detection principles in the same system operation state in the present embodiment in which hydrogen gas is supplied) are determined together and finally Therefore, it is not necessary to increase the number of inspection procedures or switch to intermittent operation for inspection.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified and applied.
  • the present invention is not limited to this, and there are various types of It is possible to combine detection devices and judgment procedures.
  • the abnormality determination device (method) of the present invention is not limited to a moving body such as a vehicle, a ship, or an aircraft equipped with the fuel cell system 200, but also a fuel cell system 2 placed in a closed space such as a building or a house. It can also be applied to 0 0. Industrial applicability
  • the system abnormality when an abnormality is determined by one abnormality determination unit, the system abnormality is not determined until the abnormality is determined by another abnormality determination unit. Therefore, local abnormality state determination by one abnormality determination unit is performed. Even if there is a failure, it is not the final judgment based only on the abnormality, but the confirmation work by other abnormality judgments is carried out, so it is possible to judge the abnormality with high accuracy without any misjudgment.
  • the present invention can be widely used for an abnormality determination device having such a requirement.

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Abstract

　システムの異常状態を高精度に検出し、正確な結果を得ることが可能な異常判定装置を提供する。システムの異常を判定する異常判定手段（１１０～１ｎ０）を複数備え、複数の異常判定手段（１１０～１ｎ０）によって異常と判定された場合に、判定手段（１０２）がシステム異常と判定する。このため、一つの異常判定手段（１１０）における局所的な異常状態判定や故障があってもその異常のみでは最終判定とならず、他の異常判定が少なくとも一回は実施されるので、誤判定を無くし、高精度の異常判定が可能となる。

Description

明細書 異常判定装置 技術分野
本発明は、 燃料電池システムなどの異常判定装置に係り、 特に判定精度を 向上させる技術に関する。 + 背景技術
燃料電池システムでは、 燃料ガスを使用するため、 システムの異常を判定 する手段を設けることが多い。 例えば、 特開 2 0 0 4— 1 3 9 8 4 2号公報 には、 車速が所定値未満の場合は、 水素漏洩検知器で水素の漏洩を検知し、 車速が所定値以上の場合は、 燃料電池への水素供給量のしたがって算出され た燃料電池の発電電流理論値と、 燃料電池の実発電電流値との相関関係に基 づいて水素の漏洩を検知するようにした水素漏洩検知システムが記載されて いる。 また、 特開 2 0 0 3— 3 0 8 8 6 6号公報には、 燃料ガス循環供給系 の閉空間内圧力を圧力計で検出し、 圧力計の検出結果が、 基準以上の速度で の圧力降下を示す場合には、 燃料ガス漏れの発生を判定するよう構成したガ ス漏れ検知装'置が記載されている。
いずれの従来技術も、 何らかの検出装置からの測定値を比較値と比較し、 比較結果に応じて燃料ガス漏れの最終判定をするものであった。 発明の開示
しかしながら、 燃料電池のシステム状態を把握するための検出装置自体の 動作不全や故障は当然に予想される。 また、 検出装置の精度はまちまちであ り、 一つの検出原理や検出手順に基づく判定が必ずしも万全ではなく、 ある 程度の誤検出の可能性を含んでいるものであった。 例えば、 水素ガスの検知 器自体が正常であっても、 検知器の存在する局所的な水素ガス濃度を検出さ れるものであるため、 それが正しくシステム全体の水素ガス漏洩状態を示し ているとは言えない場合がある。 また、 配管内の圧力低下によりガス漏れを 判定する場合には、 何らかの外乱でセンサ出力が変動した場合には誤判定と なる可能性があった。
さらに、 検出装置が正常に動作していてもシステム状態に影響を与える部 品の動作不全によって異常なシステム状態が計測されたりする可能性があつ た。 例えば、 遮断弁の開不良や手動弁の不良、 フィルタや配管の目詰まり等 の可能性がある。
そこで、 本発明は、 システムの異常状態を高精度に検出し、 正確な結果を 得ることが可能な異常判定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、 本発明は、 システムの異常を判定する異常判 定手段を複数備え、 複数の異常判定手段によって異常と判定された場合に、 システム異常と判定することを特徴とする。
上記構成によれば、 複数の異常判定手段が設けられており、 一つのみなら ず複数の異常判定手段によって異常であると判定されて初めてシステム異常 と判定される。 このため、 一つの異常判定手段における局所的な異常状態判 定ゃ故障が ってもその異常のみでは最終判定とならず、 他の異常判定が少 なくとも一回は実施されるので、 誤判定を無くし、 高精度の異常判定が可能 となる。
ここで、 複数の異常判定手段は、 システム状態を検出する検出装置が互い に異なることは好ましい。 検出装置が検出したシステム状態に基づいて異常 判定をしている場合、 検出装置のロケーションや故障'誤動作によって、 異 常なレベルのシステム状態が検出されることがある。 この点、 本発明によれ ば、 一つの検出装置においてシステム異常と判定されることとなっても、 他 の検出装置によりシステム状態の検出が行われるので、 誤判定を可能な限り 少なくし、 高精度の異常判定をすることができる。 ここで、 複数の検出装置 は、 同一の検出原理に基づき動作してもよい。 例えばいずれの検出装置も圧 力を検出する圧力センサであるような場合である。また、複数の検出装置は、 互いに異なる検出原理の基づき動作するものであることは好ましい。 検出原 理が同じであると、 検査装置の位置が近い場合に同じような局所的な要因の 影響を受ける可能性があるが、 検出装置の検出原理が異なれば、 局所的な要 因が一方にしか作用しない可能性が高いからである。 例えば、 検出装置の一 つがガス濃度センサであり残りが圧力センサであるような場合である。 ここで、 複数の異常判定手段は、 システムの異常を判定する手順が互いに 異なることは好ましい。 正常にも関わらず異常であると誤検出する場合の一 つに、 システムのいずれかの構成要素 （部品） に動作不全や欠陥が生じてい ることが考えられるが、 本発明のように判定手順が異なれば、 異常判定に、 異なる構成要素が利用される可能性が高く、 一つの構成要素の異常判定に及 ぼす影響を少なくすることが可能だからである。
ここで、 本発明は、 第 1の検出装置と第 2の検出装置とを備え、 第 1の検 出装置は、 燃料電池システム外部に検出部を備え、 第 2の検出装置は、 燃料 電池システムのガス配管内に検出部を備えるように構成することができる。 当該構成によ'れば、 システム外部における異常判定とシステム内部のガス配 管内における異常とを組み合わせて判定するので、 実際に異常が発生してい れば、 システム外部においても、 また、 システム内部においても共に異常が 検出されるところ、 いずれか一方のみに異常が判定されるのであれば、 他の 原因で異常と誤判定されたと推定できる。 したがって、 このような検出装置 の配置は局所的な異常状態に左右されず正しく異常を判定するために有利で ある。
本発明は、 システムの異常を判定する第 1の 常判定手段と、 システムの 異常を判定するものであって、 第 1の異常判定手段とは、 検出装置または異 常判定手順の少なくとも一方が異なる第 2の異常判定手段と、 第 1の異常判 定手段によつて異常と判定された場合に、 第 2の異常判定手段による異常判 定を実施し、 第 2の異常判定手段によっても異常と判定された場合に、 シス テム異常と判定する判定手段と、 を備えている。
本発明によれば、 第 1及び第 2の異常判定手段によって異常であると判定 されて初めてシステム異常と判定される。 このため、 いずれかの異常判定手 段における局所的な異常状態判定や故障があってもその異常のみでは最終判 定とならず、 他方の異常判定手段により異常と判定されない限りシステム異 常とはならないので、 誤判定を無くし、 高精度の異常判定が可能となる。 特 に、 第 1及び第 2の異常判定手段は、 検出装置または判定手順のいずれかが 異なる。 一つの検出装置では、 そのロケーションにおいて異常状態が検出さ れたり、 故障や誤動作を生じたりする。 また、 一つの判定手順では、 システ ムの構成要素の動作不全や欠陥によって異常状態が検出されたりする。 しか し、 本発明によれば、 このような場合でも、 他の検出装置や判定手順が必ず 用いられるので、 誤判定を可能な限り少なくし、 高精度の異常判定をするこ とができる。
例えば、 本発明は、 第 1の異常判定手段として、
a ) 燃料 池システム外部の燃料ガス濃度を検出する検出装置；及び b ) 検出装置で検出された燃料ガス濃度が所定値以上であった場合に異常 であると判定する第 1判定装置を備え、
第 2の異常判定手段として、
c ) 燃料ガス配管の圧力を封止させる封止手段；及び
d ) 封止手段により封止された燃料ガス配管の圧力変化が所定値以上であ つた場合に異常であると判定する第 2判定装置を備え、
判定手段は、 第 1判定装置により異常であると判定された場合に、 第 2の 異常判定手段を起動させる。
上記構成によれば、 第 1の異常判定手段において、 燃料ガス濃度が高い場 合に異常であると判定されたら、 さらに第 2の異常判定手段が起動され、 封 止した燃料ガス配管の圧力変化が大きい場合に初めてシステム異常と判定さ れる。 したがって、 ごく局所的な燃料ガスの滞留があって第 1の異常判定手 段が異常と判定したとしても、 燃料ガス配管の圧力降下異常は生じていない ので、 誤判定を防止可能である。 実際の燃料ガス配管からガス漏れが生じ、 外部の燃料ガス濃度異常が生じている場合には、 異常な燃料ガス配管の圧力 降下も生じるので、 正しくガス漏れ判定が行われる。
例えば、 本発明は、 第 1の異常判定手段として、
e ) 燃料ガス配管の圧力を封止させる封止手段；
f ) 封止手段により封止された燃料ガス配管の圧力を検出する検出装置； 及ぴ
g ) 封止手段により封止された燃料ガス配管の圧力変化が所定値以上であ つた場合に異常であると判定する第 1判定装置を備え、
第 2の異常判定手段として、
h ) 燃料電池システムの発電状態を変化させる発電制御手段；及び i ) 発電制御手段により発電量が制限された場合における燃料ガス配管の 圧力が所定 以下であった場合に異常であると判定する第 2判定装置を備え、 判定手段は、 第 1判定装置により異常であると判定された場合に、 第 2の 異常判定手段を起動させる。
上記構成によれば、 第 1の異常判定手段において、 燃料ガス配管の圧力低 下から異常であると判定されたら、 さらに第 2の異常判定手段が起動され、 発電量が制限された状態における圧力が監視され、 その圧力が異常であると 初めてシステム異常と判定される。 したがって、 燃料電池の補機類の動作中 で燃料ガス配管中に通常生じる圧力変動によって第 1の異常判定手段が異常 であると判定したとしても、 第 2の異常判定手段により圧力変動要因を除外 すれば圧力が異常な状態ではないので、 誤判定を防止可能である。 燃料ガス 配管からのガス漏れにより、 圧力降下が観測された場合には、 発電量が制限 された状態での圧力が異常に低下した状態となっているため、 この場合には 正しくシステム異常と判定される。
ここで、 第 1の異常判定手段により異常と判定された後であって第 2の異 常判定手段による異常判定の前に、 燃料ガス配管の圧力を上昇させる手段を 'さらに備えることは好ましい。 このように構成すれば、 第 1の異常判定時の 燃料ガス配管の圧力が相対的に低かった場合に、 圧力が高められてから、 第 2の異常判定が実施されるので、 圧力 （変化） 状態をより明確に判定可能だ からである。
ここで、 第 1の異常判定手段により異常と判定された後であって第 2の異 常判定手段による異常判定の前に、 異常判定に係わるシステムの構成要素を 再動作させることは好ましい。 誤判定は、 システムの構成要素の動作不全に 起因していることがあり、 個々の構成要素は再動作、 すなわちリフレッシュ 動作をさせると動作状態が正常に復帰することがある。 この構成によれば、 一回異常と判定された場合にこのような異常判定に関係していた構成要素の リフレッシュが行われるので、 第 2の異常判定において動作を正常に復帰さ せ、 異常で 'ると誤判定されることを防止可能である。 再動作 （リフレツシ ュ） とは、 例えば、 構成要素が弁である場合、 その開閉をさせて揺さぶりを 掛けるようなことをいう。
ここで、判定手段は、第 2の異常判定手段により異常と判定された場合に、 燃料電池システムを停止させることは好ましい。 第 2の異常判定手段により 異常と判定されたらシステム異常である確率が極めて高いものとなるため、 システムを停止させることが妥当だからである。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の異常判定装置の原理を示すプロック図。 ·
図 2は、 本発明の異常判定方法の原理を示すフローチヤ一ト。
図 3は、 実施形態 1の燃料電池システムのシステムブロック図。
図 4は、.実施形態 1の異常判定方法を説明するフローチャート。
図 5は、 実施形態 2の異常判定方法を説明するフ口一チヤ一ト。
図 6は、 実施形態 3の燃料電池システムのシステムプロック図。
図 7は、 実施形態 4の燃料電池システムのシステムブロック図。
図 8は、 実施形態 4の異常判定方法を説明するフローチャート。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、 本発明の例示であり、 本発明は以下の実施形態に限定されることなく種々に 変形して実施可能である。
(原理説明）
' 図 1のシステムブロック図及ぴ図 2のフローチャートを参照して、 本発明 の原理を説明する。
図 1に示すように、 本発明の異常判定装置 101は、 複数の異常判定手段 1 10、 1 2.0、 ·■· 1 n 0 (nは自然数） を備えており、 複数の異常判定手 段によって異常と判定された場合に、 システム異常と判定するように構成さ れている。
各異常判定手段 1 10、 1 20、 … 1 n 0は、 それぞれ検出装置 1 1 1、 121、 …、 l n lを備え、 検査対象システム SYSのシステム状態を検出 するようになっている。 各異常判定手段 1 10、 120、 … 1 n 0は、 検出 されたシステム状態が異常であるか否かを、それぞれ独自の判定手順 1 1 2、 • 122、 ···、 1 n 2によって判定し、 その異常判定手段における結論として 正常 （O K) であるか異常 （N G) であるかを出力するようになっている。 判定手段 1 0 2は、 これら複数の異常判定手段 1 1 0、 1 2 0、 … 1 n 0か らの判定結果を入力しており、 いずれか複数の異常判定手段により異常であ ると判定された場合に、 システム異常 （N G) を、 それ以外は正常 （O K) を最終判定として出力するようになっている。
これらの検出装置 1 1 1、 1 2 1、 ···、 l n lは、 違い異なることは好ま しい。それぞれの検出装置は、検出原理が異なっていることがより好ましい。 例えばガス濃度の検出とガス圧力の検出は検出原理が異なる。 検出する物理 値が異なるように構成してもよい。 複数の検出装置間で、 検出原理が同じで あると、 一つの検出装置に作用する一つの要因の影響が他の検査装置にも及 ぼされる可能性がある。 この点、 検出装置の検出原理が異なれば、 一つの検 出装置のみに作用する要因が、 他の検出原理に基づく検出装置には作用しな い可能性が高いからである。 例えば、 検出装置の一つがガス濃度センサであ り残りが圧力センサであるような場合である。
また、 複数の検出装置間で、 検出原理は同じながらも （例えば同じ濃度セ ンサである場合）、 そのロケーション （設置位置） が異なっていてもよい。 検 出装置のロケーションが異なれば、 あるロケーションにおける局所的な状態 値の異常が、 複数の検出装置に及ぶことがないからである。
また、 複数の検出装置間で、 検出原理が同じであり、 さらにその設置位置 が同じ複数の検出装置であってもよい。 一つの検出装置において生じる故 障 ·誤動作が他の検出装置に同時に生ずる可能性は非常に小さいからである。 また、 各異常判定手段における判定手順 1 1 2、 1 2 2、 …、 1 n 2は、 その判定手順が互いに異なることは好ましい。 一つの判定手順では、 検査対 象システム S Y Sのいずれかの構成要素 （部品） を用いて、 または、 影響を 受けて異常判定が実施されるが、 異常と判定される原因の一つに、 これら構 成要素に動作不全や欠陥が生じている場合がある。 この点、 判定手順が互い に異なっていれば、 異常判定のために、 異なる構成要素が利用されたり、 異 なる構成要素の影響を受けたりする可能性が高くなる。 したがって、 特定の 構成要素が、 異常判定に及ぼす影響が少なくなり、 その特定の構成要素に問 題があつた場合の影響度を低くすることが可能だからである。
図 2は、 異常判定が順に行われる場合のフローチャートを示している。 図 2に示すように、 本発明を実施する場合、 まず異常判定手段 1 10で第 1の異常判定処理が、第 1の異常判定手段 1 10によって実施される（S 1)。 検出装置 1 1 1で検查対象システム SYSのシステム状態が読み取られ、 こ のシステム状態が、 判定手順 112にしたがって異常であるか正常であるか が判定される。 この結果システム状態が正常であると判定されたら （S 2 : NO) 以降の処理は省略されるが、 この判定処理の結果が異常と判定された ら （S 2 ： YES), 次に第 2の異常判定処理が起動される。
第 2の異常判定処理は、 上記異常判定手段 1 10とは異なる異常判定手段 1 20によって実施される （S 3)。第 1異常判定処理と同様に、検.出装置 1 21で検査対象システム SYSのシステム状態が読み取られる。 この検出装 置 1 21は、 上記検出装置 1 1 1とは、 その検出原理または Zおよび設置位 置が異なる。 そして読み取られたシステム状態が、 判定手順 1 22にしたが つて異常であるか正常であるかが判定される。 この判定手順 1 22は、 上記 判定手順 1 Γ2と異なるものであり、 異なる構成要素を協働させて判定する ものである。 この結果システム状態が正常であると判定されたら （S 4 : N O) 以降の処理は省略されるが、 この判定処理の結果が異常と判定されたら (S 4 ： YES), さらに第 3以降の異常判定処理が起動される。
最大、 第 nの異常判定処理 （S 5) までが可能であり、 この第 nの異常判 定処理に係る異常判定手段 1 n 0における検出装置 1 n 1で検查対象システ ム SYSのシステム状態が読み取られ、 このシステム状態が、 判定手順 1 n 2にしたがって異常であるか正常であるかが判定される。 この結果システム 状態が正常であると判定されたら （S 6 ： NO) 最終的には正常であると判 定されるが、 この判定処理の結果が異常と判定されたら （S 6 ： YES), こ こで初めてシステム異常であると判定され、 異常に応じた臨時措置が取られ る (S 7)。
以上のように、 異常判定装置 101は、 複数の異常判定手段 1 10、 1 2 0、 ···、 1 n 0のうち二つ以上または総てからの判定結果が異常であるとさ れた場合に、 システム異常とすることができる。 何個の異常判定手段を利用 するかは、 その検査対象システム SYSに求める精度と、 検査可能時間との 兼ね合いによって決めることができる。 実用的には、 二つの異常判定手段を 用い、 双方の異常判定手段がともに異常と判定した場合にシステム異常とす ることで足りる場合が殆どである。
二つの異常判定処理とする場合、 二つの異常判定手段を、 第 1の異常判定 手段 1 1 0と第 2の異常判定手段 120とすると、 第 1の異常判定手段 1 1 0によって異常と判定された場合に、 判定手段 102は、 第 2の異常判定手 段 1 20による異常判定を実施し、 第 2の異常判定手段 1 20によっても異 常と判定された場合に、 'システム異常と判定することになる。
このよう 本発明によれば、 いずれかの異常判定手段における局所的な異 常状態判定や故障があってもその異常のみでは最終判定とならず、 他方の異 常判定手段により異常と判定されない限りシステム異常とはならないので、 誤判定の無い高精度の異常判定が可能となる。
第 1の異常判定手段 1 10及び第 2の異常判定手段 1 20において、 検出 装霄 1 1 1 - 1 21または判定手順 1 1 2, 1 22のいずれかを異ならせる 場合には、 例え一つの検出装置では、 そのロケーションにおいて異常状態が 検出されたり、故障や誤動作を生じたりしても、また、一つの判定手順では、 システムの構成要素の動作不全や欠陥によって異常状態が検出されたりして も、 他の検出装置や判定手順が必ず用いられるので、 誤判定を可能な限り少 なくすることが可能である。 以下の実施形態では、 このような原理に基づく 本発明の組合せの一部を例示する。
(実施形態 1 )
本発明の実施形態 1は、 移動体である自動車に搭載された燃料電池システ ム 2 0 0に係り、 液体燃料として液体水素、 気体燃料として液体水素から発 生する水素ガス （燃料ガス；ボイルオフガス） を利用可能に構成されたシス テムに関する。 当該実施形態 1は、 特に第 1の異常判定処理を水素ガスの検 出濃度に基づいて行い、 第 2の異常判定処理を燃料ガス配管の検出圧力に基 づいて行う異常判定装置の構成例である。
図 1に、 本発明の異常判定装置を含む燃料電池システム 2 0 0のシステム ブロック図を示す。
図 1に示すように、 本燃料電池システム 2 0 0は、 燃料電池 1 0 0に、 水 素ガスを供給する水素ガス供給系 1、 酸化ガスである空気を供給する空気供 給系 2、 この燃料電池システム 2 0 0を制御する制御部 3、 及び燃料電池 1 0 0で発電された電力を充放電する電力系 4を備えている。
水素ガス供給系 1は、 燃料充填配管 1 0、 燃料タンク 1 1〜 1 4、 タンク 連結配管 1 5、 燃料ガス配管 1 6、 気液分離器 1 7、 循環ポンプ 1 8を備え て構成されている。 図中、 内圧が一定値高くなつた場合に内圧を下げるため のリリーフ弁、 水素ガスの逆流を防止する逆止弁、 調整のためにマニュアル で開閉される手動弁、 不純物を濾過するフィルタ等の図示または符号付けは 省略されている。
燃料タンク 1 1〜1 4は、 真空二重構造を備えており、 沸点が極めて低い (およそ 2 0 K) 液体水素を貯蔵可能であり、 また液体水素から発生した水 素ガス （ボイルオフガス） をある程度の高圧まで貯蔵することが可能な耐圧 構造を備えている。 各燃料タンク 1 1〜1 4には、 内部の水素ガスの温度を 計測するための温度センサ t l〜t 4が設けられている。 燃料充填配管 1 0 は、 燃料充填口 F Iと各燃料タンク 1 1〜1 4とを並行して連通させる高圧 配管である。 各燃料タンクには、 フィルタ、 手動弁、 複数の逆止弁が設けら れており、 供給された液体燃料の濾過と逆流防止が可能になっている。
各燃料タンク 1 1〜1 4からは、 フィルタ、 遮断弁 G 1〜G 4、 手動弁、 調圧弁 （レギユレータ） R 1〜'R 4を介して、 燃料ガス配管 1 5に、 水素ガ スが並行して供給されるようになっている。 フィルタにより、 タンク内部の 不純物が濾過される。 遮断弁 G 1〜G 4は、'制御部 3により各々開閉制御可 能に構成されており、 開弁されたときに内部の水素ガスが供給されるように なっている。 調圧弁 R 1〜R 4.は、 高圧の一次側水素ガスを、 一定の二次側 圧力 （中間圧力） に減圧して供給するようになっている。 圧力センサ p l〜 p 4がこの調圧弁の一次側に設けられており、 水素ガスの供給圧力を、 また 主止弁である遮断弁 G 1〜G 4が開弁された場合は燃料タンクの内圧を計測 可能になっている。
燃料ガス配管 1 5は、 各燃料タンク 1 1〜1 4からの水素ガスを一本に集 約して燃料ガス配管 1 6に連通させている。 圧力センサ p 1 0は、 この一本 に集約された燃料ガス配管 1 5の内圧を検出することが可能になっている。 燃料ガス配管 1 6には、 上流から順に、 調圧弁 R 1 0、 手動弁、 調圧弁 R 1 1、 遮断弁 L 1が設けられている。 調圧弁 R 1 0は、 燃料ガス配管 1 5の中 間圧力をさら''に低い二次側圧力にして出力するようになっている。 手動弁を 介して、 圧力センサ 1 0は、 調圧弁 R 1 0の二次側圧力を検出するようにな つている。 調圧弁 R 1 1は、 さらに水素ガスの圧力を燃料電池に供給可能な レベルにまで減圧して出力するようになっている。 制御弁 L 1は、 制御部 3 によって制御可能になっており、 開弁されると燃料電池 1 0 0に水素ガスが 供給されて発電を実施し、 閉弁されると燃料電池 1 0 0への水素ガス供給が 停止し、 発電も停止するようになっている。 燃料ガス配管 1 6には、 圧力セ ンサ p 1 1及び p 1 2を備え、圧力センサ p 1 1は燃料ガス配管 1 6のうち、 調圧弁 R l 0〜R 1 1間の区間の内圧を、 圧力センサ p 1 2は調圧弁 R l 1 〜燃料電池 1 0 0区間の圧力を、 それぞれ検出するようになっている。 なお、 調圧弁 R 1 0及び R 1 1は、 シール不良に対応するために二重化さ れたものであり、 いずれの調圧弁も、 配管内が所定以上の圧力になった場合 に減圧するためのリリーフ弁が二次側に設けられている。
燃料電池 1 0 0は、 単セルという発電構造体を複数積層したスタック構造 を備える。 各単セルは、 ME A (Membrane Electrode Assembly) といわ れる発電体を、 水素ガス、 空気、 冷却液の流路が設けられたセパレーター対 によって挟み込んだ構造を備えている。 ME Aは高分子電解質膜をアノード 及ぴカソードの二つの電極を挟み込んで構成されている。 アノードはァノー ド用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、 カソードはカソード用触媒層を 多孔質支持層上に設けてある。
燃料電池 1 0 0のアノードに供給された水素ガスは、 マ二ホールド経由で 各単セルに供給され、 セパレータの水素ガス流路を流れて、 ME Aのァノー ドにおいて電気化学反応を生じるようになつている。 燃料電池 1 0 0から排 出された水素オフガスは、気液分離器 1 7に供給される。気液分離器 1 7は、 通常運転時において燃料電池 1 0 0の電気化学反応により発生する水分その 他の不純物を、 水素オフガス中から除去し、 遮断弁 L 2を通じて外部に放出 するように構^されている。 循環ポンプ 1 8は、 水素オフガスを強制循環さ せて燃料ガス配管 1 6に戻すことにより、 循環経路を構成している。 パージ 遮断弁 L 3は、 パージ時に開放されるが、 通常の運転状態及び配管内ガス漏 れ判定時には遮断されている。 パージ遮断弁 L 3からパージされた水素オフ ガスは希釈器 2 5を含む排気系で処理される。
空気供給系 2は、 エアクリーナ 2 1、 コンプレッサ 2 2、 加湿器 2 3、 気 液分離器 2 4、 希釈器 2 5、 及び消音器 2 6を備えている。 エアクリーナ 2 1は、 外気を浄化して燃料電池システム 2 0 0に取り入れる。 コンプレッサ 2 2は、 取り入れられた空気を制御部 3の制御に従って圧縮し、 空気量や空 気圧を変更するようになっている。 燃料電池 1 0 0のカソードに供給された 空気は、 水素オフガスと同じくマ二ホールド経由で各単セルに供給され、 セ パレータの空気流路を流れて、 ME Aのカソードにおいて電気化学反応を生 じる。 加湿器 2 3は圧縮された空気に対し、 燃料電池 1◦ 0から排出された 空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加える。 燃料電池 1 0 0に 供給された空気は、 マ二ホールド経由で各単セルに供給され、 セパレータの 空気流路を流れて、 ME Aのカソードにおいて電気化学反応を生じるように なっている。 燃料電池 1 0 0から排出された空気オフガスは、 気液分離器 2 4において過剰な水分が除去される。 希釈器 2 5は、 パージ遮断弁 L 3から 供給された水素オフガスを空気オフガスで混合 ·希釈し、 酸化反応が生じ得 ない濃度にまで均一化するよう構成されている。 消音器 2 6は、 混合された 排気ガスの騒音レベルを低減させて排出可能に構成されている。
電力系 4は、 D C— D Cコンバータ 4 0、 ノ ッテリ 4 1、 トラクシヨンィ ンパータ 4 2、 トラクシヨンモータ 4 3、 補機インバータ 4 4、 高圧補機 4 5等を備えている。 燃料電池 1 0 0は単セルが直列接続されて構成されるも ので、 そのアノード Aと力ソード Cとの間に所定の高圧電圧 （例えば約 5 0 0 V) が発生する。 D C— D Cコンバータ 4 0は燃料電池 1 0 0の出力電圧 と異なる端子電圧を有するバッテリ 4 1との間で双方向の電圧変換を行い、 燃料電池 1 0 0の補助電源としてバッテリ 4 1の電力を利用したり、または、 燃料電池 1 0 0からの余剰電力をパッテリ 4 1に充電したりすることが可能 になっている。 当該 D C— D Cコンバータ 4 0は電源制御部 5の制御に対応 した端子間電圧を設定可能である。 ノ ッテリ 4 1は、 パッテリセルが積層さ れて一定の高電圧を端子電圧とし、 図示しないバッテリーコンピュータの制 御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりが可能になって いる。 トラクシヨンインバータ 4 2は直流電流を三相交流に変換し、 トラク シヨンモータ 4 3に供給するものである。 トラクシヨンモータ 4 3は例えば 三相モータであり、 当該燃料電池システム 2 0 0が搭載される自動車の主動 力源、である。 捕機インバータ 4 4は、 高圧補機 4 5を駆動するための直流一 交流変換手段である。高圧捕機 4 5は、コンプレッサ 2 2、循環ポンプ 1 8、 冷却系のモータ類等の燃料電池システム 2 0 0の運転に必要な各種モータ類 である。
制御部 3は、 R AM、 R OM, インターフェース回路等を汎用コンビユー タとしての構成を備えている。 制御部 3は、 内蔵 R OM等に格納されている ソフトウエアプログラムを順次実行することにより、 主として水素ガス供給 系 1、 空気供給系 2、 電力系 4を含む燃料電池システム 2 0 0全体を制御す る他、 当該燃料電池システム 2 0 0を本発明の異常判定装置として動作させ ることが可能になっている。
水素センサ H Dは、 水素ガスの濃度を検出可能に構成された検出装置であ り、 この自動車の後部、 例えば排気ガスの排出口より、 進行方 下流側に設 けられる。 水素センサ H Dは、 水素ガス漏れが生じうる場所に幾つか設けら れていてもよい。 その他の水素センサを設ける場合には、 例えば燃料電池を 収容するコンパートメント内に設けられる。 水素センサ H Dの検出信号 S d は、 制御部 3に読取可能に入力され、 水素ガス濃度が把握されるようになつ ている。 なお、 水素センサ H Dは、 水素ガスの濃度を所定の分解能で検出可 能とする他、 単に一定濃度以上の水素ガスがあるか無いか （存在） を検出す るものであってもよい。
次に、 図 4のフローチャートを参照しながら、 本実施形態 1における異常 判定方法を説明する。 このフローチャートは、 燃料電池システム 2 0 0の動 作中に定期的に実施されるものである。
本実施形態 1の異常判定装置は、水素ガス濃度を水素センサ H Dで検出し、 水素センサ H Dで検出された燃料ガス濃度が所定値以上であった場合に異常 であると判定する第 1の異常判定処理 （手段、 装置） （S 100〜S 102) と、 燃料ガス配管 16の圧力を遮断弁 G 1〜G 4、 L 1等で封止させ、 封止 された燃料ガス配管の圧力変化が所定値以上であった場合に異常であると判 定する第 2の異常判定処理 （手段、 装置） （S 105〜S 1 10) と、 第 2異 常判定処理でも異常と判定された場合にシステム異常として処理する判定処 理 （手段、 装置） （S 1 1 1) とを実行するものである。
また、 第 1の異常判定により異常と判定された後であつて第 2の異常判定 手段による異常判定の前に、 燃料ガス配管の圧力を上昇させる処理 （S 10 4) を含む。 以下具体的に説明する。
図 4に示すように、異常判定処理実行時間となるまでは（ S 100： N O)、 他の制御処理が継続される。 異常判定処理実行時間になると （S 100 ： Y ES)、まず水素センサ HDからの検出信号 S dが参照され、水素ガス濃度が 検出される （S 101)。制御部 3は、水素センサ HDからの検出信号 S dを 参照した上、 現実の水素ガス濃度の相対値を算出する。
検出された水素ガス濃度 Dが、 所定のしきい値 D t h以下である場合 （S 102： NO), システム外部に水素ガスの漏洩が無いものとして第 1の異常 判定処理を終了する。この場合、システム異常ではないと判定される。一方、 検出された水素ガス濃度 D力、所定のしきい値 D t hより大きかった場合（S 102： YE S)、水素センサ HDの検出信号 S dを検討する限りにおいて異 常に水素ガス濃度が高い、 すなわち異常が生じている可能性が推定される。 そこで、 第 2の異常判定処理に移る。 第 2の異常判定処理に先立ち、 燃料 電池システム 200が間欠運転モードに切り替えられる （S 103)。間欠運 転モードは、 必要最小限の燃料電池 100の運転を、 所定のインターバルで 間欠的に実施するモードである。 燃料電池 100は、 休止と運転とが繰り返 される。 休止期間には、 循環ポンプ 18等の補機類が停止状態とされる。 こ のように間欠運転モードに切り替えることで、 配管内の圧力変動要因となる 補機類を停止させ、 より正確な異常判定が可能となるのである。
次いで、所望により配管内燃料ガスが強制的に昇圧される （S 1 0 4 )。 こ のため、 例えば遮断弁 G 1〜G 4を一定時間開弁させて、 所定圧力の水素ガ スを燃科ガス配管 1 5及ぴ燃料ガス配管 1 6に供給させたり、 循環ポンプ 1 8を一定時間運転させ燃料ガス配管 1 6の圧力を高めたりする。 配管内の水 素ガス圧力が低い場合にこのような昇圧処理をすることにより、 ガス漏れを 発見し易くなることが期待できる。 この処理はオプショナルなものであり、 検出可能な程度に配管圧力が存在する場合には不要なステップである。 次いで、 第 2の異常判定処理に移行する。
まず検查対象としたい配管を封止させる （S 1 0 5 )。 ここでは、圧力セン サが配管各所に設けられているため、 封止可能な箇所総てを封止するものと する。 遮断弁 G 1〜G 4及び L 1が遮断されて、 燃料タンク 1 1〜1 4と遮 断弁 L 1間に封止区間が形成される。 また、 遮断弁 L 1と遮断弁 L 3とが遮 断されて、 遮断弁 L 1から燃料電池 1 0 0を介してパージ遮断弁 L 3で区切 られる循環経路が封止区間となる。
そして封止直後 t 1における圧力 P t 1がそれぞれの封止区間の圧力を検 查可能な圧力センサによって検出される （S 1 0 6 )。例えば、燃料タンク 1 ：!〜 1 4と遮断弁 L 1間の封止区間であれば、 圧力センサ p i〜p 4、 p i 0、p 1 1のそれぞれの検出信号に基づき、これら区間の圧力が検出される。 循環経路の封止区間であれば、 圧力センサ p 1 2の検出信号に基づき循環経 路の圧力が検出される。
そして所定時間 t 2が経過するまで待つこどにより （S 1◦ 7 ： N O) ,時 間 t 2経過後 （Y E S ) の配管圧力 P t 2が、 再び同じ圧力センサから検出 される（S 1 0 8 )。配管の流量は、圧力変化の平方根に比例する傾向がある。 そこで、 検出された圧力 P t 1と P t 2との差分を演算し、 さらに時間 t l 〜 t 2間における流量 Qが求められる （S 1 0 9 )。 もしも水素ガスが漏れていないなら、 圧力変化はほぼゼロであり、 したが つて流量 Qもゼロである。 しかし水素ガス漏れが生じていると、 水素ガスの 流出力に応じて圧力が下がる結果、 演算される流量 Qも増える。 そこで、 演 算された流量 Qを、 明らかな水素ガス漏れを推定できるようなしきい値 Q t hと比べる （S 1 1 0 )。 その比較の結果、演算された流量 Qがこの所定のし きい値 Q t h以下であったら （S 1 1 0 ： N O)、水素ガス漏れは無いものと 判断される。 すなわち、 第 1の異常判定処理時には、 局所的に水素ガスが滞 留していたため、 水素ガスが一時的に高い濃度になっていただけであり、 シ ステム異常ではないと判断できるのである。 したがってこのような場合には システム停止等の措置は行わない。
しかし、 演算された流量 Qが所定のしきい値 Q t hより大きかったら （S 1 1 0 ： Y E S )、 ある程度の水素ガス漏れがあると推定される。 このように 判定された場合には、 システム異常として処理する （S l l l )。 すなわち、 燃料電池 1 0 0の運転を完全に停止させるための遮断弁の閉弁措置、 水素ガ スゃ空気の供給停止、 負荷の切り離し等が行われる。
以上、 実施形態 1によれば、 第 1の異常判定において、 水素ガス濃度が高 く異常であると判定された場合に、 さらに第 2の異常判定が起動され、 封止 した配管の圧力変化が大きくガス漏れが推定される場合に初めてシステム異 常と判定される。 したがって、 ごく局所的な水素ガスの滞留があった場合、 第 1の異常判定では異常と判定されたとしても、 配管の圧力降下異常は生じ ていないので、 第 2の異常判定では異常と判定されず、 誤判定を防止可能で ある。 そして、 実際に配管からガス漏れが生じ、 外部の燃料ガス濃度異常が 生じている場合には、 異常な燃料ガス配管の圧力降下も生じるので、 正しく ガス漏れ判定が行われる。
また本実施形態 1によれば、 第 1の異常判定は水素センサ H Dによる水素 ガスの濃度検出であり、第 2の異常判定は圧力センサによる圧力検出であり、 両者の検出原理も検出手順も異なる。 このため、 検出に係る一部の構成要素 に動作不良が生じていても、 最終判定が誤判定となることはない。
また本実施形態 1によれば、 第 1の異常判定時の燃料ガス配管の圧力が相 対的に低かった場合に、 圧力が高められてから、 第 2の異常判定が実施され るので、 圧力 （変化） 状態をより明確に判定可能である。
(実施形態 2 )
本発明の実施形態 2は、 特に第 1の異常判定も第 2の異常判定も圧力に基 づいて行うが、 判定手順を異ならせた異常判定装置の構成例に関する。 本実 施形態のシステム構成は、 図 3に示す実施形態 1のシステムプロック図と同 様のものであるため説明を省略する。 但し、 本実施形態では水素センサ H D は使用しない。
図 5のフローチャートを参照しながら、 本実施形態 2における異常判定方 法を説明する。 このフローチャートは、 燃料電池システム 2 0 0の動作中に 定期的に実施されるものである。
本実施形態 2の異常判定装置は、 燃料ガス配管 1 5、 1 6の圧力を遮断弁 G 1〜G 4、 L 1〜L 3により封止させ、 封止された燃料ガス配管の圧力を 圧力センサ p i〜4、 p 1 0〜1 2により検出し、 封止された燃料ガス配管 の圧力変化が所定値以上であった場合に異常であると判定する第 1異常判定 処理 （手段、 装置） （S 2 0 0〜S 2 0 1 ) と、 各種遮断弁 G 1〜G 4 , L 1 〜L 3、 補機類 （1 8、 2 2 ) 等の発電制御手段により、 燃料電池システム 2 0 0の発電状態を変化させ、 発電量が制限された場合における燃料ガス配 管 1 5、 1 6の圧力が所定値以下であった場合に異常であると判定する第 2 異常判定処理 （手段、 装置） （S 2 0 4〜S 2 0 6 ) と、 第 1異常判定により 異常であると判定された場合に、 第 2の異常判定を起動させる判定処理 （手 段、 装置） （S 2 0 7 ) とが実行されるものである。
また、 第 1の異常判定処理により異常と判定された後であって第 2の異常 判定処理による異常判定の前に、 異常判定に係わるシステムの構成要素を再 動作させる処理 （S 2 0 2〜S 2 0 3 ) が実施される。 以下、 具体的に説明 する。
まず第 1の異常判定のために、 圧力センサ p l〜p 4からの検出信号が参 照され各燃料タンク 1 1〜1 4の圧力相対値が取得され、 圧力センサ p 1 0 〜p 1 2からの検出信号が参照され燃料ガス配管 1 5および 1 6の内圧相対 値が取得される （S 2 0 0 )。制御部 3は、各圧力センサからの検出信号 S d を参照した上、 現実の水素ガス圧力の相対値を算出する。 燃料タンク 1 1〜 1 4については、 燃料タンク 1 1〜1 4のそれぞれから検出された圧力値の 平均値を算出する。 .
通常運転時には、 調圧弁等の作用により、 燃料ガス配管 1 5や 1 6は一定 の水素ガス圧力に保たれている。 もしも燃料ガス配管から何からのガス漏れ を生じていたら、 通常時の圧力から若干水素ガス圧力が低下しているはずで ある。 また、 燃料タンクからの流量は過流にならない程度でなければならな い。 そこで、 燃料ガス配管 1 5及ぴ 1 6については、 検出された水素ガス圧 力が、 前回の検出圧力または予め規定されている標準圧力から一定のしきい 値以上変化していないかを比べる （S 2 0 1 )。燃料タンク 1 1〜1 4につい ては、 検出された各燃料タンクの水素ガス圧力平均値が過流と判定されるし きい値を超えて変動していないかを比べる （S 2 0 2 )。
検出された水素ガス圧力に一定以上の変動が観測された場合 （S 2 0 1 ： Y E S ) ,水素ガスが漏洩している可能性が推定されるため、次のステップに 以降する。 検出された水素ガス圧力 Pが変動していなければ （S 2 0 1 ： N 0)、燃料ガス配管からの水素ガスの漏洩が無いものとして、検出された燃料 タンク内圧と、 前回の検出圧力または予め規定されている標準圧力とが比較 される （S 2 0 2 )。検出された燃料タンク内圧も過流となる程度に変動して いなければ（S 2 0 2： N O)、燃料タンクからも水素ガスの漏洩が無いもの として、 第 1の異常判定処理を終了する。 システム異常は存在しないと判定 される。 一方、 検出された燃料タンク内圧に一定上の変動が観測された場合 ( S 2 0 2 Y E S )、燃料タンク 1 1〜1 4の過流が疑われるため、第 2の異 常判定に移行する。
第 2の異常判定処理に先立ち、 リフレッシュ動作 （再動作） が実施される ( S 2 0 3 )。高圧が印加される遮断弁は遮断が完全に行われない等の動作未 了が希に発生する。 このような動作未了は根本的な故障ではなく、 再度駆動 信号 （開弁信号ゃ閉弁信号） を供給することで回復するものである。 リフレ ッシュ動作は、 遮断弁に一且開弁信号ゃ閉弁信号、 またはこの繰り返しを供 給し、 このような一時的な原因を取り除くものである。 ここで、 例えば燃料 タンクの主止弁である遮断弁 G 1〜G 4に開弁信号が供給されたり、 遮断弁 に開弁信号が供給されたりする。
次いで封止処理が実施される （S 2 0 4 )。第 2の異常判定のために、燃料 ガス配管 1 5、 1 6を封止するのである。 ここでは、 外気への通路となって いるパージ遮断弁 L 3が閉弁される。 併せて燃料電池 1 0 0の電流制限が実 • 施される。第 2の異常判定に移るときはある程度の異常の可能性があるため、 より正確な判定をするために、 必要に応じて運転が制限されても仕方ない。 そこで、 電力系 4を制御し負荷を開放し、 出力電流を制限させる。
同時に間 運転モードに移行する （S 2 0 5 )。 間欠運転モードは、必要最 小限の燃料電池 1 0 0の運転を、 所定のィンターバルで間欠的に実施するモ ードである。 燃料電池 1 0 0は、 休止と運転とが繰り返される。 休止期間に は、 循環ポンプ 1 8等の補機類が停止状態とされる。 このように間欠運転モ 一ドに切り替えることで、 配管内の圧力変動要因となる補機類を停止させ、 より正確な異常判定が可能となるのである。 間欠運転を開始して所定時間経 過したら主止弁である遮断弁 G 1〜G 4を閉弁させる。 水素ガスの供給を停 止して、 燃料ガス配管内の水素ガスを消費させ、 かつ、 閉空間を形成するた めである。
次いで第 2の異常判定処理に移行する。
前回 （S 200) と同様に、 燃料ガス配管内及び燃料タンク内の水素ガス 圧力が圧力センサからの検出信号に基づいて検出される （S 206)。好まし くは、第 1の異常判定で利用した圧力センサとは異なる圧力センサを用いる。 第 1の異常判定で利用した圧力センサが動作不良を生じたため異常と判定さ れていた場合には、 第 2の異常判定で利用するセンサを換えることで、 誤検 出が防止されるからである。 また、 今度は、 水素ガスの変動 （変化率） を判 断するのではなく、 圧力の絶対値について判断をする。 すなわち、 この第 2 の異常判定処理では、 圧力を検出する点で第 1の異常判定処理と同様ではあ るが、 封止された燃料ガス配管内における絶対値を判定する点で、 判定手順 が相違する。
検出された燃料ガス配管内の水素ガス圧力が所定のしきい値 P t h以上で ある場合（S 207 ： YES),水素ガスが燃料ガス配管から漏洩している可 能性が高いので、 異常判定とされる （S 209)。 一方、検出された燃料ガス 配管内の水素ガス圧力がしきい値 P t hより小さい場合、 さらに燃料タンク 内圧が検査される （S 208)。検出された燃料タンク内圧もこのしきい値 P t hより小さい場合ならば（S 208 ·· NO)、燃料ガス配管からも燃料タン クからも水素'ガスの漏洩が無レヽと断定できる。 このためシステムは正常と判 定され、 電流制限 （S 204)、 間欠運転 （S 205) が解除され、 主止弁で ある遮断弁 G 1〜G4が開弁され、 通常運転に移行する （S 210)。 一方、 検出された燃料タンク内圧がしきい値 P t h以下となっていた場合 （S 20 8YES)、燃料タンク 1 1〜14のいずれかから水素ガスが漏洩している可 能性が高いため、 異常判定とされる （S 209)。
異常判定 （S 209) では、 燃料電池システム 200の運転を停止させる ため、 各遮断弁の遮断、 補機類の停止が継続され、 電力系 4の接続も解除さ れる。 そして、 必要に応じて画像や光、 音による警告が行われる。
以上、 本実施形態 2によれば、 第 1の異常判定において、 燃料ガス配管 1 5、 1 6や燃料タンク 1 1〜1 4の圧力低下から異常であると判定されたら、 さらに第 2の異常判が実施され、 発電量が制限された状態における圧力が監 視され、 その圧力が異常であると初めてシステム異常と判定される。 したが つて、 燃料電池 1 0 0の補機類の動作で生じる圧力変動によって第 1の異常 判定時に異常であると判定されるようなことがあつた-としても、 第 2の異常 判定により圧力変動要因を除外した状態で絶対圧が判定され、 誤判定を防止 可能である。 燃料ガス配管からのガス漏れにより、 圧力降下が観測された場 合には、 発電量が制限された状態での圧力が異常に低下した状態となってい るため、 この場合には正しくシステム異常と判定される。
本実施形態 2によれば、 第 1の異常判定において一回異常と判定された場 合にこのような異常判定に関係していた構成要素 （遮断弁） のリフレッシュ が行われるので、 第 2の異常判定においてその動作を正常に復帰させ、 異常 であると誤判定されることを防止可能である。
(実施形態 3 )
本発明の実施形態 3は、 燃料電池システム 2 0 0の構成が若干異なる例に 関する。
図 6に、 本実施形態 3に係る燃料電池システム 2 0 0のシステムブロック 図を示す。
図 6に示す燃料電池システム 2 0 0は、 燃料タンク 1 1〜 1 4の流入 ·流 出系統に設けられている弁構成が異なる点を除き、 実施形態 1の構成と同様 である。
燃料充填配管 1 0から各燃料タンク 1 1〜1 4に流入する配管には、 逆止 弁、 手動弁、 圧力センサ p l〜p 4がそれぞれ設けられている。 圧力センサ と燃料タンクとの間には遮断弁が設けられていないので、 圧力センサ p 1〜 p 4は常時燃料タンクの内圧を検出可能に構成されている。
各燃料タンク 1 1〜1 4から燃料ガス配管 1 5に流出する配管には、 調圧 弁 R 1〜R 4、 手動弁、 遮断弁 G 1〜G 4が設けられている。 遮断弁 G 1〜
G 4は、 制御部 3により各々開閉制御可能に構成されており、 開弁されたと きに内部の水素ガスが燃料ガス配管 1 5に供給されるようになっている。 調 圧弁 R 1〜： R 4は、高圧の燃料タンク内の水素ガスを、一定の二次側圧力（中 間圧力） に減圧して供給するようになっている。
以上の構成により本発明の異常判定方法を実施する場合は、 上記実施形態 とほぼ同様の手順で実施可能である。 但し、 圧力センサ p 1〜p 4について は、 主止弁である遮断弁 G 1〜G 4を開弁させなくても燃料タンクの内圧を 検出可能となっている。このため、例えば、図 5のフローチャートにおいて、 ステップ S 2 0 3でタンクの主止弁を開弁させ、 ステップ S 2 0 5でタンク の主止弁を閉弁させているような処理は、 燃料タンク内圧を圧力センサに検 知させる目的のためには不要である。
本発明は、 この実施形態に示されるように、 弁構成や配管構造を種々に変 形して適用することが可能である。
' (実施形態 4 )
本発明の実施形態 4は、 検出装置の検出原理を異ならせた例であって、 水 素ガスの圧力検出と流量検出を用いた例に関する。
図 7に、 本実施形態 4に係る燃料電池システム 2 0 0のシステムプロック 図を示す。
図 7に示す燃料電池システム 2 0 0は、 基本的に実施形態 1の燃料電池シ ステム （図 3 ) とほぼ同様である。 但し、 本実施形態 4における燃料電池シ ステム 2 0 0では、 燃料タンク 1 1〜 1 4の流出配管において、 遮断弁 G 1 〜G 4と調圧弁 R 1〜R 4との間に、 流量センサ S 1〜 S 4を備えている点 で異なる。 また、 水素ガスの濃度検出は実施しないので、 水素センサ H Dは 設けていない。
次に、 図 8のフローチャートを参照しながら、 本実施形態 4における異常 判定方法を説明する。 このフローチャートは、 燃料電池システム 2 0 0の動 作中に定期的に実施されるものである。
本実施形態 4の異常判定装置は、 第 1の異常判定において燃料タンク 1 1 〜1 4の内圧の変動を検出し、 内圧の変動が検出された場合には、 流量セン サ S 1〜S 4による水素ガスの流量検出が実施され、 その流量に変動があつ た場合にシステム異常と判定するものである。
まず圧力センサ p l〜p 4からの検出信号が参照され各燃料タンク 1 1〜 1 4の圧力相対値が取得され、 また流量センサ S 1〜S 4からの検出信号が 参照され各燃料タンク 1 1〜1 4から燃料ガス配管 1 5に供給される水素ガ ス流量の相対値が取得される （S 3 0 0 )。圧力については、燃料タンク 1 1 〜1 4のそれぞれから検出された圧力値の平均値を算出する。 流量について も、 燃料タンク 1 1〜1 4のそれぞれについて検出された流量値の平均値を 算出する。
通常運転時には、 調圧弁等の作用により、 燃料タンク 1 1〜 1 4の水素ガ ス内圧や燃料タンク 1 1〜1 4からの水素ガス流出量はほぼ一定に保たれて いる。 もしも調圧弁の不良や燃料タンクに不具合が生じていたら、 通常時の 圧力に比べて圧力変動があるはずである。 また、 燃料タンクからの流量は過 流にならない程度でなければならない。 そこで、 検出された各燃料タンクの 水素ガス圧力平均値が過流と判定されるしきい値を超えて変動していないか を比べる （S 3 0 1 )。 すなわち、検出された燃料タンク内圧の平均値と、 前 回の検出圧力または予め規定されている標準圧力とが比較される。その結果、 検出された燃料タンク内圧が過流となる程度に変動していなければ （S 3 0 1 ： N O)、燃料タンクからも水素ガスの漏洩が無いものとして、第 1の異常 判定処理を終了する。 この場合、 システム異常は存在しないと判定される。 一方、 検出された燃料タンク内圧に一定上の変動が観測された場合 （S 2 0 1 ： Y E S ) ,燃料タンク 1 1〜1 4の過流が疑われるため、第 2の異常判 定に移行する。 第 2の異常判定処理としては、 今度は水素ガスの流量が判定 される。 検出された水素ガス流量の平均値が、 所定のしきい値以上に変動し ている場合や、 前回までの流量に比べて一定値以上変動しているかが検查さ れる （S 3 0 2 )。圧力変化と流量変化は密接な関係がある。 ほぼ同じ配管位 置で測定された圧力に変化が生じていたとすれば、 流量にも変化が生じてい るはずである。 また流量に変化が生じていたとすれば圧力にも変動が生じて いるはずである。 そこで、 上記第 1の異常判定において圧力変動が検出され 異常が推測されたら、 直ぐに流量が変動していないかを検査するのである。 水素ガス流量の平均値に変動が生じていない場合（S 3 0 2 ： N O)、密接 な関係のある圧力に変動が生じていたのは、 圧力センサの動作不良であるこ とが推測できる。 このためシステム異常とは判定しない。
一方、 水素ガスの流量の平均値においても変動を生じていた場合 （S 3 0 2： Y E S )、 これは燃料ガス配管 1 5や 1 6または燃料タンク 1 1〜1 4の ガス漏れや各種弁の動作不良が原因で生じていると考えられる。 これは燃料 電池システム 2 0 0の動作に影響を与える不良であるため、 システム異常で あると判定される （S 3 0 3 )。 そして、燃料電池システム 2 0 0の運転を停 止させるため'、 各遮断弁の遮断、 捕機類の停止が継続され、 電力系 4の接続 も解除される。 そして、 必要に応じて画像や光、 音による警告が行われる。 以上、 本実施形態 4によれば、 第 1の異常判定において、 燃料タンク 1 1 〜1 4の圧力変動から異常であると判定されたら、 さらに第 2の異常判が即 に実施され、 流量変動が監視され、 その流量が異常であると初めてシステム 異常と判定される。 密接不可分なシステム状態を異なる方法で異なるセンサ で検出することで、 いずれかの検出装置に動作不良があつたとしても、 誤判 定されることを防止可能である。 特に本実施形態 4によれば、 同一のシステム動作状態 （本実施形態では水 素ガスを供給している状態） において異なる検出原理で検出される二つの物 理量をともに判定した上で最終的なシステム異常であるかの判定を行ってい るので、 検査のための手順を増やしたり、 検查のためにー且間欠動作に切り 替えたりすることが不要である。
(変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用すること が可能である。
例えば、 上記実施形態では、 水素ガス濃度と圧力との組合せ、 圧力変動と 圧力絶対値との組合せ、 圧力変動と流量変動との組合せを例示したが、 これ に限定されずに、 種々に複数の検出装置や判定手順を組み合わせることが可 能である。
また本発明の異常判定装置 （方法） は、 燃料電池システム 2 0 0を搭載す る車両、 船舶、 航空機などの移動体のみならず、 ビル、 家屋などの閉空間に 定置された燃料電池システム 2 0 0にも適用することができる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 一つの異常判定手段で異常判定された場合に他の異常判 定手段により異常判定とされるまでシステム異常とされないので、 一つの異 常判定手段における局所的な異常状態判定や故障があってもその異常のみで は最終判定とならず、 他の異常判定による確認作業が実施されるので、 誤判 定の無い高精度の異常判定が可能である。
よって、 本発明は、 そのような要求のある異常判定装置に広く利用するこ とができる。

Claims

請求の範囲
1 . 燃料電池システムの異常判定装置において、
該システムの異常を判定する異常判定手段を複数備え、
複数の該異常判定手段によって異常と判定された場合に、 システム異常と 判定することを特徴とする燃料電池システムの異常判定装置。
2 . 複数の前記異常判定手段は、 システム状態を検出する検出装置が互い に異なる、 請求項 1に記載の燃料電池システムの異常判定装置。
3 . 複数の前記異常判定手段は、 システムの異常を判定する手順が互いに 異なる、 請求項 1または 2に記載の燃料電池システムの異常判定装置。
4 . 第 1の検出装置と第 2の検出装置とを備え、
前記第 1の検出装置は、 前記燃料電池システム外部に検出部を備え、 前記第 2の検出装置は、 前記燃料電池システムのガス配管内に検出部を備 える、 請求項 2に記載の燃料電池システムの異常判定装置。
5 . 燃料電池システムの異常判定装置において、
該システムの異常を判定する第 1の異常判定手段と、
システムの異常を判定するものであって、 該第 1の異常判定手段とは、 検出装置または異常判定手順の少なくとも一方が異なる第 2の異常判定手段 と、 ''
該第 1の異常判定手段によって異常と判定された場合に、 該第 2の異常判 定手段による異常判定を実施し、 該第 2の異常判定手段によっても異常と判 定された場合に、 システム異常と判定する判定手段と、 を備えたことを特徴 とする燃料電池システムの異常判定装置。
6 . 前記第 1の異常判定手段として、
a ) 燃料電池システム外部の燃料ガス濃度を検出する検出装置；及び b ) 該検出装置で検出された燃料ガス濃度が所定値以上であった場合に異 常であると判定する第 1判定装置を備え、
前記第 2の異常判定手段として、
c ) 燃料ガス配管の圧力を封止させる封止手段；及び
d ) 該封止手段により封止された該燃料ガス配管の圧力変化が所定値以上 5 であった場合に異常であると判定する第 2判定装置を備え、
前記判定手段は、 該第 1判定装置により異常であると判定された場合に、 該第 2の異常判定手段を起動させる、 請求項 5に記載の燃料電池システムの 異常判定装置。
7 . 前記第 1の異常判定手段として、
10 e ) 燃料ガス配管の圧力を封止させる封止手段；
f ) 該封止手段により封止された該燃料ガス配管の圧力を検出する検出装 置；及び
g ) 該封止手段により封止された該燃料ガス配管の圧力変化が所定値以上 であつた場合に異常であると判定する第 1判定装置を備え、
,15 前記第 2の異常判定手段として、
h ) 燃料電池システムの発電状態を変化させる発電制御手段；及び i ) 該発電制御手段により発電量が制限された場合における該燃料ガス配 管の圧力が所定値以下であった場合に異常であると判定する第 2判定装置を 備え、
20 前記判定手段は、 該第 1判定装置により異常であると判定された場合に、 該第 2の異常判定手段を起動させる、 請求項 5に記載の燃料電池システムの 異常判定装置。
8 . 前記第 1の異常判定手段により異常と判定された後であって前記第 2 の異常判定手段による異常判定の前に、 前記燃料ガス配管の圧力を上昇させ
25 る手段をさらに備える、 請求項 6または 7に記載の燃料電池システムの異常 判定装置。
9 . 前記第 1の異常判定手段により異常と判定された後であって前記第 2 の異常判定手段による異常判定の前に、 異常判定に係わるシステムの構成要 素を再動作させる、 請求項 6または 7に記載の燃料電池システムの異常判定 装置。
1 0 . 前記判定手段は、 前記第 2の異常判定手段により異常と判定された 場合に、 前記燃料電池システムを停止させる、 請求項 6乃至 9のいずれか一 項に記載の燃料電池システムの異常判定装置。
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