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技術 燃料ガス供給装置

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 上田健一郎吉川慎司斗ヶ沢秀一宮野貢次
出願日 2004年2月19日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2004-043609
公開日 2005年9月2日 (14年8ヶ月経過) 公開番号 2005-235593
状態 未査定
技術分野 燃料電池(システム)
主要キーワード 供給対象物 段バルブ 開弁完了 高圧燃料タンク 電流切替 循環流路内 警告ブザー 切替指令
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

本発明では、燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、燃料遮断弁の開弁が完了したと想定される時間を設定することができる燃料ガス供給装置を提供することを主たる目的とする。

解決手段

燃料ガス供給装置1は、燃料遮断弁13A,13B,13Cの下流側に設けられる圧力検出器14A,14B,14Cと、水素ガス供給開始時に各燃料遮断弁13A,13B,13Cへ起動電流を同時に与える開弁指令手段と、水素ガスの供給開始時において各圧力検出器14A,14B,14Cにより検出した圧力P1,P2,P3に基づいて燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁が全て完了する最大開弁時間を決定する開弁時間決定手段と、前記最大開弁時間の経過後に、燃料遮断弁13A,13B,13Cに供給していた起動電流を保持電流切り替え電流切替手段と、を備えている。

概要

背景

一般的に、天然ガス水素ガスなどの気体燃料として利用する自動車には、天然ガスや水素ガスなどの燃料ガス高圧の状態で貯蔵するための燃料タンクと、燃料タンクからの燃料ガスの放出・停止を切り替えるための燃料遮断弁とから主に構成される燃料ガス供給装置が設けられている。そして、このような燃料ガス供給装置では、燃料遮断弁の前後の圧力差が大きいと燃料遮断弁が開き難い状態となっているため、このような場合には、大きな起動電流を燃料遮断弁に供給することで確実に燃料遮断弁を開放させることが望まれている。その一方、一旦開放された燃料遮断弁をそのままの状態に維持するためには前記したような大きな電流は必要なく小さな電流で済むため、小さな保持電流を燃料遮断弁に供給することで電力消費を抑えるようにすることが望まれている。そのため、従来においては、前記したような問題を解決する技術として、以下のような技術が知られている。

第一の技術としては、燃料遮断弁の前後(上流側および下流側)に設けた圧力センサで圧力差を検出し、その圧力差に応じた所定時間だけ燃料遮断弁に起動電流を流し、この所定時間が経過したら燃料遮断弁が開弁したと判断して、その後保持電流に切り替えるという技術がある(特許文献1参照)。この技術では、既に燃料遮断弁が開放されているのにも関らず、起動電流を供給し続けることが防止されるので、無駄な電力消費が抑えられるといったメリットを有している。

第二の技術としては、燃料遮断弁の前後に設けた圧力センサで圧力差を検出し、その圧力差に応じた大きさの起動電流を所定時間流し、この所定時間が経過したら燃料遮断弁が開弁したと判断して、その後保持電流に切り替えるという技術がある(特許文献2参照)。この技術では、前記第一の技術が電流値二段階に切り替えているのに比べ、圧力差に応じて電流値を多段階に切り替えるので、例えば燃料カット時などの燃料遮断弁を迅速に開放することが必要な場合であっても、圧力差に応じた大きさの起動電流を流すことで、燃料遮断弁が開放されるまでの時間を短縮することができるといったメリットを有している。

特開平11−270412号公報(段落0010、図1,4)
特開2002−256980号公報(段落0023、図1,3)

概要

本発明では、燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、燃料遮断弁の開弁が完了したと想定される時間を設定することができる燃料ガス供給装置を提供することを主たる目的とする。 燃料ガス供給装置1は、燃料遮断弁13A,13B,13Cの下流側に設けられる圧力検出器14A,14B,14Cと、水素ガスの供給開始時に各燃料遮断弁13A,13B,13Cへ起動電流を同時に与える開弁指令手段と、水素ガスの供給開始時において各圧力検出器14A,14B,14Cにより検出した圧力P1,P2,P3に基づいて燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁が全て完了する最大開弁時間を決定する開弁時間決定手段と、前記最大開弁時間の経過後に、燃料遮断弁13A,13B,13Cに供給していた起動電流を保持電流に切り替える電流切替手段と、を備えている。

目的

そこで、本発明では、主として燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、燃料遮断弁の開弁が完了したと想定される時間(開弁時間)を設定することができる燃料ガス供給装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

高圧燃料ガス貯蔵される高圧燃料タンクと、前記高圧燃料タンクから供給対象物に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路に複数設けられる燃料遮断弁と、を備える燃料ガス供給装置であって、前記各燃料遮断弁の下流側にそれぞれ設けられる圧力検出器と、前記燃料ガスの供給開始時に前記複数の燃料遮断弁に所定のタイミングで開弁指令を与える開弁指令手段と、前記燃料ガスの供給開始時において前記各圧力検出器により検出した圧力に基づいて前記燃料遮断弁の開弁が完了する開弁時間を決定する開弁時間決定手段と、前記開弁時間決定手段で決定した開弁時間が経過した後に、前記燃料遮断弁の開弁が完了したと判断する開弁完了判断手段と、を備えたことを特徴とする燃料ガス供給装置。

請求項2

請求項1に記載の燃料ガス供給装置であって、前記開弁完了判断手段により燃料遮断弁の開弁が完了したと判断した後に、前記燃料遮断弁に供給していた起動電流を、それよりも小さい保持電流切り替え電流切替手段を設けたことを特徴とする燃料ガス供給装置。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の燃料ガス供給装置であって、前記開弁完了判断手段は、前記開弁時間の経過後において、前記高圧燃料タンク側に位置する前記圧力検出器で検出した圧力が所定値よりも大きい場合に、前記燃料遮断弁の開弁が完了したと判断することを特徴とする燃料ガス供給装置。

請求項4

請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の燃料ガス供給装置であって、前記各圧力検出器の間に前記高圧の燃料ガスの圧力を減圧する圧力調整手段を設けたことを特徴とする燃料ガス供給装置。

請求項5

請求項4に記載の燃料ガス供給装置であって、前記供給対象物は、水素ガスが供給される燃料電池であって、前記開弁時間の経過後において、前記高圧燃料タンク側に位置する前記圧力検出器で検出した圧力が所定値以下の場合は、前記燃料電池への起動命令禁止する禁止手段を設けたことを特徴とする燃料ガス供給装置。

技術分野

0001

本発明は、天然ガス水素ガスなどの燃料ガスエンジン燃料電池などに供給するための燃料ガス供給装置に関するものである。

背景技術

0002

一般的に、天然ガスや水素ガスなどの気体燃料として利用する自動車には、天然ガスや水素ガスなどの燃料ガスを高圧の状態で貯蔵するための燃料タンクと、燃料タンクからの燃料ガスの放出・停止を切り替えるための燃料遮断弁とから主に構成される燃料ガス供給装置が設けられている。そして、このような燃料ガス供給装置では、燃料遮断弁の前後の圧力差が大きいと燃料遮断弁が開き難い状態となっているため、このような場合には、大きな起動電流を燃料遮断弁に供給することで確実に燃料遮断弁を開放させることが望まれている。その一方、一旦開放された燃料遮断弁をそのままの状態に維持するためには前記したような大きな電流は必要なく小さな電流で済むため、小さな保持電流を燃料遮断弁に供給することで電力消費を抑えるようにすることが望まれている。そのため、従来においては、前記したような問題を解決する技術として、以下のような技術が知られている。

0003

第一の技術としては、燃料遮断弁の前後(上流側および下流側)に設けた圧力センサで圧力差を検出し、その圧力差に応じた所定時間だけ燃料遮断弁に起動電流を流し、この所定時間が経過したら燃料遮断弁が開弁したと判断して、その後保持電流に切り替えるという技術がある(特許文献1参照)。この技術では、既に燃料遮断弁が開放されているのにも関らず、起動電流を供給し続けることが防止されるので、無駄な電力消費が抑えられるといったメリットを有している。

0004

第二の技術としては、燃料遮断弁の前後に設けた圧力センサで圧力差を検出し、その圧力差に応じた大きさの起動電流を所定時間流し、この所定時間が経過したら燃料遮断弁が開弁したと判断して、その後保持電流に切り替えるという技術がある(特許文献2参照)。この技術では、前記第一の技術が電流値二段階に切り替えているのに比べ、圧力差に応じて電流値を多段階に切り替えるので、例えば燃料カット時などの燃料遮断弁を迅速に開放することが必要な場合であっても、圧力差に応じた大きさの起動電流を流すことで、燃料遮断弁が開放されるまでの時間を短縮することができるといったメリットを有している。

0005

特開平11−270412号公報(段落0010、図1,4)
特開2002−256980号公報(段落0023、図1,3)

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、前記した二つの技術では、燃料遮断弁の前後に圧力センサが必要となるため、例えば燃料遮断弁を複数設ける場合には、この燃料遮断弁の数よりも一つ多く圧力センサを設ける必要があった。また、前記した二つの技術では、起動電流が燃料遮断弁に所定時間供給されたら、燃料遮断弁が開放されたと判断しているので、燃料遮断弁の開弁が完了しないままシステム起動させてしまう場合があった。

0007

そこで、本発明では、主として燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、燃料遮断弁の開弁が完了したと想定される時間(開弁時間)を設定することができる燃料ガス供給装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

前記課題を解決する本発明のうち請求項1に記載の発明は、高圧の燃料ガスが貯蔵される高圧燃料タンクと、前記高圧燃料タンクから供給対象物に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路に複数設けられる燃料遮断弁と、を備える燃料ガス供給装置であって、前記各燃料遮断弁の下流側にそれぞれ設けられる圧力検出器と、前記燃料ガスの供給開始時に前記複数の燃料遮断弁に所定のタイミングで開弁指令を与える開弁指令手段と、前記燃料ガスの供給開始時において前記各圧力検出器により検出した圧力に基づいて前記燃料遮断弁の開弁が完了する開弁時間を決定する開弁時間決定手段と、前記開弁時間決定手段で決定した開弁時間が経過した後に、前記燃料遮断弁の開弁が完了したと判断する開弁完了判断手段と、を備えたことを特徴とする。

0009

ここで、「所定のタイミングで開弁指令を与える」とは、開弁指令(起動電流)を所定時間ずつずらして各燃料遮断弁に与えることを意味することは勿論のこと、開弁指令を同時に各燃料遮断弁に与えることをも意味する。また、「開弁時間」とは、燃料遮断弁の開弁が完了したと想定される時間を意味する。

0010

請求項1に記載の発明によれば、例えばイグニッションスイッチがONされたときなどの燃料ガスの供給開始時において、まず、開弁指令手段により各燃料遮断弁に所定のタイミングで起動電流が与えられるとともに、各燃料遮断弁の下流側に設けた各圧力検出器によって圧力が検出される。続いて、開弁時間決定手段により各圧力検出器で検出した圧力に基づいて開弁時間が決定される。そして、この開弁時間が経過した後は、開弁完了判断手段によって燃料遮断弁の開弁が完了したと判断される。

0011

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料ガス供給装置であって、前記開弁完了判断手段により燃料遮断弁の開弁が完了したと判断した後に、前記燃料遮断弁に供給していた前記起動電流を、それよりも小さい保持電流に切り替える電流切替手段を設けたことを特徴とする。

0012

請求項2に記載の発明によれば、開弁完了判断手段により開弁が完了したと判断されるまでの間、燃料遮断弁に起動電流が供給され、開弁完了判断手段により開弁が完了したと判断された後保持電流に切り替えられることとなる。

0013

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の燃料ガス供給装置であって、前記開弁完了判断手段は、前記開弁時間の経過後において、前記高圧燃料タンク側に位置する前記圧力検出器で検出した圧力が所定値よりも大きい場合に、前記燃料遮断弁の開弁が完了したと判断することを特徴とする。

0014

請求項3に記載の発明によれば、開弁完了判断手段によって、開弁時間の経過後に、高圧燃料タンク側に位置する圧力検出器で検出した圧力が所定値よりも大きいか否かが判断され、所定値よりも大きい場合に燃料遮断弁の開弁が完了したと判断される。そして、このように開弁が完了したと判断された後は、燃料遮断弁に供給されていた起動電流が止められ、この起動電流の代わりに保持電流が供給されることとなる。

0015

請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の燃料ガス供給装置であって、前記各圧力検出器の間に前記高圧の燃料ガスの圧力を減圧する圧力調整手段を設けたことを特徴とする。

0016

請求項4に記載の発明によれば、例えば燃料電池のような高圧の燃料ガスを減圧して供給する複雑なシステムにおいて、圧力検出器の数を減らすことができるので、その分コストを低くすることが可能となる。

0017

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の燃料ガス供給装置であって、前記供給対象物は、水素ガスが供給される燃料電池であって、前記開弁時間の経過後において、前記高圧燃料タンク側に位置する前記圧力検出器で検出した圧力が所定値以下の場合は、前記燃料電池への起動命令禁止する禁止手段を設けたことを特徴とする。

0018

請求項5に記載の発明によれば、禁止手段は、開弁時間が経過した後、高圧燃料タンク側に位置する圧力検出器で検出した圧力が所定値以下のときに、燃料が少ないと判断し、燃料電池への起動命令を禁止して燃料電池を起動させないようにする。

発明の効果

0019

請求項1に記載の発明によれば、各燃料遮断弁の下流側の圧力のみに基づいて開弁時間を決定できるので、燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、開弁時間を設定することができる。

0020

請求項2に記載の発明によれば、開弁完了判断手段により開弁が完了したと判断されるまでの間だけ起動電流を流せばよいので、消費電力を抑えることができる。

0021

請求項3に記載の発明によれば、開弁完了判断手段が燃料遮断弁の開弁状態により変化する圧力に基づいて燃料遮断弁の開弁を判断するので、従来のような通電時間で燃料遮断弁の開弁を判断する構造に比べ、確実に燃料遮断弁の開弁を判断することができる。また、このように確実に燃料遮断弁の開弁を判断することが可能となることによって、燃料遮断弁の開弁が完了しないままシステムを起動させてしまうといった不具合を解消することができる。

0022

請求項4に記載の発明によれば、例えば燃料電池のような高圧の燃料ガスを減圧して供給する複雑なシステムにおいて、圧力検出器の数を減らすことができるので、その分コストを低くすることが可能となる。

0023

請求項5に記載の発明によれば、禁止手段によって燃料が少ないと判断された場合は、燃料電池が起動しないので、無駄な消費電力を抑えることができる。

発明を実施するための最良の形態

0024

〔第1の実施形態〕
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は第1の実施形態に係る燃料ガス供給装置を示す構成図であり、図2図1の制御部の構成を示すブロック図である。また、図3は、開弁時間決定手段が参照する第一マップを示す図(a)と、第二マップを示す図(b)と、第三マップを示す図(c)である。

0025

図1に示すように、燃料ガス供給装置1は、高圧燃料タンク11、燃料ガス供給路12、三つの燃料遮断弁13A,13B,13C、三つの圧力検出器14A,14B,14C、二つのレギュレータ(圧力調整手段)15A,15Bおよび制御部16で主に構成されている。なお、以下の説明においては、便宜上、三つの燃料遮断弁13A,13B,13Cを上流側から順に第一燃料遮断弁13A、第二燃料遮断弁13B、第三燃料遮断弁13Cとも呼び、三つの圧力検出器14A,14B,14Cを上流側から順に第一圧力検出器14A、第二圧力検出器14B、第三圧力検出器14Cとも呼び、二つのレギュレータ15A,15Bを上流側から順に第一レギュレータ15A、第二レギュレータ15Bとも呼ぶこととする。

0026

高圧燃料タンク11内には、数十MPaの高圧の水素ガス(燃料ガス)が貯蔵されており、この水素ガスは前記した三つの燃料遮断弁13A,13B,13Cが開放されることで燃料電池(供給対象物)FCへ供給されるようになっている。燃料ガス供給路12は、高圧燃料タンク11から燃料電池FCに水素ガスを導くための管状の流路である。

0027

三つの燃料遮断弁13A,13B,13Cは、それぞれ燃料ガス供給路12の適所に設けられている。燃料遮断弁13A,13B,13Cは、制御部16から起動電流が供給されることで図示せぬソレノイドコイル励磁し、その磁力によって常時ばねで閉方向に付勢されている図示せぬ固定子が強い力で吸引されることによって燃料遮断弁13A,13B,13Cの前後の圧力差が高い場合でも開放されるようになっている。また、燃料遮断弁13A,13B,13Cは、制御部16から保持電流(起動電流よりも小さい電流)が供給されることで、前記ソレノイドコイルによる吸引力、前記ばねによる付勢力、前記水素ガスからの圧力などが釣り合って前記固定子が所定の位置で維持され、その開放状態が維持されるようになっている。なお、この燃料遮断弁13A,13B,13Cとしては、主にメインバルブパイロットバルブを有する二段バルブ式の燃料遮断弁や、主にメインバルブ、パイロットバルブ、セカンドバルブを有する三段バルブ式の燃料遮断弁などを適用できる。

0028

三つの圧力検出器14A,14B,14Cは、燃料ガス供給路12内の圧力を検出するものであり、各燃料遮断弁13A,13B,13Cの下流側にそれぞれ設けられている。具体的には、最も高圧燃料タンク11側に位置する第一燃料遮断弁13Aの下流側、詳しくは第一燃料遮断弁13Aと第二燃料遮断弁13Bとの間に、第一圧力検出器14Aが配設されている。また、第二燃料遮断弁13Bの下流側、詳しくは第二燃料遮断弁13Bと第三燃料遮断弁13Cとの間に第二圧力検出器14Bが配設され、第三燃料遮断弁13Cの下流側、詳しくは第三燃料遮断弁13Cと燃料電池FCとの間に第三圧力検出器14Cが配設されている。

0029

二つのレギュレータ15A,15Bは、高圧の水素ガスの圧力を減圧するものであり、各圧力検出器14A,14B,14Cの間にそれぞれ設けられている。具体的には、第二燃料遮断弁13Bと第二圧力検出器14Bとの間に第一レギュレータ15Aが配設され、第三燃料遮断弁13Cと第三圧力検出器14Cとの間に第二レギュレータ15Bが配設されている。なお、このようにレギュレータ15A,15Bが配設されることにより、燃料供給中において高圧燃料タンク11から第一レギュレータ15Aまでの間が高圧領域となり、第一レギュレータ15Aから第二レギュレータ15Bまでの間が前記高圧領域よりも低い中圧領域となり、第二レギュレータ15Bから燃料電池FCまでの間が前記中圧領域よりも低い低圧領域となっている。そのため、燃料供給時においては、第一圧力検出器14Aが高圧領域の圧力を検出し、第二圧力検出器14Bが中圧領域の圧力を検出し、第三圧力検出器14Cが低圧領域の圧力を検出するようになっている。

0030

なお、本実施形態では、燃料ガス供給装置1を強調して示すため、燃料電池システム全体を簡略化して図示したが、実際の燃料電池システムには、一旦燃料電池FCに供給した水素ガスを循環して使用するための循環流路エゼクタおよび循環ポンプや、循環流路内の水素ガスを外部にパージするためのパージ弁などが設けられている。

0031

制御部16は、燃料電池システムの各機器を制御するものであるが、本実施形態においては特に燃料ガス供給装置1やスーパーチャージャS/Cの制御を行うものとして説明することとする。具体的に、制御部16は、図2に示すように、開弁指令手段16a、開弁時間決定手段16b、開弁完了判断手段16c、電流切替手段16dおよび禁止手段16eを主に備えている。

0032

開弁指令手段16aは、図示せぬイグニッションスイッチをONにしたとき(水素ガスの供給開始時)に、各燃料遮断弁13A,13B,13Cを駆動する弁駆動回路VCに所定のタイミングで、本実施形態においては同時のタイミングで開弁指令を与えるものである。ここで、開弁指令とは、閉塞状態にある燃料遮断弁13A,13B,13Cを開弁させるために必要な電流値となる起動電流の供給を弁駆動回路VCに指令する信号であり、供給すべき電流値と、駆動する弁のID(識別番号)とを含んで構成される。

0033

なお、弁駆動回路VCは、燃料遮断弁13A,13B,13Cを駆動する周知の回路であり、開弁指令(電流値、弁のID)に基づいて、該当するIDの弁に決められた電流を供給して弁を駆動させるものである。

0034

また、開弁指令手段16aは、前記イグニッションスイッチのON信号が入力されると、前記した開弁指令を出力する前に、前記イグニッションスイッチのONとともに起動される各圧力検出器14A,14B,14Cで検出した各圧力P1,P2,P3(図1参照)を初期圧力P1ST,P2ST,P3ST(図4参照)として記憶する機能も有している。さらに、開弁指令手段16aは、前記した開弁指令を出力した後に、前記した初期圧力P1ST,P2ST,P3STを開弁時間決定手段16bに出力する機能も有している。なお、初期圧力P1ST,P2ST,P3STの出力のタイミングは、開弁指令を出力した後に限定されず、開弁指令と同時、または、開弁指令を出力する前であってもよい。

0035

開弁時間決定手段16bは、開弁指令手段16aから各初期圧力P1ST,P2ST,P3STを示す信号を受け取ると、その信号に基づいて各燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁を全て完了させるための最大開弁時間を決定する機能を有している。具体的には、図3(a)〜(c)に示すように、開弁時間決定手段16bは、各初期圧力P1ST,P2ST,P3STに対応する第一マップ、第二マップ、第三マップを参照することで、各開弁時間T1,T2,T3を決定している。また、開弁時間決定手段16bは、前記のように決定した各開弁時間T1,T2,T3のうち最大値となる最大開弁時間を選択し、この最大開弁時間を図示せぬタイマーにセットすることで、その最大開弁時間が経過したか否かを判断している。そして、開弁時間決定手段16bは、最大開弁時間が経過したと判断すると、最大開弁時間が経過したことを示す信号を開弁完了判断手段16c(図2参照)に出力する。

0036

なお、各マップは、横軸に初期圧力を取り、縦軸に開弁時間を取ったグラフであって、実験シミュレーションなどの結果に基づいて作られている。また、タイマーによって最大開弁時間をカウントする機能は、開弁時間決定手段16bに持たせずに、後記する開弁完了判断手段16cに持たせてもよい。

0037

開弁完了判断手段16cは、開弁時間決定手段16bから前記した信号を受け取ると、第一圧力検出器14Aで検出している圧力P1(図1参照)を受け取り、この圧力P1が所定値となる圧力PLOW(図4参照)よりも大きいか否かを判断する機能を有している。ここで、開弁完了判断手段16cが受け取る圧力P1は、最大開弁時間の経過後に第一圧力検出器14Aで検出された圧力値となっている。また、圧力PLOWは、高圧燃料タンク11内に水素ガスがほとんど存在しないときの高圧燃料タンク11内の圧力値に設定されている。

0038

そして、開弁完了判断手段16cは、圧力P1が圧力PLOWよりも大きい場合に、全ての燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁が完了したと判断し、その後スーパーチャージャS/Cを駆動させる駆動信号をスーパーチャージャ駆動回路SCCに出力するとともに、開弁が完了したことを示す開弁完了信号を電流切替手段16dに出力する。また、開弁完了判断手段16cは、圧力P1が圧力PLOW以下である場合に、高圧燃料タンク11がほぼ空になっていることを示すガス欠信号を禁止手段16eに出力する。

0039

電流切替手段16dは、開弁完了判断手段16cから前記開弁完了信号を受け取ると、今まで燃料遮断弁13A,13B,13Cに供給していた起動電流を、それよりも小さい保持電流に切り替えるための切替指令(電流値と弁のIDとを含む指令)を弁駆動回路VCに出力する機能を有している。

0040

禁止手段16eは、開弁完了判断手段16cから前記ガス欠信号を受け取ると、燃料電池FCへの起動命令を禁止する禁止信号を、燃料電池FCから取り出す電流を制限するためのVCU(Voltage Control Unit)に出力するとともに、運転者ガス欠を報せるための警告信号を図示せぬ警告装置警告ランプ警告ブザーなど)に出力する機能を有している。

0041

また、図1に示すように、スーパーチャージャS/Cは、外部の空気(エア)を圧縮して燃料電池FCに供給するものであり、前記した開弁完了判断手段16c(図2参照)から駆動信号が入力されるスーパーチャージャ駆動回路SCCを介して駆動するようになっている。なお、スーパーチャージャ駆動回路SCCは、インバータ等の電気電子回路から構成されている。

0042

次に、燃料ガス供給装置1の制御部16の動作について、主に図2および図4を参照して説明する。参照する図面において、図4は、図1の制御部の制御フローを示すフローチャートである。

0043

図2に示す開弁指令手段16aでは、図4に示すように、常時燃料電池FCへの燃料(水素ガス)の供給が要求されているか否か、本実施形態においては前記イグニッションスイッチがONにされているか否かが判断されている(ステップS1)。ステップS1において、前記イグニッションスイッチがONにされていると判断した場合は(Yes)、このイグニッションスイッチのONと同時に起動される各圧力検出器14A,14B,14Cで検出した圧力P1,P2,P3が初期圧力P1ST,P2ST,P3STとして開弁指令手段16aに記憶される(ステップS2)。また、ステップS1において、前記イグニッションスイッチがOFFになっていると判断した場合は(No)、再度ステップS1の処理を繰り返すこととなる。

0044

ステップS2において初期圧力P1ST,P2ST,P3STを記憶した後は、開弁指令手段16aによって弁駆動回路VCに、各燃料遮断弁13A,13B,13Cを同時に開弁するための開弁指令が供給される(ステップS3)。これにより、各燃料遮断弁13A,13B,13Cには、起動電流が弁駆動回路VCによって同時に供給されることとなる。ステップS3の後は、開弁指令手段16aから開弁時間決定手段16bに各初期圧力P1ST,P2ST,P3STが出力され、開弁時間決定手段16bが、図3(a)に示す第一マップを参照して初期圧力P1STから開弁時間T1を算出する(ステップS4)。同様に、この開弁時間決定手段16bは、図3(b)に示す第二マップを参照して初期圧力P2STから開弁時間T2を算出するとともに(ステップS5)、図3(c)に示す第三マップを参照して初期圧力P3STから開弁時間T3を算出する(ステップS6)。

0045

前記のようなステップS4〜S6の処理が終了すると、開弁時間決定手段16bは算出した各開弁時間T1,T2,T3の中から最大値となる最大開弁時間を選択し、この最大開弁時間をタイマーにセットする(ステップS7)。このタイマーでは、常時セットされた数値(最大開弁時間)がゼロになったか否かを判断し(ステップS8)、ゼロになっていないと判断した場合は(No)、セットされた数値を減算し(ステップS9)、再度ステップS8の処理を繰り返すこととなる。また、ステップS8において、ゼロになったと判断された場合は(Yes)、開弁時間決定手段16bから開弁完了判断手段16cに最大開弁時間が経過したことを示す信号が出力される。

0046

そして、開弁完了判断手段16cは、開弁時間決定手段16bから前記した信号を受け取ると、そのときの第一圧力検出器14Aで検出した圧力P1が圧力PLOWよりも大きいか否かを判断する(ステップS10)。ステップS10において、圧力P1が圧力PLOWよりも大きいと判断された場合は(Yes)、開弁完了判断手段16cによって全ての燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁が完了したと判断される(ステップS11)。そして、このように開弁完了判断手段16cが判断することによって、スーパーチャージャ駆動回路SCCを介してスーパーチャージャS/Cが駆動されるとともに(ステップS12)、電流切替手段16dが弁駆動回路VCに切替指令を出して今まで燃料遮断弁13A,13B,13Cに供給されていた起動電流が、それよりも小さい保持電流に切り替えられる。

0047

また、ステップS10において、圧力P1が圧力PLOW以下であると判断された場合は(No)、開弁完了判断手段16cによって「燃料の残量が低下しているためシステムを停止すべきである」と判断される(ステップS13)。そして、このように開弁完了判断手段16cが判断すると、この開弁完了判断手段16cから禁止手段16eにガス欠信号が出力され、このガス欠信号に基づいて禁止手段16eが、VCUによる燃料電池FCからの電流の取り出しを禁止させるとともに、図示せぬ警告装置を介してガス欠であることを運転者に報せることとなる(ステップS14)。なお、ステップS14や前記したステップS12の後は、この制御フローが終了することとなる。

0048

以上によれば、第1の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
(1)各燃料遮断弁13A,13B,13Cの下流側の圧力のみに基づいて開弁時間T1,T2,T3を決定できるので、従来のように燃料遮断弁の前後に圧力センサを設けることなく、すなわち燃料遮断弁と同じ数だけ圧力センサを設けるだけで、燃料遮断弁への起動電流の供給時間(開弁時間)を設定することができる。

0049

(2)開弁完了判断手段16cが第一燃料遮断弁13Aの開弁状態により変化する圧力P1に基づいて燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁を判断するので、従来のような通電時間で燃料遮断弁の開弁を判断する構造に比べ、確実に燃料遮断弁の開弁を判断することができる。また、このように確実に燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁を判断することが可能となることによって、燃料遮断弁13A,13B,13Cの開弁が完了しないままシステムを起動させてしまうといった不具合を解消することができる。

0050

(3)禁止手段16eによって燃料が少ないと判断された場合は、燃料電池FCが起動しないので、無駄な消費電力を抑えることができる。
(4)本実施形態では、開弁指令手段16aが各燃料遮断弁13A,13B,13Cに対して同時に開弁指令を出力するので、燃料電池FCの起動までの時間を短縮することができる。
(5)開弁時間決定手段16bが各燃料遮断弁13A,13B,13Cの各開弁時間T1,T2,T3の中から最大値を選択し、その最大値で全ての燃料遮断弁13A,13B,13Cへの保持電流の切替を制御するので、制御が簡単になる。

0051

なお、本発明は前記第1の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第1の実施形態では、開弁時間決定手段16bに各開弁時間T1,T2,T3の中から最大値を選択させているが、本発明はこれに限定されず、例えば各開弁時間T1,T2,T3に基づいて各燃料遮断弁13A,13B,13Cを別々に制御してもよい。

0052

〔第2の実施形態〕
以下に、本発明に係る燃料ガス供給装置における第2の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の燃料ガス供給装置1の一部を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図5は第2の実施形態に係る燃料ガス供給装置を示す構成図であり、図6図5の制御部の構成を示すブロック図である。

0053

図5に示すように、燃料ガス供給装置2は、図1に示す第1の実施形態に係る燃料ガス供給装置1の構成から第二燃料遮断弁13Bと第二圧力検出器14Bを取り除いた構成となっている。すなわち、この燃料ガス供給装置2は、二つの燃料遮断弁13A,13Cを、それらの下流側にそれぞれ設けた二つの圧力検出器14A,14Cで検出した圧力P1,P3に基づいて制御する構造となっている。また、本実施形態に係る燃料ガス供給装置2の制御部16’は、第1の実施形態と比べ、制御対象である燃料遮断弁の数や制御に利用するデータ(圧力)が、三つから二つになる点で多少異なる他、図6に示す開弁時間決定手段16b’による開弁時間の決定方法が第1の実施形態とは大きく異なっている。そのため、以下においては、開弁時間決定手段16b’の第1の実施形態とは大きく異なる点について説明し、その他の開弁指令手段16a、開弁完了判断手段16c、電流切替手段16dなどの機能においては前記したように制御対象や制御に利用するデータの数が変更されただけなのでその説明を省略することとする。

0054

図6に示すように、開弁時間決定手段16b’は、開弁指令手段16aから各初期圧力P1ST,P3ST(図7(a)参照)を示す信号を受け取ると、その信号に基づいて各燃料遮断弁13A,13Cの開弁を全て完了させるための最大開弁時間を決定する機能を有している。具体的に、開弁時間決定手段16b’は、図7(b)に示すような初期圧力P1ST,P3STや開弁時間T4の関係を示すマップを参照することで、燃料遮断弁13A,13Cの開弁を全て完了させるための開弁時間T4を決定している。なお、マップは、横軸に初期圧力P1STを取り、縦軸に開弁時間T4を取ったグラフであって、このグラフは初期圧力P3STの値が大きくなればなるほど下側に移行するようになっている(図ではグラフが三段階に移行した様子を示している)。

0055

次に、燃料ガス供給装置2の制御部16’の動作について、主に図6および図7を参照して説明する。参照する図面において、図7は、図5の制御部の制御フローを示すフローチャート(a)と、開弁時間決定手段が参照するマップを示す図(b)である。

0056

図7(a)に示すように、制御部16’(図6参照)の動作は、第1の実施形態におけるステップS4〜S6(図4参照)の処理を新たなステップS15という処理に置き換える点で異なり、その他の処理(ステップS1〜S3、S7〜S14)については前記したような制御対象の数などが異なるだけでほぼ同様の処理となっている。そのため、ここでは新たに設けたステップS15の処理について説明することとする。

0057

ステップS15では、図6に示す開弁時間決定手段16b’が、図7(b)に示すマップを参照しつつ、開弁指令手段16aから出力される初期圧力P1ST,P3STに基づいて開弁時間T4を算出する。その後は、ステップS7にて開弁時間T4がタイマーにセットされ、前記した第1の実施形態と同様のステップS8〜S14の処理が適宜行われることとなる。

0058

以上によれば、第2の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
開弁時間決定手段16b’による開弁時間T4の決定に一つのマップだけを用いればよいので、制御を単純化することができる。

0059

なお、本発明は本実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、マップによって開弁時間を算出するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばテーブルや関数を用いて、開弁時間を算出するようにしてもよい。
本実施形態では、開弁完了判断手段として、開弁時間の経過後において、第一圧力検出器14Aで検出した圧力P1が所定値PLOWよりも大きい場合に、燃料遮断弁13A,・・・の開弁が完了したと判断するものを採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば開弁時間が経過したら、燃料遮断弁13A,・・・の開弁が完了したと判断するものを採用してもよい。

図面の簡単な説明

0060

第1の実施形態に係る燃料ガス供給装置を示す構成図である。
図1の制御部の構成を示すブロック図である。
開弁時間決定手段が参照する第一マップを示す図(a)と、第二マップを示す図(b)と、第三マップを示す図(c)である。
図1の制御部の制御フローを示すフローチャートである。
第2の実施形態に係る燃料ガス供給装置を示す構成図である。
図5の制御部の構成を示すブロック図である。
図5の制御部の制御フローを示すフローチャート(a)と、開弁時間決定手段が参照するマップを示す図(b)である。

符号の説明

0061

1燃料ガス供給装置
11高圧燃料タンク
12燃料ガス供給路
13A 第一燃料遮断弁
13B 第二燃料遮断弁
13C 第三燃料遮断弁
14A 第一圧力検出器
14B 第二圧力検出器
14C 第三圧力検出器
15A 第一レギュレータ
15B 第二レギュレータ
16 制御部
16a開弁指令手段
16b開弁時間決定手段
16c開弁完了判断手段
16d電流切替手段
16e禁止手段
FC燃料電池
P1,P2,P3 圧力
PLOW 圧力
T1 開弁時間
T2 開弁時間
T3 開弁時間
T4 開弁時間

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