本発明は、燃料電池システムの燃料残量表示方法および燃料電池搭載車両に関する。

特許文献1には、複数の燃料タンクのうち一部の燃料タンクから燃料放出を行う燃料供給装置が記載されている。この燃料供給装置は、起動時に、1つの燃料タンクの主止弁を開弁して燃料充填を確認し、燃料充填が確認された場合には、全部の燃料タンクの主止弁を開弁する。全部の燃料タンクから燃料が放出され、この放出された燃料の状態に基づいて燃料の残量が検出され、検出された燃料の残量が残量計に表示される。

特開2006−112492号公報

しかしながら、従来の燃料供給装置では、起動時に1つの燃料タンクの主止弁を開弁して燃料充填を確認し、燃料の残量を残量計に表示するのに対し、燃料電池搭載車両では、イグニッションスイッチがオンにされたのち、燃料タンクの主止弁が開く。そのため、燃料電池搭載車両では、イグニッションスイッチがオンにされてから燃料タンクの主止弁が開くまでの間は、燃料の残量を残量計に表示できない、という問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池と燃料ガスタンクの主止弁との間に圧力センサを有する燃料電池システムの燃料残量表示方法が提供される。この燃料電池システムの燃料残量表示方法は、前記主止弁が開いている場合には、前記圧力センサから得られた圧力値から前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を算出して、表示装置に燃料ガスの残量を表示し、前記主止弁が閉じている場合には、前記主止弁が閉じる時点において前記記憶装置に格納された燃料ガスの残量を、前記表示装置に表示する。主止弁が閉じている場合には、圧力センサの値は、燃料ガスタンクの中の圧力を示さない。この形態によれば、主止弁が閉じている場合には、前記圧力センサから得られた圧力値から算出された前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量ではなく、前記主止弁が閉じる時点において前記記憶装置に格納された燃料ガスの残量を、前記表示装置に表示するので、主止弁が開いておらず、圧力センサの圧力から燃料ガスタンクの燃料の残量を算出できない場合であっても、表示装置に燃料ガスの残量を表示できる。

(2)上記形態の燃料電池システムの燃料残量表示方法において、イグニッションスイッチがオフにされたときには、前記主止弁を閉じる前に前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を算出して前記記憶装置に格納してもよい。この形態によれば、イグニッションスイッチがオフにされて燃料電池システムが停止するときに、主止弁を閉じる前の燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を算出して記憶装置に格納できる。

(3)上記形態の燃料電池システムの燃料残量表示方法において、前記主止弁が開いている場合には、前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を算出するごとに、前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を前記記憶装置に格納してもよい。この形態によれば、イグニッションスイッチがオフにされる以外に燃料電池システムが停止した場合であっても、燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量が記憶装置に格納されているので、この記憶装置の値を利用可能である。

(4)上記形態の燃料電池システムの燃料残量表示方法において、前記燃料ガスタンク中の内部の燃料ガスの温度を測定し、前記圧力値から前記燃料ガスタンク中の前記燃料ガスの残量を算出する場合に、前記燃料ガスの温度を用いて算出してもよい。気体の圧力は、温度に依存する。この形態によれば、燃料ガスの残量を正しく算出できる。

(5)上記形態の燃料電池システムの燃料残量表示方法において、外気温を測定し、前記圧力値から前記燃料ガスタンク中の前記燃料ガスの残量を算出する場合に、前記外気温を用いて算出してもよい。燃料ガスタンクに燃料を充填する場合以外は、燃料ガスタンクの温度と、外気温は平衡状態にある。この形態によれば、燃料ガスタンクが複数ある場合であっても、それぞれの燃料ガスタンクの温度センサを設けなくても良い。

(6)本発明の一形態によれば、燃料電池搭載車両が提供される。この燃料電池搭載車両は、燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、前記燃料ガスタンクから前記燃料電池に前記燃料ガスを供給するために燃料ガス供給管と、前記燃料ガスタンクと前記燃料ガス供給管との間に設けられた主止弁と、前記主止弁と前記燃料電池との間の前記燃料ガス供給管の内部の燃料ガスの圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサから得られた圧力から前記燃料ガスタンクの燃料ガスの残量を算出する制御部と、前記燃料ガスの残量を格納する記憶装置と、前記燃料ガスの残量を表示する表示装置と、前記燃料電池搭載車両のイグニッションスイッチと、を備える。前記制御部は、前記主止弁が開いている場合には、前記圧力センサから得られた圧力値から前記燃料ガスタンク中の燃料ガスの残量を算出し、前記燃料ガスの残量を記憶装置に格納するとともに、表示装置に燃料ガスの残量を表示する。前記制御部は、前記イグニッションスイッチがオフからオンにされた場合であって、前記主止弁が開く前には、前記主止弁が閉じる時点において前記記憶装置に格納された燃料ガスの残量を、前記表示装置に表示する。この形態によれば、イグニッションスイッチがオフからオンにされ、主止弁が開く前の状態でも、正しい燃料ガスの残量を表示装置に表示できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの燃料残量表示方法、燃料電池搭載車両の他、燃料ガス供給装置等の形態で実現することができる。

燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両を示す説明図である。

燃料電池システムの燃料ガスの供給系を示す説明図である。

本実施形態の動作フローチャートである。

図1は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両1000を示す説明図である。燃料電池搭載車両1000は、燃料電池100と、制御部200(ECU(Electronic Control Unit)とも呼ぶ。)と、要求出力検知部260と、二次電池300と、電力分配コントローラ310と、駆動モータ320と、ドライブシャフト330と、動力分配ギア340と、車輪350と、を備える。

燃料電池100は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。制御部200は、要求出力検知部260から取得した要求出力値に基づいて、燃料電池100と二次電池300の動作を制御する。要求出力検知部260は、燃料電池搭載車両1000のアクセル(図示せず)の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、運転手からの要求出力を検知する。制御部200は、要求出力から、燃料電池100に要求する要求電力量を算出する。二次電池300として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池300への充電は、例えば、燃料電池100から出力される電力を用いて直接充電することや、燃料電池搭載車両1000が減速するときに燃料電池搭載車両1000の運動エネルギーを駆動モータ320により回生して充電すること、により行うことが可能である。電力分配コントローラ310は、制御部200からの命令を受けて、燃料電池100から駆動モータ320への引き出す電力量と、二次電池300から駆動モータ320へ引き出す電力量を制御する。また、電力分配コントローラ310は、燃料電池搭載車両1000の減速時には、制御部200からの命令を受けて、駆動モータ320により回生された電力を二次電池300に送る。駆動モータ320は、燃料電池搭載車両1000を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ320は、燃料電池搭載車両1000が減速するときには、燃料電池搭載車両1000の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト330は、駆動モータ320が発する駆動力を動力分配ギア340に伝達するための回転軸である。動力分配ギア340は、左右の車輪350へ駆動力を分配する。

図2は、燃料電池システムの燃料ガスの供給系を示す説明図である。燃料電池システムには、燃料ガスの供給系の他に、燃料ガスの排出系、酸化ガスの供給系および排出系、冷却系を備える。ここでは、燃料ガスの供給系のみ説明し、他の系については説明を省略する。

燃料電池システムは、燃料電池100と、第1の燃料ガスタンク110と、第2の燃料ガスタンク115と、燃料ガス供給管120と、第1の主止弁130と、第2の主止弁135と、レギュレーター140と、圧力センサ150と、第1の温度センサ160と、第2の温度センサ165と、制御部200と、表示装置230と、イグニッションスイッチ240と、外気温センサ250と、を備える。第1、第2の燃料ガスタンク110、115は、燃料電池100に供給される燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。第1、第2の燃料ガスタンク110、115は、燃料ガス供給管120を介して燃料電池100に接続されている。第1の燃料ガスタンク110と燃料ガス供給管120との間には、第1の主止弁130が設けられ、第2の燃料ガスタンク115と燃料ガス供給管120との間には、第2の主止弁135が設けられている。主止弁130、135は、開閉により、主止弁から下流への燃料ガスの供給を遮断する弁をいう。燃料ガス供給管120には、レギュレーター140が設けられ、燃料電池100に供給される燃料ガスの圧力を調整している。レギュレーター140と、第1、第2の主止弁130、135と、の間には、圧力センサ150が設けられている。圧力センサ150は、燃料ガス供給管120中の燃料ガスの圧力を取得する。なお、第1の主止弁130、第2の主止弁130が開いている場合には、燃料ガス供給管120中の燃料ガスの圧力は、それぞれ、第1の燃料ガスタンク110、第2の燃料ガスタンク115の内部の燃料ガスの圧力に等しい。また、第1の燃料ガスタンク110には、第1の温度センサ160が設けられ、第2の燃料ガスタンク115には、第2の温度センサ165が設けられている。

制御部200は、演算装置210(「CPU210」とも呼ぶ。)と、記憶装置220を備える。演算装置210は、圧力センサ150が測定した圧力P1と第1、第2の温度センサ160、165が測定した第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の温度T1、T2から第1、第2の燃料ガスタンク110、115の燃料ガスの残量を算出する。第1、第2の燃料ガスタンク110、115の容積V1、V2は、第1、第2の燃料ガスタンク110、115を設計あるいは製造した段階で定まる。また、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の温度T1、T2は、それぞれ、第1の温度センサ160と、第2の温度センサ165から得ることが出来る。したがって、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の燃料ガスの残量n1、n2は、それぞれ以下の式で算出可能である。 n1=(P1・V1)/(R・T1) …(1) n2=(P1・V2)/(R・T2) …(2) ここで、Rは気体定数である。式(1)(2)では、計算を簡単にするために、理想気体の状態方程式(PV=nRT)を用いてnの値を算出したが、ファンデルワールスの状態方程式((P+n²a/V²)・(V−nb)=nRT)や他の気体の状態方程式を用いて、燃料ガスの残量n1、n2の値を解いても良い。

記憶装置220は、算出された燃料ガスの残量を格納する。イグニッションスイッチ240は、燃料電池搭載車両1000のスイッチであり、イグニッションスイッチ240がオンにされると、燃料電池搭載車両1000の燃料電池システム10が起動し、イグニッションスイッチ240がオフにされると、燃料電池搭載車両1000の燃料電池システム10は停止する。燃料電池搭載車両1000のイグニッションスイッチ240がオフになっても記憶装置220の記憶内容が消えないように、記憶装置220は、不揮発性の記憶装置であってもよい。また、イグニッションスイッチ240がオフになっても記憶装置220に電流が供給され、記憶装置220の記憶内容が保持される構成であってもよい。表示装置230は、燃料ガスの残量を表示する。なお、イグニッションスイッチ240がオフになると、表示装置230はオフとなり、燃料ガスの残量の表示が消える。

なお、外部から第1、第2の燃料ガスタンク110、115に燃料ガスが充填される場合には、制御部200は、演算装置210に対して圧力センサ150が測定した圧力の値P1、温度センサ160、165から得られた第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の温度T1、T2、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の容積V1、V2を用いて第1、第2の燃料ガスタンク110、115の燃料ガスの残量n1、n2を算出させ、燃料ガスの残量n1、n2を記憶装置220に格納させる。

図3は、本実施形態の動作フローチャートである。ステップS100において、燃料電池搭載車両1000のイグニッションスイッチ240がオンにされると、制御部200は、第1、第2の主止弁130、135を開けて燃料電池システムを起動する。これにより、燃料電池システムの始動処理、始動操作が開始される。制御部200は、ステップS110において、第1、第2の主止弁130、135が開弁したかを確認する。第1、第2の主止弁130、135が開弁していない場合には、処理をステップS120に移行し、記憶装置220に格納されている燃料ガスの残量を表示装置230に表示する。この燃料ガスの残量は、後述するステップS180の処理により記憶装置220に格納されたものである。一方、第1、第2の主止弁130、135が開弁した場合には、制御部200は、処理をステップS130に移行する。

ステップS130では、制御部200は、圧力センサ150を用いて、燃料ガス供給管120中の燃料ガスの圧力P1を取得する。第1、第2の主止弁130、135が開いていれば、この圧力P1は、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの圧力に等しい。ステップS140では、制御部200は、演算装置210に、圧力P1の値から、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2を算出させる。第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの温度T1、T2を、第1、第2の温度センサ160、165を用いて測定している場合には、圧力P1、温度T1,T2、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の容積V1、V2を用いて、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2を容易に算出できる。なお、第1、第2の燃料ガスタンク110、115に燃料ガスを充填するとき以外、例えば、通常の燃料電池システムの運転状態では、温度T1、T2は、外気温とほぼ平衡状態にあるので、第1、第2の温度センサ160、165の温度T1、T2の代わりに外気温センサ250により測定された外気温を用いても良い。この場合、各燃料ガスタンク110、115に温度センサ160、165を設けなくても良い。制御部200は、ステップS150で、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2を、記憶装置220に格納し、ステップS160では、燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)を、表示装置230に表示する。なお、制御部200は、ステップS130からステップS160の処理を、例えば1分ごと、あるいは5分ごと、のように所定の間隔で繰り返し実行する。なお、燃料電池搭載車両1000の運転中は、燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)が、表示装置230に表示されればよいので、制御部200は、ステップS150の処理を省略しても良い。なお、ステップS150の処理を行えば、イグニッションスイッチ240がオフにされる以外に燃料電池システム10が停止した場合であっても、第1、第2の燃料ガスタンク110、115中の燃料ガスの残量が記憶装置220に格納されているので、この値を利用可能である。

ステップS170において、イグニッションスイッチ240がオフされると、制御部200は、処理をステップS180に移行し、ステップS130からステップS150で行った処理と同じ処理をもう一度実行し、第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2を、記憶装置220に格納する。なお、ステップS130からステップS160の処理を行う繰り返しの間隔が短い場合には、ステップS180で格納される第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2と、イグニッションスイッチ240がオフにされる直前のステップS150で記憶装置220に格納された第1、第2の燃料ガスタンク110、115の内部の燃料ガスの量(残量)n1、n2とは、ほとんど同じ値であるので、制御部200は、ステップS180の処理を行わなくても良い。ステップS190では、制御部200は、第1、第2の主止弁130、135を閉じ、表示装置230をオフする。なお、制御部200は、ステップS180の処理を行う前に表示装置230のオフを行っても良い。

以上、本実施形態によれば、制御部200は、第1、第2の主止弁130、135が開いている場合には、演算装置210に圧力センサ150から得られた圧力値から第1、第2の燃料ガスタンク110、115中の燃料ガスの残量を算出させ、燃料ガスの残量を記憶装置220に格納するとともに、表示装置230に燃料ガスの残量を表示する。イグニッションスイッチ240がオンにされた直後のように、まだ第1、第2の主止弁130、135が閉じている場合には、圧力センサ150から得られた圧力値から算出された第1、第2の燃料ガスタンク110、115中の燃料ガスの残量ではなく、第1、第2の主止弁130、135が閉じる時点において記憶装置220に格納された燃料ガスの残量を、表示装置230に表示する。その結果、第1、第2の主止弁130、135が開いておらず、圧力センサ150の圧力の値から燃料ガスタンクの燃料の残量を算出できない場合であっても、表示装置230に燃料ガスの残量を表示できる。特に、イグニッションスイッチ240がオフからオンにされた直後の第1、第2の主止弁130、135が開く前の状態でも、正しい燃料ガスの残量を表示装置に表示できる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

10…燃料電池システム 100…燃料電池 110…第1の燃料ガスタンク 115…第2の燃料ガスタンク 120…燃料ガス供給管 130…第1の主止弁 135…第2の主止弁 140…レギュレーター 150…圧力センサ 160…第1の温度センサ 165…第2の温度センサ 200…制御部 210…演算装置(CPU) 220…記憶装置 230…表示装置 240…イグニッションスイッチ 250…外気温センサ 260…要求出力検知部 300…二次電池 310…電力分配コントローラ 320…駆動モータ 330…ドライブシャフト 340…動力分配ギア 350…車輪 1000…車両 n1、n2…残量 P1…圧力 V1、V2…容積 T1、T2…温度 R…気体常数