JP6593366B2 - ガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給システムに関する。

ガス供給システムは、ガス消費機器の燃料ガス、例えば燃料電池の燃料ガスである水素ガスを高圧でガスタンクに貯留し、その貯留した水素ガスを燃料電池のアノードに供給している。そして、ガスタンクのガス残量の検出に必要なセンサ検出値の校正に、ガス供給流路の減圧弁の上流側に設けた高圧センサの検出値を、減圧弁の下流側に設けた低圧センサの検出値で校正する手法が提案されている（例えば特許文献１）。そして、この特許文献で提案されたガス残量検出手法では、高圧センサの検出値の校正処理を、ガスタンク下流の遮断弁が閉じられた状況で、遮断弁の下流側の流路中のガスをガス受容ユニットに供給する間に実行している。

特開２０１３−１７７９１０号公報

上記の特許文献は、閉状態にある遮断弁の下流側流路のガスが供給されるガス受容ユニットとして燃料電池を用いており、この燃料電池に、センサ検出値の校正処理の間にアノードに水素ガスを供給している。よって、燃料電池では、遮断弁が閉じられた発電停止の状況でありながら、アノードに供給される水素ガス中の水素とカソードの残存酸素とにより運転が継続する。その一方、発電停止の状況下では、燃料電池からの給電がなされない、或いは僅かな給電しかなされないので、燃料電池の運転は緩慢となる。よって、閉状態にある遮断弁の下流側流路の水素ガスのガス圧低下も緩慢となり、その分だけセンサ検出値の低下が進まない。また、燃料電池の運転継続時間も長くなると共に、燃料電池の運転に伴う運転音が騒音となり得ることが危惧される。なお、上記の特許文献は、燃料電池とは別のアキュムレータをガス受容ユニットとして使用可能としているものの、アキュムレータを燃料電池に代わってどのように用いるのかを示すものではない。こうしたことから、ガス圧センサの検出値の校正を速やかに実行することが要請されるに到った。

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、ガス供給システムが提供される。このガス供給システムは、ガス消費機器に燃料ガスを供給するガス供給システムであって、前記燃料ガスを貯留するガスタンクから前記ガス消費機器に到るガス供給流路と、前記ガス供給流路に設けられ、通過ガス圧を減圧する減圧弁と、該減圧弁より上流側で、流路の遮断を図る遮断弁と、前記減圧弁より上流側のガス圧を検出する第１ガス圧センサと、前記減圧弁より下流側のガス圧を検出する第２ガス圧センサと、前記ガス消費機器に前記ガス供給流路から前記燃料ガスを供給するガス供給機器と、該ガス供給機器と前記減圧弁との間において前記ガス供給流路から分岐した分岐流路と、流路を開閉する開閉弁を介して前記分岐流路に接続され、前記ガス消費機器における前記燃料ガスの消費の際に規定される消費規定ガス圧より高圧の状況にないバッファタンクと、前記第１ガス圧センサと前記第２ガス圧センサとからそれぞれガス圧検出値を受け取り、前記遮断弁が閉弁されかつ前記開閉弁が開弁された状態において、前記第２ガス圧センサのガス圧検出値を用いて前記第１ガス圧センサのガス圧検出値を校正する校正制御を行う制御部とを備える。

この形態のガス供給システムは、第２ガス圧センサのガス圧検出値を用いて第１ガス圧センサのガス圧検出値を校正する校正制御を行う際、閉状態にある遮断弁の下流側のガス供給流路の燃料ガス（以下、流路内ガスと称する）を、ガス消費機器ではなく、ガス供給流路から分岐した分岐流路のバッファタンクに導く。このバッファタンクは、ガス消費機器が燃料ガスを消費する際の消費規定ガス圧より高圧の状況にはないことから、流路内ガスは速やかにバッファタンクに送り込まれ、これに伴って第２ガス圧センサのガス圧検出値も速やかに低下する。この結果、この形態のガス供給システムによれば、第２ガス圧センサのガス圧検出値が規定ガス圧に達するまでの時間の短縮により、第２ガス圧センサのガス圧検出値を用いた第１ガス圧センサの校正制御を速やかに完了させることができる。

（２）上記形態のガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記校正制御を、前記ガス供給機器が前記燃料ガスを消費する作動中に実行し、前記校正制御の完了後、前記ガス消費機器に供給されるガス圧が前記消費規定ガス圧の下限ガス圧となるまで、前記遮断弁の閉弁と前記開閉弁の開弁を継続するようにしてもよい。こうすれば、第２ガス圧センサの検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧に達するまでの間において、バッファタンク内の燃料ガスをガス消費機器で消費できるので、バッファタンクをその内圧が低い状態とできる。この結果、次回の第１ガス圧センサの校正制御において、流路内ガスのバッファタンクへの送り込みがより短時間となり、次回の校正制御をより速やかに完了できる。

（３）上記形態のガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記校正制御を、前記ガス供給機器が前記燃料ガスを消費しない非作動中に実行し、前記校正制御の完了後に前記ガス消費機器が作動を開始した場合には、前記遮断弁の閉弁状態と前記開閉弁の開弁状態とを継続して、前記バッファタンクの前記燃料ガスを前記ガス消費機器により消費させるようにしてもよい。こうすれば、第１ガス圧センサの校正制御後のガス消費機器の作動開始の際には、第１ガス圧センサの校正制御の間にバッファタンクに送り込み済みの燃料ガスをガス消費機器に送り込んで消費できる。この結果、ガス消費機器におけるガス消費を伴う作動開始以前にバッファタンクに送り込んだ燃料ガスのガス消費機器での消費を通して、バッファタンク内圧の低下と、次回の第１ガス圧センサの校正制御の際の流路内ガスのバッファタンクへの速やかな送り込みが可能となり、次回の校正制御をより速やかに完了できる。また、第１ガス圧センサの校正制御後のガス消費機器の作動開始に伴うバッファタンク内の燃料ガス消費により、燃費の向上を図ることもできる。

（４）上記形態のガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記第２ガス圧センサのガス圧検出値が前記消費規定ガス圧の下限ガス圧に達すると、前記遮断弁を開弁状態に復帰すると共に、前記開閉弁を閉弁状態に復帰するようにしてもよい。こうすれば、第１ガス圧センサの校正制御後にガス消費機器が作動を開始し、ガス消費機器の作動が継続しても、第２ガス圧センサの検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧に達した以降には、ガス消費機構の作動状況、即ち、ガス消費機器におけるガス消費の要求に即して、燃料ガスをガス消費機器に供給できる。

（５）上記形態のガス供給システムにおいて、前記ガス消費機器は燃料電池であるようにしてもよい。こうすれば、第１ガス圧センサの校正制御の期間において燃料電池に燃料ガスを送り込まないようにして、第１ガス圧センサの校正制御の短縮化等の既述した効果の他、燃料電池の運転停止時に第１ガス圧センサの校正制御を行っても、燃料電池を運転する必要がなくなり、燃料電池の運転に伴う騒音を解消、もしくは抑制できる。

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、ガス消費機器への燃料ガスの供給方法、或いは、燃料電池に燃料ガスを供給するガス供給システムを有する車両等の形態で実現することができる。

燃料電池システムを搭載した車両を概略的に平面視して示す説明図である。 圧力検出レンジが広い第１ガス圧センサの検出値を校正する第１実施形態の校正制御の処理内容を表すフローチャートである。 圧力検出レンジが広い第１ガス圧センサの検出値を校正する第２実施形態の校正制御の処理内容を表すフローチャートである。

図１は、燃料電池システム３０を搭載した車両２０を概略的に平面視して示す説明図である。車両２０は、車体２２に、燃料電池システム３０を搭載する。燃料電池システム３０は、燃料電池１００と、第１実施形態のガス供給システムであり水素ガスタンク１１０を含む水素ガス供給系１２０と、モータ駆動のコンプレッサ１４７を含む空気供給系１４０と、ラジエータ１５０およびファン１５２を含む冷却系１６０と、センサ群１９０と、制御装置３００とを備える。燃料電池システム３０は、燃料電池１００の発電電力、或いは図示しない２次電池の充電電力を、前輪駆動用の図示しないモータを始めとする負荷に供給する。なお、燃料電池１００は、本願におけるガス消費機器の一例である。

燃料電池１００は、発電単位である図示しない電池セルユニットを積層して構成されたスタック構造とされ、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に搭載されている。そして、燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０からの燃料ガスである水素ガスの供給と、後述の空気供給系１４０からの酸素含有の酸化ガスである空気の供給とを受け、水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を各電池セルユニットにて起こして発電し、その発電電力にてモータ等の負荷を駆動する。燃料電池１００の発電状態は電流センサ１０６にて計測され、その計測結果は電流センサ１０６から後述の制御装置３００に出力される。この場合、燃料電池１００を構成する電池セルユニットの積層数は、燃料電池１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

水素ガス供給系１２０は、水素ガスを貯留する水素ガスタンク１１０から燃料電池１００に到り燃料電池１００に水素ガスを供給する水素ガス供給流路１２１と、燃料電池１００から排出された未消費の水素ガス（以下、適宜、アノードオフガスと称する）を水素ガス供給流路１２１に循環させる水素ガス循環流路１２２と、アノードオフガスを大気放出するための放出流路１２３とを備える。水素ガス供給流路１２１は、本願におけるガス供給流路に相当する。そして、この水素ガス供給系１２０は、水素ガス供給流路１２１に、水素ガスタンク１１０の側から、水素ガス供給流路１２１の遮断を図る遮断弁１２４と、第１ガス圧センサ１３１と、減圧弁１２５と、第２ガス圧センサ１３２と、水素ガス供給機器１２６とを備える。第１ガス圧センサ１３１は、減圧弁１２５と第１ガス圧センサ１３１との間に配設され、減圧弁１２５より上流側のガス圧を検出して、そのガス圧検出値（以下、検出値とも称する）を制御装置３００に出力する。第２ガス圧センサ１３２は、減圧弁１２５より下流側のガス圧を検出して、そのガス圧検出値を制御装置３００に出力する。

第１ガス圧センサ１３１は、圧力検出レンジが広いセンサであって、水素ガスタンク１１０が水素ガスを貯留する際に規定される貯留規定ガス圧、例えば３５ＭＰａという高圧のガス圧検出が可能なセンサ構造を備える。減圧弁１２５は、水素ガス供給流路１２１を通過する水素ガスの通過ガス圧を、水素ガスタンク１１０からのガス放出圧から減圧する。具体的には、この減圧弁１２５は、通過ガス圧を、燃料電池１００への水素ガス送り込みに適った送出規定ガス圧まで減圧する。この場合の送出規定ガス圧は、水素ガスタンク１１０の貯留規定ガス圧より当然に低圧であり、燃料電池１００における水素ガスの消費の際に発電要求に応じて規定される消費規定ガス圧の上限ガス圧と同程度、或いはこの上限圧よりやや高圧である。第１実施形態では、減圧弁１２５の減圧ガス圧である送出規定ガス圧を０．９〜１．０ＭＰａとした。そして、この送出規定ガス圧の水素ガスの燃料電池１００への供給量は、後述の水素ガス供給機器１２６で発電要求に応じて規定される。第２ガス圧センサ１３２は、圧力検出レンジが第１ガス圧センサ１３１より狭いセンサであって、３５ＭＰａという貯留規定ガス圧より低圧で減圧弁１２５での減圧圧力である既述した送出規定ガス圧より高圧のガス圧（例えば、３ＭＰａ）までのガス圧検出が可能なセンサ構造を備える。水素ガス供給機器１２６は、インジェクターであって、発電要求に応じたガス量で、燃料電池１００に水素ガスを送り込む。

この他、水素ガス供給系１２０は、減圧弁１２５と水素ガス供給機器１２６との間において、水素ガス供給流路１２１から分岐した分岐流路１３３を備え、この分岐流路１３３に、その分岐点１３３ｐの側から、分岐流路１３３の開閉を図る開閉弁１３５と、バッファタンク１３４とを備える。つまり、バッファタンク１３４は、開閉弁１３５を介して分岐流路１３３に接続されている。このバッファタンク１３４は、減圧弁１２５で減圧された送出規定ガス圧に対する耐性を備えた中空の樹脂容器であり、後述の制御装置３００による校正制御により、発電要求に応じた消費規定ガス圧より高圧の状況にないようにされている。このバッファタンク１３４は、遮断弁１２４の下流側の水素ガス供給流路１２１の流路容積に相当する体積の水素ガスを既述した減圧弁１２５による送出規定ガス圧（０．９ＭＰａ）のガス圧で充填できれば良いことから、タンク容量は１．Ｌ（リットル）程度とすればよい。

上記した水素ガス供給流路１２１を備える水素ガス供給系１２０は、遮断弁１２４の流路開閉と、減圧弁１２５での減圧を経て、水素ガスタンク１１０の水素ガスを燃料電池１００（詳しくは、各電池セルユニットの図示しないアノード）に供給する。この際、水素ガス供給系１２０は、減圧弁１２５の下流の水素ガス供給機器１２６にて調整した流量と、水素ガス循環流路１２２の水素ガス循環ポンプ１２７にて調整した循環流量とを合算した流量の水素ガスを、燃料電池１００のアノードに供給する。水素ガス供給量は、アクセル１８０の操作に基づいて、後述の制御装置３００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。水素ガス循環流路１２２は、燃料電池１００から排出されるアノードオフガスを循環させる燃料ガス循環流路であり、水素ガス循環ポンプ１２７は、後述の気液分離器１２８より下流側の水素ガス循環流路１２２に配設される。

この他、水素ガス供給系１２０は、水素ガス循環流路１２２に気液分離器１２８を配設して備える。気液分離器１２８は、水素ガス循環流路１２２を通過する水素ガスに含まれる生成水を気液分離して貯留する。そして、水素ガス循環ポンプ１２７は、気液分離器１２８で気液分離したアノードオフガスを水素ガス供給流路１２１に循環させる。気液分離器１２８で分離された生成水とアノードオフガスに含まれる窒素は、気液分離器１２８から分岐した放出流路１２３の開閉バルブ２００の開閉調整を経て、放出流路１４２から外部に大気放出される。放出流路１２３は、気液分離器１２８の機器底部から延出した生成水排出路であり、開閉バルブ２００は、制御装置３００の制御を受けて放出流路１２３を開閉し、気液分離器１２８の貯留した生成水を放出流路１２３の開放に伴い放出流路１２３から排出する排出弁である。

空気供給系１４０は、コンプレッサ１４７を経て燃料電池１００に到る酸素供給流路１４１と、放出流路１４２とを備える。放出流路１４２は、燃料電池１００から排出される未消費の空気（以下、適宜、カソードオフガスと称する）を外部に導いて大気放出するオフガス排出配管であり、放出流路１４２には、放出流路１２３および開閉バルブ２００が配設されている。この放出流路１４２は、燃料電池１００からの分岐箇所から、ほぼ一律の流路径の流路とされ、下流側に行くほど鉛直方向の高さが低くなるように、傾斜配置されている。

空気供給系１４０は、酸素供給流路１４１の開口端からエアークリーナー１４４を経て取り込んだ空気を、コンプレッサ１４７にて流量調整した上で燃料電池１００（詳しくは、各電池セルユニットの図示しないカソード）に、通常は酸素供給流路１４１を経て供給しつつ、放出流路１４２の排出流量調整バルブ１４３で調整された流量でカソードオフガスを放出流路１４２を経て大気放出する。このように空気供給系１４０にて空気供給とカソードオフガス排出とを行う場合、空気供給系１４０は、酸素供給流路１４１の排出流量調整バルブ１４３を所定開度にした上で、コンプレッサ１４７にて空気を供給する。この際の空気供給量にあっても、水素ガスと同様に、アクセル１８０の操作に基づいて制御装置３００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。なお、排出流量調整バルブ１４３は、流量調整を経て、カソード側の背圧についてもこれを調整する。また、空気供給系１４０は、燃料電池１００の上流側に三方弁１４５を備え、当該弁の制御装置３００による制御を経て、供給空気の一部を放出流路１４２に排出する。放出流路１４２は、その流路にマフラー１４６を備えるので、消音してガスを大気放出し、ガス中に含まれる水分については、マフラー１４６にて凝集させ、マフラー下流側にガスと一緒に排出する。

冷却系１６０は、ラジエータ１５０から燃料電池１００への冷媒の循環を図る冷媒循環流路１６１と、バイパス流路１６２と、流路合流点の三方流量調整弁１６３と、冷媒循環ポンプ１６４とを備える。そして、この冷却系１６０は、ラジエータ１５０にて熱交換した冷媒を冷媒循環流路１６１を経て燃料電池１００に循環供給して、冷媒を燃料電池１００の図示しないセル内循環流路に導き、燃料電池１００を所定温度に冷却する。この場合、冷媒循環ポンプ１６４の駆動量、即ち冷媒の循環供給量や、三方流量調整弁１６３によるラジエータパイパス流量は、図示しない温度センサの検出温度たる燃料電池温度や電流センサ１０６の検出した発電状況に基づいて、制御装置３００にて定められる。第１実施形態では、冷却系１６０で循環供給する冷媒としてエチレングリコールと水の混合液を用いた。

センサ群１９０は、燃料電池１００の運転制御を始めとする車両２０の走行制御等に必要な各種のセンサを含んでいる。具体的には、水素ガス供給系１２０における第１ガス圧センサ１３１や第２ガス圧センサ１３２のガス圧センサに加え、アクセル１８０の踏込操作量を検出するアクセルセンサや燃料電池１００の温度を検出する燃料電池温度センサ、車両２０に発生する加速度、具体的には車両のカーブ走行や車両の幅方向の傾斜に伴い車両幅方向に発生する加速度を検出する車幅方向加速度センサ、車速センサ、ハンドル操作検知センサ、イグニッションセンサ、ドライブレンジを検知するレンジ検知センサ、水素ガスタンク１１０のタンク内温度（ガス温度）を検出するガス温度センサ等がセンサ群１９０に含まれ、各センサの検出値は制御装置３００に出力される。

制御装置３００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭの他、上記した電流センサ１０６を始めとするセンサ群１９０の各センサや遮断弁等の制御機器が接続される入出力インタフェース回路と、外部の地図情報ネットワークとの無線接続が可能な通信関連インタフェース回路等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置３００に備えられたＣＰＵは、ＲＯＭに記録された制御プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、燃料電池１００の発電運転制御や、図示しない２次電池の充放電制御、第１ガス圧センサ１３１の校正制御等の種々の制御を担う。

図２は、圧力検出レンジが広い第１ガス圧センサ１３１の検出値を校正する第１実施形態の校正制御の処理内容を表すフローチャートである。なお、図２には、燃料電池１００に供給される水素ガスの供給元の推移が、校正制御の処理推移に合わせて示されている。

制御装置３００は、第１ガス圧センサ１３１の校正制御を、車両２０の走行過程、即ち燃料電池１００が水素ガスを消費する作動中において繰り返し実行し、まず、現時点が校正制御の実行タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１００）。制御装置３００は、センサ群１９０に含まれる外気温センサの検出外気温や、燃料電池温度センサの検出燃料電池温度、ガス温度センサの検出タンク内ガス温度、第１ガス圧センサ１３１の検出ガス圧（タンクガス圧）等のセンサ検出値と、前回行った第１ガス圧センサ１３１の検出値校正からの経過時間等を、ＲＯＭに記憶済みのマップと参照したり予測プログラムに用いて、ステップＳ１００における実行タイミングを判定する。制御装置３００は、このステップＳ１００で、現時点は校正制御の実行タイミングでないと否定判定すると、一旦本ルーチンを終了する。

ステップＳ１００で、現時点は校正制御の実行タイミングであると肯定判定すると、制御装置３００は、水素ガスタンク１１０の側の遮断弁１２４の全閉制御と分岐流路１３３の開閉弁１３５の全開制御とを、この順で、順次実行する（ステップＳ１１０）。具体的には、遮断弁１２４が水素ガス供給流路１２１を全閉するタイミングで、分岐流路１３３の開閉弁１３５を全開制御する。図２に示す第１実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御は、既述したように車両２０の走行過程でなされるものであることから、遮断弁１２４は、燃料電池１００の図示しない発電運転制御において、それ以前は開弁状態にあり、第１実施形態の校正制御のステップＳ１００での肯定判定を経たステップＳ１１０で全閉される。その一方、開閉弁１３５は、車両２０の走行過程において何の制御にも関与しないことから、それ以前において閉弁状態にあり、第１実施形態の校正制御のステップＳ１００での肯定判定を経たステップＳ１１０で全開される。よって、第１実施形態の校正制御のステップＳ１００での肯定判定に続くステップＳ１１０での弁制御を堺に、燃料電池１００への水素ガスの供給元が次のように切り替わる。

分岐流路１３３の開閉弁１３５は、車両２０の走行過程において閉弁されているので、バッファタンク１３４は、現時点の校正制御の以前において、水素ガスを後述の消費規定ガス圧の下限ガス圧で充填済みである。つまり、バッファタンク１３４は、消費規定ガス圧より高圧ではない状況で水素ガスを充填している。そして、この消費規定ガス圧の下限ガス圧は、減圧弁１２５による減圧後の送出規定ガス圧より低圧であり、遮断弁１２４より下流側の水素ガス供給流路１２１の流路のガス圧は、送出規定ガス圧である。よって、ステップＳ１１０での開閉弁１３５の開弁により、遮断弁１２４より下流の水素ガス供給流路１２１の流路内の水素ガスは、その一部がバッファタンク１３４に入り込んで貯留される。このため、ステップＳ１１０での弁制御以降、遮断弁１２４より下流の水素ガス供給流路１２１の流路内の水素ガスの内でバッファタンク１３４に入り込まなかった残りの水素ガスが、水素ガス供給機器１２６により燃料電池１００に供給され、水素ガスは、燃料電池１００で継続して消費される。このガス消費とバッファタンク１３４への水素ガスの入り込みにより、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧は、既述した減圧弁１２５の送出規定ガス圧から低下する。

上記した弁制御に続き、制御装置３００は、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧まで降下したか否かを判定し（ステップＳ１２０）、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧に降下するまで待機する。この規定ガス圧は、第１ガス圧センサ１３１の校正制御を行う場合に基準となるガス圧であり、燃料電池１００が水素ガスを消費して発電運転を継続し得る消費規定ガス圧の下限ガス圧（例えば、０．２ＭＰａ）より大きなガス圧（例えば、１．０ＭＰａ）として規定されている。ステップＳ１２０で、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧まで降下したと肯定判定すると、制御装置３００は、第２ガス圧センサ１３２の検出値（規定ガス圧）を用いて第１ガス圧センサ１３１の検出値を校正する（ステップＳ１３０）。こうした校正制御は、種々の手法を取り得、第１実施形態では、次のようにした。ステップＳ１１０での遮断弁１２４の全閉以降において、水素ガス供給機器１２６から燃料電池１００への水素ガスの供給が既述したように継続されているので、遮断弁１２４から減圧弁１２５までの水素ガス供給流路１２１の流路内のガス圧は、減圧弁１２５の下流側のガス圧に近づき、時間の経過と共に減圧弁１２５の上下流でのガス圧は同圧となる。こうしたことから、第１実施形態では、減圧弁１２５の上下流でのガス圧が同圧となるガス圧を規定ガス圧とし、第１ガス圧センサ１３１の校正制御で、第２ガス圧センサ１３２の検出値（規定ガス圧）を第１ガス圧センサ１３１の検出値とする。

上記した第１ガス圧センサ１３１の検出値の校正に続き、制御装置３００は、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）まで降下したか否かを判定し（ステップＳ１４０）、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧に降下するまで待機する。ここで第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧に降下したと肯定判定すると、制御装置３００は、分岐流路１３３の開閉弁１３５の全閉制御と水素ガスタンク１１０の側の遮断弁１２４の全開制御とを、この順で、順次実行し（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。具体的には、開閉弁１３５が分岐流路１３３を全閉するタイミングで、遮断弁１２４を全開制御する。これにより、燃料電池１００への水素ガスの供給元が水素ガスタンク１１０に戻ることになる。そして、ガス供給元が水素ガスタンク１１０に戻る前の期間において、バッファタンク１３４の水素ガスが燃料電池１００に送り込まれて消費されるので、バッファタンク１３４は消費規定ガス圧の下限ガス圧にまで低圧状況となる。なお、燃料電池１００への水素ガスの供給元が水素ガスタンク１１０に戻った以降は、制御装置３００が行う燃料電池１００の発電運転制御により、水素ガスタンク１１０の水素ガスが燃料電池１００に継続して供給される。

以上説明した第１実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０は、燃料電池１００の側で広い検出レンジでガス圧検出が求められる第１ガス圧センサ１３１の検出値を、減圧弁１２５より下流側で狭い検出レンジでガス圧検出をすれば足りる第２ガス圧センサ１３２の検出値を用いて校正する。そして、燃料電池システム３０は、第１ガス圧センサ１３１の校正制御の以前に、バッファタンク１３４を消費規定ガス圧より高圧ではない状況とし、遮断弁１２４の全閉制御と開閉弁１３５の全開制御とをこの順に実行する（ステップＳ１１０）。これにより、燃料電池システム３０は、閉状態にある遮断弁１２４の下流側の水素ガス供給流路１２１における流路内の水素ガスを、燃料電池１００ではなく、水素ガス供給流路１２１から分岐した分岐流路１３３のバッファタンク１３４に導く（ステップＳ１１０〜Ｓ１３０）。このバッファタンク１３４は、燃料電池１００が水素ガスを消費する際の消費規定ガス圧より高圧の状況にはないことから、閉状態にある遮断弁１２４の下流側の水素ガス供給流路１２１における流路内の水素ガスは速やかにバッファタンク１３４に送り込まれ、これに伴って第２ガス圧センサ１３２の検出値も速やかに低下する。しかも、バッファタンク１３４への流路内の水素ガスの送り込みと平行して、燃料電池１００には水素ガス供給機器１２６から水素ガスを供給するので、第２ガス圧センサ１３２の検出値の低下は、より顕著となる。この結果、第１実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、第２ガス圧センサ１３２の検出値が規定ガス圧に達するまでの時間を短縮でき、これにより、第２ガス圧センサ１３２の検出値を用いた第１ガス圧センサ１３１の校正制御を速やかに実行できる。

燃料電池システム３０は、第２ガス圧センサ１３２の検出値を用いた第１ガス圧センサ１３１の校正制御に際して、閉状態にある遮断弁１２４の下流側の水素ガス供給流路１２１における流路内の水素ガスを、外部に排気することなく、燃料電池１００の消費に回している。よって、第１実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、流路内の水素ガスの有効利用を通して、車両２０の走行距離の向上、燃費向上を図ることができる。

燃料電池システム３０は、車両２０の走行過程、即ち、水素ガス供給機器１２６による燃料電池１００への水素ガスの送り込みがなされているガス消費期間において、遮断弁１２４の全閉制御と開閉弁１３５の全開制御とをこの順に実行し（ステップＳ１１０）、第２ガス圧センサ１３２の検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達すると、遮断弁１２４を開弁状態に復帰すると共に、開閉弁１３５を閉弁状態に復帰する（ステップＳ１４０〜Ｓ１５０）。よって、第２ガス圧センサ１３２が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達するまでの間においても、バッファタンク１３４の水素ガスを燃料電池１００で消費できるので、バッファタンク１３４をその内圧が低い状態とできる。この結果、第１実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、次回の第１ガス圧センサ１３１の校正制御において、遮断弁１２４より下流側の流路内の水素ガスをより短時間の内にバッファタンク１３４に送り込むことができるので、次回の校正制御もより速やかに実行することができる。

燃料電池システム３０は、第１ガス圧センサ１３１の校正制御の際に水素ガスを送り込むバッファタンク１３４を、１．Ｌ（リットル）程度のタンク容量の容器とした。この程度の大きさのバッファタンク１３４であれば、車体２２への搭載に当たり、その周辺機器の設計変更、レイアウト変更を要しない。また、０．９〜１．０ＭＰａ程度の低圧の耐圧性を備えれば良いことから、汎用の樹脂容器をバッファタンク１３４に転用でき、低コスト化を図ることができる。

図３は、圧力検出レンジが広い第１ガス圧センサ１３１の検出値を校正する第２実施形態の校正制御の処理内容を表すフローチャートである。なお、図３においても、燃料電池１００に供給される水素ガスの供給元の推移が、校正制御の処理推移に合わせて示されている。

この第２実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御において、制御装置３００は、まず、車両２０が停止状態にあるか否かを判定し（ステップＳ２００）、停止状態でなければ、本ルーチンを終了する。この車両２０の停止状態は、イグニッションスイッチがオフされた状態での車両停止であることから、水素ガス供給機器１２６による燃料電池１００への水素料ガスの送り込みがなされずに燃料電池１００が水素ガスを消費しない非作動中の期間である。よって、第２実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御は、燃料電池１００の非作動期間において実行されることになる。なお、ステップＳ２００では、センサ群１９０に含まれる車速センサ、イグニッションセンサ、ドライブレンジ検知センサ等の各センサ出力に基づいて、停止状態が判定される。また、イグニッションスイッチのオフに伴う車両停止であることから、燃料電池１００の図示しない発電運転制御により、水素ガスタンク１１０の側の遮断弁１２４は、全閉状態にある。

ステップＳ２００で、現在、車両２０は停止状態にあると肯定判定すると、制御装置３００は、現時点が校正制御の実行タイミングであるか否かを既述した第１実施形態と同様に判定する（ステップＳ２１０）。このステップＳ２１０で、現時点は校正制御の実行タイミングでないと否定判定すると、一旦本ルーチンを終了する。

ステップＳ２１０で、現時点は校正制御の実行タイミングであると肯定判定すると、制御装置３００は、分岐流路１３３の開閉弁１３５を全開制御する（ステップＳ２２０）。なお、開閉弁１３５は、既述したように車両２０の走行過程において何の制御にも関与しないことから、それ以前において閉弁状態にある。そして、バッファタンク１３４は、既述したように、現時点の校正制御の以前において、水素ガスを減圧弁１２５による減圧後の送出規定ガス圧より低圧の消費規定ガス圧の下限ガス圧で充填済みである。よって、ステップＳ２２０での分岐流路１３３における開閉弁１３５の開弁により、遮断弁１２４より下流の水素ガス供給流路１２１の流路内の水素ガスは、バッファタンク１３４に入り込んで貯留される。このバッファタンク１３４への水素ガスの入り込みにより、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧は、既述した減圧弁１２５の送出規定ガス圧から低下する。なお、バッファタンク１３４が消費規定ガス圧の下限ガス圧で充填済みであることについては後述する。

上記した弁制御に続き、制御装置３００は、第１実施形態と同様、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧（１．０ＭＰａ）まで降下したか否かを判定し（ステップＳ２３０）、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧に降下するまで待機する。ステップＳ２３０で、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が規定ガス圧まで降下したと肯定判定すると、制御装置３００は、第１実施形態と同様、第２ガス圧センサ１３２の検出値（規定ガス圧）を用いて第１ガス圧センサ１３１の検出値を校正する（ステップＳ２４０）。

上記した第１ガス圧センサ１３１の検出値の校正に続き、制御装置３００は、イグニッションセンサ等のセンサ出力に基づいて、車両２０が起動したか否かを判定し（ステップＳ２５０）、車両２０が起動するまで待機する。車両起動は、燃料電池１００を発電運転させるための燃料電池１００での水素ガス消費の要求があって起きることから、ステップＳ２５０の判定は、ステップＳ２４０の校正制御の完了後に燃料電池１００が作動を開始したかを判定することと同義である。また、この場合の燃料電池１００における水素ガス消費の要求は、停止状態にあった車両２０に対してのものであることから、アイドリング運転に対する要求、或いはアイドリング後の低速走行に対する要求となる。そして、制御装置３００は、車両２０が起動するまで待機期間において、この第２実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御において遮断弁１２４に対して何の制御も行わないので、遮断弁１２４は、燃料電池１００の図示しない発電運転制御により継続して全閉されたままである。なお、第２実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御において、遮断弁１２４を全閉制御してもよい。

ところで、分岐流路１３３の開閉弁１３５は、ステップＳ２２０により既に全開とされていることから、燃料電池１００における水素ガス消費の要求があれば、燃料電池１００の図示しない発電運転制御により水素ガス供給機器１２６から燃料電池１００に水素ガスが供給される。この際の水素ガス供給は、遮断弁１２４が全閉であり開閉弁１３５が全開であることから、バッファタンク１３４からなされる。よって、バッファタンク１３４の水素ガスが燃料電池１００で消費され、バッファタンク１３４は低圧化する。なお、第２実施形態の第１ガス圧センサ１３１の校正制御において、燃料電池１００における水素ガス消費の要求に応じて水素ガス供給機器１２６を制御してもよい。

ステップＳ２５０で、燃料電池１００における水素ガス消費の要求に基づき車両２０が起動したと肯定判定すると、制御装置３００は、第１実施形態と同様、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）まで降下したか否かを判定し（ステップＳ２６０）、第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧に降下するまで待機する。ここで第２ガス圧センサ１３２の検出ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧に降下したと肯定判定すると、制御装置３００は、第１実施形態と同様、分岐流路１３３の開閉弁１３５の全閉制御と遮断弁１２４の全開制御を、この順で、順次実行し（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。これにより、車両起動後（ステップＳ２５０での肯定判定後）、燃料電池１００への水素ガスの供給元がバッファタンク１３４から水素ガスタンク１１０に切り替わる。そして、ガス供給元が水素ガスタンク１１０に切り替わる前の車両起動の期間において、バッファタンク１３４の水素ガスが燃料電池１００に送り込まれる。よって、バッファタンク１３４は、消費規定ガス圧の下限ガス圧にまで低圧状況となり、未消費の水素ガスを消費規定ガス圧の下限ガス圧で充填していることになる。このことは、次回の第１ガス圧センサ１３１の校正制御の以前に、バッファタンク１３４を消費規定ガス圧より高圧ではない状況とすることと同義である。なお、燃料電池１００への水素ガスの供給元が水素ガスタンク１１０に切り替わった以降は、制御装置３００が行う図示しない燃料電池１００の発電運転制御により、水素ガスタンク１１０の水素ガスが燃料電池１００に継続して供給される。

以上説明した第２実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によっても、閉状態にある遮断弁１２４の下流側の水素ガス供給流路１２１における流路内の水素ガスを、燃料電池１００ではなくバッファタンク１３４に導くことで（ステップＳ２２０〜Ｓ２４０）、既述したように第１ガス圧センサ１３１の校正制御を速やかに実行できる。

燃料電池システム３０は、水素ガス供給機器１２６による燃料電池１００への水素ガスの送り込みがなされていない非作動期間である車両停止時において、遮断弁１２４と開閉弁１３５の開閉制御（ステップＳ２００およびステップＳ２２０）と第１ガス圧センサ１３１の校正制御（ステップＳ２３０〜Ｓ２４０）とを実行する。そして、燃料電池システム３０は、第１ガス圧センサ１３１の校正制御の完了後に燃料電池１００におけるガス消費の要求があって車両２０が起動しても、第２ガス圧センサ１３２の検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達するまでは、遮断弁１２４の閉弁状態と開閉弁１３５の開弁状態とを継続する。よって、第１ガス圧センサ１３１の校正制御後の燃料電池１００におけるガス消費の要求に対しては、第１ガス圧センサ１３１の校正制御の間にバッファタンク１３４に送り込み済みの水素ガスを燃料電池１００に送り込んで消費する（ステップＳ２６０〜Ｓ２７０）。この結果、第２実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、燃料電池１００におけるガス消費の要求以前にバッファタンク１３４に送り込んだ水素ガスの燃料電池１００での消費を通して、バッファタンク内圧の低下と、次回の第１ガス圧センサ１３１の校正制御の際の流路内ガスのバッファタンク１３４への速やかな送り込みが可能となり、次回の校正制御をより速やかに完了できる。また、第２実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、第１ガス圧センサ１３１の校正制御後の燃料電池１００におけるガス消費の要求に対してのバッファタンク内の水素ガス消費により、燃費の向上を図ることもできる。

燃料電池システム３０は、第２ガス圧センサ１３２の検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達すると、遮断弁１２４を開弁状態に復帰すると共に、分岐流路１３３の開閉弁１３５を閉弁状態に復帰する（ステップＳ２７０）。よって、第１ガス圧センサ１３１の校正制御後に燃料電池１００が作動を開始して車両が走行し、燃料電池１００の作動が継続しても、第２ガス圧センサ１３２の検出値が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達した以降には、燃料電池１００の作動状況、即ち、車両走行に伴う燃料電池１００における水素ガス消費の要求に即して、水素ガスを燃料電池１００に供給できる。

燃料電池システム３０は、ガス非消費期間である車両停止時に第１ガス圧センサ１３１の校正制御を実行し（ステップＳ２３０〜Ｓ２４０）、この校正制御に必要な第２ガス圧センサ１３２の検出値の低下を、バッファタンク１３４への水素ガスの送り込みによりもたらす。よって、第２実施形態の水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０によれば、燃料電池１００の非作動期間である車両停止時に第１ガス圧センサ１３１の校正制御を行っても、燃料電池１００を運転する必要がないので、燃料電池１００の運転に伴う騒音を解消できる。

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

既述した第２実施形態では、車両２０の停止状態を、イグニッションスイッチがオフされた状態での車両停止としたが、走行状態から停止状態に推移してアイドリングの状態（アイドル停止状態）にある場合としてもよい。この場合には、ステップＳ２００において、車両停止の判定に続いて遮断弁１２４を全閉制御して、続くステップＳ２１０に推移すればよい。この遮断弁１２４の全閉制御により、アイドリング停止状態での水素ガスタンク１１０からの水素ガス供給が停止され、アイドリング停止状態での燃料電池１００への水素ガス供給は、バッファタンク１３４からなされる。こうすれば、第１ガス圧センサ１３１の校正制御の間（ステップＳ２２０〜Ｓ２４０）のバッファタンク１３４の水素ガスの消費を通して、バッファタンク内圧の低下と、次回の第１ガス圧センサ１３１の校正制御の際の流路内ガスのバッファタンク１３４への速やかな送り込みが可能となり、次回の校正制御をより速やかに完了できる。また、アイドル停止状態でのバッファタンク内の水素ガス消費により、燃費の向上を図ることができる。

既述した実施形態では、バッファタンク１３４に到る分岐流路１３３に開閉弁１３５を設けて、バッファタンク１３４への水素ガス送り込み、およびバッファタンク１３４から燃料電池１００への水素ガス供給を行ったが、分岐流路１３３の分岐点１３３ｐに流路切換弁を設けてもよい。この流路切換弁は、バッファタンク１３４への水素ガス送り込みとバッファタンク１３４から燃料電池１００への水素ガス供給に加え、分岐流路１３３を経由せずに水素ガスを直接、燃料電池１００に供給し、こうした弁切換を制御装置３００にて制御する。

既述した実施形態では、減圧弁１２５より下流側において流路ガス圧が消費規定ガス圧の下限ガス圧（０．２ＭＰａ）に達したかを第２ガス圧センサ１３２にて検出したが、他のガス圧センサを用いてもよい。

既述した実施形態では、燃料電池１００と水素ガス供給系１２０を有する燃料電池システム３０を搭載した車両２０について説明したが、建築物の電力生成のために燃料電池１００と水素ガス供給系１２０を備えた固定設置式の燃料電池発電システムに適用してもよい。

既述した実施形態では、燃料電池１００をガス消費機器としたが、供給された燃料ガスを燃焼させるガス燃焼式の内燃機関へ燃料ガスを供給するシステムに適用してもよい。

２０…車両
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０６…電流センサ
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素ガス供給流路
１２２…水素ガス循環流路
１２３…放出流路
１２４…遮断弁
１２５…減圧弁
１２６…水素ガス供給機器
１２７…水素ガス循環ポンプ
１２８…気液分離器
１３１…第１ガス圧センサ
１３２…第２ガス圧センサ
１３３…分岐流路
１３３ｐ…分岐点
１３４…バッファタンク
１３５…開閉弁
１４０…空気供給系
１４１…酸素供給流路
１４２…放出流路
１４３…排出流量調整バルブ
１４４…エアークリーナー
１４５…三方弁
１４６…マフラー
１４７…コンプレッサ
１５０…ラジエータ
１５２…ファン
１６０…冷却系
１６１…冷媒循環流路
１６２…バイパス流路
１６３…三方流量調整弁
１６４…冷媒循環ポンプ
１８０…アクセル
１９０…センサ群
２００…開閉バルブ
３００…制御装置
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪

Claims (5)

1. ガス消費機器に燃料ガスを供給するガス供給システムであって、
   前記燃料ガスを貯留するガスタンクから前記ガス消費機器に到るガス供給流路と、
   前記ガス供給流路に設けられ、通過ガス圧を減圧する減圧弁と、
   該減圧弁より上流側で、流路の遮断を図る遮断弁と、
   前記減圧弁より上流側のガス圧を検出する第１ガス圧センサと、
   前記減圧弁より下流側のガス圧を検出する第２ガス圧センサと、
   前記ガス消費機器に前記ガス供給流路から前記燃料ガスを供給するガス供給機器と、
   該ガス供給機器と前記減圧弁との間において前記ガス供給流路から分岐した分岐流路と、
   流路を開閉する開閉弁を介して前記分岐流路に接続され、前記ガス消費機器における前記燃料ガスの消費の際に規定される消費規定ガス圧より高圧の状況にないバッファタンクと、
   前記第１ガス圧センサと前記第２ガス圧センサとからそれぞれガス圧検出値を受け取り、前記遮断弁が閉弁されかつ前記開閉弁が開弁された状態において、前記第２ガス圧センサのガス圧検出値を用いて前記第１ガス圧センサのガス圧検出値を校正する校正制御を行う制御部とを備える、
   ガス供給システム。
2. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記制御部は、
   前記校正制御を、前記ガス供給機器が前記燃料ガスを消費する作動中に実行し、
   前記校正制御の完了後、前記ガス消費機器に供給されるガス圧が前記消費規定ガス圧の下限ガス圧となるまで、前記遮断弁の閉弁と前記開閉弁の開弁を継続する
   ガス供給システム。
3. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記制御部は、
   前記校正制御を、前記ガス供給機器が前記燃料ガスを消費しない非作動中に実行し、
   前記校正制御の完了後に前記ガス消費機器が作動を開始した場合には、前記遮断弁の閉弁状態と前記開閉弁の開弁状態とを継続して、前記バッファタンクの前記燃料ガスを前記ガス消費機器により消費させる
   ガス供給システム。
4. 請求項３に記載のガス供給システムであって、
   前記制御部は、
   前記第２ガス圧センサのガス圧検出値が前記消費規定ガス圧の下限ガス圧に達すると、前記遮断弁を開弁状態に復帰すると共に、前記開閉弁を閉弁状態に復帰する
   ガス供給システム。
5. 前記ガス消費機器は燃料電池である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス供給システム。

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