专利名称：气体检测系统、燃料电池系统以及车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体检测系统。
背景技术：
在利用含有氢的燃料气体进行发电的燃料电池中，存在具有堆叠结构的燃料电池 (以下，也称为燃料电池组)，该堆叠结构通过在隔板之间层叠多个发电体而构成。在燃料 电池组的情况下，通过反复运转/停止，例如存在以下情况配置在发电体和隔板之间的密 封部件产生裂缝，或者由于燃料电池组的变形而在发电体和隔板之间产生间隙。因此，存在 燃料气体从这些裂缝和间隙中泄漏的情况。因此，以往，在具有燃料电池的燃料电池系统中，一般进行利用传感器的气体检测 (例如，日本特开2007-46916号公报、日本特开2004-179024号公报、日本特开2006-19035 号公报、日本特开2007-66643号公报)。在把握这样的燃料电池组的劣化状态时，像分解并进行确认等、费事且困难的工 序很多。特别是，在将燃料电池搭载于车辆上的情况下，存在想要直接在搭载有燃料电池的 状态下把握燃料电池的劣化状态的要求。另外，这样的问题并不限定于来自燃料电池的燃料气体泄漏，例如，在来自汽油发 动机、柴油发动机、氢发动机、天然气发动机等的燃料泄漏、以及来自制造这些燃料和蓄积 这些燃料的制造设备的燃料泄漏中也存在共同的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述的现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种能够容 易地判定燃料电池等利用燃料的装置的劣化的技术。为了解决上述问题，本发明的气体检测系统是检测存在于规定空间的规定气体的 气体检测系统，其包括气体浓度检测部，检测所述规定气体的浓度；存储部；报告部；以及 判定部，在判定为由所述气体浓度检测部检测出的气体浓度为第一阈值以上的情况下，使 所述报告部进行报告，并且在判定为所述气体浓度为第二阈值以上且小于第一阈值的情况 下，不使所述报告部进行报告而是使所述存储部存储规定信息。根据该结构，在基于气体浓度检测部的检测值大于第一阈值的情况下，向用户进 行报告，在该检测值小于第一阈值且大于第二阈值的情况下，不向用户进行报告，而是存储 规定信息，例如表示大于第二阈值之意的代码等。因此，在将该气体检测系统与利用燃料的 装置一起使用时，在来自该装置的气体微量泄漏而未达到需要报告用户的程度的情况下， 只进行存储，所以在此后对该装置进行维护时等能够根据存储的信息容易地判定该装置的 劣化。另外，所谓规定气体，是指包含例如氢、甲醇、汽油等各种气体的概念。例如，在检 测来自搭载于车辆上的发动机的燃料泄漏的情况下，气体浓度检测部对存在于作为规定空 间的发动机室内的燃料气体进行检测。此外，例如，在检测来自燃料电池的氢泄漏的情况下，气体浓度检测部对作为规定空间的燃料气体箱内的氢浓度进行检测。此外，例如，在检 测出来自制造氢气和蓄积氢气的制造设备的气体泄漏的情况下，作为规定空间，气体浓度 检测部对设置有该制造设备的空间内的气体进行检测。另外本发明能够以各种方式来实现，例如，能够以气体检测系统具有该气体检测 系统的燃料电池系统、搭载有该气体检测系统的车辆、搭载有具有该气体检测系统的燃料 电池系统的车辆、气体检测方法等方式来实现。
图1是概略地表示作为本发明的一个实施例的燃料电池系统200的结构的说明图。图2是表示由判定部32进行的氢泄漏检测的流程的流程图。图3是将基于氢检测器10的检测值与燃料电池系统200的各开关和各诊断标志 的开启/关闭的时间一起示出的时序图。
具体实施例方式接下来，根据实施例按照以下顺序对本发明的实施方式进行说明。A.实施例B.变形例A.实施例图1是概略地表示作为本发明的一个实施例的燃料电池系统200的结构的说明 图。在本实施例中，燃料电池系统200具有氢检测系统100，并且搭载于燃料电池车(未图 示)±oAl.燃料电池系统的结构燃料电池系统200主要包括燃料电池组210 ；供给作为燃料气体的氢的氢供给系 统；给排作为氧化剂气体的空气的空气给排系统；冷却燃料电池组210的冷却水循环系统； 以及氢检测系统100。在本实施例中，燃料电池组210是固体高分子型燃料电池，其收纳于 燃料电池箱220内。燃料电池箱220具有透气性，其构成为能够使燃料电池箱220内的氢 放出到燃料电池箱220外。在燃料电池箱220内的空间中设置有构成后述氢检测系统100 的氢检测器10。在氢供给系统中，氢从贮存有高压氢的氢罐(未图示)经由配管230而被供给至 燃料电池组210的阳极，在空气供给系统中，被压缩机(未图示)压缩后的压缩空气经由配 管250而被供给至燃料电池组210的阴极。当在各电极中被用于电化学反应后，阳极废气 经由配管240放出到大气中，阴极废气经由配管260放出到大气中。另外，阳极废气也可以 在去除了阳极废气所含有的水分和氮等杂质后返回到配管230，对未反应的氢进行再利用。 对于氢检测系统100，在下面进行叙述。A2.氢检测系统的结构氢检测系统100主要包括氢检测器10、ECU (Electronic ControlUnit 电子控制 装置)20、警告灯60以及输入输出端子70。本实施例中的氢检测器10相当于权利要求书 中的气体浓度检测部。
如图1所示，氢检测器10设置在燃料电池箱220内，在每隔规定的时间检测燃料 电池箱220内的氢浓度，并将检测值发送至ECU20。警告灯60设置在燃料电池车的仪表板 (未图示)上，其根据来自ECU20的指示而被点亮。输入输出端子70设置在仪表板内。输 入输出端子70是连接检查工具300的部件，当连接检查工具300时，能够在E⑶20和检查 工具300之间经由输入输出端子70来交换信号。此处，所谓检查工具300，例如是在汽车经 销商进行检查修理等情况下使用的故障诊断装置。如图所示，E⑶20包括CPU30、存储器40以及输入输出端口 50。在存储器40中预 先存储有基于氢检测器10的检测值的最大值即峰值42 (初始值为0)、诊断一标志44 (初始 为关闭)、诊断二标志46 (初始为关闭)以及氢泄漏检测程序48。所谓诊断是诊断码的省 略说法。如后所述，利用CPU30，根据基于氢检测器10的检测值来开启/关闭诊断一标志和 诊断二标志。CPU30通过执行存储于存储器40中的氢泄漏检测程序48，来作为判定部32发挥 功能。判定部32根据经由输入输出端口 50取得的、基于氢检测器10的氢浓度检测值，将 氢浓度检测值的最大值作为峰值42存储于存储器40中。此外，判定部32判定基于氢检测器10的检测值是否大于第一阈值和第二阈值。作 为第一阈值，为了检测会阻碍燃料电池系统200的运转这样的氢泄漏(例如，给继续进行燃 料电池系统200的运转带来危险性的程度、高浓度)，该第一阈值设定成比较高的值，作为 第二阈值，为了检测不会影响燃料电池系统200的运转的程度的微量的氢泄漏，该第二阈 值设定成比第一阈值低的值。判定部32根据其判定结果，使存储于存储器40中的诊断一、 二的标志打开。并且，根据所述判定结果来点亮警告灯60。当将检查工具300与输入输出端子70连接而判定部32经由输入输出端口 50接收 来自检查工具300的输出要求时，判定部32将储存在存储器40中的峰值42以及诊断一、 二经由输入输出端口 50发送至检查工具300。如上所述，输入输出端口 50接收来自氢检测器10的浓度信号、和来自检查工具 300的输出要求，或者输出警告灯60的点亮指示、和诊断一、二及峰值42。另外，E⑶20、警告灯60和输入输出端子70既可以构成为氢检测系统100专用，也 可以还具有其它的功能。例如，控制燃料电池系统200的POT (Power Control Unit 功率 控制单元)也可以构成为包含ECU20的功能。此外，警告灯60也可以构成为除了在氢泄漏 时点亮之外还在二次蓄电池异常、燃料电池组210异常等各种异常时点亮。此外，输入输出 端子70也可以构成为能够与如下工具连接除了进行氢传感器的检查之外还用于进行二 次蓄电池、燃料电池组210等的检查。A3.氢检测系统的动作图2是表示由判定部32进行的氢泄漏检测的流程的流程图。图3是将基于氢检 测器10的检测值与燃料电池系统200的各开关和各诊断标志的打开/关闭的时间一起示 出的时序图。在本实施例中，打开IG开关，接着通过打开起动开关而使燃料电池系统200起动。此处，IG是Ignition (点火)的省略说法，本来是指内燃机的点火，在燃料电池系统200中， 未必是恰当的用语，但是对于本领域技术人员来说，点火开关已被作为指代车辆的起动开 关的词语长年使用。因此，此处也直接使用IG开关这一用语来指代作为车辆起动开关的操作元件。图3表示反复进行了燃料电池系统200的运转和停止的情况。在IG开关和起动 开关都被打开的情况下，燃料电池系统200运转。在本实施例中，在进行燃料电池组210的检查的情况下，检查者将检查工具300经 由连接电缆与输入输出端子70连接，并从检查工具300发出输出要求。于是，从E⑶20输 出诊断码和峰值42，并显示于检查工具300。首先，根据图2和图3，对没有来自检查工具300的输出要求以及诊断清除要求的 情况进行说明。如图3所示，当驾驶者在时刻tl打开了 IG开关时(图3A)，由氢检测器10 进行的燃料电池箱220内的氢浓度的检测开始(图3C)。接着，当打开起动开关时(图3B)， 燃料电池组210的运转开始。氢检测器10每隔规定的时间间隔向ECU20发送燃料电池箱 220内的氢浓度。如上所述，由于燃料电池箱220具有透气性，所以如图3C所示燃料电池 箱220内的氢浓度发生变动。因此，间歇性地出现氢浓度的峰值。因此，判定部32通过进 行以下处理，来将检测值的最大值存储为峰值42，并进行氢泄漏的判定。当取得来自氢检测器10的检测值时，判定部32对该检测值是否大于存储在存储 器40中的峰值42进行判定(步骤S102)。在初始设定中，将峰值42设定为0，例如在图3G 所示的时刻t2，检测值大于0 (图3C)，因此判定部32将峰值42替换成检测值(步骤S104)。接着，判定部32对峰值42是否大于第一阈值进行判定(步骤S106)。如图3C所 示，峰值42 (为时刻t2的检测值)小于第一阈值(在步骤S106中为否)，因此前进至步骤 S112，对峰值42是否大于第二阈值进行判定。如图3C所示，峰值42 (为时刻t2的检测值) 小于第二阈值(在步骤S112中为否)，因此前进至步骤S116，判定有无来自检查工具300的 输出要求(步骤S116)。由于没有来自检查工具300的输出要求(在步骤S116中为否)， 因此前进至步骤S120，判定有无来自检查工具300的诊断清除要求。由于没有来自检查工 具300的诊断清除要求，因此结束本过程。当再次取得来自氢检测器10的检测值时，判定部32对该检测值是否大于存储 在存储器40中的峰值42进行判定(步骤S102)。在时刻t2 t3之间，检测值小于峰值 42 (为时刻t2的检测值)，因此判定部22判定为小于峰值42 (在步骤S102中为否)，并前 进至步骤S116。S卩，在时刻t2 t3之间，峰值42是时刻t2的检测值，峰值42未被替换 (图 3D)。如图3C所示，当超过时刻t3时，检测值大于峰值42 (为时刻t2的检测值)，因此 判定部22判定为大于峰值42 (在步骤S102中为是)，并使存储于存储器40中的峰值42变 为该时刻的检测值(步骤S104)。接着，对该新的峰值42是否大于第一阈值进行判定(步 骤S106)。如图3C所示，峰值42小于第一阈值，因此判定部32前进至步骤Sl 12，对峰值42 是否大于第二阈值进行判定(步骤S112)。由于峰值42小于第二阈值，所以判定部32前进 至步骤S116。这样，当取得来自氢检测器10的检测值时，判定部32首先将该检测值与峰值42 进行比较，将检测值的最大值作为峰值42存储于存储器40中。因此，例如在时刻t3 t4 之间，每当判定部32取得检测值时，就进行峰值42的替换(图3D)。即使例如在图3中的 时刻t5关闭IG开关(图3A)而燃料电池组210的运转停止，该峰值42也不会消除(图 3D)。因此，当在时刻t6开始了由氢检测器10进行的氢的检测的情况下，判定部32将取得 的检测值和存储于存储器40中的峰值42(为时刻tl t5中的最大值)进行比较。
重复上述处理，从而更新峰值42 (在此期间，诊断一标志44和诊断二标志46都处于关闭状态)。然后，当取得时刻t7的检测值时，判定部32对检测值是否大于峰值42进行 判定(步骤S102)。如图3C和图3D所示，检测值大于峰值42，因此判定部32将存储于存 储器40中的峰值42替换成时刻t7的检测值(步骤S104)。接着，判定部32对峰值42 (为时刻t7的检测值)是否大于第一阈值进行判定(步 骤S106)。如图3C所示，峰值42小于第一阈值，因此判定部32前进至步骤S112。判定部 32对该峰值42 (为时刻t2的检测值)是否大于第二阈值进行判定(步骤S112)。由于峰 值42大于第二阈值，所以判定部32如图3E所示地开启存储于存储器40中的诊断二标志 (步骤 Sl 14)。然后，例如当检查者在时刻t7 t8之间将检查工具300连接于输入输出端子70 而发出输出要求时，判定部32判定为有输出要求(在步骤S116中为是)，并经由输入输出 端口 50向检查工具300输出诊断二和峰值42 (步骤Sl 18)。由此，检查者认识到还不至于 向驾驶者发出警告，但产生了微量的氢泄漏。然后，可以根据峰值42，谋求更换燃料电池组 210的结构部件的一部分等、针对氢泄漏的对策。此外，当取得时刻t8的检测值时，判定部32对检测值是否大于峰值42进行判定 (步骤S102)。如图3C、图3D所示，检测值大于峰值42，因此判定部32将存储于存储器40 中的峰值42替换成时刻t8的检测值(步骤S104)。接着，判定部32对峰值42 (为时刻t8 的检测值)是否大于第一阈值进行判定(步骤S106)。如图3C所示，峰值42大于第一阈 值，因此判定部32如图3F所示地开启存储于存储器40中的诊断一标志(步骤S108)，并向 警告灯60发出点亮指示(步骤S110)。由此，警告灯60被点亮，驾驶者能够认识到产生了 氢泄漏。接着，判定部32对峰值42 (为时刻t8的检测值)是否大于第二阈值进行判定(步 骤Sl 12)。如图3C所示，峰值42大于第二阈值，因此判定部32如图3F所示地开启存储于 存储器40中的诊断一标志(步骤S108)。另外，由于诊断二标志在时刻t7就已经打开，所 以维持开启状态(图3E)。此时，在存储器40中存储峰值42为时刻t8的检测值，诊断一标 志44为开启状态，诊断二标志46为开启状态。因此，当此后检查者使用检查工具300发出 输出要求时，诊断一、诊断二以及峰值42被显示于检查工具300。A4.实施例的效果在现有技术的氢检测系统中，在来自燃料电池组的氢泄漏增多至足以阻碍燃料电 池组的运转的情况下，使警告灯点亮等来报告驾驶者。在这样的情况下，大多要立刻更换燃 料电池组。与此相对，存在想知道尚无需更换整个燃料电池组而只需更换部件等就能够消 除氢泄漏的程度的燃料电池组的劣化状态的要求。为了满足该要求，考虑将用于判断使警 告灯点亮的阈值设定成比以往的氢检测系统要低。但是，这样的话，担心产生下述情况尽 管不会阻碍燃料电池组的运转，还是会向驾驶者发出警告或者停止燃料电池组的运转，由 此使驾驶者不安或产生不良情况。根据本实施例中的氢检测系统100，在氢从燃料电池组210泄漏的情况下，如果该 泄漏量很少(即，基于氢检测器10的检测值大于第二阈值且小于第一阈值的情况)，则不点 亮警告灯60，而是存储该峰值42，并且开启表达产生了微量的氢泄漏之意的与诊断二相关 的标志(诊断二标志)。
因此，在来自燃料电池组210的氢泄漏很少的情况下，由于不报告给驾驶者，所以 不会使驾驶者产生不安或者产生不良情况。另外，例如通过检查者使用检查工具300来对 诊断二和峰值42进行确认，能够判定燃料电池组210的劣化程度。因此，能够趁着来自燃 料电池组210的氢泄漏还很少而没有阻碍燃料电池组210的继续运转的时候，谋求针对氢 泄漏的对策。此外，检查者无需将燃料电池组210从车载状态卸下并分解燃料电池组210来确 认密封部件的损伤，就能够容易地判定燃料电池组210的劣化。即，检查者能够根据所存储 的峰值42来对燃料电池组210的劣化程度进行研究，从而进行更换部件、或更换整个燃料 电池组等的应对，因此能够减轻燃料电池组210的检查修理所需的劳力，能够缩短时间。B.变形例另外，本发明并不限定于上述实施例和实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内 在各种形态中实施，例如也可以是如下所述的变形。(1)在上述实施例中，在基于氢检测器10的检测值超过第一阈值Vl的情况下，通 过点亮警告灯60来报告驾驶者，但是报告方法并不限定于此。例如，也可以在燃料电池车 所具有的显示器上显示“氢泄漏”等警告，还可以利用声音来报告。此外，也可以将这些方 法组合起来。另外，也可以使燃料电池系统200的运转停止。(2)在上述实施例中，以燃料电池系统200搭载于车辆上的情况为例进行了说明， 但是例如即使对于定置型的燃料电池系统也能够获得同样的效果。(3)在上述实施例中，由于燃料电池系统200具有氢检测系统100，因此使用氢检 测器10来检测氢，但是检测气体并不限定于氢。例如，当在搭载有汽油发动机、柴油发动 机、氢发动机、天然气发动机等的车辆中具有气体检测系统的情况下，通过使用与各燃料对 应的气体传感器来代替氢检测器10，能够获得与上述实施例相同的效果。另外，并不限定于 来自发动机的燃料泄漏，也可以检测出来自制造这些燃料和蓄积这些燃料的制造设备的燃 料泄漏。(4)在上述实施例中，判定部32将检测值(氢浓度)的最大值存储于存储器中，但是也可以构成为不存储检测值的最大值。即使这样，在检测值大于第二阈值且小于第一阈 值的情况下，也开启诊断二标志，因此检查者通过此后使用检查工具300确认诊断二，能够 认识到从燃料电池组210产生了微量的氢泄漏，并谋求针于泄漏的对策。
权利要求
一种气体检测系统，对存在于规定空间内的规定气体进行检测，所述气体检测系统的特征在于，具有气体浓度检测部，检测所述规定气体的浓度；存储部；报告部；以及判定部，在判定为由所述气体浓度检测部检测出的气体浓度为第一阈值以上的情况下，使所述报告部进行报告，并且在判定为所述气体浓度为第二阈值以上且小于第一阈值的情况下，不使所述报告部进行报告而是使规定信息存储于所述存储部。
2.一种燃料电池系统，具有燃料电池，所述燃料电池系统的特征在于， 还具有权利要求1所述的气体检测系统。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于， 所述气体浓度检测部检测氢作为所述规定气体。
4.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有权利要求2或3所述的燃料电池系统。
全文摘要
本发明提供一种气体检测系统，对存在于规定空间内的规定气体进行检测，所述气体检测系统的特征在于，包括气体浓度检测部，检测规定气体的浓度；存储部；报告部；以及判定部，在判定为由气体浓度检测部检测出的气体浓度为第一阈值以上的情况下，使报告部进行报告，并且在判定为气体浓度为第二阈值以上且小于第一阈值的情况下，不使报告部进行报告而是使存储部存储规定信息。由此，能够容易地判定燃料电池等利用燃料的装置的劣化。
文档编号G01N27/00GK101828106SQ20088011197
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月17日
发明者梶原滋人, 石垣克记 申请人:丰田自动车株式会社