JP2006066100A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池のガス通路に配置された制御弁の正常／異常を判別する。
【解決手段】 一方向に流体が流れる流体通路上の２点間を少なくとも２つの制御弁で封止する過程(S102)と、少なくとも２つの制御弁のうち下流側の制御弁を暫時開放して２つの制御弁間に封止された流体の一部を放出し、２つの制御弁のうち上流側の制御弁にその弁体を弁座に押しつける力を生ぜしめて当該制御弁のシール性を高める過程(S106)と、上流側及び下流側の両制御弁を共に閉じて両制御弁間に流体を封止する過程(S106)と、封止された流体の所定時間間隔における圧力変化を検出する過程(S112,S120)と、圧力変化を基準値と比較する過程(S120)と、によって燃料電池の制御弁の異常を判別する。
【選択図】 図３

Description

本発明は燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって電気を発生する燃料電池システムに関し、特に、ガス通路を制御する制御弁の異常を検出する機能を有する燃料電池システムに関する。

燃料電池では、何らかの原因で反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給システムに異常が発生すると自動的に燃料電池システムが停止するようになされている。しかし、燃料電池システムのような複雑な構成を持つシステムでは、その原因の究明が必ずしも容易ではなく、一旦停止すると再起動するまでに時間がかかることも考えられる。そこで、トラブルの原因が究明できるようなシステムの提供が望まれる。例えば、特開平３−２５０５６４号公報記載の燃料電池システムでは、燃料電池のガス通路における複数の圧力センサの検出値と当該センサ位置における各種運転状態における基準圧力値とを比較することで閉塞や漏洩等のの異常を判断している。
特開平３−２５０５６４号公報

しかしながら、上述した構成によればガス通路における異常を検出することは可能となるものの、ガス通路に配置された制御弁の正常／異常までを正確に判別することは難しい。

よって、本発明は燃料電池のガス通路に配置された制御弁の正常／異常を判別することを可能とした燃料電池システム及び燃料電池システムの制御弁の検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の燃料電池システムは、燃料電池に作動流体を供給・排出する流体通路と、上記流体通路上に設けられて上記作動流体の状態量を検出する流体状態検出装置と、上記流体状態検出装置の出力に基づいて上記燃料電池の異常を検出する異常検出手段と、を含み、上記異常検出手段は、上記流体通路上に配置された少なくとも２つの制御弁を作動させて閉区間を形成して上記作動流体を封止し、その後一方の制御弁を暫時開閉させて当該開閉に伴う圧力変化によって他方の制御弁にその一次側から二次側に向かう圧力を生ぜしめ、その後に変化する上記閉区間の作動流体の状態量から上記他方の制御弁の異常を判断する。ここで、上記作動流体には、反応ガスである燃料ガス及び酸化ガスが含まれる。

かかる構成とすることによって、１の制御弁がその上流側から圧力を受けた状態でその下流側の圧力を変えたときの閉区間の圧力変化を観察可能とすることによって、被測定対象の制御弁の弁体のシール性の向上を促した状態で当該制御弁の異常の有無を判別可能となる。

好ましくは、上記流体通路は、上記作動流体を入口弁を介して燃料電池に供給する供給通路と、上記燃料電池から出口弁を介して排出された上記作動流体を上記供給通路に還流させる還流通路と、上記還流通路から外部に上記作動流体を排出する排出制御弁と、上記還流通路の上流側に配置された上流側制御弁と、上記還流通路と上記供給通路との間に設けられ、少なくとも上記供給通路から上記還流通路への上記作動流体の流入を制限する流入制限弁と、を含み、上記流体通路上に配置された少なくとも２つの制御弁は上記供給通路及び上記還流通路からなる通路上で上流側及び下流側に位置する少なくとも２つの弁である。

好ましくは、上記上流側に位置する弁は上記燃料電池の入口弁である。

好ましくは、上記異常検出手段は、上記制御弁の異常の判断を行った後に上記流体通路を構成する配管の異常判断を行う。

好ましくは、上記他方の制御弁にその一次側から二次側に向かう圧力を生ぜしめることによって当該他方の制御弁のシール性を高める。それにより、正常な弁を異常と判断することを回避する。

また、本発明の制御弁の検査方法は、一方向に流体が流れる流体通路上の２点間を２つの制御弁で封止する第１過程と、上記２つの制御弁のうち下流側の制御弁を暫時開放して２つの制御弁間に封止された流体の一部を放出し、上記２つの制御弁のうち上流側の制御弁にその弁体を弁座に押しつける力を生ぜしめる第２過程と、上流側及び下流側の両制御弁を共に閉じて両制御弁間に流体を封止する第３過程と、封止された流体の所定時間間隔における圧力変化を検出する第４過程と、上記圧力変化を基準値と比較する第５過程と、を含む。

好ましくは、上記流体通路は燃料電池の反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の通路である。

好ましくは、上記第２過程は上記上流側の制御弁にその弁体を弁座に押しつける力を生ぜしめて当該制御弁のシール性を高める。

好ましくは、上記制御弁の異常判別の順番は前記流体通路の下流側に位置する制御弁から上流側に位置する制御弁に向かって順次行われる。それにより、不良弁の判別が容易となる。

また、本発明の燃料電池システムの制御弁の検査方法は、作動流体を供給する作動流体供給源と燃料電池の入口とを接続する供給通路と、上記燃料電池の出口と上記供給通路とを接続する還流通路と、上記供給通路の上記作動流体供給源側に設けられる上記作動流体供給源の遮断弁と、上記供給通路の上記燃料電池の入口側に設けられる入口弁と、上記還流通路の上記燃料電池の出口側に設けられる出口弁と、上記還流通路の上記供給通路側に設けられる逆止弁と、上記還流通路から外部に作動流体を排出する排出弁と、上記作動流体が流れる経路の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、上記入口弁及び出口弁を閉じて上記排出弁を開閉した後の上記還流通路又は燃料電池内の圧力変化により上記出口弁又は上記逆止弁の動作を判定する。それにより、燃料電池の出口弁、逆止弁の正常／異常を判断することができる。

また、本発明の燃料電池システムの制御弁の検査方法は、作動流体を供給する作動流体供給源と燃料電池の入口とを接続する供給通路と、上記燃料電池の出口と上記供給通路とを接続する還流通路と、上記供給通路の上記作動流体供給源側に設けられる上記作動流体供給源の遮断弁と、上記供給通路の上記燃料電池の入口側に設けられる入口弁と、上記還流通路の上記燃料電池の出口側に設けられる出口弁と、上記還流通路の上記供給通路側に設けられる逆止弁と、上記還流通路から外部に作動流体を排出する排出制御弁と、上記作動流体が流れる経路の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、上記入口弁を閉じ上記出口弁を開放して上記排出弁を開閉した後の上記燃料電池内又は上記還流通路の圧力変化により上記入口弁の動作を判定する第１過程と、上記入口弁及び出口弁を閉じて上記排出弁を開閉した後の上記燃料電池内の圧力変化により上記入口弁の動作を判定する第２過程と、を含む。それにより、燃料電池入口弁の正常／異常を判断することができる。

好ましくは、上記第１過程は上記燃料電池内又は上記還流通路の圧力が目標値まで降下しないときに上記入口弁の異常と判断し、上記第２過程は、上記燃料電池内の圧力が上昇するときに上記入口弁の異常と判断する。

本発明によれば、燃料電池の流体通路に配置される制御弁の漏れなどの異常を判別することが可能となる。また、制御弁の弁体を弁座に密着させてから異常判別を行うことにより、漏れ検査の誤判断を抑制することが可能となる。

本発明の実施例においては、燃料電池の流体通路上に配置された２つの制御弁（開閉弁、逆止弁、排気弁、調圧弁）を利用し、両制御弁によって画定される閉区間の流体（反応ガス）の圧力変化から制御弁の異常を判別する。また、閉区間の圧力を一時変えることによって制御弁のシール性の確保を図り、その後、制御弁の異常を判別する。

本発明の燃料電池システムを車両に搭載した実施の形態を例として以下に説明する。

まず、燃料電池システムの概略構成について説明する。図１は本発明が適用される燃料電池システムの例を示しており、酸化ガスとしての空気（外気）は空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、供給空気圧を検出する圧力センサＰ４及び空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１が設けられている。コンプレッサＡ３はモータ（補機）によって駆動される。モータは後述の制御部５０によって駆動制御される。なお、エアフィルタＡ１には空気流用を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられる。

燃料電池２０から排出される空気オフガスは排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサＰ１、圧力調整弁Ａ４及び加湿器Ａ２１の熱交換器が設けられている。圧力センサＰ１は燃料電池２０の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁（減圧弁）Ａ４は燃料電池２０への供給空気の圧力（空気圧）を設定する調圧器として機能する。圧力センサＰ４及びＰ１の図示しない検出信号は制御部５０に送られる。制御部５０はコンプレッサＡ３及び圧力調整弁Ａ４を調整することによって燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。

燃料ガスとしての水素ガスは水素供給源３０から燃料供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。燃料供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁（水素供給バルブ）Ｈ１００、水素供給源３０からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサＰ６、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、水素調圧弁Ｈ９の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサＰ９、燃料電池２０の水素供給口と燃料供給路７４間を開閉する遮断弁（ＦＣ入口弁）Ｈ２１及び水素ガスの燃料電池２０の入口圧力を検出する圧力センサＰ５が設けられている。例えば、調圧弁Ｈ９としては機械式の減圧を行う調圧弁を使用できる。また、パルスモータで弁の開度がリニア（あるいは連続的）に調整される弁であっても良い。圧力センサＰ５、Ｐ６及びＰ９はガス圧検出手段に対応する。圧力センサＰ５、Ｐ６及びＰ９の図示しない検出信号は制御部５０に供給される。

燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、燃料供給路７４の調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスの温度を検出する温度センサＴ３１、燃料電池２０と循環路７５を連通／遮断する遮断弁（ＦＣ出口弁）Ｈ２２、水素オフガスから水分を回収する気液分離器Ｈ４２、回収した生成水を循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０及び逆流阻止弁（逆止弁）Ｈ５２が設けられている。遮断弁Ｈ２１及びＨ２２は燃料電池のアノード側を閉鎖する。温度センサＴ３１の図示しない検出信号は制御部５０に供給される。水素ポンプＨ５０は制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは燃料供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。逆流阻止弁Ｈ５２は燃料供給路７４の水素ガスが水素循環路７５側に逆流することを防止する。遮断弁Ｈ１００、Ｈ２１、Ｈ２２は制御部５０からの信号で駆動される。

水素循環路７５は排出制御弁（パージ弁）Ｈ５１を介してパージ流路７６によって排気路７２に接続される。排出制御弁Ｈ５１は電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより水素オフガスを外部に排出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。

更に、燃料電池２０の冷却水出入口には冷却水を循環させる冷却路７３が設けられる。冷却路７３には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。ラジエータＣ２にはモータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。

燃料電池２０は燃料電池セル（単位セル）を所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。

制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システムの各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。制御部５０は図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。制御コンピュータシステムはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成り、市販されている制御用コンピュータシステムによって構成される。

次に、制御部５０による制御弁の異常検出動作について説明する。制御部５０は図示しない主制御プログラムにおいて制御弁の異常有無の検出動作を指令する命令の発令あるいはフラグが設定された（イベント発生）ことを判別すると、図２に示される異常（ガス漏れ）検出プログラムを実行する。

まず、制御部（ＣＰＵ）５０は車両などの負荷からの燃料電池（ＦＣ）２０への要求電力が図示しない二次電池から供給可能な低レベルである所定値Ｗ１以下であるか、又は、燃料電池２０への要求電流が二次電池から供給可能な低レベルである所定電流値Ｉ１以下であるかを判別する（Ｓ１０）。以下に説明するガス流路に配置された制御弁の異常の有無を判断する処理ではガス流路を遮断するため、当該処理を実行中は燃料電池の発電を行うことが出来ないからである。燃料電池２０への要求負荷が所定値を超えているときは（Ｓ１０；ＮＯ）、現在当該処理を実行できないので水素漏れ（ガス漏れ）キャンセル処理（Ｓ２０）を行う。ガス漏れ検出用のタイマやガス通路の圧力記憶値をリセットする（Ｓ３０）。本ルーチンを終了する。

燃料電池２０がシステム停止状態や、低負荷の為に一時的に運転を停止している間欠運転状態等にあって、所定負荷Ｗ１やＩ１よりも低い場合には（Ｓ１０；ＹＥＳ）、ガス通路を下流側から上流側に向かってガス漏れの判定を行う。まず、後に詳述する水素循環部の水素漏れ（ガス漏れ）判定を実行する（Ｓ１００）。この判定では、水素オフガスの循環路７５に配置された燃料電池２０の出口弁Ｈ２２及び逆止弁Ｈ５２の異常判定を行う。次に、燃料電池２０の入口弁Ｈ２１の水素漏れ判定を行う（Ｓ２００）。更に、燃料電池２０へのガス供給通路（水素ガス供給配管）７４の水素漏れ判定を行う（Ｓ３００）。

各処理において該当制御弁等の正常／異常が判別され、その結果が異常の場合には図示しない車両のコンソールパネルなどのディスプレイに表示される。また、異常と判断された場合には警告ランプの点灯やメッセージ表示、移動通信網を介してメンテナンスセンターの保守コンピュータシステムへの送信等が行われる。ガス通路内部における漏れの場合（例えば、制御弁の一次側（上流側）から二次側（下流側）へのガス漏れの場合）にはガス通路の外部には漏れていないので燃料電池２０を直ちに停止する必要は少ない。このような場合には、例えば、車両を走行可能としてメンテナンスセンターへの立ち寄りを促す案内をコンソールに表示することが出来る。

（循環部水素漏れ判定処理）
制御部５０は燃料電池２０を停止可能と判断すると（Ｓ１０；ＹＥＳ）、図３のフローチャートに示す水素循環路７５の制御弁の水素漏れ判定を行う。制御部５０は、まず、燃料電池２０に水素ガスが供給されている状態で入口弁Ｈ２１、出口弁Ｈ２２、排出制御弁Ｈ５１を閉じ、燃料電池２０及び水素循環路７５内に所定圧の水素ガスを封止する（Ｓ１０２）。制御部５０は各制御弁（入口弁Ｈ２１、出口弁Ｈ２２、排出制御弁Ｈ５１）への閉弁指令発令後、各制御弁が閉弁動作に要する時間の経過を待って（Ｓ１０４）、排出制御弁Ｈ５１を所定時間ｔ１０の間開放し、水素循環路７５の水素ガスを一部放出する。出口弁Ｈ２２の下流側を減圧することによって出口弁２２の弁体のシール性を向上させる。また、逆止弁Ｈ５２を逆バイアス状態として逆止機能（ガス遮断）を発揮させる（Ｓ１０６）。

図７は、通路の開閉を行う入口弁Ｈ２１及び出口弁Ｈ２２（制御弁）の構成例を概略的に示している。制御弁は電磁石などのアクチュエータによって上下動する弁体が弁座に密着したり、離間したりすることによってガス通路の開閉を行っている。このような構造においては、制御弁の一次側（弁体の上流側）のガス圧に対して二次側（弁体の下流側）のガス圧を相対的に下げると、一次側のガスが弁体を弁座に押しつけるように作用し、制御弁のシール性が向上する。

制御弁の下流側を減圧して当該弁のシール性を向上させた後、ガス圧変動の収束に必要な所定時間ｔ２の経過を待ち（Ｓ１０８）、水素ポンプＨ５０の入口側センサＰ２１、出口側センサＰ７及び燃料電池入口側の圧力センサＰ５の圧力値の前回測定値が記憶されていないことを確認して（Ｓ１１０）、水素ポンプ入口圧力センサＰ２１の出力値Ｐ２１ａ、水素ポンプ出口圧力センサＰ７の出力値Ｐ７ａ、燃料電池入口圧力センサＰ５の出力値Ｐ５ａを読取って記憶する（Ｓ１１２）。所定時間ｔ３経過後における圧力の変動分を検出するべく（Ｓ１１４）、排出制御弁Ｈ５１を閉じたままにして（Ｓ１１６）、水素ポンプ入口側の圧力センサＰ２１の値Ｐ２１と、出口側の圧力センサＰ７の値Ｐ７とを読取る。水素ポンプ入口側の圧力変動分Ｐ２１ａ−Ｐ２１が予め定められた変動代ΔＰ１を超えるかどうかを判断する。また、水素ポンプ出口側の圧力変動分Ｐ７ａ−Ｐ７が予め定められた変動代ΔＰ２を超えるかどうかを判断する（Ｓ１２０）。

両方の圧力降下分が所定の変動代を超えたときには（Ｓ１２０；ＹＥＳ）、閉鎖しているはずの出口弁Ｈ２２及び逆止弁Ｈ５２のいずれからも水素ポンプＨ５０側への通路への漏れ（ガス流入）はないと判別し、出口弁Ｈ２０及び逆止弁Ｈ５２の漏れはないと判断する（Ｓ１２２）。

少なくとも一方の圧力降下分が所定の変動代を超えないときには（Ｓ１２０；ＮＯ）、出口弁Ｈ２２又は逆止弁Ｈ５２からの水素ポンプＨ５０側への通路への漏れ（ガス流入）があると考えられる。いずれの制御弁側からの漏れかを判別するために、燃料電池２０の入り口側の圧力変動の有無を判別する。制御部５０は現在の入口圧力Ｐ５を読取り、記憶された入口圧力Ｐ５ａと現在の入口圧力Ｐ５との差Ｐ５ａ−Ｐ５が所定の変動代ΔＰ３を超えるかどうかを判別する（Ｓ１２４）。超える場合には（Ｓ１２４；ＹＥＳ）、燃料電池２０内部から水素ポンプ側にガスが流れ込んだと考えられ、出口弁Ｈ２２に漏れが生じていると判断する（Ｓ１２６）。超えない場合には（Ｓ１２４；ＮＯ）、燃料電池２０側には異常が無く、逆止弁Ｈ５２側から水素ガスが漏れたと判断する（Ｓ１２８）。

（入口弁水素漏れ判定処理１）
次に、図４を参照して燃料電池２０の入口弁Ｈ２１の漏れ判別について説明する。

制御部５０は、上記手順を実行した後、燃料電池２０の入口弁Ｈ２１及び排出制御弁Ｈ５１を閉じ、出口弁Ｈ２２を開放する（Ｓ２０２）。制御部５０は各制御弁（Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ５１）への開閉の指令発令後、各制御弁が開閉動作に要する時間の経過を待って（Ｓ２０４）、排出制御弁Ｈ５１を所定時間ｔ４０の間開放し、水素循環路７５及び燃料電池２０の水素ガスを一部放出する。検査対象の入口弁Ｈ２１の下流側を減圧することによって入口弁Ｈ２１の弁体のシール性を向上させる。また、逆止弁Ｈ５２を逆バイアス状態として逆止機能（ガス遮断）を発揮させる（Ｓ２０６）。

入口弁Ｈ２１の下流側を減圧して当該弁のシール性を向上させた後、ガス圧変動の収束に必要な所定時間ｔ５の経過を待ち（Ｓ２０８）、燃料電池２０の入口側の圧力センサＰ５の圧力値の前回測定値が記憶されていないことを確認して（Ｓ２１０）、燃料電池２０の入口圧力センサＰ５の出力値Ｐ５ｂを読取って記憶する（Ｓ２１２）。所定時間ｔ６経過後における圧力の変動分を検出するべく（Ｓ２１４）、排出制御弁Ｈ５１を閉じたままにして（Ｓ２１６）、圧力センサＰ５の出力値Ｐ５を読取る。燃料電池入口側の圧力変動分Ｐ５ｂ−Ｐ５が予め定められた変動代ΔＰ４を超えるかどうかを判断する（Ｓ２２０）。

圧力降下分が所定の変動代を超えたときには（Ｓ２２０；ＹＥＳ）、入口弁Ｈ２１から燃料電池２０側への水素ガスの漏れはないと判断する（Ｓ２２２）。圧力降下分が所定の変動代を超えないときには（Ｓ２２０；ＮＯ）、入口弁Ｈ２１から燃料電池２０側へのガス漏れがあると判断する（Ｓ２２４）。

（入口弁水素漏れ判定処理２）
図５は、燃料電池２０の入口弁Ｈ２１のガス漏れの有無を判断する他の手法（燃料電池内クロスリーク利用）を説明している。

制御部５０は、上述したステップＳ１０２に続いて、入口弁Ｈ２１、出口弁Ｈ２２及び排出制御弁Ｈ５１を閉じる（Ｓ２２６）。制御部５０は各制御弁への開閉の指令発令後、各制御弁が開閉動作に要する時間の経過を待って（Ｓ２２８）、燃料電池２０の入口側の圧力センサＰ５の圧力値Ｐ５ｃが記憶されていないときには（Ｓ２３０）、燃料電池２０の入口圧力センサＰ５の出力値Ｐ５ｃを読取って記憶する（Ｓ２３２）。入口弁Ｈ２１、出口弁Ｈ２２及び排出制御弁Ｈ５１を閉じたままにして所定時間ｔ８経過を待つ（Ｓ２３４）。この所定時間ｔ８の前後における圧力の変動分を検出するべく、圧力センサＰ５の出力値Ｐ５を読取る。燃料電池入口側の圧力変動分Ｐ５ｃ−Ｐ５が予め定められた変動代ΔＰ５を超えるかどうかを判断する（Ｓ２３６）。正常な状態であれば、燃料電池セルのＭＥＡ（電解質膜／電極接合体）におけるクロスリークによって燃料電池２０内の水素ガスは減少する。所定量減少しない場合には、入口弁Ｈ２１から燃料電池２０内への水素ガスの漏れが考えられる。変動代ΔＰ５はクロスリーク分の判別基準として設定される。

圧力降下分が変動代ΔＰ５を超えたときには（Ｓ２３６；ＹＥＳ）、入口弁Ｈ２１から燃料電池２０側への水素ガスの漏れはないと判断する（Ｓ２３８）。また、圧力降下分が所定の変動代を超えないときには（Ｓ２４０；ＮＯ）、入口弁Ｈ２１から燃料電池２０側へのガス漏れがあると判断する（Ｓ２４０）。

なお、燃料電池２０の入口弁Ｈ２１のガス漏れの有無につき、図４及び図５に示した２つの手順を行って異常判別の確実を期すこととしても良い。

（供給配管水素漏れ判定処理）
次に、図６を参照して水素供給路７４の水素漏れ処理について説明する。水素供給路７４の水素漏れは入口弁Ｈ２１を閉じた後、圧力センサＰ６の変動を見れば判別可能であるが、調圧弁Ｈ９のシールが安定するまでに時間がかかる。車載の燃料電池システムではこれを待てない場合がある。そこで、この実施例では、調圧弁Ｈ９のシール遅れによってその一次側からから二次側に水素が漏れて生ずる圧力センサＰ６の圧力変動分を計算で補うようにしている。

制御部５０は上述した判別処理の実行後、入口弁Ｈ２１、出口弁Ｈ２２及び排気制御弁Ｈ５１の閉成を指令する（Ｓ３０２）。制御部５０は各制御弁が閉じるに要する時間ｔ９の経過を待って（Ｓ３０４）、圧力センサＰ６、Ｐ９及びＰ５の出力値Ｐ６ｄ（調圧弁Ｈ９の一次側圧力）、Ｐ９ｄ（調圧弁Ｈ９の二次側圧力）及びＰ５ｄ（燃料電池入口圧力）が記憶さていないときには（Ｓ３０６；ＹＥＳ）、圧力センサＰ６、Ｐ９及びＰ５の出力値Ｐ６ｄ、Ｐ９ｄ及びＰ５ｄの値を読取る。ガス圧力変化を見るべく、所定時間ｔ１０の経過を待つ（Ｓ３１０）。制御部５０は所定時間ｔ１０が経過すると（Ｓ３１０；ＹＥＳ）、圧力センサＰ９の圧力値Ｐ９を読み取り、二次側圧力Ｐ９の増加分ΔＰ６（＝Ｐ９−Ｐ９ｄ）を求める。また、圧力センサＰ５の圧力値Ｐ５を読み取り、燃料電池入口側圧力Ｐ５の増加分ΔＰ７（＝Ｐ５−Ｐ５ｄ）を求める（Ｓ３１２）。調圧弁Ｈ９の二次側の圧力変動分ΔＰ６が正の値であるときは（Ｓ３１４；ＹＥＳ）、当該二次側圧力の増分ΔＰ６から調圧弁Ｈ９と入口弁Ｈ２１間の管路における増加水素量を計算する（Ｓ３１６）。また、燃料電池入口圧力の変動分ΔＰ７が正の値であるときは（Ｓ３１８；ＹＥＳ）、入口弁Ｈ２１の閉じ不良であり、閉じ不良分を補正するため、圧力の増分ΔＰ７から入口弁Ｈ２１と出口弁Ｈ２２間における増加水素量を計算する（Ｓ３２０）。圧力変動分ΔＰ７に対してステップＳ３１６及びＳ３２０で求めた水素増分によって補正を行う。

次に、調圧弁Ｈ９の一次側圧力Ｐ６の圧力変動分Ｐ６ｄ−Ｐ６が補正された所定圧力変動分ΔＰ７よりも大きいかどうかを判別する（Ｓ３２４）。大きい場合には（Ｓ３２４；ＹＥＳ）、燃料供給路（供給系配管）７４に水素ガス漏れがあると判断する（Ｓ３２６）。小さい場合には（Ｓ３２４；ＮＯ）、燃料供給路（供給系配管）７４に水素ガス漏れはないと判断する（Ｓ３２８）。制御部５０は各部の漏れ判断の終了後、主制御プログラムに戻る。

このようにして、各制御弁のガス漏れの有無が判断される。特に、ガス漏れが問題となる水素ガス系統の制御弁の検査に用いて具合がよい。

図１は本発明が適用される燃料電池システムを概略的に説明する説明図である。 図２は各部の漏れ判定を全体的に説明するフローチャートである。 図３は水素ガス循環路７５における水素漏れ判定を説明するフローチャートである。 図４は燃料電池入口弁の水素ガス漏れ判定を説明するフローチャートである。 図５は燃料電池入口弁の水素ガス漏れ判定を説明するフローチャートである。 図６は水素ガス供給路における水素漏れ判定を説明するフローチャートである。 図７は制御弁（開閉弁）の構成例を説明する説明図である。

符号の説明

２０ 燃料電池、３０ 水素ガス供給源、５０ 制御部、７１ 空気供給路、７２ 排気路、７４ 燃料供給路、７５ 水素循環路、Ｈ９ 調圧弁、Ｈ２１ 燃料電池入口弁、Ｈ２２ 燃料電池出口弁、Ｈ５１ 排気制御弁（パージ弁）、Ｈ５２ 逆止弁、Ｐ１〜Ｐ９ 圧力センサ

Claims (11)

1. 燃料電池に作動流体を供給・排出する流体通路と、前記流体通路上に設けられて前記作動流体の状態量を検出する流体状態検出装置と、前記流体状態検出装置の出力に基づいて前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段と、を含み、
   前記異常検出手段は、前記流体通路上に配置された少なくとも２つの制御弁を作動させて閉区間を形成して前記作動流体を封止し、その後一方の制御弁を暫時開閉させて当該開閉に伴う圧力変化によって他方の制御弁にその一次側から二次側に向かう圧力を生ぜしめ、その後に変化する前記閉区間の作動流体の状態量から前記他方の制御弁の異常を判断する、燃料電池システム。
2. 前記流体通路は、前記作動流体を入口弁を介して燃料電池に供給する供給通路と、前記燃料電池から出口弁を介して排出された前記作動流体を前記供給通路に還流させる還流通路と、前記還流通路から外部に前記作動流体を排出する排出制御弁と、前記還流通路の上流側に配置された上流側制御弁と、前記還流通路と前記供給通路との間に設けられ、少なくとも前記供給通路から前記還流通路への前記作動流体の流入を制限する流入制限弁と、を含み、
   前記流体通路上に配置された少なくとも２つの制御弁は前記供給通路及び前記還流通路からなる通路上で上流側及び下流側に位置する少なくとも２つの弁である、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記上流側に位置する弁が前記燃料電池の入口弁である請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記異常検出手段は、前記制御弁の異常の判断を行った後に前記流体通路を構成する配管の異常判断を行う請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記他方の制御弁にその一次側から二次側に向かう圧力を生ぜしめることによって当該他方の制御弁のシール性が高められる、請求項１記載の燃料電池システム。
6. 一方向に流体が流れる流体通路上の２点間を２つの制御弁で封止する第１過程と、
   前記２つの制御弁のうち下流側の制御弁を暫時開放して２つの制御弁間に封止された流体の一部を放出し、前記２つの制御弁のうち上流側の制御弁にその弁体を弁座に押しつける力を生ぜしめる第２過程と、
   上流側及び下流側の両制御弁を共に閉じて両制御弁間に流体を封止する第３過程と、
   封止された流体の所定時間間隔における圧力変化を検出する第４過程と、
   前記圧力変化を基準値と比較する第５過程と、
   を含む燃料電池システムの制御弁の検査方法。
7. 前記流体通路は燃料電池の反応ガスが流れる流体通路である請求項６に記載の燃料電池システムの制御弁の検査方法。
8. 前記第２過程は、前記上流側の制御弁にその弁体を弁座に押しつける力を生ぜしめて当該制御弁のシール性を高める、請求項６記載の燃料電池システムの制御弁の検査方法。
9. 作動流体を供給する作動流体供給源と燃料電池の入口とを接続する供給通路と、前記燃料電池の出口と前記供給通路とを接続する還流通路と、前記供給通路の前記作動流体供給源側に設けられる前記作動流体供給源の遮断弁と、前記供給通路の前記燃料電池の入口側に設けられる入口弁と、前記還流通路の前記燃料電池の出口側に設けられる出口弁と、前記還流通路の前記供給通路側に設けられる逆止弁と、前記還流通路から外部に作動流体を排出する排出弁と、前記作動流体が流れる経路の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、
   前記入口弁及び出口弁を閉じて前記排出弁を開閉した後の前記還流通路又は燃料電池内の圧力変化により前記出口弁又は前記逆止弁の動作を判定する、燃料電池システムの制御弁の検査方法。
10. 作動流体を供給する作動流体供給源と燃料電池の入口とを接続する供給通路と、前記燃料電池の出口と前記供給通路とを接続する還流通路と、前記供給通路の前記作動流体供給源側に設けられる前記作動流体供給源の遮断弁と、前記供給通路の前記燃料電池の入口側に設けられる入口弁と、前記還流通路の前記燃料電池の出口側に設けられる出口弁と、前記還流通路の前記供給通路側に設けられる逆止弁と、前記還流通路から外部に作動流体を排出する排出制御弁と、前記作動流体が流れる経路の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、
    前記入口弁を閉じ前記出口弁を開放して前記排出弁を開閉した後の前記燃料電池内又は前記還流通路の圧力変化により前記入口弁の動作を判定する第１過程と、
    前記入口弁及び出口弁を閉じて前記排出弁を開閉した後の前記燃料電池内の圧力変化により前記入口弁の動作を判定する第２過程と、
    を含む燃料電池システムの制御弁の検査方法。
11. 前記第１過程は、前記燃料電池内又は前記還流通路の圧力が目標値まで降下しないときに前記入口弁の異常と判断し、
    前記第２過程は、前記燃料電池内の圧力が上昇するときに前記入口弁の異常と判断する、請求項１０記載の燃料電池システムの制御弁の検査方法。
    
    
    

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