JP2006134647A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池システムの運転状態に拘わらずパージ弁の故障診断が可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池のアノード２ａまたは水素循環路１１ａから系外へ水素ガスを放出する水素排出路１３上に、直列に上流パージ弁１６と下流パージ弁１７とを設ける。上流パージ弁１６と下流パージ弁１７とで挟まれた水素排出路１３ｂの圧力を検出する圧力センサ１５を設ける。システム制御部１８は、上流パージ弁１６及び下流パージ弁１７を閉じて、水素排出路１３ｂを密閉し、圧力センサ１５による検出値の時間変化を監視する。システム制御部１８は、圧力センサ１５の検出値が大気圧へ向かって低下すれば、下流パージ弁１７の開固着故障と判断し、同検出値がアノード２ａの圧力へ向かって低下すれば、上流パージ弁１６の開固着故障と判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特にパージ弁の故障検出を改善した燃料電池システムに関する。

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。

固体高分子型燃料電池に用いられる高分子電解質は、湿潤状態でなければ良好な陽イオン伝導性を発揮しないものが多いために、燃料電池に供給する水素ガスまたは酸化剤ガス（以下、両者を併せて反応ガスと呼ぶ）は加湿されている。また、発電効率を高めるために燃料電池の出力電流から要求される反応ガスの質量流量より多くのガスを供給し、余剰の水素ガスは、水素循環経路によりアノード入口へ再循環させている。

このような燃料電池システムにおいて、カソードからアノードへ電解質膜をリークした空気中の不活性ガス（窒素、アルゴン等）は、アノード循環経路内に蓄積して水素分圧を低下させ、発電効率を低下させる。また、発電の電気化学反応により生じる生成水が液水となってガス通路に蓄積し、ガス流通やガス拡散を妨げ、発電効率の低下や発電停止に至ることがある。このような不純物ガスや液水をガス通路内から一掃するために、アノードから排出されるアノーオフガスを循環経路外へ放出するパージ弁が設けられている。

通常、パージ弁の下流には、排水素処理装置として、希釈装置や触媒燃焼装置が設けられる。希釈装置は、空気によりパージガス濃度を制限濃度未満に希釈して系外へ放出する。触媒燃焼装置は、燃焼触媒によりパージガス中の水素を燃焼させて水蒸気として系外へ放出する。

従来、パージ弁の故障診断としては、燃料電池の発電出力の変動が所定範囲内であるような一定運転時にパージ弁を開閉したときの目標アノード圧力と実アノード圧力を比較することで診断していた（例えば、特許文献１）。
特開２００３−０９２１２５号公報（第５頁、図２）

しかしながら上記従来技術においては、燃料電池の発電出力が所定範囲内であるときしかパージ弁の故障診断ができないため、診断頻度に制約があった。また、パージラインの系が極小さいときには、パージによる圧力変化がアノード圧力に現れにくく、精度よく診断することが困難な場合もあるという問題点があった。

上記問題点を解決するために、本発明は、燃料極に供給された燃料ガスと酸化剤極に供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料極へ燃料ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料極から排出される余剰燃料ガスを前記燃料極に還流する燃料循環路と、該燃料循環路内の気体の一部を外部に放出する燃料排出路と、該燃料排出路に直列に配置された複数のパージ弁と、前記複数のパージ弁の間の空間の圧力を計測する少なくとも一つの圧力センサと、該圧力センサが検出する圧力値の時間変化に基づいて前記空間を密閉する少なくとも一方のパージ弁からのガス漏洩を判断するパージ弁故障検出手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。

本発明によれば、燃料循環路内の期待の一部を外部へ放出する燃料排出路に、複数のパージ弁と、パージ弁に挟まれた空間の圧力を検出する圧力センサを設けたので、２つのパージ弁の間の空間に燃料ガスを密封し、この空間の圧力変化を圧力センサで検出することでパージ弁の故障診断を行うことができる。このパージ弁の間に燃料ガスを密封する空間は、通常の燃料電池運転状態に左右されない部分なので、任意の運転状態においてパージ弁の故障診断を行うことができるという効果がある。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。

図１は、本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム構成図である。本実施例１は、燃料排出路である水素排出路に２つのパージ弁を設けた実施例である。

図１において、燃料電池システム１は、アノード（燃料極）２ａに供給された燃料ガスとしての水素と、カソード（酸化剤極）２ｂに供給された酸化剤ガスとしての空気との電気化学反応により発電する燃料電池２を備えている。酸化剤ガスとしての空気は、空気コンプレッサ３で圧縮されて、空気供給路４を介して燃料電池２のカソード２ｂへ供給される。空気中の酸素の一部が発電反応に利用され残った酸素と窒素は、空気排出路５ａ、空気調圧弁６、空気排出路５ｂ、集合排出路１４を介して系外へ排出される。空貴重圧弁６は、その開度をを制御することにより、カソード２ｂの空気圧力を調整する。

一方、燃料ガスとしての水素は、高圧水素タンク７に貯蔵されている。高圧水素タンク７の水素は、減圧弁８で一定の圧力（例えば、１Ｍ［Ｐａ］）まで減圧された後、水素調圧弁９により所望の運転圧力まで減圧されて、水素供給路１０を介して、燃料電池２のアノード２ａへ供給される。アノード２ａで反応しなかった水素は、水素循環路１１ａ、水素循環ポンプ１２，水素循環路１１ｂを介して水素供給路１０へ合流し、再びアノード２ａへ供給される。

この燃料電池システム１において、カソード２ｂからアノード２ａへ電解質膜をリークした空気中の不活性ガス（窒素、アルゴン等）は、アノード循環経路内に蓄積して水素分圧を低下させ、発電効率を低下させる。また、発電の電気化学反応により生じる生成水が液水となってガス通路に蓄積し、ガス流通やガス拡散を妨げ、発電効率の低下や発電停止に至ることがある。このような不純物ガスや液水をガス通路内から一掃するために、アノードから排出されるアノーオフガスを循環経路外へ放出するために、水素排出路１３が設けられ、この水素排出路１３上に直列に、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７とが設けられている。

ここで、水素循環路１１ａとの分岐点と、上流パージ弁１６までの水素排出路を１３ａ，上流パージ弁１６から下流パージ弁１７までの水素排出路を１３ｂ、下流パージ弁１７から水素排出路が空気排出路５ｂと合流する点までを水素排出路１３ｃとする。尚、空気排出路５ｂと水素排出路１３ｃとの合流点より下流は、水素が空気により希釈されて排出される集合排出路１４とする。上流パージ弁１６は、従来のパージ弁と同様に、開度を制御可能なパージ弁である。

下流パージ弁１７と、圧力センサ１５は、本発明に特徴的な構成要素である。下流パージ弁１７は、上流パージ弁１６と同様に開度制御可能な弁でもよいが、本実施例では単なる開閉弁とする。通常の運転時は下流パージ弁１７は開とし、上流パージ弁１６の開度制御にてパージ量の調整を行う。

圧力センサ１５は、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７とで密閉される水素排出路１３ｂの圧力を検出するセンサであり、その検出値は、システム制御部１８へ入力されている。システム制御部１８は、燃料電池システム１の全体を制御するとともに、上流パージ弁１６及び下流パージ弁１７の間に密閉したアノードオフガス（水素ガス）の圧力変化を圧力センサ１５で検出することにより、両パージ弁１６，１７の故障を検出するパージ弁故障検出手段を兼ねている。

尚、特に限定されないが、本実施例では、システム制御部１８は、ＣＰＵ、プログラムＲＯＭ、作業用ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成され、ＣＰＵがプログラムＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、システム全体の制御及びパージ弁の故障診断が達成される。

また上流パージ弁１６と下流パージ弁１７で密閉される空間である水素排出路１３ｂの容積を極小さくすること、言い換えれば、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７とを近接して配置することにより、パージ弁１６、１７の漏洩による圧力センサ１５の圧力変動感度を高めることができるので、非常に精度よく診断することができる。

図２は、本実施例におけるパージ弁の漏洩診断のタイミングチャートである。まず、通常の運転状態である状態１において診断を開始するタイミングｔ１で、下流パージ弁１７を閉じる。すると、状態１から状態２へ遷移し、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の間の空間である水素排出路１３ｂにアノード２ａの水素圧力相当の圧力が保持される。

状態２である程度時間が経過して圧力センサ１５の検出値が安定したら、その検出値を圧力１としてシステム制御部１８へ記憶するとともに、タイミングｔ２で上流パージ弁１６を閉じる。これにより状態２から状態３へ遷移する。続いて状態３にて、閉塞された水素排出路１３ｂの圧力の時間変化を圧力センサ１５でモニタする。

上流パージ弁１６または下流パージ弁１７のいずれかに漏洩があった場合は、水素排出路１３ｂの圧力は比較的速やかにパージ弁外部の圧力に向かって変化する。例えば下流パージ弁１７に漏れがある場合は大気圧に、上流パージ弁１６に漏れがある場合はアノード２ａの圧力に収束する。つまり、所定時間における水素排出路１３ｂ内の圧力の変化幅からパージ弁１６，１７の漏洩の有無を判断することができる。

一方、アノード２ａの圧力と水素排出路１３ｂの圧力が比較的近い圧力を示す場合、圧力センサ１５の検出値に現れる変化が小さく、上流パージ弁１６の漏洩を検出することが困難である。そこで、状態３にて、燃料電池２から電力を取り出してアノード２ａの水素を消費させてアノード２ａの圧力を燃料電池の発電要求が許す範囲で低下させる。そうすることにより、上流パージ弁１６に漏れがあった場合に、水素排出路１３ｂの圧力は、より低いアノード２ａの圧力に向かって低下していくため、精度良い診断ができる。

次に、図３のフローチャートを参照して、アイドルストップ時におけるパージ弁の故障診断を説明する。

まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）００において、現在アイドリングストップ状態かどうかを識別し、アイドリングストップ状態ではないときは、Ｓ０２において、燃料電池の発電を一次的に停止（アイドリングストップ）してもよいか否かを決めるアイドリングストップ許可条件が成立しているか否かを判断する。アイドリングストップ条件としては、例えば、２次電池を備える燃料電池車両であれば、アクセル踏込量に基づく要求電力量が２次電池の放電量で十分賄える量とする。

Ｓ０２にてアイドリングストップ許可条件が成立していると判断されたら、Ｓ０４にて上流パージ弁１６を開き、下流パージ弁１７を閉じる。その後Ｓ０６にて上流パージ弁１６と下流パージ弁１７との間の圧力が所定時間内に上昇するかどうかを圧力センサ１５の検出値に基づいてチェックする。ここで、所定時間経過しても圧力が上昇しない場合は下流パージ弁１７が開いたまま（下流パージ弁の開固着故障）であるか、上流パージ弁１６が閉じたままである（上流パージ弁の閉故障）として、Ｓ１４に移行しパージ弁故障診断ＮＧ（診断結果不良）と判断するとともに、パージ弁が故障であることをパージ弁ＮＧ経験フラグをセットすることによりシステム制御部１８内に記憶する。

一方、Ｓ０６にて、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の間の圧力が上昇した場合は、Ｓ０８へ移行して上流パージ弁１６を閉じて、両パージ弁１６，１７間の水素排出路１３ｂの圧力を保持するとともに、圧力センサ１５で検出するパージ弁間の圧力変化をシステム制御部１８内に記憶する。また、水素、空気の供給を停止して燃料電池の発電を一時的に停止しアイドリングストップの状態とする。

ここで、Ｓ１０にて、燃料電池２から電力を取り出してアノード２ａの圧力を２つのパージ弁で密閉された水素排出路１３ｂの圧力より低く制御することにより、上流パージ弁１６の前後差圧を発生できるので、上流パージ弁の１６漏洩も検出することができる。

Ｓ１２はパージ弁診断のステップである。Ｓ１２にて両パージ弁１６，１７間の圧力が所定時間内に、Ｓ０８にて記憶した圧力値（圧力１）に対して所定圧力以上低下するかどうかをチェックする。

Ｓ１２にて所定時間１内に所定圧力１以上の圧力低下があった場合は、上流パージ弁１６または下流パージ弁１７の漏れがあるとしてＳ１４に移行し、パージ弁故障診断ＮＧと判断するとともに、パージ弁が故障であることをパージ弁ＮＧ経験フラグをセットすることによりシステム制御部１８内に記憶する。一方、Ｓ１２にて圧力の低下がないと判断される場合には、アイドリングストップの状態を継続する。

このように、アイドルストップ機能を持つ燃料電池においては、アイドルストップ中は燃料電池の補機を停止するため、アイドルストップ中の燃料排出経路からの排水素を処理する機能が損なわれたり、制限されたりする。従って、アイドルストップ中にパージ弁の漏洩を精度よく診断する必要がある。本実施例によれば、アイドルストップを行っているときにパージ弁の漏洩診断を行うことができるので、アイドルストップ状態のパージ弁からの水素漏れをリアルタイムで検出することができる。

一方、Ｓ００にてアイドリングストップ状態と識別したときには、Ｓ１６にてアイドリングストップを解除する必要があるか判断する。Ｓ１６にてアイドリングストップを解除する必要があると判断されたときは、Ｓ１８で水素供給を開始するとともに空気供給を開始し、Ｓ２０で上流パージ弁１６の通常開度制御を開始すると共に、下流パージ弁１７を開いて、通常の発電状態へ移行する。また、Ｓ１６にてアイドリングストップを解除する必要がないと判断した場合は、Ｓ１２に移行し、パージ弁の診断を継続しつつ、アイドリングストップを継続する。

ここで、Ｓ１６のアイドリングストップ解除条件の中に、パージ弁開固着診断がＮＧ判定されているかどうかを追加してもよい。アイドリングストップ中にＳ１４にてパージ弁開固着ＮＧと判断された場合は、Ｓ１６にてアイドリングストップ復帰条件が成立し、Ｓ１８、Ｓ２０に従って通常の発電状態へ移行する。

さらに、Ｓ０２のアイドリングストップ許可条件の中に、パージ弁開固着診断にてＮＧを経験していない、即ち、パージ弁ＮＧ経験フラグがセットされていないことを追加してもよい。アイドリングストップ中にＳ１４にてパージ弁開固着ＮＧと判断された場合は、Ｓ１６にてアイドリングストップ復帰条件が成立し、Ｓ１８、Ｓ２０に従って通常の発電状態へ移行するが、その後は、アイドリングストップ許可条件が成立しないので、以降アイドリングストップに移行しない。

これにより、アイドリングストップ中にパージ弁の漏洩が検出された場合は、ただちにアイドリングストップを解除し、パージ弁からの排水素を処理する機能を復活させることができるので、車外に規定濃度以上の水素が排出されることを防止することができる。

また、一旦パージ弁の漏洩が検出された場合は、以後アイドリングストップを行わないようにできるので、パージ弁の故障によりアイドリングストップに移行したとたんにアイドリングストップから運転状態に復帰するという動作を防止することができる。

以上説明したアイドリングストップ時のパージ弁診断は、図２に示した通常運転時のパージ弁診断の状態３までは同様である。ここで状態３にてパージ弁の開固着と判断した場合は、このときの圧力を圧力２としてシステム制御部１８に記憶すると同時に、上流パージ弁１６を開く。ここで、もともと上流パージ弁１６が開固着していた場合は、状態３と状態４で状態が変化しておらず、両パージ弁間の圧力の抜け方も変化がない。しかし、下流パージ弁１７が開固着していた場合は、上流パージ弁１６を開くことで状態３に対し状態４ではパージ弁間の圧力の抜ける面積が広がったことになり、圧力の抜け方が早くなる。従って、圧力１から圧力２に移行するまでに圧力低下速度と上流パージ弁１６を開いた後の圧力２から現在の圧力に移行するまでの圧力低下速度を比較することにより、どちらのパージ弁が故障しているかを判別し、パージ弁の故障部位が特定できる。これにより、その後の修理を迅速に行うことができる。また、故障部位に応じた最適なフェールセーフ制御を行うことができる。

図１のシステム構成図より、パージ弁から排出されるガスをカソードのＯＦＦガスにて希釈する構成をとる場合、正常な状態であれば、パージされる分の水素を希釈するだけの空気を供給すればよいのだが、パージ弁に開固着があって通常の想定以上の水素が排出される場合は、それの応じた空気を供給する必要がある。ここで、上流パージ弁１６が故障していた場合は通常のパージ制御の機能が損なわれており、パージ弁からの排出水素が安全濃度まで希釈されることを保証するために、希釈空気量を増加する等の水素処理機能の能力を高めたフェールセーフ処理を行う。この結果、燃料電池システム外に排出される水素濃度を低く抑制することができる。

パージ弁の故障部位特定の結果、下流パージ弁１７が開固着故障していたとしても、上流パージ弁１６で通常のパージ制御を行うことができるので、通常の発電制御を継続することができる。

図４に、燃料電池システムの運転停止時のパージ弁の漏洩診断のタイミングチャートを記載する。システム停止時に下流パージ弁１７を閉じる。すると、状態２にて上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の間の水素排出路１３ｂにアノード２ａの水素圧力相当の圧が保持される。この時に圧力センサ１５で検出した圧力を圧力１としてシステム制御部１８に記憶するとともに、上流パージ弁１６を閉じる。つづいて状態３にて、閉塞された水素排出路１３ｂの圧力の時間変化を圧力センサ１５でモニタする。上流パージ弁１６または下流パージ弁１７に漏洩があった場合は、水素排出路１３ｂの圧力は比較的速やかにパージ弁外部の圧力に向かい変化する。例えば下流パージ弁１７に漏れがある場合は大気圧に、上流パージ弁１６に漏れがある場合はアノード２ａの圧力に収束する。つまり、所定時間における水素排出路１３ｂ内の圧力の変化幅からパージ弁１６，１７の漏洩の有無を判断することができる。

図５に、燃料電池システムの運転停止時のパージ弁診断のフローチャートを示す。

まず、Ｓ４０において、燃料電池システムを起動するか否かを判定し、燃料電池システムを起動しないときには、Ｓ４２において、燃料電池システムを停止するか否かを判断する。

Ｓ４２にてシステム停止条件が成立していると判断されたら、Ｓ４４にて上流パージ弁１６を開き、下流パージ弁１７を閉じる。その後Ｓ４６にて上流パージ弁１６と下流パージ弁１７との間の圧力が所定時間内に上昇するかどうかを圧力センサ１５の検出値に基づいてチェックする。ここで、所定時間経過しても圧力が上昇しない場合は下流パージ弁１７が開いたまま（下流パージ弁の開固着故障）であるか、上流パージ弁１６が閉じたままである（上流パージ弁の閉故障）として、Ｓ５４に移行しパージ弁故障診断ＮＧと判断するとともに、パージ弁が故障であることをパージ弁ＮＧ経験フラグをセットすることによりシステム制御部１８内に記憶する。

一方、Ｓ４６にて、上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の間の圧力が上昇した場合は、Ｓ４８へ移行して上流パージ弁１６を閉じて、両パージ弁１６，１７間の水素排出路１３ｂの圧力を保持するとともに、圧力センサ１５で検出するパージ弁間の圧力変化をシステム制御部１８内に記憶する。また、水素、空気の供給を停止して燃料電池の発電を停止する。

ここで、Ｓ５０にて、燃料電池２から電力を取り出してアノード２ａの圧力を低下させ診断の精度を向上する。

Ｓ５２はパージ弁診断のステップである。Ｓ５２にて両パージ弁１６，１７間の圧力が所定時間内に、Ｓ４８にて記憶した圧力値（圧力１）に対して所定圧力以上低下するかどうかをチェックする。

Ｓ５２にて所定時間１内に所定圧力１以上の圧力低下があった場合は、上流パージ弁１６または下流パージ弁１７の漏れがあるとしてＳ５４に移行し、パージ弁故障診断ＮＧと判断するとともに、パージ弁が故障であることをパージ弁ＮＧ経験フラグをセットすることによりシステム制御部１８内に記憶する。一方、Ｓ５２にて圧力の低下がないと判断される場合には、運転停止を終了してリターンする。

次回の燃料電池システム起動時は、Ｓ４０にて起動と認識される。Ｓ４０にて起動時と認識された場合は、Ｓ５６にて前回停止時の診断にてパージ弁がＮＧ判定されているかどうかをチェックする。Ｓ５６にて前回診断でＮＧと判定されていない場合は、パージ弁は正常であると認識し、Ｓ６０にて空気増量を行わずに起動を行う。一方、Ｓ５６にて前回診断でＮＧと判定した場合は、パージ弁は異常であると認識し、Ｓ５８にてパージ弁から排出されると推定される水素を希釈するのに十分な空気増量を行い、Ｓ６２で水素供給を開始して燃料電池を起動する。

このように、燃料電池システムの停止時にパージ弁の故障判定を行ってその結果を記憶し、起動時に記憶した故障判定結果に応じて燃料電池の供給空気量を調整することにより、起動時に故障判定の必要が無くなり燃料電池システムの起動時間を短縮できる。停止時に故障判定しない場合には、パージ弁に開固着がある可能性を前提として、起動時に空気量を増大させる必要があるが、停止時に開固着診断を行えば、パージ弁が開固着していない場合までも空気量を増大させる必要がなくなり、消費電力削減及びコンプレッサ等による騒音低減することができる。

図６は、本発明に係る燃料電池システムの実施例２の要部構成を説明する構成図であり、水素排出路に直列に３つのパージ弁を設けた例を示している。図６において、水素排出路１３には、上流パージ弁１６、中流パージ弁２０、下流パージ弁１７の３つのパージ弁が直列に配置されている。そして、上流パージ弁１６と中流パージ弁２０で挟まれた水素排出路の圧力を検出する圧力センサ２１，中流パージ弁２０と下流パージ弁１７で挟まれた水素排出路の圧力を検出する圧力センサ１５が設けられている。その他の構成は、図１に示した実施例１の構成と同様であるので図示を省略する。

本実施例においては、３つのパージ弁の故障試験は、２つの試験に分割される。第１の試験は、上流パージ弁１６を開いた状態で、圧力センサ１５の検出値を用いて、中流パージ弁２０と、下流パージ弁１７の故障試験を行う。これは、実施例１の故障試験における上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の試験において、上流パージ弁１６を中流パージ弁２０に読み替えればよい。

第２の試験は、下流パージ弁１７を開いた状態で、圧力センサ２１の検出値を用いて、上流パージ弁１６と中流パージ弁２０の故障試験を行う。これは、実施例１の故障試験における上流パージ弁１６と下流パージ弁１７の試験において、中流パージ弁２０を下流パージ弁１７に、圧力センサ１５を圧力センサ２１に読み替えればよい。

このように、３以上のパージ弁を備えた構成において、試験対象の隣り合うパージ弁以外のパージ弁を開いた状態で、２つの隣り合うパージ弁の故障試験を行うように、故障試験を分割すると、それぞれ分割された故障試験は、実施例１と同様に行うことができる。

本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム構成図である。 実施例１における通常運転時のパージ弁故障診断タイミングチャートである。 実施例１におけるアイドリングストップ時の全体フローチャートである。 実施例１における故障部位特定診断タイミングチャートである。 実施例１におけるシステム停止時にパージ弁故障診断した場合の全体フローチャートである。 本発明に係る燃料電池システムの実施例２の要部構成を説明する構成図である。

符号の説明

１：燃料電池システム
２：燃料電池
２ａ：アノード
２ｂ：カソード
３：空気コンプレッサ
４：空気供給路
５ａ、５ｂ：空気排出路
６：空気調圧弁
７：高圧水素タンク
８：減圧弁
９：水素調圧弁
１０：水素供給路
１１ａ，１１ｂ：水素循環路
１２：水素循環ポンプ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：水素排出路
１４：集合排出路
１５：圧力センサ
１６：上流パージ弁
１７：下流パージ弁
１８：システム制御部

Claims (11)

1. 燃料極に供給された燃料ガスと酸化剤極に供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
   前記燃料極へ燃料ガスを供給する燃料供給手段と、
   前記燃料極から排出される余剰燃料ガスを前記燃料極に還流する燃料循環路と、
   該燃料循環路内の気体の一部を外部に放出する燃料排出路と、
   該燃料排出路に直列に配置された複数のパージ弁と、
   前記複数のパージ弁の間の空間の圧力を計測する少なくとも一つの圧力センサと、
   該圧力センサが検出する圧力値の時間変化に基づいて前記空間を密閉する少なくとも一方のパージ弁からのガス漏洩を判断するパージ弁故障検出手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料循環路の圧力を調整する燃料循環路圧力調整手段を備え、前記パージ弁故障検出手段により故障検出を行うときに、前記燃料循環路の圧力を前記故障検出を開始したガス圧力より低い圧力に調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 燃料電池の発電を停止するか否かを判断する燃料電池発電停止判断手段を備え、
   該燃料電池発電停止判断手段が燃料電池の発電停止を判断したときに、前記燃料電池に酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給を停止し、燃料電池の発電を一時的に停止させ、燃料電池をアイドリングストップ状態にする一方、前記燃料電池発電停止判断手段が燃料電池の発電停止を解除したときに、前記燃料電池に酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給を再開し、燃料電池の発電を再開させ、アイドリングストップ状態を解除することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池発電停止判断手段が燃料電池の発電停止を判断したときに、前記アイドリングストップ状態に移行する前に、前記パージ弁故障検出手段による故障検出を行うことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記パージ弁故障検出手段が少なくとも一方のパージ弁からのガス漏洩を判断したときに、前記アイドリングストップの状態を解除することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池発電停止判断手段は、前記パージ弁の故障情報を記憶する故障情報記憶手段を備え、前記パージ弁故障検出手段が少なくとも一方のパージ弁からのガス漏洩を判断したときは、パージ弁の故障情報を前記故障情報記憶手段に記憶するとともに、以降は燃料電池発電停止判断を制限することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 前記パージ弁故障検出手段は、少なくとも一方のパージ弁からのガス漏洩を判断したときに、前記圧力センサが検出した燃料ガス圧力値を前記故障情報記憶手段に記憶させるとともに、前記圧力センサを挟む２つのパージ弁のうち、燃料循環路に近いほうのパージ弁を開いて、前記圧力センサの検出値の時間変化を監視し、この時間変化に基づいて前記何れのパージ弁からガス漏洩の有無があるかを判別することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
8. 前記パージ弁故障検出手段が下流側にあるパージ弁からのガス漏洩有りと判定したときに、前記アイドリングストップの状態を禁止し、前記燃料電池に酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給を再開し、燃料電池の発電を再開させ、アイドリングストップ状態を解除することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記パージ弁故障検出手段が上流側にあるパージ弁からのガス漏洩有りと判定したときに、前記アイドリングストップの状態を禁止し、前記燃料電池に酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給を再開し、燃料電池の発電を再開させ、アイドリングストップ状態を解除するとともに、パージ弁からの排出ガス濃度を低下させるための処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
10. 燃料電池システム停止時に、前記パージ弁故障検出手段が前記パージ弁の故障を検出した場合、
    次回の燃料電池システム起動時において、通常時より燃料電池に対する空気供給量を増大させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
11. 前記パージ弁を３以上備え、試験対象の２つの隣り合うパージ弁以外のパージ弁を開いた状態で、２つの隣り合うパージ弁の故障試験を行うように故障試験を分割することを特徴とする請求項１ないし請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池システム。

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