JP2007317597A - 燃料電池システム及び開閉弁の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、インジェクタ下流側におけるガス圧力の大幅な変動を抑制しながら、インジェクタの異常検出を実現させる。
【解決手段】燃料電池１０と、燃料供給源３０から供給される燃料ガスを燃料電池１０へと流すための燃料供給流路３１と、燃料供給流路３１の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するインジェクタ３５と、を備える燃料電池システム１であって、燃料供給流路３１のインジェクタ上流側における燃料ガスの圧力を低下させる上流圧低下手段（制御装置４及び遮断弁３３）と、この上流圧低下手段により燃料供給流路３１のインジェクタ上流側における燃料ガスの圧力が低下して所定の閾値未満になった場合に、インジェクタ３５に所定時間連続的に通電を行ってインジェクタ３５の異常を検出する異常検出手段（制御装置４）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システム及び開閉弁の診断方法に関する。

従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられており、燃料供給流路には、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を一定の値まで低減させる調圧弁（レギュレータ）が設けられるのが一般的である。

現在においては、燃料ガスの供給圧力を例えば２段階に変化させる機械式の可変調圧弁（可変レギュレータ）を燃料供給流路に設けることにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 また、近年においては、燃料電池システムの燃料供給流路にインジェクタを配置し、このインジェクタの作動状態を制御することにより燃料供給流路内の燃料ガスの供給圧力を調整する技術が提案されつつある。

インジェクタは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。制御装置がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。通常、インジェクタの弁体はソレノイド等の電磁駆動装置により駆動され、この電磁駆動装置には外部の制御装置からパルス状励磁電流が供給される。そして、このパルス状励磁電流のオン（開指令）・オフ（閉指令）により、比較的短い駆動周期（例えば数ｍｓ〜数１０ｍｓ）でインジェクタが制御されることとなる。
特開２００４−１３９９８４号公報

ところで、インジェクタ等の電磁駆動式の開閉弁の異常（例えば、断線や短絡等に起因したインジェクタへの電力供給の遮断やインジェクタの弁固着等）を検出する目的で、開閉弁に比較的長い時間（例えば５００ｍｓ）の通電を行い、この通電状態を監視する、という手法を採用することが考えられる。

しかし、開閉弁の異常検出のために長時間の通電を行うと、開弁状態が長時間持続することに起因して開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力が大幅に変動してしまうため、種々の問題が発生するおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、開閉弁の下流側におけるガス圧力の大幅な変動を抑制しながら、開閉弁の異常検出を実現させることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムであって、燃料供給流路の開閉弁上流側における燃料ガスの圧力を低下させる上流圧低下手段と、この上流圧低下手段により燃料供給流路の開閉弁上流側における燃料ガスの圧力が低下して所定の閾値未満になった場合に、開閉弁に所定時間連続的に通電を行って開閉弁の異常を検出する異常検出手段と、を備えるものである。

また、本発明に係る診断方法は、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムの開閉弁の診断方法であって、燃料供給流路の開閉弁上流側における燃料ガスの圧力を低下させる第１の工程と、この第１工程により燃料供給流路の開閉弁上流側における燃料ガスの圧力が低下して所定の閾値未満になった場合に、開閉弁に所定時間連続的に通電を行って開閉弁の異常を検出する第２の工程と、を含むものである。

かかる構成及び方法を採用すると、燃料供給流路の開閉弁上流側における燃料ガスの圧力を低下させた状態（圧力が所定の閾値未満になった状態）で開閉弁に連続通電を行って異常検出を行うことができる。従って、開閉弁への連続通電に起因した開閉弁下流側圧力の大幅な変動を抑制することができる。なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。また、「開閉弁の異常」とは、断線や短絡等により開閉弁への電力供給が遮断された状態や、開閉弁の閉故障（弁固着）等を意味する。

前記燃料電池システムにおいて、燃料供給流路の開閉弁上流側に配置された遮断弁を有する上流圧低下手段を採用することができる。かかる場合において、遮断弁を閉じた状態で開閉弁の異常を検出する異常検出手段を採用することができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、燃料供給流路の開閉弁上流側に配置されたリリーフ流路と、このリリーフ流路に設けられたリリーフ弁と、を有し、開閉弁の上流側の燃料ガスを逃がす上流圧低下手段を採用することもできる。

また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動時、発電一時停止時（例えば間欠運転時）、低負荷運転時及び発電終了時の少なくとも何れか一の時期に開閉弁の異常を検出する異常検出手段を採用することが好ましい。

また、前記燃料電池システム及び診断方法において、インジェクタを開閉弁として採用することができる。

本発明によれば、燃料電池システムにおいて、開閉弁下流側におけるガス圧力の大幅な変動を抑制しながら、開閉弁の異常検出を実現させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両（移動体）の車載発電システムに適用した例について説明することとする。

まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、システム全体を統合制御する制御装置４等を備えている。

燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０により発生した電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１に供給される。ＰＣＵ１１は、燃料電池１０とトラクションモータ１２との間に配置されるインバータやＤＣ‐ＤＣコンバータ等を備えている。また、燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１３が取り付けられている。

酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く空気排出流路２２と、加湿器２１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２３と、を備えている。空気供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。

水素ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２と、を備えている。なお、水素タンク３０に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。

水素供給流路３１には、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、インジェクタ３５と、が設けられている。また、インジェクタ３５の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ４１及び温度センサ４２が設けられている。また、インジェクタ３５の下流側であって水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ４３が設けられている。

レギュレータ３４は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ３４として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。本実施形態においては、図１に示すように、インジェクタ３５の上流側にレギュレータ３４を２個配置することにより、インジェクタ３５の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ３５の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ３５の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ３５の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ３５の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ３５の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ３５の応答性の低下を抑制することができる。

インジェクタ３５は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ３５は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、インジェクタ３５の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置４から出力される制御信号によってインジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ３５は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域（例えば数ｍｓ〜数１０ｍｓ）まで制御可能であるため、高い応答性を有する。

インジェクタ３５は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ３５のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池１０側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ３５の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ３５下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３５を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ３５の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。

なお、本実施形態においては、図１に示すように、水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側にインジェクタ３５を配置している。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク３０を採用する場合には、各水素タンク３０から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側にインジェクタ３５を配置するようにする。

循環流路３２には、本気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、制御装置４からの指令によって作動することにより、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。なお、排気排水弁３７及び排出流路３８を介して排出される水素オフガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路２３内の酸化オフガスと合流するようになっている。

制御装置４は、車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ１２等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータ１２のほかに、燃料電池１０を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ２４、水素ポンプ３９、冷却ポンプのモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。

制御装置４は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかる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等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。

具体的には、制御装置４は、図２に示すように、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３５下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池１０への目標ガス供給圧）を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に、二次側圧力センサ４３が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出機能：Ｂ３）。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、制御装置４の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（一次側圧力センサ４１で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ４２で検出した水素ガスの温度）に基づいてインジェクタ３５の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ４）。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（水素ガスの圧力及び温度）及び印加電圧に基づいてインジェクタ３５の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ５）。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ３５が制御装置４から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ６）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ３５の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ３５の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ７）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味する。本実施形態においては、制御装置４により駆動周期を一定の値に設定している。

そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。

また、制御装置４は、燃料電池１０の起動時、発電一時停止時（間欠運転時等）、低負荷運転時及び発電終了時の少なくとも何れか一の時期に、遮断弁３３を閉鎖することにより、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力を低下させる。すなわち、制御装置４及び遮断弁３３は、本発明における上流圧低下手段の一実施形態を構成する。なお、間欠運転とは、例えばアイドリング時、低速走行時、回生制動時等のような低負荷運転時に燃料電池１０の発電を一時的に休止し、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置からトラクションモータ１２等の負荷装置への電力供給を行い、燃料電池１０には開放端電圧を維持し得る程度の水素ガス及び空気の供給を間欠的に行う運転モードを意味する。

また、制御装置４は、遮断弁３３を閉鎖した後に、一次側圧力センサ４１を用いて、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力（一次圧）を検出し、この一次圧が低下して所定の閾値未満になった場合に、インジェクタ３５の異常を検出する。具体的には、制御装置４は、一次圧が所定の閾値未満になった場合に、インジェクタ３５に所定時間連続的に通電を行うとともにこの通電状態を観測することにより、断線や短絡によりインジェクタ３５への通電が遮断されているか否かを判定する。また、制御装置４は、一次圧が所定の閾値未満になった場合に、インジェクタ３５に所定時間連続的に通電を行い、通電によりインジェクタ３５の下流側圧力（二次圧）が所定の閾値を超えるだけ上昇しているか否かを判定する。これにより、断線、短絡、弁固着（インジェクタ３５の閉故障）等の異常を検出することが可能となる。すなわち、制御装置４は、本発明における異常検出手段の一実施形態として機能する。

続いて、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のインジェクタ３５の診断方法について説明する。

燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０から水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路２１を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池１０から引き出すべき電力（要求電力）が制御装置４で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池１０内に供給されるようになっている。本実施形態においては、このような通常運転時から間欠運転時等に移行した際に、インジェクタ３５の異常検出を行う。

まず、燃料電池システム１の制御装置４は、アクセル操作量の時間履歴等に基づいて、燃料電池１０の運転モードが間欠運転モードにあるか否かを判定する（運転モード判定工程：Ｓ１）。運転モード判定工程Ｓ１において、制御装置４は、例えば「アクセル操作量零の状態が一定時間継続した場合に燃料電池１０の運転モードが間欠運転モードにある」ものと判定することができる。

制御装置４は、運転モード判定工程Ｓ１において燃料電池１０の運転モードが間欠運転モードにないと判定した場合には、インジェクタ３５の異常診断を行うことなく、制御を終了する。一方、制御装置４は、運転モード判定工程Ｓ１において燃料電池１０の運転モードが間欠運転モードにあると判定した場合に、水素供給流路３１に設けられた遮断弁３３を閉鎖して、インジェクタ３５の上流側における水素ガスの圧力（一次圧）を低下させる（遮断弁閉鎖工程：Ｓ２）。遮断弁閉鎖工程Ｓ２は、本発明における第１の工程に相当するものである。

遮断弁閉鎖工程Ｓ２に続いて、制御装置４は、一次側圧力センサ４１を用いて一次圧Ｐを検出し（一次圧検出工程：Ｓ３）、一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀未満になったか否かを判定する（一次圧判定工程：Ｓ４）。次いで、制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ３において一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀未満になったものと判定した場合に、インジェクタ３５に所定時間（例えば５００ｍｓ）連続的に通電を行う（連続通電工程：Ｓ５）。そして、制御装置４は、この通電状態を観測することにより、断線や短絡によりインジェクタ３５への通電が遮断されているか否かを判定するとともに、通電によりインジェクタ３５の下流側圧力（二次圧）が所定の閾値を超えるだけ上昇しているか否かを判定する（異常判定工程：Ｓ６）。連続通電工程Ｓ５及び異常判定工程Ｓ６は、本発明における第２の工程に相当するものである。

以上の工程群を経ることにより、インジェクタ３５の異常検出を行うことができる。 なお、一次圧判定工程Ｓ４で採用する一次圧の閾値Ｐ₀（インジェクタ３５の診断開始条件）や連続通電工程Ｓ５における通電時間は、インジェクタ３５の診断時に二次圧が過剰に上昇しないように、水素タンク３０内の圧力や燃料電池１０の仕様・規模等に応じて適宜設定するようにする。また、異常判定工程Ｓ６で採用する二次圧の閾値（インジェクタ３５の異常判定条件）は、水素タンク３０内の圧力や燃料電池１０の仕様・規模等に応じて適宜設定することができる。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力（一次圧）を低下させた状態（一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀未満になった状態）でインジェクタ３５に連続通電を行って異常検出を行うことができる。従って、インジェクタ３５への連続通電に起因したインジェクタ３５の下流側圧力の大幅な変動を抑制することができる。

なお、以上の実施形態においては、燃料電池システム１の水素ガス配管系３に循環流路３２を設けた例を示したが、例えば、図４に示すように、燃料電池１０に排出流路３８を直接接続して循環流路３２を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、制御装置４で前記実施形態と同様に間欠運転時に遮断弁３３の閉鎖やインジェクタ３５への連続通電等を行うことにより、インジェクタ３５の異常検出を行うことができる。

また、以上の実施形態においては、制御装置４及び遮断弁３３を本発明における上流圧低下手段として採用した例を示したが、遮断弁３３に代えてレギュレータ３４を上流圧低下手段の一部として採用することもできる。すなわち、制御装置４が間欠運転時にレギュレータ３４を駆動制御してインジェクタ３５の上流側の圧力（一次圧）を低下させ、この一次圧が所定の閾値未満となった場合にインジェクタ３５への連続通電を行うことにより、インジェクタ３５の異常検出を行うことができる。

また、以上の実施形態においては、制御装置４及び遮断弁３３を本発明における上流圧低下手段として採用した例を示したが、上流圧低下手段の構成はこれに限られるものではない。例えば、図５に示すように、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側にリリーフ流路４４を分岐接続するとともに、リリーフ流路４４にリリーフ弁４５を設け、制御装置４が間欠運転時にリリーフ弁４５を開放して水素ガスを外部に逃がすことにより、インジェクタ３５の上流側の圧力（一次圧）を低下させることもできる。かかる場合には、制御装置４、リリーフ流路４４及びリリーフ弁４５によって本発明における上流圧低下手段が構成されることとなる。

また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の間欠運転時（発電一時停止時）に一次圧を低下させてインジェクタ３５の異常検出を実施した例を示したが、異常検出を行う時期はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池１０の起動時、低負荷運転時、発電終了時等において一次圧を低下させてインジェクタ３５の異常検出を行うこともできる。

また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ３５を採用した例を示したが、開閉弁は供給流路（水素供給流路３１）の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ３５に限られるものではない。

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 図１に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。 図１に示した燃料電池システムのインジェクタの診断方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示した燃料電池システムの変形例を示す構成図である。 同上。

符号の説明

１…燃料電池システム、４…制御装置（上流圧低下手段、異常検出手段）、１０…燃料電池、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３３…遮断弁（上流圧低下手段）、３４…レギュレータ（上流圧低下手段）、３５…インジェクタ（開閉弁）、４４…リリーフ流路（上流圧低下手段）、４５…リリーフ弁（上流圧低下手段）。

Claims (7)

1. 燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側における燃料ガスの圧力を低下させる上流圧低下手段と、
   前記上流圧低下手段により前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側における燃料ガスの圧力が低下して所定の閾値未満になった場合に、前記開閉弁に所定時間連続的に通電を行って前記開閉弁の異常を検出する異常検出手段と、
   を備える燃料電池システム。
2. 前記上流圧低下手段は、前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側に配置された遮断弁を有するものであり、
   前記異常検出手段は、前記遮断弁を閉じた状態で前記開閉弁の異常を検出するものである、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記上流圧低下手段は、前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側に配置されたリリーフ流路と、このリリーフ流路に設けられたリリーフ弁と、を有し、前記開閉弁の上流側の燃料ガスを逃がすものである、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記異常検出手段は、前記燃料電池の起動時、発電一時停止時、低負荷運転時及び発電終了時の少なくとも何れか一の時期に前記開閉弁の異常を検出するものである、
   請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記開閉弁は、インジェクタである、
   請求項１から４の何れか一項に記載の燃料電池システム。
6. 燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムの開閉弁の診断方法であって、
   前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側における燃料ガスの圧力を低下させる第１の工程と、
   前記第１の工程により前記燃料供給流路の前記開閉弁上流側における燃料ガスの圧力が低下して所定の閾値未満になった場合に、前記開閉弁に所定時間連続的に通電を行って前記開閉弁の異常を検出する第２の工程と、
   を含む開閉弁の診断方法。
7. 前記開閉弁は、インジェクタである、
   請求項６に記載の開閉弁の診断方法。

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