JP2008053122A - 燃料電池システム及び開閉弁の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉弁を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁上流側の燃料ガスの圧力値（一次圧）が上昇した場合においても、開閉弁の閉故障判定を正確に実現させる。
【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開閉弁３５と、開閉弁３５の閉故障の有無を検出する故障検出手段（制御装置４）と、を備える燃料電池システム１であって、開閉弁３５の上流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサ４１と、圧力センサ４１での検出圧力値に基づいて開閉弁３５の閉故障判定条件を設定する判定条件設定手段（制御装置４）と、を備える。故障検出手段は、判定条件設定手段で設定した閉故障判定条件に基づいて開閉弁３５の閉故障の有無を判定する。
【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。

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。近年においては、かかるインジェクタ等の電磁駆動式の開閉弁の異常（弁固着等の閉故障）を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３０２５６３号公報

ところで、従来においては、システムの起動時にインジェクタ等の電磁駆動式の開閉弁が閉故障しているか否かを判定する場合に、開閉弁に対して通電を行い、この通電時間が一定の基準時間を経過した時点で開閉弁の閉故障判定を行っている。このような従来の閉故障判定技術においては、一定の基準時間として、開閉弁の開放に必要な電流を得るための通電時間（突入電流時間）を採用している。

しかし、システムの停止時においては、開閉弁上流側に配置された遮断弁やレギュレータからガス漏れ、透過等が発生することにより、開閉弁上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧）が想定した値を超えて上昇することがある。前記した従来の閉故障判定技術においては、このように一次圧の上昇に起因して開閉弁が開き難くなっている状況下においても、一定の突入電流時間が経過した時点で一律に閉故障判定を行うため、実際には開閉弁に閉故障が発生していないにもかかわらず閉故障が発生したものと誤判定してしまい、システムが起動不能状態に陥る場合があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、開閉弁を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧）が上昇した場合においても、開閉弁の閉故障判定を正確に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、この開閉弁の閉故障の有無を検出する故障検出手段と、を備える燃料電池システムであって、開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサでの検出圧力値に基づいて開閉弁の閉故障判定条件を設定する判定条件設定手段と、を備え、故障検出手段は、判定条件設定手段で設定した閉故障判定条件に基づいて開閉弁の閉故障の有無を判定するものである。

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、開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力値を検出する第１の工程と、第１の工程での検出圧力値に基づいて開閉弁の閉故障判定条件を設定する第２の工程と、第２の工程で設定した閉故障判定条件に基づいて開閉弁の閉故障の有無を判定する第３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、開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧）が変化した場合においても、開閉弁の閉故障判定を正確に実現させることができる。例えば、一次圧が上昇することに起因して開閉弁が開き難くなった場合には、閉故障判定条件を緩和することにより、開閉弁が閉故障したものと誤判定することを抑制することができる。この結果、システムが起動不能状態に陥ることを抑制することが可能となる。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、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。

また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタの開放に必要な電流値を得るための通電時間を閉故障判定条件とし、検出圧力値が所定の閾値を超える場合に、検出圧力値に応じて前記通電時間を変更する判定条件設定手段を採用することができる。

かかる構成を採用すると、インジェクタの開放に必要な電流値を得るための通電時間（突入電流時間）を閉故障判定条件とすることができる。そして、インジェクタの上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧）が上昇して、所定の閾値を超えた場合に、その圧力値に応じて、閉故障判定条件（突入電流時間）を変更することができる。従って、一次圧が上昇することに起因してインジェクタが開き難くなった場合においても、インジェクタの閉故障判定を正確に実現させることができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタの温度に基づいて前記通電時間を補正する判定条件設定手段を採用することが好ましい。

かかる構成を採用すると、インジェクタの温度に基づいて、閉故障判定条件である通電時間（突入電流時間）を補正することができる。従って、インジェクタの温度が上昇して抵抗が大きくなることに起因して、インジェクタの開放に必要な電流を得るための通電時間が通常より長くなる場合においても、閉故障判定条件（突入電流時間）を補正することにより、インジェクタの閉故障判定を正確に実現させることができる。

本発明によれば、開閉弁を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧）が上昇した場合においても、開閉弁の閉故障判定を正確に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〜図３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、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、燃料電池システム１の起動時に、インジェクタ３５の診断（閉故障判定）を行う。具体的には、制御装置４は、燃料電池システム１を起動する際に、インジェクタ３５に対して通電を行い、この通電時間が所定の基準時間（インジェクタ３５の開放に必要な電流を得るための突入電流時間：閉故障判定条件）を経過した時点で、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、インジェクタ３５の閉故障の有無を検出することが可能となる。すなわち、制御装置４は、本発明における故障検出手段として機能する。

なお、燃料電池システム１の起動時において、制御装置４は、インジェクタ３５の上流側圧力（一次圧）が、図３に示した開弁可能圧Ｐ_C未満であるときに、インジェクタ３５の閉故障判定を行うことができるものとする。また、本実施形態においては、標準の突入電流時間（閉故障判定条件）を、図３に示すように、インジェクタ３５の上流側圧力が常用上限圧Ｐ_MAXである場合の突入電流時間ｔ₀に設定している。開弁可能圧Ｐ_Cとはインジェクタ３５が開放可能な一次圧の最大値である。また、常用上限圧Ｐ_MAXとはインジェクタ３５の通常運転時において使用される一次圧の上限値であり、本発明における所定の閾値に相当する。図３に示すように、開弁可能圧Ｐ_Cは常用上限圧Ｐ_MAXよりも大きい値に設定される。

また、制御装置４は、燃料電池システム１の起動時に、一次側圧力センサ４１を用いて、インジェクタ３５の上流側圧力（一次圧）を検出する。そして、制御装置４は、検出した一次圧が所定の閾値（常用上限圧Ｐ_MAX）を超える場合に、その検出圧力値に応じて閉故障判定条件（突入電流時間）を変更する。すなわち、制御装置４は、本発明における判定条件設定手段としても機能する。例えば、制御装置４は、図３に示すように、検出した一次圧がＰ₁（＞Ｐ_MAX）である場合に、閉故障判定条件である突入電流時間をｔ₀からｔ₁に変更し、この新たな突入電流時間ｔ₁の経過後にインジェクタ３５の閉故障判定を行う。一方、制御装置４は、検出した一次圧が所定の閾値（常用上限圧Ｐ_MAX）以下である場合には、標準の突入電流時間ｔ₀を採用して閉故障判定を行う。

続いて、図３のマップ及び図４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（閉故障判定方法）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に至る前のシステム起動時におけるインジェクタ３５の閉故障を判定する。

まず、燃料電池システム１の制御装置４は、運転停止状態において、運転開始信号の有無を判定する（運転開始判定工程：Ｓ１）。次いで、制御装置４は、運転開始信号（イグニッションスイッチのＯＮ信号）を検出した場合に、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Ｐ）を検出し（一次圧検出工程：Ｓ２）、一次圧Ｐが常用上限圧Ｐ_MAXを超えるか否かを判定する（一次圧判定工程：Ｓ３）。一次圧検出工程Ｓ２は、本発明における第１の工程に相当するものである。

そして、制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ３において、一次圧Ｐが常用上限圧Ｐ_MAX以下であると判定した場合に、インジェクタ３５の閉故障判定条件（図３に示した標準の突入電流時間ｔ₀）を変更することなく、連続通電工程Ｓ６に移行する。一方、制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ３において、一次圧Ｐが常用上限圧Ｐ_MAXを超えるものと判定した場合に、一次圧Ｐが開弁可能圧Ｐ_C未満であるか否かを判定し（限界圧判定工程：Ｓ４）、一次圧Ｐが開弁可能圧Ｐ_C未満であると判定した場合に、インジェクタ３５の閉故障判定条件を変更する（判定条件変更工程：Ｓ５）。例えば、図３に示すように、一次圧ＰがＰ₁（Ｐ_MAX＜Ｐ₁＜Ｐ_C）である場合に、制御装置４は、閉故障判定条件である突入電流時間をｔ₀からｔ₁に変更する。判定条件変更工程Ｓ５は、本発明における第２の工程に相当するものである。なお、制御装置４は、限界圧判定工程Ｓ４において一次圧Ｐが開弁可能圧Ｐ_C以上であると判定した場合に、インジェクタ３５の開弁が不可能であるとして燃料電池システム１の運転を停止させる（運転停止工程：Ｓ９）。

制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ３又は判定条件変更工程Ｓ５を経た後、インジェクタ３５に所定時間連続的に通電を行い（連続通電工程：Ｓ６）、この通電時間が所定の基準時間（閉故障判定条件である突入電流時間）を経過したか否かを判定する（通電時間判定工程：Ｓ７）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５への通電時間が所定の基準時間を経過した場合に、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（閉故障判定工程：Ｓ８）。通電時間判定工程Ｓ７及び閉故障判定工程Ｓ８は、本発明における第３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、燃料電池システム１の起動時におけるインジェクタ３５の閉故障判定を行うことができる。なお、閉故障判定工程Ｓ８で採用する二次圧の閾値は、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、インジェクタ３５の上流側における燃料ガスの圧力値（一次圧Ｐ）が上昇して所定の閾値（常用上限圧Ｐ_MAX）を超えた場合に、その一次圧Ｐに応じて、インジェクタ３５の閉故障判定条件（突入電流時間）を変更することができる。従って、一次圧Ｐが上昇することに起因してインジェクタ３５が開き難くなった場合においても、インジェクタ３５の閉故障判定を正確に実現させることができる。この結果、システムが起動不能状態に陥ることを抑制することが可能となる。

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５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、前記実施形態と同様に、インジェクタ３５の上流側圧力（一次圧）に応じて閉故障判定条件を変更することにより、同様の作用効果を得ることが可能となる。

また、以上の実施形態においてはインジェクタ３５の温度上昇を考慮していないが、システムの停止から起動までの時間が短い場合や外気温が高い場合には、インジェクタ３５のソレノイドを構成するコイルの温度が上昇する。このようにインジェクタ３５のコイル温度が上昇すると抵抗が増大するため、インジェクタ３５の開放に必要な電流を得るための通電時間が通常より長くなる場合がある。かかる場合を考慮して、インジェクタ３５のコイル温度に基づいて閉故障判定条件を補正することもできる。

例えば、制御装置４は、燃料電池システム１の起動時に、図示されていないコイル温度センサを用いて、インジェクタ３５のコイルの温度を検出し、検出したコイル温度が所定の閾値を超える場合に、図６に示したマップを用いて閉故障判定条件を補正することができる。具体的には、制御装置４は、検出したコイル温度が所定の閾値を超える場合に、図６に示すように標準の閉故障判定条件（突入電流時間）をｔ₀からｔ₀´に補正し、この補正された閉故障判定条件ｔ₀´の経過後にインジェクタ３５の閉故障判定を行うことができる。また、検出した一次圧がＰ₁（＞Ｐ_MAX）であり、かつ、検出したコイル温度が所定の閾値を超える場合には、図６に示すように、変更後の閉故障判定条件をｔ₁からｔ₁´に補正し、この補正された閉故障判定条件ｔ₁´の経過後にインジェクタ３５の閉故障判定を行うことができる。

このようにすると、インジェクタ３５の温度に基づいて、閉故障判定条件である突入電流時間を補正することができるので、インジェクタ３５の温度が上昇して抵抗が大きくなることに起因して、インジェクタ３５の開放に必要な電流を得るための通電時間が通常より長くなる場合においても、インジェクタ３５の閉故障判定を正確に実現させることができる。

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閉故障判定条件と一次圧との関係を示すマップである。 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。 図１に示した燃料電池システムのインジェクタの閉故障判定条件と一次圧とインジェクタのコイル温度との関係を示すマップである。

符号の説明

１…燃料電池システム、４…制御装置（故障検出手段、判定条件設定手段）、１０…燃料電池、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３５…インジェクタ（開閉弁）、４１…一次側圧力センサ。

Claims (6)

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、この開閉弁の閉故障の有無を検出する故障検出手段と、を備える燃料電池システムであって、
   前記開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサでの検出圧力値に基づいて前記開閉弁の閉故障判定条件を設定する判定条件設定手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記判定条件設定手段で設定した閉故障判定条件に基づいて前記開閉弁の閉故障の有無を判定するものである、
   燃料電池システム。
2. 前記開閉弁は、インジェクタである、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記判定条件設定手段は、前記インジェクタの開放に必要な電流値を得るための通電時間を前記閉故障判定条件とし、前記検出圧力値が所定の閾値を超える場合に、前記検出圧力値に応じて前記通電時間を変更するものである、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記判定条件設定手段は、前記インジェクタの温度に基づいて前記通電時間を補正するものである、
   請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 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、
   前記開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力値を検出する第１の工程と、
   前記第１の工程での検出圧力値に基づいて前記開閉弁の閉故障判定条件を設定する第２の工程と、
   前記第２の工程で設定した閉故障判定条件に基づいて前記開閉弁の閉故障の有無を判定する第３の工程と、
   を含む開閉弁の診断方法。
6. 前記開閉弁は、インジェクタである、
   請求項５に記載の開閉弁の診断方法。

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