JP2009094000A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、より簡単に、流路に設けられた弁の作動不良を検知することができる燃料電池システムを提供することである。
【解決手段】酸化ガス供給シャット弁３２と、酸化ガス排出シャット弁３４と、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４との間の流路のカソード圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタック２２の運転を停止したときに酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタック２２の運転を停止した後の停止時カソード圧力値を所定の間隔で複数回にわたって取得する取得手段と、取得された複数の停止時カソード圧力値によって算出される停止時カソード圧力値の時間変化の傾きに基づいて酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良を判定する判定部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池スタックに酸化ガス、あるいは、燃料ガスを供給あるいは排出するための流路に、それぞれ弁を設けた燃料電池システムに関する。

燃料電池に燃料ガス、あるいは、酸化ガスを供給し、また、燃料電池からそれらのガスを排出するための流路に、それぞれ弁が設けられている。これらの弁において、例えば、酸化ガス流路に設けられた弁が作動不良の1態様である開故障となって、開故障の状態のまま放置すると、燃料電池スタックの運転の停止時においても燃料電池スタックに対して酸化ガスが供給され続ける。この状態が続くと燃料電池スタックに含まれる触媒層等が酸化することがあるため、弁の開故障を検知する必要がある。特許文献１には、アノードへの水素の供給とカソードへの酸素の供給を受けて起電力を得る燃料電池と、エアを取り込みカソードにエアを供給するエア供給手段と、移動体の運転停止中に移動体の運転とかかわりなくエア供給手段を作動させる制御手段と、水素の漏れを検知するガス漏れ検知手段を備えるものが開示されている。ここでは、ガス漏れ検知手段は、圧力センサによってアノードへ水素を供給する水素容器内の圧力を測定することで、水素容器内の圧力の低下から水素容器内のガス量の低下、すなわち水素の漏れを検知することができると述べられている。

特開２００５−１９７１５６号公報

上記のように、特許文献１の構成を用いることで、水素ガスの漏れを検知し、それぞれの流路に設けられた弁の開故障を判断することも考えられる。しかし、特許文献１の構成では、水素容器内の圧力の低下を直接測定することで水素ガスの漏れを検知しているため、例えば、燃料ガス供給路に複数の弁が設けられている場合に、これらの弁の中で最も下流側に設けられている弁が開故障しているときには、水素容器内から燃料電池スタックへの直接供給ではなく、燃料電池スタックから排出された水素を再利用して燃料電池スタックに供給されている水素が燃料電池スタックに供給され続けている場合には、水素容器内の圧力は低下しないため弁の開故障を検知することができず適用できる範囲が狭い。

本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、より簡単に、流路に設けられた弁の作動不良を検知することができる燃料電池システムを提供することである。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに酸化ガスを供給する流路に設けられる酸化ガス供給弁と、燃料電池スタックから酸化ガスを排出する流路に設けられる酸化ガス排出弁と、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁との間の流路の圧力であるカソード圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタックの運転を停止した後のカソード圧力値である停止時カソード圧力値を予め定められた所定の間隔で複数回にわたって取得する取得手段と、取得された複数の停止時カソード圧力値によって算出される停止時カソード圧力値の時間変化の傾きに基づいて酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正へと変化する変曲点を有し、変曲点後の停止時カソード圧力値が継続的に増加している場合に酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁のうちの少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することが好ましい。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止時カソード圧力値の時間変化が一定である場合に酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁のうち少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することが好ましい。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する流路に設けられる燃料ガス供給弁と、燃料電池スタックから燃料ガスを排出する流路に設けられる燃料ガス排出弁と、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁との間の流路の圧力であるアノード圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタックの運転を停止した後のアノード圧力値である停止後アノード圧力値を予め定められた所定の間隔で複数回にわたって取得する取得手段と、取得された複数の停止後アノード圧力値によって算出される停止後アノード圧力値の時間変化の傾きに基づいて燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止後アノード圧力値の時間変化の傾きが負から正へと変化する変曲点を有し、変曲点後の停止後アノード圧力値が継続的に増加している場合に燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁のうちの少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することが好ましい。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止後アノード圧力値の時間変化が一定である場合に燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁のうち少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することが好ましい。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、 停止時カソード圧力値は、燃料電池スタックの運転を停止したときから、その後に燃料電池スタックを起動したときまでに測定されるカソード圧力値であることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、燃料電池システムは、複数の停止時カソード圧力値によって算出される停止時カソード圧力値の時間変化の傾きに基づいて酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良を判定する判定部を有する。したがって、より簡単に酸化ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

上記構成の少なくとも１つにより、燃料電池システムは、複数の停止後アノード圧力値によって算出される停止後アノード圧力値の時間変化の傾きに基づいて燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良を判定する判定部を有する。したがって、より簡単に燃料ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下では、燃料電池システムにおいて、気体圧を利用して制御が行われるシャット弁を燃料電池のカソード側の流路に設けられるものとして説明するが、アノード側の流路に設けられるものであってもよい。また、以下では、燃料電池システムにおいて、それぞれの流路に設けられる弁について、気体圧を利用して制御が行われるシャット弁として説明するが、その他の弁、例えば電気的に制御が行われる電磁弁であってもよい。

図１は、燃料電池システム１０の構成を示す図である。燃料電池システム１０は、燃料電池本体部２０と制御部３０とを含んで構成される。燃料電池システム１０は、燃料電池セルが複数積層される燃料電池スタック２２と、燃料電池スタック２２のアノード側に配置される燃料ガス供給用の各要素と、カソード側に配置される酸化ガス供給用の各要素を含んで構成される。

燃料電池スタック２２は、電解質膜の両側に触媒電極層を配置したＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両外側にセパレータを配置して挟持した単電池を複数個積層して組電池としたものである。燃料電池スタック２２は、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって発電し、必要な電力を取り出す機能を有する。

アノード側の燃料ガスタンク２６は、水素ガス源であって、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。燃料ガスタンク２６に接続されるレギュレータ４６は、水素ガス源である燃料ガスタンク２６からのガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギュレータ４６の出力口に設けられるアノード圧力計測器２１は、供給水素圧力を検出する測定器である。レギュレータ４６の出力口は燃料電池スタック２２のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された燃料ガスが燃料電池スタック２２に供給される。

燃料電池スタック２２のアノード側出口に接続される分流器４７は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、排気バルブ４８を通して希釈器２８に流すためのものである。また、分流器４７の後でさらにアノード側入口との間に設けられる循環昇圧器４９は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。

カソード側の酸化ガス源４０は、実際には大気を用いることができる。酸化ガス源４０である大気はフィルタを通してからエアコンプレッサ（ＡＣＰ）４２に供給される。ＡＣＰ４２は、モータによって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。

加湿器２４は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタック２２での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有する。加湿器２４により適度に湿らせられた酸化ガスは、燃料電池スタック２２のカソード側入口に供給され、カソード側出口から排出される。燃料電池スタック２２は燃料電池反応により高温になるので、排出される水は水蒸気となっており、この水蒸気が加湿器２４に戻されることで酸化ガスを適度に湿らせることができる。

酸化ガス排出側流路３９において燃料電池スタック２２の出口のあとに設けられる圧力計はカソード圧力計測器２３と呼ぶことができる。カソード圧力計測器２３は、後述する酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４との間の流路の圧力を検出する圧力検知部である。

カソード圧力計測器２３の後に設けられる調圧弁４５は、背圧弁とも呼ばれるが、カソード側出口のガス圧を調整し、燃料電池スタック２２への酸化ガスの流量を調整する機能を有する。調圧弁４５の出力口は、上記の加湿器２４に接続されるので、調圧弁４５を出たガスは加湿器２４に水蒸気を供給した後に、希釈器２８に入り、その後外部に排出される。

希釈器２８は、アノード側の排気バルブ４８からの不純物ガスと水分とが混じっている水素、及び、カソード側からＭＥＡを通して漏れてくる水分混じり水素を集め、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。

酸化ガス供給側流路３７において、加湿器２４と燃料電池スタック２２の間に設けられ接続される酸化ガス供給シャット弁３２は、通常は開状態で、燃料電池スタック２２の運転が停止したとき等に閉状態とされる開閉弁である。燃料電池スタック２２の運転が停止したときに酸化ガス供給側流路３７を閉じて酸化ガスの供給を止めるのは、燃料電池スタック２２に含まれる触媒層等の酸化を抑制する等のためである。

また、酸化ガス排出側流路３９において、燃料電池スタック２２と加湿器２４との間、具体的には、調圧弁４５と加湿器２４との間に設けられ接続される酸化ガス排出シャット弁３４は、酸化ガス供給シャット弁３２と同様に、通常は開状態で、燃料電池システム１０の運転が停止したとき等に閉状態とされる開閉弁である。

また、酸化ガス供給側流路３７において、加湿器２４を迂回するように、酸化ガス供給シャット弁３２を経由する流路と並列に酸化ガス加湿器バイパス流路３５が設けられる。この酸化ガス加湿器バイパス流路３５に配置され接続される酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６は、通常は閉状態で、必要なときに開状態とされる開閉弁である。

酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６は、前者２つが通常は開状態であり、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６が通常は閉状態であることが相違するが、ほぼ同じ構造である。酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６は、圧力室の内圧に応じて作動するピストン等の可動子を有する流体制御バルブである。

例えば、酸化ガス供給シャット弁３２の場合、内部でピストン等の可動子が進退する管路を有し、その管路の入口側が、加湿器２４側の酸化ガス供給側流路３７に接続され、その管路の出口側が、燃料電池スタック２２側の酸化ガス供給側流路３７に接続される。圧力室の内圧を変化させて可動子をその管路の中に進入させると、酸化ガス供給シャット弁３２の内部の管路が閉じるので、酸化ガスの流れが遮断される。このように、圧力室の内圧を制御して可動子の進退を行わせ、酸化ガス供給側流路３７における酸化ガスの流れを必要に応じて遮断、すなわちシャットすることができる。

電磁弁収納ボックス５０は、酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６に対して、作動流体の供給を制御するための電磁弁７４，７６をひとまとめにして収容するボックスである。酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６のそれぞれに対し、１つの三方弁である電磁弁７４と、２つの二方向弁である電磁弁７６とが用いられ、酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６の圧力室の内圧を制御する。

経時計測装置１４０は、制御部３０と接続され、燃料電池スタック２２の運転を停止してから、その後に燃料電池スタック２２が再起動するまでに経過している時間を測定する計測装置である。例えば、経時計測装置１４０は、カウンタ回路等を用いて構成することができる。

制御指令取得部１５０は、制御部３０と接続され、外部によってもたらされる燃料電池スタック２２の起動指令や、燃料電池スタック２２の運転停止指令を取得する機能を有する。

報知装置１３０は、制御部３０と接続され、燃料電池システム１０における酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良（故障）をユーザ等に知らせる装置である。報知装置１３０は、運転席に設けられるステアリングハンドル付近に配置される。

制御部３０は、ＣＰＵ１００と記憶部１１０とを含んで構成される。制御部３０は、燃料電池本体部２０の運転全般の制御を行い、また、燃料電池本体部２０に設けられた弁の作動不良を判定する機能を有する。制御部３０は、燃料電池に適したコンピュータを用いて構成される。

ＣＰＵ１００は、ＦＣシステム制御指令取得モジュール１０１と、ＦＣシステム起動モジュール１０２と、ＦＣシステム運転モジュール１０３と、ＦＣシステム停止モジュール１０４と、カソード圧力測定モジュール１０６と、時間待機モジュール１０７と、カソード圧力取得モジュール１０８と、作動不良判定モジュール１０９とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部１１０に記憶されたシャット弁作動不良判定プログラムを実行することにより実現できる。また、かかる機能の一部あるいは全部をハードウェアで実現するものとしてもよい。記憶部１１０は、シャット弁作動不良判定プログラムが格納され、その他に必要な情報を記憶する記憶装置である。

ＦＣシステム制御指令取得モジュール１０１は、制御指令取得部１５０によって取得された指令が燃料電池スタック２２の起動指令であるか、あるいは、燃料電池スタック２２の運転停止指令であるかを判断する機能を有する。

ＦＣシステム起動モジュール１０２は、燃料電池スタック２２の起動指令を受けて、燃料電池スタック２２の起動制御を行う機能を有する。また、ＦＣシステム起動モジュール１０２は、燃料電池スタック２２の起動の際に酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４を開く制御を行う機能を有する。

ＦＣシステム運転モジュール１０３は、ＦＣシステム起動モジュール１０２によって燃料電池スタック２２の起動を行った後に、燃料電池スタック２２の運転制御を行う機能を有する。

ＦＣシステム停止モジュール１０４は、燃料電池スタック２２の運転停止指令を受けて、燃料電池スタック２２の運転を停止する制御を行う機能を有する。また、ＦＣシステム停止モジュール１０４は、燃料電池スタック２２の運転停止の際に、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４を閉じる制御を行う機能を有する。

カソード圧力測定モジュール１０６は、燃料電池スタック２２の運転が停止してから次に燃料電池スタック２２を再起動するまでの間において、予め定められた所定間隔（例えば１時間）で燃料電池スタック２２内の酸化ガス経路３８の圧力値である停止時カソード圧力値をカソード圧力計測器２３によって計測し、その停止時カソード圧力値を記憶部１１０に記憶させる。

時間待機モジュール１０７は、予めされた所定時間の間待機させる機能を有する。カソード圧力取得モジュール１０８は、記憶部１１０から所定間隔に計測された停止時カソード圧力値を取り出し、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きを算出する機能を有する。

作動不良判定モジュール１０９は、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良を判定する機能を有する。具体的には、作動不良判定モジュール１０９は、カソード圧力取得モジュール１０８によって算出された停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正となるような変曲点の有無や、その時間変化の傾き等に基づいて酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良を判定し、報知装置１３０を介してユーザ等に通知する。

図２は、縦軸にカソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタック２２の運転の停止後の時間経過に伴ってカソード圧力値が正常に変化している様子を示す図である。図３は、縦軸にカソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタック２２の運転の停止後の時間経過に伴ってカソード圧力値が異常に変化している様子を示す図である。図３は、カソード圧力値特性曲線１２とカソード圧力値特性曲線１４の２つの曲線が示されている。

燃料電池システム１０を停止する場合において、燃料電池スタック２２の運転が停止される際に、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４が閉じられる。この状態においては、燃料電池スタック２２への酸化ガスの供給を停止することができるが、燃料電池スタック２２には、まだ酸化ガス（酸素および窒素）が残存している。したがって、燃料電池スタック２２の運転停止の直後は、カソード圧力値が、図２および図３に示されるような初期値となる。

図２は、燃料電池スタック２２の停止後において、燃料電池スタック２２のアノード側に残存している水素がアノード側からカソード側に向けて透過し、その水素と燃料電池スタック２２のカソード側に残存している酸素が反応して、燃料電池スタック２２のカソード側における酸素が減少するため停止時カソード圧力値が下がる。そして、燃料電池スタック２２のカソード側に残存する窒素がカソード側からアノード側に向けて透過していく。したがって、燃料電池スタック２２のカソード側の停止時カソード圧力値は、窒素が減少したことによってさらに圧力が下がる。

図３におけるカソード圧力値特性曲線１２は、図２と同様にカソード側における水素と酸素の反応および窒素の透過によって停止時カソード圧力値は下がる。しかし、燃料電池システム１０において、例えば、酸化ガス供給シャット弁３２が作動不良の１態様である開故障となっている場合には、燃料電池スタック２２の停止後も、酸化ガス源４０から燃料電池スタック２２に対して酸化ガスが継続して供給されるため、停止時カソード圧力値の時間変化はｃ時点における変曲点を境に上昇してゆく。ここで、開故障とは、流路に設けられた弁が閉じている必要がある場合に、開いたままの状態にあることをいう。

図３におけるカソード圧力値特性曲線１４は、上記のような水素と酸素の反応および窒素の透過によって停止時カソード圧力値が下がる速度と、酸化ガスが継続して燃料電池スタック２２に供給されることによる停止時カソード圧力値が上昇する速度がほとんど同じ場合には、カソード圧力値特性曲線１２に示されたような停止時カソード圧力値の時間変化とならず、停止時カソード圧力値は、燃料電池スタック２２の停止直後のカソード圧力値からほとんど一定の値となる。この場合にも酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の開故障が存在することとなる。なお、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６が開故障した場合にも、燃料電池スタック２２のカソード圧力値の時間変化が図３におけるカソード圧力値特性曲線１２あるいはカソード圧力値特性曲線１４に示されるような時間変化と同様の曲線となるが、ここでは、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６に開故障がないものとする。

上記構成の作用について図面を用いて説明する。図４は、燃料電池システム１０において流路に設けられた酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良の判定を行う各手順を示すフローチャートである。各手順は、シャット弁作動不良判定プログラムの各処理の手順に対応する。なお、図１から図３の符号を用いて説明を行う。また、以下では、特に断りのない限り作動不良は開故障として説明を行う。

シャット弁作動不良判定プログラムを起動すると、まず、制御指令取得部１５０によって取得された指令が燃料電池スタック２２の運転を停止する指令であるか否かを判断する（Ｓ１０）。この機能は、ＣＰＵ１００のＦＣシステム制御指令取得モジュール１０１の機能によって実行される。

Ｓ１０において燃料電池スタック２２の運転停止指令でないと判断すれば、予め定められた所定時間の間待機させた（Ｓ１１）後に再びＳ１０に戻る。この機能は、ＣＰＵ１００の時間待機モジュール１０７の機能によって実行される。

Ｓ１０において燃料電池スタック２２の運転停止指令であると判断すれば、Ｓ１２に進む。次に、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４を閉じる制御が行われる（Ｓ１２）。この機能は、ＣＰＵ１００のＦＣシステム停止モジュール１０４の機能によって実行される。そして、Ｓ１２からＳ１４へ進む。

次に、燃料電池スタック２２の停止時において、燃料電池スタック２２内の酸化ガス経路３８の圧力値をカソード圧力計測器２３によって計測し、その停止時カソード圧力値を記憶部１１０に記憶する（Ｓ１４）。この機能は、ＣＰＵ１００のカソード圧力測定モジュール１０６の機能によって実行される。そして、Ｓ１４からＳ１６へ進む。

制御指令取得部１５０によって取得された指令が燃料電池スタック２２を起動する指令であるか否かを判断する（Ｓ１６）。この機能は、ＣＰＵ１００のＦＣシステム制御指令取得モジュール１０１の機能によって実行される。

Ｓ１６において燃料電池スタック２２の起動指令でないと判断すれば、予め定められた所定時間（例えば１時間）の間待機させた（Ｓ１５）後に再びＳ１４に戻る。この機能は、ＣＰＵ１００の時間待機モジュール１０７の機能によって実行される。

Ｓ１６において燃料電池スタック２２の起動指令であると判断すれば、Ｓ１７に進む。次に、記憶部１１０から所定間隔に計測された停止時カソード圧力値を取り出して停止時カソード圧力値の時間変化の傾きを算出する（Ｓ１７）。この機能は、ＣＰＵ１００のカソード圧力取得モジュール１０８の機能によって実行される。そして、Ｓ１７からＳ１８に進む。

次に、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正へと変化するような停止時カソード圧力値の時間変化の変曲点を有しているか否かを判断する（Ｓ１８）。この機能は、ＣＰＵ１００の作動不良判定モジュール１０９の機能によって実行される。

Ｓ１８における判断が変曲点を有しているという判断である場合には、Ｓ２０に進む。そして、変曲点の後の停止時カソード圧力値が継続して増加しているか否かを判断する（Ｓ２０）。Ｓ２０において停止時カソード圧力値が継続して増加していないと判断した場合には、プログラムの終了処理となるＥＮＤ処理へと進む。この機能は、ＣＰＵ１００の作動不良判定モジュール１０９の機能によって実行される。

Ｓ２０において停止時カソード圧力値が継続して増加していると判断した場合には、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４において、酸化ガス供給シャット弁３２、酸化ガス排出シャット弁３４の少なくともいずれか１つが作動不良となっていると判断し、報知装置１３０を介して、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の少なくともいずれか１つの作動不良である旨の通知をユーザに対して行う（Ｓ２４）。この機能は、ＣＰＵ１００の作動不良判定モジュール１０９の機能によって実行される。Ｓ２４の後は、プログラムの終了処理となるＥＮＤ処理へと進む。

Ｓ１８における判断が変曲点を有していないという判断である場合には、Ｓ２２に進む。そして、停止時カソード圧力値の時間変化が一定であるか否かを判断する（Ｓ２２）。Ｓ２２において停止時カソード圧力値の時間変化が一定でないと判断した場合には、プログラムの終了処理となるＥＮＤ処理へと進む。Ｓ２２において停止時カソード圧力値の時間変化が一定と判断した場合には、Ｓ２４へと進み酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の少なくともいずれか１つが作動不良である旨の通知をユーザに対して行う。この機能は、ＣＰＵ１００の作動不良判定モジュール１０９の機能によって実行される。

したがって、上記のように、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正となるような変曲点を有しているか否か、及び、変曲点の後の停止カソード圧力値の時間変化が継続して増加しているか否かを判断することにより、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４のうちの少なくともいずれか１つの作動不良を検出し、その結果をユーザに通知することができる。また、停止カソード圧力値の時間変化が一定であるか否かを判断することによっても、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４のうちの少なくともいずれか１つの作動不良を検出し、その結果をユーザに通知することができる。

また、上記の説明においては、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６に作動不良がないものとして説明した。しかし、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６が作動不良となった場合にも上記で説明したように図３に示されるようなカソード圧力値の時間変化を示すこととなる。したがって、この場合にも、上記のように、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正となるような変曲点を有し、変曲点の後の停止カソード圧力値の時間変化が継続して増加する。あるいは、上記のように停止カソード圧力値の時間変化が一定となる。したがって、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁３６の作動不良を検出することも可能である。

また、上記の説明においては、Ｓ１７からＳ２４の手順（停止時カソード圧力を取得し、酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良を判定する）は、燃料電池スタック２２の再起動の後（Ｓ１６以降）に行われるものとして説明するが、これらの手順は、燃料電池スタック２２の運転停止後であって、その後に再起動する前に行われても同様に酸化ガス供給シャット弁３２と酸化ガス排出シャット弁３４の作動不良を判定することができる。

本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成を示す図である。 縦軸にカソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタックの運転の停止後の時間経過に伴ってカソード圧力値が正常に変化している様子を示す図である。 縦軸にカソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタックの運転の停止後の時間経過に伴ってカソード圧力値が異常に変化している様子を示す図である。 本発明の実施の形態の燃料電池システムにおいて流路に設けられた酸化ガス供給シャット弁と酸化ガス排出シャット弁の作動不良の判定を行う各手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池システム、１２，１４ カソード圧力値特性曲線、２０ 燃料電池本体部、２１ アノード圧力計測器、２２ 燃料電池スタック、２３ カソード圧力計測器、２４ 加湿器、２６ 燃料ガスタンク、２８ 希釈器、３０ 制御部、３２ 酸化ガス供給シャット弁、３４ 酸化ガス排出シャット弁、３５ 酸化ガス加湿器バイパス流路、３６ 酸化ガス加湿器バイパスシャット弁、３７ 酸化ガス供給側流路、３８ 酸化ガス経路、３９ 酸化ガス排出側流路、４０ 酸化ガス源、４５ 調圧弁、４６ レギュレータ、４７ 分流器、４８ 排気バルブ、４９ 循環昇圧器、５０ 電磁弁収納ボックス、７４，７６ 電磁弁、１０１ ＦＣシステム制御指令取得モジュール、１０２ ＦＣシステム起動モジュール、１０３ ＦＣシステム運転モジュール、１０４ ＦＣシステム停止モジュール、１０６ カソード圧力測定モジュール、１０７ 時間待機モジュール、１０８ カソード圧力取得モジュール、１０９ 作動不良判定モジュール、１１０ 記憶部、１３０ 報知装置、１４０ 経時計測装置、１５０ 制御指令取得部。

Claims (7)

1. 燃料電池スタックに酸化ガスを供給する流路に設けられる酸化ガス供給弁と、
   燃料電池スタックから酸化ガスを排出する流路に設けられる酸化ガス排出弁と、
   酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁との間の流路の圧力であるカソード圧力値を検知する圧力検知部と、
   燃料電池スタックの運転を停止したときに酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、
   燃料電池スタックの運転を停止した後のカソード圧力値である停止時カソード圧力値を予め定められた所定の間隔で複数回にわたって取得する取得手段と、
   取得された複数の停止時カソード圧力値によって算出される停止時カソード圧力値の時間変化の傾きに基づいて酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   判定部は、停止時カソード圧力値の時間変化の傾きが負から正へと変化する変曲点を有し、変曲点後の停止時カソード圧力値が継続的に増加している場合に酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁のうちの少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   判定部は、停止時カソード圧力値の時間変化が一定である場合に酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁のうち少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することを特徴とする燃料電池システム。
4. 燃料電池スタックに燃料ガスを供給する流路に設けられる燃料ガス供給弁と、
   燃料電池スタックから燃料ガスを排出する流路に設けられる燃料ガス排出弁と、
   燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁との間の流路の圧力であるアノード圧力値を検知する圧力検知部と、
   燃料電池スタックの運転を停止したときに燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、
   燃料電池スタックの運転を停止した後のアノード圧力値である停止後アノード圧力値を予め定められた所定の間隔で複数回にわたって取得する取得手段と、
   取得された複数の停止後アノード圧力値によって算出される停止後アノード圧力値の時間変化の傾きに基づいて燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
   判定部は、停止後アノード圧力値の時間変化の傾きが負から正へと変化する変曲点を有し、変曲点後の停止後アノード圧力値が継続的に増加している場合に燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁のうちの少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
   判定部は、停止後アノード圧力値の時間変化が一定である場合に燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁のうち少なくともいずれか１つが作動不良であると判定することを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１の燃料電池システムにおいて、
   停止時カソード圧力値は、燃料電池スタックの運転を停止したときから、その後に燃料電池スタックを起動したときまでに測定されるカソード圧力値であることを特徴とする燃料電池システム。

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