JP2009110806A - 燃料電池システム、および、燃料電池システムの起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの起動時に、燃料電池における発電異常を正確に判定する。
【解決手段】燃料電池システムの起動時に、燃料電池への反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）の供給が完了した後に、燃料電池の開回路電圧ＯＣＶを測定し、燃料電池の開回路電圧が所定電圧ＯＣＶｔｈ以上になったか否かに基づいて、燃料電池における発電異常の有無を判定する。燃料電池への反応ガスの供給が完了したか否かは、例えば、燃料電池への反応ガスの供給圧力が所定圧力以上になったか否かに基づいて判断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システム、および、燃料電池システムの起動制御方法に関するものである。

燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池を備える燃料電池システムでは、一般に、燃料電池システムの起動時に、発電に供する反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）を燃料電池に供給するとともに、燃料電池の開回路電圧を測定することによって、燃料電池が負荷に接続可能な状態になったか否か、すなわち、燃料電池の開回路電圧が所定電圧まで上昇したか否かの判定が行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００５−３０２５３９号公報

しかし、上記特許文献１に記載された燃料電池システムでは、燃料電池の開回路電圧の測定を行い、燃料電池が負荷に接続可能な状態となったか否かの判定は行ってはいるものの、燃料電池の開回路電圧の測定結果に基づいて、燃料電池における発電異常を判定し、確定することは行っていなかった。このため、燃料電池において発電異常があっても、いわゆるフェールセーフモードの制御を行うことができなかった。

また、従来の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時の燃料電池の開回路電圧の測定は、燃料電池への反応ガスの供給とほぼ同時に開始されており、燃料電池の開回路電圧が所定電圧まで上昇しない場合に、それが反応ガスの供給系に異常があるためであるのか、燃料電池における発電異常があるためであるのかを判別することができなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムの起動時に、燃料電池における発電異常を正確に判定することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に、発電に供する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記燃料電池システムの起動時に、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する反応ガス供給完了判断部と、前記反応ガス供給完了判断部によって、前記反応ガスの供給が完了したと判断された後に、前記燃料電池の開回路電圧に基づいて、前記燃料電池における発電異常の有無を判定する発電異常判定部と、を備える燃料電池システム。

適用例１の燃料電池システムでは、燃料電池への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池の開回路電圧を測定し、測定された開回路電圧に基づいて、燃料電池における発電異常の有無を判定する。したがって、燃料電池システムの起動時に、燃料電池における発電異常を正確に判定することができる。また、燃料電池への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池の開回路電圧を測定するので、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があるために、燃料電池の開回路電圧が所定電圧に上昇しないのか、燃料電池自体に異常があるために、燃料電池の開回路電圧が所定電圧に上昇しないのかを分離して、燃料電池における発電異常を正確に判定することができる。そして、燃料電池における発電異常が判定されたときには、いわゆるフェールセーフモードの制御を行うようにすることができる。

［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムであって、前記発電異常判定部は、前記反応ガス供給完了判断部によって、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したと判断された後、第１の所定時間以内に前記開回路電圧が所定電圧に到達しない場合に、前記燃料電池に発電異常があると判定する、燃料電池システム。

適用例２の燃料電池システムでは、燃料電池への反応ガスの供給が完了したと判断された後、第１の所定時間以内に燃料電池の開回路電圧が所定電圧に到達しない場合に、燃料電池に発電異常があると判定するので、燃料電池における発電異常の誤判定を抑制することができる。なお、第１の所定時間は、燃料電池において発電異常がなければ燃料電池の開回路電圧が所定電圧に到達すると想定される範囲内で、任意に設定可能である。

［適用例３］適用例１または２記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、前記反応ガス供給完了判断部は、前記圧力検出部によって検出された前記反応ガスの圧力に基づいて、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する、燃料電池システム。

適用例３の燃料電池システムでは、燃料電池に供給される反応ガスの圧力を検出することによって、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があるか否かを判定するようにすることができる。

［適用例４］適用例３記載の燃料電池システムであって、前記反応ガス供給完了判断部は、さらに、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に前記反応ガスの圧力が所定圧力に到達しない場合に、前記反応ガス供給部に異常があると判断する、燃料電池システム。

適用例４の燃料電池システムでは、燃料電池への反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に反応ガスの圧力が所定圧力に到達しない場合に、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があると判断するので、反応ガス供給部における異常の誤判定を抑制することができる。なお、第２の所定時間は、反応ガス供給部に異常がなければ反応ガスの圧力が所定圧力に到達すると想定される範囲内で、任意に設定可能である。

［適用例５］適用例１または２記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を検出する流量検出部を備え、前記反応ガス供給完了判断部は、前記流量検出部によって検出された前記反応ガスの流量に基づいて、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する、燃料電池システム。

適用例５の燃料電池システムでは、燃料電池に供給される反応ガスの流量を検出することによって、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があるか否かを判定するようにすることができる。

［適用例６］適用例５記載の燃料電池システムであって、前記反応ガス供給完了判断部は、さらに、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に前記反応ガスの流量が所定流量に到達しない場合に、前記反応ガス供給部に異常があると判断する、燃料電池システム。

適用例６の燃料電池システムでは、燃料電池への反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に反応ガスの流量が所定流量に到達しない場合に、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があると判断するので、反応ガス供給部における異常の誤判定を抑制することができる。なお、第２の所定時間は、反応ガス供給部に異常がなければ反応ガスの流量が所定流量に到達すると想定される範囲内で、任意に設定可能である。

［適用例７］適用例４または６記載の燃料電池システムであって、前記発電異常判定部は、前記反応ガス供給完了判断部によって、前記反応ガス供給部に異常があると判断された場合には、前記燃料電池の発電異常の有無の判定を禁止する、燃料電池システム。

適用例７の燃料電池システムでは、反応ガス供給部（反応ガスの供給系）に異常があると判断された場合には、燃料電池の発電異常の有無の判定を禁止し、燃料電池の開回路電圧の測定を行わないので、速やかに、いわゆるフェールセーフモードの制御を行うようにすることができる。

本発明は、上述した種々の特徴一部を、適宜、組み合わせたりして構成することができる。また、本発明は、上述の燃料電池システムとしての構成の他、燃料電池システムの起動制御方法の発明として構成することもできる。また、これらを実現するコンピュータプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体、そのプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など種々の態様で実現することが可能である。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。

本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、燃料電池システムの動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。また、記録媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置などコンピュータが読み取り可能な種々の媒体を利用できる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池モジュール４０を、複数積層させたスタック構造を有している。各燃料電池モジュール４０は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータによって挟持した構成となっている。アノード、および、カソードは、それぞれ、電解質膜の各表面に接合された触媒層と、この触媒層の表面に接合されたガス拡散層とを備えている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質膜として、固体酸化物等、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水の流路が形成されている。なお、燃料電池モジュール４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の燃料電池モジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、水素や、空気や、冷却水を流すための供給口や、排出口が設けられている。また、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各燃料電池モジュール４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各燃料電池モジュール４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。また、集電板３０ａ，３０ｂには、燃料電池スタック１００の開回路電圧を測定するための電圧計８０が接続されている。

なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、所定の締結荷重が加えられた状態で、締結部材によって締結されている。

燃料電池スタック１００のアノードには、水素供給配管５３を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク５０の代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素リッチなガスを生成し、アノードに供給するものとしてもよい。なお、水素供給配管５３には、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力を検出する圧力センサＰＳｈと、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を検出する流量センサＦＳｈとが配設されている。

水素タンク５０に貯蔵された高圧水素は、水素タンク５０の出口に設けられたシャットバルブ５１、レギュレータ５２によって圧力、および、供給量が調整されて、水素供給マニホールドを介して、各燃料電池モジュール４０のアノードに供給される。各燃料電池モジュール４０から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管５６を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出することができる。なお、アノードオフガスを燃料電池スタック１００の外部に排出する際には、アノードオフガスに含まれる水素は、図示しない希釈器等によって処理される。

また、水素供給配管５３、および、排出配管５６には、アノードオフガスを水素供給配管５３に再循環させるための循環配管５４が接続されている。そして、排出配管５６の循環配管５４との接続部の下流側には、排気バルブ５７が配設されている。また、循環配管５４には、ポンプ５５が配設されている。ポンプ５５、および、排気バルブ５７の駆動を制御することによって、アノードオフガスを外部に排出するか、水素供給配管５３に循環させるかを適宜切り換えることができる。アノードオフガスを水素供給配管５３に再循環させることによって、アノードオフガスに含まれる未消費の水素を効率よく利用することができる。

燃料電池スタック１００のカソードには、空気供給配管６１を介して、エアコンプレッサ６０によって圧縮された圧縮空気が、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。そして、この圧縮空気は、空気供給配管６１に接続された空気供給マニホールドを介して、各燃料電池モジュール４０のカソードに供給される。各燃料電池モジュール４０のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管６２を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出される。排出配管６２からは、カソードオフガスとともに、燃料電池スタック１００のカソードで、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水も排出される。なお、空気供給配管６１には、燃料電池スタック１００に供給される空気の流量を検出する流量センサＦＳａが配設されている。また、排出配管６２には、燃料電池スタック１００に供給される空気の圧力を間接的に検出する圧力センサＰＳａが配設されている。

燃料電池スタック１００は、上述した電気化学反応によって発熱するため、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水も供給される。この冷却水は、ポンプ７０によって、配管７２を流れ、ラジエータ７１によって冷却されて、燃料電池スタック１００に供給される。

燃料電池システム１０００の運転は、制御ユニット９０によって制御される。制御ユニット９０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマなどを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、例えば、各種バルブや、ポンプの駆動等、システムの運転を制御する。また、制御ユニット９０は、燃料電池システム１０００の起動時に、圧力センサＰＳｈ，ＰＳａ、流量センサＦＳｈ，ＦＳａ、電圧計８０の出力に基づいて、後述する起動制御処理を実行する。

Ａ２．制御ユニット：
図２は、第１実施例の起動制御処理を実行するための制御ユニット９０内の機能ブロックを示す説明図である。図示するように、制御ユニット９０は、反応ガス供給完了判断部９２と、発電異常判断部９４と、タイマ９６と、を備えている。

反応ガス供給完了判断部９２は、圧力センサＰＳｈ、および、圧力センサＰＳａによって、それぞれ検出された燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力が、それぞれ、所定圧力に到達したか否かに基づいて、燃料電池スタック１００への水素、および、空気の供給が完了したか否かを判断する。

発電異常判断部９４は、電圧計８０によって測定された燃料電池スタック１００の開回路電圧に基づいて、燃料電池スタック１００における発電異常の有無を判定する。

タイマ９６は、後述するように、燃料電池スタック１００への反応ガス（水素、および、空気）の供給開始からの経過時間や、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了からの経過時間を計測する。以下、第１実施例の起動制御処理について、詳細に説明する。

Ａ３．起動制御処理：
図３は、第１実施例の燃料電池システム１０００の起動制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、燃料電池システム１０００の起動時に、制御ユニット９０のＣＰＵが実行する処理である。

燃料電池システム１０００の起動指示が入力されると、まず、ＣＰＵは、各種バルブや、ポンプを制御して、燃料電池スタック１００への反応ガス（水素、および、空気）の供給を開始する（ステップＳ１００）。このとき、ＣＰＵは、タイマ９６によって、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始からの経過時間の計測を開始する。

そして、ＣＰＵは、圧力センサＰＳｈ，ＰＳａによって、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力をそれぞれ検出し（ステップＳ１１０）、反応ガス供給完了判断部９２によって、これら水素の圧力、および、空気の圧力が、それぞれ、所定圧力に到達したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。なお、水素についての所定圧力、および、空気についての所定圧力は、予め個別に設定されている。

そして、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力の少なくとも一方が、所定圧力に到達していない場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、ＣＰＵは、反応ガス供給完了判断部９２によって、タイマ９６を参照し、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始から、所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。所定時間Ｔ２は、反応ガスの供給系に異常がなければ反応ガスの圧力が所定圧力に到達すると想定される範囲内で、任意に設定可能である。この所定時間Ｔ２は、本発明における第２の所定時間に相当する。燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始から、所定時間Ｔ２が経過していない場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。

一方、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始から、所定時間Ｔ２が経過した場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、反応ガスの供給系に異常がある、すなわち、水素の圧力が所定圧力に到達しない場合には、水素の供給系に異常があり、空気の圧力が所定圧力に到達しない場合には、空気の供給系に異常があるものと判断して、燃料電池スタック１００への負荷の接続を禁止し（ステップＳ１３２）、各種バルブや、ポンプを制御して、反応ガスの供給を停止する（ステップＳ１４０）。この場合、ＣＰＵは、後述する燃料電池スタック１００の発電異常の有無の判定を禁止する。そして、ＣＰＵは、起動制御処理を終了する。

ステップＳ１２０において、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力が、それぞれ所定圧力に到達した場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、反応ガス供給完了判断部９２によって、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了したものと判断し、電圧計８０によって燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶを測定し（ステップＳ１５０）、取得する。このとき、ＣＰＵは、タイマ９６をリセットし、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了からの経過時間の計測を開始する。

そして、ＣＰＵは、発電異常判断部９４によって、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが、所定電圧ＯＣＶｔｈ以上になったか否かを判断する（ステップＳ１６０）。開回路電圧ＯＣＶが、所定電圧ＯＣＶｔｈ以上になった場合には（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、燃料電池スタック１００における発電異常はないものと判断して、燃料電池スタック１００への負荷の接続を許可する（ステップＳ１６２）。そして、ＣＰＵは、起動制御処理を終了する。

ステップＳ１６０において、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが、所定電圧ＯＣＶｔｈ未満である場合には（ステップＳ１６０：ＮＯ）、ＣＰＵは、発電異常判断部９４によって、タイマ９６を参照し、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了から、所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１７０）。所定時間Ｔ１は、燃料電池スタック１００において発電異常がなければ燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈに到達すると想定される範囲内で、任意に設定可能である。この所定時間Ｔ１は、本発明における第１の所定時間に相当する。燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了から、所定時間Ｔ１が経過していない場合には（ステップＳ１７０：ＮＯ）、ステップＳ１５０に戻る。

一方、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了から、所定時間Ｔ１が経過した場合には（ステップＳ１７０）、ＣＰＵは、燃料電池スタック１００において発電異常があるものと判断して、燃料電池スタック１００への負荷の接続を禁止し（ステップＳ１７２）、各種バルブや、ポンプを制御して、反応ガスの供給を停止する（ステップＳ１４０）。そして、ＣＰＵは、起動制御処理を終了する。

以上説明した第１実施例の燃料電池システム１０００によれば、燃料電池システム１０００の起動制御処理において、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶを測定し、測定された開回路電圧ＯＣＶに基づいて、燃料電池スタック１００における発電異常の有無を判定する。したがって、燃料電池システム１０００の起動時に、燃料電池スタック１００における発電異常を正確に判定することができる。

また、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶを測定するので、反応ガスの供給系に異常があるために、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈまで上昇しないのか、燃料電池スタック１００自体に異常があるために、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈに上昇しないのかを分離して、燃料電池スタック１００における発電異常を正確に判定することができる。そして、燃料電池スタック１００における発電異常が判定されたときには、いわゆるフェールセーフモードの制御（本実施例では、反応ガスの供給停止）を行うようにすることができる。

また、上述した第１実施例の起動制御処理では、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了したと判断された後、所定時間Ｔ１以内に燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈに到達しない場合に、燃料電池スタック１００に発電異常があると判定するので、燃料電池スタック１００における発電異常の誤判定を抑制することができる。

また、上述した第１実施例の起動制御処理では、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始後、所定時間Ｔ２以内に反応ガスの圧力が、それぞれ所定圧力に到達しない場合に、反応ガスの供給系に異常があると判断するので、反応ガスの供給系における異常の誤判定を抑制することができる。

また、上述した第１実施例の起動制御処理では、反応ガスの供給系に異常があると判断された場合には、燃料電池スタック１００の発電異常の有無の判定を禁止し、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶの測定を行わないので、速やかに、反応ガスの供給を停止することができる。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成：
第２実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１０００の構成とほぼ同じである。したがって、第２実施例の燃料電池システムの構成についての説明は省略する。ただし、第２実施例の燃料電池システムでは、起動制御処理の一部が、第１実施例における起動制御処理と異なっている。以下、第２実施例の制御ユニット、および、起動制御処理について説明する。

Ｂ２．制御ユニット：
図４は、第２実施例の起動制御処理を実行するための制御ユニット９０Ａ内の機能ブロックを示す説明図である。図示するように、制御ユニット９０Ａは、反応ガス供給完了判断部９２Ａと、発電異常判断部９４と、タイマ９６と、を備えている。

反応ガス供給完了判断部９２Ａは、流量センサＦＳｈ、および、流量センサＦＳａによって、それぞれ検出された燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量が、それぞれ、所定流量に到達したか否かに基づいて、燃料電池スタック１００への水素、および、空気の供給が完了したか否かを判断する。なお、発電異常判断部９４、および、タイマ９６の機能は、第１実施例と同じである。

Ｂ３．起動制御処理：
図５は、第２実施例の起動制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、燃料電池システム１０００の起動時に、制御ユニット９０のＣＰＵが実行する処理である。

図３と図５との比較から分かるように、第２実施例の起動制御処理において、ステップＳ１００，Ｓ１３０〜Ｓ１８０の処理は、第１実施例の起動制御処理と同じである。したがって、これらのステップについての説明は省略する。

第２実施例の起動制御処理では、ステップＳ１００の後、ＣＰＵは、流量センサＦＳｈ，ＦＳａによって、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量をそれぞれ検出し（ステップＳ１１０Ａ）、反応ガス供給完了判断部９２Ａによって、これら水素の流量、および、空気の流量が、それぞれ、所定流量に到達したか否かを判断する（ステップＳ１２０Ａ）。なお、水素についての所定流量、および、空気についての所定流量は、予め個別に設定されている。

そして、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量の少なくとも一方が、所定流量に到達していない場合には（ステップＳ１２０Ａ：ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップＳ１３０に進む。一方、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量が、それぞれ所定圧力に到達した場合には（ステップＳ１２０Ａ：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップＳ１５０に進む。

以上説明した第２実施例の燃料電池システムによっても、第１実施例の燃料電池システム１０００と同様に、燃料電池システムの起動制御処理において、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶを測定し、測定された開回路電圧ＯＣＶに基づいて、燃料電池スタック１００における発電異常の有無を判定する。したがって、燃料電池システムの起動時に、燃料電池スタック１００における発電異常を正確に判定することができる。

また、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了した後に、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶを測定するので、反応ガスの供給系に異常があるために、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈまで上昇しないのか、燃料電池スタック１００自体に異常があるために、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈに上昇しないのかを分離して、燃料電池スタック１００における発電異常を正確に判定することができる。そして、燃料電池スタック１００における発電異常が判定されたときには、いわゆるフェールセーフモードの制御（本実施例では、反応ガスの供給停止）を行うようにすることができる。

また、第１実施例の起動制御処理と同様に、上述した第２実施例の起動制御処理では、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給が完了したと判断された後、所定時間Ｔ１以内に燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶが所定電圧ＯＣＶｔｈに到達しない場合に、燃料電池スタック１００に発電異常があると判定するので、燃料電池スタック１００における発電異常の誤判定を抑制することができる。

また、上述した第２実施例の起動制御処理では、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始後、所定時間Ｔ２以内に反応ガスの流量が、それぞれ所定圧力に到達しない場合に、反応ガスの供給系に異常があると判断するので、反応ガスの供給系における異常の誤判定を抑制することができる。

また、上述した第２実施例の起動制御処理では、反応ガスの供給系に異常があると判断された場合には、燃料電池スタック１００の発電異常の有無の判定を禁止し、燃料電池スタック１００の開回路電圧ＯＣＶの測定を行わないので、速やかに、反応ガスの供給を停止することができる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例では、起動制御処理において、水素、および、空気の供給圧力に基づいて、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了の判断を行い、また、上記第２実施例では、起動制御処理において、水素、および、空気の供給流量に基づいて、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給完了の判断を行うものとしたが、本発明は、これに限られず、これらを適宜組み合わせるようにしてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記第１実施例では、図３に示した起動制御処理のステップ１２０において、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力が、それぞれ所定圧力に到達した場合に、制御ユニット９０のＣＰＵは、タイマ９６をリセットするものとしたが、本発明は、これに限られない。すなわち、起動制御処理のステップ１２０において、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力、および、空気の圧力が、それぞれ所定圧力に到達した場合に、タイマ９６をリセットせずに、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始時からの経過時間を継続して計測し、ステップＳ１７０において、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始からの経過時間に基づいて、ステップＳ１５０に戻るか、ステップＳ１７２に進むかを判断するようにしてもよい。

同様に、上記第２実施例では、図５に示した起動制御処理のステップ１２０Ａにおいて、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量が、それぞれ所定流量に到達した場合に、制御ユニット９０ＡのＣＰＵは、タイマ９６をリセットするものとしたが、本発明は、これに限られない。すなわち、起動制御処理のステップ１２０Ａにおいて、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量、および、空気の流量が、それぞれ所定圧力に到達した場合に、タイマ９６をリセットせずに、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始からの経過時間を継続して計測し、ステップＳ１７０において、燃料電池スタック１００への反応ガスの供給開始時からの経過時間に基づいて、ステップＳ１５０に戻るか、ステップＳ１７２に進むかを判断するようにしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、図１に示した燃料電池システム１０００において、圧力センサＰＳｈ、および、流量センサＦＳｈを水素供給配管５３に配設し、圧力センサＰＳａを排出配管６２に配設し、流量センサＦＳａを空気供給配管６１に配設するものとしたが、本発明は、これに限られない。各センサの配設部位は、燃料電池スタック１００に供給される水素、および、空気の圧力や流量を検出可能な部位であれば、任意に設定可能である。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、電圧計８０は、燃料電池スタック１００全体の開回路電圧を測定するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、燃料電池モジュール４０ごとに開回路電圧を測定するようにしてもよい。こうすることによって、複数の燃料電池モジュール４０について、発電異常を個別に判定することができる。

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。 第１実施例の起動制御処理を実行するための制御ユニット９０内の機能ブロックを示す説明図である。 第１実施例の起動制御処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施例の起動制御処理を実行するための制御ユニット９０Ａ内の機能ブロックを示す説明図である。 第２実施例の起動制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０００...燃料電池システム
１０ａ，１０ｂ...エンドプレート
２０ａ，２０ｂ...絶縁板
３０ａ，３０ｂ...集電板
４０...燃料電池モジュール
５０...水素タンク
５１...シャットバルブ
５２...レギュレータ
５３...水素供給配管
５４...循環配管
５５...ポンプ
５６...排出配管
５７...排気バルブ
６０...エアコンプレッサ
６１...空気供給配管
６２...排出配管
７０...ポンプ
７１...ラジエータ
７２...配管
８０...電圧計
９０，９０Ａ...制御ユニット
９２，９２Ａ...反応ガス供給完了判断部
９４...発電異常判断部
９６...タイマ
１００...燃料電池スタック
ＰＳｈ，ＰＳａ...圧力センサ
ＦＳｈ，ＦＳａ...流量センサ

Claims (8)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池に、発電に供する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
   前記燃料電池システムの起動時に、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する反応ガス供給完了判断部と、
   前記反応ガス供給完了判断部によって、前記反応ガスの供給が完了したと判断された後に、前記燃料電池の開回路電圧に基づいて、前記燃料電池における発電異常の有無を判定する発電異常判定部と、
   を備える燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   前記発電異常判定部は、前記反応ガス供給完了判断部によって、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したと判断された後、第１の所定時間以内に前記開回路電圧が所定電圧に到達しない場合に、前記燃料電池に発電異常があると判定する、
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
   さらに、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記反応ガス供給完了判断部は、前記圧力検出部によって検出された前記反応ガスの圧力に基づいて、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する、
   燃料電池システム。
4. 請求項３記載の燃料電池システムであって、
   前記反応ガス供給完了判断部は、さらに、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に前記反応ガスの圧力が所定圧力に到達しない場合に、前記反応ガス供給部に異常があると判断する、
   燃料電池システム。
5. 請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
   さらに、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を検出する流量検出部を備え、
   前記反応ガス供給完了判断部は、前記流量検出部によって検出された前記反応ガスの流量に基づいて、前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する、
   燃料電池システム。
6. 請求項５記載の燃料電池システムであって、
   前記反応ガス供給完了判断部は、さらに、前記反応ガス供給部による前記燃料電池への前記反応ガスの供給開始後、第２の所定時間以内に前記反応ガスの流量が所定流量に到達しない場合に、前記反応ガス供給部に異常があると判断する、
   燃料電池システム。
7. 請求項４または６記載の燃料電池システムであって、
   前記発電異常判定部は、前記反応ガス供給完了判断部によって、前記反応ガス供給部に異常があると判断された場合には、前記燃料電池の発電異常の有無の判定を禁止する、
   燃料電池システム。
8. 燃料電池を備える燃料電池システムの起動制御方法であって、
   前記燃料電池に、発電に供する反応ガスを供給する反応ガス供給工程と、
   前記燃料電池システムの起動時に、前記反応ガス供給工程による前記燃料電池への前記反応ガスの供給が完了したか否かを判断する反応ガス供給完了判断工程と、
   前記反応ガス供給完了判断工程によって、前記反応ガスの供給が完了したと判断された後に、前記燃料電池の開回路電圧に基づいて、前記燃料電池における発電異常の有無を判定する発電異常判定工程と、
   を備える燃料電池システムの起動制御方法。

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