JP2010287467A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】閉故障する第１弁装置及び／又は第２弁装置を早期に開く燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池スタック１１０と、コンプレッサ１３１と、第１弁装置１と、第２弁装置２と、コンプレッサ１３１、第１弁装置１及び第２弁装置２を制御する制御手段と、圧力センサ１３４と、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が閉故障しているか否か判定する故障判定手段と、を備え、システム起動時、制御手段が、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力し、通常流量で空気が供給されるようにコンプレッサ１３１を制御したときにおいて、故障判定手段が第１弁装置１及び／又は第２弁装置２は閉故障していると判定した場合、制御手段は、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が開くように、通常流量よりも多い流量で空気を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、水素（燃料ガス）と、酸素を含む空気（酸化剤ガス）とが供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、例えば、燃料電池車（移動体）の電力源として期待されている。このような燃料電池は、その内部に、水素が通流するアノード流路（燃料ガス流路）と、空気が通流するカソード流路（酸化剤ガス流路）とを有している。

ところが、燃料電池システムの停止中（燃料電池の発電停止中）、つまり、燃料電池と外部負荷とが電気的に遮断された状態において、外部からカソード流路に空気が流入し、この空気（酸素）がカソードの触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）下で電極反応により消費されると、カソードの電位が上昇したり、残留する水分が分解して活性の高いＯＨラジカル等が発生する虞がある。このように、カソードの電位が上昇したり、ＯＨラジカル等が発生すると、カソードを形成するカーボンペーパの炭素（Ｃ）や触媒が酸化したり、電解質膜が分解し、燃料電池が劣化してしまう。

また、カソード流路の空気の一部はアノード流路にクロスリーク（透過）し、このクロスリークした空気が、アノードの触媒下で消費されると、アノードの電位が上昇したり、ＯＨラジカル等が発生し、アノードを形成するカーボンペーパの炭素（Ｃ）や触媒が酸化したり、電解質膜が分解し、燃料電池が劣化してしまう。

そこで、カソード流路の上流及び下流に、ノーマルクローズ型の第１弁装置、第２弁装置をそれぞれ設け、システム停止中、前記第１弁装置及び第２弁装置を閉じて、カソード流路を封鎖し、外部からカソード流路への新たな空気の流入を停止すると共に、カソードからアノードへの空気のクロスリーク量を低減させる燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１５３０７９号公報

しかしながら、特許文献１では、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障している場合、空気が燃料電池に良好に供給されず、燃料電池を良好に発電させることができなかった。
なお、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障しているとは、第１弁装置及び／又は第２弁装置に開弁指令が入力されているにも関わらず、例えば凍結等によって弁体が閉位置のままであり、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉状態のままであることを意味する。

そこで、本発明は、酸化剤ガス流路を封鎖する第１弁装置及び／又は第２弁装置の閉故障を早期に検出しつつ、閉故障する第１弁装置及び／又は第２弁装置を早期に開き、燃料電池を早期に発電可能な状態とする燃料電池システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスがそれぞれ供給されることで発電する燃料電池と、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給すると共に、酸化剤ガスの流量を制御可能な酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガス供給手段と前記酸化剤ガス流路の入口とを接続し、前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤ガス流路の出口に接続され、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス排出流路と、前記酸化剤ガス供給流路に設けられると共に、上流側の圧力によって弁体が開方向に押されるノーマルクローズ型の第１弁装置と、前記酸化剤ガス排出流路に設けられると共に、上流側の圧力によって弁体が開方向に押されるノーマルクローズ型の第２弁装置と、前記酸化剤ガス供給手段、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、システム停止中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を閉状態とすることで前記酸化剤ガス流路を封鎖し、システム運転中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を開状態とすることで前記酸化剤ガス流路を開放する燃料電池システムであって、前記第１弁装置の上流側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が検出した圧力に基づいて、前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障しているか否か判定する故障判定手段と、を備え、システム起動時、前記制御手段が、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に開弁指令を出力し、前記第１弁装置及び前記第２弁装置が正常に開いているとした場合における通常流量で酸化剤ガスが供給されるように前記酸化剤ガス供給手段を制御したときにおいて、前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置は閉故障していると判定した場合、前記制御手段は、前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が開くように、前記通常流量よりも多い流量で酸化剤ガスが供給されるように前記酸化剤ガス供給手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、システム起動時、制御手段が、第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力し、第１弁装置及び第２弁装置が正常に開いているとした場合における通常流量で酸化剤ガスが供給されるように酸化剤ガス供給手段を制御したときにおいて、故障判定手段が、圧力検出手段の検出する第１弁装置の上流側の圧力に基づいて、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障しているか否か判定できる。
すなわち、第１弁装置の上流側の圧力が、通常流量で酸化剤ガスが供給される場合における所定圧力（後記する実施形態では、第２所定圧力Ｐ２）以上であるとき、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障していると判定できる。

そして、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障していると判定される場合、制御手段が、閉故障する第１弁装置及び／又は第２弁装置が開くように、通常流量よりも多い流量で酸化剤ガスが供給されるように酸化剤ガス供給手段を制御するので、第１弁装置及び／又は第２弁装置を早期に開くことができる。
なお、第１弁装置及び／又は第２弁装置は、上流側の圧力によって弁体が開方向に押されるように構成されているので、酸化剤ガスが通常流量よりも多い流量で供給されると、第１弁装置及び／又は第２弁装置の上流側の圧力が上昇し、第１弁装置及び／又は第２弁装置が開く。

そして、第１弁装置及び／又は第２弁装置が開くと、酸化剤ガスが燃料電池の酸化剤ガス流路を良好に通流するので、燃料電池を早期に発電可能な状態とできる。

すなわち、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障している場合、酸化剤ガスを通常流量でそのまま供給したとしても、第１弁装置及び／又は第２弁装置の上流側の圧力が上昇し、第１弁装置及び／又は第２弁装置が開くことになるが、このように、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障していると判定される場合、通常流量よりも多い流量で酸化剤ガスを供給することにより、第１弁装置及び／又は第２弁装置を早期に開き、燃料電池を早期に発電可能な状態に移行させることができる。
これにより、システムの起動指令（後記する実施形態ではＩＧ１５１のＯＮ）から燃料電池が発電可能な状態となるまでに、長時間を要することはなく、オペレータ（後記する実施形態では運転者）が違和感を受けることはなく、燃料電池が発電可能となるまでにモタツクことはない。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、前記電圧検出手段が電圧の上昇を検出したとき、前記故障判定手段は、前記第２弁装置が閉故障していると判定し、前記制御手段は、前記燃料電池が破損せず、かつ、前記通常流量よりも多い流量であって、閉故障する前記第２弁装置が開くような第２流量で酸化剤ガスが供給されるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御することを特徴とする。

ここで、酸化剤ガスが燃料電池の酸化剤ガス流路に供給されると、カソードにおける電極反応が良好に進行し、カソードの電位が上昇、つまり、燃料電池の電圧が上昇する。
したがって、このような燃料電池システムによれば、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、電圧検出手段が電圧の上昇を検出したとき、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に供給されていると判断でき、そして、第１弁装置は正常に開いており、第２弁装置は閉故障していると判定できる。

そして、第２弁装置は閉故障していると判定される場合、燃料電池が破損せず、かつ、通常流量よりも多い流量であって、閉故障する第２弁装置が開く第２流量で酸化剤ガスが供給されるので、燃料電池を破損させずに第２弁装置を早期に開くことができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、前記電圧検出手段が電圧の上昇を検出しないとき、前記故障判定手段は、前記第１弁装置が閉故障していると判定し、前記制御手段は、前記第１弁装置の上流の前記酸化剤ガス供給流路が破損せず、かつ、前記通常流量よりも多い流量であって、閉故障する前記第１弁装置が開く第１流量で酸化剤ガスが供給されるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御することを特徴とする。

このような燃料電池システムによれば、第１弁装置及び／又は第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、電圧検出手段が電圧の上昇を検出しないとき、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に供給されていないと判断でき、そして、第１弁装置は閉故障していると判定できる。

そして、第１弁装置は閉故障していると判定される場合、第１弁装置の上流の酸化剤ガス供給流路が破損せず、かつ、通常流量よりも多い流量であって、閉故障する第１弁装置が開く第１流量で酸化剤ガスが供給されるので、酸化剤ガス供給流路を破損させずに第１弁装置を早期に開くことができる。
酸化剤ガス供給流路が破損するとは、例えば、酸化剤ガス供給流路を構成する配管（ホース）や、配管を接続するジョイント、各種シール部材（パッキン、Ｏリング）等が破損し、酸化剤ガスが漏洩することを意味する。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第２流量の最大値は、前記第１流量の最大値よりも小さいことを特徴とする。

このような燃料電池システムによれば、第２流量の最大値は、第１流量の最大値よりも小さく設定されているので、第１弁装置の下流かつ第２弁装置の上流に配置されている燃料電池を破損せずに、第２弁装置を開くことができる。また、第２流量の最大値は、第１流量の最大値よりも小さいので、第２流量で通流したとしても、第１弁装置よりも上流の酸化剤ガス供給流路が破損することはない。

また、前記燃料電池システムにおいて、システム温度を検出する温度検出手段を備え、
前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置は閉故障していると判定した場合、前記制御手段は、システム温度が低くなるほど、酸化剤ガスの流量が多くなるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御することを特徴とする。

ここで、システム温度が低くなるほど、第１弁装置及び第２弁装置の温度も低くなり、第１弁装置及び第２弁装置が凍結しやすくなる。なお、第１弁装置及び第２弁装置の凍結が進むほど、その凍結量、つまり、第１弁装置又は第２弁装置内に生成する氷結量は多くなり、第１弁装置又は第２弁装置が開きにくくなる。

そこで、このような燃料電池システムによれば、システム温度が低くなるほど、つまり、第１弁装置及び／又は第２弁装置の凍結量が多くなり、開きにくくなるほど、酸化剤ガスの流量が多くなるように酸化剤ガス供給手段を制御するので、第１弁装置及び／又は第２弁装置の上流側の圧力は、システム温度が低くなるほど高くなり、第１弁装置及び／又は第２弁装置を適切に開くことができる。

本発明によれば、酸化剤ガス流路を封鎖する第１弁装置及び／又は第２弁装置の閉故障を早期に検出しつつ、閉故障する第１弁装置及び／又は第２弁装置を早期に開き、燃料電池を早期に発電可能な状態とする燃料電池システムを提供することができる。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 本実施形態に係るノーマルクローズ型の第１弁装置の側断面図であり、閉状態を示している。 本実施形態に係るノーマルクローズ型の第１弁装置の側断面図であり、開状態を示している。 システム温度と目標空気流量（ｇ／ｓ、質量）との関係を示すマップである。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１００は、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１１０の電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御するＥＣＵ１６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１１が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１１は直列で接続されている。単セル１１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全ての単セル１１１に水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１２（燃料ガス流路）、カソード流路１１３（酸化剤ガス流路）として機能している。

そして、アノード流路１１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セル１１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１１０とモータ等の外部負荷とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２）

また、各セパレータには、燃料電池スタック１１０を冷却する冷媒が通流する貫通孔や溝が形成されており、これら貫通孔及び溝が冷媒流路１１４として機能している。冷媒流路１１４の入口には、ラジエータ（図示しない）からの冷媒が通流する配管１１４ａが接続されており、冷媒流路１１４の出口にはラジエータ（図示しない）に向かう冷媒が通流する配管１１４ｂが接続されている。

そして、配管１１４ｂには、温度センサ１１５（温度検出手段）が取り付けられている。温度センサ１１５は、配管１１４ｂ内の温度をシステム温度Ｔ１１（燃料電池システム１００の温度）として検出し、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。
ただし、温度センサ１１５の位置はこれに限定されず、例えば、配管１２４ｂ、配管１３２ａに取り付けられた構成でもよいし、温度センサ１１５が外気温度を検出する温度センサである構成でもよい。

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク１２１（燃料ガス供給手段）と、ノーマルクローズ型の遮断弁１２２と、減圧弁１２３（レギュレータ）と、エゼクタ１２４と、ノーマルクローズ型のパージ弁１２５と、を備えている。

水素タンク１２１は、配管１２１ａ、遮断弁１２２、配管１２２ａ、減圧弁１２３、配管１２３ａ、エゼクタ１２４、配管１２４ａを介して、アノード流路１１２の入口に接続されている。そして、燃料電池スタック１１０を発電させるため、ＥＣＵ１６０からの指令によって遮断弁１２２が開かれると、水素が、水素タンク１２１から遮断弁１２２等を通って、アノード流路１１２に供給されるようになっている。

減圧弁１２３は、カソード流路１１３における空気の圧力に対応して、アノード流路１１２に向かう水素を所定圧力に減圧するものである。
具体的には、減圧弁１２３は、途中にオリフィス１２３ｃが設けられた配管１２３ｂを介して、カソード流路１１３に向かう空気が通流する後記する配管１３１ａと接続されており、カソード流路１１３に向かう空気の圧力が、パイロット圧として、減圧弁１２３に入力されるようになっている。

そして、減圧弁１２３は、パイロット圧に基づいて、アノード流路１１２の圧力がカソード流路１１３の圧力とバランスするように、二次側圧力（アノード流路１１２の圧力）を制御するように構成されている。これにより、後記するように、カソード流路１１３に向かう空気流量を増加したとしても、アノード流路１１２の圧力とカソード流路１１３の圧力とがバランスし、ＭＥＡ等が破損しないようになっている。

エゼクタ１２４は、ノズルとディフューザとを備え、水素タンク１２１からの水素をノズルから噴射することで負圧を発生させ、この負圧により配管１２４ｂのアノードオフガスを吸引するようになっている。そして、水素とアノードオフガスとがディフューザで混合した後、アノード流路１１２に向かうようになっている。

アノード流路１１２の出口は、配管１２４ｂを介して、エゼクタ１２４の吸気ポートに接続されている。そして、アノード流路１１２から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスが、エゼクタ１２４に戻された後、アノード流路１１２に再供給され、その結果、水素が循環するようになっている。なお、配管１２４ｂには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。

配管１２４ｂの途中は、配管１２５ａ、パージ弁１２５、配管１２５ｂを介して、後記する希釈器１３３に接続されている。パージ弁１２５は、燃料電池スタック１１０の発電中、配管１２４ｂを循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ１６０によって定期的に開かれる。
また、パージ弁１２５は、システム起動時において、アノード流路１１２における水素濃度を高め、燃料電池スタック１１０を発電可能な状態にするために適宜に開かれる。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ１３１（酸化剤ガス供給手段）と、ノーマルクローズ型（常閉型）の第１弁装置１と、ノーマルクローズ型の第２弁装置２と、ノーマルオープン型の背圧弁１３２と、希釈器１３３と、圧力センサ１３４（圧力検出手段）と、質量流量センサ１３５と、を備えている。

コンプレッサ１３１は、配管１３１ａ、第１弁装置１、配管１３１ｂを介して、カソード流路１１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ１３１は、ＥＣＵ１６０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込んで圧縮し、配管１３１ａ等を介して、カソード流路１１３に供給するようになっている。
なお、コンプレッサ１３１の回転速度が制御されると、コンプレッサ１３１から吐出される空気流量が制御される。また、コンプレッサ１３１は、燃料電池スタック１１０及び／又は高圧バッテリ（図示しない）を電源としている。

すなわち、カソード流路１１３に向かう空気が通流する酸化剤ガス供給流路は、配管１３１ａと配管１３１ｂとを備えて構成され、この酸化剤ガス供給流路に、第１弁装置１が設けられている。
第１弁装置１は、ＥＣＵ１６０によって制御されるノーマルクローズ型の電磁弁であり、システム停止中（燃料電池スタック１１０の発電停止中）は閉状態となり、システム運転中（発電中）は開状態となる。なお、第１弁装置１の具体的構造は後で説明する。

カソード流路１１３の出口は、配管１３２ａ、第２弁装置２、配管１３２ｂ、背圧弁１３２、配管１３２ｃを介して、希釈器１３３に接続されている。そして、カソード流路１１３から排出されたカソードオフガス（酸化剤ガス）は、配管１３２ａ等を介して、希釈器１３３に排出されるようになっている。

すなわち、カソード流路１１３（酸化剤ガス流路）から排出されたカソードオフガスが通流する酸化剤ガス排出流路は、配管１３２ａと、配管１３２ｂと、配管１３２ｃと、後記する配管１３３ａとを備えて構成され、この酸化剤ガス排出流路に、第２弁装置２が設けられている。
第２弁装置２は、ＥＣＵ１６０によって制御されるノーマルクローズ型の電磁弁であり、システム停止中（燃料電池スタック１１０の発電停止中）は閉状態となり、システム運転中（発電中）は開状態となる。なお、第２弁装置２の具体的構造は、後で説明する。

すなわち、システム停止中、第１弁装置１及び第２弁装置２が閉状態になることで、カソード流路１１３が車外から封鎖され、車外の空気がカソード流路１１３に侵入せず、燃料電池スタック１１０の劣化が防止されている。一方、システム運転中、第１弁装置１及び第２弁装置２が開状態になることで、カソード流路１１３が車外に開放されるようになっている。

背圧弁１３２は、バタフライ弁等から構成されたノーマルオープン型の弁であって、その開度は、アクセル開度等の発電要求量に対応して、ＥＣＵ１６０により制御される。

希釈器１３３は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管１３３ａを介して、車外に排出されるようになっている。

圧力センサ１３４は、配管１３１ａに取り付けられており、第１弁装置１の上流側の圧力Ｐ１１を検出し、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。

質量流量センサ１３５は、コンプレッサ１３１の吸気側に取り付けられており、コンプレッサ１３１に吸気される空気の質量流量（ｇ／ｓ）を検出し、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。ここで、コンプレッサ１３１から吐出される空気の略全てが、カソード流路１１３に向かうから、質量流量センサ１３５の検出する質量流量は、カソード流路１１３に向かう空気の質量流量と略等しくなる。
ただし、質量流量センサ１３５の取付位置はこれに限定されず、例えば、配管１３１ａに取り付けられた構成でもよい。

また、配管１３１ｂと配管１３２ａとを跨ぐように加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分透過性を有する中空糸膜を複数本内蔵し、この中空糸膜を介して、カソード流路１１３に向かう空気と、カソード流路１１３から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路１１３に向かう空気を加湿するものである。

＜第１弁装置、第２弁装置＞
次に、第１弁装置１、第２弁装置２の具体的構造について、図２、図３を参照して説明する。
第１弁装置１は、ノーマルクローズ型の第１弁１０と、通電により第１弁１０を開閉操作する第１ソレノイド装置４０（第１操作手段）と、を備えている。
第２弁装置２は、ノーマルクローズ型の第２弁１０Ａと、通電により第２弁１０Ａを開閉操作する第２ソレノイド装置４０Ａと、を備えている。
ここで、第１弁装置１と第２弁装置２との構造は同一、つまり、第１弁１０と第２弁１０Ａ、第１ソレノイド装置４０と第２ソレノイド装置４０Ａ、はそれぞれ同一の構造であるので、以下、第１弁装置１について説明し、第２弁装置２については省略する。

［第１弁］
第１弁１０は、入口ポート１２及び出口ポート１３が形成されたボディ１１（弁箱）と、入口ポート１２周りの弁座１４に対して着座／離座する弁体２０と、圧縮コイルばね３１と、を備えている。

入口ポート１２には、コンプレッサ１３１からの空気が通流する配管１３１ａが接続されており、出口ポート１３には、配管１３１ｂが接続されている。一方、第２弁１０Ａの入口ポート１２には配管１３２ａが接続されており、出口ポート１３には配管１３２ｂが接続されている。

弁体２０は、入口ポート１２周りの弁座１４に対して着座／離座する本体２１と、本体２１と一体に形成され、本体２１の中心から上方に延び、上部がボディ１１の天壁部を貫通し、第１ソレノイド装置４０内に延びるロッド２３と、を備えている。なお、ロッド２３の上端には、第１ソレノイド装置４０の固定コア（図示しない）に吸引される可動コア（図示しない）が一体に固定されている。

弁体２０の本体２１は円板状を呈し、本体２１が弁座１４に着座すると、第１弁１０が閉状態となり、入口ポート１２と出口ポート１３とが遮断されるようになっている（図２参照）。一方、本体２１が弁座１４から離座すると、第１弁１０が開状態となり、入口ポート１２と出口ポート１３とが連通するようになっている（図３参照）。

本体２１の下面には、ゴム製等の環状のシール部材２２が設けられている。そして、本体２１が着座した場合（第１弁１０が閉じた場合）、シール部材２２が弾性変形することで、閉状態におけるシール性が高められている。なお、シール部材２２が弁座１４に設けられた構成でもよい。

圧縮コイルばね３１は、ボディ１１の天壁部と、弁体２０の本体２１との間に縮設されており、本体２１（弁体２０）を閉方向に付勢している。そして、第１ソレノイド装置４０への通電が停止されている場合、圧縮コイルばね３１に付勢される本体２１が弁座１４に着座し、これにより、第１弁１０がノーマルクローズ型に構成されている。

［第１ソレノイド装置］
第１ソレノイド装置４０（第２ソレノイド装置４０Ａ）は、第１弁１０（第２弁１０Ａ）を閉状態から開状態に駆動する第１電気駆動装置（第２電気駆動装置）であり、ソレノイド４１と、ソレノイド４１に通電された場合に励磁する固定コア（図示しない）と、を備えている。

そして、ＥＣＵ１６０から開弁指令が入力されると、ソレノイド４１に通電し、これにより励磁する固定コア（図示しない）に、ロッド２３に固定された可動コア（図示しない）が吸引されることで、弁体２０が離座し、第１弁１０が開状態となる。なお、第１ソレノイド装置４０は、低圧バッテリ（図示しない）を電源としている。
ただし、第１弁１０を開閉操作する装置は、第１ソレノイド装置４０に限定されず、例えば、ロッド２３にラックを形成し、このラックに噛合するピニオンをステッピングモータ（ＤＣモータ）で正転／反転させることで、開閉する構成としてもよい。

すなわち、閉状態の第１弁１０及び第２弁１０Ａにおいて、弁座１４に着座する弁体２０は、その上流側からの空気又はカソードオフガスの圧力によって開方向（図２、図３の上方向）に押されるように構成されている。つまり、第１弁装置１（第１弁１０）又は第２弁装置（第２弁１０Ａ）が閉故障している場合において、その上流側の空気又はカソードオフガスの圧力が高くなると、圧縮コイルばね３１のばね力に抗して弁体２０が開方向に押され、第１弁装置１又は第２弁装置２が開くようになっている。
なお、第１弁装置１、第２弁装置２が閉故障している場合とは、例えば、凍結によって本体２１が弁座１４に張り付いている場合や、第１ソレノイド装置４０、第２ソレノイド装置４０Ａが電気的／機械的に故障している場合、等が考えられる。

＜電力消費系＞
図１に戻って説明を続ける。
電力消費系は、走行用のモータ１４１と、電力制御器１４２と、コンタクタ１４３（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ）と、出力検出器１４４（電圧検出手段）と、を備えている。モータ１４１は、電力制御器１４２、コンタクタ１４３、出力検出器１４４を介して、燃料電池スタック１１０の出力端子（図示しない）に接続されている。

モータ１４１は、電力によって燃料電池車の駆動力を発生する外部負荷である。
電力制御器１４２は、ＥＣＵ１６０から入力される指令電流値に従って、燃料電池スタック１１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を備えている。

出力検出器１４４は、燃料電池スタック１１０の現在の電流及び電圧Ｖ１１を検出する機器であり、電流センサ及び電圧センサを備えている。そして、出力検出器１４４は、検出した電流及び電圧Ｖ１１を、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。

＜その他機器＞
ＩＧ１５１は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１５１はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はＩＧ１５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１６０（制御手段）は、燃料電池システム１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御する。

＜ＥＣＵ−故障判定機能＞
ＥＣＵ１６０（故障判定手段）は、コンプレッサ１３１が作動し、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力している場合において、圧力センサ１３４から入力される圧力Ｐ１１と、出力検出器１４４から入力される電圧Ｖ１１と基づいて、第１弁装置１、第２弁装置２が閉故障しているか否か判定する機能を備えている。

具体的には、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１の上流側の圧力Ｐ１１が、第１所定圧力Ｐ１以上である場合（Ｐ１１≧Ｐ１）、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２は完全に閉故障していると判定するように設定されている。完全に閉故障している場合とは、例えば、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２内における凍結量が多すぎ、開弁指令が入力されているにも関わらず、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が開かない場合や、第１ソレノイド装置４０及び／又は第２ソレノイド装置４０Ａが電気的／機械的に故障している場合、等である。

第１所定圧力Ｐ１は、圧力損失を考慮したうえで、コンプレッサ１３１の作動中において現在の圧力Ｐ１１が第１所定圧力Ｐ１以上ならば、開弁指令が入力されているにも関わらず、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が閉じたままであると判断される圧力であって、配管１３１ａ、１３１ｂや、燃料電池スタック１１０の電解質膜が破損しない程度の圧力に設定される。

次に、圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２以上かつ第１所定圧力Ｐ１未満であって（Ｐ２≦Ｐ１１＜Ｐ１）、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１が第１所定電圧Ｖ１未満である場合（Ｖ１１＜Ｖ１）、第１弁装置１が閉故障していると判定するように設定されている。
一方、圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２以上かつ第１所定圧力Ｐ１未満であって（Ｐ２≦Ｐ１１＜Ｐ１）、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１が第１所定電圧Ｖ１以上である場合（Ｖ１１≧Ｖ１）、第２弁装置２が閉故障していると判定するように設定されている。

第２所定圧力Ｐ２は、圧力損失を考慮したうえで、コンプレッサ１３１の作動中において現在の圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２未満ならば、第１弁装置１及び第２弁装置２が正常に開いていると判断される圧力に設定される。
言い換えると、第２所定圧力Ｐ２は、コンプレッサ１３１の作動中において現在の圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２以上ならば、第１弁装置１又は第２弁装置２が閉故障していると判断される圧力に設定される。

第１所定電圧Ｖ１は、現在の電圧Ｖ１１が第１所定電圧Ｖ１以上であれば、カソード流路１１３に空気が供給されており、開弁指令を受けている第１弁装置１が正常に開いていると判断される電圧に設定される。
なお、第１所定電圧Ｖ１は、カソード流路１１３に空気が供給され、第１弁装置１が正常に開いているか否か判断できればよいので、燃料電池スタック１１０が発電可能となったか否かについての判断基準となる第２所定電圧Ｖ２よりも低く設定される（Ｖ１＜Ｖ２）。

＜ＥＣＵ−起動モード制御機能＞
ＥＣＵ１６０は、システム起動時において、システム温度Ｔ１１に基づいて、通常起動モード又は低温起動モードを選択し、選択したモードで燃料電池システム１００を運転する機能を備えている。

通常起動モードとは、燃料電池スタック１１０が凍結していないと判断される場合において、燃料電池スタック１１０に予め設定された流量・圧力で、水素、空気を供給し、燃料電池スタック１１０を通常に発電させるモードである。
低温起動モードとは、システム停止中に低温環境下に曝された等によって、燃料電池スタック１１０が凍結していると判断される場合において、燃料電池スタック１１０の暖機を促進するため、通常起動モードよりも大流量・高圧で、水素、空気を供給すると共に、燃料電池スタック１１０の発電電力を増大させることで、発電に伴う自己発熱量を増大させ、燃料電池スタック１１０の暖機を促進させるモードである。

そして、本実施形態では、システム起動時（ＩＧ１５１のＯＮ時）におけるシステム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下である場合、低温起動モードを選択し、第１所定温度Ｔ１以下でない場合、通常起動モードを選択するように設定されている（図４参照）。第１所定温度Ｔ１は、いずれのモードを選択するか、つまり、燃料電池スタック１１０が凍結しているか否かについての判断基準となる温度であり、例えば０℃に設定される。
ただし、このようなモード選択方法に限定されず、システム停止中において、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下を経験していた場合、ＩＧ１５１のＯＮ時におけるシステム温度Ｔ１１に関わらず、低温起動モードを選択する構成としてもよい。

したがって、第１弁装置１及び第２弁装置２が正常に開いている場合において、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下の範囲におけるカソード流路１１３に供給するべき通常流量（目標空気流量）は、図４に示すように、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１を超える範囲における通常流量よりも、多くなるように設定されている。

＜ＥＣＵ−空気流量制御機能＞
ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０の発電開始前（ＩＧ１５１のＯＮ後、コンタクタ１４３のＯＮ前）、カソード流路１１３を空気に置換し、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１（ＯＣＶ）を第２所定電圧Ｖ２以上に高める処理段階（ＯＣＶチェック段階）において、第１弁装置１及び第２弁装置２の閉故障状態と、システム温度Ｔ１１と、図４のマップとに基づいて、コンプレッサ１３１からカソード流路１１３に向かう空気流量（ｇ／ｓ）を制御する機能を備えている。

具体的には、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び第２弁装置２は正常に開いていると判断される場合、システム温度Ｔ１１と図４とに基づいて、目標空気流量とするべき通常流量を算出し、算出された通常流量（目標空気流量）となるように、質量流量センサ１３５の検出値を監視しつつ、コンプレッサ１３１を制御する機能を備えている。
なお、図４に示すマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ１６０に予め記憶されている。

この場合において、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下である場合、ＯＣＶチェック完了後（電圧Ｖ１１が第２所定電圧Ｖ２に到達した後）、低温起動モードで運転することになるから、これに対応して、ＯＣＶチェック段階においても、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下である場合における目標空気流量は、第１所定温度Ｔ１を超える場合における目標空気流量よりも多く算出される。

次に、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１は閉故障していると判断される場合、システム温度Ｔ１１と図４とに基づいて、目標空気流量とするべき第１流量を算出し、算出された第１流量（目標空気流量）となるように、コンプレッサ１３１を制御する機能を備えている。
一方、ＥＣＵ１６０は、第２弁装置２は閉故障していると判断される場合、システム温度Ｔ１１と図４とに基づいて、目標空気流量とするべき第２流量を算出し、算出された第２流量（目標空気流量）となるように、コンプレッサ１３１を制御する機能を備えている。

ここで、図４に示すように、第１流量（第１弁装置１が閉故障）、第２流量（第２弁装置２が閉故障）は、全温度範囲において、通常流量よりも高く設定されているので、第１流量又は第２流量を目標空気流量とした場合における第１弁装置１又は第２弁装置２の上流側の圧力は、通常流量を目標空気流量とした場合における圧力よりも高くなる。これにより、第１弁装置１又は第２弁装置２の弁体２０を開方向に押圧する力も大きくなり、閉故障する第１弁装置１又は第２弁装置２が開きやすくなる。

また、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下の範囲において、システム温度Ｔ１１が低くなるにつれて、目標空気流量（ｇ／ｓ）となる第１流量又は第２流量は徐々に増加するように設定されているので、温度低下に伴って空気の体積流量（Ｌ／ｓ）が低下せず、つまり、弁体２０を開方向に押圧する力が小さくなることはない。つまり、温度低下し、凍結量が多くなり、開きにくくなる第１弁装置１又は第２弁装置２の弁体２０を、適切な大きさの力で開方向に押圧できる。

さらに、第１流量の最大値（上限値）は、コンプレッサ１３１と第１弁装置１との間の配管１３１ａの耐圧性等、つまり、配管１３１ａや接続部が破損しない程度に設定されている。これにより、目標空気流量を第１流量としても、増圧により配管１３１ａ等が破損することはない。

さらにまた、第２流量の最大値（上限値）は、第１流量の最大値よりも小さい値であって、燃料電池スタック１１０（ＭＥＡ等）が破損しない程度に設定されている。これにより、目標空気流量を第２流量としても、増圧により燃料電池スタック１１０が破損することはない。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１００の動作について、図５を参照して説明する。
初期状態において、燃料電池システム１００は停止し、燃料電池スタック１１０は発電停止し、コンタクタ１４３はＯＦＦされており、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１は略０である。

そして、ＩＧ１５１がＯＮされると、図５に示す処理がスタートする。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、遮断弁１２２に開弁指令を出力した後、パージ弁１２５を間欠的に開く。これにより、アノード流路１１２に水素が供給され、水素への置換が進む。
これに並行して、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力する。また、ＥＣＵ１６０は配管１１４ａに設けられた冷媒ポンプ（図示しない）を作動させ、冷媒を循環させる。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６０は、現在の圧力Ｐ１１が第１所定圧力Ｐ１以上であるか否か判定する。
現在の圧力Ｐ１１は第１所定圧力Ｐ１以上であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２は完全に閉故障していると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０２に進む。
一方、現在の圧力Ｐ１１は第１所定圧力Ｐ１以上でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、第１弁装置１及び第２弁装置２は正常に開いている、又は、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２は一時的に閉故障していると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０３に進む。

なお、本実施形態では、後記するステップＳ１０４、Ｓ１１１、Ｓ１１２を経由してコンプレッサ１３１の作動が開始する設定であるから、ステップＳ１０１の初回判定結果はＮｏとなる。
また、一時的に故障している状態とは、後記する増圧処理により、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が開く可能性がある状態を意味する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１００を停止させる。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、遮断弁１２２、第１弁装置１及び第２弁装置２に閉弁指令を出力し、コンプレッサ１３１を停止させる。そして、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２が閉故障していることを運転者に報知するため、例えば警告ランプを点灯させる。
その後、ＥＣＵ１６０の処理はリターンに進む。この他、エンドに進む構成としてもよい。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６０は、現在の圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２以上であるか否か判定する。
現在の圧力Ｐ１１は第２所定圧力以上であると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び／又は第２弁装置２は閉故障していると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１０に進む。
一方、現在の圧力Ｐ１１は第２所定圧力Ｐ２以上でないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、第１弁装置１及び第２弁装置２は正常に開いていると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０４に進む。
なお、本実施形態では、後記するステップＳ１０４、Ｓ１１１、Ｓ１１２を経由してコンプレッサ１３１の作動が開始する設定であるから、ステップＳ１０３の初回判定結果はＮｏとなる。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６０は、カソード流路１１３に供給される目標空気流量が通常流量となるように、コンプレッサ１３１を制御する。
この場合において、図４に示すように、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下である場合、この後、燃料電池スタック１１０の暖機を促進するべく低温起動モードで運転させるから（後記するＳ１０８参照）、目標空気流量を、通常起動モード（後記するＳ１０９参照）の空気流量よりも多い流量とする。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０の現在の電圧Ｖ１１（ＯＣＶ）が、第２所定電圧Ｖ２以上であるか否か判定する。

現在の電圧Ｖ１１が第２所定電圧Ｖ２以上であると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０はＯＣＶチェックが完了したと判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０６に進む。
なお、ＯＣＶチェックが完了するとは、コンタクタ１４３がＯＦＦされた状態で、アノード流路１１２における水素の置換、カソード流路１１３における空気の置換がそれぞれ良好に完了し、燃料電池スタック１１０が発電可能な状態になったことを意味する。

一方、現在の電圧Ｖ１１が第２所定電圧Ｖ２以上でない判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はリターンを通ってスタートに戻る。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６０は、コンタクタ１４３をＯＮし、燃料電池スタック１１０とモータ１４１（外部負荷）とを電気的に接続する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１６０は、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下であるか否か判定する。
システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下であると判定した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、システム温度Ｔ１１が第１所定温度Ｔ１以下でない場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０の暖機を促進させるべく、燃料電池システム１００を低温起動モードで運転する。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０９の通常起動モードよりも大流量・高圧で、空気、水素を供給し、燃料電池スタック１１０の発電電力（出力電流）を大きくし、発電に伴う自己発熱によって燃料電池スタック１１０の暖機を促進させる。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１００を通常起動モードで運転する。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、無負荷状態（アイドリング状態）に対応した流量・圧力で、空気、水素を供給し、燃料電池スタック１１０を通常に発電させる。

次に、ステップＳ１０３の判定結果がＹｅｓとなって進むステップＳ１１０を説明する。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０の現在の電圧Ｖ１１（ＯＣＶ）が、第１所定電圧Ｖ１以上であるか否か判定する。
現在の電圧Ｖ１１は第１所定電圧Ｖ１以上である（電圧Ｖ１１は上昇した）と判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０は、カソード流路１１３に空気は供給されていると判断、つまり、第１弁装置１は正常に開いているが、第２弁装置２は閉故障し閉じたままであると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１１に進む。

一方、現在の電圧Ｖ１１は第１所定電圧Ｖ１以上でない（電圧Ｖ１１は上昇していない）と判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０は、カソード流路１１３に空気は供給されていないと判断、つまり、第１弁装置１は閉故障し閉じたままであると判断し、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ１６０は、カソード流路１１３に向かう目標空気流量が第１流量となるように、コンプレッサ１３１を制御する。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、システム温度Ｔ１１と図４のマップとに基づいて、目標空気流量とするべき第１流量を算出し、これに従ってコンプレッサ１３１を制御する。

そうすると、コンプレッサ１３１から第１弁装置１に向かう空気の流量は増加し、第１弁装置１の上流側の圧力は徐々に上昇し、第１弁装置１の閉じている弁体２０を開方向（図２の上方向）に押圧する力が、徐々に大きくなる。また、コンプレッサ１３１で圧縮されることで高温となった空気が第１弁装置１に供給されるから、第１弁装置１の解氷が進む。
そして、この開方向に押圧する力が、例えば凍結によって弁体２０を閉位置で維持する力よりも大きくなると、第１弁装置１が開く。
その後、ＥＣＵ１６０の処理はリターンに進む。

なお、このように第１弁装置１が閉故障していると判定し、目標空気流量を第１流量に設定している場合において、第１弁装置１が開くと、高圧の空気がカソード流路１１３に供給されることになるから、第１弁装置１が開いたと判断されるとき、一時的に背圧弁１３２の開度を大きくしたり、コンプレッサ１３１の回転速度を一時的に下げることが望ましい。

因みに、第１弁装置１の上流側の圧力Ｐ１１が低下したり、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１が上昇した場合、第１弁装置１が開いたと判断される。その他、第１弁装置１が、弁体２０のポジション（開位置／閉位置）を検出するセンサを備える場合、このセンサからの信号に基づいて、第１弁装置１が開いたか否か判断することもできる。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ１６０は、カソード流路１１３に向かう目標空気流量が第２流量となるように、コンプレッサ１３１を制御する。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、システム温度Ｔ１１と図４のマップとに基づいて、目標空気流量とするべき第２流量を算出し、これに従ってコンプレッサ１３１を制御する。

そうすると、コンプレッサ１３１から第２弁装置２に向かう空気の流量は増加し、第２弁装置２の上流側の圧力は徐々に上昇し、第２弁装置２の閉じている弁体２０を開方向（図２の上方向）に押圧する力が、徐々に大きくなる。また、コンプレッサ１３１で圧縮されることで高温となった空気が第２弁装置２に供給されることになるから、第２弁装置２の解氷が進む。
そして、この開方向に押圧する力が、例えば凍結によって弁体２０を閉位置で維持する力よりも大きくなると、第２弁装置２が開く。
その後、ＥＣＵ１６０の処理はリターンに進む。

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１００によれば、次の効果を得る。
第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力した後において、第１弁装置１の上流側の圧力Ｐ１１、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１に基づいて、第１弁装置１、第２弁装置２のいずれが閉故障しているか否か判定し（Ｓ１０３、Ｓ１１０）、閉故障していると判定した場合、閉故障する第１弁装置１又は第２弁装置２に対応して、目標空気流量を第１流量又は第２流量に増加し（Ｓ１１２、Ｓ１１１）、第１弁装置１又は第２弁装置２の弁体２０を開方向に押圧する圧力を適切に増圧し、第１弁装置１又は第２弁装置２を速やかに開くことができる。
なお、第１弁装置１及び第２弁装置２が開いた場合、圧力Ｐ１１が第２所定圧力Ｐ２未満になるので（Ｓ１０３・Ｎｏ）、目標空気流量は通常流量となる（Ｓ１０４）。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更できる。
前記した実施形態では、燃料電池スタック１１０の電圧Ｖ１１に基づいて、閉故障しているか否か判断する構成としたが、その他に例えば、各単セル１１１のセル電圧を検出するセル電圧モニタを備える場合、このセル電圧モニタが検出するセル電圧に基づいて、閉故障しているか否か判断する構成としてもよい。

前記した実施形態では、燃料電池システム１００が燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他の移動体、例えば自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、定置型の燃料電池システムに本発明を適用してもよい。

１ 第１弁装置
２ 第２弁装置
１００ 燃料電池システム
１１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１１ 単セル（燃料電池）
１１２ アノード流路（燃料ガス流路）
１１３ カソード流路（酸化剤ガス流路）
１１５ 温度センサ（温度検出手段）
１３１ コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
１３１ａ、１３１ｂ 配管（酸化剤ガス供給流路）
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３３ａ 配管（酸化剤ガス排出流路）
１３４ 圧力センサ（圧力検出手段）
１４４ 出力検出器（電圧検出手段）
１６０ ＥＣＵ（制御手段、故障判定手段）

Claims (5)

1. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスがそれぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
   前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給すると共に、酸化剤ガスの流量を制御可能な酸化剤ガス供給手段と、
   前記酸化剤ガス供給手段と前記酸化剤ガス流路の入口とを接続し、前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、
   前記酸化剤ガス流路の出口に接続され、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス排出流路と、
   前記酸化剤ガス供給流路に設けられると共に、上流側の圧力によって弁体が開方向に押されるノーマルクローズ型の第１弁装置と、
   前記酸化剤ガス排出流路に設けられると共に、上流側の圧力によって弁体が開方向に押されるノーマルクローズ型の第２弁装置と、
   前記酸化剤ガス供給手段、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、システム停止中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を閉状態とすることで前記酸化剤ガス流路を封鎖し、システム運転中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を開状態とすることで前記酸化剤ガス流路を開放する燃料電池システムであって、
   前記第１弁装置の上流側の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段が検出した圧力に基づいて、前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障しているか否か判定する故障判定手段と、
   を備え、
   システム起動時、前記制御手段が、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に開弁指令を出力し、前記第１弁装置及び前記第２弁装置が正常に開いているとした場合における通常流量で酸化剤ガスが供給されるように前記酸化剤ガス供給手段を制御したときにおいて、前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置は閉故障していると判定した場合、
   前記制御手段は、前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が開くように、前記通常流量よりも多い流量で酸化剤ガスが供給されるように前記酸化剤ガス供給手段を制御する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
   前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、前記電圧検出手段が電圧の上昇を検出したとき、
   前記故障判定手段は、前記第２弁装置が閉故障していると判定し、
   前記制御手段は、前記燃料電池が破損せず、かつ、前記通常流量よりも多い流量であって、閉故障する前記第２弁装置が開く第２流量で酸化剤ガスが供給されるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御する
   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. 前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置が閉故障していると判定した場合において、前記電圧検出手段が電圧の上昇を検出しないとき、
   前記故障判定手段は、前記第１弁装置が閉故障していると判定し、
   前記制御手段は、前記第１弁装置の上流の前記酸化剤ガス供給流路が破損せず、かつ、前記通常流量よりも多い流量であって、閉故障する前記第１弁装置が開く第１流量で酸化剤ガスが供給されるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第２流量の最大値は、前記第１流量の最大値よりも小さい
   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. システム温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記故障判定手段が前記第１弁装置及び／又は前記第２弁装置は閉故障していると判定した場合、
   前記制御手段は、システム温度が低くなるほど、酸化剤ガスの流量が多くなるように、前記酸化剤ガス供給手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
   

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