JP2019102374A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサに異常が発生した場合に、燃料電池システムに不具合が生じることを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、インジェクタが設けられたアノードガス流路と、アノードガス流路におけるインジェクタよりも燃料電池スタック側の圧力値を計測する、複数の圧力センサと、計測された圧力値を用いてアノードガスの供給量を調整して燃料電池スタックの出力を制御する制御部と、を備える。制御部は、複数の圧力センサによって計測される複数の圧力値の偏差が第１閾値以上である状態が予め定められた時間以上継続したという第１条件が成立した場合に、第１条件が成立していない場合に比べて、燃料電池スタックの出力を制限する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、燃料電池にアノードガスを供給するための流路上に２つのインジェクタを配置し、インジェクタ下流の流路に圧力センサを配置して、圧力センサの計測値を用いてインジェクタを制御する燃料電池システムが記載されている。このシステムでは、２つのインジェクタのいずれか一方のみを作動させた場合における、圧力センサの計測値を用いて、圧力センサのドリフトのような症状を検出している。

特開２０１７−９１６２５号公報

圧力センサにドリフトのような症状が発生した場合に、圧力センサの計測値を用いてインジェクタによりアノードガスの供給量を調整すると、燃料電池システムに不具合が生じるおそれがあった。このような不具合は、インジェクタ下流のアノードガスの流路に複数の圧力センサを配置した場合にも生じるおそれがあった。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数のセルを備える燃料電池スタックと；前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するアノードガス流路に設けられたインジェクタと；前記アノードガス流路における前記インジェクタよりも前記燃料電池スタック側の圧力値を計測する、複数の圧力センサと；計測された前記圧力値を用いて、前記インジェクタによる前記燃料電池スタックへのアノードガスの供給量を調整して前記燃料電池スタックの出力を制御する制御部と、を備え；前記制御部は、前記複数の圧力センサによって計測される複数の圧力値の偏差が予め定められた第１閾値以上である状態が予め定められた時間以上継続したという第１条件が成立した場合に、前記第１条件が成立していない場合に比べて、前記燃料電池スタックの出力を制限する。
異常が発生した可能性がある圧力センサの圧力値を用いてアノードガスの供給量を調整すると、アノードガス不足によってセルが劣化するおそれや、アノードガス過剰によってインジェクタ下流のアノードガス流路の圧力値が高くなりすぎるおそれがある。そのため、アノードガスの供給を停止し、燃料電池スタックの出力を停止することも考えられる。この形態によれば、第１条件が成立した場合、すなわち、センサ異常が発生した可能性がある場合に、燃料電池スタックの出力を制限するので、燃料電池スタックの出力を停止することによって生じる不具合を抑制することができる。

（２）上記形態において、前記制御部は、前記第１条件が成立した場合に、前記複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、前記インジェクタによる前記燃料電池スタックへのアノードガスの供給量を調整してもよい。
この形態によれば、複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いてアノードガスの供給量を調整するので、インジェクタ下流のアノードガス流路の圧力値が高くなりすぎることを抑制することができる。

（３）上記形態において、前記アノードガス流路は、前記燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスが流れる排出流路を含み；前記排出流路には、予め定められた第２条件が成立した場合に、前記燃料電池スタックから排出された水及びアノードオフガスを前記燃料電池システムの外部へ排出する排出弁が設けられており；前記排出弁から排出されるアノードオフガスを希釈する希釈ガスを供給する希釈ガス供給部をさらに備え；前記制御部は；前記第２条件が成立した場合に、前記圧力センサによって計測される圧力値が高くなるほど、前記希釈ガスの供給量が多くなるように前記希釈ガス供給部を制御し；前記第１条件及び前記第２条件が成立した場合に、前記複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、前記希釈ガス供給部を制御してもよい。
この形態によれば、複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いてカソードガス供給部を制御するので、排出弁を介して燃料電池システムの外部へ排出されるアノードオフガス中のアノードガスの濃度が高くなりすぎることを抑制することができる。

（４）上記形態において、前記燃料電池スタックにおけるセル当たり電圧を計測する電圧計測部を備え；前記制御部は、前記セル当たり電圧が、予め定められた閾値電圧よりも低下した場合に、前記燃料電池スタックの出力を制限し；前記偏差が前記第１条件が成立した場合に、前記閾値電圧を高くしてもよい。
この形態によれば、圧力センサの異常が発生した可能性がある第１条件が成立した場合に、燃料電池スタックの出力を制限する閾値電圧を高くし、セル当たり電圧が閾値電圧よりも低くなった場合に燃料電池スタックの出力を制限するので、燃料電池スタックの出力を停止することによって生じる不具合を抑制することができる。また、第１条件が成立した場合にも、セル当たり電圧が閾値電圧以上である場合には、第１条件が成立していない場合と同様に出力を行うことができるので、燃料電池スタックの出力を制限することによって生じる不具合を抑制することができる。

本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの制御方法や、燃料電池車両の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの概略構成を示す図である。 出力制限処理を示す工程図である。 セル当たり電圧と制限率との関係を示す図である。 第２実施形態の出力制限処理について示す工程図である。 第３実施形態の出力制限処理について示す工程図である。

・第１実施形態
図１は、燃料電池システム１００の概略構成を示す図である。燃料電池システム１００は、車両１に搭載され、運転者からの要求に応じて車両の動力源となる電力を出力する。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、制御部２０と、カソードガス供給排出系３０と、アノードガス供給排出系５０と、を備える。燃料電池システム１００は、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）９１と、２次電池９２と、負荷９３と、を備える。

燃料電池スタック１０は、セル１１が積層されて構成されている。各セル１１は、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータとを有し、反応ガスとしてアノードガス（例えば、水素）とカソードガス（例えば、空気）との供給を受けて発電する。

カソードガス供給排出系３０は、カソードガス配管３１と、カソードガスコンプレッサ３２と、第１開閉弁３３と、カソードオフガス配管４１と、第１レギュレータ４２と、バイパス配管３４と、バイパス弁３５と、を備える。

カソードガスコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池スタック１０と接続されている。カソードガスコンプレッサ３２は、制御部２０からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、カソードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。第１開閉弁３３は、カソードガスコンプレッサ３２と燃料電池スタック１０との間のカソードガス配管３１に設けられている。

カソードオフガス配管４１は、燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスや、バイパス配管３４から流入したカソードガスを、燃料電池システム１００の外部へと排出する。第１レギュレータ４２は、制御部２０からの制御信号に応じて、燃料電池スタック１０のカソードガス出口圧力を調整する。

バイパス配管３４は、カソードガス配管３１と、カソードオフガス配管４１の排出配管６６よりも燃料電池スタック１０に近い側の部位と、を接続する。バイパス弁３５は、バイパス配管３４に設けられ、制御部２０からの制御信号に応じてカソードガス配管３１からカソードオフガス配管４１へ流れるカソードガスの流量を調整する。

アノードガス供給排出系５０は、アノードガス配管５１と、アノードガスタンク５２と、第２開閉弁５３と、第２レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、リリーフ弁５６と、排出弁６０と、アノードオフガス配管６１と、循環配管６３と、アノードガスポンプ６４と、気液分離器７０と、を備える。アノードガス配管５１と、燃料電池スタック１０と、アノードオフガス配管６１と、気液分離器７０と、循環配管６３と、で構成されるアノードガスの流路を「アノードガス流路」とも呼ぶ。

アノードガス配管５１は、燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するための配管である。アノードガスタンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池スタック１０のアノードガス入口マニホールドと接続されており、内部に充填されているアノードガスを燃料電池スタック１０に供給する。第２開閉弁５３、第２レギュレータ５４、インジェクタ５５、リリーフ弁５６は、アノードガス配管５１に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク５２に近い側、から設けられている。第２開閉弁５３は、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。燃料電池システム１００の停止時には第２開閉弁５３は閉じられる。第２レギュレータ５４は、制御部２０からの制御信号に応じて、インジェクタ５５の上流側におけるアノードガスの圧力を調整する。

アノードガス流路のインジェクタ５５よりも下流側には、同じ圧力センサが複数設けられている。本実施形態では、アノードガス配管５１のインジェクタ５５よりも下流側であって、循環配管６３との接続箇所よりも上流側には、２つの圧力センサ（第１圧力センサ９６、第２圧力センサ９７）が設けられている。第１圧力センサ９６と第２圧力センサ９７は、インジェクタ５５下流の圧力値を計測する。第１圧力センサ９６と第２圧力センサ９７の計測結果は、制御部２０に送信される。

インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、電磁的に駆動する開閉弁であり、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの供給量を調整する装置である。制御部２０は、第１圧力センサ９６と第２圧力センサ９７の計測値（圧力値）を用いて、インジェクタ５５によるアノードガスの供給量を調整する、アノードガス供給制御を実行する。具体的には、制御部２０は、インジェクタ５５の下流側の圧力値が目標圧力値を下回らないように、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御し、燃料電池スタック１０へのアノードガス供給量を制御する。目標圧力値は、燃料電池スタック１０への要求電力に応じて定められる。例えば、目標圧力値が１５０ｋＰａであり、第１圧力センサ９６と第２圧力センサ９７の圧力値が１３０ｋＰａである場合には、制御部２０は、第１圧力センサ９６と第２圧力センサ９７の圧力値が１５０ｋＰａになるようにインジェクタ５５を制御する。

リリーフ弁５６は、インジェクタ５５よりも下流側の圧力値が、予め定められた第２閾値以上となった場合に開き、アノードガス配管５１からアノードガスを排出する。他の実施形態では、アノードガス配管５１にリリーフ弁５６が設けられていなくともよい。

アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０のアノードオフガス出口マニホールドと気液分離器７０とを接続する。アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０からアノードオフガスを排出するための配管であり、発電反応に用いられることのなかったアノードガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器７０へと誘導する。アノードオフガス配管６１を「排出流路」とも呼ぶ。

気液分離器７０は、アノードオフガス配管６１と循環配管６３との間に接続されている。気液分離器７０は、アノードオフガス配管６１内のアノードオフガスから、水を分離して貯水する。

排出弁６０は、アノードオフガス配管６１に設けられた開閉弁であり、本実施形態では気液分離器７０の下部に設けられている。排出弁６０は、燃料電池スタック１０から排出された水及びアノードオフガスを燃料電池システム１００の外部へ排出する。排出弁６０から排出された水及びアノードオフガスは、排出配管６６を介してカソードオフガス配管４１に流入し、カソードオフガスの勢いによって、燃料電池システム１００の外部へ排出される。また、排出弁６０から排出されたアノードオフガスは、カソードオフガスによりその濃度が低減されて外部へと排出される。制御部２０は、予め定められた開弁条件が成立した場合に排出弁６０を開き、予め定められた閉弁条件が成立した場合に排出弁６０を閉じる。開弁条件を「第２条件」とも呼ぶ。開弁条件は、気液分離器７０に貯水された水が規定値に達したことや、インジェクタ５５下流側の窒素濃度が規定値に達したことである。閉弁条件は、排出弁６０が開かれてから予め定められた時間が経過したことや、貯留水が規定値未満になったことや、窒素濃度が規定値未満になったことである。制御部２０は、燃料電池スタック１０の発電量から、燃料電池スタック１０の発電によって生成される水の量を推定して、気液分離器７０に貯水された水が規定値に達したか否かを判定してもよい。また、気液分離器７０に設けられた水位計の計測結果から、気液分離器７０に貯水された水が規定値に達しことや、規定値未満になったことを判定してもよい。また、インジェクタ５５下流のアノードガス流路に設けられた窒素濃度計の計測結果から、窒素濃度が規定値に達したことや、規定値未満になったことを判定してもよい。

循環配管６３は、気液分離器７０とアノードガス配管５１のインジェクタ５５より下流側とを接続する配管である。循環配管６３には、制御部２０からの制御信号に応じて駆動されるアノードガスポンプ６４が設けられている。気液分離器７０によって水が分離されたアノードオフガスは、アノードガスポンプ６４によって、アノードガス配管５１へと送り出される。この燃料電池システム１００では、アノードガスを含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック１０に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９０は、制御部２０の制御に応じて燃料電池スタック１０から出力された電圧を昇圧してＰＣＵ９１に供給する。ＰＣＵ９１は、インバータを内蔵し、制御部２０からの制御信号に応じてインバータを介して負荷９３を制御する。２次電池９２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０とＰＣＵ９１とを介して、燃料電池スタック１０によって発電された電力が蓄電される。燃料電池スタック１０及び２次電池９２の電力は、ＰＣＵ９１を含む電源回路を介して、車輪（図示せず）を駆動するためのトラクションモータ（図示せず）等の負荷９３や、カソードガスコンプレッサ３２、アノードガスポンプ６４、各種弁に、供給される。また、ＰＣＵ９１は、制御部２０の制御に応じて燃料電池スタック１０の電流を制限する。

電圧計測部９４は、燃料電池スタック１０のセル１１当たりの電圧であるセル当たり電圧Ｖｃを計測する。電圧計測部９４は、燃料電池スタック１０の個々のセル１１の電圧を計測してもよいし、各セル１１をｎ枚１組（ｎは１以上の整数）としたセルグループと接続し、各セルグループについてのセル１１の電圧の合計値を計測するようにしてもよい。ｎが２以上の場合には、計測した電圧をｎで除算することによって、セル当たり電圧を算出できる。電圧計測部９４は、セル当たり電圧Ｖｃを制御部２０に送信する。電流計測部９５は、燃料電池スタック１０の電流値を計測する。電流計測部９５は、計測結果を制御部２０に送信する。

制御部２０は、ＣＰＵとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。制御部２０は、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、インジェクタ５５下流側のアノードガス流路の圧力値が目標圧力値を下回らないように、インジェクタ５５によるアノードガスの供給量を調整して燃料電池スタック１０の出力を制御する。また、制御部２０は、燃料電池システム１００の各部を制御して燃料電池システム１００による発電の制御を行うと共に、後述する出力制限処理を実現する。

図２は、制御部２０により実行される出力制限処理を示す工程図である。制御部２０は、複数の圧力センサに給電が開始された場合に、本処理を開始する。本処理が開始されると、制御部２０には、複数の圧力センサの計測結果が逐次送信される。

まず、制御部２０は、圧力偏差を算出する（ステップＳ１１０）。圧力偏差は、複数の圧力センサの計測値の差の絶対値である。圧力偏差の算出は、本処理の実行中に、予め定められた時間ごとに行われる。本実施形態では、複数の圧力センサの計測値は、センサが正常に作動している場合、ほぼ同値を示す。計測値は、例えば、大気圧下において１００ｋＰａである。計測値が、なんらかの原因で実際の圧力値からオフセットしたり、実際の圧力値とは異なる一定の値を示しつづけたり、実際の圧力値から次第に大きくなったり、次第に小さくなったりすると、圧力偏差が大きくなり得る。

制御部２０は、圧力偏差が予め定められた第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。第１閾値は、インジェクタ５５下流側のアノードガス流路の通常の圧力値や、リリーフ弁５６が開く際の圧力値である第２閾値や、圧力センサに由来するセンサ誤差等を考慮して定めることができる。

圧力偏差が第１閾値以上である場合（ステップＳ１２０、ＹＥＳ）、制御部２０は、圧力偏差が第１閾値以上である状態が、予め定められた時間（規定時間）以上、継続したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０の条件を、「第１条件」とも呼ぶ。第１条件は、成立した場合において、複数の圧力センサの圧力値から無作為に圧力値を選択して燃料電池システム１００を制御すると、燃料電池システム１００に不具合が生じる可能性がある条件である。第１条件の成立は、センサ異常発生の可能性を示す。

圧力偏差が第１閾値未満である場合（ステップＳ１２０、ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ１１０に戻す。また、圧力偏差が第１閾値以上である状態が、規定時間以上継続していない場合、すなわち、圧力偏差が第１閾値以上となってから規定時間に到達するまでに、圧力偏差が第１閾値未満となった場合にも（ステップＳ１３０、ＮＯ）、制御部２０は、処理をステップＳ１１０に戻す。

第１条件が成立した場合（ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、制御部２０は、出力制限を実行する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０の処理は、第１条件が成立した場合、第１条件が成立していない場合と比べて、燃料電池スタック１０からの出力電流を制限する処理である。制御部２０は、メモリに記憶された、第１条件が成立した場合の出力制限の度合いを参照し、出力制限を実行する。

本実施形態では、制御部２０は、電圧計測部９４から取得したセル当たり電圧Ｖｃを用いて、出力制限を実行する。セル当たり電圧Ｖｃを用いて出力を制限するのは、セル当たり電圧Ｖｃが低下して例えば負電圧になった場合に、セル１１が劣化して、発電性能が低下する可能性を抑制するためである。

図３は、セル当たり電圧Ｖｃと、制限率との関係を示す図である。グラフＧ１は、第１条件が成立していない場合のセル当たり電圧Ｖｃと制限率との関係を示しており、グラフＧ２は、第１条件が成立した場合のセル当たり電圧Ｖｃと制限率との関係を示している。制限率１．０は出力が制限されないことを意味し、制限率０は出力がされないことを意味している。本実施形態では、制御部２０は、セル当たり電圧Ｖｃの最低値が予め定められた閾値電圧よりも低下した場合に、出力制限を行い、第１条件が成立した場合に、第１条件が成立していない場合に比べて、閾値電圧を高くする。具体的には、第１条件が成立していない場合、制御部２０は、グラフＧ１に示すように、セル当たり電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖ１よりも低くなった場合に、出力制限を行う。制御部２０は、第１条件が成立した場合には（図２、ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、閾値電圧を第１条件が成立していない場合の閾値電圧Ｖ１よりも高い閾値電圧Ｖ２にし、セル当たり電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖ２よりも低くなった場合に、出力制限を行う。制御部２０は、出力電流値を、電圧値から求められる制限率に制限するようにＰＣＵ９１に指示する。ＰＣＵ９１は、制御部２０の指示により燃料電池スタック１０の電流を制限する。

異常が発生した可能性がある圧力センサの圧力値を用いてアノードガスの供給量を調整すると、アノードガス不足によってセルが劣化する不具合や、アノードガス過剰によってインジェクタ５５下流のアノードガス流路の圧力値が高くなりすぎるおそれがある。そのため、アノードガスの供給を停止し、燃料電池スタック１０の出力を停止することも考えられる。しかし、燃料電池スタック１０の出力を停止すると、燃料電池システム１００の各構成部の作動が停止したり、燃料電池システム１００を備える車両１が停止したりする不具合が生じるおそれがある。また、不足した出力を２次電池９２の出力で補うと、２次電池９２の残量が低下し、結果的に、燃料電池システム１００の各構成部の作動が停止したり、燃料電池システム１００を備える車両１が停止したりする不具合が生じるおそれがある。

この形態によれば、圧力偏差が第１閾値以上である状態が規定時間以上継続したという第１条件が成立した場合、すなわち、センサ異常が発生した可能性がある場合に、燃料電池スタック１０の出力を制限するので、燃料電池スタック１０の出力を停止することによって生じる不具合を抑制することができる。

この形態によれば、第１条件が成立した場合に、燃料電池スタック１０の出力を制限する閾値電圧を高くし、セル当たり電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖ２よりも低くなった場合に燃料電池スタック１０の出力を制限するので、燃料電池スタック１０の出力を停止することによって生じる不具合を抑制することができる。また、第１条件が成立した場合にも、セル当たり電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖ２以上である場合には、第１条件が成立していない場合と同様に出力を行うことができるので、燃料電池スタック１０の出力を制限することによって生じる不具合を抑制することができる。

・第２実施形態
第１実施形態と異なる点について説明する。図４は、第２実施形態の出力制限処理について示す工程図である。第２実施形態では、制御部２０は、第１条件が成立した場合（図２、ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、出力制限を行うのに加え（図２、ステップＳ１４０）、アノードガス供給制御に用いる圧力値を、最も高い圧力値に切り替える（図４、ステップＳ１５０）。すなわち、第１条件が成立した場合に、制御部２０は、複数の圧力センサにより計測される複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、インジェクタ５５による燃料電池スタック１０へのアノードガスの供給量を調整する。例えば、第１圧力センサ９６の計測値が１３０ｋＰａであり、第２圧力センサ９７の計測値が１５０ｋＰａであり、目標圧力が１６０ｋＰａである場合には、制御部２０は、第２圧力センサ９７の計測値が１６０ｋＰａになるように、インジェクタ５５によるアノードガスの供給量を調整する。

この形態によれば、複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いてアノードガスの供給量を調整するので、インジェクタ５５下流のアノードガス流路の圧力値が高くなりすぎることを抑制することができる。

この形態によれば、インジェクタ５５下流のアノードガス流路の圧力値が高くなりすぎることを抑制することができるので、リリーフ弁５６が開くことを抑制することができ、燃料電池システム１００の外部へアノードガスが排出されることを抑制することができる。

・第３実施形態
第１、第２実施形態と異なる点について説明する。第３実施形態では、制御部２０は、排出弁６０の開弁条件である第２条件が成立した場合に、排出弁６０から排出されるアノードオフガスを希釈する、希釈ガス供給制御を行う。「アノードオフガスを希釈する」とは、アノードオフガスの濃度を低減することである。アノードオフガスの濃度を低減することは、アノードオフガス中のアノードガスの濃度を低減することでもある。制御部２０は、カソードガス供給排出系３０を制御して、燃料電池スタック１０から排出されカソードオフガス配管４１を流れるカソードオフガスや、バイパス配管３４からカソードオフガス配管４１に流入するカソードガスである、希釈ガスの供給量を決定し、決定した量の希釈ガスを流す。カソードガス供給排出系３０を「希釈ガス供給部」とも呼ぶ。制御部２０は、圧力センサによって計測される圧力値が高いほど、排出されるアノードガスの量が多くなると推定し、希釈ガスの供給量が多くなるようにカソードガス供給排出系３０を制御して希釈ガスを流す。具体的には、制御部２０のメモリには、インジェクタ５５下流側の圧力値と、希釈ガス供給量と、の関係が記憶されており、制御部２０は、圧力センサから取得した圧力値と、上記関係と、を用いて希釈ガス流量を決定する。上記関係は、排出弁６０を介して排出されるアノードオフガス中のアノードガス濃度が、希釈ガスの供給によって法律で定められる濃度よりも低い値になるように、実験やシミュレーションにより求められる。

図５は、第３実施形態の出力制限処理について示す工程図である。第３実施形態では、制御部２０は、第１条件が成立した場合（図２、ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、出力制限を行うのに加え（図２、ステップＳ１４０）、希釈ガス供給制御に用いる圧力値を、最も高い圧力値に切り替える（図５、ステップＳ１６０）。すなわち、第１条件及び第２条件が成立した場合に、制御部２０は、複数の圧力センサにより計測される圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、カソードガス供給排出系３０を制御する。

この形態によれば、排出弁６０を介して燃料電池システム１００の外部へ排出されるアノードオフガス中のアノードガス濃度が高くなりすぎることを抑制することができる。

・他の実施形態１
制御部２０は、第１条件が成立した場合には、インジェクタ５５の単位時間あたりの開弁時間を、予め実験により求められた、燃料電池システム１００に不具合が生じないような燃料電池スタック１０の出力のうち、例えば最も少ない出力に対応した第１開弁時間にして、アノードガスの供給量を少なくしてもよい。制御部２０は、第１条件が成立した場合には、インジェクタ５５の開弁時間を第１開弁時間に制御することで、出力制限を行ってもよい。

・他の実施形態２
圧力センサは、インジェクタ５５下流のアノードガス流路に複数設けられていれば、アノードガス配管５１以外の他の部位に設けられていてもよい。圧力センサをアノードガス配管５１とアノードオフガス配管６１とに設ける場合には、制御部２０は、燃料電池スタック１０によって消費されるアノードガス量を圧力値に換算してアノードオフガス配管６１に設けられた圧力センサの計測値に加えた値と、アノードガス配管５１に設けられた圧力センサの計測値と、を比較して、圧力偏差を算出してもよい。また、アノードガス流路には、燃料電池スタック１０のアノードガス入口マニホールドや、アノードオフガス出口マニホールドが含まれてもよく、圧力センサは、アノードガス入口マニホールドや、アノードオフガス出口マニホールドに設けられてもよい。

・他の実施形態３
上記実施形態では、圧力センサの数は２つであるが、圧力センサの数は３つ以上であってもよい。

・他の実施形態４
第３実施形態において、制御部２０は、インジェクタ５５下流のアノードガス流路の圧力値と、燃料電池システム１００に設けられた外気圧センサと、の圧力差を取得し、インジェクタ５５下流のアノードガス流路の圧力値と外気圧との圧力差と、希釈ガス供給量と、の関係と、を用いて希釈ガス供給量を決定してもよい。

・他の実施形態５
制御部２０は、圧力センサに接続された信号線や給電線の断線が生じた場合の計測値をメモリに記憶していてもよい。制御部２０は、信号線や給電線の断線が生じた場合の計測値が検出された場合には、当該計測値を、圧力偏差の算出に用いないようにしてもよい。

・他の実施形態６
制御部２０は、圧力偏差が第１閾値以上である状態が規定時間以上継続した場合（ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、第１条件が成立したこと、すなわち、センサ異常発生の可能性があることを、燃料電池システム１００に備えられた音声や光等を発する警報装置や、文字等が表示される表示装置により報知してもよい。

・他の実施形態７
燃料電池システム１００は、車両１に搭載されていなくともよく、定置型であってもよい。燃料電池システム１００は、第１閾値や規定時間等の情報をクラウドとの通信によって取得可能に構成されていてもよく、取得した情報を用いて種々の判定を実行してもよい。また、車両１は、通信機を搭載したコネクテッドカーでもよい。

・他の実施形態８
上記種々の実施形態は、適宜組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…車両
１０…燃料電池スタック
１１…セル
２０…制御部
３０…カソードガス供給排出系
３１…カソードガス配管
３２…カソードガスコンプレッサ
３３…第１開閉弁
３４…バイパス配管
３５…バイパス弁
４１…カソードオフガス配管
４２…第１レギュレータ
５０…アノードガス供給排出系
５１…アノードガス配管
５２…アノードガスタンク
５３…第２開閉弁
５４…第２レギュレータ
５５…インジェクタ
５６…リリーフ弁
６０…排出弁
６１…アノードオフガス配管
６３…循環配管
６４…アノードガスポンプ
６６…排出配管
７０…気液分離器
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９１…ＰＣＵ
９２…２次電池
９３…負荷
９４…電圧計測部
９５…電流計測部
９６…第１圧力センサ
９７…第２圧力センサ
１００…燃料電池システム
Ｇ１、Ｇ２…グラフ
Ｖｃ…セル当たり電圧
Ｖ１、Ｖ２…閾値電圧

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   複数のセルを備える燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するアノードガス流路に設けられたインジェクタと、
   前記アノードガス流路における前記インジェクタよりも前記燃料電池スタック側の圧力値を計測する、複数の圧力センサと、
   計測された前記圧力値を用いて、前記インジェクタによる前記燃料電池スタックへのアノードガスの供給量を調整して前記燃料電池スタックの出力を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の圧力センサによって計測される複数の圧力値の偏差が予め定められた第１閾値以上である状態が予め定められた時間以上継続したという第１条件が成立した場合に、前記第１条件が成立していない場合に比べて、前記燃料電池スタックの出力を制限する、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であって、
   前記制御部は、前記第１条件が成立した場合に、前記複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、前記インジェクタによる前記燃料電池スタックへのアノードガスの供給量を調整する、燃料電池システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記アノードガス流路は、前記燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスが流れる排出流路を含み、
   前記排出流路には、予め定められた第２条件が成立した場合に、前記燃料電池スタックから排出された水及びアノードオフガスを前記燃料電池システムの外部へ排出する排出弁が設けられており、
   前記排出弁から排出されるアノードオフガスを希釈する希釈ガスを供給する希釈ガス供給部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第２条件が成立した場合に、前記圧力センサによって計測される圧力値が高くなるほど、前記希釈ガスの供給量が多くなるように前記希釈ガス供給部を制御し、
   前記第１条件及び前記第２条件が成立した場合に、前記複数の圧力値のうち最も高い圧力値を用いて、前記希釈ガス供給部を制御する、燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池スタックにおけるセル当たり電圧を計測する電圧計測部を備え、
   前記制御部は、前記セル当たり電圧が、予め定められた閾値電圧よりも低下した場合に、前記燃料電池スタックの出力を制限し、
   前記偏差が前記第１条件が成立した場合に、前記閾値電圧を高くする、燃料電池システム。

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