JP2022134847A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】クロスリークの誤判断を低減することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】制御部は、酸化剤ガス供給部の駆動を制御し、且つ、バイパス弁の開度を制御し、水素濃度センサで計測した酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定し、制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度が所定の閾値以上である場合に、クロスリークが発生していると判定し、前記制御部は、前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第１データ群を予め記憶し、前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記酸化剤ガス流量センサで計測した前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度とを前記第１データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させることを特徴とする燃料電池システム。【選択図】図３

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。
燃料電池（ＦＣ）は、１つの単セル又は複数の単セル（以下、セルと記載する場合がある）を積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）に、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、実際に燃料電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスは、酸化・還元に寄与しないガスとの混合物である場合が多い。特に酸化剤ガスは酸素を含む空気である場合が多い。
なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。
膜電極接合体は、固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層（ＧＤＬ、以下単に拡散層と記載する場合がある）が順に形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
単セルは、必要に応じて当該膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを有する。セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは電子伝導性を持ち、発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される燃料ガスとしての水素（Ｈ２）が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ２）は、カソードの触媒層でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）に車載されて用いられる燃料電池システムに関して種々の研究がなされている。
例えば特許文献１では、カソードオフガス流路に設けられた水素センサのシリコン等による被毒を抑制する燃料電池システムが開示されている。
特許文献２では、被検出ガスに対する所望の検出精度を維持しつつ、ガスセンサの感度低下等の劣化が生じることを抑制するガス検出方法が開示されている。
特許文献３では、クロスリークの発生を正確に検知できるようにする燃料電池の異常検知装置が開示されている。
特開２０１３－１９６９０５号公報 特開２００４－０２０３３０号公報 特開２００６－２５３０９６号公報
水素を含む燃料ガスが電解質膜を透過する、いわゆるクロスリークを適切に検知する、燃料電池システムの技術確立が望まれている。
上記特許文献１では、カソードオフガスを、燃料電池を迂回したフレッシュな空気で希釈することで水素濃度センサへのコンタミ付着は低減できるが、燃料電池に要求される出力によって燃料電池に供給される空気の量が変動したときに、カソードオフガスを希釈するためのフレッシュな空気の量も変動する。そのため空気で希釈したカソードオフガスに含まれる酸素濃度が変動し、それによって水素濃度検出のバラツキが生じ、クロスリークしているか否かの判定を誤る虞がある。クロスリークしていると判定された場合は、水素漏出の虞があるとして車両を停止させるが、実際にはクロスリークしていない場合でもクロスリークしたと誤って判定されることで、不要な車両停止が発生するなど、ユーザーに対し不便を生じさせる可能性がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、クロスリークの誤判断を低減することができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。
本開示の燃料電池システムは、燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池と、
酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部と前記燃料電池の酸化剤ガス入口とを接続する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス供給流路に配置される酸化剤ガス流量センサと、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出される酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする酸化剤オフガス排出流路と、
前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記燃料電池を迂回し、前記酸化剤ガス供給流路の分岐部と前記酸化剤オフガス排出流路の第１合流部とを接続する酸化剤ガスバイパス流路と、
前記酸化剤ガスバイパス流路に配置されるバイパス弁と、
前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部よりも下流に配置される水素濃度センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記酸化剤ガス供給部の駆動を制御し、且つ、前記バイパス弁の開度を制御し、
前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定し、
前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度が所定の閾値以上である場合に、クロスリークが発生していると判定し、
前記制御部は、前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第１データ群を予め記憶し、
前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記酸化剤ガス流量センサで計測した前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度とを前記第１データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させる。
本開示の燃料電池システムにおいては、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の温度を検出する温度センサを備え、
前記酸化剤ガス供給部は、エアコンプレッサであり、
前記制御部は、前記エアコンプレッサの回転数と前記燃料電池の温度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第２データ群を予め記憶し、
前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記エアコンプレッサの回転数と前記温度センサで計測した前記燃料電池の温度とを前記第２データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させてもよい。
本開示の燃料電池システムにおいては、燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記燃料電池の燃料ガス入口とを接続する燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと、
前記燃料電池の燃料ガス出口から排出される燃料オフガスを前記燃料電池システムの外部に排出する燃料オフガス排出流路と、
前記燃料オフガス排出流路に配置されるアノード気液分離器と、
前記燃料オフガス排出流路の前記アノード気液分離器よりも下流に配置される排気排水弁と、
前記アノード気液分離器と前記エジェクタとを接続する循環流路と、を備え、
前記酸化剤オフガス排出流路は、前記第１合流部の下流に前記燃料オフガス排出流路が合流する第２合流部を備え、
前記水素濃度センサは、前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部と前記第２合流部との間の領域に配置されてもよい。
本開示の燃料電池システムにおいては、前記燃料電池システムは、さらに、前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部よりも上流に配置されるカソード気液分離器と、
前記カソード気液分離器から液体の水分を排水することを可能にする排水流路を備えてもよい。
本開示の燃料電池システムにおいては、前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１よりも大きい第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
本開示の燃料電池システムにおいては、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であるか否か判定し、
前記制御部は、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定し、
前記制御部は、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であると判定した場合、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
本開示の燃料電池システムにおいては、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の電流量を検出する電流センサを備え、
前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であるか否か判定し、
前記制御部は、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定し、
前記制御部は、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であると判定した場合、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、クロスリークの誤判断を低減することができる。
図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。 図２は、本開示の燃料電池システムの別の一例を示す概略構成図である。 図３は、本開示の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。 図４は、本開示の燃料電池システムの制御の別の一例を示すフローチャートである。
本開示の燃料電池システムは、燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池と、
酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部と前記燃料電池の酸化剤ガス入口とを接続する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス供給流路に配置される酸化剤ガス流量センサと、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出される酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする酸化剤オフガス排出流路と、
前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記燃料電池を迂回し、前記酸化剤ガス供給流路の分岐部と前記酸化剤オフガス排出流路の第１合流部とを接続する酸化剤ガスバイパス流路と、
前記酸化剤ガスバイパス流路に配置されるバイパス弁と、
前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部よりも下流に配置される水素濃度センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記酸化剤ガス供給部の駆動を制御し、且つ、前記バイパス弁の開度を制御し、
前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定し、
前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度が所定の閾値以上である場合に、クロスリークが発生していると判定し、
前記制御部は、前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第１データ群を予め記憶し、
前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記酸化剤ガス流量センサで計測した前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度とを前記第１データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させる。
本開示の燃料電池システムは、水素濃度センサの感度、すなわちクロスリークと判定する水素濃度閾値を、燃料電池を迂回したフレッシュな空気の合流量に応じて変動させる。具体的には、フレッシュな空気の合流量が多くなり、水素濃度検出の誤差が大きくなる虞がある場合は水素濃度センサの感度を落とし、クロスリークと判定する水素濃度閾値を上げる。
本開示では、クロスリークの誤判断を抑制する観点から、クロスリークの要因となる電解質膜の穴あきを検知するための水素濃度センサを、酸化剤オフガス排出流路のカソード気液分離器の後、酸化剤ガスバイパス流路合流後、且つ、燃料オフガス排出流路合流前に設置し、酸化剤ガスバイパス流路の流量の大小に応じて検知閾値を変更する。
本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガスであり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガスである。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは酸素、空気、乾燥空気等であってもよい。
本開示の燃料電池システムは、通常、駆動源として電動機を有する車両に搭載されて用いられる。
また、本開示の燃料電池システムは、二次電池の電力でも走行可能な車両に搭載されて用いられてもよい。
電動機は、特に限定されず、従来公知の駆動モータであってもよい。
車両は、燃料電池車両であってもよい。
車両は、本開示の燃料電池システムを備えていてもよい。
本開示の燃料電池システムは、燃料電池を備える。
燃料電池は、単セルを１つのみ有するものであってもよいし、単セルを複数個積層した積層体である燃料電池スタックであってもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２～２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも膜電極ガス拡散層接合体を備える。
膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層及び、アノード触媒層及び、電解質膜及び、カソード触媒層及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。
カソード（酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。また、アノード触媒およびカソード触媒としては、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）などが挙げられ、触媒を担持する母材および導電材としては、例えば、カーボンなどの炭素材料等が挙げられる。
カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
単セルは、必要に応じて膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。２枚のセパレータは、一方がアノード側セパレータであり、もう一方がカソード側セパレータである。本開示では、アノード側セパレータとカソード側セパレータとをまとめてセパレータという。
セパレータは、反応ガス及び冷媒を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。冷媒としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがアノード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、アノード側セパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面に燃料ガス供給孔から燃料ガス排出孔に燃料ガスを流す燃料ガス流路を有していてもよく、アノード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがカソード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、カソード側セパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面に酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス排出孔に酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有していてもよく、カソード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷媒入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷媒出口マニホールド等が挙げられる。
燃料電池システムは、燃料電池の酸化剤ガス系として、酸化剤ガス供給部と、酸化剤ガス供給流路と、酸化剤ガス流量センサと、酸化剤オフガス排出流路と、酸化剤ガスバイパス流路と、バイパス弁と、水素濃度センサと、制御部と、を備える。
酸化剤ガス供給部は、燃料電池に酸化剤ガスを供給する。具体的には、酸化剤ガス供給部は、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサ等を用いることができる。
酸化剤ガス供給部は、制御部と電気的に接続される。酸化剤ガス供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。酸化剤ガス供給部は、制御部によって酸化剤ガス供給部からカソードに供給される酸化剤ガスの流量及び圧力からなる群より選ばれる少なくとも１つを制御されてもよい。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池の酸化剤ガス入口とを接続する。酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部から燃料電池のカソードへの酸化剤ガスの供給を可能にする。酸化剤ガス入口は、酸化剤ガス供給孔、カソード入口マニホールド等であってもよい。
酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池の酸化剤ガス出口と接続する。酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池の酸化剤ガス出口から排出される酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする。酸化剤ガス出口は、酸化剤ガス排出孔、カソード出口マニホールド等であってもよい。
酸化剤オフガス排出流路は、酸化剤ガスバイパス流路が合流する第１合流部を備えていてもよい。
酸化剤オフガス排出流路は、第１合流部の下流に燃料オフガス排出流路が合流する第２合流部を備えていてもよい。
酸化剤オフガス排出流路には、酸化剤ガス圧力調整弁が設けられていてもよい。
酸化剤ガス圧力調整弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって酸化剤ガス圧力調整弁が開弁されることにより、反応済みの酸化剤ガスである酸化剤オフガスを酸化剤オフガス排出流路から外部へ排出する。また、酸化剤ガス圧力調整弁の開度を調整することにより、カソードに供給される酸化剤ガス圧力（カソード圧力）を調整してもよい。
酸化剤ガスバイパス流路は、前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記燃料電池を迂回し、前記酸化剤ガス供給流路の分岐部と前記酸化剤オフガス排出流路の第１合流部とを接続する。
酸化剤ガスバイパス流路には、バイパス弁が配置される。
バイパス弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によってバイパス弁が開弁されることにより、燃料電池への酸化剤ガスの供給が不要な場合に燃料電池を迂回して酸化剤ガスを酸化剤オフガス排出流路から外部へ排出することができる。
酸化剤ガス流量センサは、酸化剤ガス供給流路に配置される。
酸化剤ガス流量センサは、酸化剤ガス系内の酸化剤ガスの流量を検出する。酸化剤ガス流量センサは、制御部と電気的に接続される。制御部は、酸化剤ガス流量センサで検出した酸化剤ガスの流量からエアコンプレッサの回転数を推定してもよい。酸化剤ガス流量センサは、酸化剤ガス供給流路の酸化剤ガス供給部よりも上流に配置されていてもよい。
酸化剤ガス流量センサは、従来公知の流量計等を採用することができる。
水素濃度センサは、酸化剤オフガス排出流路の第１合流部よりも下流に配置される。
水素濃度センサは、酸化剤オフガスの水素濃度を検出する。水素濃度センサは、制御部と電気的に接続される。制御部は、水素濃度センサで検出した水素濃度からクロスリークの有無を判定する。酸化剤オフガス排出流路が、第１合流部の下流に燃料オフガス排出流路が合流する第２合流部を備える場合、水素濃度センサは、酸化剤オフガス排出流路の第１合流部よりも下流、且つ、酸化剤オフガス排出流路の第２合流部よりも上流の領域に配置されていてもよい。
水素濃度センサは、従来公知の濃度計等を採用することができる。
水素濃度センサを酸化剤オフガス排出流路の燃料オフガス排出流路合流後に設置すると、アノードの排気排水弁の開弁時に酸化剤オフガス中の水素濃度が大きくなる。
例えば、排気排水弁から排出される排気水素希釈のために空気の分流が増加する際、及び、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）のサージ領域を回避するためにエアの分流が増加する際等に、酸素濃度が大きくなり、水素濃度計測のバラツキが大きくなり、最悪の場合計測不可になる可能性がある。
そこで、水素濃度センサを酸化剤オフガス排出流路の燃料オフガス排出流路合流前に設置することで、外乱を抑制し、クロスリーク検知を常時精度よく可能とすることができる。
燃料電池システムは、カソード気液分離器と排水流路を備えていてもよい。
カソード気液分離器は、酸化剤オフガス排出流路の第１合流部よりも上流に配置される。カソード気液分離器は、酸化剤オフガス排出流路に配置される水素濃度センサ、酸化剤ガス圧力調整弁等の部品に水が付着することを抑制することができる。
排水流路は、酸化剤オフガス排出流路からカソード気液分離器を介して分岐し、カソード気液分離器から液体の水分を排水することを可能にする。排水流路には、排水弁が配置されていてもよい。排水弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって排水弁が開弁されることにより、液水を排水流路から外部へ排出する。排水流路は、酸化剤オフガス排出流路の水素濃度センサの下流で酸化剤オフガス排出流路と合流していてもよい。
クロスリークの要因である電解質膜の穴あきを検知するために酸化剤オフガス排出流路中に水素濃度センサを用いる場合、酸化剤オフガス排出流路にカソード気液分離器を配置しない場合、酸化剤オフガス中の水分過多により、水素濃度計測結果のバラツキが大きくなり、最悪の場合計測不可になる可能性がある。
水素濃度センサをカソード気液分離器の後に設置することで、水分による影響を除外し、計測精度を向上させることができる。
燃料電池システムは、加湿器を備えていてもよい。
加湿器は、酸化剤ガス供給流路の酸化剤ガス供給部よりも下流の領域と酸化剤オフガス排出流路のカソード気液分離器よりも下流の領域を接続し、カソード気液分離器から排出される水蒸気を回収し、酸化剤ガス供給流路に水蒸気を送り、酸化剤ガスの湿度を調整する。
燃料電池システムは、電流センサを備えていてもよい。
電流センサは、燃料電池の電流を検出する。電流センサは、制御部と電気的に接続される。制御部は、電流センサで検出した電流からバイパス弁の開度を推定してもよい。電流センサは、燃料電池の電流を検出することができる限り、その配置位置は特に限定されない。
電流センサは、従来公知の電流計等を採用することができる。
燃料電池システムは、温度センサを備えていてもよい。
温度センサは、燃料電池の温度を検出する。燃料電池の温度は、燃料電池を流れる冷媒の温度であってもよい。温度センサは、制御部と電気的に接続される。温度センサは、燃料電池の温度を検出することができる限り、その配置位置は特に限定されない。
温度センサは、従来公知の温度計等を採用することができる。
燃料電池システムは、燃料電池の燃料ガス系として、燃料ガス供給部と、燃料ガス供給流路と、エジェクタと、燃料オフガス排出流路と、アノード気液分離器と、排気排水弁と、循環流路と、を備えていてもよい。
燃料ガス供給部は、燃料ガスを燃料電池に供給する。具体的には燃料ガス供給部は、燃料ガスを燃料電池のアノードに供給する。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給部は、制御部と電気的に接続される。燃料ガス供給部は、制御部からの制御信号に従って、燃料ガス供給部の主止弁の開閉が制御されることにより燃料ガスの燃料電池への供給のＯＮ／ＯＦＦが制御されてもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部と燃料電池の燃料ガス入口とを接続する。燃料ガス供給流路は、燃料ガスの燃料電池のアノードへの供給を可能にする。燃料ガス入口は、燃料ガス供給孔、アノード入口マニホールド等であってもよい。
燃料ガス供給流路には、エジェクタが配置されてもよい。
エジェクタは、例えば、燃料ガス供給流路上の循環流路との合流部に配置されていてもよい。エジェクタは、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池のアノードに供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出される燃料オフガスを燃料電池システムの外部に排出する。燃料ガス出口は、燃料ガス排出孔、アノード出口マニホールド等であってもよい。
燃料オフガス排出流路には、アノード気液分離器が配置されてもよい。
アノード気液分離器は、燃料オフガス排出流路と循環流路との分岐点に配置されていてもよい。
アノード気液分離器は、燃料オフガス排出流路の排気排水弁よりも上流に配置される。
アノード気液分離器は、燃料ガス出口から排出される燃料ガスである燃料オフガス中に含まれる水分と燃料ガスを分離する。これにより、燃料ガスを循環ガスとして循環流路に戻してもよいし、不要なガス及び水分等を燃料オフガス排出流路の排気排水弁を開弁して外部に排出してもよい。また、アノード気液分離器により、余分な水分が循環流路に流れることを抑制することができるため、当該水分による循環ポンプ等の凍結の発生を抑制することができる。
燃料オフガス排出流路には、排気排水弁（燃料オフガス排出弁）が配置されていてもよい。排気排水弁は、燃料オフガス排出流路の気液分離器よりも下流に配置される。
排気排水弁は、燃料オフガス及び水分等を外部（系外）へ排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
排気排水弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって排気排水弁の開閉を制御されることにより、燃料オフガスの外部への排出流量を調整してもよい。また、排気排水弁の開度を調整することにより、燃料電池のアノードに供給される燃料ガス圧力（アノード圧力）を調整してもよい。
燃料オフガスは、アノードにおいて未反応のまま通過した燃料ガス及び、カソードで生成した生成水がアノードに到達した水分等を含んでいてもよい。燃料オフガスは、触媒層及び電解質膜等で生成した腐食物質及び、掃気時にアノードに供給されてもよい酸化剤ガス等を含む場合がある。
循環流路は、アノード気液分離器とエジェクタとを接続する。
循環流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出された燃料ガスである燃料オフガスを回収し、循環ガスとして燃料電池に供給することを可能にする。
循環流路は、燃料オフガス排出流路からアノード気液分離器を介して分岐し、燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと接続することにより燃料ガス供給流路と合流してもよい。
循環流路には、循環ポンプが配置されてもよい。
循環ポンプは、燃料オフガスを循環ガスとして循環させる。循環ポンプは、制御部と電気的に接続され、制御部によって循環ポンプの駆動のオン・オフ及び回転数等を制御されることにより、循環ガスの流量を調整してもよい。
燃料電池システムは、燃料電池の冷却系として、冷媒供給部を備えていてもよく、冷媒循環流路を備えていてもよい。
冷媒循環流路は、燃料電池に設けられる冷媒供給孔及び冷媒排出孔に連通し、冷媒供給部から供給される冷媒を燃料電池内外で循環させることを可能にする。
冷媒供給部は、制御部と電気的に接続される。冷媒供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。冷媒供給部は、制御部によって冷媒供給部から燃料電池に供給される冷媒の流量を制御される。これにより燃料電池の温度が制御されてもよい。
冷媒供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷媒循環流路には、冷却水の熱を放熱するラジエータが設けられていてもよい。
冷媒循環流路には、冷媒を蓄えるリザーブタンクが設けられていてもよい。
燃料電池システムは、二次電池を備えていてもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及び酸化剤ガス供給部等に電力を供給する。二次電池は、例えば、家庭用電源等の車両の外部の電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。二次電池の充放電は、制御部によって制御されてもよい。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の制御装置であってもよい。
制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。制御部はイグニッションスイッチが切られていても外部電源により動作可能であってもよい。
制御部は、酸化剤ガス供給部の駆動を制御し、且つ、バイパス弁の開度を制御する。
制御部は、水素濃度センサで計測した酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定する。
制御部は、水素濃度センサで計測した酸化剤オフガス中の水素濃度が所定の閾値以上である場合に、クロスリークが発生していると判定する。
制御部は、酸化剤ガスの流量とバイパス弁の開度と酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第１データ群を予め記憶する。
制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、酸化剤ガス流量センサで計測した酸化剤ガスの流量とバイパス弁の開度とを第１データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させる。
燃料電池システムが温度センサを備え、且つ、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサである場合、制御部は、エアコンプレッサの回転数と燃料電池の温度と酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第２データ群を予め記憶してもよい。
制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、エアコンプレッサの回転数と温度センサで計測した燃料電池の温度とを第２データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させてもよい。
制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、バイパス弁が開いているか否か判定してもよい。
制御部は、バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１よりも大きい第２濃度閾値Ｃ２に設定してもよい。
制御部は、バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
バイパス弁が開いている場合、バイパス弁が閉じている場合と比較して酸化剤オフガス中の酸素濃度が大きくなるため、水素濃度計測のバラツキが大きくなる。そのため、バイパス弁が開いている場合、水素濃度センサの感度を落とし、クロスリークと判定する水素濃度閾値を第１濃度閾値Ｃ１よりも大きい第２濃度閾値Ｃ２に上げる。
一方、バイパス弁が閉じている場合は、水素濃度計測のバラツキが小さいため、水素濃度センサの感度を上げて、クロスリークと判定する水素濃度閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定して、小さくする。
第１濃度閾値Ｃ１及び第２濃度閾値Ｃ２は、第１データ群又は第２データ群に基づいて適宜設定することができる。
燃料電池システムが温度センサを備える場合、制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であるか否か判定してもよい。
制御部は、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
制御部は、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であると判定した場合、バイパス弁が開いているか否か判定してもよい。
制御部は、バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第２濃度閾値Ｃ２に設定してもよい。
制御部は、バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
燃料電池の運転に最適な所定の温度としては、例えば、６０℃～７０℃であってもよい。燃料電池の運転に最適な所定の温度を超える場合は、電解質膜が乾燥し、電解質膜における水素の透過量も小さくなるため水素濃度閾値を小さく設定してもよいため、第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
燃料電池システムが電流センサを備える場合、制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であるか否か判定してもよい。
制御部は、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
制御部は、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であると判定した場合、バイパス弁が開いているか否か判定してもよい。
制御部は、バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第２濃度閾値Ｃ２に設定してもよい。
制御部は、バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
燃料電池の所定の電流閾値は、例えば、燃料電池の運転に最適な条件における電流値であってもよい。燃料電池の運転に最適な条件における電流値を超える場合は、燃料電池が高負荷となる条件であるため、電解質膜における水素の透過量も小さくなるため水素濃度閾値を小さく設定してもよいため、第１濃度閾値Ｃ１に設定してもよい。
図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。
図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、燃料電池の酸化剤ガス系として、酸化剤ガス供給部２０と、酸化剤ガス供給流路２１と、酸化剤オフガス排出流路２２と、酸化剤ガス圧力調整弁２３と、酸化剤ガスバイパス流路２４と、バイパス弁２５と、制御部５０と、水素濃度センサ６０と、酸化剤ガス流量センサ７０と、を備える。
なお、図１では、酸化剤ガス系のみ図示し、その他の、燃料ガス系、冷却系等の図示は省略する。
酸化剤ガスバイパス流路２４は、酸化剤ガス供給流路２１の分岐部４０と酸化剤オフガス排出流路２２の第１合流部４１とを接続する。
制御部５０は、鎖線で示すように、酸化剤ガス供給部２０、酸化剤ガス圧力調整弁２３、バイパス弁２５、水素濃度センサ６０、及び、酸化剤ガス流量センサ７０と電気的に接続される。
図２は、本開示の燃料電池システムの別の一例を示す概略構成図である。
図２に示す燃料電池システム２００は、燃料電池１０と、酸化剤ガス供給部２０と、酸化剤ガス供給流路２１と、酸化剤オフガス排出流路２２と、酸化剤ガス圧力調整弁２３と、酸化剤ガスバイパス流路２４と、バイパス弁２５と、カソード気液分離器２６と、排水流路２７と、加湿器２８と、燃料ガス供給部３０と、燃料ガス供給流路３１と、燃料オフガス排出流路３２と、排気排水弁３３と、アノード気液分離器３４と、循環流路３５と、エジェクタ３６と、制御部５０と、水素濃度センサ６０と、酸化剤ガス流量センサ７０と、温度センサ８０と、電流センサ９０と、を備える。なお、図２では、冷却系等の図示は省略する。
酸化剤ガスバイパス流路２４は、酸化剤ガス供給流路２１の分岐部４０と酸化剤オフガス排出流路２２の第１合流部４１とを接続する。
燃料オフガス排出流路３２は、酸化剤オフガス排出流路２２の水素濃度センサ６０よりも下流の第２合流部４２で合流している。
水素濃度センサ６０は、第１合流部４１と第２合流部４２との間の領域に配置されている。
制御部５０は、鎖線で示すように、酸化剤ガス供給部２０、酸化剤ガス圧力調整弁２３、バイパス弁２５、燃料ガス供給部３０、排気排水弁３３、水素濃度センサ６０、酸化剤ガス流量センサ７０、温度センサ８０、及び、電流センサ９０と電気的に接続される。
図３は、本開示の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、バイパス弁が開いているか否か判定する。
制御部は、バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１よりも大きい第２濃度閾値Ｃ２に設定し、制御を終了する。
一方、制御部は、バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定し、制御を終了する。
制御を終了した後は、水素濃度センサは酸化剤オフガス中の水素濃度を計測し、制御部は水素濃度センサが計測した酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定してもよい。
１回目の制御の終了後、２回目以降の制御の開始時期は特に限定されず、１回目の制御の終了直後に行ってもよいし、一定の時間間隔を空けて行ってもよいし、クロスリークが発生しているか否か判定した後に行ってもよい。２回目以降の制御は、制御部が、クロスリークが発生していないと判定した後に行ってもよい。
図４は、本開示の燃料電池システムの制御の別の一例を示すフローチャートである。
温度センサは燃料電池の温度を検知する。電流センサは燃料電池の電流値を検知する。温度検知と電流値検知は、少なくともいずれか一方の検知を行ってもよいし、両方の検知を行ってもよい。
制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であるか否かの判定、又は、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であるか否かの判定をする。
制御部は、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値を超えると判定した場合、又は、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定する。
一方、制御部は、温度センサが検知した燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であると判定した場合、又は、電流センサが検知した燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であると判定した場合、バイパス弁が開いているか否か判定する。
制御部は、バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第２濃度閾値Ｃ２に設定し、制御を終了する。
制御部は、バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１に設定し、制御を終了する。
制御を終了した後は、水素濃度センサは酸化剤オフガス中の水素濃度を計測し、制御部は水素濃度センサが計測した酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定してもよい。
１回目の制御の終了後、２回目以降の制御の開始時期は特に限定されず、１回目の制御の終了直後に行ってもよいし、一定の時間間隔を空けて行ってもよいし、クロスリークが発生しているか否か判定した後に行ってもよい。２回目以降の制御は、制御部が、クロスリークが発生していないと判定した後に行ってもよい。
１０ 燃料電池
２０ 酸化剤ガス供給部
２１ 酸化剤ガス供給流路
２２ 酸化剤オフガス排出流路
２３ 酸化剤ガス圧力調整弁
２４ 酸化剤ガスバイパス流路
２５ バイパス弁
２６ カソード気液分離器
２７ 排水流路
２８ 加湿器
３０ 燃料ガス供給部
３１ 燃料ガス供給流路
３２ 燃料オフガス排出流路
３３ 排気排水弁
３４ アノード気液分離器
３５ 循環流路
３６ エジェクタ
４０ 分岐部
４１ 第１合流部
４２ 第２合流部
５０ 制御部
６０ 水素濃度センサ
７０ 酸化剤ガス流量センサ
８０ 温度センサ
９０ 電流センサ
１００ 燃料電池システム
２００ 燃料電池システム

Claims (7)

  1. 燃料電池システムであって、
    前記燃料電池システムは、燃料電池と、
    酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給部と、
    前記酸化剤ガス供給部と前記燃料電池の酸化剤ガス入口とを接続する酸化剤ガス供給流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路に配置される酸化剤ガス流量センサと、
    前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出される酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする酸化剤オフガス排出流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記燃料電池を迂回し、前記酸化剤ガス供給流路の分岐部と前記酸化剤オフガス排出流路の第１合流部とを接続する酸化剤ガスバイパス流路と、
    前記酸化剤ガスバイパス流路に配置されるバイパス弁と、
    前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部よりも下流に配置される水素濃度センサと、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記酸化剤ガス供給部の駆動を制御し、且つ、前記バイパス弁の開度を制御し、
    前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度からクロスリークが発生しているか否か判定し、
    前記制御部は、前記水素濃度センサで計測した前記酸化剤オフガス中の水素濃度が所定の閾値以上である場合に、クロスリークが発生していると判定し、
    前記制御部は、前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第１データ群を予め記憶し、
    前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記酸化剤ガス流量センサで計測した前記酸化剤ガスの流量と前記バイパス弁の開度とを前記第１データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の温度を検出する温度センサを備え、
    前記酸化剤ガス供給部は、エアコンプレッサであり、
    前記制御部は、前記エアコンプレッサの回転数と前記燃料電池の温度と前記酸化剤オフガス中の水素濃度との関係を示す第２データ群を予め記憶し、
    前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記エアコンプレッサの回転数と前記温度センサで計測した前記燃料電池の温度とを前記第２データ群と照らして、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を変動させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給部と、
    前記燃料ガス供給部と前記燃料電池の燃料ガス入口とを接続する燃料ガス供給流路と、
    前記燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと、
    前記燃料電池の燃料ガス出口から排出される燃料オフガスを前記燃料電池システムの外部に排出する燃料オフガス排出流路と、
    前記燃料オフガス排出流路に配置されるアノード気液分離器と、
    前記燃料オフガス排出流路の前記アノード気液分離器よりも下流に配置される排気排水弁と、
    前記アノード気液分離器と前記エジェクタとを接続する循環流路と、を備え、
    前記酸化剤オフガス排出流路は、前記第１合流部の下流に前記燃料オフガス排出流路が合流する第２合流部を備え、
    前記水素濃度センサは、前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部と前記第２合流部との間の領域に配置される、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記燃料電池システムは、さらに、前記酸化剤オフガス排出流路の前記第１合流部よりも上流に配置されるカソード気液分離器と、
    前記カソード気液分離器から液体の水分を排水することを可能にする排水流路を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を第１濃度閾値Ｃ１よりも大きい第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  6. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の温度を検出する温度センサを備え、
    前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であるか否か判定し、
    前記制御部は、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定し、
    前記制御部は、前記温度センサが検知した前記燃料電池の温度が燃料電池の運転に最適な所定の温度閾値以下であると判定した場合、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定する、請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の電流量を検出する電流センサを備え、
    前記制御部は、クロスリークが発生しているか否か判定する前に、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であるか否か判定し、
    前記制御部は、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値を超えると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定し、
    前記制御部は、前記電流センサが検知した前記燃料電池の電流値が所定の電流閾値以下であると判定した場合、前記バイパス弁が開いているか否か判定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が開いていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第２濃度閾値Ｃ２に設定し、
    前記制御部は、前記バイパス弁が閉じていると判定した場合、クロスリークが発生しているか否かの判定に用いる水素濃度の閾値を前記第１濃度閾値Ｃ１に設定する、請求項５に記載の燃料電池システム。
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