JP4747525B2

JP4747525B2 - 燃料電池の故障診断装置

Info

Publication number: JP4747525B2
Application number: JP2004208675A
Authority: JP
Inventors: 則夫久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006032098A

Description

本発明は、燃料電池の故障診断装置に関する。特に、固体高分子電解質膜を備え、複数の単位セルを積層することにより構成した燃料電池において、反応ガスの漏洩が生じているか否かを診断する故障診断装置に関する。

燃料電池が発電を行うためには、燃料極と酸化剤極にそれぞれ反応ガスが十分に供給されている必要がある。しかしながら、電解質膜等に欠損が発生し、燃料ガスが酸化剤極へ漏洩したり、逆に酸化剤ガスが燃料極に漏洩した場合、燃料ガスと酸化剤ガスが直接反応して消費され、発電のための反応ガスが不足するとともに、反応部分では反応熱が生じて電極触媒層や電解質膜の温度が上昇する。このことは、燃料電池の信頼性へ多大な影響を及ぼすため懸念されている。このような反応ガスの漏洩が生じた場合には、その故障を速やかに検知し、システムとして必要な対処をとることが重要となる。

このような欠損を検知する方法としては、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、酸化剤極に酸素含有ガスを供給し、酸化剤含有ガスの供給量変化に伴う電池電圧の変化が急激な場合に電解質の欠損が発生したと判断するものが知られている（例えば、特許文献１、参照。）。

または、酸素含有ガスの流量を通常運転での設定値より少ない良否判別用基準以下にした状態で、燃料ガスの流動状態を変化させ、開回路電圧の変化を判別情報として電解質の欠損を検知するものが知られている（例えば、特許文献２、参照。）。
特開平９−２７３３６号公報特開平１１−６７２５５号公報

上記従来の技術においては、反応ガス流量等を変化させ、比較的簡易に測定できる電池電圧の変化を判別情報として反応ガスの漏洩を検知している。電圧変化は、燃料極と酸化剤極間のガスの移動現象に起因するものである。極間のガス移動は、例えば電解質膜に欠損が生じた場合に極間差圧が駆動力となる対流移動に加えて、欠損が生じていない場合にもガス濃度差が駆動力となる溶解拡散移動がある。この溶解拡散移動量は各電解質膜の温度や含水率などによって大きく変化し、例えば溶解拡散移動量が無視できない程度に大きくなる場合もある。

このように、上記背景技術においては、溶解拡散移動を考慮することなしに故障検知を行っている。そのため、様々な温度や加湿状態で運転される自動車用燃料電池などにおいては、微小な欠損でも精度よく検知できるように故障検知能力を確保することと、誤診断を回避することの両立が困難であるといった問題が発生する。

そこで本発明は、上記問題を鑑みて、故障検知能力および誤診断回避を両立させた燃料電池の故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を大きく設定する判断値設定手段と、前記燃料電池に供給する反応ガス流量を変化させた際の電圧変化量の検出値、又は前記アノードと前記カソードのガス差圧を変化させた際の電圧変化量の検出値が前記判断値より大きいときに、前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、を備える。
また本発明は、アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定し、前記カソードへの酸化剤ガスの供給を停止してから所定時間経過した後の電池電圧の検出値、又は前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定し、前記カソードへの酸化剤ガスの供給を停止してから、前記電圧検出手段によって検出した電池電圧が前記所定電圧に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、を備える。
さらに本発明は、アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、前記カソードを前記アノードよりも高い圧力値に設定し、前記アノードへの燃料ガスの供給を停止してから所定時間経過した後の電池電圧の検出値、前記カソードを前記アノードよりも高い圧力値に設定し、前記アノードへの燃料ガスの供給を停止してから、前記電圧検出手段によって検出した電池電圧が前記所定電圧に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、を備える。
さらに本発明は、アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、前記燃料電池内の燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定した状態でアノードを閉塞してから所定時間経過後の前記アノード圧力の検出値、又は前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定した状態でアノードを閉塞してから、前記アノード圧力値が所定の圧力値に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、を備える。

このように、燃料電池温度もしくは電解質膜の含水率に応じて判断値を設定することで、燃料電池もしくは電解質膜の含水率に応じて変化する溶解拡散移動によるアノード、カソード間のガス移動量を考慮して故障を診断することができる。その結果、故障診断能力と誤診断の回避の両方を向上することができる。

第１の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の概略構成を図１に示す。

燃料電池１０を、図１（ａ）に示すような電解質膜２をアノード１０ａとカソード１０ｃで狭持してなる単位セル１を複数積層することにより構成する。アノード１０ａ、カソード１０ｃの周囲にはそれぞれガスケット３を設け、アノード１０ａ、カソード１０ｃ間（以下、極間）の短絡を防止するとともに、それぞれに供給された反応ガスの漏洩を防止する。

また、図１（ｂ）に示すように、複数の単位セル１を積層することにより構成した燃料電池１０のアノード１０ａに燃料ガスを、カソード１０ｃに酸化剤ガスを供給する燃料ガス供給手段１１、酸化剤ガス供給手段１３を備える。さらに、アノード１０ａに導入される燃料ガス流量ｑを制御する燃料ガス流量制御手段１２と、カソード１０ｃに導入される酸化剤ガス流量Ｑを制御する酸化剤ガス流量制御手段１４と、を備える。

また、燃料電池１０の電池電圧Ｖを検出する電圧検出手段１５を備える。ここでは、電圧検出手段１５を、燃料電池１０の電池電圧Ｖを検出する手段としたが、この限りではない。例えば、単位セル１の電圧を検出する複数の電圧センサにより構成してもよいし、所定数の単位セル１を積層した組電池の電圧を検出する複数の電圧センサにより構成してもよい。また、燃料電池１０の温度を検出する温度検出手段１６を備える。ここでは、温度検出手段１６を、電解質膜２の温度を検出可能に構成する。さらに、電圧検出手段１５と温度検出手段１６の出力より燃料電池１０の故障診断を制御する故障診断制御手段２１を備える。

通常運転時には、燃料電池１０のアノード１０ａに燃料ガスを供給し、カソード１０ｃに酸化剤ガスを供給することにより発電反応を生じる。このとき、単位セル１内ではアノード１０ａとカソード１０ｃが電解質膜２により隔離されているため、燃料ガスと酸化剤ガスが直接反応するのではなく、電解質膜２内をプロトンが移動して各電極１ａ、１ｃで発電反応を生じる。

ここで、燃料ガスがカソード１０ｃへ漏洩したり、逆に酸化剤ガスがアノード１０ａに漏洩した場合、燃料ガスと酸化剤ガスが直接反応して消費される。その結果、発電のための反応ガスが不足するとともに、反応部分では反応熱が生じて温度が過度に上昇してしまう。なお、アノード１０ａ、カソード１０ｃ間の反応ガスの漏洩は、例えば、電解質膜２の欠損や、アノード１０ａ、カソード１０ｃの周囲に設けられたガスケット３の欠損等により生じる。

そこで、このような燃料電池１０の欠損による反応ガスの漏洩が生じているか否かの判断を行うことにより燃料電池１０の故障診断を行う。発電停止時に、反応ガス供給量を変化させた際の電圧変化量より、燃料電池１０の故障診断を行う。

ここで、電圧変化は、極間の反応ガスの移動現象に起因するものである。反応ガスの移動現象としては、電解質膜２等に欠損が生じた場合に極間差圧が駆動力となって生じる対流移動のみではなく、燃料電池１０に欠損が生じていない場合にも、ガス濃度差が駆動力となる溶解拡散移動が生じる場合もある。

ここで、溶解拡散によるガス移動量は、燃料電池温度Ｔに応じて変化する。例えば、アノード１０ａとカソード１０ｃ間の水素分圧差を一定とし、電解質膜２の含水率を一定とした場合、アノード１０ａからカソード１０ｃへの燃料ガス移動量は図２に示すようになる。つまり、燃料電池１０の温度が高くなるに従って、溶解拡散による燃料ガス移動量が増大する。

そこで、燃料電池１０の故障診断時には、溶解拡散によるガス移動によって生じる電圧変化を考慮した判断値Ｃｊ_aと検出された電圧変化量ΔＶ_aにより診断を行う。ここでは、燃料電池温度Ｔに応じて判断値Ｃｊ_aを設定し、この判断値Ｃｊ_aと反応ガス供給量を変化させた場合の電圧変化量ΔＶ_aを比較することにより、燃料電池１０の故障を診断する。

次に、燃料電池１０の故障診断の流れについて、図３に示したフローチャートを用いて説明する。本フローは、燃料電池システム開始時から終了まで、所定時間毎に繰り返し行う。

ここでは、故障診断を燃料電池システムの発電停止時に行う。但しこの限りではなく、例えば、燃料電池１０が所定の低電流発電を行っている場合に実行してもよい。

ステップＳ１において、発電停止時であるか否かを判断する。発電停止時でない場合には故障診断を行わず、本フローを終了する。発電停止時であれば、ステップＳ２に進み、燃料ガス流量制御手段１２を調整することにより、燃料ガス流量ｑを予め設定した所定値ｑ₀に制御する。ステップＳ３において、酸化剤ガス流量制御手段１４を調整して、酸化剤ガス供給量Ｑを所定値Ｑ₁に設定する。次に、ステップＳ４において、電圧検出手段１５を用いて電池電圧Ｖ_1aを検出する。ステップＳ５において、酸化剤ガス流量制御手段１４を調整して、酸化剤ガス供給量Ｑを所定値Ｑ₂に設定する。ここで、所定値Ｑ₁とＱ₂は異なる値とし、例えばＱ₁＞Ｑ₂とする。さらに所定値Ｑ₁は、アノード１０ａとカソード１０ｃ間の圧力差が０、または微小となるように、所定値ｑ₀に対して設定してもよい。ステップＳ６において、電圧検出手段１５を用いて電池電圧Ｖ_2aを検出する。

このとき、図４に示すように、正常時には、酸化剤ガス流量Ｑを低減することにより、電池電圧Ｖも低減する。電解質膜２等に欠損が生じている場合には、酸化剤ガス流量Ｑを低減することにより、アノード１０ａからカソード１０ｃへ燃料ガスが漏洩する。それにより、欠損が生じている場合には、正常時の電池電圧低減に加えて、漏洩した反応ガスが直接反応することによる電池電圧の低減も生じるため、正常時に比較して電池電圧Ｖの変化量ΔＶ_a（＝Ｖ_1a−Ｖ_2a）は大きくなる。なお、この電圧変化量ΔＶ_aには、前述した溶解拡散移動による圧力変化量も含まれる。

そこで、ステップＳ７において、温度検出手段１６の出力を読み込むことにより、燃料電池温度Ｔを読み込む。ステップＳ８において、燃料電池温度Ｔに応じて、酸化剤ガス流量をＱ₁からＱ₂に変化させた際の電圧変化量ΔＶ_aの判断値Ｃｊ_aを設定する。図２に示した燃料電池温度Ｔに対するガス移動量の変化に応じて、燃料電池温度Ｔに対する判断値Ｃｊ_aを予め求めておき、これを図５に示すようなマップとして記憶しておく。または、予め実験等により、正常時に酸化剤ガス量Ｑを変化させた場合の変化量ΔＶ_aを、複数の燃料電池温度Ｔに対して求めておき、これから判断値Ｃｊ_aを設定して図５に示すようなマップとして記憶しておく。燃料電池温度Ｔが高いほど、診断時の判断値Ｃｊ_aを大きく設定する。

ステップＳ９において、圧力変化量ΔＶ_aと判断値Ｃｊ_aとを比較することにより、故障診断を行う。変化量ΔＶ_aが判断値Ｃｊ_aより大きい場合には、故障していると診断してステップＳ１０に進み、故障処理を行う。例えば、欠損を示すライトを点滅する等により運転者に警告するように制御する。一方、ステップＳ９において、ΔＶ_aが判断値Ｃｊ_a以下の場合には、故障なしと診断して本フローを終了する。

なお、ここでは、所定値Ｑ₁ ＞Ｑ₂ として、酸化剤ガス流量を減少させることにより診断を行ったが、Ｑ₁ ＜Ｑ₂ としてもよい。この場合には、電池圧力ＶはＶ_1a ＜Ｖ_2a となる。さらには、酸化剤ガス流量Ｑの替わりに、燃料ガス流量ｑを変化させてもよい。

このように、酸化剤ガス流量をＱ₁からＱ₂に変化させた場合の電圧変化量ΔＶ_aと燃料電池温度Ｔに応じて設定した判断値Ｃｊ_aを比較することにより故障診断を行う。これにより、温度依存性を有する溶解拡散移動による電池電圧Ｖの変化を判断値Ｃｊ_aに反映することができる。その結果、故障診断能力の向上と誤診断回避の両立が可能となる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

アノード１０ａとカソード１０ｃで電解質膜２を狭持してなる単位セル１を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池１０と、燃料電池１０の温度Ｔを検出する温度検出手段１６と、を備える。また、温度検出手段１６の出力に応じて燃料電池１０の故障診断を行うための閾値である判断値Ｃｊ_aを設定する判断値設定手段（Ｓ８）と、判断値Ｃｊ_aを用いて燃料電池１０の故障診断を行う診断手段（Ｓ９）と、を備える。このように、燃料電池温度Ｔに応じて判断値Ｃｊ_aを設定することで、温度に応じて変化する溶解拡散移動による電圧変化の影響を考慮して診断を行うことができる。その結果、故障診断能力と誤診断の回避の両方を向上することができる。

ここでは、単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段１５を備え、判断値設定手段（Ｓ８）は、温度検出手段１６の出力に応じて、燃料電池１０の電圧状態の判断値Ｃｊ_aを設定し、診断手段（Ｓ９）は、電圧検出手段１５より求めた燃料電池１０の電圧状態と、判断値Ｃｊ_aとを比較することにより故障診断を行う。このように、燃料電池１０の電圧状態と、燃料電池温度Ｔに応じて設定した判断値Ｃｊ_aとを比較することにより、溶解拡散移動による電圧変化の影響を考慮した故障診断を行うことができる。

さらに、単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段１５と、燃料電池１０に供給する反応ガス流量を調整する反応ガス流量調整手段と、を備える。ここでは反応ガス流量調整手段として、燃料ガス流量調整手段１２と、酸化剤ガス流量調整手段１４と、を備える。判断値設定手段（Ｓ８）は、反応ガスの流量を所定値Ｑ₁から所定値Ｑ₂に変化させた際の電圧変化量の判断値Ｃｊ_aを設定する。診断手段（Ｓ９）は、反応ガス流量を変化させた際の電圧変化量の検出値ΔＶ_aと、判断値Ｃｊ_aを比較することにより故障診断を行う。このように、反応ガス流量を所定量変化させた場合の電圧変化の判断値Ｃｊ_aを燃料電池温度Ｔに応じて設定し、故障診断を行うことで、溶解拡散移動による電圧変化の影響を考慮した診断を行うことができる。

次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を、第１の実施形態と同様に図１で示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

酸化剤ガス流量Ｑが所定量Ｑ₁、Ｑ₂に調整された場合でも、単位セル１内のガス組成分布が定常状態となり安定するまでにはある程度の時間が必要となる。そこで、酸化剤ガス供給量Ｑを所定値Ｑ₁、Ｑ₂に調整した後、それぞれ所定時間Ｔ_1a0、Ｔ_2a0経過してから電池電圧Ｖ_1a、Ｖ_2aの検出を行う。これにより、安定した電池電圧Ｖを検知して電圧変化量ΔＶ_aを算出し、故障診断に用いることにより、更なる故障診断能力の向上と誤診断回避との両立が可能になる。

燃料電池１０の故障診断制御を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２１〜Ｓ２３においては、ステップＳ１〜Ｓ３と同様とする。ステップＳ２４において、酸化剤ガス流量Ｑを所定値Ｑ₁に調整してからの経過時間Ｔ_1aをカウントする。つまり、Ｔ_1a→Ｔ_1a＋ｔ_1a。次に、ステップＳ２５において、経過時間Ｔ_1aが所定時間Ｔ_1a0以上であるか否かを判断する。経過時間Ｔ_1aが所定時間Ｔ_1a0に達していない場合には、ステップＳ２４に戻る。なお、ｔ_1aはステップＳ２４、Ｓ２５の制御に要する時間とする。

ステップＳ２５において経過時間Ｔ_1aが所定時間Ｔ_1a0に達したと判断されたら、ステップＳ２６に進み、電池電圧Ｖ_1aを検出する。次に、ステップＳ２７において、酸化剤ガス流量Ｑを所定値Ｑ₂に調整する。ステップＳ２８において、所定値Ｑ₂に調整してからの経過時間Ｔ_2aをカウントする。つまり、Ｔ_2a→Ｔ_2a＋ｔ_2a。次に、ステップＳ２９において、経過時間Ｔ_2aが所定時間Ｔ_2a0以上であるか否かを判断する。経過時間Ｔ_2aが所定時間Ｔ_2a0に達していない場合には、ステップＳ２８に戻る。なお、ｔ_2aはステップＳ２８、Ｓ２９の制御に要する時間とする。

ステップＳ２９において経過時間Ｔ_2aが所定時間Ｔ_2a0に達したと判断されたら、ステップＳ３０に進み、電池電圧Ｖ_2aを検出する。その後、ステップＳ３１〜Ｓ３４を、ステップＳ７〜Ｓ１０と同様とし、燃料電池温度Ｔに応じた判断値Ｃｊ_aを設定して故障診断を行う。さらに、ステップＳ３５において、経過時間Ｔ_1a、Ｔ_2aを０にリセットし、本フローを終了する。

このように、酸化剤ガス流量Ｑを所定量Ｑ₁、Ｑ₂に調整した後、所定時間Ｔ_1a0、Ｔ_2a0が経過してから、電池電圧Ｖ_1a、Ｖ_2aを検出する。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。

酸化剤ガス流量Ｑを変化させてから、所定時間Ｔ_1a0、Ｔ_2a0経過後に、電圧検出手段１５により電圧を検出する。これにより、燃料電池１０内の反応ガスのガス組成分布が定常状態となり、安定してから電圧Ｖ_1a、Ｖ_2aを検出しているので、より正確に故障診断を行うことができる。

次に、第３の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を図７に示す。以下、第１の実施形態とは異なる部分を中心に説明する。

燃料電池１０のアノード１０ａ、カソード１０ｃの下流側に、アノード１０ａ、カソード１０ｃ内のそれぞれの圧力を調整する燃料ガス圧力制御手段１７、酸化剤ガス圧力制御手段１８を備える。ここでは、燃料ガス圧力制御手段１７、酸化剤ガス圧力制御手段１８をそれぞれ圧力調整弁により構成する。

次に、燃料電池１０の故障診断制御を、図８のフローチャートを用いて説明する。

燃料電池温度Ｔに応じて、アノード１０ａとカソード１０ｃ間の極間ガス差圧Ｐを変化させた場合の電圧変化量の判断値Ｃｊ_bを設定し、これと検出値ΔＶ_bとを比較することにより故障診断を行う。

ステップＳ４１において、発電停止時であるか否かを判断し、停止時ではない場合には本フローを終了し、停止時の場合にはステップＳ４２に進む。ステップＳ４２において、燃料ガス圧力調整手段１７、酸化剤ガス圧力調整手段１８を調整することにより、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁に調整する。ステップＳ４３において、電池電圧Ｖ_1bを検出する。次に、ステップＳ４４において、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₂に調整する。ステップＳ４５において、極間ガス差圧ＰをＰ₂に調整した際の電池電圧Ｖ_2bを検出する。

ここで、所定値Ｐ₁とＰ₂は異なる値とし、例えばＰ₁＜Ｐ₂とする。これに対して電池電圧Ｖは、図９に示すようにＶ_1b＞Ｖ_2bとなる。極間ガス差圧Ｐを変化させた場合、電池電圧Ｖの変化量ΔＶ_b（＝Ｖ_1b−Ｖ_2b）は正常値に比較して故障時に大きくなる。

ステップＳ４６〜Ｓ４９にかけては、ステップＳ７〜Ｓ１０と同様に、燃料電池温度Ｔに応じて判断値Ｃｊ_bを設定し、故障診断を行う。なお、判断値Ｃｊ_bは、図２に示した燃料電池温度Ｔに対するガス移動量の変化に応じて、燃料電池温度Ｔに対する判断値Ｃｊ_bを予め求めておき、これを図１０に示すようなマップとして記憶しておく。または、予め実験等により、極間ガス差圧ＰをＰ₁からＰ₂に変化させた際の電圧変化量ΔＶ_bを、複数の燃料電池温度Ｔに対して求めておき、これにより判断値Ｃｊ_bを設定して図１０に示すようなマップとして記憶しておく。燃料電池温度Ｔが高いほど、診断時の判断値Ｃｊ_bを大きく設定する。

なお、ステップＳ４１、Ｓ４３において、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁、Ｐ₂に設定する際には、図示しない圧力検出手段を用いてアノード１０ａ、カソード１０ｃの圧力を測定してもよいが、例えば、予め実験等により、燃料ガス圧力調整手段１７、酸化剤ガス圧力調整手段１８として用いる圧力調整弁の開度を設定しておいても良い。

これにより、温度依存性を有する溶解拡散移動の電池電圧変化への影響が判断値Ｃｊ_bに反映されるため、故障診断能力の向上と誤診断回避との両立が可能となる。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。

単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段と、アノード１０ａとカソード１０ｃの極間ガス差圧Ｐを調整する燃料ガス圧力制御手段１７、酸化剤ガス圧力制御手段１８と、を備える。判断値設定手段（Ｓ４７）は、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁からＰ₂に変化させた際の電圧変化量の判断値Ｃｊ_bを設定する。診断手段（Ｓ４８）は、極間ガス差圧Ｐを変化させた際の電圧変化量の検出値ΔＶ_bと、判断値Ｃｊ_bを比較することにより故障診断を行う。このように、燃料電池温度Ｔに応じて極間ガス差圧Ｐを所定量変化させた場合の電圧変化の判断値Ｃｊ_bを設定し故障診断に用いることで、溶解拡散移動による電圧変化の影響を考慮した故障診断を行うことができる。

次に、第４の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を、第３の実施形態と同様に図７に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料電池１０の故障診断制御を図１１のフローチャートを用いて説明する。ここでは、燃料電池１０の故障診断を、酸化剤ガスの供給を停止した状態で行う。

ステップＳ５１において、発電停止時か否かを判断し、発電停止時ではない場合には本フローを終了し、発電停止時にはステップＳ５２に進む。ステップＳ５２において、酸化剤ガスの供給を停止する。以下、ステップＳ５３〜Ｓ６０については、ステップＳ４２〜Ｓ４９と同様とする。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

故障診断時に、カソード１０ｃに導入する酸化剤ガスの供給を停止した状態で、極間ガス差圧Ｐを変化させる。このように、燃料電池１０の故障診断時に酸化剤ガスの供給を停止すると、カソード１０ｃでの酸素消費に対して新たな酸化剤ガスが供給されない。そのため、アノード１０ａからカソード１０ｃへの水素移動速度が同じ場合でも、カソード１０ｃ内に存在する酸素量の減少速度が大きくなる。その結果、電池電圧Ｖの変化量が大きくなり、故障診断能力を向上することができる。

次に、第５の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を、第３の実施形態と同様に図７に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁、Ｐ₂に調整した場合でも、単位セル１内のガス組成分布が定常状態となり安定するまでにはある程度の時間が必要となる。そこで、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁、Ｐ₂に制御した後、それぞれ所定時間Ｔ_1b0、Ｔ_2b0経過してから電池電圧Ｖ_1b、Ｖ_2bの検出を行う。

燃料電池１０の故障診断制御を図１２のフローチャートに示す。

ステップＳ６２、Ｓ６６それぞれにおいて、極間ガス差圧Ｐを所定値Ｐ₁、Ｐ₂に調整したら、ステップＳ６３、Ｓ６７において、所定値Ｐ₁、Ｐ₂に調整してからの経過時間Ｔ_1b、Ｔ_2bをカウントする。次に、ステップＳ６４、Ｓ６８において、経過時間Ｔ_1b、Ｔ_2bがそれぞれ所定時間Ｔ_1b0、Ｔ_2b0に達したか否かを判断する。経過時間Ｔ_1b、Ｔ_2bが所定時間Ｔ_1b0、Ｔ_2b0に達していない場合にはステップＳ６３、Ｓ６７に戻る。経過時間Ｔ_1b、Ｔ_2bが所定時間Ｔ_1b0、Ｔ_2b0に達したら、ステップＳ６５、Ｓ６９に進み、電池電圧Ｖ_1b、Ｖ_2bを検出する。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態とは異なる効果のみを説明する。

極間ガス差圧Ｐを変化させてから、所定時間Ｔ_1b0、Ｔ_2b0後に、電圧検出手段１５により電圧を検出する。これにより、燃料電池１０内の反応ガスのガス組成成分分布が安定してから電圧値Ｖ_1b、Ｖ_2bを検出することができる。その結果、安定した電池電圧Ｖを検知して電圧変化量ΔＶ_bを算出し、故障診断に用いるので、更なる故障診断能力の向上と誤診断回避との両立が可能になる。

次に、第６の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を、第３の実施形態と同様に図７に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料電池温度Ｔに応じて、所定量の燃料ガスを供給し、酸化剤ガスの供給を停止した状態から所定時間Ｔ_c0が経過した時の電池電圧の判断値Ｃｊ_cを設定し、これと検出値Ｖ_cを比較することにより、燃料電池１０の故障診断を行う。

燃料電池１０の故障診断制御を、図１３のフローチャートに示す。

ステップＳ８０において、発電が停止しているか否かを判断する。停止していない場合には、本フローを終了し、停止している場合には、ステップＳ８１に進む。ステップＳ８１において、燃料ガスを所定圧力Ｐ_cに調整する。ここでは所定圧力Ｐ_cをカソード１０ｃ内より高い圧力に設定する。ステップＳ８２において、酸化剤ガスの供給を停止する。ステップＳ８３において、酸化剤ガスの供給を停止してからの経過時間Ｔ_cをカウントする。つまり、Ｔ_c→Ｔ_c＋ｔ_c。次に、ステップＳ８４において、経過時間Ｔ_cが所定時間Ｔ_c0に達したか否かを判断する。達していなかったらステップＳ８３に戻り、達していたらステップＳ８５に進む。ステップＳ８５において、電池電圧Ｖ_cを計測する。

次に、ステップＳ８６において燃料電池温度Ｔを検出し、ステップＳ８７において、診断値Ｃｊ_cを設定する。ここでは、予め実験等により、燃料電池１０の正常時における、燃料ガスを所定圧力Ｐ_cに設定し、酸化剤ガス供給を停止してから所定時間Ｔ_c0経過後の電圧低下量を、複数の燃料電池温度Ｔ毎に求めておき、これより判断値Ｃｊ_cを設定して図１４に示すようなマップとして記憶しておく。図２に示すように、燃料電池温度Ｔが大きくなるに従って、溶解拡散によるガス移動量は増大するので、所定時間Ｔ_c0後に検出される電池電圧Ｖ_cは小さくなる。そこで、図１４に示すように、判断値Ｃｊ_cを燃料電池温度Ｔが高いほど小さく設定する。

ステップＳ８８において、検出された電池電圧Ｖ_cと判断値Ｃｊ_cとを比較する。電池電圧Ｖ_cが判断値Ｃｊ_c以上の場合には故障は生じていないと判断し、未満の場合には、故障が生じていると診断して、ステップＳ８９において故障時の処理を行う。次に、ステップＳ９０において、経過時間Ｔ_cを０にリセットして本フローを終了する。

このように、燃料ガスを所定圧力に調整し、酸化剤ガスの供給を停止した場合には、正常時には、極間の反応ガスの移動は溶解拡散によるものとなる。一方、故障時には、溶解拡散移動に加えて対流移動も生じるため、電極間を移動するガスの総量が大きくなる。その結果、故障時には、酸化剤ガスの供給を停止した後の電圧降下量が正常時に比較して大きくなる。そこで、電池電圧Ｖ_cが判断値Ｃｊ_cより小さい場合には、反応ガスの漏洩による電圧降下が生じていると判断する。このとき、燃料電池温度Ｔに対して正常時の溶解拡散によるガス移動量が変化するため、判断値Ｃｊ_cを燃料電池温度Ｔに応じて変化させる。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段１５と、アノード１０ａの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段１７と、を備える。判断値設定手段（Ｓ８７）は、アノード１０ａの圧力を所定圧力Ｐ_cに設定し、カソード１０ｃへの反応ガスの供給を停止してから、所定時間Ｔ_c0後の電池電圧の判断値Ｃｊ_cを設定する。ここでは、アノード１０ａがカソード１０ｃより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_cを設定する。診断手段（Ｓ８８）は、アノード１０ａを所定圧力Ｐ_c0に設定し、カソード１０ｃへの反応ガスの供給を停止してから、所定時間Ｔ_c0後の電圧検出手段１５の検出値Ｖ_cと、判断値Ｃｊ_cとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第７の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を第３の実施形態と同様に図７に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料ガスを所定圧力Ｐ_dに設定し、酸化剤ガスの供給を停止した状態で、電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0まで低下するまでの時間の判断値Ｃｊ_dを設定し、これと検出値Ｔ_dを比較することにより、燃料電池１０の故障診断を行う。燃料電池１０の故障診断制御を、図１５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ９１において、発電が行われているか否かを判断し、行われている場合には本フローを終了する。発電が行われていない場合には、ステップＳ９２に進み、燃料ガスを所定圧力Ｐ_dに設定し、ステップＳ９３で酸化剤ガスの供給を停止する。ここでは、アノード１０ａがカソード１０ｃより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_dを設定する。

ステップＳ９４において、酸化剤ガスが停止されてからの経過時間Ｔ_dをカウントする。次に、ステップＳ９５において、電池電圧Ｖ_dを検出する。ステップＳ９６において、電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0より小さいか否かを判断する。電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0以上の場合にはステップＳ９４に戻る。電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0未満まで低下したら、ステップＳ９７に進む。

ステップＳ９７では、燃料電池温度Ｔを検出して、ステップＳ９８において、所定値Ｖ_dまで低下するまでの時間Ｔ_dと比較することにより故障を判断する判断値Ｃｊｄを設定する。ここで、燃料電池温度Ｔが高い場合には、燃料電池１０に欠損がない場合にも、溶解拡散によるガス移動量が多く、電池電圧Ｖ_dが比較的早い速度で低下する。そこで、燃料電池温度Ｔが高い場合には、図１６に示すように判断値Ｃｊ_dを小さい値に設定し、これより短時間で電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0より小さくなった場合に故障と判断する。

なお、実験等により、正常時に燃料ガスを所定圧力Ｐ_dに設定し、酸化剤ガスの供給を停止した状態で、電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0まで低下するのに要する時間Ｔ_dを、複数の燃料電池温度Ｔ毎に求め、これより診断値Ｃｊ_dを設定して図１６に示すようなマップとして記憶しておく。

次に、ステップＳ９９において、電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0まで低下するまでに要した時間Ｔ_dと判断値Ｃｊ_dとを比較する。時間Ｔ_dが判断値Ｃｊ_d以上の場合には正常と判断する。時間Ｔ_dが判断値Ｃｊ_d未満の場合には故障が生じていると判断して、ステップＳ１００において故障処理を行う。このような診断をおこなったら、ステップＳ１０１において、時間Ｔ_dを０にリセットして本フローを終了する。

このように、所定量の燃料ガスを供給し、酸化剤ガスの供給を停止した場合には、正常時には、極間の反応ガスの移動は溶解拡散によるものとなる。一方、故障時には、溶解拡散移動に加えて対流移動が生じるため、電極間を移動するガスの総量が大きくなる。その結果、故障時には、酸化剤ガスの供給を停止した後の電圧降下速度が正常時に比較して大きくなる。そこで、判断値Ｃｊ_dより短い時間で、電池電圧Ｖ_dが所定値Ｖ_d0より小さくなった場合には、反応ガスの漏洩が生じていると判断する。このとき、燃料電池温度Ｔに対して正常時の溶解拡散によるガス移動量が変化するため、判断値Ｃｊ_cを燃料電池温度Ｔに応じて変化させる。

単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段１５と、アノード１０ａの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段１７と、を備える。判断値設定手段（Ｓ９８）は、アノード１０ａの圧力を所定圧力値Ｐ_dに設定し、カソード１０ｃへの反応ガスの供給を停止してから、所定電圧Ｖ_d0に低下するまでに要する時間の閾値を判断値Ｃｊ_dとして設定する。ここでは、アノード１０ａがカソード１０ｃより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_dを設定する。判断手段（Ｓ９９）は、アノード１０ａ圧力を所定圧力値Ｐ_dに設定し、カソード１０ｃへの反応ガスの供給を停止してから、電圧検出手段１５の検出値が所定電圧Ｖ_d0に低下するまでの時間Ｔ_dと、前記判断値Ｃｊ_dとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第８の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を、第３の実施形態と同様に図７に示す。以下、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料電池１０の故障診断制御を図１７のフローチャートに示す。

ステップＳ１１２において、酸化剤ガスを所定圧力Ｐ_eに設定し、ステップＳ１１３において燃料ガスの供給を停止する。ここでは、カソード１０ｃがアノード１０ａより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_eを設定する。また、ステップＳ１１４、Ｓ１１５において、燃料ガスの供給を停止してからの経過時間Ｔ_eを計測し、これが所定時間Ｔ_e0に達したか否かを判断する。その他の部分は、図１３のフローチャートと同様とする。

このように、酸化剤ガスを所定圧力Ｐ_eに設定し、燃料ガスの供給を停止した場合にも、第６の実施形態と同様に、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能な燃料電池１０の故障診断を行うことができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第６の実施形態と異なる効果のみを説明する。

単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段１５と、カソード１０ｃの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整手段１８と、を備える。判断値設定手段（Ｓ１１８）は、温度検出手段の出力に応じて、カソード１０ｃの圧力を所定力値Ｐ_eに設定し、アノード１０ａへの反応ガスの供給を停止してから、所定時間Ｔ_e0後の電圧検出手段１５の判断値Ｃｊ_eを設定する。ここでは、カソード１０ｃがアノード１０ａより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_eを設定する。診断手段（Ｓ１１９）は、カソード１０ｃの圧力を所定圧力値Ｐ_eに設定し、アノード１０ａへの反応ガスの供給を停止してから、所定時間Ｔ_e0後の電圧検出手段１６の検出値Ｖ_eと、判断値Ｃｊ_eとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第９の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を図７に示す。以下、第７の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料電池１０の故障診断制御を図１８のフローチャートに示す。

ステップＳ１３１において発電停止と判断されたら、ステップＳ１３２において、酸化剤ガスを所定圧力Ｐ_fに設定し、ステップＳ１３３において燃料ガスの供給を停止する。ここでは、カソード１０ｃがアノード１０ａより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_fを設定する。また、ステップＳ１３４〜Ｓ１３６において、燃料ガスの供給を停止してから所定電圧Ｖ_fまで低下するまでの時間Ｔ_fをカウントし、ステップＳ１３９において、診断値Ｃｊ_fと時間Ｔ_fとを比較することにより故障診断を行う。その他の部分は、図１５のフローチャートと同様とする。

このように、酸化剤ガスを所定圧力Ｐ_fに設定し、燃料ガスの供給を停止した場合にも、第７の実施形態と同様に、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能な燃料電池１０の故障診断を行うことができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第７の実施形態と異なる効果のみを説明する。

単位セル１毎、または、複数の単位セル１を直列に接続した組電池毎の電池電圧を検出する電圧検出手段１５と、カソード１０ｃの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整手段１８と、を備える。判断値設定手段（Ｓ１３８）は、カソード１０ｃの圧力を所定圧力値Ｐ_fに設定し、アノード１０ａへの反応ガスの供給を停止してから、所定電圧Ｖ_f0に低下するまでに要する時間の判断値Ｃｊ_fを設定する。ここでは、カソード１０ｃがアノード１０ａより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_fを設定する。診断手段（Ｓ１３９）は、カソード１０ｃの圧力を所定圧力値Ｐ_fに設定し、アノード１０ａへの反応ガスの供給を停止してから、電圧検出手段１６の検出値が所定電圧Ｖ_f0に低下するまでの時間Ｔ_fと、判断値Ｃｊ_fとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第１０の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を図１９に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

アノード１０ａ、カソード１０ｃの下流側に設けた燃料ガス圧力制御手段１７、酸化剤ガス圧力制御手段１８に加えて、アノード１０ａ内を選択的に閉塞する燃料極閉塞手段１９を備える。ここでは、アノード１０ａの入口および出口を選択的に閉塞する二つの開閉バルブにより燃料極閉塞手段１９を構成する。さらに、電圧検出手段１５の替わりに、アノード１０ａ内の燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段２０を備える。

ここでは、燃料電池１０の故障診断時に、酸化剤ガスの供給を停止するとともに、アノード１０ａ内を所定圧力Ｐ_g0まで加圧した状態で閉塞する。ここでは、アノード１０ａがカソード１０ｃより高い圧力値となるように所定圧力値Ｐ_g0を設定する。このような状態で所定時間Ｔ_gが経過した後のアノード１０ａ内の圧力が判断値Ｃｊ_gより小さい場合に、故障が生じていると判断する。

燃料電池１０の故障診断制御を、図２０のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１５１において、発電停止か否かを判断し、停止している場合にステップＳ１５２に進み、酸化剤ガスの供給を停止する。次に、ステップＳ１５３において、燃料ガス圧力制御手段１７を調整することによりアノード１０ａ内を所定値Ｐ_g0まで加圧する。次に、ステップＳ１５４において、燃料極閉塞手段１９により、アノード１０ａ内を閉塞する。

ステップＳ１５５、Ｓ１５６において、アノード１０ａ内を閉塞してから所定時間Ｔ_g0経過したと判断されたら、ステップＳ１５７において、アノード１０ａ内の圧力Ｐ_gを検出する。ステップＳ１５８において、燃料電池温度Ｔを計測し、ステップＳ１５９において判断値Ｃｊ_gを設定する。

ここで、燃料電池温度Ｔが高い場合には、極間の反応ガスの移動が多いため(図２)、正常時にもアノード１０ａ内の圧力低下量が大きくなる。そこで、燃料電池温度Ｔが大きい場合には、図２１に示すように判断値Ｃｊ_gを小さい値に設定することで、溶解拡散により圧力が低下した場合に故障が生じていると誤診断するのを防ぐことができる。ここでは、予め実験等により、所定値Ｐ_g0まで加圧したアノード１０ａを閉塞した後、所定時間Ｔ_g0が経過したときの、正常時におけるアノード１０ａ内の圧力Ｐ_gを複数の燃料電池温度Ｔ毎に求める。これに応じて、判断値Ｃｊ_gを設定し、図２１に示すようなマップとして記憶しておく。

次に、ステップＳ１６０において、検出されたアノード１０ａの圧力Ｐ_gと判断値Ｃｊ_gとを比較する。圧力Ｐ_gが判断値Ｃｊ_g以上の場合には正常と判断し、未満の場合には故障と判断してステップＳ１６１において故障処理を行う。ステップＳ１６２において、アノード１０ａを閉塞してからの経過時間Ｔ_gを０にリセットして、本フローを終了する。

このように、加圧後、閉塞されたアノード１０ａ内の圧力変化に応じて、燃料電池１０の故障診断を行う。このとき、燃料電池温度Ｔが高い場合には、溶解拡散により正常時にもアノード１０ａの圧力Ｐ_gが低下し易くなる。そこで、判断値Ｃｊ_gを燃料電池温度Ｔに応じて設定する。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態と異なる効果のみを説明する。

燃料電池１０内の燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段２０を備え、判断値設定手段（Ｓ１５９）は、温度検出手段１６の出力に応じて、燃料電池１０の電圧状態または燃料ガス圧力状態の閾値を判断値Ｃｊ_gとして設定する。診断手段（Ｓ１６０）は、燃料ガス圧力検出手段２０より求めた燃料電池１０の燃料ガス圧力の状態と、判断値Ｃｊｇを比較することにより故障診断を行う。

ここでは、燃料電池１０内の燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段２０と、アノード１０ａの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段１７と、アノード１０ａを閉塞する燃料極閉塞手段１９と、を備える。判断値設定手段（Ｓ１５９）は、温度検出手段１６の出力に応じて所定圧力Ｐ_g0まで加圧したアノード１０ａを閉塞してから所定時間Ｔ_g0経過後の、アノード１０ａのガス圧力値の判断値Ｃｊ_gを設定する。ここでは、アノード１０ａの圧力がカソード１の圧力よりも高くなるように所定圧力Ｐ_g0を設定する。診断手段（１６０）は、所定圧力Ｐ_g0まで加圧したアノード１０ａを閉塞してから所定時間Ｔ_g0経過後の、アノード１０ａのガス圧力の検出値Ｐ_gと判断値Ｃｊ_gとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第１１の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置を図１９に示す。以下、第１０の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

燃料電池温度Ｔに応じて、アノード１０ａを加圧してから閉塞し、アノード１０ａ内の圧力Ｐ_hが所定値Ｐ_h0まで低下するのに要する時間の診断値を設定し、これと検出値Ｔ_hとを比較することにより故障診断を行う。ここでは、アノード１０ａがカソード１よりも高い圧力となるように所定値Ｐ_h0を設定する。燃料電池１０の故障診断制御を図２２に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１７１〜Ｓ１７４では、ステップＳ１５１〜Ｓ１５４と同様とする。ステップＳ１７５において、アノード１０ａを閉塞してからの経過時間Ｔ_hをカウントする。ステップＳ１７６でアノード１０ａ内の圧力Ｐ_hを検出し、ステップＳ１７７で圧力Ｐ_hが所定値Ｐ_h1まで低下したか否かを判断する。圧力Ｐ_hが所定値Ｐ_h1まで低下したと判断されるまでステップＳ１７５〜Ｓ１７７を繰り返し、低下したと判断されたら、ステップＳ１７８に進む。

ステップＳ１７８で燃料電池温度Ｔを計測して、ステップＳ１７９において、燃料電池温度Ｔに応じて判断値Ｃｊ_hを設定する。ここで、燃料電池温度Ｔが高い場合には、溶解拡散により極間を移動する燃料ガス量も大きくなり、アノード１０ａ内の圧力Ｐ_hが所定値Ｐ_h1まで低下する時間Ｔ_hが小さくなる。そこで、燃料電池温度Ｔが高い場合には、図２３に示すように判断値Ｃｊ_hを小さく設定する。

次に、ステップＳ１８０において、経過時間Ｔ_hと判断値Ｃｊ_hを比較して、時間Ｔ_hが判断値Ｃｊ_h以上の場合には正常と判断し、時間Ｔ_hが判断値Ｃｊ_h未満の場合には故障が生じていると判断してステップＳ１８１において故障処理を行う。次に、ステップＳ１８２において、経過時間Ｔ_hを０にリセットし、本フローを終了する。

このように、加圧し閉塞されたアノード１０ａ内の圧力が所定値Ｐ_h1まで低下するのに要する時間Ｔ_hに応じて燃料電池１０の故障診断を行う。このとき、燃料電池温度Ｔが高い場合には、溶解拡散により正常時にもアノード１０ａ内の圧力が所定値Ｐ_h1まで低下する時間が短くなる。そこで、判断値Ｃｊ_hを燃料電池温度Ｔに応じて設定する。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１０の実施形態と異なる効果のみを説明する。

燃料電池１０内の燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段２０と、アノード１０ａの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段１７と、アノード１０ａを閉塞する燃料極閉塞手段１９と、を備える。判断値設定手段（Ｓ１７９）は、温度検出手段１６の出力に応じて、所定圧力Ｐ_h0まで加圧したアノード１０ａを閉塞してから所定電圧に低下するまでの時間の判断値Ｃｊ_hを設定する。ここでは、アノード１０ａがカソード１０ｃよりも高い圧力となるように所定値Ｐ_h0を設定する。診断手段（Ｓ１８０）は、所定圧力Ｐ_h0まで加圧したアノード１０ａを閉塞してから、燃料ガス圧力検出手段２０の出力が所定値Ｐ_h1まで低下するのに要した時間Ｔ_hと、判断値Ｃｊ_hとを比較することにより故障診断を行う。これにより、故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

次に、第１２の実施形態について説明する。燃料電池１０の故障診断装置の構成を図２４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

温度検出手段１６に加えて、電解質膜２の含水率を推定する電解質膜含水率推定手段２２を備える。燃料電池温度Ｔおよび電解質膜２の含水率εに応じて、判断値Ｃｊ_iを変化させる。

ここで、溶解拡散によるガス移動量は、電解質膜２の含水率εに応じて変化する。例えば、アノード１０ａとカソード１０ｃ間の水素分圧差を一定とし、燃料電池温度Ｔを一定とした場合、アノード１０ａからカソード１０ｃへ燃料ガスの溶解拡散移動量は図２５に示すようになる。つまり、電解質膜２の含水率εが増大するに従って、燃料ガスの溶解拡散移動量が増大する。

そこで、燃料電池温度Ｔに加えて電解質膜２の含水率εに応じて判断値Ｃｊ_iを設定する。この判断値Ｃｊ_iと反応ガス供給量Ｑを変化させた場合の電圧変化量ΔＶ_iを比較することにより、燃料電池１０の故障を診断する。

燃料電池１０の故障診断制御を図２６のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ７−２において、燃料電池温度Ｔの検出に加えて、電解質膜２の含水率εの推定を行う。ステップＳ８−２において、判断値Ｃｊ_iを、燃料電池温度Ｔおよび含水率εに応じて設定する。その他、第１の実施形態と同様とする。

このように、含水率εに応じて判断値Ｃｊ_iを変化させることにより、さらに正確に溶解拡散移動を考慮することができるので、故障診断能力の向上と誤診断回避をさらに向上させることができる。

なお、ここでは、燃料電池温度Ｔおよび含水率εに応じて判断値Ｃｊ_iを変化させているが、この限りではない。例えば、燃料電池温度Ｔが一定に維持される場合などには、含水率εのみに応じて判断値Ｃｊ_iを変化させてもよい。さらには、本実施形態においては、第１の実施形態において、含水率εに応じて判断値Ｃｊ_iを変化させているが、第２〜１１の実施形態においても同様に、含水率εに応じて判断値Ｃｊを変化させることができる。

アノード１０ａとカソード１０ｃで電解質膜２を狭持してなる単位セル１を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池１０と、燃料電池１０の温度を検出する温度検出手段１６、もしくは、電解質膜２の含水率を検出または推定するための含水率推定手段２２、の少なくとも一方を備える。また、温度検出手段１６、もしくは、含水率推定手段２２の出力に応じて判断値Ｃｊ_iを設定する判断値設定手段（Ｓ８−２）と、診断値Ｃｊ_iを用いて燃料電池１０の故障診断を行う診断手段（Ｓ９）を備える。このように、溶解拡散移動は、燃料電池１０の温度Ｔおよび電解質膜２の含水率εに応じて変化するので、判断値Ｃｊ_iを燃料電池温度Ｔおよび含水率εに応じて変化させることで、さらに故障診断能力の向上と、誤診断の回避の両立が可能となる。

なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。

本発明は、燃料電池の故障診断装置に適用することができる。特に、固体高分子膜等の欠損による反応ガスの漏洩が生じているか否かを診断する故障診断装置に適用することができる。

第１の実施形態に用いる燃料電池の故障診断装置の概略構成図である。燃料電池温度に対する溶解拡散移動によるガス移動量を示す図である。第１の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。酸化剤ガス流量に対する電池電圧を示す図である。第１の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第２の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第３の実施形態に用いる燃料電池の故障診断装置の概略構成図である。第３の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。極間ガス差圧に対する電池電圧を示す図である。第３の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第４の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第５の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第６の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第６、８の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第７の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第７、９の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第８の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第９の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第１０の実施形態に用いる燃料電池の故障診断装置の概略構成図である。第１０の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第１０の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第１１の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。第１１の実施形態における燃料電池温度に対する判断値を示す図である。第１２の実施形態に用いる燃料電池の故障診断装置の概略構成図である。電解質膜含水率に対する溶解拡散移動によるガス移動量を示す図である。第１２の実施形態における故障診断の制御フローチャートである。

符号の説明

１単位セル
２電解質膜
１０燃料電池
１０ａアノード
１０ｃカソード
１２燃料ガス流量制御手段
１４酸化剤ガス流量制御手段
１５電圧検出手段
１６温度検出手段
１７燃料ガス圧力制御手段
１８酸化剤ガス圧力制御手段
１９燃料極閉塞手段
２０燃料ガス圧力検出手段
２１故障診断制御手段
２２含水率推定手段

Claims

アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、
前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を大きく設定する判断値設定手段と、
前記燃料電池に供給する反応ガス流量を変化させた際の電圧変化量の検出値、又は前記アノードと前記カソードのガス差圧を変化させた際の電圧変化量の検出値が前記判断値より大きいときに、前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池の故障診断装置。
前記燃料電池に供給する反応ガス流量を変化させた際の電圧変化量の検出値は、前記反応ガスの流量を所定の第一流量値及び第二流量値に変化させた後、それぞれ所定時間経過した後の電池電圧を前記電圧検出手段によって検出することで算出される、
請求項１に記載の燃料電池の故障診断装置。
故障診断時に、前記カソードに導入する酸化剤ガスの供給を停止した状態で、前記ガス差圧を変化させる、
請求項１に記載の燃料電池の故障診断装置。
前記アノードとカソードのガス差圧を変化させた際の電圧変化量の検出値は、前記ガス差圧を所定の第一差圧値及び第二差圧値に変化させた後、それぞれ所定時間が経過した後の電池電圧を前記電圧検出手段によって検出することで算出される、
請求項１に記載の燃料電池の故障診断装置。
アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、
前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、
前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定し、前記カソードへの酸化剤ガスの供給を停止してから所定時間経過した後の電池電圧の検出値、又は前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定し、前記カソードへの酸化剤ガスの供給を停止してから、前記電圧検出手段によって検出した電池電圧が前記所定電圧に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池の故障診断装置。
アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、
前記単位電池毎、または、複数の前記単位電池を直列に接続した組電池毎、の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、
前記カソードを前記アノードよりも高い圧力値に設定し、前記アノードへの燃料ガスの供給を停止してから所定時間経過した後の電池電圧の検出値、前記カソードを前記アノードよりも高い圧力値に設定し、前記アノードへの燃料ガスの供給を停止してから、前記電圧検出手段によって検出した電池電圧が前記所定電圧に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池の故障診断装置。
アノードとカソードで電解質膜を狭持してなる単位電池を、少なくとも一つ以上積層してなる燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、もしくは、前記電解質膜の含水率を検出または推定するための含水率検出手段、の少なくとも一方と、
前記燃料電池内の燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池の温度が高いほど、もしくは電解質膜の含水率が増大するほど、前記燃料電池の故障診断を行うための閾値である判断値を小さく設定する判断値設定手段と、
前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定した状態でアノードを閉塞してから所定時間経過後の前記アノード圧力の検出値、又は前記アノードを前記カソードよりも高い圧力値に設定した状態でアノードを閉塞してから、前記アノード圧力値が所定の圧力値に低下するまでの時間が前記判断値より小さい場合に前記燃料電池が故障していると診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池の故障診断装置。