JP5114904B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、燃料電池から排出される酸化ガス系の排出ガスの圧力を検出する出口側ガス検出用圧力センサと備える燃料電池システムに関する。

燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の燃料電池セルとして、これを複数組積層した燃料電池セル積層体により構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板、エンドプレート等で狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。

このような燃料電池では、アノード側電極に燃料ガス、例えば水素を含むガスを供給すると共に、カソード側電極に、酸化ガス、例えば空気を供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電池反応に供されて、起電力を発生し、カソード側電極側では、水が生成される。

また、燃料電池スタックに酸化ガスを供給するために酸化ガス供給流路を設けるとともに、酸化ガス供給流路の上流側に酸化ガス供給手段であり、ガス圧縮機でもあるエアコンプレッサを設けている。また、特許文献１には、空気供給流路においてエアコンプレッサから吐出後の空気の供給圧を検出する圧力センサを設けるとともに、排気路において燃料電池スタックから排出される酸化ガス系の排出ガスである空気オフガスの圧力を検出する別の圧力センサを設ける燃料電池システムが記載されている。そして、２個の圧力センサの検出信号を制御部に送り、制御部は、エアコンプレッサと排気路を流れるガスの圧力を調整する圧力調整弁とを調整することにより、供給空気圧や供給流量を設定している。

特開２００２−１８４４３５号公報 特開２００３−１２９９６１号公報 特開２００５−２５１６９４号公報

燃料電池システムの場合、上記のようにカソード側電極側において電気化学反応に伴って水が生成される。また、電解質膜が加湿状態でないと十分な水素イオンの通過性を発揮できない場合があり、加湿器により加湿する場合がある。このため、燃料電池スタックから排出される酸化ガス系の排出ガスの排気路において、圧力センサにより圧力を検出する部分は特に湿潤状態になりやすい。そして、燃料電池を搭載した車両が氷点下の環境で長時間放置されると、圧力センサの検出部に付着した結露水が凍結してしまう可能性がある。

このように圧力センサの検出部が凍結することにより、検出部に氷が付着すると、正常に圧力を検出することができない可能性がある。圧力センサにより検出した圧力値は、圧力調整弁の開度を調節することにより、燃料電池システムの性能を良好に維持するために利用する。したがって、圧力センサに異常が発生すると、燃料電池システム内の圧力を圧力センサを用いて所望の圧力に制御することが難しくなり、有効に、燃料電池システムの性能を良好に維持する面から改良の余地がある。

一方、本発明者は、圧力センサの検出部に付着した結露水が凍結すると、圧力センサの検出対象の実際の圧力値と、圧力センサの出力との関係が、大まかに次の（Ａ）（Ｂ）のように変化することを知見した。図６は、圧力センサに凍結により異常が生じる原因の２例を説明するための、検出部分の実際の圧力（横軸）と圧力センサの出力（縦軸）との関係の１例を示す図である。なお、圧力センサが凍結していない正常時には、図６に実線イで示すように、検出対象の圧力の実際の値と、圧力センサの出力との関係が、少なくとも所定の範囲でほぼ線形になる。

（Ａ） 図６に破線ロで示すように、正常時の検出対象の圧力の実際の値と圧力センサの出力値との関係を表す線（実線イ）に対して、圧力変化に関わらず同程度ずつ出力値がずれる、すなわちオフセットし、圧力センサによって実際の圧力を精度よく検出できない。
（Ｂ） 図６に一点鎖線ハで示すように、正常時の検出対象の圧力の実際の値と圧力センサの出力値との関係を表す線（実線イ）に対して、実際の圧力が上昇しても圧力センサの出力の変化率が小さくなる（または図示は省略するが大きくなる可能性もある）、すなわち感度が変化して、圧力センサによって実際の圧力を精度よく検出できない。

ここで、（Ａ）のように圧力センサの出力が変化する理由としては、例えば、検出部に付着した氷が膨張して、検出対象となるガスの圧力が変化していないのに関わらず検出部に膨張分の歪みが発生して、圧力センサにおいてガスの圧力が変化したかのように出力することが考えられる。また、（Ｂ）のように圧力センサの出力が変化する理由としては、例えば、検出部に付着した氷により検出部がガスの圧力変化に対して歪みにくくなってしまい、検出の感度が低下して、実際よりも低い圧力を検出したかのように出力することが考えられる。

いずれにしても圧力センサによって実際の圧力を精度よく検出できないと、燃料電池システム内の圧力を圧力センサを用いて所望の圧力に制御することが難しくなり、有効に、燃料電池システムの性能を良好に維持する面から改良の余地がある。これに対して、本発明者は、圧力センサに異常が発生した時点で、その異常が発生したことを確認できれば、圧力センサを使用しないで圧力調整弁の開度を一定値とする等の通常時とは異なる制御を行うことで、圧力センサの異常発生の有無に関わらず、有効に、燃料電池システムの性能を良好に維持できると考えるに至った。

本発明は、燃料電池システムにおいて、圧力センサに異常が生じたことを確認することにより、圧力センサの異常発生の有無に関わらず、有効に、燃料電池システムの性能を良好に維持することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、燃料電池から排出される酸化ガス系の排出ガスの圧力を検出する出口側ガス検出用圧力センサと、制御部と、を備え、制御部は、（２）の条件を満たす場合に出口側ガス検出用圧力センサに異常が生じたと判定する判定手段を有することを特徴とする燃料電池システムである。
（２）酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、燃料電池内部を酸化ガス系のガスが通過する場合の燃料電池内部圧力損失または燃料電池内部圧力損失を含む燃料電池システム全体のシステム内部圧力損失と、酸化ガス供給手段のガス吐出流量との関係を表すマップから求めた燃料電池内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値をＰｆとし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃである。

また、好ましくは、判定手段は、酸化ガス供給手段が非駆動状態にあり、かつ、（１）の条件を満たす場合と、酸化ガス供給手段が駆動状態にあり、かつ、上記の（２）の条件を満たす場合とのそれぞれで、出口側ガス検出用圧力センサに異常が生じたと判定する。
（１）酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値、または大気圧の値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、酸化ガス供給手段による酸化ガスの吐出流量が０であり、かつ、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃである。

本発明に係る燃料電池システムの場合、圧力センサに凍結等により異常が生じたことを確認できる。

上記の（２）の条件に関して、酸化ガス供給手段の駆動中には、酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の圧力検出部分と、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出部分との間で、内部の圧力損失が発生する。このため、出口側ガス検出用圧力センサの圧力検出値Ｐ２は、燃料電池への供給前の圧力検出部分の圧力値に対して、圧力損失分低下する。これに対して、出口側ガス検出用圧力センサが正常に機能している場合には、酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、燃料電池内部を酸化ガス系のガスが通過する場合の燃料電池内部圧力損失または燃料電池内部圧力損失を含む燃料電池システム全体のシステム内部圧力損失の推定値をＰｆとし、誤差分に対応する閾値Ｐｃを規定すると、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜≦Ｐｃの条件を満たすこととなる。したがって、出口側ガス検出用圧力センサの異常時には、この条件と異なる条件が満たされる。すなわち、判定手段が、「（２）酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、燃料電池内部を酸化ガス系のガスが通過する場合の燃料電池内部圧力損失または燃料電池内部圧力損失を含む燃料電池システム全体のシステム内部圧力損失と酸化ガス供給手段のガス吐出流量との関係を表すマップから求めた燃料電池内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値をＰｆとし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃである」の条件を満たす場合に、出口側ガス検出用圧力センサに異常が生じたと判定することにより、出口側ガス検出用圧力センサの異常の発生を確認できる。このような（２）の条件で判定することは、出口側ガス検出用圧力センサが上記の図６に示した一点鎖線ハの状態にあることを判定することに対応する。また、上記の（１）の条件に関して、酸化ガス供給手段による酸化ガスの吐出流量が０の場合、出口側ガス検出用圧力センサが正常に機能している場合には、酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値、または大気圧の値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、誤差分に対応する閾値Ｐｃを規定すると、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦Ｐｃの条件を満たすこととなる。したがって、出口側ガス検出用圧力センサの異常時には、この条件と異なる条件が満たされる。

この結果、本発明によれば、圧力センサに異常が発生したことを確認できるため、圧力センサの異常発生の有無に関わらず、有効に、燃料電池システムの性能を良好に維持できる。

［第１参考例］
以下において、図面を用いて本発明に関する参考例及び本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図２は、第１参考例を示している。図１は、本参考例の略構成図である。

燃料電池システム１０は、燃料電池車に搭載して使用するもので、燃料電池スタック１２を有する。この燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セル積層体とすると共に、燃料電池セル積層体の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、燃料電池セル積層体と集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。

各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極には燃料ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノード側電極で発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソード側電極まで移動させ、カソード側電極で酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。アノード側電極からカソード側電極へ図示しない外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。

また、燃料電池スタック１２の内部で、セパレータの近くには、図示しない内部冷媒流路を設けている。この内部冷媒流路に冷媒である冷却水を流すことにより、燃料電池スタック１２の発電に伴う発熱により温度が上昇しても、その温度が過度に上昇しないようにしている。

また、酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために、酸化ガス供給流路１４を設けている。また、酸化ガス供給流路１４のガスの上流部に、酸化ガス供給手段でありガス圧縮機でもあるエアコンプレッサ１６を設けている。外気からエアコンプレッサ１６に取り入れた空気は、エアコンプレッサ１６で加圧した後、加湿器１８で加湿するようにしている。エアコンプレッサ１６は図示しないモータにより駆動させる。そして、加湿した空気を、燃料電池スタック１２のカソード側電極側の流路に供給するようにしている。また、酸化ガス供給流路１４において、エアコンプレッサ１６と加湿器１８との間の、エアコンプレッサ１６の吐出側の空気の圧力を検出するために、入口側ガス検出用圧力センサ２２を設けている。

加湿器１８は、燃料電池スタック１２から酸化ガス系排出ガス流路２４に排出される空気系の排出ガス（以下、「空気オフガス」とする。）に含まれる水分を、燃料電池スタック１２に供給される前の空気に与えて、空気を加湿する役目を果たす。例えば、加湿器１８は、多数の中空糸膜の内側と外側とに水分含有量の異なるガスが供給された場合に、水分含有量の多いガス中の水分が中空糸膜を通過するようにして、水分含有量の少ないガスに水分を与える。

また、燃料電池スタック１２に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気オフガスは、燃料電池スタック１２から酸化ガス系排出ガス流路２４を通じて排出され、加湿器１８を通過した後、大気に放出される。酸化ガス系排出ガス流路２４の途中で加湿器１８よりもガスの上流側に圧力調整弁２６を設けており、燃料電池スタック１２に送られる空気の供給圧力が、燃料電池スタック１２の運転状態に応じた適切な圧力値になるように制御される。また、酸化ガス系排出ガス流路２４において、圧力調整弁２６よりも上流側に、燃料電池スタック１２から排出される空気オフガスの圧力を検出する出口側ガス検出用圧力センサ２８を設けている。

また、燃料ガスである水素ガスを燃料電池スタック１２に供給するために、図示しない燃料ガス供給流路を設けている。燃料ガス供給装置である高圧水素タンク等の図示しない水素ガス供給装置から燃料ガス供給流路に供給された水素ガスは、燃料制御弁、入口開閉弁等を介して燃料電池スタック１２に供給される。燃料電池スタック１２のアノード側電極側の流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素ガス系の排出ガスは、燃料電池スタック１２から図示しない燃料ガス系排出ガス流路に排出される。

一方、入口側ガス検出用圧力センサ２２による空気の圧力の検出値Ｐ１と、出口側ガス検出用圧力センサ２８による空気オフガスの圧力の検出値Ｐ２とは、制御部３０に検出信号として入力される。制御部３０は、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が生じたか否かを判定する圧力センサ異状判定手段を有する。また、制御部３０は、図示しない起動スイッチからの信号等の、入力信号を与えられることに対応して、圧力調整弁２６、燃料制御弁等の制御を行う。また、制御部３０は、圧力センサ異状判定手段による判定結果に対応して、圧力調整弁２６の制御を行う。圧力調整弁２６は、燃料電池システム１０の性能を良好に維持するとともに、燃料電池スタック１２内のカソード側の水バランスを適切に維持するために、開度を制御する。

また、圧力センサ異常判定手段は、次の（１）の条件を満たす場合に出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定する。
（１）入口側ガス検出用圧力センサ２２による空気の圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサ２８による空気オフガスの圧力の検出値をＰ２とし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、エアコンプレッサ１６による空気の吐出流量がほぼ０であり、かつ、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃである。
ここで、閾値Ｐｃは、誤差等を考慮して、実験値、シミュレーション等により予め決定しておく。

そして、圧力センサ異常判定手段により出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したと判定された場合には、制御部３０が、圧力調整弁２６の制御に関して、出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用しない、通常時の制御とは異なる異常時制御を行うようにする。

次に、図１に示す基本構成図と、図２に示すフローチャートとを用いて、制御部３０により出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したか否かを判定し、その判定結果に応じた制御を行う方法をより詳しく説明する。まず、制御部３０の圧力センサ異常判定手段が、図２のステップＳ１において、エアコンプレッサ１６の吐出流量がほぼ０であるか否かを判定する。エアコンプレッサ１６の吐出流量がほぼ０であると判定されると、ステップＳ２において、制御部３０が、酸化ガス供給流路１４のエアコンプレッサ１６吐出後の空気の圧力Ｐ１を入口側ガス検出用圧力センサ２２により検出させるとともに、酸化ガス系排出ガス流路２４の燃料電池スタック１２から排出後の空気オフガスの圧力Ｐ２を出口側ガス検出用圧力センサ２８により検出させ、それぞれの検出信号を制御部３０に入力する。そして、ステップＳ３において、圧力センサ異常判定手段が、両圧力センサ２２，２８からの検出信号と閾値Ｐｃとに基づいて、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たすか否かを判定する。

｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たすと判定された場合には、続いてステップＳ４で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が発生したと判定する。そして、ステップＳ５で、その判定結果に応じて、制御部３０が、圧力調整弁２６の制御に関して、出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用しない異常時制御を行うようにする。異常時制御としては、例えば、圧力調整弁２６を全開のままとしたり、エアコンプレッサ１６の吐出流量や、入口側ガス検出用圧力センサ２２の検出値Ｐ１を用いて、空気オフガスの圧力を一定とする、出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用しないフィードフォワード制御を行う。この場合、制御の精度が通常時よりも低くなる可能性があるため、ある程度安全側に振って制御するのが好ましい。

これに対して、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たさない、すなわち、｜Ｐ１−Ｐ２｜≦Ｐｃの条件を満たす場合には、続いてステップＳ６で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生していない、正常であると判定する。そして、ステップＳ７で、その判定結果に応じて、制御部３０が、出口側ガス検出用圧力センサ２８の圧力検出値Ｐ２を使用して圧力調整弁２６を制御する、通常時制御を行うようにする。

このような本参考例によれば、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が生じたことを確認できる。すなわち、圧力センサ異常判定手段が、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃ、すなわち、Ｐ１−Ｐ２＜−ＰｃまたはＰ１−Ｐ２＞Ｐｃの条件を満たすことで異常判定をすることにより、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたことを確認できる。このような条件で判定することは、出口側ガス検出用圧力センサ２８が上記の図６に示した破線ロの状態の異常にあることを判定することに対応する。このように、本参考例によれば、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したことを確認できるため、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常発生の有無に関わらず、有効に、燃料電池システム１０の性能を良好に維持できる。

［第２参考例］
次に、図３は、第２参考例を示している。なお、本参考例の燃料電池システムの基本的な構成は、上記の図１に示した第１参考例の場合とほぼ同様であるため、以下同等部分に関する説明は、図１の符号を用いて説明する。本参考例の場合には、上記の図１から図２に示した第１参考例において、入口側ガス検出用圧力センサ２２を省略するか、または、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常を判定するためには入口側ガス検出用圧力センサ２２を使用しない。そして、制御部３０の圧力センサ異常判定手段は、次の（１ａ）の条件を満たす場合に、出口側ガス検出用圧力センサ２８が異常であると判定する。
（１ａ） 大気圧である、１０１ｋＰａ（または１０１．３ｋＰａ）をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサ２８による空気オフガスの圧力の検出値をＰ２とし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、エアコンプレッサ１６による空気の吐出流量がほぼ０であり、かつ、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃである。
この場合も、閾値Ｐｃは、誤差等を考慮して、実験値、シミュレーション等により予め決定しておく。

すなわち、図３のステップＳ２において、制御部３０が、酸化ガス系排出ガス流路２４において燃料電池スタック１２から排出後の空気オフガスの圧力Ｐ２を出口側ガス検出用圧力センサ２８により検出させ、その検出信号を制御部３０に入力する。そして、ステップＳ３において、圧力センサ異常判定手段が、出口側ガス検出用圧力センサ２８からの検出信号と大気圧の値Ｐ１と閾値Ｐｃとに基づいて、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たすか否かを判定する。｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たす場合には、続いてステップＳ４で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が発生したと判定する。逆に、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件が満たされない場合には、ステップＳ６で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が発生していない、正常であると判定する。

このような本参考例によれば、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常を判定するために、入口側ガス検出用圧力センサ２２を使用する必要がなくなる。その他の構成および作用については、上記の図１から図２に示した第１参考例と同様であるため、同等部分に関する説明を省略する。

［本発明の実施の形態］
次に、図４から図５は、本発明の実施の形態を示している。なお、本実施の形態の燃料電池システムの基本的な構成も、上記の図１に示した第１参考例の場合とほぼ同様であるため、以下同等部分に関する説明は、図１の符号を用いて説明する。本実施の形態の場合には、制御部３０の圧力センサ異常判定手段により、出口側ガス検出用圧力センサ２８が上記の図６に示した一点鎖線ハの状態の異常にあることを判定することに対応する。

すなわち、出口側ガス検出用圧力センサ２８において、検出対象である空気オフガスの実際の圧力値に対する出力の感度が、通常時の場合に対して低下する（または上昇する）ように変化するように、異常が発生した場合に、この異常を圧力センサ異常判定手段により判定する。このために、本実施の形態の場合には、制御部３０において、図４に１例を示すように、燃料電池スタック１２内部を酸化ガス系のガスが通過する場合の燃料電池スタック１２内部圧力損失、または燃料電池スタック１２内部圧力損失を含む燃料電池システム１０全体のシステム内部圧力損失と、エアコンプレッサ１６のガス吐出流量Ｑとの関係を表すマップのデータを、予め記憶させておく。ここで、「システム内部圧力損失」とは、入口側ガス検出用圧力センサ２２による検出対象部分から出口側ガス検出用圧力センサ２８による検出対象部分までの、燃料電池スタック１２内部を含む、酸化ガス系のガスの通過経路内での全圧力損失である。吐出流量Ｑに対応する燃料電池スタック１２内部圧力損失およびシステム内部圧力損失のいずれも、予め実験値、シミュレーション等により推定できる。図４に１例を示すように、吐出流量Ｑと燃料電池スタック１２内部圧力損失とは少なくとも所定の範囲で、ほぼ線形の関係にある。すなわち、吐出流量Ｑを検出できれば、燃料電池スタック１２内部圧力損失の推定値Ｐｆを求めることができる。なお、吐出流量Ｑとシステム内部圧力損失との関係を表す図は省略するが、図４に示す吐出流量Ｑと燃料電池スタック１２内部圧力損失との関係に対して類似の傾向を示す。

ここで、出口側ガス検出用圧力センサ２８の正常時には、エアコンプレッサ１６の駆動時に、出口側ガス検出用圧力センサ２８で検出する空気オフガスの圧力が、入口側ガス検出用圧力センサ２２で検出する空気の圧力に対して、燃料電池スタック１２や、加湿器１８等の内部の圧力損失を減じた値、またはこれに誤差分を考慮した値として検出されるはずである。本実施の形態は、このような事情を考慮して、圧力センサ異常判定手段は、例えば図４に示す関係を表すマップのデータを用いて、次の（２）の条件を満たす場合に出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したと判定する。
（２）入口側ガス検出用圧力センサ２２によるエアコンプレッサ１６吐出側の空気の圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサ２８による燃料電池スタック１２排出後の空気オフガスの圧力の検出値をＰ２とし、燃料電池スタック１２内部圧力損失またはシステム内部圧力損失と、エアコンプレッサ１６ガス吐出流量との関係を表すマップから求めた燃料電池スタック１２内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値をＰｆとし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃである。
そして、圧力センサ異常判定手段により出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したと判定された場合には、制御部３０が、圧力調整弁２６の制御に関して、出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用しない、通常時の制御とは異なる異常時制御を行うようにする。

図５は、制御部３０により出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したことを判定し、その判定結果に応じた制御を行う方法を示している。まず、ステップＳ１として、制御部３０において、燃料電池スタック１２内部圧力損失またはシステム内部圧力損失とエアコンプレッサ１６の吐出流量Ｑとの関係を表すマップのデータを用意する。次いで、ステップＳ２で、制御部３０の圧力センサ異常判定手段が、エアコンプレッサ１６が駆動中であるか否かを判定する。エアコンプレッサ１６が駆動中であると判定されると、ステップＳ３において、圧力センサ異常判定手段が、酸化ガス供給流路１４のエアコンプレッサ１６吐出後の空気の圧力Ｐ１を入口側ガス検出用圧力センサ２２により検出させるとともに、酸化ガス系排出ガス流路２４における燃料電池スタック１２から排出後の空気オフガスの圧力Ｐ２を出口側ガス検出用圧力センサ２８により検出させ、それぞれの検出信号を制御部３０に入力する。また、図示しないエアフローメータ（流量計）で検出されるエアコンプレッサ１６の吐出流量の検出値、または、エアコンプレッサ１６のモータの回転数等から求められるエアコンプレッサ１６の吐出流量の推定値に基づいて、上記マップのデータから燃料電池スタック１２内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値Ｐｆを推定する。

そして、ステップＳ４において、圧力センサ異常判定手段が、両圧力センサ２２，２８からの検出信号と、内部圧力損失の推定値Ｐｆと、正の閾値Ｐｃとに基づいて、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たすか否かを判定する。

｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たす場合には、続いてステップＳ５で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が発生したと判定する。そして、次に、ステップＳ６で、その判定結果に応じて、制御部３０が、圧力調整弁２６の制御に関して出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用しない異常時制御を行うようにする。これに対して、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃの条件を満たさない、すなわち、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜≦Ｐｃの条件を満たす場合には、続いてステップＳ７で、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生していない、正常であると判定する。そして、次に、ステップＳ８で、その判定結果に応じて、制御部３０が、圧力調整弁２６の制御に関して、出口側ガス検出用圧力センサ２８を使用する通常時制御を行うようにする。

このような本実施の形態の場合も、上記の発明の効果の欄で説明した理由により、出口側ガス検出用圧力センサ２８に凍結等により異常が生じたことを確認できる。すなわち、エアコンプレッサ１６が駆動中であり、かつ、圧力センサ異常判定手段が、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃ、すなわち、Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２＜−ＰｃまたはＰ１−Ｐｆ−Ｐ２＞Ｐｃの条件を満たすことで異常判定することにより、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたことを確認できる。このように、本実施の形態によれば、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が発生したことを確認できるため、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常発生の有無に関わらず、有効に、燃料電池システム１０の性能を良好に維持できる。

なお、上記の説明のように、本実施の形態の場合には、燃料電池スタック１２内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値Ｐｆを使用するが、本来は、システム内部圧力損失の推定値を使用するのが、判定精度をより高くする面からより好ましい。ただし、システム内部圧力損失の大部分を燃料電池スタック１２内部圧力損失が占めるため、閾値Ｐｃを適切に規定することにより、燃料電池スタック１２内部圧力損失を、システム内部圧力損失の代わりに使用することもできる。

なお、図示は省略するが、別の実施の形態として、制御部３０（図１参照）の圧力センサ異常判定手段により、上記の各参考例及び実施の形態の（１）（１ａ）（２）の条件の少なくとも一方を満たす場合に、出口側ガス検出用圧力センサ２８（図１参照）に異常が生じたと判定することもできる。また、このような圧力センサ異常判定手段を備える燃料電池システムにおいて、圧力センサ異常判定手段を、エアコンプレッサ１６（図１参照）のガス吐出側において、燃料電池スタック１２への供給前の空気の圧力の検出値、または大気圧の値であるＰ１を用いて、エアコンプレッサ１６が非駆動状態にあり、かつ、（１）または（１ａ）の条件を満たす場合と、エアコンプレッサ１６が駆動状態にあり、かつ、（２）の条件を満たす場合とで、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定することもできる。

また、上記の各実施の形態において、圧力センサ異常判定手段により出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定する条件に、出口側ガス検出用圧力センサ２８の付近の温度が０℃以下であることを含めることもできる。このように温度条件を含めて出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常を判定すれば、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じた原因として凍結の可能性があることを、より有効に確認できる。これに対して、出口側ガス検出用圧力センサ２８付近の温度Ｔｓが０℃を超えている場合に、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定された場合には、異常の原因として凍結の可能性がないか、またはほとんどない。この場合には、異常の原因として、故障が主な原因であることを確認できる。

このように、上記各実施の形態において、出口側ガス検出用圧力センサ２８が凍結の可能性がある状況下にある、すなわち、出口側ガス検出用圧力センサ２８付近の温度Ｔｓが０℃以下であることを、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたことの判定の条件に含めるために、例えば、燃料電池スタック１２の水温や、燃料電池スタック１２の温度をＴｆ（℃）とし、予め決定した正の補正値をα（℃）とした場合に、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定する条件に、Ｔｆ−α≦０であるの条件を含める。

すなわち、燃料電池スタック１２の水温や燃料電池スタック１２の温度は、通常、出口側ガス検出用圧力センサ２８の近辺の温度よりも高くなりやすく、（Ｔｆ−α）を出口側ガス検出用圧力センサ２８の近辺の温度Ｔｓの代用温度として使用することができる。例えば、燃料電池スタック１２の水温や燃料電池スタック１２の温度であるＴｆと、出口側ガス検出用圧力センサ２８の近辺温度Ｔｓの差分（｜Ｔｓ−Ｔｆ｜）を考慮して、補正値αを１０℃等の所定値に規定する。

また、上記の各実施の形態において、出口側ガス検出用圧力センサ２８に異常が生じたと判定された場合に、続いて、出口側ガス検出用圧力センサ２８近辺の温度Ｔｓが０℃以下（Ｔｓ≦０）、またはＴｆ−α≦０であるか否かを判定することもできる。そして、Ｔｓ≦０またはＴｆ−α≦０であると判定された場合には、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常の原因として凍結の可能性があるため、所定時間経過後、または出口側ガス検出用圧力センサ２８の温度が０度を超えている等の所定の条件を満たす場合に、再度、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常の有無を判定し、出口側ガス検出用圧力センサ２８が正常であると判定された場合には、圧力調整弁２６の制御に関して通常時の制御を行うようにすることができる。これに対して、Ｔｓ＞０またはＴｆ−α＞０であると判定された場合には、出口側ガス検出用圧力センサ２８の異常の原因として凍結の可能性がないか、またはほとんどないため、出口側ガス検出用圧力センサ２８に故障が生じたと判定して、以後、圧力調整弁２６の制御に関して異常時制御を行い続けるようにすることもできる。

第１参考例の燃料電池システムの基本構成を、一部を省略して示す図である。 第１参考例において、出口側ガス検出用圧力センサの異常の有無を判定しその判定結果に応じた制御を行う方法を説明するためのフローチャートである。 第２参考例における、図２に対応するフローチャートである。 本発明の実施の形態に使用するマップが表す、エアコンプレッサ吐出流量と燃料電池スタック内部圧力損失との関係の１例を示す図である。 本発明の実施の形態における、図２に対応するフローチャートである。 圧力センサに凍結により異常が生じる原因の２例を説明するための、検出部分の実際の圧力と圧力センサの出力との関係の１例を示す図である。

１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１４ 酸化ガス供給流路、１６ エアコンプレッサ、１８ 加湿器、２２ 入口側ガス検出用圧力センサ、２４ 酸化ガス系排出ガス流路、２６ 圧力調整弁、２８ 出口側ガス検出用圧力センサ、３０ 制御部。

Claims (2)

1. 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
   燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
   燃料電池から排出される酸化ガス系の排出ガスの圧力を検出する出口側ガス検出用圧力センサと、
   制御部と、を備え、
   制御部は、（２）の条件を満たす場合に出口側ガス検出用圧力センサに異常が生じたと判定する判定手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
   （２）酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、燃料電池内部を酸化ガス系のガスが通過する場合の燃料電池内部圧力損失または燃料電池内部圧力損失を含む燃料電池システム全体のシステム内部圧力損失と、酸化ガス供給手段のガス吐出流量との関係を表すマップから求めた燃料電池内部圧力損失またはシステム内部圧力損失の推定値をＰｆとし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、｜Ｐ１−Ｐｆ−Ｐ２｜＞Ｐｃである。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   判定手段は、酸化ガス供給手段が非駆動状態にあり、かつ、 (１)の条件を満たす場合と、酸化ガス供給手段が駆動状態にあり、かつ、前記（２）の条件を満たす場合とのそれぞれで、出口側ガス検出用圧力センサに異常が生じたと判定することを特徴とする燃料電池システムである。
   （１）酸化ガス供給手段の酸化ガス吐出側において、燃料電池への供給前の酸化ガスの圧力の検出値、または大気圧の値をＰ１とし、出口側ガス検出用圧力センサによる酸化ガス系の排出ガスの圧力の検出値をＰ２とし、予め決定した正の閾値をＰｃとした場合に、酸化ガス供給手段による酸化ガスの吐出流量が０であり、かつ、｜Ｐ１−Ｐ２｜＞Ｐｃである。

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