JP5171423B2

JP5171423B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5171423B2
Application number: JP2008160781A
Authority: JP
Inventors: 裕嗣松本; 晃一高久; 幸一郎宮田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2010003518A

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。

従来、この種の燃料電池では、燃料電池に供給する燃料ガスを高圧タンクに貯蔵し、この高圧タンクに貯蔵された燃料ガスの圧力を、例えば、レギュレータで調整して減圧してから、燃料電池に供給している。

ところで、このような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、例えば、レギュレータの故障等によってその圧力調整機能が失われた場合に、反応ガスの圧力調整が困難となって燃料電池に不具合を発生するおそれがある。そのため、従来では、燃料電池の入口側の圧力を検出する入口センサを設けて、この入口センサの検出値からレギュレータの故障判定を行うようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の燃料電池システムでは、レギュレータが故障していると判定された際に、レギュレータよりも上流側に設けられた遮断弁の開閉動作を制御することによって反応ガスの圧力を減圧し、燃料電池システムの継続運転を行うようになっている。

特開２００６−３５１４１１号公報

ところで、反応ガスの圧力値を検出するセンサには、歪ゲージが広く利用されている。この歪ゲージは、圧力変形に伴う電気抵抗の変化を電圧値または電流値の出力変化として検出するものであり、高圧領域での使用時に、ベースラインのオフセット異常が発生することが知られている。このオフセット異常とは、歪ゲージから検出される電圧値または電流値が瞬間的に一定値スライドして検出される現象である。

そのような異常現象が発生する要因としては、燃料電池システムにおいて、最大３５ＭＰａから大気圧（約０．１ＭＰａ）までの広い圧力変化を検出範囲とすることによる材料限界、または歪ゲージから出力される微弱なアナログ信号である電圧値または電流値を増幅するための増幅回路の接点不良などが挙げられる。

そして、従来技術において、反応ガスの圧力値にこのようなオフセット異常が発生し、このオフセット量が差圧の設定閾値を超過するものである場合、故障であると誤判定して、燃料電池システムの停止や前記特許文献１のようなフェールセーフ動作に移行してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、レギュレータにより圧力調整された反応ガスの圧力を検出する圧力センサのオフセット異常を判定し、圧力センサのオフセット異常によるレギュレータの故障の誤判定を無くし、さらには、不要なフェールセーフ動作への移行を回避することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、反応ガスを収容する反応ガスタンクと、前記反応ガスタンクからの反応ガスの圧力を調整する圧力調整機能を備えたレギュレータと、前記レギュレータにより圧力調整された反応ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記レギュレータの一次側の圧力を検出する第１圧力センサと、前記レギュレータの二次側の圧力を検出する第２圧力センサと、を備え、前記第１圧力センサにより検出された圧力値が前記第２圧力センサの検出レンジの範囲に有るか否かを判定し、その範囲に有ると判定した場合に、前記第１圧力センサにより検出された圧力値と、前記第２圧力センサにより検出された圧力値とを比較し、前記第１圧力センサにより検出された圧力値よりも前記第２圧力センサにより検出された圧力値が高いときに、前記第２圧力センサがオフセット異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする。

この燃料電池システムによれば、異常判定手段は、第１圧力センサにより検出されたレギュレータの一次側の圧力値と、第２圧力センサにより検出されたレギュレータの二次側の圧力値とを比較し、第１圧力センサにより検出された圧力値よりも第２圧力センサにより検出された圧力値が高いときに、第２圧力センサがオフセット異常であると判定するので、レギュレータの下流側における第２圧力センサのオフセット異常を確実に検知することができ、このオフセット異常によってレギュレータが故障していると誤判定されることを無くすことができる。したがって、このようなレギュレータの故障の誤判定による不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。
また、本発明は、前記レギュレータの圧力調整機能の故障を判定する故障判定手段を備え、前記異常判定手段は、前記第１圧力センサにより検出された圧力値が前記第２圧力センサの検出レンジの範囲にないと判定した場合に、前記第２圧力センサのオフセット異常を判定しないようになっており、前記故障判定手段は、前記異常判定手段が前記検出レンジの範囲にないと判定した場合に、前記第２圧力センサにより検出された圧力値が前記レギュレータの設定圧よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合に、前記レギュレータの圧力調整機能が故障していると判断することを特徴とする。

また、本発明の燃料電池システムは、前記第１圧力センサにより検出された圧力値と、前記第２圧力センサにより検出された圧力値とから、前記レギュレータの圧力調整機能の故障を判定する故障判定手段と、前記故障判定手段により、前記レギュレータの圧力調整機能の故障が判定された際に、システムのフェールセーフ動作に移行させる異常対応制御手段と、を備え、前記異常判定手段により前記第２圧力センサがオフセット異常であると判定された際に、前記故障判定手段による圧力調整機能の故障の判定を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする。

この燃料電池システムによれば、異常判定手段により第２圧力センサがオフセット異常であると判定された際に、禁止手段が、故障判定手段によるレギュレータの圧力調整機能の故障の判定を禁止するようになっているので、異常対応制御手段による燃料電池システムのフェールセーフ動作への移行が確実に阻止されることとなり、レギュレータの故障の誤判定による不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。

本発明によれば、レギュレータにより圧力調整された反応ガスの圧力を検出する圧力センサのオフセット異常を判定し、圧力センサのオフセット異常によるレギュレータの故障の誤判定を無くし、さらには、不要なフェールセーフ動作への移行を回避することができる燃料電池システムが得られる。

本発明の一実施形態について、図１から図３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１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０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１０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１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（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１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。

ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）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から主に構成されると共に、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）を含んでいる。

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１２（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（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１２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１３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１１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１０と走行モータ（燃料電池自動車の動力源）等の外部回路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１０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）

＜アノード系＞
アノード系は、水素が高圧で収容された水素タンク２１（反応ガスタンク）と、常閉型の第１遮断弁２２と、レギュレータとしての第１減圧弁２３と、常閉型の第２遮断弁２４と、第２減圧弁２５と、エゼクタ２８と、常閉型のパージ弁２９と、第１圧力センサ３１、および第２圧力センサ３２を備えている。

水素タンク２１は、水素が高圧で封入（収容）されたタンクである。第１遮断弁２２は、水素タンク２１内、詳細には、水素の出口となる水素タンク２１の口金部内に配置されたインタンク電磁弁であり、ＥＣＵ７０の指令によって開閉する。
水素タンク２１には、タンク内の水素の圧力値（第１減圧弁２３の一次側の圧力：実測圧力値Ｐ１）を検出する第１圧力センサ３１が設けられている。第１圧力センサ３１としては、歪ゲージ方式のものを採用することができるが、これに限られることはなく、種々のものを採用することができる。

第１減圧弁２３は、水素タンク２１から供給される高圧の水素を一定の低圧値に減圧するものであり、第１減圧弁２３の下流側の配管２３ａには、第１減圧弁２３で減圧された水素の圧力（第１減圧弁２３の二次側の圧力：実測圧力値Ｐ２）を検出する第２圧力センサ３２が設けられている。第２圧力センサ３２としては、前記第１圧力センサ３１と同様に歪ゲージ方式のものを採用することができる。なお、前記した第１圧力センサ３１は、水素タンク２１内の圧力（第１減圧弁２３の一次側の圧力）を検出するものであるため、高圧状態から低圧状態に至るまで、広い範囲の圧力、例えば、０〜５０ＭＰａの圧力を検出することが可能なものを用いている。また、前記した第２圧力センサ３２は、第１減圧弁２３の下流側における水素の圧力を検出するものであるため、第１減圧弁２３で減圧された後の、第１圧力センサ３１よりも狭い範囲の圧力、例えば、０〜５ＭＰａの圧力を検出することが可能なものを用いている。

第２遮断弁２４は、ＥＣＵ７０の指令によって開閉し、開弁時に第１減圧弁２３で減圧された水素を第２減圧弁２５に供給する。
第２減圧弁２５には、コンプレッサ４１からカソード流路１３に向かう空気の圧力が、オリフィス２６が設けられた配管２６ａを介して、信号圧（パイロット圧）として入力されるようになっている。そして、第２減圧弁２５は、入力された空気の圧力に基づいて、水素の圧力を制御し、燃料電池スタック１０に送られる水素が適正となるように、さらに減圧するようになっている。第２減圧弁２５で減圧された水素は、配管２５ａを介してエゼクタ２８に送られ、エゼクタ２８から燃料電池スタック１０に供給される。

このように、水素タンク２１は、第１遮断弁２２、配管２２ａ、第１減圧弁２３、配管２３ａ、第２遮断弁２４、配管２４ａ、第２減圧弁２５、配管２５ａ、エゼクタ２８、および配管２８ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されており、水素タンク２１からアノード流路１２に向かう流路には、前記のように水素の圧力を検出する第１圧力センサ３１と第２圧力センサ３２とが設けられている。そして、これらの第１圧力センサ３１および第２圧力センサ３２によって、水素供給流路における水素の圧力が検出されて、その圧力値がＥＣＵ７０によって適正か否かが監視されている。

一方、アノード流路１２の出口は、配管２８ｂ（燃料ガス循環ライン）を介して、燃料電池スタック１０の上流のエゼクタ２８の吸込口に接続されている。これにより、アノード流路１２（アノード）から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、エゼクタ２８に戻され、その結果、水素が循環するようになっている。
なお、配管２８ｂには気液分離器（図示しない）が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。

また、配管２８ｂは、その途中で、配管２９ａ、パージ弁２９、配管２９ｂを介して、希釈器（図示しない）に接続されている。パージ弁２９は、燃料電池スタック１０の発電時において、配管２８ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ７０によって開かれる設定となっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、単セル１１の電圧を検出するセル電圧モニタ（図示しない）から入力される最低セル電圧が、所定最低セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２９を開く設定となっている。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ４１（酸化剤ガス供給手段）と、背圧弁４３と、希釈器（図示しない）とを備えている。

コンプレッサ４１は、配管４１ａを介して、カソード流路１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ４１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。なお、コンプレッサ４１の回転速度は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するべく、高められる設定となっている。

また、配管４１ａには、カソード流路１３に向かう空気を加湿する加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分交換可能な中空糸膜を備えており、この中空糸膜を介して、カソード流路１３に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させるようになっている。

カソード流路１３の出口は、配管４３ａ、背圧弁４３、配管４３ｂを介して、希釈器（図示しない）に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管４３ａ等を介して、希釈器に排出され、希釈器は、カソードオフガスによって、配管２９ｂから導入されるアノードオフガス中の水素を希釈した後、車外に排出するようになっている。

背圧弁４３は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。詳細には、アクセルペダルの踏み込み量が大きくなると、ＥＣＵ７０は、空気を高圧で供給するべく、背圧弁４３の開度は小さく制御される。

＜電力消費系＞
電力消費系は、走行モータ５１と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit）と、高圧バッテリ５３とを備えている。走行モータ５１は、ＶＣＵ５２を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。高圧バッテリ５３はＶＣＵ５２に接続されている。なお、走行モータ５１とＶＣＵ５２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。

走行モータ５１は、燃料電池自動車の動力源となる外部負荷である。
ＶＣＵ５２は、ＥＣＵ７０から送られる指令電流に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御（制限）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。すなわち、ＶＣＵ５２への指令電流が大きくなると、燃料電池スタック１０から取り出される電流が大きくなり、燃料電池スタック１０で消費される水素及び空気の消費量が多くなる。つまり、燃料電池スタック１０による水素の消費量を制御する消費量制御手段は、ＶＣＵ５２とＥＣＵ７０とを備えて構成されている。
また、ＶＣＵ５２は、高圧バッテリ５３の電力を制御、つまり、高圧バッテリ５３の充電／放電を制御する機能も備えている。

＜ＩＧ等＞
ＩＧ６１は、燃料電池システム及び燃料電池自動車の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。そして、ＩＧ６１は、ＯＮ信号（発電開始信号）、ＯＦＦ信号（発電停止信号）をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
警告ランプ６２ａは、第１減圧弁２３が故障していると判定される場合、運転者に故障を知らせるために点灯するランプであり、インストルメントパネルに配置されている。
また、警告ランプ６２ｂは、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定される場合、運転者にそのオフセット異常を知らせるために点灯するランブであり、同じくインストルメントパネルに配置されている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１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いる。そして、ＥＣＵ７０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を適宜に制御するようになっている。
また、ＥＣＵ７０は、第１圧力センサ３１から入力される実測圧力値Ｐ１と、第２圧力センサ３２から入力される実測圧力値Ｐ２とに基づいて、第１減圧弁２３が故障しているか否か、および第２圧力センサ３２がオフセット異常であるか否かを判定する機能を備えている。

そのための機能として、ＥＣＵ７０は、図２に示すように、第２圧力センサ３２がオフセット異常であるか否かを判定する異常判定手段７１と、第１減圧弁２３が有する圧力調整機能の故障を判定する故障判定手段７２と、燃料電池システム１のフェールセーフ動作に移行させる異常対応制御手段７３と、故障判定手段７２による圧力調整機能の故障の判定を禁止する禁止手段７４とを備えている。

異常判定手段７１は、第１圧力センサ３１により検出された実測圧力値Ｐ１と、第２圧力センサ３２により検出された実測圧力値Ｐ２とを比較し、実測圧力値Ｐ１よりも実測圧力値Ｐ２が高いときに、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定する。通常、実測圧力値Ｐ２は、第１減圧弁２３が故障した場合でも、水素タンク２１における実測圧力値Ｐ１よりも高くなることはなく、実測圧力値Ｐ１と同じかあるいはそれよりも低い値となる。このため、前記のように、実測圧力値Ｐ１よりも実測圧力値Ｐ２が高くなる状態では、第２圧力センサ３２のオフセット異常が考えられ、このような状態となったときには、異常判定手段７１が、第２圧力センサ３２のオフセット異常であると判定している。

故障判定手段７２は、第１圧力センサ３１により検出された実測圧力値Ｐ１と、第２圧力センサ３２により検出された実測圧力値Ｐ２とから、第１減圧弁２３が有する圧力調整機能の故障を判定するようになっている。例えば、実測圧力値Ｐ１が第１減圧弁２３の設定圧Ｐ３よりも大きい場合に、実測圧力値Ｐ２が、設定値Ｐ３よりも大きいときには、第１減圧弁２３の圧力調整機能が故障していると判定する。

異常対応制御手段７３は、故障判定手段７２により、第１減圧弁２３の圧力調整機能が故障していると判定された際に、燃料電池システム１のフェールセーフ動作に移行させる機能を有する。フェールセーフ動作としては、例えば、燃料電池システム１の動作停止（ＩＧ６１のオフ）や、第１遮断弁２２、第２遮断弁２４の開閉を制御することで、高圧の水素の減圧を行い、燃料電池システム１をある程度継続して運転させる等が挙げられる。

禁止手段７４は、異常判定手段７１により第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定された際に、故障判定手段７２による圧力調整機能の故障の判定を禁止する機能を備えている。これにより、第２圧力センサ３２がオフセット異常であるときには、第１減圧弁２３の圧力調整機能の故障が判定されなくなり、異常対応制御手段７３による燃料電池システム１のフェールセーフ動作への移行が防止される。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について、図３を主に参照しつつ適宜各図を参照して説明する。
なお、ＩＧ６１がオンされ、このオン信号を検知したＥＣＵ７０は、起動時の各種処理を実行し、例えば、アノード内の水素をフレッシュな水素に置き換え、水素濃度を高める操作であるＯＣＶパージを実行する。そして、ＯＣＶパージの完了により燃料電池スタック１０が発電を開始すると、図３のフローチャートの処理が開始する。すなわち、ＥＣＵ７０は、コンタクタをオン状態にするとともに、ＶＣＵ５２に対して燃料電池スタック１０から電流を取り出す指令を発する。

ステップＳ１において、ＥＣＵ７０は、第１遮断弁２２に開指令を送り、第１遮断弁２２を開くように制御する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ７０は、第１圧力センサ３１から入力された実測圧力値Ｐ１を取得し、内部メモリ等に記憶する。なお、以下では、第１圧力センサ３１が故障をしていないことを前提に処理を説明するが、仮に、取得した実測圧力値Ｐ１が、ＥＣＵ７０に予め記憶された所定の圧力の範囲内にないときには、第１圧力センサ３１が故障をしていると判定して、その旨を図示しない警告ランプの点灯等により告知するとともに、燃料電池システム１の運転を停止したり、フェールセーフ動作に移行したりする制御を行う。この場合、第１圧力センサ３１が故障していると判定されても、例えば、後記するステップＳ３において取得した第２圧力センサ３２の実測圧力値Ｐ２が、第１減圧弁２３の設定圧Ｐ３であるときには、燃料電池システム１の運転に支障を来たさないので、この実測圧力値Ｐ２を監視しながら燃料電池システム１の運転を継続することも可能である。

ステップＳ３において、ＥＣＵ７０は、第２圧力センサ３２から入力された実測圧力値Ｐ２を取得し、内部メモリ等に記憶する。

ステップＳ４において、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１が第２圧力センサ３２の検出レンジの範囲に有るか否かがＥＣＵ７０によって判定される。例えば、実測圧力値Ｐ１が、第２圧力センサ３２の検出レンジである０〜５ＭＰａの範囲に有るか否かが判定される。

実測圧力値Ｐ１が第２圧力センサ３２の検出レンジの範囲に有ると判定した場合（Ｓ４・Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進み、ＥＣＵ７０により実測圧力値Ｐ２が実測圧力値Ｐ１よりも大きいか否かを判定する。また、ステップＳ４において、実測圧力値Ｐ１が第２圧力センサ３２の検出レンジの範囲に無いと判定した場合（Ｓ４・Ｎｏ）にはステップＳ１０に進む。

ステップＳ５において、実測圧力値Ｐ２が実測圧力値Ｐ１よりも大きいと判定した場合（Ｓ５・Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、異常判定手段７１が、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定する。そして、ステップＳ７に進み、ＥＣＵ７０の禁止手段７４が、故障判定手段７２による圧力調整機能の故障の判定を禁止する。つまり、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定されると、第１減圧弁２３の圧力調整機能の故障の判定が禁止されることとなり、異常対応制御手段７３による燃料電池システム１のフェールセーフ動作への移行が阻止されることとなる。これによって、第１減圧弁２３の故障の誤判定に基づく不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。この場合には、例えば、燃料電池スタック１０の運転が継続される等の処理がなされる。そして、ステップＳ８に進み、第２圧力センサ３２がオフセット異常であることを告知する警告ランプ６２ｂが点灯する。

このように、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定された場合、水素タンク２１の内圧は、第２圧力センサ３２の検出レンジに有る（検出レンジまで落ちている）ので、下流側の第２減圧弁２５による圧力調整によって、燃料電池スタック１０に送る水素の圧力制御を好適に行うことが可能である。つまり、第２減圧弁２５による圧力制御によって燃料電池スタック１０の好適な運転が可能である。

ところで、前記のように第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定されたときに、禁止手段７４によって、第１減圧弁２３の圧力調整機能の故障の判定が禁止されることとなるが、このときに、第１減圧弁２３が実際に故障をしている場合も想定される。
そこで、そのような想定に対応するために、第１減圧弁２３と第２減圧弁２５とのそれぞれの調圧特性から、第２圧力センサ３２のオフセット異常を判定することが可能な圧力範囲を検出レンジとして定めるようにしてもよい。この場合には、第２減圧弁２５の減圧特性を考慮して、第２圧力センサ３２の検出レンジの最大値よりも低い圧力（第２減圧弁２５の減圧設定値）に検出レンジを定め、水素タンク２１内の圧力である実測圧力値Ｐ１が、この検出レンジの範囲に下がったことを条件として、第２圧力センサ３２のオフセット異常が判定されるようにしてもよい。

この場合、検出レンジは、前記した第２圧力センサ３２を基準としたときよりも狭まるものの、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定されると、第１減圧弁２３の圧力調整機能の故障の判定が禁止されることとなるので、異常対応制御手段７３による燃料電池システム１のフェールセーフ動作への移行が阻止されることとなる。これによって、第１減圧弁２３の故障の誤判定に基づく不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。

フローチャートの説明に戻る。ステップＳ５において、実測圧力値Ｐ２が実測圧力値Ｐ１よりも大きくなっていないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ９に進み、ＥＣＵ７０が、第２圧力センサ３２がオフセット異常ではないと判定する。そして、ステップＳ１０に進み、ＥＣＵ７０が、第１減圧弁２３の設定圧Ｐ３よりも実測圧力値Ｐ２が大きいか否かを判定する。

第１減圧弁２３の設定圧Ｐ３よりも実測圧力値Ｐ２が大きいと判定した場合（Ｓ１０・Ｙｅｓ）、故障判定手段７２が第１減圧弁２３の圧力調整機能が故障していると判定する。そして、ステップＳ１２に進み、第１減圧弁２３の圧力調整機能が故障していることを告知する警告ランプ６２ａが点灯する。

そして、ステップＳ１３において、異常対応制御手段７３が、燃料電池システム１をフェールセーフ動作へ移行する。異常対応制御手段７３は、例えば、燃料電池システム１の動作停止（ＩＧ６１のオフ）や、第１遮断弁２２、第２遮断弁２４の開閉を制御することで、高圧の水素の減圧を行い、燃料電池システム１がある程度継続して運転されるように制御する。

一方、ステップＳ１０において、第１減圧弁２３の設定圧Ｐ３よりも実測圧力値Ｐ２が大きくないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１４に進み、故障判定手段７２が、第１減圧弁２３の圧力調整機能が正常であると判定する。この場合には、ステップＳ２に戻り、これ以降のフローが繰り返される。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、異常判定手段７１は、第１圧力センサ３１により検出された実測圧力値Ｐ１と、第２圧力センサ３２により検出された実測圧力値Ｐ２とを比較し、実測圧力値Ｐ１よりも実測圧力値Ｐ２が高いときに、第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定するので、第２圧力センサが３２オフセット異常であることを確実に検知することができ、このオフセット異常による第１減圧弁２３の故障の誤判定を無くすことができる。したがって、この故障の誤判定に基づく不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。

また、異常判定手段７１により第２圧力センサ３２がオフセット異常であると判定された際に、禁止手段７４が、故障判定手段７２による圧力調整機能の故障の判定を禁止するようになっているので、異常対応制御手段７３による燃料電池システム１のフェールセーフ動作への移行が確実に阻止されることとなり、第１減圧弁２３の故障の誤判定に基づく不要なフェールセーフ動作への移行を確実に回避することができる。

なお、第２圧力センサ３２が、オフセット異常と判定された場合には、そのオフセット異常をＥＣＵ７０等に記憶するように構成することで、その記憶されたデータに基づいて、第２圧力センサ３２の交換や修理等を行うことができる。

また、第１圧力センサ３１と第２圧力センサ３２との圧力の比較には、第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１に検出誤差を考慮した所定値を加算するようにして、これを第１圧力センサ３１の実測圧力値Ｐ１として用いるようにしてもよい。このようにすることによって、検出誤差による誤判定を防止することができ、より確実なオフセット異常の判定、および第１減圧弁２３の故障判定を確実に行うことができる。これによって、不要なフェールセーフ動作への移行をより一層確実に回避することのできる燃料電池システム１が得られる。

前記した実施形態では、燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１に、本発明を適用した場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システム、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに適用してもよい。また、その他のシステムに適用してもよい。

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。本実施形態に係る燃料電池システムの主要部の構成を示すブロック図である。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。

符号の説明

１燃料電池システム
１０燃料電池スタック
２１水素タンク（反応ガスタンク）
２３第１減圧弁（レギュレータ）
３１第１圧力センサ
３２第２圧力センサ
６２ａ警告ランプ
６２ｂ警告ランプ
７０ＥＣＵ
７１異常判定手段
７２故障判定手段
７３異常対応制御手段
７４禁止手段
Ｐ１実測圧力値
Ｐ２実測圧力値
Ｐ３設定圧

Claims

反応ガスを収容する反応ガスタンクと、
前記反応ガスタンクからの反応ガスの圧力を調整する圧力調整機能を備えたレギュレータと、
前記レギュレータにより圧力調整された反応ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記レギュレータの一次側の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記レギュレータの二次側の圧力を検出する第２圧力センサと、を備え、
前記第１圧力センサにより検出された圧力値が前記第２圧力センサの検出レンジの範囲に有るか否かを判定し、その範囲に有ると判定した場合に、前記第１圧力センサにより検出された圧力値と、前記第２圧力センサにより検出された圧力値とを比較し、
前記第１圧力センサにより検出された圧力値よりも前記第２圧力センサにより検出された圧力値が高いときに、前記第２圧力センサがオフセット異常であると判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
前記レギュレータの圧力調整機能の故障を判定する故障判定手段を備え、
前記異常判定手段は、前記第１圧力センサにより検出された圧力値が前記第２圧力センサの検出レンジの範囲にないと判定した場合に、前記第２圧力センサのオフセット異常を判定しないようになっており、
前記故障判定手段は、前記異常判定手段が前記検出レンジの範囲にないと判定した場合に、前記第２圧力センサにより検出された圧力値が前記レギュレータの設定圧よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合に、前記レギュレータの圧力調整機能が故障していると判断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。
前記第１圧力センサにより検出された圧力値と、前記第２圧力センサにより検出された圧力値とから、前記レギュレータの圧力調整機能の故障を判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段により、前記レギュレータの圧力調整機能の故障が判定された際に、システムのフェールセーフ動作に移行させる異常対応制御手段と、を備え、
前記異常判定手段により前記第２圧力センサがオフセット異常であると判定された際に、
前記故障判定手段による圧力調整機能の故障の判定を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。