JP5518670B2 - 燃料電池システムのクロスリーク検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、アノード側に燃料ガスが供給される一方、カソード側に酸化剤ガスが供給されて発電する複数のセルが積層された燃料電池と、１の前記セル毎又は２以上の前記セルを含むセルユニット毎にセル電圧を検出するセル電圧検出部とを備える燃料電池システムのクロスリーク検出方法に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池では、例えば、固体高分子電解質膜に損傷が発生してカソード側からアノード側に酸化剤ガス（酸素）が流入する、所謂、クロスリークが発生する場合がある。アノード側では、燃料ガスである水素に酸素が混在することにより、前記水素が固体高分子電解質膜に接する面積が減少するとともに、前記酸素と前記水素との反応により該水素が減少し、セル電圧が低下するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極とが電解質膜を挟んで対向配置されてなる燃料電池セルを複数積層して構成され、前記燃料電池セルの燃料極に水素を含有する燃料ガスが供給され、前記燃料電池セルの酸化剤極に酸素を含有する酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの燃料極に供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段と、前記燃料電池セルの酸化剤極に供給される酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整手段と、前記燃料電池セルの電圧を各燃料電池セル毎又は複数の燃料電池セルからなるセル群毎に計測するセル電圧計測手段と、前記燃料ガス圧力調整手段と前記酸化剤ガス圧力調整手段との少なくとも一方を制御して、前記燃料電池セルの燃料極と酸化剤極との間に燃料極側の圧力の方が酸化剤極側の圧力よりも高くなる差圧を発生させ、且つ、当該差圧の大きさを変化させる差圧制御手段と、前記差圧制御手段が前記差圧を単調増加させている間に、前記セル電圧計測手段により計測される前記燃料電池セルの電圧挙動に基づいて、電解質膜を介して燃料極側から酸化剤極側へとガスが流入しているリークセルの有無を判定するリーク判定手段とを備えることを特徴としている。

特開２００９−１５８３７１号公報

上記の特許文献１では、異常なセル電圧の低下速度が、正常なセル電圧の低下速度よりも速くなることから、リークセル（クロスリークが発生したセル）の有無を判定している。

しかしながら、セル電圧の低下は、クロスリークの場合の他に、ガス流路に水が滞留することによるフラッディングの場合にも発生している。このため、燃料電池セルには、単にフラッディングが発生しているのに関わらず、クロスリークが発生していると誤認し、前記燃料電池セルを交換する作業が行われるという問題がある。フラッディングの場合には、掃気処理、パージ処理又はガス流量の増量等により解消させることができ、引き続き燃料電池セルを経済的に使用することが可能になるからである。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、クロスリークによるセル電圧の低下とフラッディングによるセル電圧の低下とを、簡単且つ確実に判別することが可能な燃料電池システムのクロスリーク検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、アノード側に燃料ガスが供給される一方、カソード側に酸化剤ガスが供給されて発電する複数のセルが積層された燃料電池と、１の前記セル毎又は２以上の前記セルを含むセルユニット毎にセル電圧を検出するセル電圧検出部とを備える燃料電池システムのクロスリーク検出方法に関するものである。

このクロスリーク検出方法は、システム起動時、システム停止時又はアイドルストップ時のいずれかの状態で、セル又はセルユニットのセル電圧を検出する工程と、検出された最低セル電圧が、閾値以下であるか否かを判定する工程と、前記最低セル電圧が、前記閾値以下であると判定された際、前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットの周辺で検出されたセル電圧が、該最低セル電圧から離間する方向に向かって昇圧される傾斜電圧パターンを形成するか否かを判定する工程と、前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットの周辺で検出されたセル電圧が、前記傾斜電圧パターンを形成すると判定された際、該最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットにクロスリークが惹起されたと判定する工程と、クロスリークが惹起されたと判定された際、少なくともアノード側又はカソード側のガス供給流路中のガスを入れ替える工程と、前記ガスの入れ替えを行った後、前記最低セル電圧が、前記閾値以下であるか否かを判定する工程と、前記最低セル電圧が、前記閾値を超えていると判定された際、クロスリーク判定をリセットする工程とを有している。

さらにまた、このクロスリーク検出方法では、最低セル電圧が検出されたセル又はセルユニットが、燃料電池の積層方向端部に配置されている際、クロスリークが惹起されていないと判定することが好ましい。

また、このクロスリーク検出方法では、最低セル電圧が検出されたセル又はセルユニットに隣接して、最低セル電圧の次に低圧な第１セル電圧と、前記第１セル電圧の次に低圧な第２セル電圧とが検出された際、クロスリークが惹起されていると判定することが好ましい。

さらに、このクロスリーク検出方法では、システム起動時、システム停止時又はアイドルストップ時には、燃料電池のディスチャージ処理を行うとともに、セル電圧を検出することが好ましい。

本発明によれば、閾値以下の最低セル電圧が検出されたセル又はセルユニットの周辺のセル電圧が、前記最低セル電圧から離間する方向に向かって昇圧される傾斜電圧パターンを形成する際、該最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットにクロスリークが惹起されたと判定している。このため、クロスリークによるセル電圧の低下とフラッディングによるセル電圧の低下とを、簡単且つ確実に判別することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 前記燃料電池システムを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るクロスリーク検出方法を説明するフローチャートである。 前記フローチャートのクロスリーク判定処理のサブルーチンである。 クロスリークの場合のセル電圧の説明図である。 フラッディングの場合のセル電圧の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るクロスリーク検出方法を説明するフローチャートである。

図１に示すように、本発明の実施形態に燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）と、前記燃料電池システム１０全体を制御するコントローラ１８とを備える。この燃料電池システム１０は、例えば、図示しない燃料電池車両に搭載される。

燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セル２０を積層して構成される。燃料電池セル２０の積層方向両端には、ターミナルプレート２２ａ、２２ｂ、絶縁プレート２４ａ、２４ｂ及びエンドプレート２６ａ、２６ｂが配設され、前記エンドプレート２６ａ、２６ｂ間には、積層方向に締め付け荷重が付与される。

図２に示すように、燃料電池セル２０は、電解質膜・電極構造体３０が、第１及び第２セパレータ３２、３４に挟持される。第１及び第２セパレータ３２、３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属プレートやカーボンプレート等により構成される。

燃料電池セル２０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

燃料電池セル２０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

燃料電池セル２０の矢印Ｃ方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ、及び前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。

第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。

第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４４が設けられる。

互いに隣接する燃料電池セル２０を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。

第１セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、第１シール部材４８が、一体的又は個別に設けられるとともに、第２セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、第２シール部材５０が、一体的に又は個別に設けられる。

第１及び第２シール部材４８、５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード側電極５４及びアノード側電極５６とを備える。

カソード側電極５４及びアノード側電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成されている。

第１セパレータ３２は、長辺の中央部に一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂの間（又は一対の冷却媒体入口連通孔４０ａの間）に位置して、外方に突出するセル電圧監視用端子５８が金属プレートに一体に形成される。セル電圧監視用端子５８は、各燃料電池セル２０毎に設けられているが、２以上の前記燃料電池セル２０を含むセルユニット毎に設けられていてもよい。

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ（ポンプ又はスーパーチャージャでも可）６０を備え、前記エアコンプレッサ６０が空気供給流路６２に配設される。空気供給流路６２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連通するとともに、前記空気供給流路６２の途上から空気分岐流路６４ａ、６４ｂが分岐される。

空気分岐流路６４ａ、６４ｂには、開閉弁６６ａ、６６ｂが配設される。空気分岐流路６４ａは、希釈ボックス（排出ガスを空気により希釈する）６８に連通する一方、空気分岐流路６４ｂは、後述するように、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する。

酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連通する空気排出流路７０を備える。この空気排出流路７０には、燃料電池スタック１２に供給される空気の流量を制御するための背圧制御弁７１が接続される。空気排出流路７０は、希釈ボックス６８に接続される。

燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク７２を備え、この水素タンク７２は、水素供給流路７４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する。水素供給流路７４には、レギュレータ７６、エゼクタ７８及び水素ポンプ８０が設けられるとともに、前記エゼクタ７８と前記水素ポンプ８０との間には、空気分岐流路６４ｂが接続される。

燃料ガス供給装置１６は、燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する燃料ガス排出流路８２を備える。燃料ガス排出流路８２は、気液分離器８４を介装するとともに、エゼクタ７８に接続される。

燃料ガス排出流路８２の途上から分岐流路８６ａ、８６ｂが分岐され、前記分岐流路８６ａは、パージ弁８８ａを介装して希釈ボックス６８に接続される一方、前記分岐流路８６ｂは、エア排出弁８８ｂを介装して前記希釈ボックス６８に接続される。気液分離器８４には、ドレイン流路９０が接続される。このドレイン流路９０は、ドレイン弁８８ｃを介装して希釈ボックス６８に接続される。

燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池セル２０のセル電圧監視用端子５８には、コネクタ９２が接続されるとともに、前記コネクタ９２は、ケーブル９４を介してセル電圧モニタ（セル電圧測定装置）９６に接続される。このセル電圧モニタ９６は、コントローラ１８に接続される。

コントローラ１８は、システム起動時、システム停止時又はアイドルストップ時のいずれかの状態で、燃料電池セル２０の各セル電圧を検出するセル電圧検出部９８と、検出された最低セル電圧が、閾値以下であるか否かを判定する最低セル電圧判定部１００と、前記最低セル電圧が検出された前記燃料電池セル２０の周辺で検出されたセル電圧が、該最低セル電圧から離間する方向に向かって昇圧される傾斜電圧パターン（後述する）を形成する際、該最低セル電圧が検出された前記燃料電池セル２０にクロスリークが惹起されたと判定するクロスリーク判定部１０２と、アノード側のガスを燃料ガスから酸化剤ガスにガス入れ替えを行うか否かを判断するガス入れ替え判断部１０４とを備える。

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、第１の実施形態に係るクロスリーク検出方法との関連で、図３に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

先ず、図示しないイグニッションスイッチがオンされると（ステップＳ１）、燃料電池システム１０の起動時に、電流を取り出さない状態で、燃料電池セル２０のセル電圧、すなわち、開回路電圧（ＯＣＶ）が検出されたか否かが判断される（ステップＳ２）。ＯＣＶチェックが行われた、すなわち、システム起動時であると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んでクロスリーク判定処理が行われる。システム起動時には、燃料電池スタック１２のディスチャージ処理が行われる。クロスリーク判定処理は、図４に示されている。

一方、ＯＣＶチェックが行われないと判断されると（ステップＳ２中、ＮＯ）、ステップＳ４に進んで、アイドルストップか否かが判断される。アイドルストップ時とは、停車中に燃料ガス供給装置１６から燃料電池スタック１２に燃料ガスの供給を停止している状態をいう。そして、アイドルストップ時であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、燃料電池スタック１２のディスチャージ処理が行われるとともに、ステップＳ３のクロスリーク判定処理が行われる。

ＯＣＶチェックでは、セル電圧モニタ９６により各燃料電池セル２０毎の開回路電圧（以下、セル電圧ともいう）が検出され、この検出結果は、コントローラ１８のセル電圧検出部９８に送られる。セル電圧検出部９８では、燃料電池スタック１２内の各燃料電池セル２０毎に、それぞれのセル電圧をそれぞれの積層位置に対応して検出する。

そこで、セル電圧検出部９８により検出されたセル電圧の中、最低セル電圧が、閾値以下であると判断されると（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、最低セル電圧が検出された燃料電池セル２０の周辺で検出されたセル電圧が、前記最低セル電圧から離間する方向に向かって昇圧される傾斜電圧パターンを形成するか否かを判定する。

図５に示すように、最低セル電圧Ｖlowは、閾値電圧Ｖset以下であるとともに、この最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０の積層方向両側に配置されているそれぞれ複数の燃料電池セル２０の検出電圧Ｖは、前記積層方向両側に向かうに従って略Ｖ字状のパターン（傾斜電圧パターン）で昇圧されている。

ステップＳ１２では、具体的には、最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０の積層方向両側に隣接して、それぞれ最低セル電圧Ｖlowの次に低圧な第１セル電圧と、前記第１セル電圧の次に低圧な第２セル電圧とが検出された際（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。

従って、クロスリーク判定部１０２は、燃料電池セル２０にクロスリークが惹起されたと判定し、クロスリークが確定される。そして、ステップＳ１４に進む。一方、ステップＳ１１において、最低セル電圧が、閾値以下でないと判断されると（ステップＳ１１中、ＮＯ）、直接、ステップＳ１４に進む。

また、図６に示すように、最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０の積層方向両側の燃料電池セル２０のセル電圧が、正常である際には（ステップＳ１２中、ＮＯ）、ステップＳ１４に進む。これは、単一の燃料電池セル２０にのみフラッディングが発生しており、他の燃料電池セル２０は、通常運転可能な状態を示している。

一方、図５に示す状態は、クロスリークが発生しており、例えば、カソード側からアノード側に酸素が流入することによって、前記アノード側では、燃料ガスである水素に酸素が混在してしまう。これにより、水素が固体高分子電解質膜５２に接する面積が減少するとともに、前記酸素と前記水素との反応により該水素が減少し、最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０に隣接する燃料電池セル２０のセル電圧も低下する。このため、検出電圧Ｖが略Ｖ字状の傾斜電圧パターンを示すことになる。

特に、システム起動時又はアイドルストップ時の状態で、燃料電池スタック１２のディスチャージ処理が行われている。従って、ストイキ比（供給反応ガス量と実際に消費される反応ガス量との比）が低い状態で、ディスチャージされており、クロスリークにより酸素と水素とが混在してストイキ比がさらに低下した部位では、抵抗値が大きくなって検出電圧Ｖの電圧挙動が一層顕著になる。これにより、クロスリークの検知精度が良好に向上するという利点がある。

ステップＳ１４では、クロスリークの判定結果があり、且つアノード掃気が実施されたか否かが判断される。このアノード掃気は、図１に示すように、空気分岐流路６４ｂに配置されている開閉弁６６ｂが開放された状態で、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアコンプレッサ６０が駆動される。

従って、エアコンプレッサ６０により圧送される空気（酸化剤ガス）は、水素供給流路７４から燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。このため、燃料電池スタック１２内では、空気が各燃料電池セル２０の燃料ガス流路４４を流通して燃料ガス出口連通孔３８ｂから排出される。これにより、アノード掃気が行われる。

クロスリークの判定結果があり、且つアノード掃気が実施されたと判断されると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進んで、再度、クロスリークがあると判定されたか否かが判断される。このステップＳ１５では、上記のステップＳ１１及びステップＳ１２と同様の工程が行われる。

そして、クロスリークがあると判定されると（ステップＳ１５中、ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進んで、クロスリークが確定される。一方、クロスリークがないと判定されると（ステップＳ１５中、ＮＯ）、ステップＳ１７に進んで、クロスリークの確定がリセットされる。なお、クロスリークが確定された際には、燃料電池車両のメータ類等に警告を表示し、ユーザに故障を通知することが好ましい。

上記のクロスリーク判定処理が終了すると、図３中、ステップＳ５に進んで、燃料電池スタック１２が発電中であるか否かが判断される。燃料電池スタック１２の発電時には、図１に示すように、燃料ガス供給装置１６を構成する水素タンク７２から水素供給流路７４に燃料ガス（水素ガス）が供給される。この燃料ガスは、レギュレータ７６で減圧された後、エゼクタ７８及び水素ポンプ８０から燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。

このため、燃料ガス流路４４に充填されている空気は、燃料ガスに伴って前記燃料ガス流路４４から燃料ガス出口連通孔３８ｂを通って燃料ガス排出流路８２に排出される。排出された空気及び燃料ガスは、必要に応じて希釈ボックス６８に送られる。

そして、この燃料ガスの供給が開始されて所定の時間だけ経過した後、各酸化剤ガス流路４２への酸化剤ガスの供給が開始される。所定の時間とは、燃料ガス流路４４が燃料ガスにより置換されるのに要する時間であり、予め時間を計測することにより設定される。

酸化剤ガス供給装置１４では、エアコンプレッサ６０が駆動されるため、空気（酸化剤ガス）は、空気供給流路６２から燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。従って、空気は、図２に示すように、各酸化剤ガス入口連通孔３６ａから各酸化剤ガス流路４２に供給される。酸化剤ガス流路４２から排出される空気は、空気排出流路７０を通って希釈ボックス６８に送られる（図１参照）。

これにより、図２に示すように、電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極５４に供給される空気と、アノード側電極５６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極５６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って排出される。この燃料ガスは、燃料ガス排出流路８２に排出され、気液分離器８４でガス成分と水分とに分離される。ガス成分は、エゼクタ７８に吸引されることにより、燃料ガスとして燃料電池スタック１２に供給される。

一対の冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４間の冷却媒体流路４６に導入される。冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂに排出される。

そして、燃料電池スタック１２による発電が停止されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、クロスリーク判定の結果がバックアップされる。これにより、燃料電池セル２０には、フラッディングではなく、クロスリークが発生していることが確実に識別される。

この場合、第１の実施形態では、システム起動時又はアイドルストップ時の状態で、図５に示すように、閾値Ｖset以下の最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０の積層方向両側に配置されているそれぞれ複数の燃料電池セル２０の検出電圧Ｖが、前記積層方向両側に向かうに従って略Ｖ字状のパターン（傾斜電圧パターン）で昇圧されている際、クロスリークが惹起されたと判定している。

このため、クロスリークによるセル電圧の低下（図５参照）と、フラッディングによるセル電圧の低下（図６参照）とを、簡単且つ確実に判別することが可能になる。従って、燃料電池セル２０に、単にフラッディングが発生しているのに関わらず、クロスリークが発生していると誤認し、前記燃料電池セル２０を交換する作業が行われることを確実に阻止することができる。これにより、燃料電池システム１０全体を効率的且つ経済的に運転制御することが可能になるという効果が得られる。

しかも、クロスリークが惹起されたと判定された際（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進んで、アノード掃気が実施された後、ステップＳ１５に進んで、再度、クロスリークがあるか否かが判定されている。このため、アノード掃気によりフラッディング状態が解消されるため、クロスリーク判定が一層精度よく遂行されるという利点が得られる。

ここで、ステップＳ１４では、アノード掃気が行われているが、これに限定されるものではない。例えば、パージ弁８８ａを開放して分岐流路８６ａからパージ処理を行った後、ステップＳ１１の判断を行ってもよく、また、ドレイン弁８８ｃを開放してドレイン流路９０から排水した後、ステップＳ１１の判断を行ってもよい。また、カソード側の空気供給量を増量した後、あるいは、アノード側の燃料ガス流量を増量した後、ステップＳ１１の判断を行ってもよい。

さらに、第１の実施形態では、セル電圧検出部９８が、燃料電池スタック１２内の各燃料電池セル２０毎に、それぞれのセル電圧をそれぞれの積層位置に対応して検出している。従って、最低セル電圧が検出された燃料電池セル２０が、燃料電池スタック１２の積層方向端部に配置されている際、クロスリークが惹起されていないと判定することができる。

燃料電池スタック１２の積層方向端部に配置されている燃料電池セル２０は、他の燃料電池セル２０に比べて温度低下が惹起され易く、フラッディングが発生し易い。これにより、予めフラッディングが発生したと判定することにより、クロスリーク判定が容易に遂行されるという効果がある。

さらにまた、最低セル電圧Ｖlowが検出された燃料電池セル２０の積層方向両側に隣接して、それぞれ最低セル電圧Ｖlowの次に低圧な第１セル電圧と、前記第１セル電圧の次に低圧な第２セル電圧とが検出された際、クロスリークが発生したと判定している。このため、クロスリーク判定が一層確実に遂行されるという利点がある。

次いで、本発明の第２の実施形態に係るクロスリーク検出方法について、図７に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

先ず、図示しないイグニッションスイッチがオフされると（ステップＳ２１）、ステップＳ２２に進んで、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）監視が行われているか否かが判断される。ＲＴＣ監視が行われていると判断されると（ステップＳ２２中、ＹＥＳ）、すなわち、システム停止時であると判断されると、所定の時間が経過した後、ステップＳ２３に進んで、燃料電池スタック１２のディスチャージ処理が行われるとともに、クロスリーク判定処理が行われる。クロスリークが発生した際には、ガス供給停止後の時間の経過に伴って、電圧の挙動（低下）が顕著になり、クロスリーク判定が確実に遂行されるからである。

なお、ステップＳ２３の処理は、図４に示すステップＳ１１〜ステップＳ１７と同一の処理が行われる。次いで、ステップＳ２４に進んで、クロスリーク判定の結果がバックアップされる。

また、ＲＴＣ監視が行われていないと判断されると（ステップＳ２２中、ＮＯ）、ステップＳ２５に進んで、アノード掃気が実施されたか否かが判断される。アノード掃気が実施されていないと判断されると（ステップＳ２５中、ＮＯ）、ステップＳ２３に移行する一方、アノード掃気が実施されたと判断されると（ステップＳ２５中、ＹＥＳ）、ステップＳ２６に進んで、アノード掃気実施済みのバックアップがなされる。

この第２の実施形態では、クロスリーク判定処理が遂行されており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、システム起動時、システム停止時又はアイドルストップ時に、燃料電池スタック１２のディスチャージ処理が行われていればよく、このディスチャージ処理のタイミングは、種々変更可能である。また、ディスチャージ処理は、必要に応じて行えばよい。

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １６…燃料ガス供給装置
１８…コントローラ ２０…燃料電池セル
３０…電解質膜・電極構造体 ３２、３４…セパレータ
３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３８ａ…燃料ガス入口連通孔 ３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４２…酸化剤ガス流路 ４４…燃料ガス流路
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード側電極
５６…アノード側電極 ５８…セル電圧監視用端子
６０…エアコンプレッサ ６２…空気供給流路
６４ａ、６４ｂ…空気分岐流路 ６６ａ、６６ｂ…開閉弁
６８…希釈ボックス ７０…空気排出流路
７１…背圧制御弁 ７２…水素タンク
７４…水素供給流路 ７８…エゼクタ
８６ａ、８６ｂ…分岐流路 ８８ａ…パージ弁
８８ｂ…エア排出弁 ８８ｃ…ドレイン弁
９０…ドレイン流路 ９６…セル電圧モニタ
９８…セル電圧検出部 １００…最低セル電圧判定部
１０２…クロスリーク判定部 １０４…ガス入れ替え判断部

Claims (4)

1. アノード側に燃料ガスが供給される一方、カソード側に酸化剤ガスが供給されて発電する複数のセルが積層された燃料電池と、
   １の前記セル毎又は２以上の前記セルを含むセルユニット毎にセル電圧を検出するセル電圧検出部と、
   を備える燃料電池システムのクロスリーク検出方法であって、
   システム起動時、システム停止時又はアイドルストップ時のいずれかの状態で、前記セル又は前記セルユニットのセル電圧を検出する工程と、
   検出された最低セル電圧が、閾値以下であるか否かを判定する工程と、
   前記最低セル電圧が、前記閾値以下であると判定された際、前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットの周辺で検出されたセル電圧が、該最低セル電圧から離間する方向に向かって昇圧される傾斜電圧パターンを形成するか否かを判定する工程と、
   前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットの周辺で検出されたセル電圧が、前記傾斜電圧パターンを形成すると判定された際、該最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットにクロスリークが惹起されたと判定する工程と、
   クロスリークが惹起されたと判定された際、少なくとも前記アノード側又は前記カソード側のガス供給流路中のガスを入れ替える工程と、
   前記ガスの入れ替えを行った後、前記最低セル電圧が、前記閾値以下であるか否かを判定する工程と、
   前記最低セル電圧が、前記閾値を超えていると判定された際、クロスリーク判定をリセットする工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池システムのクロスリーク検出方法。
2. 請求項１記載のクロスリーク検出方法において、前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットが、前記燃料電池の積層方向端部に配置されている際、クロスリークが惹起されていないと判定することを特徴とする燃料電池システムのクロスリーク検出方法。
3. 請求項１又は２記載のクロスリーク検出方法において、前記最低セル電圧が検出された前記セル又は前記セルユニットに隣接して、最低セル電圧の次に低圧な第１セル電圧と、前記第１セル電圧の次に低圧な第２セル電圧とが検出された際、クロスリークが惹起されていると判定することを特徴とする燃料電池システムのクロスリーク検出方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロスリーク検出方法において、前記システム起動時、前記システム停止時又は前記アイドルストップ時には、前記燃料電池のディスチャージ処理を行うとともに、前記セル電圧を検出することを特徴とする燃料電池システムのクロスリーク検出方法。

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