JP6218181B2 - 燃料電池システムの開閉器故障検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムの開閉器故障検知方法に関する。

燃料電池自動車等に搭載される燃料電池システムの燃料電池には、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなるものがある。
このものは、各セルのアノードに、燃料供給路を介して燃料ガスとしての水素ガスを供給し、カソードに、酸化剤供給路を介して酸化剤ガスとしての酸素を含む空気を供給して発電を行っている。

このように構成された燃料電池においては、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。この種の燃料電池では、発電停止過程などのガス量が少ない状態で燃料電池の出力電圧が高い状態が継続すると、固体高分子電解質膜が劣化する虞があることが知られている。

また、この種の燃料電池システムを車両に適用する場合、燃料電池と並列に補助電源である蓄電装置（エネルギストレージ）を搭載してモータを駆動する構成が提案されている。これは、駆動力に応じて燃料電池システムを可変運転する際に、燃料電池システムの応答性をカバーするためと、起動時等に燃料電池システムのエアポンプ等の補機負荷に電力を供給するためと、車両減速時のモータ回生エネルギで蓄電装置を充電し、そのエネルギを加速時等のアシストとに利用することにより燃料電池車両の効率を向上させるため等である。

ところで、車両推進用のモータ等、燃料電池に比較的に大きな負荷が接続される場合、燃料電池と、この燃料電池から電気が供給される負荷との間に設けられ、燃料電池に対して負荷を接続又は遮断する開閉器（コンタクタ）について、その可動接点と固定接点とが溶着する、いわゆる閉故障を起こす虞がある。このコンタクタの閉故障を、開状態にしたコンタクタの両端（燃料電池側端、負荷側端）間の電圧（または電流）の差に基づいて検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１、および特許文献２参照）。

特開平２−５１８６８号公報 特開２００７−３０５３７２号公報

上記従来技術によればコンタクタの閉故障を、開状態にしたコンタクタの両端間に生じる電位差によって検知するが、この電位差を、燃料電池の出力電圧を維持することにより発生させている。固体高分子電解質膜の損傷を抑制するため、燃料電池の出力電圧（つまり、コンタクタの燃料電池側端の電圧）が低い状態であっても、コンタクタの閉故障検知を可能な燃料電池システムのコンタクタ故障検知方法が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、開閉器（コンタクタ）の閉故障検知に伴う固体高分子電解質膜の損傷を抑制することが可能な燃料電池システムの開閉器故障検知方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法は、膜を介したアノードの燃料およびカソードの酸化剤の反応によって発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池スタック１１）と、前記燃料電池の出力によって使用される負荷と、一端側が前記燃料電池側に接続され他端側が前記負荷側に接続されて前記燃料電池から前記負荷に対する電力の遮断と供給とを、接点の開閉によって切換える開閉器（例えば、実施の形態でのコンタクタ３０）と、一次側に前記開閉器の前記負荷側が接続され、二次側に蓄電装置が接続され、前記一次側の電圧を前記燃料電池の前記膜の劣化を抑制可能な所定の電圧にまで降圧可能な電圧変換装置（例えば、実施の形態での電圧調整器４０）と、を備え、前記燃料電池の出力を低減する過程において、前記電圧変換装置が前記一次側の電圧を前記所定の電圧にまで降圧させて前記開閉器の前記接点の閉故障検知を実施することを特徴とする。

さらに、本発明の第２の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法では、前記所定の電圧とは、前記燃料電池の出力を低減する過程において、低下する前記燃料電池の出力電圧に応じて降圧される電圧であることを特徴とする。

さらに、本発明の第３の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法では、前記燃料電池の出力を低減する過程には、前記燃料電池内の前記酸化剤の低減処理過程が含まれることを特徴とする。

本発明の第１の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法によれば、開閉器（コンタクタ）の閉故障検知に伴う固体高分子電解質膜の損傷を抑制することができる。

本発明の第２の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法によれば、開閉器（コンタクタ）の閉故障検知に伴うコンタクタ両端の電圧を、閉故障検知に適切な値にして制御することができる。

本発明の第３の発明に係る燃料電池システムの開閉器故障検知方法によれば、開閉器（コンタクタ）の閉故障検知を、燃料電池からの走行電力の供給を行わない燃料電池内の酸化剤の低減処理過程と同時に実施すること可能である。したがって、閉故障検知を行うことによって燃料電池からの電力供給が遮断されることによる走行への影響を低減することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すタイミングチャートである。

［実施形態］
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの制御方法について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成の一例を示す構成図である。本実施形態による燃料電池システム１０は、例えば、走行駆動用のモータＭおよびモータＭを制御するパワードライブユニットＰＤＵを備える車両１に電源として搭載されている。
なお、車両１は、例えばイグニッションスイッチなどのように、運転者による入力操作に応じて車両１の起動を指示する起動信号または停止を指示する停止信号を出力するスイッチ２を備えている。

燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１１と、エアポンプ１３と、コンタクタ３０と、ダイオード３５と、電流センサ３７と、電圧センサ３８と、電圧センサ３９と、電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０と、制御装置４１と、蓄電装置５０と、補機６０とを備えている。

燃料電池スタック１１は、複数の燃料電池セルが積層された積層体（図示略）と、この積層体を積層方向の両側から挟み込む一対のエンドプレート（図示略）と、を備えている。
燃料電池セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を接合方向の両側から挟み込む一対のセパレータと、を備えている。
膜電極接合体は、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）と、アノードおよびカソードによって厚さ方向の両側から挟み込まれた陽イオン交換膜などからなる固体高分子電解質膜と、を備えている。

燃料電池スタック１１のアノードには、燃料として水素を含む燃料ガス（反応ガス）が水素タンク２１から供給され、カソードには、酸化剤として酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアポンプ１３から供給される。
アノードに供給された水素は、アノード触媒上で触媒反応によりイオン化され、水素イオンは、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動する。水素イオンの移動に伴って発生する電子は直流電流として外部回路（電圧調整器４０など）に取り出し可能である。
アノードからカソードのカソード触媒上へと移動した水素イオンは、カソードに供給された酸素と、カソード触媒上の電子と反応して、水を生成する。

なお、燃料電池スタック１１の複数の燃料電池セルには、例えばＤＨＥ（Dynamic Hydrogen Electrode）などの参照電極（図示略）が接続されていてもよい。
参照電極は、例えば、水素を参照電位（０Ｖ）として、参照電位に対するアノードの電位（アノード電位）を測定して、測定結果の信号を制御装置４１に出力可能である。
参照電極は、例えば、複数の燃料電池セルの全てに設けられていてもよいし、複数の燃料電池セルのうちの所定の燃料電池セルにのみ設けられていてもよい。

エアポンプ１３は、制御装置４１により駆動制御されるモータなどを備え、このモータの駆動力によってインテイク（不図示）を介して外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気を燃料電池スタック１１に供給する。

コンタクタ３０は、正極側コンタクタ３１と、負極側コンタクタ３２と、プリチャージ抵抗３３と、プリチャージコンタクタ３４とを備える。
正極側コンタクタ３１は、燃料電池スタック１１の出力端子のうち、正極側の出力端子と電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）とを接続又は遮断する。なお、以下の説明において、この電気負荷を単に負荷とも記載する。この正極側コンタクタ３１が閉状態（オン状態）の場合、正極側の出力端子と負荷とが接続される。また、正極側コンタクタ３１が開状態（オフ状態）の場合、正極側の出力端子と負荷とが遮断される。制御装置４１は、正極側コンタクタ３１に開指令信号および閉指令信号を出力する。正極側コンタクタ３１は、制御装置４１の開指令に基づいて、開状態になる。また、正極側コンタクタ３１は、制御装置４１の閉指令に基づいて、閉状態になる。

負極側コンタクタ３２は、燃料電池スタック１１の出力端子のうち、負極側の出力端子と負荷とを接続又は遮断する。この負極側コンタクタ３２が閉状態（オン状態）の場合、負極側の出力端子と負荷とが接続される。また、負極側コンタクタ３２が開状態（オフ状態）の場合、負極側の出力端子と負荷とが遮断される。制御装置４１は、負極側コンタクタ３２に開指令信号および閉指令信号を出力する。負極側コンタクタ３２は、制御装置４１の開指令に基づいて、開状態になる。また、負極側コンタクタ３２は、制御装置４１の閉指令に基づいて、閉状態になる。

ここで、正極側コンタクタ３１が開状態（オフ状態）である場合に、正極側コンタクタ３１の両端子間に電位差が生じている場合がある。この場合に、正極側コンタクタ３１を閉状態（オン状態）にすると、この電位差によって正極側コンタクタ３１の接点に電流（図１における電流ＩＭＣ）が流れる。また、正極側コンタクタ３１を開状態から閉状態に変化させると、接点において跳躍現象（バウンシング）が発生して、一時的に接点が開く場合がある。この正極側コンタクタ３１に電流が流れている状態でバウンシングが発生すると、接点にアーク放電が発生して接点が溶着することがある。この接点の溶着が発生すると、制御装置４１が正極側コンタクタ３１に開指令を出力しても、正極側コンタクタ３１が開状態にならない。このように、制御装置４１が正極側コンタクタ３１に開指令を出力しても、正極側コンタクタ３１が開状態にならない状態を、正極側コンタクタ３１の閉故障と称する。

プリチャージ抵抗３３は、両端子のうち、第１端子が正極側コンタクタ３１の燃料電池スタック側端子と接続され、第２端子がプリチャージコンタクタ３４の第１端子と接続される。
プリチャージコンタクタ３４は、両端子のうち、第１端子がプリチャージ抵抗３３と接続され、第２端子が正極側コンタクタの負荷側端子と接続される。制御装置４１は、プリチャージコンタクタ３４に開指令信号および閉指令信号を出力する。プリチャージコンタクタ３４は、制御装置４１の開指令に基づいて、開状態になる。また、プリチャージコンタクタ３４は、制御装置４１の閉指令に基づいて、閉状態になる。

このプリチャージコンタクタ３４は、正極側コンタクタ３１が開状態である場合に、正極側コンタクタ３１の両端子間に生じる電位差を低減する。具体的には、制御装置４１は、正極側コンタクタ３１が開状態である場合に、プリチャージコンタクタ３４を閉状態にする。このとき、正極側コンタクタ３１の両端子間に生じている電位差によって、プリチャージコンタクタ３４に電流（図１における電流ＩＰＣ）が流れる。ここで、電流ＩＰＣは、プリチャージ抵抗３３を介してプリチャージコンタクタ３４に流れる。このプリチャージ抵抗３３は、電流ＩＰＣの電流値を制限する。ここで、プリチャージ抵抗３３の抵抗値は、プリチャージコンタクタ３４の接点にバウンシングが発生した場合であっても、接点が溶着しない程度に電流ＩＰＣを制限できるように、十分に大きい値が選定されている。正極側コンタクタ３１が開状態である場合に、プリチャージコンタクタ３４を閉状態にすることにより、正極側コンタクタ３１の両端子間の電位差が低減される。この正極側コンタクタ３１の両端子間の電位差が低減された状態で正極側コンタクタ３１を閉状態にすることにより、正極側コンタクタ３１の溶着を抑止し、閉故障発生の程度を低減する。

ダイオード３５は、燃料電池スタック１１の正極側の出力回路に備えられており、燃料電池スタック１１の正極側に対する電流の逆流入を抑止する。

電流センサ３７は、燃料電池スタック１１から電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）へ供給される電流ＩＦＣを検出して、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。

電圧センサ３８は、燃料電池スタック１１の正極および負極間の電圧（つまり、複数の燃料電池セルの電圧の総和である総電圧）ＶＦＣを検出して、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。

電圧センサ３９は、電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）正極および負極間の電圧ＶＰＤＵを検出して、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。

蓄電装置５０は、バッテリやキャパシタなどを備えており、燃料電池スタック１１から出力される電力、および走行駆動用のモータＭによって回生発電される電力を蓄電する。また、蓄電装置５０は、燃料電池スタック１１の始動時や、車両１の加速時などにおいて、蓄電した電力をエアポンプ１３や走行駆動用のモータＭに供給する。

補機６０は、エアコンディショナーのコンプレッサーや、１２Ｖ電源を生成するダウンバーターなどを備え、燃料電池スタック１１、および蓄電装置５０から供給される電力によって動作する。

電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０は、コンタクタ３０を介した燃料電池スタック１１の正極および負極と、電気負荷との間に配置され、制御装置４１の制御によって、燃料電池スタック１１から出力される電圧および電流を調整する。この電圧調整器４０は、蓄電装置５０の出力電圧（図１における電圧ＶＢＡＴ）が、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）よりも高い場合には、電圧ＶＢＡＴを、電圧ＶＦＣにまで降圧して、電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）に電力を供給する。
なお、電圧調整器４０は、蓄電装置５０の出力電圧（電圧ＶＢＡＴ）が、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）よりも低い場合には、電圧ＶＢＡＴを、電圧ＶＦＣにまで昇圧して、電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）に電力を供給する構成であってもよい。

制御装置４１は、スイッチ２から出力される信号と、電流センサ３７、電圧センサ３８、電圧センサ３９および不図示のセンサ等から出力される検出結果の信号に基づいて、燃料電池システム１０の動作を制御する。

なお、燃料電池システム１０は、例えば、車両１に搭載された走行駆動用のモータＭおよび蓄電装置５０などの電気機器に加えて、制御装置４１の制御によって燃料電池スタック１１に対する接続および遮断が切り替え可能かつ負荷電流が変更可能とされた電気負荷（例えば、ディスチャージ抵抗や電子負荷など）を備えていてもよい。この場合、制御装置４１は、燃料電池スタック１１の発電時の放電（ディスチャージ）として、電気負荷への放電を制御可能である。

［燃料電池システムの制御装置によるコンタクタの閉故障検知動作］
ここまで、本実施形態による燃料電池システム１０の構成について説明した。次に、この燃料電池システム１０の制御装置４１による制御動作（つまり、燃料電池システム１０の制御方法）について、図２および図３を参照して説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る制御装置４１の制御動作の一例を示すフローチャートである。図３は、制御装置４１の制御動作の一例を示すタイミングチャートである。以下、この図２に示す各ステップと、図３に示す時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの各時刻とを対応付けながら説明する。以下、この時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までを、燃料電池スタック１１の出力低減過程と称する。また、この時刻ｔ１０から時刻ｔ１４の間のうち、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までを、故障検知モードと称する。

時刻ｔ１０において、制御装置４１は、スイッチ２に対する運転者の入力操作などによって燃料電池システム１０の停止を指示する停止信号を検出すると、燃料電池システム１０の発電停止処理を開始する。この発電停止処理が開始される時刻ｔ１０において、制御装置４１は、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）を電圧Ｖ４にして、燃料電池システム１０を制御している。一例として、この電圧Ｖ４は、蓄電装置５０の出力電圧（電圧ＶＢＡＴ）よりも高い電圧である。この発電停止処理において、制御装置４１は、ガスの供給を停止し、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）を低下させる。この燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１への酸化剤ガスの流入、および燃料電池スタック１１からの流出を遮断する、不図示の封止弁を備えている。制御装置４１は、発電停止処理において、この封止弁を封止する。これにより、燃料電池スタック１１は、新たな酸化剤ガスが供給されない状態になる。制御装置４１は、この封止弁を封止してのち、燃料電池スタック１１から電流を取り出すことで、封止された燃料電池スタック１１内の酸素を消費し濃度を低減させる。すなわち、制御装置４１は、燃料電池スタック１１の出力低減過程において、燃料電池スタック１１内の酸化剤ガスの濃度を低減させる（酸化剤の低減処理）。

制御装置４１は、この発電停止処理の間、すなわち、時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの間において、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）を低下させる。具体的には、制御装置４１は、時刻ｔ１０において電圧ＶＦＣを電圧Ｖ４に、時刻ｔ１２において電圧ＶＦＣを電圧Ｖ３に、時刻ｔ１３において電圧ＶＦＣを電圧Ｖ２に、時刻ｔ１４において電圧ＶＦＣを電圧Ｖ１に低下させる。なお、この一例では、この時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの間の時刻ｔ１１において、電圧ＶＦＣが電圧ＶＢＡＴと一致する。電圧ＶＢＡＴは、時刻ｔ１０から時刻ｔ１４の間において、一定に維持される。すなわち、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４の間においては、電圧ＶＦＣが電圧ＶＢＡＴよりも低い。この時刻ｔ１１から時刻ｔ１４の間において、制御装置４１は、電圧ＶＦＣの低下にあわせて、電圧調整器４０の１次側電圧を低下させる制御を行う。

このとき、制御装置４１は、電圧調整器４０の１次側電圧を、電圧ＶＦＣに一致させるようにして制御する。すなわち、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２の間において、電圧調整器４０の１次側電圧は、電圧ＶＦＣと同じ電圧になる。この電圧調整器４０の１次側電圧は、電圧センサ３９によって電圧ＶＰＤＵとして検出される。つまり、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２の間において、電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとが一致する。
なお、故障検知モードが開始される時刻ｔ１２までに、プリチャージコンタクタ３４は開状態にされており、正極側コンタクタ３１および負極側コンタクタ３２はいずれも閉状態にされている。

次に、制御装置４１は、時刻ｔ１２において、故障検知モードを開始する。なお、制御装置４１は、燃料電池スタック１１内の酸化剤の低減処理過程において、この故障検知モードを実施する。すなわち、制御装置４１は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４において、燃料電池スタック１１内の酸化剤の低減処理過程と、コンタクタの閉故障検知を行う故障検知処理過程とを同時に実施する。この故障検知モードにおける制御装置４１の制御の具体例について説明する。制御装置４１は、時刻ｔ１２において、正極側コンタクタ３１を開状態にする（ステップＳ１０)。このとき、制御装置４１は、電圧調整器４０の１次側電圧を、電圧ＶＦＣに対して所定の電圧Ｖｄだけ低い電圧に制御する。ここで所定の電圧とは、電圧センサ３８および電圧センサ３９の電圧検出精度、電流ＩＦＣによる電圧降下の大きさなどに基づいて定められる電圧である。具体的には、この所定の電圧Ｖｄは、電圧センサ３８が検出する電圧ＶＦＣと、電圧センサ３９が検出する電圧ＶＰＤＵとの間に、コンタクタ３０が開状態であるか閉状態であるかを判別できる程度の差が生じるようにして、実験などに基づいて予め定められる。この所定の電圧Ｖｄとは、例えば、１０［Ｖ］である。なお、以下では、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４の間において、この制御装置４１が行う電圧調整器４０の１次側電圧の制御については、この時刻ｔ１２における制御と同様であるため、その説明を省略する。
このとき、正極側コンタクタ３１が閉故障していない場合には、電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとの間に、上述した所定の電圧Ｖｄだけ電位差が生じる。また、正極側コンタクタ３１が閉故障している場合には、電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとの間の電位差がほとんど生じない。

次に、制御装置４１は、電圧センサ３８が検出する電圧ＶＦＣと、電圧センサ３９が検出する電圧ＶＰＤＵとをそれぞれ取得する。また、制御装置４１は、取得した電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとを比較する（ステップＳ２０）。ここで、制御装置４１は、電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとの差が、所定のしきい値Ｖｔｈよりも大きいと判定した場合（ステップＳ２０；ＹＥＳ）には、処理をステップＳ３０に進め、正極側コンタクタ３１が閉故障していないと判定する。一方、制御装置４１は、電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとの差が、所定のしきい値Ｖｔｈ以下であると判定した場合（ステップＳ２０；ＮＯ）には、処理をステップＳ４０に進め、正極側コンタクタ３１が閉故障していると判定する。ここで、所定のしきい値Ｖｔｈとは、上述した電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとの間の所定の電圧Ｖｄに基づいて定められる値である。例えば、所定のしきい値Ｖｔｈは、所定の電圧Ｖｄの半分の値にして定められる。この場合、所定の電圧Ｖｄが１０［Ｖ］であれば、所定のしきい値Ｖｔｈは５［Ｖ］にして定められる。

次に、制御装置４１は、時刻ｔ１３において、負極側コンタクタ３２を開状態にするとともに、プリチャージコンタクタ３４を閉状態にする（ステップＳ５０)。このとき、負極側コンタクタ３２が閉故障していない場合には、電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとの間に、上述した所定の電圧Ｖｄだけ電位差が生じる。また、負極側コンタクタ３２が閉故障している場合には、電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとの間の電位差がほとんど生じない。

なお、ここで、プリチャージコンタクタ３４を閉状態にするのは、電圧センサ３８が検出する電圧ＶＦＣの基準電位と、電圧センサ３９が検出する電圧ＶＰＤＵの基準電位とを一致させるためである。ここで、電圧ＶＦＣおよび電圧ＶＰＤＵの基準電位とは、この一例の場合には、燃料電池スタック１１の正極側出力端子の電位である。また、正極側コンタクタ３１を閉状態にすることによっても、電圧センサ３８が検出する電圧ＶＦＣの基準電位と、電圧センサ３９が検出する電圧ＶＰＤＵの基準電位とを一致させることができる。この場合には、正極側コンタクタ３１を開状態から閉状態にすることにより閉故障が生じる可能性があるため、正極側コンタクタ３１の閉故障の検知を再度行う。

次に、制御装置４１は、電圧センサ３８が検出する電圧ＶＦＣと、電圧センサ３９が検出する電圧ＶＰＤＵとをそれぞれ取得する。また、制御装置４１は、取得した電圧ＶＦＣと、電圧ＶＰＤＵとを比較する（ステップＳ６０）。ここで、制御装置４１は、電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとの差が、所定のしきい値Ｖｔｈよりも大きいと判定した場合（ステップＳ６０；ＹＥＳ）には、処理をステップＳ７０に進め、負極側コンタクタ３２が閉故障していないと判定する。一方、制御装置４１は、電圧ＶＦＣと電圧ＶＰＤＵとの差が、所定のしきい値Ｖｔｈ以下であると判定した場合（ステップＳ６０；ＮＯ）には、処理をステップＳ８０に進め、負極側コンタクタ３２が閉故障していると判定する。

次に、制御装置４１は、時刻ｔ１４において、プリチャージコンタクタ３４を開状態にして（ステップＳ９０）、故障検知モードを終了する。

以上説明したように、制御装置４１は、コンタクタ３０を開状態にした場合に、コンタクタ３０の両端に電位差が生じるか否かを判定することによって、コンタクタ３０の閉故障を検知する。このとき、本実施形態の電圧調整器４０は、２次側電圧（電圧ＶＢＡＴ）が１次側電圧（電圧ＶＰＤＵ）よりも高い場合であっても、２次側電圧を１次側電圧にまで降圧することができる。したがって、本実施形態の制御装置４１は、電圧ＶＢＡＴが電圧ＶＦＣよりも高い場合であっても、２次側の電圧ＶＢＡＴを、１次側の電圧ＶＦＣ以下に降圧することにより、燃料電池スタック１１からコンタクタ３０に電流ＩＦＣを流すことができる。これにより、本実施形態の制御装置４１は、電圧ＶＢＡＴが電圧ＶＦＣよりも高い場合であっても、コンタクタ３０の閉故障を検知することができる。

ここで、対比として、従来の技術による電圧調整器について説明する。この従来の技術による電圧調整器は、２次側電圧が１次側電圧よりも高い場合において、２次側電圧を１次側電圧にまで降圧することができない。つまり、従来の技術では、電圧調整器の１次側電圧（例えば、電圧ＶＰＤＵ）は、２次側電圧（例えば、電圧ＶＢＡＴ）以下にすることができない。このため、燃料電池スタック１１の出力電圧（電圧ＶＦＣ）が蓄電装置５０の電圧ＶＢＡＴよりも高い状態にしなければ、コンタクタ３０の閉故障検知ができなかった。つまり、従来の技術では、発電停止処理によって燃料電池スタック１１の出力電圧が徐々に低下する過程のうち、燃料電池スタック１１の出力電圧が高い期間においてコンタクタ３０の閉故障検知を行う。このため、従来のコンタクタ故障検知方法によると、発電停止処理中に燃料電池スタック１１の出力電圧が高い状態が、故障検知モードの所要時間ぶん長くなるため、固体高分子電解質膜が劣化する虞があった。

一方、本実施形態による燃料電池システム１０のコンタクタ故障検知方法によれば、発電停止処理によって燃料電池スタック１１の出力電圧が徐々に低下する過程のうち、燃料電池スタック１１の出力電圧が低い期間において、コンタクタ３０の閉故障検知を行う。このため、発電停止処理中に燃料電池スタック１１の出力電圧が高い状態を、従来の方法に比べて短縮することができる。したがって、本実施形態による燃料電池システム１０のコンタクタ故障検知方法によれば、コンタクタの閉故障検知に伴う固体高分子電解質膜の損傷を抑制することができる。

なお、上述において、故障検知モードは、燃料電池システム１０の発電停止過程において行われるとして説明したが、これに限らない。故障検知モードは、燃料電池システム１０の出力電力を低減する過程において行われればよい。例えば、故障検知モードは、燃料電池システム１０の停止後（ソーク中）や、蓄電装置の電力による走行モード中（ＥＶ走行モード中）、アイドリングストップ中において行われてもよい。

以上、説明した本実施形態は、本発明を実施するうえでの一例を示すものであり、本発明が前記した実施形態に限定して解釈されるものではないことは言うまでもない。

１０ 燃料電池システム
１１ 燃料電池スタック（燃料電池）
１３ エアポンプ
３０ コンタクタ（開閉器）
３７ 電流センサ
３８ 電圧センサ
３９ 電圧センサ
４０ 電圧調整器（電圧変換装置）
４１ 制御装置
５０ 蓄電装置
６０ 補機

Claims (3)

1. 膜を介したアノードの燃料およびカソードの酸化剤の反応によって発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の出力によって使用される負荷と、
   一端側が前記燃料電池側に接続され他端側が前記負荷側に接続されて前記燃料電池から前記負荷に対する電力の遮断と供給とを、接点の開閉によって切換える開閉器と、
   一次側に前記開閉器の前記負荷側が接続され、二次側に蓄電装置が接続され、前記一次側の電圧を前記燃料電池の前記膜の劣化を抑制可能な所定の電圧にまで降圧可能な電圧変換装置と、
   前記燃料電池側と前記負荷側との間において前記開閉器に並列に電流制限抵抗を介して接続される第２開閉器と、
   を備え、
   前記燃料電池の出力を低減する過程において、前記電圧変換装置が前記一次側の電圧を前記所定の電圧にまで降圧させるとともに、前記第２開閉器を閉状態にすることによって前記燃料電池側の電位と前記負荷側の電位との間の電位差を低減させて、前記開閉器の前記接点の閉故障検知を実施する
   ことを特徴とする燃料電池システムの開閉器故障検知方法。
2. 前記所定の電圧とは、前記燃料電池の出力を低減する過程において、低下する前記燃料電池の出力電圧に応じて降圧される電圧である
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの開閉器故障検知方法。
3. 前記燃料電池の出力を低減する過程には、前記燃料電池内の前記酸化剤の低減処理過程が含まれる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の燃料電池システムの開閉器故障検知方法。

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