JP6251966B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの作動状態確認方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの作動状態確認方法に関する。

燃料電池システムでは、燃料電池内に残る反応ガスによる燃料電池の劣化を抑制するために、始動あるいはシャットダウンの際に、燃料電池の出力ターミナル間に電気負荷を接続して、燃料電池内に残る反応ガスにより発生する電力を電気負荷で消費させることが行われている（特許文献１〜３参照）。電気負荷の開閉は、電気負荷に直列に接続された開閉スイッチにより行われる。

特開２００４−１３９９５０号公報 特表２００５−５３２６５８号公報 特開２０１０−４４９３２号公報

電気負荷を接続するための開閉スイッチが故障した場合、上記した放電処理が不可となって燃料電池の劣化の抑制が不可となる。従って、燃料電池の劣化の抑制のためには、開閉スイッチが正常に作動していることが不可欠であり、開閉スイッチの作動確認が可能であることが望まれている。

しかしながら、特許文献１，２の燃料電池システムでは、開閉スイッチの作動確認について何ら記載はなく、作動確認が不可である。また、特許文献３の燃料電池システムでは、発電終了時における接続異常確認についての記載がある。しかしながら、例えば、燃料電池システムを搭載した車両の場合、発電の開始および停止が頻繁に繰り返されるため、発電終了時のみならず、始動時等の他の状態においても確認可能であることが望まれている。すなわち、特許文献３の燃料電池システムにおける接続異常確認では不十分である。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の出力端子間に接続される負荷、および、前記負荷の接続あるいは非接続を行う開閉スイッチを含む負荷回路と、
前記出力端子間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記負荷回路の作動状態を確認する負荷回路検査部と、
を備え、
前記負荷回路検査部は、
前記燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されず窒素又は窒素と水素が充填された窒素環境の状態にあり、かつ、前記燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素が供給された状態で、前記開閉スイッチの開閉を操作した際に発生する前記出力端子間の電圧の変化を前記電圧測定部で測定することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する
ことを特徴とする。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されず窒素又は窒素と水素が充填された窒素環境の状態にあり、かつ、燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素が供給された状態で燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素が供給された状態とすることにより、開閉スイッチの作動状態確認を簡単に実施することが可能となる。また、この形態の燃料電池システムでは、前記燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されず窒素又は窒素と水素が充填された窒素環境の状態にあるので、発生する電圧が発電時に発生する電圧に比べて小さくなり、負荷で発生する損失を小さくして効率良く作動状態の確認をすることが可能である。
上記形態において、前記負荷回路検査部は、前記開閉スイッチが開状態となるように操作した場合に、前記電圧測定部で測定される測定電圧が前記開状態に対応する電圧として予め求められた開電圧の範囲内にあり、前記開閉スイッチが閉状態となるように操作した場合に、前記測定電圧が前記閉状態に対応する電圧として予め求められた閉電圧の範囲内にあることを確認することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する、としてもよい。
この形態によれば、測定電圧が開閉スイッチの操作に応じて開電圧の範囲内となるか閉電圧の範囲となるか確認することにより、容易に開閉スイッチの作動状態を確認することができ、負荷回路の作動状態を確認することが可能である。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池の出力端子間に接続される負荷、および、前記負荷の接続あるいは非接続を行う開閉スイッチを含む負荷回路と；前記出力端子間の電圧を測定する電圧測定部と；前記負荷回路の作動状態を確認する負荷回路検査部と；を備える。前記負荷回路検査部は、前記燃料電池のアノードに燃料ガスが供給された状態で、前記開閉スイッチの開閉を操作した際に発生する前記出力端子間の電圧の変化を前記電圧測定部で測定することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する。この形態の燃料電池システムによれば、開閉スイッチの作動状態確認が、燃料電池のアノードへの燃料ガスが供給された状態とすることにより、簡単に実施することが可能となる。

（２）上記燃料電池システムにおいて、前記負荷回路検査部は、前記燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されない状態、かつ、前記アノードに燃料ガスが供給された状態で、前記開閉スイッチの開閉を操作した際に発生する前記出力端子間の電圧の変化を前記電圧測定部で測定することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認するようにしてもよい。この形態の燃料電池システムでは、発生する電圧が発電時に発生する電圧に比べて小さくなるので、負荷で発生する損失を小さくして効率良く作動状態の確認をすることが可能である。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記負荷回路検査部は、前記開閉スイッチが開状態となるように操作した場合に、前記電圧測定部で測定される測定電圧が前記開状態に対応する開電圧であり、前記開閉スイッチが閉状態となるように操作した場合に、前記測定電圧が前記閉状態に対応する閉電圧であることを確認することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認するようにしてもよい。測定電圧が開閉スイッチの操作に応じて開電圧となるか閉電圧となるか確認することにより、容易に開閉スイッチの作動状態を確認することができ、負荷回路の作動状態を確認することが可能である。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの作動状態確認方法や負荷回路の作動状態確認方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 負荷回路検査処理の手順を示す説明図である。 負荷回路検査処理の具体例１を示す説明図である。 負荷回路検査処理の具体例２を示す説明図である。 負荷回路検査処理の具体例３を示す説明図である。 負荷回路検査処理の具体例４を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、車両等に搭載されて使用される。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、燃料ガス系２０と、酸化ガス系３０と、負荷回路４０と、電圧センサー５０と、制御部６０と、を備えている。なお、燃料電池システム１００には、燃料電池１０の冷却を担う冷却系を備えるが、その図示および説明を省略する。

燃料電池１０は、一方の反応ガスである燃料ガス（アノードガス）として水素、および、他方の反応ガスである酸化ガス（カソードガス）として空気（具体的には、酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数の燃料電池セル１２が積層されたスタック構造を有している。各燃料電池セル１２は、膜電極接合体（不図示）と、膜電極接合体のアノード（水素ガスが供給される極で「水素極」とも呼ばれる）およびカソード（酸化ガスが供給される極で「空気極」とも呼ばれる）の両側から挟持するセパレータ（不図示）と、で構成される。膜電極接合体は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノードとなる触媒電極が形成され、他方の面にカソードとなる触媒電極が形成された発電体である。なお、燃料電池１０は、積層された燃料電池セル１２の両端に、総合電極としての２つのターミナルプレート１４が配置されている。なお、燃料電池１０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールド（不図示）が燃料電池セル１２の積層方向に沿った貫通孔として形成されている。

燃料ガス系２０は、アノードガス配管２１と、水素タンク２２と、開閉弁２３と、レギュレーター２４と、インジェクター２５と、アノードオフガス配管２６と、開閉弁２７と、を備える。水素タンク２２は、アノードガス配管２１を介して燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールドと接続されており、タンク内に充填された水素を燃料ガスとして燃料電池１０に供給する。開閉弁２３とレギュレーター２４とインジェクター２５とは、この順に、水素タンク２２側からアノードガス配管２１に設けられており、制御部６０からの指令によって水素の圧力及び水素の燃料電池１０への供給量を調整する。

アノードオフガス配管２６は、燃料電池１０のアノード側の排出用マニホールドに接続された配管である。発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素等）を含む燃料電池１０のアノードからの排ガス（アノードオフガス）は、アノードオフガス配管２６を介して燃料電池システム１００の外部へと排出される。

開閉弁２７は、アノードオフガス配管２６に設けられており、制御部６０からの指令に応じて開閉する。また、開閉弁２７は、制御部６０からの指令によって、開閉弁２３とともに閉状態とすることによって、開閉弁２３から開閉弁２７までのアノードガス流路を封止状態とすることができる。なお、「アノードガス流路」とは、開閉弁２３と燃料電池１０との間のアノードガス配管２１、燃料電池１０内のアノード側の供給用マニホールド、各燃料電池セル１２内のアノード側のガス流路、燃料電池１０内のアノード側の排出用マニホールド、および、燃料電池１０と開閉弁２７との間のアノードオフガス配管２６を含んで構成される流路をいう。また、「燃料電池セル内部のアノード側のガス流路」とは、燃料電池セル内部のアノード側においてアノードガス（燃料ガス）が流通可能な空間をいう。

酸化ガス系３０は、カソードガス配管３１と、エアクリーナー３２と、エアコンプレッサー３３と、開閉弁３４と、カソードオフガス配管３５と、調圧弁３６と、を備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドに接続された配管である。エアコンプレッサー３３は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されており、エアクリーナー３２から吸入された空気を圧縮して、カソードガス（酸化ガス）として燃料電池１０に供給する。開閉弁３４は、エアコンプレッサー３３と燃料電池１０との間に設けられている。開閉弁３４は、通常、閉じられた状態であり、エアコンプレッサー３３から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。

カソードオフガス配管３５は、燃料電池１０のカソード側の排出用マニホールドに接続された配管である。燃料電池１０のカソードからの排ガス（カソードオフガス）は、カソードオフガス配管３５を介して燃料電池システム１００の外部へと排出される。

調圧弁３６は、カソードオフガス配管３５に設けられており、制御部６０からの指令によって、その開度が制御され、カソードガス配管３１におけるカソードオフガスの圧力を調整する。また、調圧弁３６は、制御部６０からの指令によって、エアコンプレッサー３３を停止状態とし、調圧弁３６を閉状態とすることによって、開閉弁３４から調圧弁３６までのカソードガス流路を封止状態とすることができる。なお、「カソードガス流路」とは、開閉弁３４と燃料電池１０との間のカソードガス配管３１、燃料電池１０内のカソード側の供給用マニホールド、各燃料電池セル１２内のカソード側のガス流路、燃料電池１０内のカソード側の排出用マニホールド、および、燃料電池１０と調圧弁３６との間のカソードオフガス配管３５を含んで構成される流路をいう。また、「燃料電池セル内のカソード側のガス流路」とは、燃料電池セル内部のカソード側においてカソードガス（酸化ガス）が流通可能な空間をいう。

負荷回路４０は、直列に接続された負荷４１および開閉スイッチ４２を備え、正極（＋）側の出力ターミナルである一方のターミナルプレート１４と負極（−）側の出力ターミナルである他方のターミナルプレート１４との間に並列に接続されている。負荷回路４０は、制御部６０からの指令によって、開閉スイッチ４２を開状態から閉状態とすることにより、燃料電池１０の出力ターミナル間に負荷４１を接続して、燃料電池１０から負荷４１に電流を流して、燃料電池１０で発生する電気を放電する回路である。負荷回路４０による放電操作によって、従来技術で説明したように、例えば、燃料電池システム１００のシャットダウン（運転停止）の際に、燃料電池１０の燃料電池セル１２内に消費されずに残留する反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）を消費して、反応ガスの残留によって発生する燃料電池セルの劣化を抑制することができる。出力ターミナル間には、負荷回路４０に並列して電圧センサー５０が接続されており、出力ターミナル間に発生する電圧（出力端子間電圧）Ｖｔが測定可能である。なお、負荷回路４０は「放電回路」あるいは「短絡回路」とも呼ばれる。また、負荷４１は「放電負荷」あるいは「短絡負荷」とも呼ばれ、開閉スイッチ４２は「放電スイッチ」あるいは「短絡スイッチ」とも呼ばれる。

制御部６０は、内部にＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータによって構成される。制御部６０は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている制御プログラムを、ＲＡＭを利用して実行することにより、運転制御部６１や負荷回路検査部６２等の各種制御部として動作する。

運転制御部６１は、燃料電池システム１００の起動や、燃料電池システム１００の起動後における燃料電池１０の発電に関する動作（発電の開始、発電の継続、発電の停止等）、燃料電池システム１００の停止等の各種動作を実行する。また、運転制御部６１は、燃料ガス（水素）および酸化ガス（空気）の供給を停止して発電を停止する際に、以下の手順で、燃料ガス系２０、酸化ガス系３０、および、放電回路４０を制御して、放電処理（「電圧降下処理」あるいは「短絡処理」とも呼ばれる）を実行する。

まず、酸化ガス系３０のエアコンプレッサー３３を制御して、燃料電池１０への空気の供給を停止し、調圧弁３６を制御してカソードガス流路を封止状態にする。次に、負荷回路４０の開閉スイッチ４２を閉状態として負荷４１を燃料電池１０の出力端子間に接続し、燃料電池１０の出力端子間を放電抵抗（短絡抵抗）４１によって短絡する。そして、燃料ガス系２０の開閉弁２３、レギュレーター２４、およびインジェクター２５を制御して、燃料電池１０への水素ガスの供給を停止し、開閉弁２７を制御してアノードガス流路を封止状態にする。ただし、運転制御部６１は、アノードガス流路に封入される水素と、カソードガス流路に封入される酸素と、のモル比が水素／酸素≧２となるように、空気および水素の供給を停止する。なお、燃料電池１０内に流入しているガス量の状態は、ガス流量、ガス圧力等に基づいて計算により求められので、上記モル比となるように燃料ガス系２０および酸化ガス系３０を制御することは容易である。

上記した発電停止状態では、放電処理（「短絡処理」とも呼ばれる）によって、カソードガス流路に封入された空気中の酸素はすべて消費されてゼロの状態となり、アノードガス流路に封入された水素は、ほとんど消費されてゼロの状態あるいは少し残った状態となる。このとき、アノードガス流路およびカソードガス流路のガス状態は、窒素のみの状態あるいは窒素および水素の混合状態となる。なお、膜電極接合体を構成する電解質膜ではガスのクロスリークが発生するので、アノードおよびカソードのどちらも同じガス組成状態となる。なお、以下の説明では、上記のように、ガス流路のガス状態が窒素のみの状態あるいは窒素および水素の混合状態となった環境を「窒素環境」とも呼ぶ。

負荷回路検査部６２は、運転制御部６１によって、燃料ガスおよび酸化ガスの供給が停止しており、燃料電池１０の発電が停止している状態から発電が開始される際に、以下で説明するように、負荷回路４０の開閉スイッチ４２の作動状態の確認検査を実行する。なお、負荷回路検査部６２による検査実行タイミングとしては、例えば、燃料電池システム１００の起動後の燃料電池１０の発電の始動時、燃料電池１０の発電状態から一旦上記した放電処理が発生する発電停止状態に移行した後の発電の再開時（例えば、いわゆる間欠運転において運転停止状態から運転再開する間欠運転明け時）等が該当する。また、負荷回路検査部６２による負荷回路検査実行時には、燃料電池１０から他の負荷に電力が供給されない状態であることが前提となる。

図２は、負荷回路検査部によって実行される負荷回路検査処理の手順を示す説明図である。この負荷回路検査処理は、上記したように負荷回路検査部６２によって実行される。まず、アノードガス流路およびカソードガス流路の両方が窒素環境となっている状態で、燃料ガス系２０（図１）を制御して、アノードガス流路の封止状態を解除し、燃料ガス（アノードガス）としての水素の燃料電池１０への供給を開始する（ステップＳ１０）。

そして、アノードガス流路に水素が供給されている水素環境で、かつ、カソードガス流路が窒素環境である環境（以下、単に「水素（Ｈ₂）−窒素（Ｎ₂）環境」とも呼ぶ）において、開閉スイッチ４２の開から閉および閉から開への切り替えを制御し、これに応じて発生する出力端子間電圧Ｖｔが開電圧Ｖ１と閉電圧Ｖ２との間で変化するか否かを確認する（ステップＳ２０）。これにより、以下で説明するように、開閉スイッチ４２が正常に作動しているか否かを確認し、負荷回路４０が正常に作動しているか否かを確認する。

水素−窒素環境においても、各燃料電池セル１２では、通常の発電時に発生するセル電圧に比べると小さい（１／１０程度）のセル電圧が発生し、出力端子間では燃料電池セル１２の積層数に応じた電圧が発生することが分かった。また、負荷４１が接続されていない状態に比べて負荷４１が接続された状態では、各燃料電池セル１２のセル電圧が小さくなり、出力端子間では燃料電池セル１２の積層数に応じた電圧変化が発生することが分かった。なお、水素―窒素環境で一つの燃料電池セル１２において発生する電圧は、温度や湿度の状態によって変動はあるが、負荷４１が非接続状態では８０ｍＶ〜１２０ｍＶ程度で、負荷４１が接続状態では４０ｍＶ〜６０ｍＶ程度である。従って、負荷４１の非接続状態と接続状態との間で２０ｍＶ〜８０ｍＶ程度の電圧変化が発生し、出力端子間では燃料電池セル１２の積層数に応じて大きな電圧変化が発生するので、一般的な電圧センサー５０によって十分検出可能であることが分かった。

そこで、あらかじめ、負荷４１の非接続状態（「解放状態」とも呼ぶ）における出力端子間電圧Ｖｔを測定して開電圧Ｖ１とし、負荷４１の接続状態における出力端子間電圧Ｖｔを測定して閉電圧Ｖ２とすることとした。これにより、上記したように、出力端子間電圧Ｖｔの開電圧Ｖ１から閉電圧Ｖ２への変化および閉電圧Ｖ２から開電圧Ｖ１への変化を確認することにより、開閉スイッチ４２が正常に作動し、負荷回路４０が正常に作動しているか否かを確認することができる。なお、開電圧Ｖ１および閉電圧Ｖ２は、マージンを考慮して、それぞれ一定の範囲に設定される。

開閉スイッチ４２の正常作動状態を確認した場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、酸化ガス系３０を制御して、カソードガス流路の封止状態を解除し、酸化ガス（カソードガス）としての空気の燃料電池１０への供給を開始し（ステップＳ３０）、負荷回路検査処理を終了する。これに対して、開閉スイッチ４２の正常作動状態を確認できず、開閉スイッチ４２が異常作動状態であり、負荷回路４０が異常作動状態であった場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、異常報知を実行（ステップＳ２５）してユーザーに注意を喚起したうえで、酸化ガス（カソードガス）としての空気の燃料電池１０への供給を開始し（ステップＳ３０）、負荷回路検査処理を終了する。

図３〜６は、負荷回路検査処理の具体例１〜４を示す説明図である。図３〜６は、期間Ｔ１〜Ｔ５あるいは期間Ｔ１〜Ｔ５の間における、（ａ）出力端子間電圧Ｖｔ、（ｂ）開閉スイッチ４２の開閉設定、（ｃ）水素（Ｈ₂）供給量、及び、（ｄ）空気（ａｉｒ）供給量について示している。

図３の具体例１は、以下のように負荷回路検査処理が実行される例を示している。検査開始後最初の期間Ｔ１は、検査開始前の前提である負荷回路４０による放電処理が実行された状態が維持されているものとする。すなわち、水素供給および空気供給が停止され、発電が停止している状態であり、開閉スイッチ４２が閉設定となっており、燃料電池１０のアノードガス流路およびカソードガス流路が共に窒素環境となっている。

期間Ｔ１から期間Ｔ２への移行タイミングで、開閉スイッチ４２が閉設定から開設定に切り替えられた後、期間Ｔ２から期間Ｔ３への移行タイミングで、水素供給が開始され、アノードガス流路とカソードガス流路のガス環境は水素―窒素環境とされる（図２のステップＳ１０に対応）。期間Ｔ３では、出力端子間電圧Ｖｔが開電圧Ｖ１となっていることの確認により、開閉スイッチ４２が開状態となっていることが確認される（以下、この確認を「放電スイッチ開状態確認」あるいは「開状態確認」とも呼ぶ）。

期間Ｔ３から期間Ｔ４への移行タイミングで、開閉スイッチ４２が開設定から閉設定に切り替えられる。期間Ｔ４では、出力端子間電圧Ｖｔが閉電圧Ｖ２となっていることの確認により、開閉スイッチ４２が閉状態となっていることが確認される（以下、この確認を「放電スイッチ閉状態確認」あるいは「閉状態確認」とも呼ぶ）。また、出力端子間電圧Ｖｔの開電圧Ｖ１から閉電圧Ｖ２への変化が確認される（以下、この確認を「放電スイッチ閉切替確認」あるいは「閉切替確認」とも呼ぶ）ことにより、開閉スイッチ４２が開状態から閉状態に変化して開から閉への切り替えが、正常に作動していることが確認される。

期間Ｔ４から期間Ｔ５の移行タイミングで、開閉スイッチ４２が閉設定から開設定に切り替えられる。期間Ｔ５では、出力端子間電圧Ｖｔが開電圧Ｖ１となっていることの確認により放電スイッチ閉状態確認が行われる。また、出力端子間電圧Ｖｔの閉電圧Ｖ２から開電圧Ｖ１への変化が確認される（以下、この確認を「放電スイッチ開切替確認」あるいは「開切替確認」とも呼ぶ）ことにより、開閉スイッチ４２が閉状態から開状態に変化して閉から開への切り替えが、正常に作動していることが確認される。なお、本例では、期間Ｔ３〜期間Ｔ５が図２のステップＳ２０に対応する。

期間Ｔ５から期間Ｔ６への移行タイミングで、空気供給が開始されて（ステップＳ３０に対応）、負荷回路検査処理が終了する。

図４の具体例２は、以下のように負荷回路検査処理が実行される例を示している。検査開始後最初の期間Ｔ１は具体例１と同じである。期間Ｔ１から期間Ｔ２への移行タイミングでは、水素供給の開始と、開閉スイッチ４２の閉設定から開設定への切り替えと、が実行され、放電スイッチ開状態確認が行われる。期間Ｔ２から期間Ｔ３への移行タイミングでは、開閉スイッチ４２の開設定から閉設定への切り替えが実行され、放電スイッチ閉状態確認および放電スイッチ閉切替確認が行われる。期間Ｔ３から期間Ｔ４への移行タイミングでは、開閉スイッチ４２の閉設定から開設定への切り替えが実行され、放電スイッチ開状態確認および放電スイッチ開切替確認が行われる。期間Ｔ４から期間Ｔ５への移行タイミングでは、空気供給が開始され、負荷回路検査処理が終了する。なお、本例では、期間Ｔ２〜期間Ｔ４が図２のステップＳ２０に対応する。

図５の具体例３は、以下のように負荷回路検査処理が実行される例を示している。検査開始後最初の期間Ｔ１は具体例１と同じである。期間Ｔ１から期間Ｔ２への移行タイミングでは、水素供給が開始され、放電スイッチ閉状態確認が行われる。期間Ｔ２から期間Ｔ３への移行タイミングでは、開閉スイッチ４２の閉設定から開設定への切り替えが実行され、放電スイッチ開状態確認および放電スイッチ開切替確認が行われる。期間Ｔ３から期間Ｔ４への移行タイミングでは、開閉スイッチ４２の開設定から閉設定への切り替えが実行され、放電スイッチ閉状態確認および放電スイッチ閉切替確認が行われる。期間Ｔ４から期間Ｔ５への移行タイミングでは、空気供給が開始され、負荷回路検査処理が終了する。なお、本例では、期間Ｔ２〜期間Ｔ４が図２のステップＳ２０に対応する。

図６の具体例４は、以下のように負荷回路検査処理が実行される例を示している。具体例４は、期間Ｔ１から期間Ｔ４における処理は具体例３と同様であり、期間Ｔ１から期間Ｔ２への移行による放電スイッチ閉状態確認と、期間Ｔ２から期間Ｔ３への移行による放電スイッチ開状態確認および放電スイッチ開切替確認と、期間Ｔ３から期間Ｔ４への移行による放電スイッチ閉状態確認および放電スイッチ閉切替確認と、が行われる。具体例４では、さらに、期間Ｔ４から期間Ｔ５への移行タイミングで、開閉スイッチ４２の閉設定から開設定への切り替えが実行され、放電スイッチ開状態確認および放電スイッチ開切替確認が行われる。期間Ｔ５から期間Ｔ６への移行タイミングでは、空気供給が開始され、負荷回路検査処理が終了する。なお、本例では、期間Ｔ２〜期間Ｔ５が図２のステップＳ２０に対応する。

以上説明したように、負荷回路検査部６２は、運転制御部６１によって、燃料ガス（水素）および酸化ガス（空気）の供給が停止し、燃料電池１０の発電が停止している状態において、発電を開始するために燃料ガスの供給を開始してから酸化ガスの供給を開始するまでのガス導入過程において、開閉スイッチ４２の開閉切り替えを行うことにより、開閉スイッチ４２の作動状態を確認し、負荷回路４０の作動状態を確認することができる。従って、従来例で説明した燃料電池１０の運転停止時だけでなく、燃料電池システム１００を起動による燃料電池１０の運転始動時や、燃料電池１０の発電を間欠的に停止する間欠運転における運転停止状態から運転を再開する時（いわゆる間欠運転明け時）等の燃料電池システム１００の稼働中において、種々のタイミングで、容易に確認検査を実行することが可能である。

なお、カソードガス流路が窒素環境となって酸素が無い状態で、アノードガス流路に水素が供給されている状態において、開閉スイッチ４２が閉状態となって負荷４１が出力端子間に接続された状態にある場合、触媒電極の活性を改善することが可能であり、膜電極接合体の発電性能を改善することが可能であることも分かっている。従って、上記負荷回路検査処理では、放電スイッチの作動状態（放電回路の作動状態）の確認が可能であるとともに、膜電極接合体の発電性能の改善効果も有している。

Ｂ．変形例：
（１）変形例１：
上記実施形態では、発電停止時においてアノードガス流路およびカソードガス流路を封止状態として、燃料電池１０で発生する電気を負荷回路４０で放電させることにより封入された水素および酸素を消費させて、アノードガス流路内およびカソードガス流路内を窒素環境とする構成を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、窒素供給装置を搭載して、アノードガス流路およびカソードガス流路に窒素を供給することによってアノードガス流路およびカソードガス流路を窒素環境としてもよい。

（２）変形例２：
上記実施形態では、異常報知を実行した後、空気供給を開始して、運転制御部６１による運転制御が実行されるものとして説明したが、異常報知を実行した後、空気供給を開始せずに負荷回路検査処理を終了し、運転制御部６１によって発電の開始が中止されるようにしてもよい。

（３）変形例３：
上記実施形態では、カソードガス流路が窒素環境であって酸素が無い状態で、アノードガス流路に水素が供給されている状態において、開閉スイッチ４２の開閉を実行することにより負荷回路検査が実行されるものとして説明している。しかしながら、通常の発電時と同様に、アノードガス流路に水素が供給され、カソードガス流路に空気が供給されている状態においても、開閉スイッチ４２を開閉して負荷４１の接続状態を切り替えることにより、出力端子間電圧Ｖｔに電圧の変化が発生することが分かっている。従って、通常の発電時と同様に、アノードガス流路に水素が供給され、カソードガス流路に空気が供給されている状態においても、スイッチ４２の作動状態を確認することは可能である。ただし、この場合の出力端子間電圧Ｖｔは、実施形態の場合に比べて非常に大きな電圧となるので、開閉スイッチ４２の接続時における発熱損失が大きくなる。従って、実施形態のように、カソードガス流路が窒素環境であって酸素が無い状態で、負荷回路検査が実行される方が好ましい。

（４）変形例４：
上記実施形態では、燃料電池１０の出力端子間に接続される負荷回路４０を例に説明したが、各燃料電池セルに接続される負荷回路においても、セル電圧の変化に基づいて開閉スイッチの作動確認および負荷回路の作動確認を行うことができる。

（５）変形例５：
上記実施形態では、燃料電池１０から電気を放電するための負荷回路４０を例に説明したが、その他の負荷回路であって、負荷および負荷の接続あるいは非接続を行う開閉スイッチを含む負荷回路において、開閉スイッチの作動確認および負荷回路の作動確認を行うこともできる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池
１２…燃料電池セル
１４…ターミナルプレート
２０…燃料ガス系
２１…アノードガス配管
２２…水素タンク
２３…開閉弁
２４…レギュレーター
２５…インジェクター
２６…アノードオフガス配管
２７…開閉弁
３０…酸化ガス系
３１…カソードガス配管
３２…エアクリーナー
３３…エアコンプレッサー
３５…カソードオフガス配管
３６…調圧弁
４０…放電回路
４１…放電抵抗
４２…放電スイッチ
５０…電圧センサー
６０…制御部
６１…運転制御部
６２…負荷回路検査部
１００…燃料電池システム

Claims (3)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の出力端子間に接続される負荷、および、前記負荷の接続あるいは非接続を行う開閉スイッチを含む負荷回路と、
   前記出力端子間の電圧を測定する電圧測定部と、
   前記負荷回路の作動状態を確認する負荷回路検査部と、
   を備え、
   前記負荷回路検査部は、
   前記燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されず窒素又は窒素と水素が充填された窒素環境の状態にあり、かつ、前記燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素が供給された状態で、前記開閉スイッチの開閉を操作した際に発生する前記出力端子間の電圧の変化を前記電圧測定部で測定することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記負荷回路検査部は、
   前記開閉スイッチが開状態となるように操作した場合に、前記電圧測定部で測定される測定電圧が前記開状態に対応する電圧として予め求められた開電圧の範囲内にあり、前記開閉スイッチが閉状態となるように操作した場合に、前記測定電圧が前記閉状態に対応する電圧として予め求められた閉電圧の範囲内にあることを確認することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
3. 燃料電池システムの作動状態確認方法であって、
   前記燃料電池システムは、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の出力端子間に接続される負荷、および、前記負荷の接続あるいは非接続を行う開閉スイッチを含む負荷回路と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池のカソードに酸化ガスが供給されず窒素又は窒素と水素が充填された窒素環境の状態にあり、かつ、前記燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素が供給された状態で、前記開閉スイッチの開閉を操作した際に発生する前記出力端子間の電圧の変化を測定することにより、前記開閉スイッチの作動状態を確認する
   ことを特徴とする燃料電池システムの作動状態確認方法。

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