JP6428720B2

JP6428720B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP6428720B2
Application number: JP2016143856A
Authority: JP
Inventors: 富夫山中; 智隆石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2036-07-22
Also published as: JP2018014274A; US10186721B2; US20180026285A1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムには、燃料電池システムを構成する部品における消費電力に異常がある場合、その部品に異常がある旨の出力を行うものがある。

特開２０１２−２４８５２２号公報

特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池に液体燃料を輸送する燃料輸送手段の異常を判定する故障判定手段を備えている。しかし、このような燃料電池システムでは、燃料輸送手段自体に異常はなくても、燃料が輸送される向きにおける下流において流路を詰まらせる異常があったときには、燃料輸送手段における消費電力に異常が生じることがある。そして、燃料輸送手段に異常があると判定されたことによって、異常のない燃料輸送手段が交換される場合があった。このような課題を解決するために、燃料電池システムを構成する部品における消費電力に異常がある場合、その部品自体における異常とその部品とは異なる他の部分における異常とを区別できる技術が望まれていた。

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。

（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、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記反応ガスを圧縮して前記燃料電池に送るコンプレッサと、前記コンプレッサが送る前記反応ガスの流量を測定する流量測定部と、前記反応ガスが送られる向きにおいて前記コンプレッサより下流側に配され、前記コンプレッサによって圧縮された前記反応ガスの圧力を測定する第１の圧力測定部と、前記コンプレッサが消費する電力の値を取得するための電力値取得部と、前記燃料電池システムの異常について判定する判定部と、を備え、前記判定部は、（ａ）前記流量測定部が測定した流量を示す値に対する前記電力の値が第１の設定値を超えた場合であって、（ａ１）前記流量を示す値に対する前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値が設定範囲内である場合、前記コンプレッサに異常がある旨の出力を行い、（ａ２）前記流量を示す値に対する前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値が設定範囲外である場合、前記コンプレッサより前記下流側に異常がある旨の出力を行う。このような態様とすれば、コンプレッサが消費する電力に異常があった場合、反応ガスの流量を示す値に対する反応ガスの圧力を示す値が設定範囲内であるか否かによって、コンプレッサにおける異常とコンプレッサより下流側における異常とを区別できる。このため、誤ってコンプレッサに異常があると判定することを防止できる。

（２）上記形態における燃料電池システムにおいて、さらに、一方の端部が前記コンプレッサと接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを大気へ排出する第１流路と、前記第１流路から分岐して前記燃料電池と接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを、前記燃料電池に送る第２流路と、前記第１流路から前記第２流路が分岐している分岐位置に配され、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスのうち、前記第１流路のうち前記分岐位置から前記下流側である第１の側に分流する量と前記分岐位置から前記第２流路の側である第２の側に分流する量とを調整できる分流弁と、一方の端部が前記燃料電池と接続するとともに他方の端部が前記第１の側における前記第１流路と接続し、前記燃料電池からの排ガスを前記第１流路に送るための第３流路と、前記第１流路において前記第１の側に配され、前記第１の側に送られてくる前記反応ガスの圧力を測定する第２の圧力測定部と、を備え、前記第１の圧力測定部は、前記反応ガスが送られる向きにおいて前記分流弁より上流側に配され、前記第３流路は、前記第３流路を開閉できる調圧弁を有し、前記判定部は、（ｂ）前記（ａ２）の場合であって、かつ、前記分流弁が前記第２の側を閉じているとともに前記第１の側を開き、前記調圧弁が閉じている状態で前記コンプレッサから設定された流量の前記反応ガスが流されているとき、（ｂ１）前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値と前記第２の圧力測定部が測定した圧力の値との差が第２の設定値を超えた場合、前記判定部は、前記第１流路と前記第３流路のうち前記調圧弁より前記第１流路の側における流路とのうち少なくとも一方に異常がある旨の出力を行い、（ｂ２）前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値と前記第２の圧力測定部が測定した圧力の値との差が第２の設定値を超えない場合、前記判定部は、前記第２流路と前記燃料電池における前記反応ガスが流れる流路と前記第３流路のうち前記調圧弁より前記燃料電池の側における流路とのうち少なくとも１つに異常がある旨の出力を行ってもよい。このような態様とすれば、コンプレッサより下流側における異常について、第１の圧力測定部が測定した圧力の値と第２の圧力測定部が測定した圧力の値との差が第２の設定値を超えたか否かによって、第１流路における異常と、第２流路と燃料電池における反応ガスが流れる流路と第３流路のうち調圧弁より燃料電池の側における流路とのうち少なくとも１つの箇所における異常と、を区別できる。

（３）上記形態における燃料電池システムにおいて、前記第２の圧力測定部は、前記第３流路が前記第１流路に接続している接続位置より前記下流側に配されてもよい。このような態様とすれば、第３流路が第１流路に接続している接続位置より上流側に第２の圧力測定部が配される態様と比べて、より広い範囲における第１流路の異常を検出できる。

本発明の形態は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、これらを実現するコンピュータプログラムなどの態様で実現することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

燃料電池システムの構成を示した説明図である。流量を示す値に対する圧力の値における設定範囲を示した説明図である。燃料電池システムが実行する第１異常判定処理を示すフローである。流量を示す値に対する電力値および流量を示す値に対する圧力の値が判定されるときの例を説明した説明図である。流量と第１流路における圧損との関係を表すマップ値を示す説明図である。燃料電池システムが実行する第２異常判定処理を示すフローである。燃料電池システムの構成を示した説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１０の構成を示した説明図である。燃料電池システム１０は、モーターで駆動する車両の電源として搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、吸気流路２００と、コンプレッサ３００と、第１流路４００と、第２流路５００と、第３流路６００と、ＰＭ−ＥＣＵ７００と、ＦＣ−ＥＣＵ８００とを備える。

燃料電池１００は、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。燃料電池１００は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。

吸気流路２００は、一方の端部がコンプレッサ３００と接続している。吸気流路２００は、大気からコンプレッサ３００に空気を送るための流路である。吸気流路２００は、エアクリーナ２１０と、外気温センサ２２０と、エアフロメータ２３０と、大気圧センサ２４０とを備える。

エアクリーナ２１０は、吸気流路２００に空気が流れる時に、空気中の塵埃を除去する。外気温センサ２２０は、大気から取り込まれる空気の温度を取得する。

エアフロメータ２３０は、大気から取り込まれた空気の流量Ｆ１を測定する。すなわち、エアフロメータ２３０は、コンプレッサ３００が送る空気の流量Ｆ１を測定する。エアフロメータ２３０は、流量Ｆ１を示す値を表す信号をＦＣ−ＥＣＵ８００に出力する。大気圧センサ２４０は、大気圧を測定する。

コンプレッサ３００は、大気から取り込まれた空気を圧縮して第１流路４００に送る。コンプレッサ３００は、圧縮した空気を、第１流路４００および第２流路５００を介して燃料電池１００に送る。本実施形態では、コンプレッサ３００は、空気を送るエアコンプレッサである。

第１流路４００は、一方の端部がコンプレッサ３００と接続し、コンプレッサ３００から送られてくる空気を大気へ排出する流路である。また、第２流路５００は、第１流路４００から分岐して燃料電池１００と接続し、コンプレッサ３００から送られてくる空気を燃料電池１００に送る流路である。第１流路４００は、インタークーラ４１０と、温度センサ４２０と、圧力センサ４３０と、分流弁４５０と、圧力センサ４６０と、マフラー４８０とを備える。

インタークーラ４１０は、コンプレッサ３００によって圧縮された空気を冷却する。温度センサ４２０は、コンプレッサ３００から送られてくる空気の温度を検出する。

圧力センサ４３０は、空気が送られる向きにおいて、コンプレッサ３００より下流側であるとともに分流弁４５０より上流側の位置に配される。圧力センサ４３０は、コンプレッサ３００によって圧縮された空気の圧力Ｐ１を測定する。

分流弁４５０は、第１流路４００から第２流路５００が分岐している分岐位置に配される。分流弁４５０は、コンプレッサ３００から圧縮されて送られてくる空気のうち、第１流路４００のうち分岐位置から下流側に分流する量と、分岐位置から第２流路５００の側に分流する量と、を調整できる。

圧力センサ４６０は、第１流路４００のうち分岐位置から下流側であるとともに第３流路６００と第１流路４００とが接続している接続位置より上流側に配される。圧力センサ４６０は、第１流路４００のうち分岐位置から下流側に送られてくる空気の圧力Ｐ２を測定する。

マフラー４８０は、第３流路６００と第１流路４００とが接続している接続位置より下流側に配される。マフラー４８０は、空気を大気に排出する際に発生する排気音を低減する。

第３流路６００は、一方の端部が燃料電池１００と接続するとともに他方の端部が分岐位置から下流側における第１流路４００と接続している。第３流路６００は、燃料電池１００からの排ガスである空気を第１流路４００に送る流路である。第３流路６００は、前流路６１０と、調圧弁６２０と、後流路６３０とを備える。

前流路６１０は、第３流路６００のうち、燃料電池１００と接続する部分である。前流路６１０は、調圧弁６２０を介して後流路６３０と接続する。後流路６３０は、第３流路６００のうち、第１流路４００と接続する部分である。

調圧弁６２０は、燃料電池１００から第１流路４００へ送られる排ガスの量を調整できる電磁駆動式の調圧弁である。調圧弁６２０は、第３流路６００のうち前流路６１０と後流路６３０との間に配され、第３流路６００を開閉できる。

ＰＭ−ＥＣＵ７００は、パワーマネジメント用電子制御ユニットである。ＰＭ−ＥＣＵ７００は、コンプレッサ３００に備えられたトルクセンサ（図示しない）から出力される信号Ｓｉ１が表す値と、コンプレッサ回転数センサ（図示しない）から出力される信号Ｓｉ２が表す値とを用いて、コンプレッサ３００が消費する電力値Ｖを取得する。ＰＭ−ＥＣＵ７００は、取得した電力値Ｖを示す信号をＦＣ−ＥＣＵ８００に出力する。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池システム１０に備えられた各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する制御部である。ＦＣーＥＣＵ８００は、ＣＰＵおよびＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータから構成されている。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、（ａ）流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えた場合であって、（ａ１）流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲内である場合、コンプレッサ３００に異常がある旨の出力を行う。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、（ａ）流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えた場合であって、（ａ２）流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲外である場合、コンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行う。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えない場合、異常がある旨の出力を行わない。

流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖとは、流量Ｆ１を流す際に消費される電力値Ｖのことである。例えば、流量Ｆ１の増加は、コンプレッサ３００において消費される電力値Ｖが増加してコンプレッサ３００の回転数が上昇することによって実行される。流量Ｆ１の減少は、コンプレッサ３００において消費される電力値Ｖが減少してコンプレッサ３００の回転数が低下することによって実行される。流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖとは、すなわち、流量Ｆ１に応じて決まる電力値Ｖのことである。

本実施形態では、第１の設定値は、コンプレッサ３００が正常である場合における流量Ｆ１と電力値Ｖとの関係を実験的に求めた式を用いて、流量Ｆ１を示す値から定期的に求められる値である。第１の設定値は、コンプレッサ３００が正常である場合において流量Ｆ１を送るために消費される電力値Ｖに、一定の値を加えた値である。他の実施形態では、第１の設定値は、予めＦＣーＥＣＵ８００に格納されたマップ値によって算出されてもよい。

流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値とは、コンプレッサ３００に圧縮されて第１流路４００に送られてくる流量Ｆ１の空気を、圧力センサ４３０が測定したときの圧力Ｐ１の値のことである。例えば、流量Ｆ１が増加することによって圧力Ｐ１は増加する。流量Ｆ１が減少することによって圧力Ｐ１は減少する。

図２は、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値における設定範囲を示した説明図である。図２のグラフは、横軸に流量Ｆ１をとる。図２のグラフは、縦軸に圧力Ｐ１をとる。

図２のグラフにおける設定範囲Ｍは、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値の設定範囲を示す。設定範囲Ｍは、コンプレッサ３００が正常である場合における流量Ｆ１と圧力Ｐ１との関係から実験的に求められた式を用いて設定された範囲である。図２のグラフにおける範囲Ｈおよび範囲Ｌは、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値の設定範囲Ｍの外側における範囲を示す。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えた場合に、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側か外側かに応じて、コンプレッサ３００に異常がある旨の出力、もしくは、コンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行う。なお、本実施形態では、燃料電池システム１０を構成する部品のいずれかの箇所で異常がある旨の出力が行われた場合、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転席周辺に備えられた液晶ディスプレイに表示されることによって、異常が報知されるものとする。他の実施形態では、報知器によるアナウンスで報知されてもよい。

図３は、燃料電池システム１０が実行する第１異常判定処理を示すフローである。燃料電池システム１０は、第１異常判定処理を、コンプレッサ３００が稼動している間、定期的に実行する。

第１異常判定処理が開始されると、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えたか否か判定される（ステップＳ１００）。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ１００が開始されてから１０秒間の間に、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えている時間が５秒間継続すると、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えたと判定される。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ１００が開始されてから１０秒間の間に、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えている時間が５秒間継続しないと、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えていないと判定される。

流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えていないと判定された場合（ステップＳ１００：Ｎｏ）、図３の第１異常判定処理は終了される。

流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えたと判定された場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側か外側か判定される（ステップＳ１１０）。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ１００が開始されてから１０秒間の間に、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側であった時間の積算が４秒未満であると、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側であると判定される。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ１００が開始されてから１０秒間の間に、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側であった時間の積算が４秒以上であると、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側であると判定される。

流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側であると判定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、コンプレッサ３００に異常がある旨の出力を行う。その後、図３の第１異常判定処理は終了される。

流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側であると判定された場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、コンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行う。その後、図３の第１異常判定処理は終了される。

図４は、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖおよび流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が判定されるときの例を説明した説明図である。図４のグラフは、横軸に時間をとる。

図４のグラフにおける上のバーは、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えているか否かを時間帯で示したバーである。ハッチングが施されている部分は、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えている時間帯を示す。ハッチングが施されていない部分は、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えていない時間帯を示す。

図４のグラフにおける下のバーは、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側か外側かを時間帯で示したバーである。ハッチングが施されている部分は、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側である時間帯を示し、ハッチングが施されていない部分は、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの内側である時間帯を示す。

図４のタイミングｔ０からタイミングｔ１までの期間は、本実施形態における燃料電池システム１０では、１０秒である。図４におけるハッチング部分ｔａは、６秒間を示す。図４におけるハッチング部分ｔｂは、２秒間を示す。図４におけるハッチング部分ｔｃは、３秒間を示す。図４におけるハッチング部分ｔｄは、２秒間を示す。

タイミングｔ０において、ステップＳ１００における、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えたか否かの判定が開始されると、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えている時間の計測が開始される。流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えている時間は、タイミングｔ０からタイミングｔ１の間において、ハッチング部分ｔａが６秒間を示すことから、５秒間継続したといえる。このとき、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖが第１の設定値を超えたと判定される（本実施形態のステップＳ１００：「ＹＥＳ」に相当）。

タイミングｔ０からタイミングｔ１までの間に、ステップＳ１１０において判定される流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値についても計測が開始される。流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が、タイミングｔ０からタイミングｔ１の間において、ハッチング部分ｔｃおよびハッチング部分ｔｄの積算が５秒であることから、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１の値が設定範囲Ｍの外側であると判定される（本実施形態のステップＳ１１０：「ＮＯ」に相当）。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、（ｂ）コンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行った場合（本実施形態のステップＳ１３０に相当）であって、かつ、分流弁４５０が第２流路５００の側を閉じているとともに第１流路４００のうち分岐位置から下流側を開き、調圧弁６２０が閉じている状態でコンプレッサ３００から設定された流量Ｆ２の空気が流されているとき、（ｂ１）圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差（第１流路４００における圧損）が第２の設定値を超えた場合、第１流路４００に異常がある旨の出力を行う。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、（ｂ）コンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行った場合（本実施形態のステップＳ１３０に相当）であって、かつ、分流弁４５０が第２流路５００の側を閉じているとともに第１流路４００のうち分岐位置から下流側を開き、調圧弁６２０が閉じている状態でコンプレッサ３００から設定された流量の空気が流されているとき、（ｂ１）圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えない場合、第２流路５００と、燃料電池１００における空気が流れる流路と、前流路６１０とのうち少なくとも１つに異常がある旨の出力を行う。

分流弁４５０が第２流路５００の側を閉じている状態とは、分流弁４５０が第２流路５００の側を全閉している状態だけではなく、分流弁４５０が第２流路５００の側に空気が流れる有効断面積を０にしている状態も含む。調圧弁６２０が閉じている状態とは、調圧弁６２０が第３流路６００を全閉している状態だけではなく、調圧弁６２０が第３流路６００のうち前流路６１０から後流路６３０に空気が流れる有効断面積を０にしている状態も含む。

本実施形態では、第２の設定値は、第１流路４００が正常である場合において、流量Ｆ２と第１流路４００における圧損との関係を実験的に求めた式を用いて、流量Ｆ２を示す値から定期的に求められる値である。他の実施形態では、第２の設定値は、予めＦＣーＥＣＵ８００に格納されたマップ値によって算出されてもよい。

図５は、本実施形態の燃料電池システム１０における、流量Ｆ２と第１流路４００における圧損との関係を表すマップ値を示す説明図である。図５の縦軸は、第１流路４００における圧損をとる。図５の横軸は、コンプレッサ３００から送られてくる設定された流量Ｆ２をとる。

図５における実線Ｎは、第１流路４００が正常である場合における流量Ｆ２に対する第１流路４００における圧損を示す。図５における実線Ｓは、第２の設定値を示す。実線Ｓは、実線Ｎと傾きは同じ実線であって、実線Ｎに対して一定の値を加えることによって設定される。

流量Ｆ２において図５における範囲Ａｂは、流量Ｆ２に対して第１流路４００における圧損が第２の設定値を超えている範囲を示す。図５における流量ＦＬは、範囲Ａｂにおける流量Ｆ２側の上限を示す。流量Ｆ２が流量ＦＬを超えると、第１流路４００における空気の流れが層流領域から乱流領域に入るため、流量Ｆ２に対する第１流路４００における圧損を、実線Ｎのような線形で近似できなくなる。このため、範囲Ａｂにおける流量Ｆ２の上限は、流量ＦＬに設定される。

図６は、燃料電池システム１０が実行する第２異常判定処理を示すフローである。燃料電池システム１０は、第２異常判定処理を、ＦＣ−ＥＣＵ８００がコンプレッサ３００より下流側に異常がある旨の出力を行った場合（本実施形態のステップＳ１３０に相当）であって、燃料電池１００による発電が行われていない間、定期的に実行する。燃料電池１００による発電が行われていない状態とは、分流弁４５０が第２流路５００の側を閉じているとともに第１流路４００のうち分岐位置から下流側を開き、調圧弁６２０が閉じていることによって、燃料電池１００に空気が送られていない状態のことである。

第２異常判定処理が開始されると、コンプレッサ３００から設定された流量Ｆ２の空気が流される（ステップＳ２００）。次に、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えているか否か判定される（ステップＳ２１０）。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ２１０が開始されてから１０秒間の間に、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えている時間の積算が４秒未満であると、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えていないと判定される。本実施形態における燃料電池システム１０では、ステップＳ２１０が開始されてから１０秒間の間に、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えている時間の積算が４秒以上であると、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えていると判定される。

圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えている場合、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第１流路４００に異常がある旨の出力を行う（ステップＳ２２０）。その後、図６の第２異常判定処理は終了される。

圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えない場合、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第２流路５００と、燃料電池１００における空気が流れる流路と、前流路６１０とのうち少なくとも１つに異常がある旨の出力を行う（ステップＳ２３０）。その後、図６の第２異常判定処理は終了される。

以上説明した実施形態によれば、コンプレッサ３００が消費する電力に異常があった場合、空気の流量Ｆ１を示す値に対する反応ガスの圧力Ｐ１を示す値が設定範囲Ｍの内側であるか否かによって、コンプレッサ３００における異常とコンプレッサ３００より下流側における異常とを区別できる。このため、誤ってコンプレッサ３００に異常があると判定することを防止できる。

また、コンプレッサ３００より下流側における異常について、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ２の値との差が第２の設定値を超えたか否かによって、第１流路４００における異常と、第２流路５００と燃料電池１００における空気が流れる流路と前流路６１０とのうち少なくとも１つの箇所における異常と、を区別できる。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における燃料電池システム１０ａの構成を示した説明図である。燃料電池システム１０ａは、第１実施形態における燃料電池システム１０の圧力センサ４６０に代えて、圧力センサ４６０とは異なる位置に配置された圧力センサ４６０ａを備える点を除き、第１実施形態における燃料電池システム１０の構成と同様である。

圧力センサ４６０ａは、第３流路６００が第１流路４００に接続している接続位置より下流側に配される。圧力センサ４６０ａは、第１流路４００のうち接続位置から下流側に送られてくる空気の圧力Ｐ３を測定する。燃料電池システム１０ａにおける第２異常判定処理では、圧力Ｐ１の値と圧力Ｐ３の値との差が第２の設定値を超えているか否かに基づいて行われる。

このため、第３流路６００が第１流路４００に接続している接続位置より上流側に圧力センサが配される態様と比べて、より広い範囲における第１流路４００の異常を検出できる。

Ｃ．変形例：
第１実施形態では、ＰＭ−ＥＣＵ７００は、コンプレッサ３００に備えられたトルクセンサから出力される信号が表す値と、コンプレッサ回転数センサから出力される信号が表す値とを用いて、コンプレッサ３００が消費する電力値Ｖを取得していたが、本発明はこれに限られない。例えば、ＰＭ−ＥＣＵ７００は、コンプレッサ３００に備えられた電力センサから出力される信号が表す値を用いて、コンプレッサ３００が消費する電力値Ｖを取得していてもよい。

第１実施形態では、ステップＳ１００およびステップＳ２１０が開始されてから１０秒間の間における継続時間および積算時間に基づいて判定が行われていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ステップＳ１００およびステップＳ２１０が開始されてから一定の時間の間における継続時間のみに基づいて判定が行われてもよいし、一定の時間の間における積算時間のみに基づいて判定が行われてもよい。また、燃料電池システム１０が最後に稼動してからステップＳ１００およびステップＳ２１０が開始されるまでの間における継続時間および積算時間に基づいて判定が行われてもよい。

また、第１実施形態では、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖおよび流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１について同じ１０秒間の間において計測が開始されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、流量Ｆ１を示す値に対する電力値Ｖの計測および判定がされたのち、流量Ｆ１を示す値に対する圧力Ｐ１について計測が開始されてもよい。

第１実施形態では、第１異常判定処理および第２異常判定処理を行っていたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１異常判定処理のみを行う燃料電池システムであってもよい。

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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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…燃料電池システム
１０ａ…燃料電池システム
１００…燃料電池
２００…吸気流路
２１０…エアクリーナ
２２０…外気温センサ
２３０…エアフロメータ
２４０…大気圧センサ
３００…コンプレッサ
４００…第１流路
４１０…インタークーラ
４２０…温度センサ
４３０…圧力センサ
４５０…分流弁
４６０…圧力センサ
４６０ａ…圧力センサ
４８０…マフラー
５００…第２流路
６００…第３流路
６１０…前流路
６２０…調圧弁
６３０…後流路
７００…ＰＭーＥＣＵ
８００…ＦＣーＥＣＵ

Claims

燃料電池システムであって、
反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記反応ガスを圧縮して前記燃料電池に送るコンプレッサと、
前記コンプレッサが送る前記反応ガスの流量を測定する流量測定部と、
前記反応ガスが送られる向きにおいて前記コンプレッサより下流側に配され、前記コンプレッサによって圧縮された前記反応ガスの圧力を測定する第１の圧力測定部と、
前記コンプレッサが消費する電力の値を取得するための電力値取得部と、
前記燃料電池システムの異常について判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、
（ａ）前記流量測定部が測定した流量を示す値に対する前記電力の値が第１の設定値を超えた場合であって、
（ａ１）前記流量を示す値に対する前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値が設定範囲内である場合、前記コンプレッサに異常がある旨の出力を行い、
（ａ２）前記流量を示す値に対する前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値が設定範囲外である場合、前記コンプレッサより前記下流側に異常がある旨の出力を行う、燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
一方の端部が前記コンプレッサと接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを大気へ排出する第１流路と、
前記第１流路から分岐して前記燃料電池と接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを、前記燃料電池に送る第２流路と、
前記第１流路から前記第２流路が分岐している分岐位置に配され、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスのうち、前記第１流路のうち前記分岐位置から前記下流側である第１の側に分流する量と前記分岐位置から前記第２流路の側である第２の側に分流する量とを調整できる分流弁と、
一方の端部が前記燃料電池と接続するとともに他方の端部が前記第１の側における前記第１流路と接続し、前記燃料電池からの排ガスを前記第１流路に送るための第３流路と、
前記第１流路において前記第１の側に配され、前記第１の側に送られてくる前記反応ガスの圧力を測定する第２の圧力測定部と、を備え、
前記第１の圧力測定部は、前記反応ガスが送られる向きにおいて前記分流弁より上流側に配され、
前記第３流路は、前記第３流路を開閉できる調圧弁を有し、
前記判定部は、
（ｂ）前記（ａ２）の場合であって、かつ、前記分流弁が前記第２の側を閉じているとともに前記第１の側を開き、前記調圧弁が閉じている状態で前記コンプレッサから設定された流量の前記反応ガスが流されているとき、
（ｂ１）前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値と前記第２の圧力測定部が測定した圧力の値との差が第２の設定値を超えた場合、前記判定部は、前記第１流路と前記第３流路のうち前記調圧弁より前記第１流路の側における流路とのうち少なくとも一方に異常がある旨の出力を行い、
（ｂ２）前記第１の圧力測定部が測定した圧力の値と前記第２の圧力測定部が測定した圧力の値との差が第２の設定値を超えない場合、前記判定部は、前記第２流路と前記燃料電池における前記反応ガスが流れる流路と前記第３流路のうち前記調圧弁より前記燃料電池の側における流路とのうち少なくとも１つに異常がある旨の出力を行う、燃料電池システム。
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記第２の圧力測定部は、前記第３流路が前記第１流路に接続している接続位置より前記下流側に配される、燃料電池システム。