JP6677024B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムは、燃料電池スタックのカソード側電極に酸化ガスが供給される酸化ガス供給路が取り付けられ、アノード側電極に燃料ガスが供給される燃料ガス供給路が取り付けられ、酸化ガス供給路において、エアクリーナやエアコンプレッサ、インタークーラなどが配設されてその全体が構成されている。そして、燃料電池スタックは発電性能に応じた基数の燃料電池セルが積層され、エンドプレートにて挟持されることによって構成されている。

酸化ガス供給路にエアコンプレッサとインタークーラが設けられていることにより、エアコンプレッサで圧縮された酸化ガスが温度上昇した際にインタークーラが酸化ガスを冷却することができる。そのため、過度に温度上昇した酸化ガスが燃料電池スタックに提供されることを防止することが可能になる。

したがって、インタークーラが故障した場合に、過度に温度上昇した酸化ガスが燃料電池スタックに提供される可能性が生じ得る。このように過度に温度上昇した酸化ガスが燃料電池スタックに提供されると、燃料電池スタックの乾きや樹脂製の構成部品の劣化等に繋がる。

このようなことから、インタークーラの故障を早期に検知できる燃料電池システムの開発が急務である。

ここで、特許文献１には、燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサと、インタークーラと、インタークーラ冷却用の第１冷却水ポンプと、酸化ガス供給流路の途中でインタークーラよりもガスの下流側の空気の温度を検出する温度センサと、制御部とを備えた燃料電池システムが開示されている。

この燃料電池システムにおいて、制御部は、第１冷却水ポンプの異常の有無を判定する冷却部異常判定手段と、異常が生じたと判定された場合に温度センサによって検出された空気の温度に応じて、エアコンプレッサの回転数を制御するエアコンプレッサ作動制御手段を備えている。

特開２００８−３４１３９号公報

特許文献１に記載の燃料電池システムによれば、インタークーラ冷却用の第１冷却水ポンプに異常が生じた場合でも、燃料電池スタックの発電運転時間を長くすることが可能になる。
しかしながら、特許文献１にはインタークーラ自体が故障したことを早期に検知する手段の開示がない。
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、インタークーラの故障を早期に検知できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、前記温度センサからの温度計測データを受信する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度に関する第一閾値、もしくは前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、前記温度計測データと前記第一閾値、もしくは前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、警報部と、を備え、前記判定部では、前記温度計測データが前記第一閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定する、もしくは、前記温度計測データを用いて算定された前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定し、該インタークーラの故障と判定された際に前記警報部から該インタークーラの故障が告知されるものである。

本発明の燃料電池システムによれば、制御装置において、酸化ガス供給路内の酸化ガスの温度が固有の閾値（第一閾値）以上である、もしくは、温度計測データを用いて算定された酸化ガスの温度上昇速度が固有の閾値（第二閾値）以上である場合に、インタークーラが故障したことが早期に検知され、告知される。したがって、故障したインタークーラを速やかにメンテナンスすることが可能になる。なお、この「告知」には、警報ランプを点灯させる、警報音を発するなど、様々な形態がある。

ここで、「第一閾値」とは、インタークーラの冷却が正常におこなわれている場合に想定される最高温度から決定でき、インタークーラの下流側（出口側）の温度を決定する要素である、外気温、インタークーラの冷却水温度、およびエアコンプレッサの上流側と下流側の酸化ガスの圧力比に応じた酸化ガス温度等を加算した加算値から設定できる。

一方、「第二閾値」とは、インタークーラの冷却が正常におこなわれている場合に想定される最大の温度上昇速度から決定でき、酸化ガスの圧力の上昇速度から断熱圧縮過程によって決定される温度上昇速度から設定できる。

気体である酸化ガスは液体に比して密度が小さく、熱容量が小さいことから温度上昇し易い。そこで、本発明のように、インタークーラと燃料電池スタックの間の酸化ガス供給路（インタークーラの下流側の酸化ガス供給路）に温度センサを配設しておき、この温度センサで計測された温度計測データを用いてインタークーラの下流側の温度を随時監視することで、インタークーラの故障による冷却性能低下を早期に検知することが可能になる。

また、本発明による燃料電池システムの好ましい実施の形態は、前記エアコンプレッサの下流側の前記酸化ガス供給路に圧力センサが配設されており、前記制御装置は、前記温度計測データに加えて、前記圧力センサによって計測された圧力計測データを受信し、前記判定部はさらに、前記エアコンプレッサの上流側の圧力に対する前記圧力計測データの比である圧力比を算定し、前記格納部ではさらに、前記圧力比に関する第三閾値が格納され、前記判定部において、前記温度計測データが前記第一閾値以上と判定する、もしくは、前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上と判定した後、さらに、前記圧力比と前記第三閾値の大小を判定し、該圧力比が該第三閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定するものである。

本実施の形態の燃料電池システムによれば、インタークーラの下流側の酸化ガスの温度や温度上昇速度に加えて、エアコンプレッサの上流側と下流側の圧力比を考慮することにより、酸化ガスの温度や温度上昇速度のみによる場合の誤判定を防止することができ、判定精度を向上させることができる。

ここで、「第三閾値」とは、インタークーラが冷却異常で酸化ガスが上限温度に達する際の圧力比の中で最小の圧力比にて設定することができる。

また、「エアコンプレッサの上流側の圧力」は、大気圧センサ（もしくは高度計）によって推定可能な圧力である。より具体的には、エアコンプレッサの上流側では、流量が多いほど配管内の圧力損失が増加して圧力が低下するため、流量から圧力損失分を推定し、大気圧から圧力損失分を減じることでエアコンプレッサの上流側の圧力が推定できる。なお、エアコンプレッサの上流側にも圧力センサが配設され、下流側と同様に圧力センサにて計測された圧力計測データが使用されてもよいことは勿論のことである。この場合、上流側の圧力計測データも制御装置にて受信され、判定部では、エアコンプレッサの上流側と下流側の圧力計測データの比から圧力比が算定される。

また、本発明による燃料電池システムの他の実施の形態は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池スタックから酸化ガスが排出される酸化ガス排出路と、前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、前記エアコンプレッサの下流側の前記酸化ガス供給路に配設された圧力センサと、圧力制御弁と、前記温度センサからの温度計測データを受信し、さらに、前記圧力センサよって計測された圧力計測データを受信する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度に関する第一閾値、もしくは前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、前記温度計測データと前記第一閾値、もしくは前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、フェール制御部と、を備え、前記判定部では、前記温度計測データが前記第一閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定する、もしくは、前記温度計測データを用いて算定された前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定し、該インタークーラの故障と判定された際に、前記フェール制御部にて酸化ガス流路系内の圧力を下げる制御が実行されるものである。

本実施の形態の燃料電池システムによれば、インタークーラのメンテナンスではなくてフェール制御を実行することで、インタークーラが故障した場合でも、酸化ガス流路系内の圧力を下げることにより、酸化ガスの温度上昇を効果的に抑制しながら燃料電池システムの継続的な使用を実現することができる。

具体的には、前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、前記酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信されることにより、酸化ガス流路系内の圧力を下げる制御が実行される。

また、本発明による燃料電池システムの他の実施の形態において、前記格納部では、前記エアコンプレッサの上流側の圧力に対する前記圧力計測データの比である圧力比に関する第三閾値がさらに格納されており、前記判定部において、前記温度計測データが前記第一閾値以上と判定した、もしくは、前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上と判定した後、さらに、前記圧力比と前記第三閾値の大小を判定し、前記圧力比が前記第三閾値以上でないと判定した際には、前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、前記酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信され、前記圧力比が前記第三閾値以上と判定した際には、前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、前記酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信され、かつ、前記フェール制御部から前記エアコンプレッサに対して回転数を低下させる信号が送信されるものである。

本実施の形態の燃料電池システムでは、インタークーラの異常を二種類に分け、判定部において圧力比が第三閾値以上と判定しなかった際には、圧力制御弁を調整して酸化ガス流路系内の圧力を下げることにより、酸化ガスの温度を低下させることが可能になる。

一方、判定部において圧力比が第三閾値以上と判定した際には、圧力制御弁を調整して酸化ガス流路系内の圧力を下げることに加えて、エアコンプレッサの回転数を低下させることにより、酸化ガスの温度を低下させながら燃料電池システムの継続使用が可能になる。

以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池システムによれば、構成要素である制御装置において、酸化ガス供給路内の酸化ガスの温度が固有の閾値（第一閾値）以上である、もしくは、温度計測データを用いて算定された酸化ガスの温度上昇速度が固有の閾値（第二閾値）以上であると判定されることで、インタークーラが故障したことを早期に検知することが可能になる。

本発明の燃料電池システムの実施の形態１の構成図である。 燃料電池システムの実施の形態１の制御装置の内部構成図である。 燃料電池システムの実施の形態１の制御方法を説明するフローチャートである。 （ａ）は酸化ガスの温度の時刻歴に第一閾値を記載した図であり、（ｂ）は酸化ガスの温度上昇速度の時刻歴に第二閾値を記載した図である。 本発明の燃料電池システムの実施の形態２の構成図である。 燃料電池システムの実施の形態２の制御方法を説明するフローチャートである。 本発明の燃料電池システムの実施の形態３の構成図である。 燃料電池システムの実施の形態３の制御装置の内部構成図である。 燃料電池システムの実施の形態３の制御方法を説明するフローチャートである。 燃料電池システムの実施の形態４の制御方法を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の燃料電池システムの実施の形態１〜４を説明する。

（燃料電池システムの実施の形態１）
図１は本発明の燃料電池システムの実施の形態１の構成図であり、図２は燃料電池システムを構成する制御装置の内部構成図であり、図３は燃料電池システムの制御方法を説明するフローチャートである。また、図４（ａ）は酸化ガスの温度の時刻歴に第一閾値を記載した図であり、図４（ｂ）は酸化ガスの温度上昇速度の時刻歴に第二閾値を記載した図である。

図１で示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に空気等の酸化ガスを供給する酸化ガス供給路６０Ａと、燃料電池スタック１０に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給路６０Ｂと、酸化ガス供給路６０Ａにおいて酸化ガスの流れる上流側から下流側の燃料電池スタック１０に向かって順に配設された、エアクリーナ２０Ａ、エアコンプレッサ３０およびインタークーラ４０と、酸化ガス供給路６０Ａ内の酸化ガスの温度を計測する温度センサ８０Ａと、温度センサ８０Ａからの温度計測データを受信する制御装置７０と、から大略構成されている。なお、インタークーラ４０の下流側に酸化ガスを加湿する加湿器を設けてもよい。

燃料電池スタック１０の内部構造の図示は省略するが、発電性能に応じた基数の燃料電池セルが積層され、集電板、絶縁板およびエンドプレートにて挟持されることによって燃料電池スタック１０が構成されている。燃料電池スタック１０を構成する燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜とこの電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の各電極（電極触媒層）から構成された膜電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）と、各電極触媒層の外側に配されてガス流れの促進と集電効率を高めるガス拡散層（GDL）と、ガス拡散層の外側に配されたセパレータとから構成されている。

外気がエアクリーナ２０Ａを介して酸化ガス供給路６０Ａに取り込まれ、エアコンプレッサ３０に供給されて加圧された後、燃料電池スタック１０のカソード側電極の酸化ガス流路に提供される。

一方、燃料ガス供給路６０Ｂは燃料ガス制御弁５１を介して高圧水素タンク５０に通じており、下流の燃料電池スタック１０側には水素ポンプ５２が配設されている。

高圧水素タンク５０から燃料ガス供給路６０Ｂに供給された燃料ガスは、燃料ガス制御弁５１を介して燃料電池スタック１０のアノード側電極の燃料ガス流路に供給される。

また、燃料電池スタック１０には酸化ガス供給路６０Ａの他に酸化ガス排出路６０Ｃが通じており、燃料電池スタック１０に供給されて各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の酸化ガスは、燃料電池スタック１０から酸化ガス排出路６０Ｃを通じて排出され、マフラー２０Ｂを介して大気に放出される。

さらに、燃料電池スタック１０には燃料ガス供給路６０Ｂの他に燃料ガス排出路６０Ｄが通じており、燃料電池スタック１０に供給されて各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の燃料ガスと生成された水は、燃料電池スタック１０から排気排水弁５３を介し、燃料ガス排出路６０Ｄを通じて排出される。

インタークーラ４０には冷却水等の冷媒が流通する冷媒流路４１が連通しており、冷媒流路４１に連通する冷媒ポンプ４２によって冷媒がインタークーラ４０に提供される。

温度センサ８０Ａは、インタークーラ４０と燃料電池スタック１０の間の酸化ガス供給路６０Ａに配設され、ここで酸化ガス供給路６０Ａ内の酸化ガスの温度を随時計測する。

エアコンプレッサ３０の下流側の酸化ガス供給路６０Ａには第一圧力センサ８０Ｂが配設され、エアコンプレッサ３０の上流側の酸化ガス供給路６０Ａには別途の第二圧力センサ８０Ｃが配設されている。

また、酸化ガス供給路６０Ａには三方弁９０Ａが配設されており、酸化ガス排出路６０Ｃには圧力制御弁９０Ｂが配設されている。

図２で示すように、制御装置７０の内部構成は、温度センサ８０Ａからの温度計測データを受信する受信部７１、酸化ガス供給路６０Ａ内の酸化ガスの温度に関する第一閾値、もしくは酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部７２、判定部７３、警報部７４、各部の実行を司るＣＰＵ７５、ＲＯＭ７６、ＲＡＭ７７がバスで繋がれて構成されている。

格納部７２に格納される第一閾値は、インタークーラ４０の冷却が正常におこなわれている場合に想定される最高温度から決定され、インタークーラ４０の下流側の温度を決定する要素である、外気温、インタークーラ４０の冷却水温度、およびエアコンプレッサ３０の上流側と下流側の酸化ガスの圧力比に応じた酸化ガス温度を加算した加算値から設定される。

一方、格納部７２に格納される第二閾値は、インタークーラ４０の冷却が正常におこなわれている場合に想定される最大の温度上昇速度から決定され、酸化ガスの圧力の上昇速度から断熱圧縮過程によって決定される温度上昇速度から設定される。

判定部７３は、温度計測データと第一閾値、もしくは温度上昇速度と第二閾値の大小を判定する。

ここで、図３のフローチャートを用いて、燃料電池システム１００の制御方法を説明する。

温度センサ８０Ａにてインタークーラ４０と燃料電池スタック１０の間の酸化ガス供給路６０Ａ内の酸化ガスの温度（Ｔ）が随時計測され（ステップＳ１）、計測された温度計測データが受信部７１に随時送信される。

判定部７３では、受信部７１で受信された温度計測データの温度（Ｔ）と格納部７２で格納される第一閾値（Ｔｏ）を読み込み、温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）以上であるか否かの判定を実行する（ステップＳ２）。

図４（ａ）では、時間経過に伴って温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）未満から第一閾値（Ｔｏ）以上となる状態を示している。

そして、判定部７３では、温度計測データの温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）以上の際にインタークーラの故障と判定する（ステップＳ３）。

また、判定部７３では、受信部７１で受信された温度計測データの温度（Ｔ）を用いて酸化ガスの温度上昇速度（Ｖ）を算定し、算定された温度上昇速度（Ｖ）と格納部７２で格納される第二閾値（Ｖｏ）を比較し、温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上であるか否かの判定を実行する（ステップＳ２）。

図４（ｂ）では、温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上となる状態を示している。

そして、判定部７３では、温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上の際にインタークーラの故障と判定する（ステップＳ３）。

このように、判定部７３では、温度（Ｔ）と第一閾値（Ｔｏ）の比較判定、温度上昇速度（Ｖ）と第二閾値（Ｖｏ）の比較判定のいずれか一方が実行される。

判定部７３においてインタークーラの故障と判定された際には、警報指令信号が判定部７３から警報部７４に送信され、警報部７４からインタークーラの故障を告知するべく、警報ランプを点灯させたり警報音を発する等の警報が実行される（ステップＳ４）。そして、警報を受けたドライバー等は、故障したインタークーラの取り換えやメンテナンスを実行することができる。

燃料電池システム１００によれば、インタークーラ４０と燃料電池スタック１０の間の酸化ガス供給路６０Ａに温度センサ８０Ａが配設され、この温度センサ８０Ａで計測された温度計測データを用いてインタークーラ４０の下流側の温度を随時監視すること、および、酸化ガス供給路６０Ａ内の酸化ガスの温度（Ｔ）が固有の第一閾値（Ｔｏ）以上である、もしくは、温度計測データを用いて算定された酸化ガスの温度上昇速度（Ｖ）が固有の第二閾値（Ｖｏ）以上であると判定されることにより、インタークーラ４０の故障による冷却性能低下を早期に検知することが可能になる。

（燃料電池システムの実施の形態２）
図５は本発明の燃料電池システムの実施の形態２の構成図であり、図６は燃料電池システムの実施の形態２の制御方法を説明するフローチャートである。なお、燃料電池システム１００と同様の構成については説明を省略する。

図５で示す燃料電池システム１００Ａは、燃料電池システム１００の構成に対して、エアコンプレッサ３０の下流側の酸化ガス供給路６０Ａに配設された第一圧力センサ８０Ｂから圧力計測データが制御装置７０の受信部７１に送信されるシステムである。

制御装置７０の受信部７１には、温度センサ８０Ａから送信される温度計測データに加えて、第一圧力センサ８０Ｂによって計測された第一圧力計測データが送信される。

判定部７３では、温度計測データの温度（Ｔ）と第一閾値（Ｔｏ）の比較判定や温度上昇速度（Ｖ）と第二閾値（Ｖｏ）の比較判定に加えて、エアコンプレッサ３０の上流側の圧力に対する圧力計測データの比である圧力比が算定される。

ここで、「エアコンプレッサ３０の上流側の圧力」に関し、エアコンプレッサ３０の上流側では、流量が多いほど配管内の圧力損失が増加して圧力が低下するため、流量から圧力損失分を推定し、大気圧から圧力損失分を減じることでエアコンプレッサ３０の上流側の圧力が推定できる。すなわち、この上流側の圧力は推定値が適用できる。なお、エアコンプレッサ３０の上流側に配設されている第二圧力センサ８０Ｃにてエアコンプレッサ３０の上流側の圧力が測定されることから、この第二圧力センサ８０Ｃで計測された圧力計測データが制御装置７０の受信部７１に送信されてもよい。

格納部７２には、第一閾値と第二閾値に加えて、圧力比に関する第三閾値が格納されている。この第三閾値は、インタークーラ４０が冷却異常で酸化ガスが上限温度に達する際の圧力比の中で最小の圧力比にて設定される。

ここで、図６のフローチャートを用いて、燃料電池システム１００Ａの制御方法を説明する。

判定部７３において、温度計測データの温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）以上である、もしくは温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上であると判定されたら、次に、算定された圧力比（Ｒ）が第三閾値（Ｒｏ）以上であるか否かの判定を実行する（ステップＳ５）。

そして、判定部７３では、圧力比（Ｒ）が第三閾値（Ｒｏ）以上の際にインタークーラの故障と判定する（ステップＳ３）。

燃料電池システム１００Ａによれば、インタークーラ４０の下流側の酸化ガスの温度や温度上昇速度に加えて、エアコンプレッサ３０の上流側と下流側の圧力比を考慮することにより、酸化ガスの温度や温度上昇速度のみによって判定する場合の誤判定を防止することができ、判定精度を向上させることができる。

具体的には、圧力比が一定値以下の際に、実際にはインタークーラ４０が故障している異常状態であっても絶対温度が閾値を超えないことがあることから、温度計測データのみによって判定する場合の誤判定を未然に防止することができる。また、圧力比が一定値以下の際に、温度上昇速度が小さくなる傾向があり、このことに起因して温度上昇速度の精度が悪くなることがあり、このような場合に温度上昇速度のみによって判定する場合の誤判定を未然に防止することができる。

（燃料電池システムの実施の形態３）
図７は本発明の燃料電池システムの実施の形態３の構成図であり、図８は燃料電池システムを構成する制御装置の内部構成図であり、図９は燃料電池システムの制御方法を説明するフローチャートである。なお、燃料電池システム１００Ａと同様の構成については説明を省略する。

図７で示す燃料電池システム１００Ｂは、燃料電池システム１００Ａの構成に対して、制御装置７０Ａにおいて警報部７４に変わってフェール制御部７８が設けられているシステムである。

すなわち、燃料電池システム１００Ｂは、燃料電池システム１００，１００Ａと異なり、インタークーラの故障と判定された際に警報を発するのではなくて、フェール制御を実行するシステムである。

ここで、図９のフローチャートを用いて、燃料電池システム１００Ｂの制御方法を説明する。

判定部７３において、温度計測データの温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）以上である、もしくは温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上であると判定された後、圧力比（Ｒ）が第三閾値（Ｒｏ）以上でないと判定された際には、インタークーラの故障と判定する（ステップＳ３）。そして、フェール制御部７８にて、酸化ガス供給路６０Ａと酸化ガス排出路６０Ｃから構成される酸化ガス流路系内の調圧目標値を低下させ、圧力制御弁９０Ｂに対して酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信される（ステップＳ８）。この信号により、圧力制御弁９０Ｂが開いたりその開度が大きくなることで酸化ガス流路系内の圧力が下げられ、酸化ガスの温度上昇が抑制される。なお、三方弁９０Ａに対して酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信される形態であってもよい。

一方、判定部７３において、温度計測データの温度（Ｔ）が第一閾値（Ｔｏ）以上である、もしくは温度上昇速度（Ｖ）が第二閾値（Ｖｏ）以上であると判定された後、圧力比（Ｒ）が第三閾値（Ｒｏ）以上であると判定された際にも、インタークーラの故障と判定する（ステップＳ３）。そして、フェール制御部７８にて、酸化ガス流路系内の調圧目標値を低下させ、圧力制御弁９０Ｂに対して酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信されることに加えて、エアコンプレッサ３０の回転数目標値を低下させ、エアコンプレッサ３０に対して回転数を低下させる信号が送信される（ステップＳ７）。

エアコンプレッサ３０の回転数制限は、酸化ガス流量が低下することによる出力低下に直結することから、インタークーラの故障判定精度が高い場合に有効である。

燃料電池システム１００Ｂによれば、インタークーラ４０が故障した場合でも、酸化ガスの温度上昇を効果的に抑制しながら、燃料電池システム１００Ｂの継続的な使用を実現することができる。

（燃料電池システムの実施の形態４）
図１０は本発明の燃料電池システムの実施の形態４の制御方法を説明するフローチャートである。

実施の形態４にかかる燃料電池システムの構成は、原則的には燃料電池システム１００Ｂと同様であるが、フェール制御部７８によるフェール制御が燃料電池システム１００Ｂのフェール制御に比してよりシンプルなものである。

具体的には、燃料電池システム１００と同様の制御フロー（すなわち、圧力比と第三閾値の大小比較をフロー内容に含めない）にてインタークーラ故障と判定した後（ステップＳ３）、フェール制御部７８にて、酸化ガス供給路６０Ａと酸化ガス排出路６０Ｃから構成される酸化ガス流路系内の調圧目標値を低下させ、酸化ガス流路系内の圧力を下げる制御を実行するものである（ステップＳ８）。

この簡易なフェール制御によっても、インタークーラ４０が故障した際に酸化ガスの温度上昇を効果的に抑制しながら、燃料電池システムの継続的な使用を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０…燃料電池スタック、２０Ａ…エアクリーナ、２０Ｂ…マフラー、３０…エアコンプレッサ、４０…インタークーラ、４１…冷媒流路、４２…冷却ポンプ、５０…高圧水素タンク、５１…燃料ガス制御弁、５２…水素ポンプ、５３…排気排水弁、６０Ａ…酸化ガス供給路、６０Ｂ…燃料ガス供給路、６０Ｃ…酸化ガス排出路、６０Ｄ…燃料ガス排出路、７０…制御部、８０Ａ…温度センサ、８０Ｂ…第一圧力センサ、８０Ｃ…第二圧力センサ、９０Ａ…三方弁、９０Ｂ…圧力制御弁、１００，１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム

Claims (5)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、
   前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、
   前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサからの温度計測データを受信する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、
   前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、
   警報部と、を備え、
   前記判定部では、前記温度計測データを用いて算定された前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定し、該インタークーラの故障と判定された際に前記警報部から該インタークーラの故障が告知される、燃料電池システム。
2. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、
   前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、
   前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサからの温度計測データを受信する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度に関する第一閾値、もしくは前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、
   前記温度計測データと前記第一閾値、もしくは前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、
   警報部と、を備え、
   前記エアコンプレッサの下流側の前記酸化ガス供給路に圧力センサが配設されており、 前記制御装置は、前記温度計測データに加えて、前記圧力センサによって計測された圧力計測データを受信し、
   前記判定部はさらに、前記エアコンプレッサの上流側の圧力に対する前記圧力計測データの比である圧力比を算定し、
   前記格納部ではさらに、前記圧力比に関する第三閾値が格納され、
   前記判定部において、前記温度計測データが前記第一閾値以上と判定した、もしくは、前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上と判定した後、さらに、前記圧力比と前記第三閾値の大小を判定し、該圧力比が該第三閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定し、該インタークーラの故障と判定された際に前記警報部から該インタークーラの故障が告知される、燃料電池システム。
3. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、
   前記燃料電池スタックから酸化ガスが排出される酸化ガス排出路と、
   前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、
   前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、
   前記エアコンプレッサの下流側の前記酸化ガス供給路に配設された圧力センサと、
   圧力制御弁と、
   前記温度センサからの温度計測データを受信し、さらに、前記圧力センサよって計測された圧力計測データを受信する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、
   前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、
   フェール制御部と、を備え、
   前記判定部では、前記温度計測データを用いて算定された前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上の際に前記インタークーラの故障と判定し、該インタークーラの故障と判定された際に、前記フェール制御部にて酸化ガス流路系内の圧力を下げる制御が実行される、燃料電池システム。
4. 前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、前記酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信される、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、
   前記燃料電池スタックから酸化ガスが排出される酸化ガス排出路と、
   前記酸化ガス供給路において、前記酸化ガスの流れる上流側から下流側の前記燃料電池スタックに向かって順に配設された、エアコンプレッサおよびインタークーラと、
   前記インタークーラと前記燃料電池スタックの間の前記酸化ガス供給路に配設されて該酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度を計測する温度センサと、
   前記エアコンプレッサの下流側の前記酸化ガス供給路に配設された圧力センサと、
   圧力制御弁と、
   前記温度センサからの温度計測データを受信し、さらに、前記圧力センサよって計測された圧力計測データを受信する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記酸化ガス供給路内の前記酸化ガスの温度に関する第一閾値、もしくは前記酸化ガスの温度上昇速度に関する第二閾値を格納する格納部と、
   前記温度計測データと前記第一閾値、もしくは前記温度上昇速度と前記第二閾値の大小を判定する判定部と、
   フェール制御部と、を備え、
   前記格納部では、前記エアコンプレッサの上流側の圧力に対する前記圧力計測データの比である圧力比に関する第三閾値がさらに格納されており、
   前記判定部において、前記温度計測データが前記第一閾値以上と判定した、もしくは、前記酸化ガスの前記温度上昇速度が前記第二閾値以上と判定した後、さらに、前記圧力比と前記第三閾値の大小を判定し、
   前記圧力比が前記第三閾値以上でないと判定した際には、前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信され、
   前記圧力比が前記第三閾値以上と判定した際には、前記フェール制御部から前記圧力制御弁に対して、前記酸化ガス流路系内の圧力を下げる信号が送信され、かつ、前記フェール制御部から前記エアコンプレッサに対して、回転数を低下させる信号が送信される、燃料電池システム。

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