WO2007013668A1

WO2007013668A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2007013668A1
Application number: PCT/JP2006/315258
Authority: WO
Inventors: Keigo Suematsu; Tatsuaki Yokoyama; Koji Katano; Nobuhiro Tomosada
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-02-01
Also published as: CN101194389A; JP2007035445A; DE112006001673T5; US8486577B2; CN100563053C; JP4806989B2; US20090035612A1

Abstract

　本発明の燃料電池システムでは、水素の漏れを検出する際、水素供給手段から水素供給流路への水素を供給を遮断する遮断弁を閉じるとともに、水素供給路内の水素の圧力を減圧する調圧弁を開弁して非調圧の状態に保つ。この状態を、漏れ検知可能状態という。この状態において、燃料電池に水素を供給する水素供給流路内の水素の状態量として、圧力および流量のうち少なくとも一方を検出する。この状態量の漏れ検知可能状態での挙動の挙動を解析することにより、水素供給手段よりも下流側に発生した水素漏れを検知する。この結果、水素供給流路中に調圧弁が設けられている燃料電池システムにおいて、水素漏れの検知を精度よく行うことができる。

Description

明細書燃料電池システム技術分野

本発明は、燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料電池に供給される水素ガスの漏れを検知する技術に関する。背景技術

| ^電池に水素と酸素を供給して発電を行う燃料電池システムでは、その安全性を向上させるため、料電池のアノードに供給する水素ガスの漏れを検知する技術が種々検討されている。例えば、特開 2003— 1 48252号公報に記載の技術では、燃料電池の発電によって消費した水素量と燃料電池から排出された未利用の水素量との和に相当する総水素量から水素供給流路内の圧力降下量を推定し、この推定値と、圧力 —if ザにつて実測した圧力降下量とを比較することにより、水素供給流路内に ¾ fる永素の漏れを検知している。 'の他 ^¾ガス漏れ検出の公知技術としては、特開平 1 1 — 1 08730号公報、特開 ¾ ©¾P3— 308868号公報、特開- 2003— 308866号公報などが知ら ¾ iる。素供給流路中には、水素タンクなどから供給される高圧の水素を減圧するための調圧弁が備えられていることが一般的である。燃料電池丄こよる発電中に (ま、 li 弁の上流側と下流側とでは圧力状態が異なつていることから、水素漏れの発生場所によつては圧力センサによつて水素の圧力降下量を検出することが困難な場合がある。例えば、調圧弁の上流側に圧力センサが備えられており、調圧弁の下流側で水素漏れが発生したような場合では、下流側で発生した水素漏れに伴う圧力変化は、調圧弁によって妨げられてしまい、調圧弁の上流側に設けられたセンサでその変化を精度よく検知することは困難となる。調圧弁の下流側での水素漏れが継続することによリ調圧弁の下流側の圧力が一定以上下がって、調圧弁が開弁した状態にならないと下流側の影響が上流側に伝達しないからである。発明の開示

このような状況にみ、本発明が解決しょうとする課題は、水素供給流路中に調圧弁が設けられている燃料電池システムであっても、水素漏れの検知を精度よく行うことにある。上記課題に鑑み、本発明の燃料電池システムを次のように構成した。すなわち、燃料電池を備える燃料電池ジ天— 厶あって、

前記燃料《池に水素を供給ず永素供給手段と、

前記水素供給手段と前記燃料電池とを接続する水素供給流路と、

前記水素供給手段から前記水素供給流路への水素の供給を遮断する遮断弁と、前記水素供給流路中に設けられ前記 7jC素供給手段から供給される水素を減圧する調圧弁と、

前記水素供給流路内の水素の状態量として、圧力および流量のうち少なくとも —方を検出する状態量検出手段と、

前記燃料電池システムを、前記遮断弁じるとともに前記調圧弁を開弁して非調圧の状態に保った漏れ検知可能状態にする状態制御手段と、

前記漏れ検知可能状態において前記状態暈検出手段によって検出された前記状態量の挙動を解析することにより、前記水素供給手段よりも下流側に発生した水素漏れを検知する漏れ検知手段とを備えることを要旨とする。このように構成された本発明の燃科電池システムによれば、調圧弁を開弁状態に保って非調圧状態とした上で水素漏れの検知を行うので、水素漏れが調圧弁を挟んで状態量検出手段の逆側で発生したとしても、その漏れに伴う圧力変化や流量変化を精度よく検知することが可能になる。従って、精度よく水素漏れの検知を行うことができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として流量を検出する手段であり、前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、前記状態量検出手段によって下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段よりも下流側で水素漏れが発生していると判断する手段と、前記状態量検出手段によって上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段よりも上流側で水素漏れが発生していると判断^"る手段とのうち少なくともいずれか一方を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、水素漏れに伴う流量の変化に応じて水素漏れの発生箇所を推定することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として圧力を検出する手段であり、前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、、 - . 前記状態量検出手段によって前記圧力が上昇したことを検出した場合に、前記閉弁後の遮断弁から前記水素供給流路内に対して水素漏れが発生していると検知する手段と、

前記状態量検出手段によって前記圧力が降下したことを検出した場合に、前記遮断弁よりも下流側で水素漏れが発生していると検知する手段と

のうち少なくともいずれか一方を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、水素漏れに伴う圧力の変化に応じて水素漏れの発生箇所を推定することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として前記流量と前記圧力とを共に検出する手段であり、，

前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、前記状態量検出手段によつて、前記圧力の上昇を検出するとともに下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記遮断弁から前記水素供給流路内に対して水素漏れが発生していると判断する手段と、

前記状態量検出手段によって、前記圧力の上昇を検出するとともに上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段が異常であると判断する手段と、 ―

前記状態量検出手段によつて、前記圧力の降下を検出するとともに下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記流量検出手段よりも下流側で水素漏れが発生していると判断する手段と、

前記状態量検出手段によって、前記圧力の降下を検出するとともに上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記流量検出手段よリも上流側で水素漏れが発生していると判断する手段と

のうち少なくともいずれか一つの手段を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、水素漏れに伴う流量の変化と圧力の変化の組み合わせに応じて水素漏れの発生箇所を推定することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として前記流量を検出する手段であり、

前記漏れ検知手段は、前記状態量検出手段によって検出された流量が、前記挙動として、前記燃料電池内の電解質膜をアノードから力ソードに透過する標準的な水素の流量よりも大きい場合に、水素漏れが発生していると判断する手段を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、燃料電池内の電解質膜を水素がアノードからカソ一ドに透過するクロスリーク現象を考慮して水素漏れの発生を検知することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記漏れ検知手段は、前記状態制御手段が前記遮断弁を閉じてから前記調圧弁が開弁して非調圧状態となるまでの時間を計測し、前記挙動として、

該時間が、水素漏れのない場合に要する標準的な時間よリも短い場合に水素漏れが発生していると判断する手段と、

該時間が、前記標準的な時間よりも長い場合に前記遮断弁から前記水素供給流路に水素が漏れていると判断する手段と

のうち少なくともいずれか一方を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、調圧弁が開弁して非調圧状態となるまでに要する時間に応じて水素漏れの発生箇所を推定することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として前記流量を検出する手段であ y、

前記漏れ検知手段は、前記調圧弁が開弁して非調圧状態となった以後の前記流量の時間変化率を求め、前記挙動として、該時間変化率が、水素漏れのない場合における標準的な時間変化率よりも小さい場合に、水素漏れが発生していると判断する手段を備えるものとしてもよい。このような構 ^¾であれば、調圧弁が全開となった以後の水素流量の時間変化率に応じて水素漏れの発生を検知することができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記調圧弁よリも下流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する圧力センサを備え、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を開弁して前記水素供給流路に水素を供給した後、前記圧力センサによって検出した前記調圧弁の下流側の圧力が、前記調圧弁が開弁して非調圧状態に維持される所定の目標値に達した場合に前記遮断弁を閉じることで、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態にするものとしてもよい。このような構成であれば、システム起動時など、遮断弁を開弁するタイミングで、調圧弁を開弁状態にして水素漏れの検知を行うことができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉弁した後、前記圧力センサによって検出した前記調圧弁の下流側の圧力が、前記調圧弁が開弁して非調圧状態に維持される所定の目標値に達するまで、前記水素供給流路内に存在する水素を消費させることにより、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態にするものとしてもよい。このような構成であれば、システム停止時や間欠運転時など、遮断弁を閉弁するタイミングで、調圧弁を開弁状態にして水素漏れの検知を行うことができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記調圧弁よリも下流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する下流側圧力センサと、

前記調圧弁よリも上流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する上流側圧力センサとを備え、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉弁した後、前記下流側圧力センサによつて検出した圧力と、前記上流側圧カセンサによつて検出した圧力とが同一圧力となるまで、前記水素供給流路内に存在する水素を消費させることにより前記調圧弁を開弁させ、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態にするものとしてもよい。このような構成であれば、調圧弁の上流側と下流側の圧力を同一とすることで、調圧弁を開弁状態にして水素漏れの検知を行うことができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記漏れ検知手段は、前記燃料電池によって発電を行うことより、前記水素を消費させる手段を備えるものとしてもよく、また、前記燃料電池から前記水素の排出を行うことにより、前記水素を消費させる手段を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、調圧弁の下流側の水素の圧力が高い場合であっても、その圧力を低下させて調圧弁を開弁させることができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記調圧弁は、外部からの制御に基づき開度を直接調整可能な可変調圧弁であ【

前記状態制御手段は、前記調圧弁を制御することで前記調圧弁を開弁して非調圧状態に保つものと.してもよい。このような構成であれば、水素の消費を行うことなく調圧弁を開弁させることができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記水素供給流路には、前記遮断弁と前記状態量検出手段との間に、前記水素供給手段から供給される水素を一時的に貯蔵するバッファタンクが接続されているものとしてもよい。このような構成であれば、遮断弁の閉弁後にもバッファタンクから水素供給流路に水素が供給されることになるため、時間をかけて水素漏れの検知を行うことができ、その検知精度を向上させることができる。上記構成の燃料電池システムにおいて、

前記調圧弁として、前記水素供給流路内の異なる場所に、下流側から順に第 1 の調圧弁と第 2の調圧弁とが設けられておリ、

更に、前記第 1の調圧弁と第 2の調圧弁との間に設けられた第 2の遮断弁を備え、

前記状態量検出手段は、前記第 2の遮断弁と前記第 2の調圧弁との間に設けられ、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉じるとともに前記第〗の調圧弁と第 2の調圧弁とを開弁状態に保った後に、前記第 2の遮断弁を閉弁することで、前記燃料電池システムを漏れ検知可能状態にし、

前記漏れ検知手段は、前記状態量検出手段によって検出された前記状態量に基づき、前記水素供給手段から前記遮断弁を介して前記水素供給流路内に漏れる水素を検知する手段を備えるものとしてもよい。このような構成であれば、 2つの調圧弁の間に設けられた状態量検出手段を用いて遮断弁からの水素漏れを検出することができる。かかる位置に設けられる状態量検出手段は、耐圧性能をそれほど要求されないため、精度のよいセンサを採用することができ、遮断弁からの水素漏れを精度よく検知することが可能になる。また、本発明は、次のような燃料電池システムとしても構成することができる。すなわち、

燃料電池を備える燃料電池システムであって、

前記燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、

前記水素供給手段から前記水素供給流路への水素の供給を遮断する遮断弁と、前記水素供給流路中に設けられ、前記水素供給手段から供給される水素を減圧する調圧弁と、

前記水素供給流路内の水素の状態量として、圧力および流量のうち少なくとも一方を検出する状態量検出手段と、

前記燃料電池システムを、前記遮断弁を閉じるとともに前記調圧弁を開弁して該調圧弁の上流側と下流側の圧力状態を同一にした漏れ検知可能状態にする状態制御手段と、

前記漏れ検知可能状態において前記状態量検出手段によって検出された前記状態量の挙動を解析することにより、前記水素供給手段よりも下流側に発生した水素漏れを検知する漏れ検知手段と

を備えることを要旨とする。このような構成の燃料電池システムであれば、調圧弁の上流側と下流側とを同一の圧力状態とすることができるので、水素漏れが調圧弁を挟んだ位置で発生したとしても、その漏れに伴う圧力変化や流量変化は、状態量検出手段まで迅速に伝達することになる。従って、精度よく水素漏れを検知することが可能になる。なお、本発明は、燃料電池システムにおける水素の漏れ検出方法としても把握することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施例としての燃料電池システム 1 0 0の全体構成を示す説明図である。

図 2は、燃料電池システム 1 0 0が起動された際に制御コンピュータ 4 0 0が実行する異常検知ルーチンのフローチヤ一卜である。

図 3は、異常判定テーブルの一例を示す説明図である。

図 4は、図 2に示した異常検知ルーチンの他の態様を示すフローチヤ一卜である。

図 5は、燃料電池システム Ί 0 0の停止時に制御コンピュータ 4 0 0が実行する異常検知ルーチンのフローチャートである。

図 6は、調圧弁 2 1 0を可変調圧弁とした場合における異常検知ルーチンのフローチャー卜である。

図 7は、第 2変形例としての燃料竃池システム 1 0 0 bの全体構成を示す説明図である。

図 8は、第 3変形例としての燃料電池システム 1 0 0 cの全体構成を示す説明図である。

図 9は、主止弁漏れを検知するための異常検知ルーチンのフローチャートである。

図 1 0は、第 2実施例としての燃料電池システム 1 O O dの全体構成を示す説明図である。

図 1 1は、燃料電池システム 1 0 0 dにおいて水素漏れが発生していない正常状態における各状態量の変化を示す説明図である。

図 1 2は、水素流量計 3 0 0の下流側で水素漏れが発生した場合における水素の流量の変化を示す説明図である。

図 1 3は、水素流量計 3 0 0の上流側で水素漏れが発生した場合における水素の流量の変化を示す説明図である。

図 1 4は、第 2実施例において燃料電池システム 1 O O dが停止されたときに実行される異常検知ルーチンのフローチャートである。

図〗 5は、燃料電池システム〗 0 0 dが停止されたときに実行される異常検知ルーチンの他の態様を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、上述した本発明の作用 ·効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。

A . 第 1実施例： (A 1 ) 燃料電池システムの全体構成：

(A2) システム起動時における異常検知処理：

(A3) システム起動時における異常検知処理の他の態様：

(A4) システム停止時における異常検知処理：

(A5) 第 1実施例の変形例：

B. 第 2実施例：

(B 1 ) 燃料電池システムの全体構成：

(B 2) システム停止時における異常検知処理：

(B 3) システム停止時における異常検知処理の他の態様：

A. 第 1実施例：

(A 1 ) 燃料電池システムの全体構成：

國 1は、本発明の第 1実施例としての燃料電池システム 1 00の全体構成を示す説明図である。図示するように、本実施例の燃料電池システム 1 00は、車両 90に搭載されており、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池 1 0や、高圧状態の水素ガスを貯蔵する水素タンク 20、燃料電池 1 0に空気を供給するエアコンプレッサ 30、燃料電池 1 0によって発電された電力により充電される二次電池 40、燃料電池 1 0によって発電された電力や二次電池 40からの電力によって車軸 55を駆動するモータ 50、燃料電池システム 1 00や車両 90の運転制御を行う制御コンピュータ 400等を備えている。燃料電池 1 0は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セル（図示せず）を複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、力ソードと呼ぶ）とを配置した構成となっている。各々の単セルのアノード側に水素ガスを供給し、力ソード側に酸素を含有する空気を供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池 1 0で生じた電力は、燃料電池 1 0に接続された二次電池 4 0やモータ 5 0に供給される。エアコンプレッサ 3 0は、空気供給流路 3 4を介して燃料電池 1 0の力ソードに接続されており、燃料電池 1 0の力ソード側に空気を供給する。電気化学反応に供された後の空気（力ソードオフガス）は、力ソードオフガス流路 3 6を通じて外部に排出される。水素タンク 2 0には、数十 M P aの圧力を有する高圧の水素ガスが貯蔵されている。この水素タンク 2 0は、特許請求の範囲に記載した水素供給手段に相当し、水素供給流路 2 4を介して燃料電池 1 0のアノードに接続されている。水素タンク 2 0 0と水素供給流路 2 4との間には、主止弁 2 0 0が設けられている。この主止弁 2 0 0は、特許請求の範囲に記載した遮断弁に相当し、制御コンピュータ 4 0 0によってその開閉が制御される。主止弁 2 0 0が、かかる制御によって、開状態になると、水素タンク 2 0から水素供給流路 2 4を通じて燃料電池 1 0に水素ガスが供給され、閉状態になると、水素ガスの供給が遮断されることになる。水素供給流路 2 4の流路中には、水素タンク 2 0から近い順番に、状態量検出手段としての水素流量計 3 0 0と、調圧弁 2 1 0とが設けられている。水素タンク 2 0から水素供給流路 2 4へ供給された高圧の水素ガスは、調圧弁 2 1 0によって所定の圧力に減圧される。この減圧後の圧力は、燃料電池 1 0による発電に適した圧力に設定されている。以下の説明では、調圧弁 2 1 0によつて異なる圧力状態となった水素供給流路 2 4の区間をそれぞれ、図示するように、低圧部 L Sと高圧部 H Sと呼ぶ。低圧部 L Sと高圧部 H Sとには、それぞれ、該当区間を流れる水素ガスの圧力を検出する圧力センサ 3 1 0 , 3 3 0が状態量検出手段として備えられている。水素流量計 3 0 0は、調圧弁 2 Ί 0の上流側、すなわち、高圧部 H Sを流れる水素の流量を検出する。水素流量計 3 0 0は、制御コンピュータ 4 0 0に接続されている。この水素流量計 3 0 0は、燃料電池 1 0側（下流側）への水素の流れを検出した場合にプラスの電圧を出力し、水素タンク 2 0側（上流側）への水素の流れを検出した際に、マイナスの電圧を出力する。すなわち、制御コンビユー夕 4 0 0は、水素流量計 3 0 0から入力する電圧の正負に基づいて、水素の流れの方向を判別することができる。燃料電池 1 0のアノード側の出口には、アノードオフガス流路 2 6が接続されている。このアノードオフガス流路 2 6は、 2つに分岐しており、一方は、循環装置 7 0を介して水素供給流路 2 4の低圧部 L Sに接続され、もう一方は、パージ弁 2 4 0を介してアノードオフガス排出流路 2 7に接続されている。循環装置 7 0としては、例えば、ェジェクタやポンプを用いることができる。アノード才フガス中には、燃料電池 1 0による発電に供しきれなかった水素ガスが残留している場合があり、このアノードオフガスを循環装置 7 0によって循環させて、再度、燃料電池 1 0に供給することにより、効率的に水素ガスを利用することがでさる。パージ弁 2 4 0は、制御コンピュータ 4 0 0による制御に従い、所定の夕イミングで開弁される。アノードオフガス中には、上述した残留水素以外にも、燃料電池 1 0内の電解質膜を介してカソード側から透過した空気中の窒素や水分等の不純物が含まれるため、これらを、定期的に外部に排出するためである。例えば、制御コンピュータ 4 0 0は、アノードオフガス中の不純物の濃度を燃料電池の発電量等から推定して、パージ弁 2 4 0を開弁するタイミングを調整することがでさる。制御コンピュータ 400は、特許請求の範囲に記載した状態制御手段および漏れ検知手段に相当し、〇？リゃ1¾0[^、 RAM, 入出力ポー卜を備えている。 R ◦ Mには、後述する異常検知処理を行うためのプログラムや、車両 90や燃料電池システム 1 00の運転を制御するためのプログラムが記憶されている。 C P U は、これらのプログラムを RAMに展開して実行する。入出力ポー卜には、水素流量計 300や圧力センサ 3 1 0, 330等が接続され、また、主止弁 200やパージ弁 240、エアコンプレッサ 30、図示していないィグニシヨンスィッチ等も接続される。

( A 2 ) システム動時における異常検知処理：

図 2は、イダニシヨンスィッチのオン操作によって燃料電池システム 1 00が起動された際に制御コンピュータ 400が実行する異常検知ル一チンのフローチヤー卜である。この異常検知ルーチンは、燃料電池 1 0に供給される水素がいずれかの箇所から漏れていないかを検知するために実行される処理である。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 400は、まず、主止弁 20 0を開き（ステップ S 1 00) 、水素タンク 20から水素ガスを水素供給流路 2 4内に供給する。そして、圧力センサ 3 1 0によって、調圧弁 2 1 0の下流側、すなわち、低圧部 L Sの圧力 P 1を検出し（ステップ S 1 1 0) 、検出された圧力 P 1が、所定の目標値に達したか否かを判断する（ステップ S 1 20) 。この目標値は、調圧弁 2 1 0に設定された設定圧よりも低い値であり、調圧弁 2 1 0 が全開となり、非調圧状態に維持される値に設定されている。上記ステップ S 1 20において、圧力 P 1が目標値に達していなければ（ステップ S 1 20 ： N o) 、上記ステップ S 1 1 0に処理を戻し、引き続き水素タンク 2 0からの水素の供給を継続する。一方、圧力 P 1が目標値に達すれば（ステップ S 1 2 0 ： Y e s ) 、主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0とを閉じる（ステップ S Ί 3 0 ) 。こうすることにより、調圧弁 2 1 0が全開状態で、かつ、燃料電池 1 0のアノード側に接続された配管が閉じた状態となる。このように、調圧弁 2 1 0を開弁して非調圧状態に保ち、アノード側の配管を閉じた状態にして調圧弁 2 1 0の上流側と下流側とが同一の圧力状態となった状態のことを「漏れ検知可能状態」というものとする。漏れ検知可能状態では、水素漏れが生じていなければ、配管内の水素の圧力や流量は変動しないことになる。ただし、燃料電池 1 0 のアノード側からは、燃料電池 1 0内の電解質膜を介して力ソード側に水素が透過することがあるが（以下、このような現象を「クロスリーク」と呼ぶ）、本実施例では、このようなクロスリークによる漏れは微量であると仮定し、考慮しないものとする。こうして、制御コンピュータ 4 0 0は、システムを漏れ検知可能状態にすると、水素流量計 3 0 0によって水素ガスの流量 Qを検出するとともに、圧力センサ 3 3 0によって水素供給流路 2 4内の圧力 P 3を検出する（ステップ S 1 4 0 ) 。そして、検出した流量 Qと圧力 P 3の状態に基づき、所定の異常判定テーブルを参照して、異常の有無を判定する（ステップ S 1 5 0 ) 。なお、上記ステップ S 1 4 0では、高圧部 H Sの圧力センサ 3 3 0を用いて水素供給流路 2 4内の圧力を検出するものとしたが、調圧弁 2 1 0は全開であるため、低圧部 L Sと高圧部 H Sとでは、圧力状態は同じである。そのため、低圧部 L Sの圧力センサ 3 1 0 を用いて水素供給流路 2 4内の圧力を検出するものとしてもよい。図 3は、異常判定テーブルの一例を示す説明図である。図示するように、この異常判定テーブルには、漏れ検知可能状態における流量 Qと圧力 P 3の挙動に応じて、異常の有無および異常箇所が予め設定されている。以下、かかる異常判定テーブルに基づく異常判定方法を圧力 P 3のとり得る状況に応じて具体的に説明する。く圧力 P 3が上昇した場合〉

制御コンピュータ 4 0 0は、圧力 P 3の上昇を検出するとともに下流方向への流量 Qを検出した場合には、主止弁 2 0 0から水素供給流路 2 4に対して水素が漏れている（以下、このような現象を「主止弁漏れ」という）と判定する。また、流量 Qが検出されなくても、圧力 P 3の上昇が検出されれば、主止弁漏れが発生していると判定する。漏れ量が微量であれば、水素流量計 3 0 0によって流量が検出されない場合があるためである。そのほか、制御コンピュータは、圧力 P 3 の上昇を検出するとと.もに、上流方向への流量 Qを検出した場合には、センサ異常であると判定する。このような状況は想定できないためである。また、上記異常検知ルーチンのステップ S 1 4 0において流量 Qの検出を省略した場合には、圧力 P 3の上昇が検出されれば、主止弁漏れが発生したものとして判定するものとしてもよい。ぐ圧力 P 3に変化がない場合 >

制御コンピュータ 4 0 0は、圧力 P 3の値に変化がなく、流量 Qも略ゼロであれば、水素漏れ等は発生しておらず、異常なしと判定する。しかし、圧力 P 3に変化がないにもかかわらず、下流方向への流量 Qや上流方向への流量 Qを検出した場合には、このような状況が想定できないため、センサに異常が発生したと判定する。そのほか、上記異常検知ルーチンのステップ S 1 4 0において流量 Qの検出を省略した場合には、圧力 P 3に変化がなければ、異常なしと判定するものとしてもよい。

<圧力 P 3が低下した場合 > 圧力 P 3の低下を検出するとともに下流方向への流量 Qを検出した場合には、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0よりも下流側で漏れが発生していると判定する。一方、圧力 P 3の低下を検出するとともに上流方向への流量 Qが検出されれば、水素流量計 3 0 0よりも上流側で漏れが発生していると判定する。そのほか、圧力 P 3が低下しているにもかかわらず、流量 Qが略ゼロであれば、主止弁 2 0 0よりも下流のいずれかの部位で水素漏れが発生していると判定する。漏れが微量の場合には、流量が検出されない場合があるからである。また、上記異常検知ルーチンのステップ S 1 4 0において流量 Qの検出を省略した場合には、圧力 P 3の低下を検出すれば、主止弁 2 0 0よりも下流のいずれかの部位で水素漏れが発生していると判定するものとしてもよい。

<圧力 P 3の検出を省略した場合 >

上記ステップ S 1 4 0において、圧力 P 3の検出を省略し、流量 Qのみによつて漏れの判定をする場合には、制御コンピュータ 4 0 0は、下流方向への流量 Q を検出すれば、水素流量計 3 0 0よりも下流側で水素漏れが発生していると判定し、上流方向への流量 Qを検出すれば、水素流量計 3 0 0よりも上流側で水素漏れが発生していると判定する。流量 Qが略ゼロであれば、異常なしと判定する。説明を図 2に戻す。制御コンピュータ 4 0 0は、上述した異常判定テーブルに基づく異常判定の結果、異常が発生したと判断すれば（ステップ S〗 6 0 ： Y e s ) 、計器板への警告表示やアラーム音の発声等によって運転者に異常が発生した旨を報知し（ステップ S 1 7 0 ) 、異常検知ルーチンを終了する。一方、異常なしと判断すれば（ステップ S 1 6 0 ： N 0 ) 、主止弁 2 0 0を開くことにより (ステップ S 1 8 0 ) 、燃料電池 1 0による発電を開始し、異常検知ルーチンを終了する。以上で説明した異常検知処理では、システム起動時の燃料電池 1 0に水素を供給する過程において低圧部 L S内の水素圧力が設定圧よりも低い段階においては、調圧弁 2 1 0が全開になっているため、調圧弁 2 1 0によって区画される低圧部 L Sと高圧部 H Sの圧力状態は同一となり、低圧部 L S側で水素漏れに伴う流量変化や圧力変動が生じれば、その影響がすぐに高圧部 H S側にも伝達されることになる。従って、調圧弁 2 1 0よりも上流側に設けた水素流量計 3 0 0や圧力センサ 3 3 0だけで、効率よく、水素タンク 2 0よりも下流側全体で生じる水素漏れの検出を行うことが可能になる。 ( A 3 ) システム起動時における異常検知処理の他の態様：

図 4は、図 2に示し異常検知ルーチンの他の態様を示すフローチヤ一トである。図 2に示した異常検知ル一チンでは、水素の供給開始後、圧力 P 1が所定の目標値になった段階で主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0を閉じて異常判定を行うものとしたが、図 4に示したルーチンでは、一旦、圧力 P 1が調圧弁 2 1 0の設定圧となるまで水素の供給を継続し、その後、調圧弁 2 1 0が全開になる圧力まで圧力 P 1を低下させて異常判定を行う。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 4 0 0は、まず、主止弁 2 0 0を開き（ステップ S 2 0 0 ) 、水素ガスを水素供給流路 2 4内に供給する。そして、圧力センサ 3 1 0によって、調圧弁 2 1 0の下流側の圧力 P Ίを検出し (ステップ S 2 1 0 ) 、検出された圧力 P 1が、調圧弁 2 1 0に設定された設定圧、すなわち、燃料電池 1 0での発電に適した圧力に達したか否かを判断する

(ステップ S 2 2 0 ) 。この判断の結果、圧力 P 1が設定圧に達していない場合には（ステップ S 2 2 0 ： N 0 ) 、上記ステップ S 2 Ί 0に処理も戻し、引き続き、水素ガスの供給を継続する。上記ステップ S 2 2 0において、圧力 Ρ Ίが設定圧に達していていると判断されれぱ（ステップ S 2 2 0 ： Y e s ) 、制御コンピュータ 4 0 0は、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉じて（ステップ S 2 3 0 ) 、アノード側の配管を閉じた状態にする。この段階では、圧力 P 1が設定圧に達しているため、調圧弁 2 1 0が閉弁されており、水素供給流路 2 4の低圧部 L Sと高圧部 H Sとは異なる圧力状態となっている。次に、制御コンピュータ 4 0 0は、水素消費処理を実行する（ステップ S 2 4 0 ) 。水素消費処理とは、水素供給流路 2 4中に存在する水素を消費するための処理である。具体的には、例えば、燃料電池 1 0による発電やパージ弁 2 4 0の開弁によって、水素を費することができる。水素消費処理を実行すると、制御コンピュータ 4 0 0は、低圧部 L Sの圧力 P 1を検出し（ステップ S 2 5 0 ) 、検出した圧力 P 1が、所定の目標値まで低下したか否かを判定する（ステップ S 2 6 0 ) 。この目標値は、図 2で説明した目標値と同じである。すなわち、調圧弁 2 1 0に設定された設定圧よりも低い値であり、調圧弁 2 1 0が全開となって非調圧状態に維持される圧力値である。このステップ S 2 6 0で、圧力 P 1が目標値まで低下していないと判断されれば（ステツプ S 2 6 0 ： N o ) 、上記ステップ S 2 4 0に処理を戻し、水素消費処理を継続する。上記ステップ S 2 6 0で、圧力 P 1が目標値まで低下したと判断されれば（ステツプ S 2 6 0 ： Y e s ) 、調圧弁 2 1 0が全開となって非調圧の状態になり、システムが漏れ検知可能状態になったと判断できる。そこで、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0によって水素の流量 Qを検出するとともに、圧力センサ 3 3 0によって高圧部 H Sの圧力を検出して（ステップ S 2 7 0 ) 、図 3に示した異常判定テーブルに基づき、異常判定を行う（ステップ S 280) 。この判定の結果、異常ありと判定されれば（ステップ S 290 ： Y e s) 、運転者にその旨を報知し（ステップ S 300) 。異常なしと判定されれば（ステップ S 2 90 : N o) 、主止弁 200を開くことにより燃料電池による発電を開始し（ステツプ S 3 1 0) 、一連の異常検知ルーチンを終了する。以上で説明した異常検知ルーチンによれば、水素供給流路 24の低圧部 L Sを一旦、調圧弁 21 0の設定圧まで昇圧させ、その後、水素消費処理を行うことで、その圧力を、調圧弁 21 0が全開となる目標値まで低下させる。このような方法によっても、高圧部 HSに設けた水素流量計 300や圧力センサ 330で、低圧部 L S側に発生した水素漏れまで効率よく検出することが可能になる。なお、上記ステップ 260では、水素消費処理後の低圧部 L Sの圧力 P 1が目標値となった場合にシステムが漏れ検知可能状態になったものとして判断するものとしたが、そのほかにも、例えば、低圧部 L Sの圧力 P 1 と高圧部 H Sの圧力 P 3とを検出して比較し、両圧力が同一となった場合に、調圧弁 2 1 0が開弁され、システムが漏れ検知可能状態になったと判断することもできる。

(A4) システム停止時における異常検知処理：

図 5は、燃料電池システム 1 00の停止時に制御コンピュータ 400が実行する異常検知ルーチンのフローチヤ一卜である。制御コンピュータ 400は、例えば、ィグニッシヨンスィッチをオフにして車両を完全に停止させた場合や、いわゆる間欠運転時、すなわち、燃料電池 1 0による発電を停止させ、二次電池 40 に蓄えられた電力のみによって車両 90を駆動する場合に、この異常検知ルーチンを実行する。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 4 0 0は、まず、主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0とを閉じて（ステップ S 4 0 0 ) 、アノード側の配管を閉じた状態にする。そして、水素消費処理を実行し（ステップ S 4 1 0 ) 、水素供給流路 2 4の低圧部 L Sの圧力を減圧する。次に、制御コンピュータ 4 0 0は、低圧部 L Sの圧力 P 1を検出すると（ステップ S 4 2 0 ) 、この圧力 P 1が所定の目標値にまで減圧されたかどうかを判断し（ステップ S 4 3 0 ) 、目標値まで減圧されていなければ（ステップ S 4 3 0 ： N o ) 、上記ステップ S 4 1 0に処理を戻し、水素消費処理を継続する。上記ステップ S 4 3 0で、圧力 P 1が目標値まで低下したと判断されれば（ステツプ S 4 3 0 ： Y e s ) 、調圧弁 2 1 0は全開になり、システムは漏れ検知可能状態となる。そこで、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0によって水素の流量 Qを検出するとともに、圧力センサ 3 3 0によって高圧部 H Sの圧力 P 3を検出して（ステップ S 4 4 0 ) 、図 3に示した異常判定テーブルに基づき、異常判定を行う（ステップ S 4 5 0 ) 。この異常判定の結果、異常ありと判定されれば（ステップ S 4 6 0 ： Y e s ) 、運転者にその旨を報知し（ステップ S 4 7 0 ) 、異常検知ルーチンを終了する。なお、間欠運転状態において、異常ありと判断されれば、燃料電池 1 0による発電を抑制もしくは禁止して、二次電池 4 0による運転のみを許容する運転モードとしてもよい。また、イダニッシヨンスィッチをオフにして車両を完全に停止させた状態の場合に、異常ありと判断された場合には、車両 9 0の再始動や燃料電池 1 0の再運転を禁止するものとしてもよい。以上で説明した異常検知ルーチンでは、水素消費処理を行って、水素供給流路 2 4の低圧部 L Sを減圧することで、調圧弁 2 1 0を全開状態とすることができる。そのため、停車時や間欠運転時など、システムを停止させる場合においても、システム起動時における異常検知処理と同様に、高圧部 H S側に設けた水素流量計 3 0 0や圧力センサ 3 3 0だけで、低圧部 L S側に発生した水素漏れを効率的に検出することができる。なお、上記ステップ S 4 3 0では、水素消費処理後の低圧部 L Sの圧力 P 1が目標値となった場合にシステムが漏れ検知可能状態になったものとして判断するものとしたが、そのほかにも、例えば、低圧部 L Sの圧力 P 1 と高圧部 H Sの圧力 P 3とを検出して比較し、両圧力が同一となった場合に、調圧弁 2 1 0が開弁され、システムが漏れ検知可能状態になったと判断することもできる。

( A 5 ) 第 1実施例の変形例：

(第 1変形例）

上述した第 1実施例では、調圧弁 2 1 0の設定圧は固定であり、その開度は自動で調整できないものであることを前提に説明した。しかし、本変形例では、調圧弁 2 1 0は可変調圧弁であるものとし、制御コンピュータ 4 0 0による制御によってその開度を調整可能であるものとする。図 6は、調圧弁 2 1 0を可変調圧弁とした場合における異常検知ルーチンのフローチャー卜である。この異常検知ルーチンは、システム停止時に実行されるものとして説明する。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 4 0 0は、まず、主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0とを閉じて（ステップ S 5 0 0 ) 、ァノ一ド側の配管を閉じた状態にする。そして、可変調圧弁を制御して強制的に全開にする（ステップ S 5 1 0 ) 。次に、制御コンピュータ 4 0 0は、圧力センサ 3 1 0を用いて低圧部 L Sの圧力 P Iを検出し（ステップ S 5 2 0 ) 、検出した圧力 P 1が安定したか否かを判定する（ステップ S 5 3 0 ) 。具体的には、所定の期間に亘つて圧力 P 1の値が一定の範囲内に収まった場合に、圧力が安定したと判定することができる。かかる判定の結果、圧力 P 1が安定していないと判断されれば、上記ステップ S 5 2 0に処理を戻すことにより、圧力 P 1が安定するまでループを行う。なお、ステップ S 5 2 0とステップ S 5 3 0とでは、低圧部 L Sの圧力 P 1 と高圧部 H Sの圧力 P 3とを検出して、両圧力が同一となった場合に、圧力が安定したと判断してもよい。上記ステップ S 5 3 0において圧力 P〗が安定したと判断されれば（ステップ S 5 3 0 ： Y e s ) 、水素供給流路 2 4の高圧部 H Sと低圧部 L Sとは、同一の圧力状態となり、システムが漏れ検知可能状態になったと判断できる。そこで、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0によって水素の流量 Qを検出するとともに、圧力センサ 3 3 0によって高圧部 H Sの圧力 P 3を検出して（ステツプ S 5 4 0 ) 、図 3に示した異常判定テーブルに基づき、異常判定を行う（ステップ S 5 5 0 ) 。この判定の結果、異常ありと判定されれば（ステップ S 5 6 0 ： Y e s ) 、運転者にその旨を報知し（ステップ S 5 7 0 ) 、異常検知ルーチンを終了する。以上で説明したように、調圧弁 2 1 0を可変調圧弁として構成するものとすれば、水素消費処理によって低圧部 L Sの圧力を減圧することなく、調圧弁 2 Ί 0 を全開にすることができるので、容易に水素漏れの検知を行うことが可能になる。また、水素の消費量を低減することもできる。 (第 2変形例）

図 7は、第 2変形例としての燃料電池システム〗 0 0 bの全体構成を示す説明図である。図示する燃料電池システム 1 0 0 bは、図 1 に示した燃料電池システ厶 1 0 0とほぼ同様の構成であるが、水素供給流路 2 4の主止弁 2 0 0と水素流量計 3 0 0との間に、バッファタンク 2 1を接続するものとした。このバッファタンク 2 1 には、水素タンク 2 0から水素供給流路 2 4に水素が供給されると、その水素が一時的に蓄えられることになる。このように、バッファタンク 2 1を水素供給流路 2 4に接続するものとすれば、主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0とを閉じて異常検知を行う際に、このバッファ夕ンクから水素供給流路 2 4に水素が供給されることになる。そのため、水素漏れが発生していた場合には、より長い時間をかけて水素漏れの検知を行うことができ、漏れ検知の精度を上させることが可能になる。

(第 3変形例）

図 8は、第 3変形例としての燃料電池システム 1 0 0 cの全体構成を示す説明図である。上述した第 1実施例の燃料電池システム 1 0 0では、調圧弁 2 1 0よりも下流側で生じた水素漏れを上流側に設けた水素流量計 3 0 0で効率よく検出することを目的としたが、本変形例の燃料電池システム 1 0 0 cは、主止弁漏れを検知することを目的としている。本変形例の燃料電池システム 1 0 0 cは、図 1 に示した燃料電池システム 1 0 0の水素供給流路 2 4に対して、第 2調圧弁 2 2 0とシャツ卜バルブ 2 3 0とを追加した構成を採る。具体的には、水素流量計 3 0 0と主止弁 2 0 0の間に第 2 調圧弁 2 2 0を設け、調圧弁 2 1 0と水素流量計 3 0 0の間にシャツ卜バルブ 2 3 0を設けている。なお、本変形例では、上述した第 1実施例における調圧弁 2 1 0を、第 1調圧弁 2 1 0と呼ぶ。また、シャツ卜バルブ 2 3 0は、特許請求の範囲に記載した第 2の遮断弁に相当する。本変形の水素供給流路 2 4は、 2つの調圧弁（第 1調圧弁 2 1 0と第 2調圧弁

2 2 0 ) を備えているため、水素タンク 2 0から供給される水素の圧力は、段階的に減圧される。そのため、これらの調圧弁によって区画される区間をそれぞれ、図示するように、高圧部 H S、中圧部 M S、低圧部 L Sと呼ぶ。本変形例では、中圧部 M Sの圧力 P 2を検出するために、水素流量計 3 0 0とシャツ卜バルブ 2

3 0との間に圧力センサ 3 2 0を設けるものとした。なお、中圧部 M Sに設けた圧力センサ 3 2 0は、高圧部 H Sに設けた圧力センサ 3 3 0ほど耐圧性能が要求されないため、高圧部 H Sの圧力センサ 3 3 0よりも測定精度の優れているものを採用することができる。図 9は、主止弁漏れを検知するための異常検知ルーチンのフローチヤ一卜である。この異常検知ルーチンは、システム停止時に実行されるものとし、初期状態では、シャツ卜バルブ 2 3 0は開いているものとする。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 4 0 0は、まず、主止弁 2 0 0とパージ弁 2 4 0とを閉じて（ステップ S 6 0 0 ) 、アノード側の配管を閉じた状態とし、水素消費処理を実行する（ステップ S 6 1 0 ) 。そして、制御コンピュー夕 4 0 0は、圧力センサ 3 2 0を用いて中圧部 M Sの圧力 P 2を検出すると（ステップ S 6 2 0 ) 、この圧力 P 2が所定の目標値にまで減圧されたかどうかを判断し（ステップ S 6 3 0 ) 、目標値まで減圧されていなければ（ステップ S 6 3 0 ： N 0 ) 、上記ステップ S 6 1 0に処理を戻し、水素消費処理を続行する。この圧力 P 2の目標値には、第 2調圧弁 2 2 0が全開となる圧力が設定されている。上記ステップ S 6 3 0で、圧力 P 2が目標値まで低下したと判断されれば（ステツプ S 6 3 0 : Y e s ) 、第 2調圧弁 2 2 0および第 1調圧弁 2 1 0は全開となっているため、低圧部 L S、中圧部 M S、高圧部 H Sの圧力状態は、すべて同一となる。そこで、制御コンピュータ 4 0 0は、シャツ卜バルブ 2 3 0を閉弁することで（ステップ S 6 4 0 ) 、主止弁 2 0 0とシャツ卜バルブ 2 3 0とによつて区画された区間を閉状態とする。こうして、主止弁 2 0 0とシャツ卜バルブ 2 3 0とによって区画された区間を閉状態とすると、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0によって流量 Q を検出するとともに、圧力センサ 3 2 0によって圧力 P 2を検出し（ステップ S 6 5 0 ) 、異常判定を行う（ステップ S 6 6 0 ) 。この異常判定では、圧力 P 2 の値が上昇した場合に.は、主止弁漏れが発生していると判定することができる。また、圧力 P 2の値が減少した場合には、シャツ卜バルブ 2 3 0もしくは主止弁 2 0 0とシャツ卜バルブ 2 3 0との間の水素供給流路 2 4から漏れが発生していると判定することができる。かかる場合には、水素流量計 3 0 0によって検出された流量 Qの符号に応じて、水素流量計 3 0 0の上流側もしくは下流側のいずれかから漏れが発生しているかを特定することができる。制御コンピュータ 4 0 0 は、前記ステップ S 6 6 0による異常判定の結果、異常ありと判定されれば（ステツプ S 6 6 0 ) 、運転者にその旨を報知し（ステップ S 6 7 0 ) 、異常検知ル一チンを終了する。以上で説明した第 3変形例によれば、高圧部 H Sに設けた圧力センサ 3 3 0よりも測定精度の高い中圧部 M Sの圧力センサ 3 2 0を用いることができるので、精度よく主止弁漏れを検知することが可能になる。なお、上記ステップ S 6 3 0では、水素消費処理後の中圧部 M Sの圧力 P 2が目標値となった場合に各調圧弁が全開となったものとして判断するものとしたが、そのほかにも、例えば、中圧部 M Sの圧力 P 2と高圧部 H Sの圧力 P 3とを検出して比較し、両圧力が同一となった場合に各調圧弁が全開になったと判断してもよい。 B . 第 2実施例：

( B 1 ) 燃料電池システムの全体構成：

上述した第 1実施例では、燃料電池 1 0内の電解質膜によるクロスリークを考慮せずに水素の漏れの検出を行う種々の処理について説明した。これに対して、以下に説明する第 2実施例では、クロスリークによる水素の透過量を考慮しつつ水素漏れの検出を行う。図 1 0は、第 2実施例としての燃料電池システム 1 0 0 dの全体構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システム 1 0 0 dは、図 1に示した燃料電池システ厶 1 0 0に対して、第 2調圧弁 2 2 0と圧力センサ 3 2 0を追加した構成を採る。すなわち、図 8に示した燃料電池システム 1 0 0 cに類似した構成を採つている。ただし、シャツ卜バルブ 2 3 0は設けておらず、水素流量計 3 0 0は、第 1調圧弁 2 1 0よりも下流側に設けている。本実施例の燃料電池システム 1 0 0 dは、 2つの調圧弁 2 1 0， 2 2 0を備えているため、これらによって区画される区分を図 8と同様に、それぞれ、高圧部 H S、中圧部 M S、低圧部 L Sと呼ぶ。図 1 1は、本実施例の燃料電池システム 1 0 0 dにおいて、水素漏れが発生していない正常状態における各状態量の変化を示す説明図である。図示するように、あるタイミング s 1 において、主止弁 2 0 0が開いており、水素が燃料電池 1 0 に供給されている場合には、高圧部 H S、中圧部 M S、低圧部 L Sの圧力は、それぞれ、水素タンク 2 0から出力される圧力、第 2調圧弁 2 2 0に設定された設定圧、第 1調圧弁 2 1 0に設定された設定圧の値を採る。そして、水素流量計 3 0 0が設けられている低圧部 L Sには、所定の流量 Qの水素が流れる。その後、タイミング s 2で、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉弁すると、水素の流量は、クロスリークによって力ソード側に透過する流量 Q 0 « Q ) のみとなる。このように、クロスリークによって水素が力ソード側に透過すると、低圧部 L Sの圧力 P 1が減少することになるが、低圧部 L Sの圧力 P 1が減少すると、第 1調圧弁 2 1 0が開くことになり、中圧部 M Sから低圧部 L Sに水素が供給される。そのため、低圧部 L Sの圧力 P 1は、中圧部 M Sの圧力 P 2が低圧部 L Sの圧力 ΡΊよりも高い限り、一定に保たれることになる。同様に、中圧部 M S内の水素が低圧部 L Sに移動すると、中圧部 M Sの圧力 P 2が減少することになるため、第 2調圧弁 2 2 0が開き、高圧部 H Sから中圧部 M Sに水素が供給されることになる。つまり、時間の経過とともに、低圧部 L Sには、中圧部 M S および高圧部 H Sから水素が供給されることになるため、所定のタイミング s 3 までは、低圧部 L Sの圧力は一定に保たれることになる。タイミング S 3において、各圧力部の圧力状態が同一になると、第 1調圧弁 2 1 0および第 2調圧弁 2 2 0は全開状態となって非調圧の状態となる。そうすると、クロスリークによって水素が透過するのに伴い、各圧力部の圧力は同時に徐々に減少していき、最終的に大気圧程度となる。また、クロスリークによる水素の流量も、圧力が減少するのに伴い減少し、最終的にゼロになる。以下の説明では、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉じてから各調圧弁が全開して非調圧の状態となり、各圧力部の圧力状態が同一となって流量が減少し始める時点を流量変化点と呼び、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉じてから流量変化点までに至る時間を T 1とする。なお、時間 T 1は、水素流量計 3 0 0よりも下流側の低圧部 L Sの体積およびその減圧前の圧力をそれぞれ V 0， Ρ 0、水素流量計 3 00よりも上流側の低圧部 L Sの体積およびその減圧前の圧力をそれぞれ V 1， Ρ 1 (= Ρ 0) 、中圧部 M Sの体積および減圧前の圧力をそれぞれ V 2， P 2、高圧部 H Sの体積および減圧前の圧力をそれぞれ V 3， P 3、時間 T 1内のクロスリークによる流量を Q 0とすると、下記式（1 ) または式（1 b) によって表すことができる。

T 1 = (P 2 V 2 + P 3 V 3) /Q 0 - (P 0 V 2 + P 0 V 3) /Q 0 ... ( 1 )

T 1 =∑ P n V n/Q 0 ... (1 b)

(ただし、 n = 1， 2, 3) 図 1 2は、水素流量計 3 0 0の下流側で水素漏れが発生した場合における水素の流量の変化を示す説明図である。図中に示した実線のグラフが、水素漏れ発生時の流量の変化を表し、破線のグラフが、漏れがない場合における正常時の流量の変化を表す。水素流量計 3 00よりも下流側で水素漏れが発生すると、図示するように、水素流量計 3 00によって検出される水素の流量 Qは、クロスリークによる水素流量 Q 0よりも Δ<91だけ多くなる。そのため、水素供給流路 2 4からは、早く水素が流出してしまうことになリ、流量変化点までに達する時間 Τは、漏れがない場合における時間 Τ 1に比べて短くなる。さらに、漏れ発生時の流量変化点以後のグラフの傾きは、通常よりも早く水素が流出してしまうため、漏れのない場合の傾きよりも大きくなる。図 1 3は、水素流量計 3 0 0の上流側で水素漏れが発生した場合における水素の流量の変化を示す説明図である。図中に示した実線のグラフが、下流漏れ発生時の流量の変化を表し、破線のグラフが、漏れのない場合における正常時の流量の変化を表す。水素流量計 3 0 0よりも上流側で水素漏れが発生すると、図示するように、水素流量計 3 0 0によって検出される水素の流量 Qは、流量変化点までは、クロスリークによる水素流量 Q 0と同じになる。しかし、上流側で水素が漏れていることから、通常よりも早く水素が流出してしまうことになリ、流量変化点までに達する時間 Tは、漏れがない場合における時間 T 1に比べて短くなる。そして、流量変化点に到達した後には、上流側の漏れに起因する逆方向への水素の流れによつて、水素流量計 3 0 0によって検出される流量は 2だけ、急激に減少することになる。このとき、上流側からの漏れ量が、クロスリークによる漏れ量 Q O よりも大きければ水素流量計 3 0 0によって検出される流量 Qの値はマイナスとなる。さらに、漏れ発生時の流量変化点以後のグラフの傾きは、通常よりも早く水素が流出してしまうため、図 1 2と同様に、漏れのない場合の傾きよりも大きくなる。以下では、図 1 2および図 1 3に示した水素流量の変化や、流量変化点に達するまでの時間に基づいて、水素漏れの検知を行う処理について説明する。

( B 2 ) システム停止時における異常検知処理：

図 1 4は、第 2実施例において燃料電池システム 1 0 0 dが停止されたときに実行される異常検知ルーチンのフローチヤ一卜である。この異常検知ルーチンは、第 1実施例と同様に、例えば、イダニッシヨンスィッチをオフにして完全に車両を停止させた場合や、いわゆる間欠運転時、すなわち、燃料電池 1 0による発電を停止させ、二次電池 4 0に蓄えられた電力のみによって車両 9 0を駆動する場合に、制御コンピュータ 4 0 0によって実行されるルーチンである。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 4 0 0は、まず、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉じる（ステップ S 7 0 0 ) 。そして、水素流量計 3 0 0によって水素の流量 Qを検出するとともに、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 4 0を閉じてからの経過時間 Tを制御コンピュータ 4 0 0が内蔵するタイマ等で計測する（ステップ S 7 1 0 ) 。その後、圧力センサ 3 1 0および圧力センサ 3 3 0を用いて低圧部 L Sの圧力 P 1と高圧部 H Sの圧力 P 3とを検出すると（ステツプ S 7 2 0 ) 、制御コンピュータ 4 0 0は、圧力 P 1と圧力 P 3とが一致するか否かを判断する（ステップ S 7 3 0 ) 。この判断の結果、圧力 1と圧力 P 3 とが一致したと判断すれば（ステップ S 7 3 0 ： Y e s ) 、第 1調圧弁 2 1 0と第 2調圧弁 2 2 0とが全開となって流量変化点に到達し、システムが漏れ検知可能状態になったと判断できるため、次のステップ S 7 4 0へ処理を進める。一方、圧力 1 と圧力 P 3とが一致しなければ（ステップ S 7 3 0 ： N 0 ) 、上記ステツプ S 7 1 0へ処理を戻し、流量変化点に到達するまで上述した処理をループする。上記ステップ S 7 3 0において、圧力 P 1と圧力 P 3がー致し、流量変化点に到達すれば、制御コンピュータ 4 0 0は、上記ステップ S 7 1 0で検出した流量 Qの挙動が、漏れがない場合における標準的な流量 Q 0よりも大きいか否かを判定する（ステップ S 7 4 0 ) 。流量 Q 0は、試験的、実験的にその値を求め、予め R O Mに記憶させておくものとすることができる。前記ステップ S 7 4 0による判定の結果、図 1 2に示したように流量 Qが流量 Q 0よりも大きければ（ステップ S 7 4 0 : Y e s ) 、時間 Tに関わらず、水素漏れが発生していると判断し、後述するステップ S 7 7 0以降の処理に進む。一方、流量 Qが流量 Q 0よりも大きくなければ（ステップ S 7 4 0 ： N 0 ) 、更に、時間丁が、漏れのない場合における時間 T 1 と一致するか否かを判定する（ステップ S 7 5 0) 。この判定の結果、時間 Τと時間 Τ 1がー致すれば（ステップ S 7 5 0 ： Y e s ) 、異常なしと判断し（ステップ S 7 6 0) 、異常検知ルーチンを終了する。一方、図 1 3に示したように、流量 Qと流量 Q 0とが一致するにも関わらず時間 Tと時間 T 1が一致しなければ（ステップ S 7 5 0 ： N 0 ) 、水素漏れが発生していると判断し、ステップ S 7 7 0以降の処理に進む。なお、時間 T 1は、上記式（1 ) や式（1 b) によってその値を求め、予め R OMに記憶させておくものとすることができる。上記ステップ S 7 40において流量 Qが流量 Q 0よりも大きいと判定された場合や（ステップ S 7 40 ： Y e s ) 、上記ステップ S 7 5 0において時間 Tが時間 T 1 と一致しないと判断された場合には（ステップ S 7 5 0 ： N 0 ) 、制御コンピュー夕 40 0は、更に、時間丁が、漏れのない場合の時間 T 1よりも短いか否かを判定する（ステップ S 7 7 0) 。その結果、時間 Tが時間 T 1よりも長けれぱ（ステップ S 7 70 ： N 0) 、主止弁漏れが発生していると判断する（ステップ S 7 80) 。一方、時間丁が、漏れのない場合の時間 T 1よりも短ければ (ステップ S 7 7 0 ： Y e s ) 、水素供給流路 2 4のいずれかの箇所で水素漏れが発生していると判断できるため、水素流量計 3 0 0の上流側および下流側のいずれかで漏れが発生しているかを特定するために、水素流量計 3 0 0によって流量 Qを再度検出し、流量変化点において急激に変化した流量の大きさ 2 (図 1 3参照）を求める（ステップ S 7 9 0) 。その結果、 Δ02が所定値よりも大きければ（ステップ S 8 00 ： Y e s ) 、水素流量計 3 00よりも上流側で水素漏れが発生していると判断する（ステップ S 8 1 0) 。一方、 AQ 2が所定値よりも小さければ（ステップ S 80 0 ： N 0 ) 、水素流量計 3 0 0よりも下流側で水素漏れが発生していると判断する（ステップ S 8 20) 。上記ステップ S 80 0で比較する所定値としては理論的にはゼロとすることができるが、測定誤差を排除するために、ゼロよりも大きい値に設定することができる。最後に、制御コンピュータ 40 0は、上記ステップ S 7 8 0， S 8 1 0, S 8 2 0によって主止弁漏れ、上流漏れ、下流漏れのいずれかが発生していると判断すれば、その旨を運転者に報知し（ステップ S 8 3 0) 、一連の異常検知ルーチンを終了する。以上で説明した第 2実施例の異常検知ルーチンによれば、クロスリークによる水素流量を考慮して異常検知を行うことができるので、精度よく水素漏れを検出することが可能になる。また、流量 Qの状態や流量変化点までに要する時間 Tなどによって異常判定を.行うことで、異常が発生した箇所を容易に特定することが可能になる。なお、上記ステップ S 7 9 0で ΔΟ 2の値を求めた場合には、この AQ 2の値を用いて、上流側の漏れ量 Q 1を算出することが可能である。具体的には、各調圧弁が全開となる前のクロスリークによる水素の流量 Q 0から、各調圧弁が全開となったときのクロスリークによる水素の流量 Q 0を差し引き、さらに、各調圧弁が全開となったときの上流漏れ Q 1 に起因する流量（逆流成分）を加えたものが AQ 2になる。この関係を式にしたものが、下記式（2) である。ただし、 V =V 0 +V 1 + V 2 + V 3とする。

AQ 2 =Q 0 -Q 0 (V 1 +V 2 +V 3) /V + Q 1 V 0/V …式（ 2 )

なお、この式（2) は、次のようにも表すことができる。

AQ 2 =Q 0 -Q 0 (V- V 0) /V + Q Ί V 0/V …式（2 b) 制御コンピュータ 400は、この式（2) または式（2 b) の各パラメータに既定値（AQ 2、 Q 0、 V 0〜V 3) を代入することによって、水素流量計 3 0 0よりも上流側に発生する水素の漏れ量 Q 1を算出することができる。上記ステップ S 80 0では、 Δ Q 2に換えて、こうして算出した上流側からの漏れ量 Q 1 の有無に応じて水素漏れの箇所を判定するものとしてもよい。

(B 3) システム停止時における異常検知処理の他の態様：

図 1 5は、燃料電池システム 1 00 dが停止されたときに実行される異常検知ルーチンの他の態様を示すフローチヤ一卜である。以下で説明する異常検知ルーチンでは、上述した異常検知ルーチンに対して、水素消費処理を行うことで漏れ判定に要する時間の短縮を図っている。このルーチンが実行されると、制御コンピュータ 40 0は、まず、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 40を閉じて（ステップ S 9 0 0) 、水素消費処理を実行する（ステップ S 9 1 0) 。そして、低圧部 L Sの圧力 P 1と高圧部 H Sの圧力 P 3の圧力を検出するとともに、主止弁 2 0 0およびパージ弁 2 40を閉じてからの経過時間 T cを計測して（ステップ S 9 2 0) 、圧力 P 1 と圧力 P 3がー致するか否かを判定する（ステップ S 9 3 0) 。圧力 P 1と圧力 P 3がー致しない場合には、未だ、水素の消費が十分でなく、流量変化点に達していないと判断できるため、上記ステップ S 9 1 0へ処理を戻して、両圧力が一致するまでループする。上記ステップ S 9 3 0において、圧力 P 1と圧力 P 3がー致したと判定した場合には、制御コンピュータ 4 00は、システムが漏れ検知可能状態になったと判断し、水素消費処理に要した時間 T cと水素消費処理に要する標準的な時間 T d とを比較して、時間 T cが時間 T d以下であるか否かを判断する（ステップ S 9 4 0) 。この判断の結果、時間 T cが時間 T dよりも長いと判断されれば（ステップ S 9 4 0 : N o) 、主止弁漏れが発生していると判断する（ステップ S 9 5 0) 。なお、時間 T dは、水素消費処理に要する時間を試験的あるいは実験的に求め、予め ROMに記憶させておくことができる。むろん、外気温その他のパラメータに基づき所定の関数やマツプから求めるものとしてもよい。一方、上記ステップ S 9 4 0において、時間 T cが時間 T d以下であると判断されれば（ステップ S 9 4 0 ： Y e s ) 、主止弁 2 00以外の部分に漏れが発生していないかを検知するため、制御コンピュータ 4 0 0は、水素流量計 3 0 0によって単位時間当たりの流量 Qの時間変化率 d Q/d tを検出する（ステップ S 9 6 0) 。そじて、この時間変化率 d QZd tが、漏れが発生していない場合の時間変化率 d Q O/d.tよりも小さいか否かを判定する（ステップ S 9 7 0) 。この判定の結果、 d Q/d tが d Q 0/d tよりも小さければ（ステップ S 9 7 0 : Y e s ) 、図 1 2や図 1 3に示したように、流量変化点以降のグラフの傾きが、標準時の傾きよりも大きいと判断することができるため、主止弁 2 00からパージ弁 2 4 0の間のいずれかの箇所で水素漏れが発生していると判断する（ステツプ S 9 80) 。一方、 d Q/d tが d Q 0/d tよりも小さくなければ（ステツプ S 9 7 0 : N o) 、異常なしと判断する（ステップ S 9 9 0) 。最後に、制御コンピュータ 40 0は、上記ステップ S 9 5 0で主止弁漏れと判断された場合および上記ステップ S 9 80で、水素漏れが発生したと判断された場合には、その旨を運転者に報知して（ステップ S 1 0 00) 、異常検知ル一チンを終了する。以上で説明した異常検知ルーチンによれば、水素消費処理を実行することで、漏れ判定までの時間を短縮することができる。また、流量変化点以降のグラフの傾きを利用して漏れの有無を判定することができる。なお、上記異常検知ルーチンのステップ S 9 70では、下記式（3) によって、流量 Qの時間変化率 dQZd tを算出することができる。また、下記式（4) によって、水素漏れが発生していない場合における流量 Q 0の時間変化率 d Q 0/ d tを求めることができる。ただし、 P 1は、各調圧弁が全開となる圧力であり、 V = V 0 + V 1 + V 2 + V 3とする。 d Q/d t =-Q²/ (P I ■ V) …式（3) d QO/d t =-Q0²/ (P 1 ■ V) …式（4) 以上、本発明の種々の実施例について説明した。上述した種々の実施例によれば、水素供給流路 24中に調圧弁が 1つ以上存在している場合においても、 1つの水素流量計 300あるいは圧力センサで、主止弁 200からパージ弁 240にわたるアノード側の全区間における水素漏れを効率よく検出することができる。なお、本発明は上述した実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上述した種々の実施例では、調圧弁を全開としてから水素漏れの検知を行うものとしたが、調圧弁は、全開でなく一定の開度に保たれている場合であっても水素漏れの検知を行うことはできる。調圧弁が全開でなくとも、時間経過とともに調圧弁前後の圧力は同一になるからである。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池を備える燃料電池システムであって、

前記燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、

前記燃料電池システムを、前記遮断弁を閉じるとともに前記調圧弁を開弁して非調圧の状態に保った漏れ検知可能状態にする状態制御手段と、

を備える。

2 . 請求項 1 に記載の燃料電池システムであって、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として流量を検出する手段であり、前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、前記状態量検出手段によって下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段よりも下流側で水素漏れが発生していると判断する手段と、前記状態量検出手段によって上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段よりも上流側で水素漏れが発生していると判断する手段とのうち少なくともいずれか一方を備える。

3 . 請求項 1に記載の燃料電池システムであって、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として圧力を検出する手段であり、前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、前記状態量検出手段によって前記圧力が上昇したことを検出した場合に、前記閉弁後の遮断弁から前記水素供給流路内に対して水素漏れが発生していると検知する手段と、

のうち少なくともいずれか一方を備える。

4 . 請求項 1 に記載の燃料電池システムであって、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として前記流量と前記圧力とを共に検出する手段であり、

前記漏れ検知手段は、前記漏れ検知可能状態において、前記挙動として、前記状態量検出手段によって、前記圧力の上昇を検出するとともに下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記遮断弁から前記水素供給流路内に対して水素漏れが発生していると判断する手段と/

前記状態量検出手段によって、前記圧力の上昇を検出するとともに上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記状態量検出手段が異常であると判断する手段と、

前記状態量検出手段によって、前記圧力の降下を検出するとともに下流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記流量検出手段よリも下流側で水素漏れが発生していると判断する手段と、

前記状態量検出手段によつて、前記圧力の降下を検出するとともに上流方向への前記水素の流れを検出した場合に、前記流量検出手段よリも上流側で水素漏れが発生していると判断する手段とのうち少なくともいずれか一つの手段を備える

5 . 請求項 1 に記載の燃料電池システムであって、

前記漏れ検知手段は、前記状態量検出手段によって検出された流量が、前記挙動として、前記燃料電池内の電解質膜をアノードからカソードに透過する標準的な水素の流量よりも大きい場合に、水素漏れが発生していると判断する手段を備える。

6 . 請求項 1に記載の燃料電池システムであって、

該時間が、水素漏れのない場合に要する標準的な時間よりも短い場合に水素漏れが発生していると判断する手段と、

のうち少なくともいずれか一方を備える。

7 . 請求項 1に記載の燃料電池システムであって、

前記状態量検出手段は、前記水素の状態量として前記流量を検出する手段であリ、

前記漏れ検知手段は、前記調圧弁が開弁して非調圧状態となった以後の前記流量の時間変化率を求め、前記挙動として、該時間変化率が、水素漏れのない場合における標準的な時間変化率よりも小さい場合に、水素漏れが発生していると判断する手段を備える。

8 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記調圧弁よリも下流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する圧力センサを備え、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を開弁して前記水素供給流路に水素を供給した後、前記圧力センサによって検出した前記調圧弁の下流側の圧力が、前記調圧弁が開弁して非調圧状態に維持される所定の目標値に達した場合に前記遮断弁を閉じることで、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態とする。

9 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記調圧弁よリも下流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する圧力センサを備え、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉弁した後、前記圧力センサによって検出した前記調圧弁の下流側の圧力が、前記調圧弁が開弁して非調圧状態に維持される所定の目標値に達するまで、前記水素供給流路内に存在する水素を消費させることにより、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態とする。

1 0 . 請求項 1ないし 7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記調圧弁よりも下流側の前記水素供給流路中の水素の圧力を検出する下流側圧力センサと、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉弁した後、前記下流側圧力センサによつて検出した圧力と、前記上流側圧力センサによつて検出した圧力とが同一圧力となるまで、前記水素供給流路内に存在する水素を消費させることにより前記調圧弁を開弁させ、前記燃料電池システムを前記漏れ検知可能状態とする。

1 1 . 請求項 9または 1 0に記載の燃料電池システムであって、

前記漏れ検知手段は、前記燃料電池によって発電を行うことより、前記水素を消費させる手段を備える。

1 2 . 請求項 9または 1 0に記載の燃料電池システムであって、

前記漏れ検知手段は、前記燃料電池から前記水素の排出を行うことにより、前記水素を消費させる手段を備える。

1 3 . 請求瑱 1ないし 7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記調圧弁は、外部からの制御に基づき開度を直接調整可能な可変調圧弁であ y、

前記状態制御手段は、前記調圧弁を制御することで前記調圧弁を開弁して非調圧状態に保つ。

1 4 . 請求項 1ないし 1 3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記水素供給流路には、前記遮断弁と前記状態量検出手段との間に、前記水素供給手段から供給される水素を一時的に貯蔵するバッファタンクが接続されている。

1 5 . 請求項 1 に記載の燃料電池システムであって、

前記調圧弁として、前記水素供給流路内の異なる場所に、下流側から順に第 1 の調圧弁と第 2の調圧弁とが設けられており、

前記状態制御手段は、前記遮断弁を閉じるとともに前記第 1の調圧弁と第 2の調圧弁とを開弁状態に保った後に、前記第 2の遮断弁を閉弁することで、前記燃料電池システムを漏れ検知可能状態にし、

前記漏れ検知手段は、前記状態量検出手段によって検出された前記状態量に基づき、前記水素供給手段から前記遮断弁を介して前記水素供給流路内に漏れる水素を検知する手段を備える。

1 6 . 燃料電池を備える燃料電池システムであって、

前記燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、

前記漏れ検知可能状態において前記状態量検出手段によって検出された前記状態量の挙動を解析することにより、前記水素供給手段よリも下流側に発生した水素漏れを検知する漏れ検知手段と

を備える燃料電池システム。

1 7 . 燃料電池に水素供給流路を介して水素を供給する水素供給手段を備えた燃料電池システムにおける水素の漏れを検出する方法であって、前記水素供給手段から前記水素供給流路への水素の供給を遮断すると共に、前記水素供給流路中に設けられた調圧弁を開弁して、前記水素供給流路内を非調圧の状態に保って、漏れ検知可能状態とし、

該漏れ検知可能状態における前記水素供給流路内の水素の状態量として、圧力および流量のうち少なくとも一方を検出し、

前記検出された状態量の前記漏れ検知可能状態における挙動を解析して、前記水素供給手段よりも下流側に発生した水素漏れを検知する。

1 8 . 燃料電池に水素供給流路を介して水素を供給する水素供給手段を備えた燃料電池システムにおける水素の漏れを検出する方法であって、

前記水素供給手段から前記水素供給流路への水素の供給を遮断すると共に、前記水素供給流路中に設けられた調圧弁を開弁して、該調圧弁の上流側と下流側の圧力状態を同一にして、漏れ検知可能状態とし、

前記検出された状態量の前記漏れ検知可能状態における挙動を解析して、前記水素供給手段よリも下流側に発生した水素漏れを検知する。