WO2008099905A1

WO2008099905A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2008099905A1
Application number: PCT/JP2008/052481
Authority: WO
Inventors: Norimasa Ishikawa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2008-08-21
Also published as: DE112008000393T5; CN101611511A; US20100098980A1; DE112008000393B4; DE112008000393B8; JP4883360B2; JP2008198535A; CN101611511B; US9028992B2

Abstract

燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、燃料供給流路の上流側におけるガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、燃料供給流路におけるガス状態を検出するセンサと、センサでの検出値に基づいて開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、制御手段は、センサが異常状態に陥った場合に、開閉弁の開閉動作を停止させる。

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する。背景技術

従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられており、燃料供給流路には、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を一定の値まで低減させる調圧弁 (レギユレータ）が設けられるのが一般的である。

現在においては、燃料ガスの供給圧力を変化させる開閉弁を燃料供給流路に設けることにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を化させる技術が提案されている。また、近年においては、開閉弁の上^側に圧力センサを配置し、この圧力センサでの検出値に基づいて開閉弁を制御する技術も提案されている（例えば、特開 2005-302563号公報参照）。特許文献 1に記載されたような技術を採用すると、開閉弁の故障判定を行うことも可能である。発明の開示

し力、し、特開 2005-302563号公報に記載されたような技術を採用しても、断線や短絡等に起因して圧力センサが異常状態に陥った場合には、開閉弁の故障判定が不可能となるばかりでなく、開閉弁を正常に制御することが不可能となる。かかる事態が発生すると、開閉弁の誤動作により、燃料電池への燃料ガスの供給量が急増又は急減して、正常な発電が妨げられるおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池への燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁を制御するためのガス状態を検出するセンサと、を有する燃料電池システムにおいて、センサ異常に起因した燃料電池の発電異常を抑制することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側におけるガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、燃料供給流路におけるガス状態を検出するセンサと、このセンサでの検出値に基づいて開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、制御手段は、センサが異常状態に陥った場合に、開閉弁の開閉動作を停止させるものである。

かかる構成を採用すると、センサ異常に起因した開閉弁の誤動作により燃料電池への燃料ガスの供給状態が異常となることを抑制することができる。従って、燃料電池の発電状態が異常となることを抑制することができるとともに、燃料電池への燃料供給量の急増に起因して燃料電池内部の構成部品が劣化するというような事態を回避することができる。なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。

前記燃料電池システムにおいて、センサでの検出値が所定の下限値未満となる場合又は所定の上限値を超える場合（又は、センサでの検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間持続した場合）に、センサが異常状態に陥ったものと判定する制御手段を採用することができる。また、前記燃料電池システムにおいて、燃料供給源から供給される燃料ガスを遮断する遮断弁を開閉弁上流側に備え、センサが異常状態に陥った場合に遮断弁を閉鎖する制御手段を採用することができる。

かかる構成を採用すると、センサ異常に伴って、開閉弁上流側の遮断弁を閉鎖することができるので、開閉弁上流側の燃料ガスの圧力が過剰に上昇することを抑制することができ、開閉弁の故障を抑制することが可能となる。また、前記燃料電池システムにおいて、センサが異常状態から正常状態へと回復した場合に開閉弁の開閉動作を再開させる制御手段を採用することが好ましい。

かかる構成を採用すると、センサが異常状態から正常状態へと回復した場合に、開閉弁の開閉動作を自動的に再開させて、燃料電池への燃料供給を再開することができる。従って、センサが異常状態から正常状態へと回復しこ場合に、燃料電池による発電を自動的に再開することができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、異常であると判断したセンサでの検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となった場合（又は、異常であると判断したセンサでの検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間持続した場合）に、センサが異常状態から正常状態へと回復したと判断する制御手段を採用することができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、開閉弁としてインジェクタを採用するとともに、センサとしてインジェクタの下流側における燃料ガスの圧力を検出する圧力センサを採用することができる。

ィンジ工クタとは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部がィンジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。本発明によれば、燃料電池への燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁を制御するためのガス状態を検出するセンサと、を有する燃料電池システムにおいて、センサ異常に起因した燃料電池の発電異常を抑制することが可能となる。 . 図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。

図 2は、図 1に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。

図 3 Aは、図 1に示した燃料電池システムの二次側圧力センサの検出値の時間履歴を示すタイムチャートである。

図 3 Bは、図 1に示した燃料電池システムのィンジヱクタの制御動作の一例を示すタイムチヤ一トである。

図 3 Cは、図 1に示した燃料電池システムの遮断弁の制御動作の一例を示すタイムチャートである。

図 3 Dは、図 1に示した燃料電池システムの強制間欠運転動作の一例を示すタイムチャートである。

図 4は、図 1に示した燃料電池システムの運転方法を説明するためのフロ一チャートである。

図 5 Aは、図 1に示した燃料電池システムの二次側圧力センサの検出値の時間履歴を示すタイムチャートである。

図 5 Bは、図 1に示した燃料電池システムのィンジェクタの制御動作の他の例を示すタイムチャートである。

図 6は、図 1に示した燃料電池システムの変形例を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム 1について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車载発電システムに適用した例について説明することとする。

まず、図 1〜図 3 Dを用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム

1の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム 1は、図 1 に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池 1 0を備えるとともに、燃料電池 1 0に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系 2、燃料電池 1 0に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系 3、システム全体を統合制御する制御装置 4等を備えている。

燃料電池 1 0は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池 1 0により発生した電力は、 P C U (Power Control Unit) 1 1に供給される。 P C U 1 1は、燃料電池 1 0とトラクシヨンモータ 1 2との間に配置されるインパータゃ D C— D C コンバータ等を備えている。また、燃料電池 1 0には、発電中の電流を検出する電流センサ 1 3が取り付けられている。

酸化ガス配管系 2は、加湿器 2 0により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池 1 0に供給する空気供給流路 2 1と、燃料電池 1 0から排出された酸化オフガスを加湿器 2 0に導く空気排出流路 2 2と、加湿器 2 1から外部に酸ィ匕オフガスを導くための排気流路 2 3と、を備えている。空気供給流路 2 1には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器 2 0に圧送するコンプレッサ 2 4が設けられている。

水素ガス配管系 3は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク 3 0と、水素タンク 3 0の水素ガスを燃料電池 1 0に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路 3 1と、燃料電池 1 0から排出された水素オフガスを水素供給流路 3 1に戻すための循環流路 3 2と、を備えている。なお、水素タンク 3 0に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。

水素供給流路 3 1には、水素タンク 3 0からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁 3 3と、水素ガスの圧力を調整するレギユレータ 3 4と、ィンジェクタ 3 5と、が設けられている。また、インジェクタ 3 5の上流側には、水素供給流路 3 1内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧カセンサ 4. 1及び温度センサ 4 2が設けられている。また、インジェクタ 3 5の下流側であって水素供給流路 3 1と循環流路 3 2との合流部 A 1の上流側には、水素供給流路 3 1内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ 4 3 が設けられている。二次側圧力センサ 4 3は、本発明におけるセンサ及び圧力センサの一実施形態に相当するものである。

レギユレータ 3 4は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギユレータ 3 4として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筐体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。本実施形態においては、図 1に示すように、インジヱクタ 3 5の上流側にレギユレータ 3 4を 2個配置することにより、ィンジヱクタ 3 5の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ 3 5の機械的構造（弁体、筐体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジヱクタ 3 5の上流側圧力を低減させることができるので、インジヱクタ 3 5の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ 3 5の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ 3 5の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ 3 5の応答 1"生の低下を抑制することができる。

ィンジェクタ 3 5は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ 3 5は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を嘖射孔まで供給案内するノズルポディと、このノズルポディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、インジヱクタ 3 5の弁体は電磁駆動装置であるソレノィドにより駆動され、このソレノィドに給電されるパルス状励磁電流のオン ·オフにより、噴射孔の開口面積を 2段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置 4から出力される制御信号によってインジ工クタ 3 5のガス噴射時間及ぴガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及ぴ圧力が高精度に制御される。インジェクタ 3 5は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。

インジヱクタ 3 5は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ 3 5のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池 1 0側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ 3 5の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ 3 5 下流に供給されるガス圧力がィンジェクタ 3 5上流のガス圧力より減圧されるため、インジヱクタ 3 5を調圧弁（減圧弁、レギユレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中 08 052481

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で要求圧力に一致するようにィンジヱクタ 3 5の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。

なお、本実施形態においては、図 1に示すように、水素供給流路 3 1と循環流路 3 2との合流部 A 1より上流側にインジヱクタ 3 5を配置している。また、図 1に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク 3 0を採用する場合には、各水素タンク 3 0から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部 A 2 ) よりも下流側にインジ-クタ 3 5を配置するようにする。

循環流路 3 2には、気液分離器 3 6及ぴ排気排水弁 3 7を介して、排出流路 3 8が接続されている。気液分離器 3 6は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁 3 7は、制御装置 4からの指令によって作動することにより、気液分離器 3 6で回収した水分と、循環流路 3 2内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路 3 2には、循環流路 3 2内の水素オフガスを加圧して水素供給流路 3 1側へ送り出す水素ポンプ 3 9が設けられている。なお、お気排水弁 3 7及び排出流路 3 8を介して排出される水素オフガスは、希釈器 4 0で排気流路 2 3内の酸化オフガスと合流して希釈されるようになつでいる。

制御装置 4は、車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクシヨンモータ 1 2等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクシヨンモータ 1 2のほかに、燃料電池 1 0を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ 2 4、水素ポンプ 3 9、冷却ポンプのモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるァクチユエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。

制御装置 4は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、 C P U、. R OM、 R AM, H D D、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、 R OMに記録された各種制御プログラムを C P Uが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。

具体的には、制御装置 4は、図 2に示すように、燃料電池 1 0の運転状態 (電流センサ 1 3で検出した燃料電池 1 0の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池 1 0で消費される水素ガスの量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能： B 1 ) 。本実施形態においては、燃料電池 1 0の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置 4 の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。

また、制御装置 4は、燃料電池 1 0の運転状態（電流センサ 1 3で検出した燃料電池 1 0の発電時の電流値）に基づいて、ィンジ工クタ 3 5下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池 1 0への目標ガス供給圧）を算出する（目標圧力値算出機能： B 2 ) 。本実施形態においては、燃料電池 1. 0 の発電電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置 4の演算周期毎に、二次側圧力センサ 4 3が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。 ' また、制御装置 4は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ 4 3で検出したインジェクタ 3 5下流位置の検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードパック捕正流量を算出する（フィードパック補正流量算出機能： B 3 ) 。フィードパック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。本実施形態においては、 · P I型フィードバック制御則を用いて、制御装置 4の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。

また、制御装置 4は、インジェクタ 3 5の上流のガス状態（一次側圧カセンサ 4 1で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ 4 2で検出した水素ガスの温度）に基づいてインジェクタ 3 5の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能： B 4 ) 。本実施形態においては、インジヱクタ 3 5の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置 4の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。また、制御装置 4は、インジヱクタ 3 5の上流のガス状態（水素ガスの圧力及び温度）及び印加電圧に基づいてィンジェクタ 3 5の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能： B 5 ) 。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ 3 5が制御装置 4から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジヱクタ 3 5の流側の水素ガスの圧力及ぴ温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置 4の演算周期毎に無効嘖射時間を算出して更新することとしている。

また、制御装置 4は、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジヱクタ 3 5の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能： B 6 ) 。そして、制御装置 4は、ィンジェクタ 3 5の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ 3 5の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ 3 5の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とをカロ算してインジェクタ 3 5の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能： B 7 ) 。ここで、駆動周期とは、インジェクタ 3 5の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン ·オフ）波形の周期を意味する。本実施形態においては、制御装置 4により駆動周期を一定の値に設定している。そして、制御装置 4は、以上の手順を経て算出したィンジェクタ 3 5の総噴射時間を実現させるための制御信号を送出することにより、ィンジェクタ 3 5のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池 1 0に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。このように、制御装置 4は、二次側圧力センサ 4 3で検出したィンジェクタ 3 5下流位置の検出圧力値を参照して、インジェクタ 3 5を制御している。

また、制御装置 4は、燃料電池 1 0の正常運転中に、二次側圧力センサ 4 3の異常判定を行い、二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥ったものと判定した場合に、インジェクタ 3 5による噴射動作（開閉動作）を停止させて全閉状態とする。具体的には、制御装置 4は、図 3 Aに示すように、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥ったもの判定し、図 3 Bに示すように、インジェクタ 3 5を全閉状態とする。すなわち、制御装置 4は、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。

また、制御装置 4は、二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥ったものと判定した場合に、図 3 Cに示すように、水素供給流路 3 1に設けられた遮断弁

3 3を閉鎖して、水素タンク 3 0からの水素ガスの供給を遮断する。これにより、インジェクタ 3 5の上流側圧力が過剰に上昇することを抑制することができる。また、制御装置 4は、二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥ったものと判定した場合に、図 3 Dに示すように、循環流路 3 2に設けられた排気排水弁 3 7を閉鎖するとともに水素ポンプ 3 9及びコンプレッサ 2 4を停止させ、正常運転から強制的な間欠運転に移行させて一時的に発電を停止させる。

—方、制御装置 4は、前記した強制的な間欠運転中に、二次側圧力センサ

4 3の復帰判定を行い、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定した場合に、インジェクタ 3 5を再稼動させる。具体的には、制御装置 4は、図 3 Aに示すように、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判断し、図 3 Bに示すように、インジェクタ 3 5による噴射動作 (開閉動作）を再開させる。

また、制御装置 4は、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定した場合に、図 3 Cに示すように、閉鎖していた遮断弁 3 3を開放して、水素タンク 3 0からの水素ガスの供給を再開する。また、制御装置 4は、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定した場合に、図 3 Dに示すように、循環流路 3 2に設けられた排気排水弁 3 7を開放するとともに水素ポンプ 3 9及びコンプレッサ 2 4を作動させ、強制的な間欠運転から正常運転へと移行させて発電を再開させる。続いて、図 4のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム 1の運転方法について説明する。

燃料電池システム 1の正常運転時においては、水素タンク 3 0から水素ガスが水素供給流路 3 1を介して燃料電池 1 0の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路 2 1を介して燃料電池 1 0の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池 1 0から引き出すべき電力（要求電力）が制御装置 4で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及ぴ空気が、インジェクタ 3 5やコンプレッサ 2 4が駆動制御されることにより燃料電池 1 0内に供給されるようになっている。本実施形態においては、このような正常運転時に二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥った場合に、インジ工クタ 3 5による噴射動作を停止させ、強制的な間欠運転に移行させて一時的に発電を停止させる。まず、燃科電池システム 1の制御装置 4は、正常運転中に、二次側圧力せンサ 4 3を用いて、インジェクタ 3 5下流側における水素ガスの圧力値を検出する（正常時圧力検出工程： S 1 ) 。そして、制御装置 4は、正常時圧力検出工程 S 1での検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間 T。持続するか否かを判定する（異常判定工程： S 2 ) 。

制御装置 4は、異常判定工程 S 2において、二次側圧力センサ 4 3の検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下である場合、又は、二次側圧力センサ 4 3の検出値が所定の下限値未満となるか若しくは所定の上限値を超えてもその状態が所定時間 T。持続しない場合には、二次側圧力センサ 4 3が正常であるものと判定してそのまま制御動作を終了する。

一方、制御装置 4は、異常判定工程 S 2において、二次側圧力センサ 4 3 の検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧カセンサ 4 3が異常状態に陥つたものと判定し、インジヱクタ 3 5による噴射動作を停止させて全閉状態とする（インジェクタ停止工程： S 3 ) 。なお、制御装置 4は、インジェクタ 3 5の停止とともに、水素供給流路 3 1に設けられた遮断弁 3 3及び循環流路 3 2に設けられた排気排水弁 3 7を閉鎖し、かつ、水素ポンプ 3 9及びコンプレッサ 2 4を停止させ、正常運転から強制的な間欠運転に移行させて一時的に発電を停止させる。

続いて、制御装置 4は、インジェクタ停止工程 S 3を経て強制的な間欠運転を行っている間に、二次側圧力センサ 4 3を用いてインジヱクタ 3 5下流側における水素ガスの圧力値を検出し（間欠時圧力検出工程： S 4 ) 、検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間 T。持続するか否かを判定する（復帰判定工程： S 5 ) 。制御装置 4は、復帰判定工程 S 5において、二次側圧力センサ 4 3の検出値が所定の下限値未満となる力若しくは所定の上限値を超える場合、又は、二次側圧力センサ 4 3の検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となつてもその状態が所定時間 T。持続しない場合には、二次側圧力センサ 4 3が然として異常状態にあるものと判定し、インジェクタ停止工程 S 3に戻って制御を続行する。

一方、制御装置 4は、復帰判定工程 S 2において、二次側圧力センサ 4 3 の検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定し、インジヱクタ 3 5による噴射動作を再開させる（ィンジヱクタ再稼動工程： S 6 ) 。なお、制御装置 4は、インジェクタ 3 5の再稼働とともに、閉鎖していた遮断弁 3 3及び排気排水弁 3 7を開放し、かつ、水素ポンプ 3 9及ぴコンプレッサ 2 4を再稼働し、強制的な間欠運転から正常運転に移行させて発電を再開させる。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム 1においては、二次側圧力センサ 4 3の異常に起因したインジェクタ 3 5の誤動作により燃料電池 1 0 への水素ガスの供給状態が異常となることを抑制することができる。従って、燃料電池 1 0の発電状態が異常となることを抑制することができるとともに、燃料電池 1 0への燃料供給量の急増に起因して燃料電池 1 0内部の構成部品が劣化するというような事態を回避することができる。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム 1においては、二次側圧力センサ 4 3の異常に伴って、ィンジェクタ 3 5上流側の遮断弁 3 3を閉鎖することができるので、インジェクタ 3 5上流側の水素ガスの圧力が過剰に上昇することを抑制することができる。従って、インジェクタ 3 5の故障を抑制することが可能となる。また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム 1においては、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復した場合に、インジエタタ 3 5の開閉動作を自動的に再開させて、燃料電池 1 0への燃料供給を再開することができる。従って、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復した場合に、燃料電池 1 0による発電を自動的に再開することがでさる。

なお、以上の実施形態においては、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧カセンサ 4 3が異常状態に陥ったものと判定した例を示した力 S、異常判定の方法はこれに限られるものではなレ、。例えば、図 5 Aに示すように、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値未満となる力、又は、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の上限値を超えた場合に、即座に二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥ったものと判定して、図 5 Bに示すようにインジェクタ 3 5を全閉状態とすることもできる。また、以上の実施形態においては、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間 T。持続した場合に、二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定した例を示したが、異常状態からの回復判定の方法はこれに限られるものではない。例えば、図 5 Aに示すように、二次側圧力センサ 4 3での検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となった場合に、即座に二次側圧力センサ 4 3が異常状態から正常状態へと回復したものと判定して、図 5 Bに示すように、インジヱクタ 3 5による噴射動作を再開させることもできる。

また、以上の実施形態においては、燃料電池システム 1の水素ガス配管系 3に循環流路 3 2を設けた例を示したが、例えば、図 6に示すように、燃料電池 1 0に排出流路 3 8を直接接続して循環流路 3 2を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、制御装置 4で前記実施形態と同様に二次側圧力センサ 4 3の異常判定を行い、二次側圧力センサ 4 3が異常状態に陥った場合に、インジェクタ 3 5を全閉状態とすることもできる。

また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ 3 5を採用した例を示したが、開閉弁は供給流路（水素供給流路 3 1 ) の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジヱクタ 3 5に限られるものではない。

また、以上の実施形態においては、水素供給流路 3 1のインジヱクタ 3 5 の下流位置に二次側圧力センサ 4 3を配置し、この位置における圧力を調整する（所定の目標圧力値に近付ける）ようにインジェクタ 3 5を制御した例を示したが、二次側圧力センサの位置はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池 1 0の水素ガス入口近傍位置（水素供給流路 3 1上）や、燃料電池 1 0の水素ガス出口近傍位置（循環流路 3 2上）や、水素ポンプ 3 9の出口近傍位置（循環流路 3 2上）に二次側圧力センサを配置することもできる。かかる場合には、二次側圧力センサの各位置における目標圧力値を記録したマップを予め作成しておき、このマップに基づいてフィードバック補正流量を算出するようにする。

また、以上の実施形態においては、水素供給流路 3 1に遮断弁 3 3及ぴレギユレ一タ 3 4を設けた例を示したが、インジェクタ 3 5は、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁 3 3ゃレギユレータ 3 4を設けなくてもよい。従って、インジヱクタ 3 5を採用すると遮断弁 3 3ゃレギユレータ 3 4を省くことができるため、システムの小型化及ぴ低廉化が可能となる。産業上の利用可能性 P T/JP2008/052481

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本発明に係る燃料電池システムは、以上の実施形態に示すように、燃料電池車両に搭載可能であり、また、燃料電池車両以外の各種移動体（口ポット、. 船舶、航空機等）にも搭載可能である。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側におけるガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記燃料供給流路におけるガス状態を検出するセンサと、このセンサでの検出値に基づいて前記開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、

前記制御手段は、前記センサが異常状態に陥った場合に前記開閉弁の開閉動作を停止させるものである、

燃科電池システム。

2 . 前記制御手段は、前記センサでの検出値が所定の下限値未満となる場合又は所定の上限値を超える場合に、前記センサが異常状態に陥ったものと判定するものである、

請求項 1に記載の燃料電池システム。

3 . 前記制御手段は、前記センサでの検出値が所定の下限値未満となるか又は所定の上限値を超え、かつ、その状態が所定時間持続した場合に、前記センサが異常状態に陥ったものと判断するものである、

請求項 1に記載の燃料電池システム。

4 . 前記燃料供給源から供給される燃料ガスを遮断する遮断弁を前記開閉弁の上流側に備え、

前記制御手段は、前記センサが異常状態に陥った場合に前記遮断弁を閉鎖するものである、

請求項 1カゝら 3の何れか一項に記載の燃料電池システム。

5 . 前記制御手段は、前記センサが異常状態から正常状態へと回復した場合に前記開閉弁の開閉動作を再開させるものである、

請求項 1カゝら 4の何れか一項に記載の燃科電池システム。

6 . 前記制御手段は、異常であると判断した前記センサでの検出値が所定 'の下限値以上所定の上限値以下となった場合に、前記センサが異常状態から正常状態へと回復したと判断するものである、

請求項 5に記載の燃料電池システム。

7 . 前記制御手段は、異常であると判断した前記センサでの検出値が所定の下限値以上所定の上限値以下となり、かつ、その状態が所定時間持続した場合に、前記センサが異常状態から正常状態へと回復したと判断するものである、 . 請求項 5に記載の燃料電池システム。

8 . 前記開閉弁は、インジヱクタであり、

前記センサは、前記ィンジェクタの下流側における燃料ガスの圧力を検出する圧力センサである、

請求項 1力ら 7の何れか一項に記載の燃料電池システム。