WO2009041271A1

WO2009041271A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2009041271A1
Application number: PCT/JP2008/066361
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Bono
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2009-04-02
Also published as: DE112008002494T5; US20100261078A1; CN101809794A; DE112008002494B4; JP4363475B2; US8541142B2; JP2009087652A; CN101809794B; DE112008002494B8

Abstract

酸化ガス供給シャット弁（３２）と、酸化ガス排出シャット弁（３４）と、酸化ガス供給シャット弁（３２）と酸化ガス排出シャット弁（３４）との間の流路の圧力であるカソード圧力値を検知する圧力検知部であるカソード圧力計測器（２３）と、燃料電池スタック（２２）の運転を停止したときに酸化ガス供給シャット弁（３２）と酸化ガス排出シャット弁（３４）とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタック（２２）の運転を停止したときの停止時カソード圧力値と、その後に燃料電池スタック（２２）を起動したときの起動時カソード圧力値に基づいて、酸化ガス供給シャット弁（３２）と酸化ガス排出シャット弁（３４）の作動不良判定を行う判定部と、を備える。

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係り、特に、燃料電池スタックに酸化ガスあるいは燃料ガスを供給あるいは排出するための流路に、それぞれ弁を設けた燃料電池システムに関する。背景技術

燃料電池に燃料ガスあるいは酸化ガスを供給し、また、燃料電池からそれらのガスを排出するための流路に、それぞれ弁が設けられている。これらの弁の開故障を検出するために、例えば、特許文献 1には、燃料電池に接続される燃料ガス供給配管に配置した第一開閉弁と、燃料ガスの流れ方向に沿って第一開閉弁の下流側に配置した第二開閉弁と、第一開閉弁と第二開閉弁との間の燃料ガスの圧力を検出する第一圧力センサと、燃料電池停止時に、第一開閉弁を閉じてから第二開閉弁を閉じる停止時開閉弁操作部と、燃料電池停止時の少なくとも第一圧力センサの出力を記憶する停止時圧力記憶部と、燃料電池停止後の運転再開時の第一圧力センサの出力と、停止時圧力記憶部に記憶した燃料電池停止時の第一圧力センサの出力と、を比較して、第一開閉弁および第二開閉弁の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する故障診断部と、を備えたものが開示されている。ここでは、第一開閉弁と第二開閉弁によって区画された容積部の圧力の値が大きい値へと変化している場合には第一開閉弁が故障していると判断し、小さい値へと変化している場合には第二開閉弁が故障していると判断されることが述べられている。

特許文献 1 ：特開 2 0 0 4— 9 5 4 2 5号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

上記のように、特許文献 1の構成を用いることで、燃料ガス供給配管に配置した第一開閉弁あるいは第二開閉弁の開故障を検出することができる。しかし、特許文献 1の構成を用いるには、それぞれの開閉弁によって区画された容積部の圧力差を生じさせるために、燃料電池停止時に第一開閉弁を閉じてから第二開閉弁を閉じる操作を行う必要がある等操作に制約があるため不便である。また、燃料ガスタンク内の圧力がもともと小さい場合には、上記のような開閉弁を閉じる操作を行っても圧力差が小さいため開故障を検出できない場合があり、特許文献 1 の構成を適用できる範囲が狭い。

本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、より簡単に、流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる燃料電池システムを提供することである。課題を解決するための手段

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに酸化ガスを供給する流路に設けられる酸化ガス供給弁と、燃料電池スタックから酸化ガスを排出する流路に設けられる酸化ガス排出弁と、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁との間の流路であって、燃料電池ス夕ック内の酸化ガス流路を含む流路の圧力であるカソ一ド圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時力ソード圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時力ソード圧力値に基づいて、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部と、を備える。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止時力ソード圧力値から起動時力ソード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定することが好ましい。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する流路に設けられる燃料ガス供給弁と、燃料電池スタックから燃料ガスを排出する流路に設けられる燃料ガス排出弁と、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁との間の流路であって、燃料電池スタック内の燃料ガス流路を含む流路の圧力であるァノ一ド圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時アノード圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時アノード圧力値に基づいて、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部と、を備える。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、停止時アノード圧力値から起動時アノード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定することが好ましい。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、判定部は、燃料電池スタックの運転を停止したときから、その後に燃料電池スタックを起動したときまでの時間が予め定められた所定時間以上である場合に作動不良判定を行うことが好ましい。

発明の効果

上記構成の少なくとも 1つにより、燃料電池システムは、燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時力ソード圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時力ソード圧力値に基づいて、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部を有する。したがって、より簡単に酸化ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

また、判定部は、停止時力ソード圧力値から起動時力ソード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定する。したがって、より簡単に酸化ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

上記構成の少なくとも 1つにより、燃料電池システムは、燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時ァノ一ド圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時アノード圧力値に基づいて、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部を有する。したがって、より簡単に燃料ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

また、判定部は、停止時アノード圧力値から起動時アノード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定する。したがって、より簡単に燃料ガスが流れる流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。

また、判定部は、燃料電池スタックの運転を停止したときから、その後に燃料電池スタックを起動したときまでの時間が予め定められた所定時間以上である場合に作動不良判定を行う。したがって、力ソード圧力値、あるいは、アノード圧力値が十分に下がつた状態で作動不良判定することができるため、より正確に流路に設けられた弁の作動不良を検出することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成を示す図である。図 2は、縦軸に力ソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタックの運転の停止後のカゾード圧力値の時間変化を示す図である。

図 3は、燃料電池システムにおいて流路に設けられた酸化ガス供給シャツ卜弁と酸化ガス排出シャツト弁の作動不良の判定を行う各手順を示すフローチャートである。符号の説明

10 燃料電池システム、 12， 14 力ソード圧力特性曲線、 20 燃料電池本体部、 2 1 アノード圧力計測器、 22 燃料電池スタック、 23 カソ一ド圧力計測器、 24 加湿器、 26 燃料ガスタンク、 28 希釈器、 30 制御部、 32 酸化ガス供給シャツト弁、 34 酸化ガス排出シャツト弁、 35 酸化ガス加湿器バイパス流路、 36 酸化ガス加湿器バイパスシャツト弁、 37 酸化ガス供給側流路、 38 酸化ガス経路、 39 酸化ガス排出側流路、 40 酸化ガス源、 45 調圧弁、 46 レギユレ一夕、 47 分流器、 48 排気バルブ、 49 循環昇圧器、 50 電磁弁収納ボックス、 74, 76 電磁弁、 10

1 FCシステム制御指令取得モジュール、 102 FCシステム起動モジュ一ル、 103 F Cシステム運転モジュール、 104 FCシステム停止モジュ一ル、 106 力ソード圧力測定モジュール、 108 経時判定モジュール、 10

9 作動不良判定モジュール、 110 記憶部、 1 30 報知装置、 140 経時計測装置、 150 制御指令取得部。発明を実施するための最良の形態

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下では、燃料電池システムにおいて、気体圧を利用して制御が行われるシャツト弁を燃料電池の力ソード側の流路に設けられるものとして説明するが、ァノ一ド側の流路に設けられるものであってもよい。また、以下では、燃料電池システムにおいて、それぞれの流路に設けられる弁について、気体圧を利用して制御が行われるシャツ卜弁として説明するが、その他の弁、例えば、電気的に制御が行われる電磁弁であってもよい。

図 1は、燃料電池システム 10の構成を示す図である。燃料電池システム 10 は、燃料電池本体部 20と制御部 30とを含んで構成される。燃料電池システム 10は、燃料電池セルが複数積層される燃料電池スタック 22と、燃料電池ス夕ック 22のアノード側に配置される燃料ガス供給用の各要素と、力ソード側に配置される酸化ガス供給用の各要素を含んで構成される。

燃料電池スタック 22は、電解質膜の両側に触媒電極層を配置した MEA (M emb r an e E l e c t r o d e As s emb l y) の両外側にセパレ一夕を配置して挟持した単電池を複数個積層することで組電池としたものである。燃料電池スタック 22は、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、力ソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって発電し、必要な電力を取り出す機能を有する。

アノード側の燃料ガスタンク 26は、水素ガス源であって、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。燃料ガスタンク 26に接続されるレギユレ一夕 4 6は、水素ガス源である燃料ガスタンク 26からのガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギユレ一夕 46の出力口に設けられるアノード圧力計測器 21は、供給水素圧力を検出する測定器である。レギユレ一夕 46の出力口は燃料電池スタック 22のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された燃料ガスが燃料電池スタック 22に供給される。

燃料電池スタック 22のアノード側出口に接続される分流器 47は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、排気バルブ 48 を通して希釈器 2 8に流すためのものである。また、分流器 4 7の後でさらにァノ―ド側入口との間に設けられる循環昇圧器 4 9は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。

力ソード側の酸化ガス源 4 0は、実際には大気を用いることができる。酸化ガス源 4 0である大気はフィルタを通してからエアコンプレッサ（A C P ) 4 2に供給される。 A C P 4 2は、モ一夕によって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。

加湿器 2 4は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタツク 2 2での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有する。加湿器 2 4により適度に湿らせられた酸化ガスは、燃料電池スタック 2 2の力ソード側入口に供給され、力ソード側出口から排出される。燃料電池スタック 2 2は燃料電池反応により高温になるので、排出される水は水蒸気となっており、この水蒸気が加湿器 2 4に戻されることで酸化ガスを適度に湿らせることができる。

酸化ガス排出側流路 3 9において燃料電池スタック 2 2の出口のあとに設けられる圧力計は力ソード圧力計測器 2 3と呼ぶことができる。力ソード圧力計測器 2 3は、後述する酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4との間の流路の圧力を検出する圧力検知部である。

力ソード圧力計測器 2 3の後に設けられる調圧弁 4 5は、背圧弁とも呼ばれるが、力ソード側出口のガス圧を調整し、燃料電池スタック 2 2への酸化ガスの流量を調整する機能を有する。調圧弁 4 5の出力口は、上記の加湿器 2 4に接続されるので、調圧弁 4 5を出たガスは加湿器 2 4に水蒸気を供給した後に、希釈器 2 8に入り、その後外部に排出される。

希釈器 2 8は、アノード側の排気バルブ 4 8からの不純物ガスと水分とが混じつている水素、及び、力ソード側から M E Aを通して漏れてくる水分混じり水素を集め、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。酸化ガス供給側流路 3 7において、加湿器 2 4と燃料電池スタック 2 2の間に設けられ接続される酸化ガス供給シャット弁 3 2は、通常は開状態で、燃料電池スタック 2 2の運転が停止したとき等に閉状態とされる開閉弁である。燃料電池スタック 2 2の運転が停止したときに酸化ガス供給側流路 3 7を閉じて酸化カスの供給を止めるのは、燃料電池スタック 2 2に含まれる触媒層等の酸化を抑制する等のためである。

また、酸化ガス排出側流路 3 9において、燃料電池スタック 2 2と加湿器 2 4 との間、具体的には、調圧弁 4 5と加湿器 2 4との間に設けられ接続される酸化ガス排出シャツ卜弁 3 4は、酸化ガス供給シャット弁 3 2と同様に、通常は開状態で、燃料電池システム 1 0の運転が停止したとき等に閉状態とされる開閉弁である。

また、酸化ガス供給側流路 3 7において、加湿器 2 4を迂回するように、酸化ガス供給シャツ卜弁 3 2を経由する流路と並列に酸化ガス加湿器バイパス流路 3 5が設けられる。この酸化ガス加湿器バイパス流路 3 5に配置され接続される酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 3 6は、通常は閉状態で、必要なときに開状態とされる開閉弁である。

酸化ガス供給シャット弁 3 2、酸化ガス排出シャット弁 3 4、酸化ガス加湿器バイパスシャツ卜弁 3 6は、前者 2つが通常は開状態であり、酸化ガス加湿器バィパスシャツ卜弁 3 6が通常は閉状態であることが相違するが、ほぼ同じ構造である。酸化ガス供給シャツ卜弁 3 2、酸化ガス排出シャット弁 3 4、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 3 6は、圧力室の内圧に応じて作動するピストン等の可動子を有する流体制御バルブである。

例えば、酸化ガス供給シャット弁 3 2の場合、内部でピストン等の可動子が進退する管路を有し、その管路の入口側が、加湿器 2 4側の酸化ガス供給側流路 3 7に接続され、その管路の出口側が、燃料電池スタック 2 2側の酸化ガス供給側流路 3 7に接続される。圧力室の内圧を変化させて可動子をその管路の中に進入させると、酸化ガス供給シャット弁 3 2の内部の管路が閉じるので、酸化ガスの流れが遮断される。このように、圧力室の内圧を制御して可動子の進退を行わせ、酸化ガス供給側流路 3 7における酸化ガスの流れを必要に応じて遮断、すなわちシャツ 1、することができる。

電磁弁収納ボックス 5 0は、酸化ガス供給シャット弁 3 2、酸化ガス排出シャット弁 3 4、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 3 6に対して、作動流体の供給を制御するための電磁弁 7 4 , 7 6をひとまとめにして収容するポックスである。酸化ガス供給シャット弁 3 2、酸化ガス排出シャット弁 3 4、酸化ガス加湿器バィパスシャット弁 3 6のそれぞれに対し、 1つの三方弁である電磁弁 7 4と、 2 つの二方向弁である電磁弁 7 6とが用いられ、酸化ガス供給シャット弁 3 2、酸化ガス排出シャツト弁 3 4、酸化ガス加湿器バイパスシャツト弁 3 6の圧力室の内圧を制御する。

経時計測装置 1 4 0は、制御部 3 0と接続され、燃料電池スタック 2 2の運転を停止してから、その後に燃料電池スタック 2 2が再起動するまでに経過している時間を測定する計測装置である。例えば、経時計測装置 1 4 0は、カウンタ回路等を用いて構成することができる。

制御指令取得部 1 5 0は、制御部 3 0と接続され、外部によってもたらされる燃料電池スタック 2 2の起動指令や、燃料電池スタック 2 2の運転停止指令を取得する機能を有する。

報知装置 1 3 0は、制御部 3 0と接続され、燃料電池システム 1 0における酸化ガス供給シャット弁 3 2と酸化ガス排出シャット弁 3 4の作動不良（故障）をユーザ等に知らせる装置である。報知装置 1 3 0は、運転席に設けられるステアリングハンドル付近に配置される。

制御部 3 0は、 C P U 1 0 0と記憶部 1 1 0とを含んで構成される。制御部 3 0は、燃料電池本体部 2 0の運転全般の制御を行い、また、燃料電池本体部 2 0 に設けられた弁の作動不良を判定する機能を有する。制御部 3 0は、燃料電池に適したコンピュータを用いて構成される。

C P U 1 0 0は、 F Cシステム制御指令取得モジュール 1 0 1と、 F Cシステム起動モジュール 1 0 2と、 F Cシステム運転モジュール 1 0 3と、 F Cシステム停止モジュール 1 0 4と、力ソード圧力測定モジュール 1 0 6と、経時判定モジュール 1 0 8と、作動不良判定モジュール 1 0 9とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部 1 1 0に記憶されたシャット弁作動不良判定プログラムを実行することにより実現できる。また、かかる機能の一部あるいは全部をハードウェアで実現するものとしてもよい。記憶部 1 1 0は、シャット弁作動不良判定プログラムが格納され、その他に必要な情報を記憶する記憶装置である。

F Cシステム制御指令取得モジュール 1 0 1は、制御指令取得部 1 5 0によつて取得された指令が燃料電池スタック 2 2の起動指令であるか、あるいは、燃料電池スタック 2 2の運転停止指令であるかを判断する機能を有する。

F Cシステム起動モジュール 1 0 2は、燃料電池スタック 2 2の起動指令を受けて、燃料電池スタック 2 2の起動制御を行う機能を有する。また、 F Cシステム起動モジュール 1 0 2は、燃料電池スタック 2 2の起動の際に酸化ガス供給シャット弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4を開く制御を行う機能を有する。

F Cシステム運転モジュール 1 0 3は、 F Cシステム起動モジュール 1 0 2によって燃料電池スタック 2 2の起動を行った後に、燃料電池スタック 2 2の運転制御を行う機能を有する。

F Cシステム停止モジュール 1 0 4は、燃料電池スタック 2 2の運転停止指令を受けて、燃料電池スタック 2 2の運転を停止する制御を行う機能を有する。また、 F Cシステム停止モジュール 1 0 4は、燃料電池スタック 2 2の運転停止の際に、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4を閉じる制御を行う機能を有する。

力ソード圧力測定モジュール 1 0 6は、燃料電池スタック 2 2の停止の際に燃料電池スタック 2 2内の酸化ガス経路 3 8の圧力値を力ソード圧力計測器 2 3によって計測し、その停止時力ソード圧力値を記憶部 1 1 0に記憶させる。また、力ソード圧力測定モジュール 1 0 6は、燃料電池スタック 2 2の運転を停止した後に、再び燃料電池スタック 2 2を起動する際にも酸化ガス経路 3 8の圧力値を力ソード圧力計測器 2 3によって計測し、その起動時力ソード圧力値を記憶部 1 1 0に記憶させる。

経時判定モジュール 1 0 8は、経時計測装置 1 4 0によって計測された時間が後述する判定禁止時間内（例えば、燃料電池スタック 2 2の運転を停止してから 2 0分経過するまでの時間）にあるかを判断する機能を有する。

作動不良判定モジュール 1 0 9は、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャット弁 3 4の作動不良を判定する機能を有する。具体的には、作動不良判定モジュール 1 0 9は、燃料電池スタック 2 2の運転停止時の停止時力ソード圧力値と、燃料電池スタック 2 2の再起動時の起動時力ソード圧力値とについて、 2つの力ソード圧力値を記憶部 1 1 0から取り出し、それらの 2つの力ソード圧力値を比較することで酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4の作動不良を判定し、報知装置 1 3 0を介してユーザ等に通知する。

図 2は、縦軸に力ソード圧力値、横軸に時間をとり、燃料電池スタック 2 2の運転の停止後の力ソード圧力値の時間変化を示す図である。図 2には、力ソード圧力値の正常変化を示す力ソード圧力特性曲線 1 2と、力ソード圧力値の異常変化を示す力ソード圧力特性曲線 1 4が示されている。ここで、燃料電池システム 1 0を停止する場合において、燃料電池スタック 2 2の運転が停止される際に、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4が閉じられる。この状態においては、燃料電池スタック 2 2への酸化ガスの供給を停止することができるが、燃料電池スタック 2 2には、まだ酸化ガス（酸素および窒素）が残存している。したがって、燃料電池スタック 2 2の運転停止の直後は、力ソード圧力値が、図 2に示されるような初期値となる。

一方の力ソード圧力特性曲線 1 2は、酸化ガス供給シャツ卜弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4に作動不良の一態様である開故障が存在せず、力ソード圧力値が正常に時間変化している様子を示す曲線である。力ソード圧力特性曲線 1 2 における力ソード圧力値の時間変化は a期間、 b期間、 c期間に分けて説明することができる。次に a期間、 b期間、 c期間のそれぞれについて詳細に説明する。ここで、開故障とは、流路に設けられた弁が閉じている必要がある場合に、開いたままの状態にあることをいう。なお、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 3 6 が開故障した場合にも、燃料電池スタック 2 2の力ソード圧力値の時間変化が後述する力ソード圧力特性曲線 1 4とほとんど同様の時間変化となるが、ここでは、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 3 6に開故障がないものとする。また、以下では、特に断りのない限り作動不良は開故障として説明を行う。

a期間は、燃料電池スタック 2 2のアノード側に残存している水素がアノード側から力ソード側に向けて透過し、その水素と燃料電池スタック 2 2の力ソード側に残存している酸素が反応して、燃料電池スタック 2 2の力ソード側における酸素が減少するためカソード圧力値が下がる。 b期間は、燃料電池スタック 2 2の力ソード側に残存している酸素がほとんど全て消費された後は、さらに燃料電池スタック 2 2のアノード側から力ソード側に向けて透過してきた水素と反応することができる酸素がほとんど存在しないため、反応できない水素が存在することによって力ソード圧力が一時的に上昇する。

c期間は、燃料電池スタック 2 2の力ソード側に残存する窒素は、水素に比べて透過速度が小さいため、ゆっくりと力ソード側からアノード側に向けて透過していく。したがって、燃料電池スタック 2 2の力ソード側の圧力は、窒素が減少したことによって圧力が下がる。

ここで、図 2に示されるように a期間と b期間においては、力ソード圧力が一旦下がった後に一時的に上昇している。したがって、この期間内に燃料電池ス夕ック 2 2の再起動を行って力ソード圧力値を測定し、停止時力ソード圧力値と起動時力ソード圧力値の差を比較してしまうと酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4の作動不良についての誤判定を行う可能性がある。このような a期間と b期間については、判定禁止時間（例えば、燃料電池スタック 2 2の運転の停止後から 2 0分以内の時間）と呼び、この判定禁止時間内に燃料電池スタック 2 2の起動があった場合には、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャット弁 3 4の判定を行わないとすることもできる。なお、 c期間に入つた後であれば 2つのカソード圧力値差が十分に確保できているため、酸化ガス供給シャツ卜弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4の作動不良判定について、誤判定を抑制することができる。また、好ましくは、誤判定をより少なくするための十分な時間として、例えば、燃料電池スタック 2 2の運転を停止した後から 2 時間以上経過した後以降（図 2における d期間）に、燃料電池スタック 2 2の起動があった場合に判定を行うことが好ましい。

もう一方の力ソード圧力特性曲線 1 4は、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4の少なくともいずれか 1つに作動不良が存在しており、力ソード圧力値が正常に時間変化していない様子を示す曲線である。力ソード圧力特性曲線 1 4は、燃料電池スタック 2 2のアノード側に残存している水素が、アノード側から力ソード側に向けて透過し、その水素と燃料電池スタック 2 2の力ソード側に残存している酸素が反応して、燃料電池スタック 2 2の力ソード側における酸素が減少する。しかし、作動不良となっている酸化ガス供給シャット弁 32と酸化ガス排出シャツト弁 34の少なくともいずれか 1つから新たに酸化ガスが供給されるため力ソード圧力値がほとんど変化しなレ ^状態が継続していくこととなる。

上記構成の作用について図面を用いて説明する。図 3は、燃料電池システム 1 0において流路に設けられた酸化ガス供給シャツト弁 32と酸化ガス排出シャツ卜弁 34の作動不良の判定を行う各手順を示すフローチャートである。各手順は、シャット弁作動不良判定プログラムの各処理の手順に対応する。なお、図 1、図 2の符号を用いて説明を行う。

シャット弁作動不良判定プログラムを起動すると、まず、制御指令取得部 15 0によって取得された指令が燃料電池スタック 22の運転を停止する指令であるか否かを判断する（S 10) 。燃料電池スタック 22の運転停止指令でないと判断すれば、予め定められた時間を経過させた後に再び S 10に戻る。この機能は、 C PU 100の FCシステム制御指令取得モジュール 101の機能によって実行される。

燃料電池スタック 22の運転停止指令であると判断すれば、酸化ガス供給シャット弁 32と酸化ガス排出シャット弁 34を閉じる制御が行われる（S 12) 。この機能は、 C PU 100の F Cシステム停止モジュール 104の機能によって実行される。そして、 S 12から S 14へ進む。

次に、燃料電池スタック 22の停止時において、燃料電池スタック 22内の酸化ガス経路 38の圧力値を力ソード圧力計測器 23によって計測し、その停止時力ソード圧力値を記憶部 1 10に記憶する（S 1.4) 。この機能は、 CPU10 0の力ソード圧力測定モジュール 106の機能によって実行される。そして、 S 14から S 16へ進む。

制御指令取得部 150によって取得された指令が燃料電池スタック 22を起動する指令であるか否かを判断する（S 16) 。燃料電池スタック 22の起動指令でないと判断すれば、予め定められた時間を経過させた後に再び S 16に戻る。この機能は、 CPU100の FCシステム制御指令取得モジュール 101の機能によって実行される。燃料電池スタック 22の起動指令であると判断すれば、経時計測装置 140によって計測された時間が判定禁止時間を超えているか否かを判断する（S 18)。判定禁止時間を超えていないと判断する場合には、プログラムの終了処理となる END処理へと進む。判定禁止時間を超えていると判断する場合には、次に S 2 0へ進む。この機能は、 C PU 100の経時判定モジュール 108の機能によつて実行される。

燃料電池スタック 22の起動時において、燃料電池スタック 22内の酸化ガス経路 38の圧力値を力ソード圧力計測器 23によって計測し、その起動時カソード圧力値を記憶部 1 10に記憶する（S 20) 。この機能は、 CPU100の力ソード圧力測定モジュール 106の機能によって実行される。そして、 S 20から S 22へと進む。

燃料電池スタック 22の運転停止時の停止時力ソード圧力値から燃料電池ス夕ック 22の再起動時の起動時力ソード圧力値を引いた値が 10 kP a以下であるか否かを判定する（S 22) 。 2つの力ソード圧力値の差が 10 k P a以下である場合には、酸化ガス供給シャツト弁 32と酸化ガス排出シャツト弁 34において、酸化ガス供給シャット弁 32、酸化ガス排出シャット弁 34のうち少なくともいずれか 1つが作動不良であると判断し、報知装置 130を介して、酸化ガス供給シャツト弁 32または酸化ガス排出シャツト弁 34のうち少なくともいずれか 1つが作動不良である旨の通知をユーザに対して行う（S 24) 。 2つのカソ —ド圧力値の差が 10 k P a以上である場合には、プログラムの終了処理である END処理へと進む。この機能は、 CPU 100の作動不良判定モジュール 10 9によって実行される。

したがって、上記のように、燃料電池スタック 22の運転の停止時の停止時力ソード圧力値から燃料電池スタック 22の再起動時の起動時力ソード圧力値を引いた値が予め定められた閾値（ここでは 10 kP a) 以下となるか否かを判断することによって、酸化ガス供給シャツト弁 32と酸化ガス排出シャツ卜弁 34の作動不良を検出し、その結果をユーザに通知することができる。また、上記の説明においては、酸化ガス加湿器バイパスシャツト弁 36に作動不良がないものとして説明した。しかし、酸化ガス加湿器バイパスシャット弁 36が作動不良となつた場合にも上記で説明したように、カソード圧力値は力ソ一ド圧力特性曲線 1 4のような時間変化を示すことから、燃料電池スタック 2 2の運転停止時の停止時力ソード圧力値から燃料電池スタック 2 2の再起動時の起動時力ソード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下となる。したがって、酸化ガス加湿器バイパスシャツト弁 3 6の作動不良を検出することも可能である。

また、上記のように、 2つの力ソード圧力値の差が閾値以下であると一度判定された場合にすぐに作動不良と判定するのではなく、燃料電池スタック 2 2の運転停止と起動を繰り返し、数回の作動不良判定が行われる中で作動不良であると判定されるごとに図示されないカウン夕回路をィンクリメントしていくこともできる。そして、そのカウンタ回路の値が予め設定された値（例えば 1 0回）に到達した場合に本来の作動不良と判定して、報知装置 1 3 0を介して、ユーザに酸化ガス供給シャツト弁 3 2または酸化ガス排出シャツト弁 3 4の少なくともいずれか 1つの作動不良を通知することもできる。また、カウン夕回路がインクリメントされていく過程において、圧力値の差が閾値以上となる、つまり作動不良でない判定が数回続いた場合に、酸化ガス供給シャツト弁 3 2と酸化ガス排出シャット弁 3 4の作動不良はなかったものとしてカウン夕回路のカウント値をクリアすることもできる。このような構成を用いることで、より正確に酸化ガス供給シャット弁 3 2と酸化ガス排出シャツト弁 3 4の作動不良を検出し、その結果をュ —ザに通知することができる。

Claims

請求の範囲

1 .燃料電池スタックに酸化ガスを供給する流路に設けられる酸化ガス供給弁と、燃料電池スタックから酸化ガスを排出する流路に設けられる酸化ガス排出弁と、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁との間の流路であって、燃料電池スタック内の酸化ガス流路を含む流路の圧力である力ソード圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、

燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時力ソード圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時力ソード圧力値に基づいて、酸化ガス供給弁と酸化ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部と、

を備える燃料電池システム。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の燃料電池システムにおいて、

判定部は、停止時力ソード圧力値から起動時力ソード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに酸化ガス供給弁または酸化ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定する燃料電池システム。

3 .燃料電池スタツクに燃料ガスを供給する流路に設けられる燃料ガス供給弁と、燃料電池スタックから燃料ガスを排出する流路に設けられる燃料ガス排出弁と、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁との間の流路であって、燃料電池スタック内の燃料ガス流路を含む流路の圧力であるアノード圧力値を検知する圧力検知部と、燃料電池スタックの運転を停止したときに燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁とを閉じる停止処理部と、

燃料電池スタックの運転を停止したときの停止時アノード圧力値と、その後に燃料電池スタックを起動したときの起動時アノード圧力値に基づいて、燃料ガス供給弁と燃料ガス排出弁の作動不良判定を行う判定部と、

を備える燃料電池システム。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の燃料電池システムにおいて、

判定部は、停止時アノード圧力値から起動時アノード圧力値を引いた値が予め定められた閾値以下のときに燃料ガス供給弁または燃料ガス排出弁の少なくともいずれか 1つが作動不良であると判定する燃料電池システム。

5 . 請求の範囲第 1項から請求の範囲第 4項のいずれか 1に記載の燃料電池システムにおいて、

判定部は、燃料電池スタックの運転を停止したときから、その後に燃料電池スタックを起動したときまでの時間が予め定められた所定時間以上である場合に作動不良判定を行う燃料電池システム。