(57)【要約】【課題】圧力検出手段の凍結による異常を適切に判定する。【解決手段】制御部３０は、圧力変動動作に対応して圧力センサによって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する。そして、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出手段の診断システムにおいて、
前記圧力検出手段が検出する検出対象の圧力状態を調整する圧力調整手段と、
規定の制御パターンにしたがって前記圧力調整手段を制御することにより、前記検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う制御手段と、
前記圧力変動動作に対応して前記圧力検出手段によって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、当該圧力変動パターンの基準値を示す基準圧力変動パターンとを比較することにより、前記圧力検出手段の凍結による異常を判定する判定手段と
を有することを特徴とする診断システム。
【請求項２】
前記基準圧力変動パターンは、前記圧力変動動作に対応して、非凍結状態の圧力検出手段によって検出される圧力の推移を示すことを特徴とする請求項１に記載された診断システム。
【請求項３】
前記基準圧力変動パターンは、温度環境に基づいて前記圧力検出手段が非凍結状態であることを条件に、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンによって更新されることを特徴とする請求項２に記載された診断システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間を比較することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された診断システム。
【請求項５】
前記判定手段は、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、減圧時の減圧速度を比較することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された診断システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記圧力変動動作として、前記検出対象の圧力状態を増圧させた後に減圧させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された診断システム。
【請求項７】
前記判定手段は、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、圧力増加時の増加幅を比較することを特徴とする請求項６に記載された診断システム。
【請求項８】
前記判定手段は、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、増圧時の圧力の増加幅に対する減圧時の圧力の減圧幅を比較することを特徴とする請求項６に記載された診断システム。
【請求項９】
前記判定手段は、前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、前記圧力調整手段の動作点に対応する領域を外した有効領域を対象として比較を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された診断システム。
【請求項１０】
前記判定手段は、前記圧力検出手段の凍結による異常を複数のレベルで判定することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載された診断システム。
【請求項１１】
燃料電池システムにおいて、
反応極に供給される反応ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の反応極に反応ガスを供給するとともに、前記反応極における反応ガスの圧力状態を調整する圧力調整手段と、
前記反応極における反応ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
規定の制御パターンにしたがって前記圧力調整手段を制御することにより、前記反応極における反応ガスの圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う制御手段と、
前記圧力変動動作に対応して前記圧力検出手段によって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された圧力変動パターンと、当該圧力変動パターンの基準値を示す基準圧力変動パターンとを比較することにより、前記圧力検出手段の凍結による異常を判定する判定手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
前記判定手段は、前記圧力センサの凍結による異常を複数のレベルで判定するとともに、当該判定されたレベルに応じて、システムの運転状況に制限を設定することを特徴とする請求項１１に記載された燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断システムおよびこの診断システムが適用された燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）が開示されている。この圧力センサにおいて、圧力検出室の開口部は、検出部側に対して圧力検出室取り込み口側が大きく設定され、更に圧力検出室側壁が段差の無いテーパーまたは曲線形状に設定されている。これにより、排水性が高まり、圧力検出室内部の水が排出され、氷点下になった場合でも凍結によって圧力導入通路を塞ぎ、再起動時に圧力が検出不能となることや、検出部の破損を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００５−３０８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された手法によれば、圧力検出手段の凍結抑制には効果があるものの、凍結が生じた場合には、これを異常として検知することができない。凍結による異常状態で圧力の検出を行った場合には、検出値に誤差が含まれるため、検出精度の低下をさせるという不都合がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力検出手段の凍結による異常を適切に判定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するために、本発明は診断システムを提供する。ここで、制御手段は、規定の制御パターンにしたがって圧力調整手段を制御することにより、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う。これにより、計測手段が、圧力変動動作に対応して圧力検出手段によって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する。そして、判定手段は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力検出手段の凍結による異常を判定する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧力検出手段が凍結している場合には、応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。これにより、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力検出手段の凍結による異常を適切に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムを概略的に示す構成図である。燃料電池システムは、例えば、車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【０００８】
燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を介して燃料極２と酸化剤極３とが対設された燃料電池構造体を、セパレータを介して複数積層することにより構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極（反応極）２に燃料ガス（反応ガス）が供給されるとともに酸化剤極（反応極）３に酸化剤ガス（反応ガス）が供給されることにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。
【０００９】
燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系とが備えられている。
【００１０】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料ガス供給手段から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、水素は、例えば、高圧水素ボンベといった燃料タンク１０に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。
【００１１】
水素供給流路Ｌ１には、燃料タンク１０の下流にタンク元バルブ（図示せず）が設けられているとともに、タンク元バルブの下流に減圧バルブ（図示せず）が設けられている。燃料タンク１０内の水素は、タンク元バルブが開状態とされることにより、水素供給流路Ｌ１へと供給され、減圧バルブによって所定の圧力まで機械的に減圧される。また、水素供給流路Ｌ１には、減圧バルブの下流側に水素調圧バルブ１１が設けられている。この水素調圧バルブ１１の開度は、燃料電池スタック１の燃料極における水素圧力が所望の圧力となるように、後述する制御部３０によって制御される。
【００１２】
燃料電池スタック１における個々の燃料極からの排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、水素循環流路Ｌ２に排出される。水素循環流路Ｌ２の他方の端部は、水素供給流路Ｌ１における水素調圧バルブ１１よりも下流側に接続されている。この水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１２といった水素循環手段が設けられている。燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガスは、水素循環手段により、燃料電池スタック１の燃料極に循環させられる。
【００１３】
ところで、酸化剤ガスとして空気を用いるケースでは、酸化剤極３に供給された空気に含まれる不純物（例えば、窒素）が燃料極２側に透過することがある。そのため、燃料極２および水素循環流路Ｌ２を含む循環系内の不純物濃度が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。不純物濃度が高い場合、燃料電池スタック１の出力が低下する等の不都合が生じるため、循環系内の不純物濃度を管理する必要がある。
【００１４】
そこで、水素循環流路Ｌ２には、循環系内から不純物をパージするためのパージ流路Ｌ３が設けられている。パージ流路Ｌ３には、パージバルブ１３が設けられており、このパージバルブ１３の開度を調整することにより、水素循環流路Ｌ２を流れる循環ガスを外部に排出することができる。これにより、不純物のパージを行うことができ、循環系内における不純物濃度を調整することができる。
【００１５】
空気系は、酸化剤ガスである空気を燃料電池スタック１へ供給する酸化剤ガス供給手段を有する。具体的には、空気は、空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。この空気供給流路Ｌ４には、コンプレッサ２０が設けられている。コンプレッサ２０は、大気（空気）を取り込むと、空気を加圧して吐出する。また、空気供給流路Ｌ４には、アフタークーラ２１と、加湿装置２２とが設けられている。コンプレッサ２０から吐出された空気は、アフタークーラ２１によって冷却されるとともに加湿装置２２によって加湿された後に、燃料電池スタック１に供給される。
【００１６】
燃料電池スタック１における個々の酸化剤極３からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部（大気）に排出される。空気排出流路Ｌ５は、上述した加湿装置２２を経由して配置されており、加湿装置２２では、酸化剤極３側からの排出ガスと、コンプレッサ２０から供給される空気との間で水分交換を行うことにより、供給空気への加湿が行われる。また、空気排出流路Ｌ５には、空気調圧バルブ２３が設けられている。この空気調圧バルブ２３は、燃料電池スタック１の酸化剤極３における圧力が所望の圧力となるように、空気の圧力を調整する。また、空気排出流路Ｌ５には、パージ流路Ｌ３の端部が接続されている。
【００１７】
制御部３０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部３０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力する。これにより、各種のバルブの状態、コンプレッサ２０の回転数などが制御される。
【００１８】
制御部３０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。空気圧力センサ３１は、燃料電池スタック１の酸化剤極における空気の圧力を検出するセンサであり、空気温度センサ３２は、空気圧力センサ３１近傍の温度を検出するセンサである。水素圧力センサ３３は、燃料電池スタック１の燃料極における水素の圧力を検出するセンサであり、水素温度センサ３４は、水素圧力センサ３３近傍の温度を検出するセンサである。大気圧センサ３５は、大気圧を検出するセンサであり、外気温センサ３６は、外気の温度を検出するセンサである。
【００１９】
本実施形態との関係において、制御部３０は、燃料電池スタック１の発電制御を行うとともに、空気圧力センサ３１または水素圧力センサ３３といった圧力センサ（圧力検出手段）の凍結異常を診断する診断システムとしても機能する。具体的には、制御部３０は、規定の制御パターンにしたがって、圧力センサ（例えば、空気圧力センサ３１）が検出する検出対象（例えば、燃料電池スタック１の酸化剤極３における空気の圧力）の圧力状態を調整する圧力調整手段（例えば、コンプレッサ２０や空気調圧バルブ２３）を制御する。制御部３０は、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う（制御手段）。また、制御部３０は、圧力変動動作に対応して圧力センサによって検出される圧力の推移を計測する（計測手段）。そして、制御部３０は、計測された圧力変動パターン（以下「計測圧力変動パターン」という）と、この圧力変動パターンの基準値を示す基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を判定する（判定手段）。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、すなわち、圧力センサの診断方法の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、システムの起動時に呼び出され、制御部３０によって実行される。本実施形態では、空気系に設けられた空気圧力センサ３１を診断対象とする。
【００２１】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、制御部３０は、外気温センサ３６から外気温Ｔａを読み込むとともに、この外気温Ｔａが判定閾値Ｔａth以下であるか否かを判定する。この判定閾値Ｔａthは、空気圧力センサ３１に凍結が生じる可能性があるような低温環境であるか否かを判定するための閾値であり、予め実験やシミュレーションを通じて最適値が設定されている（例えば、０℃）。
【００２２】
このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、外気温Ｔａが判定閾値Ｔａth以下の場合には（Ｔａ≦Ｔａth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、外気温Ｔａが判定閾値Ｔａthよりも大きい場合には（Ｔａ＞Ｔａth）、本処理を終了する。
【００２３】
ステップ１１（Ｓ１１）において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が検出する検出対象の圧力状態を変動させる圧力変動運転を開始する。具体的には、制御部３０は、予め定められた規定の制御パターンにしたがってコンプレッサ２０の回転数または空気調圧バルブ２３の開度を制御する。これにより、空気圧力センサ３１の検出対象の圧力状態を変動させる。本実施形態において、制御部３０は、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を増圧させた後に減圧させる。
【００２４】
図３は、圧力変動運転に対応する圧力変動パターンを示す説明図である。圧力センサが圧力を正常に検出する場合、制御部３０が圧力変動運転を実行することにより、圧力（センサ値）は以下の通りに推移する。まず、制御の開始タイミングＴ０からタイミングＴ１までは、圧力は基準初期値Ｐ０のまま一定値で推移する。タイミングＴ１に到達すると、それ以降は、圧力は増加する。増加した圧力は、タイミングＴ２においてピークを迎え（基準ピーク値Ｐ１）、その後、減少する。減少した圧力は、タイミングＴ３において、基準中間値Ｐ２となり、その後は、基準中間値Ｐ２のままに一定値で推移する。ここで、基準ピーク値Ｐ１と基準初期値Ｐ０との圧力差を、基準増圧差ΔＰ１と定義し、基準ピーク値Ｐ１と基準中間値Ｐ２との圧力差を、基準減圧差ΔＰ２と定義する。また、タイミングＴ２からタイミングＴ３までの期間を、基準減圧期間ΔＴと定義する。
【００２５】
ステップ１２（Ｓ１２）において、制御部３０は、圧力変動動作に対応して空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を計測する。これにより、計測圧力変動パターンが得られる。
【００２６】
ステップ１３（Ｓ１３）において、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、空気圧力センサ３１に凍結による異常が生じているか否かを判定する。ここで、基準圧力変動パターンは、計測された圧力変動パターンと比較することにより、空気圧力センサ３１に異常が生じているか否かを判定するための基準を示すものである。この基準圧力変動パターンは、基本的に、圧力変動運転に対応して、正常時（非凍結状態）の空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を示している（例えば、図３）。この基準圧力変動パターンは、実験やシミュレーションを通じて予め設定することができるが、本実施形態では、経年劣化等を考慮して、後述する手法によって最適化されている。
【００２７】
図４は、圧力変動のパターンを示す説明図である。同図において、破線は、基準圧力変動パターン、すなわち、圧力センサの正常時での圧力変動パターンを示しており、実線は、圧力センサに凍結が生じているケースでの圧力変動パターンを示している。同図（ａ）に示すように、同一の制御パターンにしたがって圧力変動運転を行った場合でも、圧力センサの正常時と凍結時とでは、圧力変動パターンに差が生じる。この傾向は、圧力変動運転における増圧時よりも、減圧時の方が顕著となる。増圧時は、外部からのエネルギーで圧力センサの受圧面が押されることにより変位するものの、外部から押されるエネルギーが無くなると、変位は止まる。この現象は、正常時であっても凍結時であってもタイミング的に対応する。一方、その後の減圧に伴う受圧面の変位速度は、正常時であれば、減圧速度に追従するが、圧力センサの受圧面に氷の膜が形成されている場合には、受圧面の応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。
【００２８】
圧力センサの正常時、圧力は、タイミングＴ２において基準ピーク値Ｐ１から下がり始め、タイミングＴ３において基準中間値Ｐ２に到達し、その後安定する。しかしながら、圧力センサの異常時、圧力は、タイミングＴ２において第１のピーク値Ｐａ１から下がり始める。しかしながら、圧力は、タイミングＴ３においても下降しつづけ（その値Ｐａ２）、タイミングＴ４において第１の中間値Ｐａ２に到達し、その後安定する。そのため、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間、すなわち、基準減圧期間ΔＴと、第１の減圧期間ΔＴａとの間に差が生じることとなる。ここで、第１の減圧期間ΔＴａは、タイミングＴ２からタイミングＴ４までの経過時間、すなわち、第１のピーク値Ｐａ１から第１の中間値Ｐａ２に到達するまでの期間である。
【００２９】
同図（ａ）では、圧力センサの凍結異常により、圧力値が正常時よりもマイナス側にオフセットしているケースを示しているが、同図（ｂ）に示すように、圧力値が正常時よりもプラス側にオフセットしているケースでも同様である。
【００３０】
再び図２を参照するに、制御部３０は、基準圧力変動パターンと、計測圧力変動パターンとを比較し、基準減圧期間ΔＴと、第１の減圧期間ΔＴａとの間に差が生じている場合には、空気圧力センサ３１に凍結が生じていると判定する。例えば、制御部３０は、基準減圧期間ΔＴから、第１の減圧期間ΔＴａを減算した減算値が、予め設定されている判定値以上となる場合には、両者の値の間に差が生じていると判定するといった如くである。ステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１に凍結が生じている場合には、ステップ１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１に異常が生じていない場合には、本処理を終了する。
【００３１】
ステップ１４において、制御部３０は、図示しない表示装置やパイロットランプ、スピーカなどを通じて、空気圧力センサ３１の異常を報知する。
【００３２】
図５は、基準圧力変動パターンの最適化処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、システムの停止時に呼び出され、制御部３０によって実行される。本実施形態では、空気系に設けられた空気圧力センサ３１を処理対象とする。
【００３３】
まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が凍結しているか否かを判定する。空気圧力センサ３１の凍結判定は、このセンサ３１の近傍に設けられた空気温度センサ３２の検出値に基づいて行う。具体的には、制御部３０は、空気温度センサ３２から空気温度を読み込むとともに、この空気温度が判定閾値以下であるか否かを判定する。この判定閾値は、空気圧力センサ３１が凍結環境下にあるか否かを判定するための閾値であり、予め実験やシミュレーションを通じて最適値が設定されている。
【００３４】
このステップ２０において肯定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１が凍結している場合には、後述するステップ２９（Ｓ２９）の処理に進む。一方、ステップ２０において否定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１が凍結していない場合、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。
【００３５】
ステップ２１において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が検出する検出対象の圧力状態を変動させる圧力変動運転を開始する。具体的には、制御部３０は、予め定められた規定の制御パターンにしたがってコンプレッサ２０の回転数または空気調圧バルブ２３の開度を制御することにより、酸化剤極の圧力を増圧させた後に減圧させる。
【００３６】
ステップ２２（Ｓ２２）において、制御部３０は、圧力変動動作に対応して空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を計測する。
【００３７】
ステップ２３（Ｓ２３）において、制御部３０は、ステップ２２において計測された圧力変動パターンに基づいて、診断処理において基準圧力変動パターンと実際の圧力変動パターンとを比較するための基準値（本実施形態では、基準減圧期間ΔＴ）を演算する。
【００３８】
ステップ２４（Ｓ２４）において、制御部３０は、演算された基準値が、正常範囲内であるか否かを判定する。基準値に関する正常範囲は、実験やシミュレーションと通じて、その最適範囲が予め設定されている。このステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、基準値が正常範囲内である場合には、ステップ２８（Ｓ２８）に進む。一方、ステップ２４において否定判定された場合、すなわち、基準値が正常範囲から外れている場合には、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。
【００３９】
ステップ２５において、制御部３０は、異常フラグＦdiagが「１」にセットされているか否かを判定する。この異常フラグＦdiagは、通常は「０」にセットされており、基準値が正常範囲から外れたケース、すなわち、圧力変動運転を実行する側に異常が生じている可能性がある場合に「１」にセットされる。このステップ２５において否定判定された場合には、ステップ２６（Ｓ２６）に進み、異常フラグＦdiagを「１」にセットした上で、再度ステップ２１以降の処理を行う。一方、ステップ２５において肯定判定された場合には、ステップ２７（Ｓ２７）に進み。
【００４０】
ステップ２７において、制御部３０は、図示しない表示装置やパイロットランプ、スピーカなどを通じて、圧力変動運転を実行する側に異常が生じていることを報知する。
【００４１】
ステップ２８（Ｓ２８）において、制御部３０は、ステップ２２において計測された圧力変動パターンによって基準圧力変動パターンを更新するとともに、ステップ２３において算出された基準値により、従前までの基準値を更新する。
【００４２】
ステップ２９（Ｓ２９）において、制御部３０は、異常フラグＦdiagを「０」にセットして本ルーチンを抜ける。
【００４３】
このように本実施形態によれば、制御部３０は、規定の制御パターンにしたがって圧力調整手段を制御することにより、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う。また、制御部３０は、圧力変動動作に対応して圧力センサによって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する。そして、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を判定する。
【００４４】
圧力センサの凍結時には、圧力センサの受圧面の応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。これにより、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を適切に判定することができる。
【００４５】
また、本実施形態において、基準圧力変動パターンは、圧力変動動作に対応して、非凍結状態の圧力センサによって検出される圧力の推移を示す。また、この基準圧力変動パターンは、温度環境に基づいて圧力センサが非凍結状態であることを条件に、計測圧力変動パターンによって更新される。
【００４６】
かかる構成によれば、正常時の圧力変動パターンである基準圧力変動パターンと比較されるので、圧力センサの凍結による異常を有効に判定することができる。また、基準圧力変動パターンが更新されることにより、システムの経年劣化や温度環境による誤差等を補正することができる。これにより、判定精度の向上を図ることできる。
【００４７】
また、本実施形態において、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間を比較する。かかる構成によれば、凍結の影響が顕著に現れる減圧時の圧力変動パターンを用いて診断を行うため、判定精度の向上を図ることができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、制御部３０は、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を増圧させた後に減圧させている。かかる構成によれば、一旦増圧させることにより、減圧させるための環境を作ることができる。これにより、診断を有効に行うことができる。  なお、本実施形態では、圧力変動動作として、検出対象を減圧させる前提として、増圧を行っている。しかしながら、上述したように、圧力センサの凍結による影響は減圧時に顕著に現れるため、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を減圧させるのみであってもよい。この場合には、減圧ポンプなどを用いるなどの手法により、圧力センサ３１，３３よりも下流側を減圧（負圧）することでもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、制御部３０は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとの比較において、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間（基準減圧期間ΔＴ，第１の減圧期間ΔＴａ）を基準値として、相互の比較を行っている。しかしながら、本発明は、制御部３０は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとの比較において、用いることができる基準値はこれに限定されない。例えば、基準値としては、減圧時の減圧速度（ΔＰ２／（Ｔ３−Ｔ２），ΔＰａ２／（Ｔ４−Ｔ２））や、圧力増加時の増加幅（ΔＰ１，ΔＰａ１）、圧力増加時の増加幅に対する圧力減圧時の減圧幅（ΔＰ２／ΔＰ１，ΔＰａ２／ΔＰａ１）を用いることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、空気圧力センサ３１を診断対象としているが、本発明はこれに限定されない。燃料電池スタック１の燃料極の圧力を変動可能であるため、水素圧力センサ３３を診断対象とすることも可能であり、また、両方のセンサ３１，３３をそれぞれ診断対象とすることも可能である。
【００５１】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図である。第２の実施形態の診断方法が、第１の実施形態のそれと相違する点は、基準圧力変動パターンと、計測された圧力変動パターンとの比較方法である。なお、燃料電池システムおよび診断システムである制御部３０のシステム構成については、第１の実施形態と同様であり、以下相違点を中心に説明を行う。
【００５２】
図６において、実線は、タイミングＴ２以降における計測圧力変動パターンを示し、破線は、タイミングＴ２以降における基準圧力変動パターンを示す。減圧の開始タイミングＴ２から圧力が一定値に安定するタイミングＴ５までにおいて、圧力調整手段（例えば、コンプレッサ２０や空気調圧バルブ２３）の動作点、例えば、動作開始時と、動作終了時は、動作バラツキ要素が大きく、圧力変動に誤差が含まれる可能性がある。そこで、圧力調整手段による動作バラツキの影響を抑制するために、基準圧力変動パターンと圧力変動パターンとの比較において、タイミングＴ２からタイミングＴ５までのうち、両端側を除いたタイミングＴ３からタイミングＴ４までのパターンを有効領域として使用することとする。例えば、破線で示す基準圧力変動パターンの有効領域は、基準ピーク値Ｐ１から基準減圧差ΔＰ２の１０％（ＳＨ線）だけ減圧したタイミングＴ３から、基準ピーク値Ｐ１から基準減圧差ΔＰ２の９０％（ＳＬ線）だけ減圧したタイミングＴ４までの領域とするといった如くである。同様に、実線で示す圧力変動パターンの有効領域は、第１のピーク値Ｐａ１から第１の減圧差ΔＰａ２の１０％（ＳａＨ線）だけ減圧したタイミングＴａ３から、第１のピーク値Ｐａ１から基準減圧差ΔＰａ２の９０％（ＳａＬ線）だけ減圧したタイミングＴａ４までの領域とするといった如くである。そのため、基準圧力変動パターンと、測定圧力変動パターンとの比較では、当該有効領域における、タイミングＴ３〜Ｔ４までの基準減圧期間ΔＴ１と、タイミングＴａ３〜Ｔａ４までの測定減圧期間ΔＴａ１とが比較される。
【００５３】
このように本実施形態によれば、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、圧力調整手段の動作点に対応する領域を外した有効領域を対象として比較を行う。かかる構成によれば、不安定な領域を排除し、安定した有効領域において比較が行われるので、判定精度の向上を図ることができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図である。第３の実施形態の診断方法が、第２の実施形態のそれと相違する点は、基準圧力変動パターンと、計測された圧力変動パターンとの比較方法である。なお、燃料電池システムおよび診断システムである制御部３０のシステム構成については、第２の実施形態と同様であり、以下相違点を中心に説明を行う。
【００５５】
図７は、予め設定した第１の判定レベルＴha１と、第２の判定レベルＴha２とが設定されており、計測減圧期間ΔＴａ１は、これらの判定レベルＴha１，Ｔha２と比較される。ここで、第１の判定レベルＴha１は、凍結の程度が低く、システムに与える影響が小さいことを判定するための値である。計測減圧期間ΔＴａ１が、第１の判定レベルＴha１の場合には、圧力センサは正常であると判定して、システムの運転に使用する。一方、第２の判定レベルＴha２は、システムに少なからず影響を及ぼす可能性があるが、運転に制限をかければ、燃料電池システムを起動することが可能であることを判定するための値である。また、第１の判定レベルまたは第２の判定レベルＴha２以外の場合は、燃料電池システムに大きな影響を及ぼす可能性があるため、システムの運転を禁止とする。第１の判定レベルＴha１および第２の判定レベルＴha２は、実験やシミュレーションを通じて、その最適値が予め設定されている。
【００５６】
このように本実施形態によれば、圧力センサの凍結による異常を複数のレベルで判定する。かかる構成によれば、細かいレベルで診断を行うことができるので、診断結果の利便性の向上につながる。
【００５７】
また、制御部３０は、圧力センサの凍結による異常を複数のレベルで判定する場合、この判定されたレベルに応じて、システムの運転状況に制限を設定することが好ましい。これにより、システムの効率的な運転を行うことができる。
【００５８】
なお、上述した実施形態では、判定レベルの２段階で設定しているが、さらに細分化して設定してもよい。また、上述した形態では、減圧期間をベースに判定を行っているが、第１の実施形態で記載したように、種々の基準値をベースに、複数のレベルで判定してもよい。例えば、図８に示す例では、基準値として減圧時の減圧速度を複数のレベルで判定している。かかる構成であっても、同様の作用および効果を奏することができる。
【００５９】
また、上述した各実施形態では、燃料電池システムに搭載された圧力センサの診断システムにおいて説明したが、本発明はこれに限定されない。圧力検出手段が検出する検出対象の圧力状態を調整する圧力調整手段を有するシステムであれば、本発明の診断を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１の実施形態にかかる燃料電池システムを概略的に示す構成図
【図２】第１の実施形態にかかる圧力センサの診断方法の処理手順を示すフローチャート
【図３】圧力変動運転に対応する圧力変動パターンを示す説明図
【図４】圧力変動のパターンを示す説明図
【図５】基準圧力変動パターンの最適化処理の手順を示すフローチャート
【図６】第２の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図
【図７】第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図
【図８】第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図
【符号の説明】
【００６１】
１    燃料電池スタック
２    燃料極
３    酸化剤極
１０    燃料タンク
１１    水素調圧バルブ
１２    水素循環ポンプ
１３    パージバルブ
２０    コンプレッサ
２１    アフタークーラ
２２    加湿装置
２３    空気調圧バルブ
３０    制御部
３１    空気圧力センサ
３２    空気温度センサ
３３    水素圧力センサ
３４    水素温度センサ
３５    大気圧センサ
３６    外気温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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