(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出する検出部と、
前記燃料ガスの供給状態が、次の条件１）〜２）のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限する制御部と、を備える、
燃料電池システム。
条件１）前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること；および
条件２）前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
【請求項２】
前記燃料電池へ供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、前記圧力検出部により検出された前記燃料ガスの圧力に基づき前記条件１）を判定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記駆動部の駆動量を検出する駆動量検出部を備え、
前記制御部は、前記駆動量検出部が検出した駆動量に基づき前記条件２）を判定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出するステップと、
前記燃料ガスの供給状態が、次の条件１）〜２）のいずれかに合致するかを判定するステップと、
前記条件１）〜２）のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限するステップと、
を備える、燃料電池システムの制御方法。
条件１）前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること；および
条件２）前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷点下始動時に、燃料電池に対する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池としては、例えば、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層して構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォンサン基を有する固体高分子電解質膜が介在している。
【０００３】
アノードには燃料ガス（水素ガスまたは炭化水素を改質して水素リッチにした改質水素）を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス（酸化剤ガス）、一例として、空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気反応を起こす。この電気化学反応によって発電が行われる構成となっている。
【０００４】
ところで、固体高分子型燃料電池を動力源とする燃料電池システムにおいて、システムの運転を停止すると、燃料電池の温度が下がり、高温多湿の状態にあった燃料電池内部の水分が凝結して結露したり、凍結したりすることがある。
【０００５】
特に、燃料電池の温度が氷点下である場合には、発電反応によって生じた生成水が電極表面で凍結し、酸素の供給が妨げられ、発電反応が抑制されることがある。
【０００６】
そこで、氷点下始動時には燃料電池への酸化剤ガスの供給量を少なくして発熱量を増加させる暖機運転が実施されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３０９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、暖機運転時に水素ガスが不足すると、カーボンが酸化され、触媒が喪失したり、発熱で膜が破損したりすることがある。この反応が発生したときにはセルの電圧が負電圧となる。ここで「負電圧」は各セルが通常状態で約１Ｖの起電力であるところ、移動抵抗が高くなる等の事情でセルの電圧がマイナスになることをいう。なお、通常運転では、セル電圧が負電圧となった場合には、燃料電池保護のために出力を制限する出力制限運転またはシステム停止をさせている。
また、暖機運転に伴って燃料電池内の酸素が不足すると、プロトン（Ｈ+）がアノードからカソードにかけて電解質膜内を流れ、カソード側で再び水素ガスが生成される反応が生じる。このとき燃料電池内の温度が０℃以下であると、移動抵抗が高くなり、電圧降下が大きくなってセルの電圧が負電圧になる。この反応は燃料電池こそ破壊しないものの、出力制限運転となるため始動時の応答性、すなわち始動性を悪化させることになる。そのため暖機運転中は、ある程度の負電圧を許容せざるを得ないものの、負電圧が生じている期間中に水素ガスが欠乏した状態が発生した場合には、上記したように燃料電池を破損させるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、暖機運転時に、水素ガスが欠乏状態で負電圧になったときの不都合を抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムにおいて、燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出する検出部と、燃料ガスの供給状態が、次の条件１）〜２）のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限する制御部と、を備える。
条件１）前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること；および
条件２）前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
また上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムの制御方法において、燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出するステップと、燃料ガスの供給状態が、次の条件１）〜２）のいずれかに合致するかを判定するステップと、前記条件１）〜２）のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限するステップと、を備える。
条件１）前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること；および
条件２）前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
【００１１】
係る構成によれば、電流電池の暖機運転を実施する際に、燃料ガスの供給状態を検出し、燃料ガスの供給状態が具体的な条件１）〜３）に満たないとき、すなわち、燃料ガスの供給状態が暖機運転を継続する条件を満たさず、水素ガスが欠乏状態で負電圧になったときには、暖機運転の状態を変更することで、氷点下始動時における暖機運転中に、水素ガスの欠乏に伴って負電圧が生じて、カーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができ、燃料電池の信頼性の向上に寄与することができる。ここで「暖機運転の状態」の変更は、暖機運転を禁止することや、燃料電池の出力を制限することを含む。
【００１２】
燃料電池システムを構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
好適には、燃料電池へ供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、制御部は、圧力検出部により検出された燃料ガスの圧力に基づき上記条件１）を判定する。
【００１３】
係る構成によれば、燃料電池の暖機運転時に、燃料電池へ供給される燃料ガスの圧力を検出し、この検出値が所定値以下であった場合には水素調圧値の異常として、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をすることで、氷点下始動時における暖機運転中に、カーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができる。
【００１４】
好適には、駆動部の駆動量を検出する駆動量検出部を備え、制御部は、駆動量検出部が検出した駆動量に基づき上記条件２）を判定する。
【００１５】
係る構成によれば、燃料電池の暖機運転時に、燃料ガスを供給する駆動部に対する駆動指令と駆動部の駆動量を検出する駆動量検出部の検出による実測駆動量との差が所定値以上であった場合には、駆動部の異常として暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をすることで、氷点下始動時における暖機運転中にカーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができる。
【００１７】
係る構成によれば、燃料ガスの一部を排出するパージ手段の動作状態が不良であることが検出されたときには、パージ異常として、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をすることで、氷点下始動時における暖機運転中に、カーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料ガスの供給状態が所定の条件に満たない場合に暖機運転の状態を変更するので、暖機運転時に、アノード電極が負電圧になって、カーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができ、燃料電池の信頼性の向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図である。
図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統４と、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統７と、燃料電池２０を冷却するための冷却液供給系統３と燃料電池２０からの発電電力を充放電する電力系統９とを備えて構成されている。
【００２０】
燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。
【００２１】
アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００２２】
なお、図１では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続したスタック構造を備えている。
【００２３】
燃料電池システム１０の冷却液供給系統３には、冷却液を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却液の温度を検出する温度センサ３２、冷却液の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）３３、ラジエータ３３へ流入する冷却液の水量を調整するバルブ３４、冷却液を加圧して循環させる冷却液ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却液の温度を検出する温度センサ３６などが設けられている。
【００２４】
燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統４には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス（アノードガス）、例えば、水素ガスをアノードガスチャンネル２５に供給するための燃料ガス流路４０と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４０に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。
【００２５】
燃料ガス流路４０には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス流出を制御する遮断弁（元弁）４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、燃料ガス流路４０を開閉し、燃料電池２０への燃料ガスの供給量を制御する水素インジェクタ４５、燃料電池２０への燃料ガス供給を制御する遮断弁４６が設置されている。
【００２６】
燃料ガス供給装置４２は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。循環流路５１には、燃料電池２０から循環流路５１への燃料オフガス供給を制御する遮断弁５２、燃料オフガスに含まれる水分を除去する気液分離器５３および排出弁５４、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス流路４０に還流させる水素ポンプ（循環ポンプ）５５、燃料ガス流路４０の燃料ガスが循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６が設置されている。水素ポンプ５５をモータによって駆動することで、水素ポンプ５５の駆動による燃料オフガスは、燃料ガス流路４０で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。
【００２７】
なお、水素ポンプ５５には、水素ポンプ５５の回転数を検出する回転数センサ５７が設置されている。
【００２８】
また、循環流路５１には、燃料電池２０から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６４を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１にはパージ弁６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。パージ弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。
【００２９】
一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統７には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガス（カソードガス）を供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２が配管されている。
【００３０】
酸化ガス流路７１には、大気からエアを取り込むエアクリーナ７４、および、取り込んだエアを圧縮し、圧縮したエアを酸化剤ガスとして、カソードガスチャンネル２６に送給するエアコンプレッサ７５が設定されており、エアコンプレッサ７５には、エアコンプレッサ７５の回転数を検出する回転数センサ７３が設置されている。酸化ガス流路７１とカソードオフガス流路７２との間には湿度交換を行う加湿器７６が設けられている。
【００３１】
カソードオフガス流路７２には、カソードオフガス流路７２の排気圧力を調整する調圧弁７７、カソードオフガス中の水分を除去する気液分離器７８、カソードオフガスの排気音を吸収するマフラー７９が設けられている。気液分離器７８から排出されたカソードオフガスは分流され、一方は、希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスと混合希釈され、また分流された他方のカソードオフガスは、マフラー７９にて吸音され、希釈器６２により混合希釈されたガスと混合されて、車外に排出される。
【００３２】
また、燃料電池システム１０の電力系統９には、一次側にバッテリ９１の出力端子が接続され、二次側に燃料電池２０の出力端子が接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ９０、二次電池として余剰電力を蓄電するバッテリ９１、バッテリ９１の充電状況を監視するバッテリコンピュータ９２、燃料電池２０の負荷または駆動対象となる車両走行用モータ９４に交流電力を供給するインバータ９３、燃料電池システム１０の各種高圧補機９６に交流電力を供給するインバータ９５、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧センサ９７、および出力電流を測定する電流センサ９８が接続されている。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、燃料電池２０の余剰電力または車両走行用モータ９４への制動動作により発生する回生電力を電圧変換してバッテリ９１に供給して充電させる。また、車両走行用モータ９４の要求電力に対する、燃料電池２０の発電電力の不足分を補填するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、バッテリ９１からの放電電力を電圧変換して二次側に出力する。
【００３４】
インバータ９３および９５は、直流電流を三相交流電流に変換して、車両走行用モータ９４および高圧補機９６にそれぞれ出力する。車両走行用モータ９４には、モータ９４の回転数を検出する回転数センサ９９が設置されている。モータ９４は、ディファレンシャルを介して車輪１００が機械的に結合されており、モータ９４の回転力を車両の推進力に変換可能となっている。
【００３５】
電圧センサ９７および電流センサ９８は、電力系統に重畳された交流信号に電圧に対する電流の位相と振幅とに基づいて交流インピーダンスを測定するためのものである。交流インピーダンスは、燃料電池２０の含水量に対応している。
【００３６】
さらに、燃料電池システム１０には、燃料電池１２の発電を制御するための制御部８０が設置されている。
制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、温度センサ３２、３６、圧力センサ４４、回転数センサ５７、７３、９９からのセンサ信号や電圧センサ９７、電流センサ９８、イグニッションスイッチ８２からの信号を取り込み、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ５５およびエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、さらに、各種の弁の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。
【００３７】
また、制御部８０は、燃料電池２０の運転停止時に、掃気処理を行うに際して、燃料電池２０に対して掃気ガス、例えば、水素ガス、酸化剤ガスを供給する掃気ガス供給手段（補機類）として、水素ポンプ５５または／およびエアコンプレッサ７５を選択し、水素ポンプ５５または／およびエアコンプレッサ７５の回転数または回転数×駆動時間を制御するようになっている。
【００３８】
ここで、制御部８０は、氷点下始動時に、燃料電池２０に供給するエア（酸化ガス）の供給量を通常運転時よりも減少させて暖機運転を行うに際して、燃料ガス（水素ガス）の供給状態を監視し、燃料ガスの供給状態が所定の条件を満たさない場合、例えば、以下の３つの状態のいずれか１つの状態になったときには、燃料ガスの供給状態が暖機運転を継続する条件を満たさず、水素ガスが欠乏状態で負電圧になったとして、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をすることとしている。
【００３９】
第１の状態は、燃料電池２０へ供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ４４の検出による圧力が所定値以下であった場合であり、この場合には、暖機運転を継続する条件を満たさず、水素調圧値異常として、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をする。
【００４０】
第２の状態は、燃料ガスを燃料電池２０に供給するための駆動部としての水素ポンプ５５に対するインバータ９５を介しての指令駆動量と、水素ポンプの駆動量を検出する駆動量検出部としての回転数センサ５７の検出による実測駆動量との差が所定値以上であった場合であり、この場合には、暖機運転を継続する条件を満たさず、水素ポンプ５５の異常として、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をする。
【００４１】
第３の状態は、燃料ガスの一部を排出するパージ手段としてのパージ弁６３の動作状態を検出する水素インジェクタ４５の制御状態と循環経路５１の圧力センサから推測される燃料ガス収支からのずれにより、パージ弁６３の動作不良が検出された場合であり、この場合には、暖機運転を継続する条件を満たさず、パージ異常であるとして、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をする。
【００４２】
次に、氷点下始動時に、暖機運転を行うときの作用を図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、制御部８０は、イグニッションスイッチ８２がオンになったことを条件に処理を開始し、温度センサ３２、３６の検出出力を取り込み（Ｓ１）、燃料電池２０の温度が０℃以下になったか否かを判定し（Ｓ２）、０℃以下のときには、燃料電池２０に対するエア（酸化剤ガス）の供給量を通常運転時よりも減少させるために、エアコンプレッサ７５の回転数を下げて、氷点下始動時における暖機運転を開始する（Ｓ３）。燃料電池２０に対するエア（酸化剤ガス）の供給量が減少すると、通常運転時（定格出力運転時）に比べて燃料電池２０の発熱量が大きくなり、増加した発熱量によって燃料電池２０に対する暖機が行われる。
【００４３】
燃料電池２０の暖機運転が行われている過程では、制御部８０は、水素ガス不足に伴って暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をするための３つの状態のうちいずれか１つの状態になったか否かを判定するために、まず、圧力センサ４４の検出出力を取り込み（Ｓ４）、圧力センサ４４の検出による圧力が所定値以下か否かを判定する（Ｓ５）。圧力センサ４４の検出圧力が所定値以下のときには、燃料ガスの供給状態が第１の状態にあって、暖機運転を継続する条件を満たさず、水素調圧値異常として、暖機運転を停止または燃料電池の出力制限をするための処理に移行する（Ｓ１０）。
【００４４】
一方、水素調圧値が正常であるときには、燃料ガスの供給状態が第２の状態にあるか否かを判定するための処理として、制御部８０は、水素ポンプ５５のインバータ９５への指令値に対応した通過電力値を取り込み（Ｓ６）、正常な状態で水素ポンプ５５に生ずる回転数を指令回転数として計算する。また、制御部８０は、回転数センサ５７から水素ポンプの回転数の実測値を取り込む。このあと、制御部８０は、インバータ９５に対する制御により推定される水素ポンプ５５の指令回転数と、実際の水素ポンプ５５の実測回転数とを比較し、制御回転数と実測回転数との差の絶対値の大きさが所定値よりも大きいか否かを判定し（Ｓ７）、指令値と実測値との差分の絶対値の大きさが所定値よりも大きいときには、燃料ガスの供給状態が第２の状態にあって、暖機運転を継続する条件を満たさず、水素ポンプ５５の異常と判定し、暖機運転を停止または燃料電池の出力制限をするための処理に移行する（Ｓ１０）。
【００４５】
一方、ステップＳ７において、指令値と実測値との差分の絶対値の大きさが所定値よりも小さく、水素ポンプ５５が正常状態にあると判定したときには、制御部８０は、燃料ガスの供給状態が第３の状態にあるか否かを判定するために、水素インジェクタ４５に関する情報を取り込み（Ｓ８）、水素ガス供給量と水素消費量との差が所定値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ９）。
【００４６】
例えば、水素インジェクタ４５に設けられたオリフィスにより決まる開弁度と水素インジェクタ４５の開弁時間との掛け算から水素ガス供給量を推定し、この推定された水素ガス供給量と水素ガス消費量との差が所定値よりも小さいか否かを判定する。この場合、水素ガス消費量は、燃料電池２０の発電電流量と電解質膜のアノードからカソードへの水素ガスのクロスリーク量によって推定することができる。
【００４７】
水素インジェクタ４５による水素ガス供給量と、発電量、クロスリーク量、パージ弁開弁時間に応じたパージ水素量とがバランスされている状態なら、パージ弁６３が正常に働いていると判定できる。しかし、水素消費量が予定より少ないと判定された場合にはパージ弁６３の動作が不良で開弁されていないと判定できる。逆に、水素消費量が多すぎると判定された場合にはパージ弁６３を閉じることができなくなっている異常状態を判定できる。
【００４８】
ステップＳ９において、水素ガス供給量と水素ガス消費量との差が所定値よりも小さいと判定したときには、制御部８０は、燃料ガスの供給状態が第３の状態にあって、暖機運転を継続する条件を満たさず、パージ異常として、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をするための処理に移行し（Ｓ１０）、一方、水素ガス供給量と水素ガス消費量との差が所定値よりも大きいときには暖機運転を所定時間継続したあと、このルーチンでの処理を終了する。
【００４９】
本実施例によれば、燃料ガス（水素ガス）の供給状態を監視し、３つの状態のいずれか１つの状態になったときには、燃料ガスの供給状態が暖機運転を継続する条件を満たさず、水素ガスが欠乏状態で負電圧になったとして、暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をするようにしたため、暖機運転時に、カーボンが喪失したり、電解質膜が溶解したりするのを防止することができ、燃料電池の信頼性の向上に寄与することができる。
【００５０】
（変形例）
燃料ガスの供給状態が暖機運転を継続する所定の条件を満たさない３つの状態を設定するに際して、第１の状態に関しては、圧力センサ４４の検出による圧力＝低圧水素圧力＞しきい値圧力であってこの状態が所定秒数以上継続の場合を正常とし、それ以外の状態を水素調圧値異常とすることができる。第２の状態に関しては、水素ポンプ５５の回転数がしきい値回転数以上であって、この状態が所定秒数以上継続するときを正常として、それ以外の状態を水素ポンプ５５の回転数異常とすることもできる。第３の状態に関しては、パージ弁６０が固着せず、パージの完了前にタイムアウトによる閉弁が所定回数連続して発生している状態を正常とし、それ以外の状態をパージ異常とすることもできる。
【００５１】
また、水素調圧値の異常を検出するに際しては、燃料電池２０の入り口側の圧力の他に、燃料電池２０の出力側の圧力を検出し、この検出値が所定値以下か否かで水圧調圧値の異常を判定することができる。
【００５２】
また、水素インジェクタ４５による水素ガス供給量と、燃料電池２０の発電量、水素ガスのクロスリーク量、パージ弁６３の開弁時間に応じたパージ水素量がそれぞれバランスされているときには、パージ弁６３が正常に働いていると判定し、水素消費量が所定値よりも少ないときには、パージ弁６３の動作が不良で開弁状態にないと判定し、逆に、水素消費量が多すぎるとときには、パージ弁６３が閉弁できない状態にあると判定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例を示す燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】氷点下始動時に、暖機運転を行うときの作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０  燃料電池システム、２０  燃料電池、３２、３６  温度センサ、４５  水素インジェクタ、５５  水素ポンプ、６３  パージ弁、７５  エアコンプレッサ、８０  制御部、９７  電圧センサ、９８  電流センサ
【図１】
0005435320.tif 000002
【図２】
0005435320.tif 000003