(57)【要約】【課題】低コストで適切に循環流路弁の故障を検知できる循環流路弁の故障検知方法を提供する。【解決手段】カソードオフガス排出流路から分岐し、コンプレッサ３１よりも上流側のカソード供給流路に接続される戻り流路と、戻り流路に設けられる循環流路弁２５とを備えるとともに、第１圧力センサＰＣと、酸素濃度計Ｄと、第２圧力センサＰＡと、出力検出器４１と、のうち少なくとも１つを含むシステム状態量検出手段を備える。ＥＣＵ５１は、戻り流路を介してカソードオフガスを循環させるカソードオフガス循環ステップと、燃料電池からの放電を行う放電ステップと、前記システム状態量検出手段によって検出されるシステム状態量に基づいて循環流路弁２５の故障判定を行う故障判定ステップと、を実行する。【選択図】図１
2014002930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記カソード流路の流入口に接続されるカソードガス供給流路と、
前記カソード流路の流出口に接続されるカソードオフガス排出流路と、
前記カソードガス供給流路に設けられ、前記カソード流路の流入口に向けてカソードガスを送出するカソードガス送出手段と、
前記カソードオフガス排出流路に設けられる封止弁と、
前記封止弁よりも上流側の前記カソードオフガス排出流路から分岐し、前記カソードガス送出手段よりも上流側の前記カソードガス供給流路に接続される戻り流路と、
前記戻り流路に設けられる循環流路弁と、を備えるとともに、
前記カソードガス供給流路に設けられる第１圧力検出手段と、前記カソードガス供給流路に設けられる酸素濃度検出手段と、前記アノード流路の流入口に接続されるアノードガス供給流路に設けられる第２圧力検出手段と、前記燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、のうち少なくとも１つを含むシステム状態量検出手段と、
前記システム状態量検出手段によって検出されるシステム状態量に基づいて、前記循環流路弁の故障判定を行う制御手段と、
を備える燃料電池システムで実行される循環流路弁の故障検知方法であって、
前記制御手段は、
前記封止弁を閉弁し、前記循環流路弁を開弁させる指令信号を出力するとともに、前記カソードガス送出手段を駆動し、前記戻り流路を介してカソードオフガスを循環させるカソードオフガス循環ステップと、
前記燃料電池からの放電を行う放電ステップと、
前記システム状態量検出手段によって検出されるシステム状態量に基づいて前記循環流路弁の故障判定を行う故障判定ステップと、を実行すること
を特徴とする循環流路弁の故障検知方法。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記故障判定ステップで、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定すること
を特徴とする請求項１に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記放電ステップで、前記燃料電池の出力電圧が所定値になるように制御しつつ、
前記故障判定ステップで、前記発電電流検出手段によって検出される発電電流が所定値を超える場合、及び／又は、前記発電電流の積算値である発電電流積算値が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記放電ステップが終了した後、
前記故障判定ステップで、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記放電ステップが終了した後、
前記故障判定ステップで、前記第２圧力検出手段によって検出される圧力値が所定値未満である場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記放電ステップが終了した後、
前記故障判定ステップで、前記循環流路弁に閉弁指令を出力してから第１所定時間経過後、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第１所定値未満である場合、前記循環流路弁が開故障であると判定すること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記放電ステップが終了した後、
前記故障判定ステップで、前記循環流路弁に閉弁指令を出力してから、前記第１所定時間よりも長い第２所定時間経過後、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第２所定値を超える場合、前記循環流路弁が開故障であると判定すること
を特徴とする請求項６に記載の循環流路弁の故障検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに設けられる循環流路弁の故障検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池の発電停止時にアノード側の水素が膜（イオン交換膜）を介してカソード側に移動し、逆にカソード側の空気が膜を介してアノード側に移動するクロスリークが生じることがある。クロスリークが生じると、燃料電池の水素と酸素とが反応してＯＨラジカルが発生し、燃料電池の劣化を招く。
【０００３】
このようなクロスリークを防止するものとして、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。すなわち、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、アノードへの燃料ガスの供給を停止した後、カソード流路再利用弁を開いて再循環ループに燃料ガスを導入する。そして、当該再循環ループに設けられる燃焼器で酸素と水素とを反応させてカソード流路を窒素で置換し、その後、パージ弁を介してアノード流路も窒素で置換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５０６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、例えば、カソード流路再利用弁が閉故障した場合（つまり、開弁指令を入力しても弁体が閉じたままになる場合）、カソード圧力が上昇し、燃料電池や配管の破損につながる虞がある。
また、カソード流路再利用弁が開故障した場合（つまり、閉弁指令を入力しても弁体が開いたままになる場合）、通常発電を行う際、カソード流路の上流側にカソードオフガスが回り込むため、ストイキ不足（反応に供する酸素量に対する、供給酸素量の不足）になりやすいという問題がある。
また、故障検知機能を有するカソード流路再利用弁を設置すると、コストがかかるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、低コストで適切に循環流路弁の故障を検知できる循環流路弁の故障検知方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る循環流路弁の故障検知方法は、アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、前記カソード流路の流入口に接続されるカソードガス供給流路と、前記カソード流路の流出口に接続されるカソードオフガス排出流路と、前記カソードガス供給流路に設けられ、前記カソード流路の流入口に向けてカソードガスを送出するカソードガス送出手段と、前記カソードオフガス排出流路に設けられる封止弁と、前記封止弁よりも上流側の前記カソードオフガス排出流路から分岐し、前記カソードガス送出手段よりも上流側の前記カソードガス供給流路に接続される戻り流路と、前記戻り流路に設けられる循環流路弁と、を備えるとともに、前記カソードガス供給流路に設けられる第１圧力検出手段と、前記カソードガス供給流路に設けられる酸素濃度検出手段と、前記アノード流路の流入口に接続されるアノードガス供給流路に設けられる第２圧力検出手段と、前記燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、のうち少なくとも１つを含むシステム状態量検出手段と、前記システム状態量検出手段によって検出されるシステム状態量に基づいて、前記循環流路弁の故障判定を行う制御手段と、を備える燃料電池システムで実行される循環流路弁の故障検知方法であって、前記制御手段は、前記封止弁を閉弁し、前記循環流路弁を開弁させる指令信号を出力するとともに、前記カソードガス送出手段を駆動し、前記戻り流路を介してカソードオフガスを循環させるカソードオフガス循環ステップと、前記燃料電池からの放電を行う放電ステップと、前記システム状態量検出手段によって検出されるシステム状態量に基づいて前記循環流路弁の故障判定を行う故障判定ステップと、を実行することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、カソードオフガス循環ステップにおいて封止弁を閉弁し、循環流路弁を開弁し、カソードガス送出手段を駆動すると、次のようにしてカソードオフガスが循環する。すなわち、燃料電池のカソード流路から流出したカソードオフガスは、カソードガス送出手段からの負圧により、カソードオフガス排出流路、戻り流路及びカソードガス供給流路を介してカソード流路に戻る。
このようにカソードオフガスを循環させつつアノードガスと反応させることで、カソードガスの濃度を低減できる。
【０００９】
また、放電ステップにおいて燃料電池からの放電を行うことで、電極反応によって生成された電荷が放出されるとともに電極反応が進み、カソードガス及びアノードガスが消費される。
さらに、故障判定ステップにおいて、システム状態量に基づいて循環流路弁の故障判定を行う。ここで、システム状態量は、第１圧力検出手段と、酸素濃度検出手段と、第２圧力検出手段と、発電電流検出手段と、のうち少なくとも１つを含んでいる。このようなシステム状態量の挙動に基づいて循環流路弁の故障を検知するため、循環流路弁自体に故障検知機能を設ける必要がなくなる。したがって、低コストで適切に循環流路弁の故障を検知できる。
【００１０】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記制御手段は、前記故障判定ステップで、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定することが好ましい。
【００１１】
かかる構成によれば、循環流路弁が閉故障であった場合、カソードオフガス循環ステップでカソードガス送出手段を駆動すると、カソードオフガスが循環する流路が遮断されるため、カソードガス供給流路の圧力が上昇する。したがって、カソードガス供給流路に設けられる第１圧力検出手段の検出値が所定値を超える場合、循環流路弁が閉故障であると判定できる。
【００１２】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記制御手段は、前記放電ステップで、前記燃料電池の出力電圧が所定値になるように制御しつつ、前記故障判定ステップで、前記発電電流検出手段によって検出される発電電流が所定値を超える場合、及び／又は、前記発電電流の積算値である発電電流積算値が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定することが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、循環流路弁が閉故障であった場合、放電ステップで燃料電池の出力電圧が所定値になるように制御することで、燃料電池の発電電流値が上昇する。したがって、発電電流検出手段によって検出される発電電流値が所定値を超える場合、及び／又は、発電電流積算値が所定値を超える場合、循環流路弁が閉故障であると判定できる。
【００１４】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記制御手段は、前記放電ステップが終了した後、前記故障判定ステップで、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値を超える場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定することが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、循環流路弁が閉故障であった場合、戻り流路を介したカソードオフガスの循環が遮断される。また、カソードガス送出手段によってカソードガスがカソード流路に供給されるため、カソードガス供給流路の酸素濃度はほとんど低下しない。したがって、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が所定値を超える場合、循環流路弁が閉故障であると判定できる。
【００１６】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記制御手段は、前記放電ステップが終了した後、前記故障判定ステップで、前記第２圧力検出手段によって検出される圧力値が所定値未満である場合、前記循環流路弁が閉故障であると判定することが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、循環流路弁が閉故障であった場合、燃料電池での電極反応によってアノードガスが消費されるため、アノードガス供給流路の圧力が低下する。したがって、第２圧力検出手段によって検出される圧力値が所定値未満である場合、循環流路弁が閉故障であると判定できる。
【００１８】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記制御手段は、前記放電ステップが終了した後、前記故障判定ステップで、前記循環流路弁に閉弁指令を出力してから第１所定時間経過後、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第１所定値未満である場合、前記循環流路弁が開故障であると判定することが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、循環流路弁が開故障であった場合、第２圧力検出手段が設置されているカソードガス供給流路は、カソード流路と、カソードオフガス排出流路と、戻り流路と、を介して外部空間と連通する（つまり、大気開放系になる）。
つまり、放電ステップが終了した後もカソード側が大気開放系となっているため、第１圧力検出手段の検出値は大気圧と略同一となる。したがって、第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第１所定値未満である場合、循環流路弁が開故障であると判定できる。なお、前記第１所定時間及び第１所定値は、循環流路弁が正常である場合と開故障である場合とを区別し得るように適宜設定する。
【００２０】
また、前記循環流路弁の故障検知方法において、前記放電ステップが終了した後、前記故障判定ステップで、前記循環流路弁に閉弁指令を出力してから、前記第１所定時間よりも長い第２所定時間経過後、前記第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第２所定値を超える場合、前記循環流路弁が開故障であると判定することが好ましい。
【００２１】
前記したように、循環流路弁が開故障であった場合、第２圧力検出手段が設置されるカソードガス供給流路は大気開放系になる。したがって、第１所定時間よりも長い第２所定時間経過後、第１圧力検出手段によって検出される圧力値が第２所定値を超える場合、前記循環流路弁が開故障であると判定できる。なお、前記第２所定時間及び第２所定値は、循環流路弁が正常である場合と開故障である場合とを区別し得るように適宜設定する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低コストで適切に循環流路弁の故障を検知できる循環流路弁の故障検知方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】燃料電池システムにおいてオフガス再循環処理及び希釈器の掃気を行う際のタイムチャートであり、（ａ）はコンプレッサの回転速度、（ｂ）は入口封止弁の開閉状態、（ｃ）は出口封止弁の開閉状態、（ｄ）は背圧弁の開度、（ｅ）循環流路弁の開閉状態、（ｆ）はＳＴＫバイパス流路弁の開閉状態、（ｇ）はＤＩＬアシスト流路弁の開閉状態の時間的変化を示している。
【図３】燃料電池システムにおいてオフガス再循環処理及び希釈器の掃気を行う際のタイムチャートであり、（ａ）は遮断弁の開閉状態、（ｂ）はインジェクタのオン／オフ、（ｃ）は水素ポンプのオン／オフ、（ｄ）はアノード圧力、（ｅ）はコンタクタのオン／オフ、（ｆ）は燃料電池の出力電圧、（ｇ）は燃料電池の放電電流の時間的変化を示している。
【図４】オフガス再循環処理時におけるアノードオフガス及びカソードオフガスの流れを示す説明図である。
【図５】希釈器の掃気処理時におけるカソードガスの流れを示す説明図である。
【図６】循環流路弁の故障検知を行う際の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は循環流路弁の閉故障判定処理１を行う際の処理の流れを示すフローチャートであり、（ｂ）は循環流路弁の閉故障判定処理２を行う際の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】（ａ）は循環流路弁が正常である場合の発電電流の時間的変化を示すグラフであり、（ｂ）は循環流路弁が閉故障している場合の発電電流の時間的変化を示すグラフである。
【図９】（ａ）は循環流路弁が正常である場合の発電電流積算値の時間的変化を示すグラフであり、（ｂ）は循環流路弁が閉故障している場合の発電電流積算値の時間的変化を示すグラフである。
【図１０】循環流路弁が正常である場合、及び、開故障している場合のカソード圧力の時間的変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
以下、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載される場合について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、船舶、航空機などの移動体、家庭用や業務用の定置式のものなどにも適用できる。
【００２５】
≪第１実施形態≫
＜燃料電池システムの構成＞
図１に示す燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対して水素（アノードガス）を供給するアノード系と、燃料電池１０のカソードに対して酸素を含む空気（カソードガス）を供給するカソード系と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを制御するＥＣＵ５１と、を備えている。
【００２６】
（１．燃料電池）
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、膜／電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セル（図示せず）を複数積層して構成されている。
燃料電池１０の各セパレータには、それぞれの膜／電極接合体の全面に水素又は酸素を供給するための溝及び貫通孔が形成されており、これらの溝及び貫通孔がカソード流路１１、アノード流路１２として機能している。なお、セパレータには、燃料電池１０を冷却するための冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）を通流させる冷媒流路（図示せず）も形成されている。
【００２７】
燃料電池１０では、アノード流路１２を介して水素が供給されると、（式１）の電極反応が起こり、カソード流路１１を介して酸素を含む空気が供給されると、（式２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）が発生する。
【００２８】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−・・・（式１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ・・・（式２）
【００２９】
（２．カソード系）
カソード系は、コンプレッサ２１と、加湿器２２と、入口封止弁２３と、出口封止弁２４と、循環流路弁２５と、背圧弁２６と、オリフィス２７と、ＤＩＬアシスト流路弁２８と、ＳＴＫバイパス流路弁２９と、希釈器３０と、第１圧力センサＰＣと、酸素濃度計Ｄと、を備えている。
【００３０】
コンプレッサ２１（カソードガス送出手段）は、吸入側が配管ａ１を介して系外（車外）と連通し、吐出側が配管ａ２を介して加湿器２２に接続されている。コンプレッサ２１はカソード供給流路に設けられ、ＥＣＵ５１からの指令に従って内部の羽根車（図示せず）を回転させることにより系外から空気を吸引・圧縮し、カソード流路１１の流入口に向けて送出するものである。
なお、「カソードガス供給流路」は、配管ａ１〜ａ４を含んで構成され、カソード流路１１の流入口に接続されている。
【００３１】
加湿器２２は、カソード流路１１に向かうカソードガスを加湿するものであり、配管ａ３を介して入口封止弁２３に接続されている。加湿器２２は、配管ａ２を介して流入する低湿潤の空気（カソードガス）と、配管ａ６を介して流入する高湿潤のカソードオフガスとの間で、中空糸膜（図示せず）を介した水分交換を行う。
【００３２】
入口封止弁２３は、例えば電磁作動式の開閉弁であり、配管ａ４を介してカソード流路１１の流入口に接続されている。つまり、入口封止弁２３は、カソードガス供給流路に設けられ、閉状態において燃料電池１０の空気供給側の配管ａ４を締め切る機能を有している。
出口封止弁２４（封止弁）は、例えば電磁作動式の開閉弁であり、配管ａ５を介してカソード流路１１の流出口に接続されている。つまり、出口封止弁２４は、カソードオフガス排出流路に設けられ、閉状態において燃料電池１０のカソードオフガス排出側の配管ａ５を締め切る機能を有している。
ここで、「カソードオフガス排出流路」は、配管ａ５〜ａ８を含んで構成され、カソード流路１１の流出口に接続されている。なお、出口封止弁２４の下流側は、配管ａ６を介して加湿器２２に接続されている。
【００３３】
そして、入口封止弁２３と出口封止弁２４とをそれぞれ閉弁することによって、燃料電池１０のカソード流路１１が封止されることとなる。
ちなみに、入口封止弁２３及び出口封止弁２４は、常閉型の弁であってもよいし、常開型の弁であってもよい。
【００３４】
循環流路弁２５は、例えば電磁式の開閉弁であり、出口封止弁２４よりも上流側のカソードオフガス排出流路（配管ａ５）から分岐し、コンプレッサ２１よりも上流側のカソードガス供給流路（配管ａ１）に接続される戻り流路に設けられている。
なお、「戻り流路」は、配管ｂ１，ｂ２を含んで構成される。配管ｂ１の一端は、カソード流路１１の流出口と出口封止弁２４との間の配管ａ５に接続され、他端は、循環流路弁２５に接続されている。また、配管ｂ２の一端は、循環流路弁２５に接続され、他端はコンプレッサ２１よりも上流側の配管ａ１に接続されている。循環流路弁２５は、後記するオフガス再循環処理（Exhaust Gas Recirculation：ＥＧＲ）を行う際に開弁される。
なお、以下の説明において「カソードオフガス循環流路」は、配管ａ５，ｂ１，ｂ２，ａ１〜ａ４，及びカソード流路１１を含んで構成される。
【００３５】
背圧弁２６は、その開度を調整することによって燃料電池１０のカソード流路１１を通流する空気の圧力（背圧）を制御するものであり、上流側は配管ａ７を介して加湿器２２に接続され、下流側は配管ａ８を介して希釈器３０に接続されている。
【００３６】
オリフィス２７は、ＤＩＬ（Diluter）アシスト流路に設けられ、コンプレッサ２１から供給される空気の流れ込み量を制限するものである。
ここで、「ＤＩＬアシスト流路」は、配管ｃ３〜ｃ５を含んで構成される。ちなみに、配管ｃ３の一端は配管ａ２に接続され、他端はオリフィス２７の上流側に接続されている。
ＤＩＬアシスト流路弁２８は、例えば、電磁式の開閉弁であり、配管ｃ４を介してオリフィス２７の下流側に接続され、配管ｃ５を介して希釈器３０に接続されている。
なお、ＤＩＬアシスト流路弁２８は、コンプレッサ２１から供給される空気によって希釈器３０を掃気する際に開弁される（図５参照）。
【００３７】
ＳＴＫ（Stack）バイパス流路弁２９は、例えば、電磁式の開閉弁であり、ＳＴＫバイパス流路に設けられている。
ここで、「ＳＴＫバイパス流路」は、配管ｃ１，ｃ２を含んで構成される。配管ｃ１の一端は配管ａ２に接続され、他端はＳＴＫバイパス流路弁２９に接続されている。また、配管ｃ２の一端はＳＴＫバイパス流路弁２９に接続され、他端は配管ａ８に接続されている。
なお、ＳＴＫバイパス流路弁２９は、コンプレッサ２１から供給される空気によって希釈器３０を掃気する際に開弁される（図５参照）。
【００３８】
希釈器３０は、配管ａ８を介して背圧弁２６に接続され、配管ｄ９を介してパージ弁３６に接続されている。希釈器３０は、パージ弁３６が開いた場合に配管ｄ９を介して流入するアノードオフガスを、配管ａ８（及び配管ｃ２，ｃ５）を介して流入するカソードオフガスで希釈し、配管ｄ１０を介して系外に排出する機能を有している。
第１圧力センサＰＣ（第１圧力検出手段）は、配管ａ４を通流する空気の圧力を検出し、ＥＣＵ５１に出力する機能を有している。
酸素濃度計Ｄ（酸素濃度検出手段）は、配管ａ４を通流する空気に含まれる酸素（カソードガス）の濃度を検出し、ＥＣＵ５１に出力する機能を有している。
【００３９】
（２．アノード系）
アノード系は、水素タンク３１と、遮断弁３２と、インジェクタ３３と、エゼクタ３４と、水素ポンプ３５と、第２圧力センサＰＡと、パージ弁３６と、を備えている。
【００４０】
水素タンク３１は、配管ｄ１を介して遮断弁３２に接続され、高純度の水素が高圧で圧縮充填されている。
遮断弁３２は、配管ｄ２を介してインジェクタ３３に接続され、ＥＣＵ５１からの指令によって開かれると、水素タンク３１からの水素がアノード供給流路を介して燃料電池１０のアノード流路１２に供給されるようになっている。
なお、「アノード供給流路」は、配管ｄ１〜ｄ４を含んで構成される。
【００４１】
インジェクタ３３は、配管ｄ３を介してエゼクタ３４に接続され、ＥＣＵ５１からの指令に従って水素を噴射するものである。すなわち、インジェクタ３３は、配管ｄ２を介して供給される水素を、配管ｄ３を介して間欠的に噴射することで、アノード流路１２に水素を供給する。
【００４２】
エゼクタ３４は、配管ｄ４を介してアノード流路１２の流入口に接続され、水素タンク３１から供給される水素をノズル（図示せず）から噴射することによって、ノズルの周囲に負圧を発生させるものである。これによって、アノード流路１２の流出口から排出されるアノードオフガス（未反応の水素を含む）が、配管ｄ５を介して吸引される。
【００４３】
水素ポンプ３５は、アノード流路１２から流出したアノードオフガスを吸引し、アノード流路１２の流入口に向けて圧送するポンプである。なお、水素ポンプ３５の吸入側に接続される配管ｄ６は、配管ｄ５に接続されている。また、水素ポンプ３５の吐出口に接続される配管ｄ７は、配管ｄ４に接続されている。
第２圧力センサＰＡ（第２圧力検出手段）は、配管ｄ４を通流する水素（及びアノードオフガス）の圧力を検出するセンサである。なお、第２圧力センサＰＡによって検出された圧力値は、ＥＣＵ５１に出力される。
なお、配管ｄ７には、通流する水素の逆流を防止する逆止弁が設けられている。
【００４４】
パージ弁３６は、配管ｄ５から分岐する配管ｄ８に接続され、配管ｄ９を介して希釈器３０に接続されている。パージ弁３６は、ＥＣＵ５１からの指令に従って開弁することにより、アノード側に蓄積した不純物（窒素、水分など）を希釈器３０に排出する機能を有している。
【００４５】
＜電力消費系＞
電力消費系は、出力検出器４１と、ＶＣＵ４２と、走行モータ４３と、を備えている。
出力検出器４１（発電電流検出手段）は、電流センサ（図示せず）及び電圧センサ（図示せず）を備え、燃料電池１０の出力電流、出力電圧をそれぞれ検出してＥＣＵ５１に出力する機能を有している。
ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit）は、ＥＣＵ５１からの指令に従って燃料電池１０の発電電力やバッテリ（図示せず）の充放電を制御するものであり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電子回路が内蔵されている。
走行モータ４３は、燃料電池１０及び／又はバッテリ（図示せず）から供給される電力によって回転する電動モータであり、燃料電池１０が搭載される移動体の動力源となる。
なお、図１では、出力検出器４１とＶＣＵ４２との間に設置され、これらを電気的に接続するコンタクタの図示を省略している。また、図１では、ＶＣＵ４２と走行モータ４３との間に設置され、直流電力を三相交流電力に変換するインバータの図示を省略している。
【００４６】
＜制御系＞
ＥＣＵ５１（Electric Control Unit）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
ＥＣＵ５１には、図１に示す第１圧力センサＰＣ、第２圧力センサＰＡ、酸素濃度計Ｄ、及び出力検出器４１を含むセンサ類からの検出信号や、ＩＧ６１のＯＮ／ＯＦＦ信号などが入力される。そして、ＥＣＵ５１は、入力される各信号に応じて各弁の開閉、各ポンプの駆動、ＶＣＵ４２の動作などを制御する。
【００４７】
ＥＣＵ５１は、配管ｂ１，ｂ２を介してカソードオフガスをカソードガス供給流路に再循環させる処理（排出ガス再循環処理：ＥＧＲ）を行う際、出口封止弁２４を閉弁し、循環流路弁２５を開弁するとともに、コンプレッサ２１を駆動する機能を有している。これによって、戻り流路（配管ｂ１，ｂ２）を介してカソードオフガスが循環する（カソードオフガス循環ステップ）。
【００４８】
また、ＥＣＵ５１は、ＶＣＵ４２によって出力電圧を略一定に制御しつつ、コンタクタ（図示せず）を介して燃料電池１０からの発電電流を放電させ、負荷及び／又はバッテリ（図示せず）に供給する機能を有している（放電ステップ）。
【００４９】
さらに、ＥＣＵ５１は、第１圧力検出手段、第２圧力検出手段、酸素濃度計Ｄ、及び出力検出器４１のうち、少なくとも１つの検出値に基づいて、循環流路弁２５の故障判定を行う機能を有している（故障判定ステップ）。
【００５０】
＜その他＞
ＩＧ６１（Ignition Switch）は、燃料電池１０が搭載された燃料電池車の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。そして、ＩＧ６１は、そのＯＮ／ＯＦＦ信号をＥＣＵ５１に出力するようになっている。
その他、燃料電池システム１は、冷媒ポンプを駆動することによって燃料電池１０の冷媒流路に冷媒を循環させ、燃料電池１０の温度を調整する冷媒系を備えている。
【００５１】
＜燃料電池システムの動作＞
循環流路弁２５の故障検知について説明する前に、循環流路弁２５が正常に機能している場合における燃料電池システム１の動作について説明する。
図２、図３の時刻ｔ０では、ＩＧ６１（図１参照）がＯＮ状態になっている。このとき、入口封止弁２３及び出口封止弁２４は開弁され（図２（ｂ）、図２（ｃ）参照）、ＳＴＫバイパス流路弁２９及びＤＩＬアシスト流路弁２８は閉弁された状態で（図２（ｆ）、図２（ｇ）参照）、コンプレッサ２１が駆動している（図２（ａ）参照）。これによって、燃料電池１０のカソード流路１１に空気が供給される。また、遮断弁３２は開弁され（図３（ａ）参照）、水素タンク３１から供給される水素がインジェクタ３３から噴射される（図３（ｂ）参照）。なお、当該水素は、エゼクタ３４を介してアノード流路１２に供給される。
【００５２】
（１．オフガス再循環処理）
燃料電池１０の発電停止時におけるクロスリーク（ＯＨラジカルによって燃料電池が劣化する現象）を防止するため、また、高電圧状態になって単セルが劣化するのを防止するため、ＥＣＵ５１は、以下に示すオフガス再循環処理（Exhaust Gas Recirculation：ＥＧＲ）を実行する。
【００５３】
図２に示すタイムチャートの時刻ｔ１においてＩＧ６１がＯＮからＯＦＦに切替えられると、ＥＣＵ５１はＥＧＲ準備処理を開始する。すなわち、ＥＣＵ５１は、出口封止弁２４を閉弁し（図２（ｃ）参照）、背圧弁２６を全閉状態とし（図２（ｄ）参照）、循環流路弁２５を開弁する（図２（ｅ）参照）。これによって、希釈器３０を介して系外（車外）に連通していた流路が遮断される。
また、ＥＣＵ５１は遮断弁３２を閉弁し（図３（ａ）参照）、燃料電池１０への水素供給を止める。また、ＥＣＵ５１はインジェクタ３３及び水素ポンプ３５を駆動することで（図３（ｃ）参照）、アノード流路１２にアノードオフガスを送り込み、アノード圧力を所定値Ｐ１まで上昇させる（図３（ｄ）参照）。このようにアノード圧力を上昇させる。
【００５４】
次に、図２、図３の時刻ｔ２においてＥＣＵ５１は、燃料電池システム１のオフガス再循環処理（ＥＧＲ）を開始する。すなわち、ＥＣＵ５１は、前記したＥＧＲ準備処理の状態からインジェクタ３３を停止し（図３（ｂ）参照）、ＶＣＵ４２によって燃料電池１０の出力電圧を所定値Ｖ１とするように制御する定電圧制御を実行する（図３（ｆ）参照）。なお、「定電圧制御」には、燃料電池１０の目標出力電力を一定値にする場合のほか、燃料電池１０の出力電力を低下させ、予め設定された所定範囲内に収まるように電圧制御を行う場合も含まれる。
ちなみに、オフガス再循環処理を行う際、図２（ｃ）の破線で示すように、出口封止弁２４を開弁してもよい。この場合、全閉状態となっている背圧弁２６が「封止弁」としての機能も果たす。
【００５５】
図４は、オフガス再循環処理（ＥＧＲ）時における燃料電池システムの説明図であり、太線はアノードオフガスの流れと、カソードオフガスの流れとを示している。また、各種弁のうち閉弁しているものを黒く塗りつぶしている（図５も同様）。
図４に示すように、カソード流路１１から流出したカソードオフガスは、コンプレッサ２１の吸入側の負圧によって、配管ａ５，ｂ１、循環流路弁２５、配管ｂ２，ａ１を介してコンプレッサ２１に流入し、前記したカソードオフガス循環流路を循環する。
【００５６】
また、アノード側では遮断弁３２が閉弁され、インジェクタ３３が停止した状態で水素ポンプ３５を駆動することで、アノードオフガス循環流路（配管ｄ４、アノード流路１２、配管ｄ５〜ｄ７）をアノードオフガスが循環する。
【００５７】
なお、燃料電池１０での電極反応によって生成された電荷は、コンタクタ（図示せず）及びＶＣＵ４２を介して放電（ディスチャージ）される。なお、当該電力は、バッテリ（図示せず）に充電されるか、負荷に供給されるか、又はディスチャージ用の抵抗で消費される。また、前記電極反応によって生成される水は、コンプレッサ２１から流入する空気の流れに同伴し、カソード流路１１から流出する。
このようにして、燃料電池１０内での電極反応と、カソードオフガスの再循環とによって、燃料電池１０のカソード側で酸素を消費し、アノード側で水素が消費しつつ、放電（ディスチャージ）を行う。
【００５８】
（２．希釈器の掃気）
図２、図３の時刻ｔ３において、ＥＣＵ５１は希釈器３０の掃気を開始する。すなわち、ＥＣＵ５１は、入口封止弁２３及び循環流路弁２５を閉弁し（図２（ｂ）、図２（ｅ）参照）、ＳＴＫバイパス流路弁２９及びＤＩＬアシスト流路弁２８（図２（ｆ）、図２（ｇ）参照）を開弁する。また、ＥＣＵ５１は、コンプレッサ２１の回転速度を所定値ｒ１まで上昇させる（図２（ａ）参照）。
さらに、ＥＣＵ５１は、水素ポンプ３５の駆動を停止し（図３（ｃ）参照）、コンタクタ（図示せず）をＯＮからＯＦＦに切り替え（図３（ｅ）参照）、燃料電池１０と負荷とを切り離す。
【００５９】
そうすると、図５に示すように、コンプレッサ２１から配管ａ２を介して送出された空気は、配管ｃ１、ＳＴＫバイパス流路弁２９、及び配管ｃ２を介して希釈器３０に流入する。このように、ＳＴＫバイパス流路を介して希釈器３０に空気を流入させることで、希釈器３０に貯留されている水素が外部に押し出される。
【００６０】
また、コンプレッサ２１から配管ａ２を介して送出された空気は、配管ｃ３を介してオリフィス２７に流入し、このオリフィス２７によって所定の流量に制限される。さらに、オリフィス２７から流出した空気は、配管ｃ４、ＤＩＬアシスト流路弁２８、及び配管ｃ５を介して希釈器３０に流入する。このように、ＤＩＬアシスト流路を介して希釈器３０に空気を流入させることで、ＤＩＬアシスト流路弁２８の開度に応じて希釈器３０に流入する空気の流量が調整される。
【００６１】
そして、希釈器３０の掃気が終了すると、図３の時刻ｔ４においてＥＣＵ５１はコンプレッサ２１の駆動を停止するとともに（図２（ａ）参照）、ＳＴＫバイパス流路弁２９及びＤＩＬアシスト流路弁２８（図２（ｆ）、図２（ｇ）参照）を閉弁し、燃料電池システム１を停止状態（つまり、ソーク状態）にする。
このように、オフガス再循環処理を実行した後、カソード流路１１を封鎖することで、酸素がほとんど残っていない状態でカソード流路１１を封鎖できる。したがって、クロスリークを抑制し、燃料電池１０が備える単セルの劣化を防止できる。
【００６２】
＜循環流路弁の故障検知＞
以下では、図６、図７のフローチャートを参照しながら、循環流路弁２５の閉故障検知と、開故障検知とについて順次説明する。
なお、「閉故障」とは、ＥＣＵ５１から開弁指令が入力されても循環流路弁２５が閉じたままの状態である故障を意味している。
また、「開故障」とは、ＥＣＵ５１から閉弁指令が入力されても循環流路弁２５が開いたままの状態である故障を意味している。
【００６３】
図６に示す「ＳＴＡＲＴ」において、ＩＧ６１（図１参照）はＯＦＦ状態であり、前記したＥＧＲ準備処理（図２、図３の時刻ｔ１〜ｔ２参照）が終了しているものとする。
ステップＳ１０１においてＥＣＵ５１は、オフガス再循環処理（ＥＧＲ）を開始する。なお、オフガス再循環処理については、図４を用いて説明したものと同様である。
ステップＳ１０２においてＥＣＵ５１は、圧力センサ（図示せず）によって検出される大気圧Ｐａｔｍを記憶手段（図示せず）に格納する。
次に、ステップＳ１０３においてＥＣＵ５１は、閉故障検知処理１を実行する。
【００６４】
（１．閉故障検知処理１）
図７（ａ）のステップＳ１０３１においてＥＣＵ５１は、第１圧力センサＰＣによって検出されるカソード圧力ＰＣが、前記した大気圧Ｐａｔｍに所定値ΔＰＣ（≧０）を加えた値を超えているか否かを判定する。ちなみに、所定値ΔＰＣは、予め設定された値（例えば、１０ｋＰａＧ）であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
【００６５】
図４に示すＥＧＲ時において、カソードオフガス循環流路弁２５が閉故障している場合、カソード流路１１の下流側が、出口封止弁２４及び循環流路弁２５によって締め切られる。つまり、コンプレッサ２１から空気が供給されても、カソードオフガスが流出する通路が閉じているため、配管ａ４を通流するカソードガスの圧力が上昇する。
エア圧ＰＣが、（大気圧Ｐａｔｍ＋所定値ΔＰＣ）を超えている場合（Ｓ１０３１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３５に進む。
一方、エア圧ＰＣが、（大気圧Ｐａｔｍ＋所定値ΔＰＣ）以下である場合（Ｓ１０３１→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３２に進む。
【００６６】
次に、ステップＳ１０３２においてＥＣＵ５１は、出力検出器４１（図１参照）によって検出される燃料電池１０の発電電流ＩＦＣが、閾値Ｉ１を超えているか否かを判定する。ちなみに、閾値Ｉ１は予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
ＥＧＲ時において循環流路弁２５が閉故障している場合、コンプレッサ２１の駆動によって大気から空気を吸い込み、カソード流路１１に供給される（押し込まれる）。当該空気はカソードオフガスに比べて酸素濃度が高い。したがって、比較的高圧で新鮮な空気が供給されるため、前記（式２）の電極反応が促進される。さらに、このような状態でＶＣＵ４２によって定電圧制御されることにより、循環流路弁２５が正常である場合と比較して、発電電流の値が大きくなる。
【００６７】
図８（ａ）は、循環流路弁が正常である場合の発電電流の時間的変化を示すグラフであり、図８（ｂ）は、循環流路弁が閉故障である場合の発電電流の時間的変化を示すグラフである。なお、当該図８（ａ）、図８（ｂ）の横軸は、オフガス再循環処理を開始してからの経過時間であり、縦軸は出力検出器４１によって検出される燃料電池１０の発電電流である。
図８（ａ）に示すように、循環流路弁２５が正常である場合、燃料電池１０の発電電流は閾値Ｉ１未満の範囲で変化する。一方、図８（ｂ）に示すように、循環流路弁２５が閉故障である場合、燃料電池１０の発電電流は、経過時間ｔＣ〜ｔＤ付近において閾値Ｉ１を超える。
したがって、前記したステップＳ１０３２の判定処理は、循環流路弁２５が閉故障である場合に閾値Ｉ１を超えるタイミング（例えば、経過時間ｔＳ）で行うことが好ましい。
【００６８】
再び、図７に戻って説明を続ける。ステップＳ１０３２において発電電流ＩＦＣが閾値Ｉ１を超えている場合（Ｓ１０３２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３５に進む。一方、発電電流ＩＦＣが閾値Ｉ１以下である場合（Ｓ１０３２→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３３に進む。
【００６９】
次に、ステップＳ１０３３においてＥＣＵ５１は、燃料電池１０の発電電流積算値ＩＦＣ（ＳＵＭ）が閾値Ｉ２を超えているか否かを判定する。ちなみに、閾値Ｉ２は、予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
前記したように、循環流路弁２５が閉故障している場合、発電電流の値が大きくなるため、発電電流積算値も大きくなる。なお、発電電流積算値は、例えば、オフガス再循環（ＥＧＲ）を開始した時刻からの発電電流の積算値である。
【００７０】
図９（ａ）は、循環流路弁が正常である場合の発電電流積算値の時間的変化を示すグラフであり、図９（ｂ）は、循環流路弁が閉故障である場合の発電電流積算値の時間的変化を示すグラフである。なお、当該図９（ａ）、図９（ｂ）の横軸は、オフガス再循環処理を開始してからの経過時間であり、縦軸はオフガス再循環処理を開始してからの発電電流の積算値である。
【００７１】
図９（ａ）に示すように、循環流路弁２５が正常である場合、燃料電池１０の発電電流積算値は閾値Ｉ２未満の範囲で変化する。一方、図９（ｂ）に示すように、循環流路弁２５が閉故障である場合、燃料電池１０の発電電流積算値は、経過時間ｔＥ以後では閾値Ｉ２を超える。
したがって、前記したステップＳ１０３３の判定処理は、循環流路弁２５が閉故障である場合に閾値Ｉ２を超えるタイミング（オフガス再循環処理を開始してから時間ｔＥ以後）で行うことが好ましい。
【００７２】
再び、図７に戻って説明を続ける。ステップＳ１０３３において発電電流積算値ＩＦＣ（ＳＵＭ）が閾値Ｉ２を超えている場合（Ｓ１０３３→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３５に進む。一方、発電電流積算値ＩＦＣ（ＳＵＭ）が閾値Ｉ２以下である場合（Ｓ１０３３→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０３４に進む。
ステップＳ１０３４においてＥＣＵ５１は、閉故障判定フラグをＯＦＦにする。また、ステップＳ１０３５においてＥＣＵ５１は、閉故障判定フラグをＯＮにする。つまり、ステップＳ１０３１〜Ｓ１０３３のうち少なくとも１つの条件が成立した場合、ＥＣＵ５１は閉故障判定フラグをＯＮにする。
【００７３】
次に、図６のステップＳ１０４においてＥＣＵ５１は、循環流路弁２５が閉故障であるか否かを判定する。なお、当該判定は、前記した閉故障判定フラグがＯＮであるか否かによって行う。
循環流路弁２５が閉故障である場合（Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５においてＥＣＵ５１は、オフガス再循環処理を中断する。ステップＳ１０６においてＥＣＵ５１は、循環流路弁２５が閉故障である旨をユーザに報知する。なお、当該報知は、例えば故障ランプの点灯や音声などにより行う。
【００７４】
一方、Ｓ１０３の閉故障検知処理１では循環流路弁２５の閉故障が検知されなかった場合（Ｓ１０４→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７においてＥＣＵ５１は、オフガス再循環処理が終了したか否かを判定する。なお、当該判定は、例えば、オフガス再循環処理の開始から所定時間が経過したか否かにより行う。
オフガス再循環の処理が終了した場合（Ｓ１０７→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０８に進む。一方、オフガス再循環の処理が終了していない場合（Ｓ１０７→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０７の処理を繰り返す。
次に、ステップＳ１０８においてＥＣＵ５１は、閉故障検知処理２を実行する。
【００７５】
（２．閉故障検知処理２）
図７（ｂ）のステップＳ１０８１においてＥＣＵ５１は、第２圧力センサＰＡ（図１参照）によって検出されるアノード圧が閾値Ｐ１を下回っているか否かを判定する。なお、アノード圧とは、アノード流路１２の内圧を意味している。また、閾値Ｐ１は予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
【００７６】
前記したように、循環流路弁２５が閉故障である場合において定電圧制御を行うと、燃料電池１０の電極反応が促進されて発電電流の値が大きくなる（図７（ａ）のステップＳ１０３２）。当該電極反応によって水素の消費量が多くなる一方、遮断弁３２が閉弁されているため、アノード流路１２の水素が徐々に減少する。したがって、循環流路弁２５が閉故障である場合、正常時と比較してアノード圧が低下する。
アノード圧が閾値Ｐ１未満である場合（Ｓ１０８１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０８４に進む。一方、アノード圧が閾値Ｐ１以上である場合（１０８１→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０８２に進む。
【００７７】
次に、ステップＳ１０８２においてＥＣＵ５１は、酸素濃度計Ｄ（図１参照）によって検出される酸素濃度Ｄ（Ｏ２）が閾値Ｄ１を超えているか否かを判定する。なお、閾値Ｄ１は予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
循環流路弁２５が閉故障である場合、前記したカソードオフガス循環流路を介してカソードオフガスが循環しないものの、コンプレッサ２１によってオフガスを含まない新鮮な空気が圧送されてくる。したがって、酸素濃度計Ｄによって検出される酸素濃度はほとんど低下しない。
酸素濃度Ｄ（Ｏ２）が閾値Ｄ１を超えている場合（Ｓ１０８２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０８４に進む。一方、酸素濃度Ｄ（Ｏ２）が閾値Ｄ１以下である場合（Ｓ１０８２→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０８３に進む。
【００７８】
次に、ステップＳ１０８３においてＥＣＵ５１は、閉故障判定フラグをＯＦＦにする。また、ステップＳ１０８４においてＥＣＵ５１は、閉故障判定フラグをＯＮにする。つまり、ステップＳ１０８１，Ｓ１０８２のうち少なくとも１つの条件が成立した場合、ＥＣＵ５１は閉故障判定フラグをＯＮにする。
次に、図６のステップＳ１０９において、ＥＣＵ５１は閉故障であるか否かを判定する。なお、当該判定は、前記した閉故障判定フラグがＯＮであるか否かによって行う。
循環流路弁２５が閉故障である場合（Ｓ１０９→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１０６に進む。一方、循環流路弁２５が閉故障でない場合（Ｓ１０９→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１０に進む。
【００７９】
（３．開故障判定処理）
ステップＳ１１０においてＥＣＵ５１は、循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＡ（第１所定時間）が経過したか否かを判定する。なお、所定時間ΔｔＡは、後記する開故障判定処理を適切に行うために予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＡが経過した場合（Ｓ１１０→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１１に進む。一方、循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＡが経過していない場合（Ｓ１１０→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１はステップＳ１１０の処理を繰り返す。
【００８０】
次に、ステップＳ１１１においてＥＣＵ５１は、圧力センサ（図示せず）によって検出される大気圧Ｐａｔｍを記憶手段（図示せず）に格納する。
ステップＳ１１２においてＥＣＵ５１は、カソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ＋所定値ΔＰα：第１所定値）未満であるか否かを判定する。なお、所定値ΔＰα（≧０）は、予め設定された値（例えば、１０ｋＰａＧ）であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
循環流路弁２５が開故障である場合、入口封止弁２３及び出口封止弁２４を閉弁したとしても、循環流路弁２５が開状態のままとなる。したがって、第１圧力センサＰＣが設置されている配管ａ４は、カソード流路１１、配管ａ５，ｂ１，循環流路弁２５、配管ｂ２，ａ１を介して系外と連通する（つまり、大気開放系になる）。
そうすると、オフガス再循環処理が終了した後も、前記流路を介して空気が流入するため、第１圧力センサＰＣの検出値は、大気圧に略等しくなる。
【００８１】
図１０は、循環流路弁が正常である場合、及び、開故障している場合のカソード圧力の時間的変化を示すグラフである。循環流路弁２５が正常である場合、ソーク時において入口封止弁２３、出口封止弁２４、及び循環流路弁２５が完全に閉弁される。したがって、封止されたカソード流路１１に存在する酸素は、アノード側からの水素と反応して減少するため、カソード圧力はソーク時間の経過に伴って低下する。
一方、循環流路弁２５が開故障である場合、前記したように、カソード流路１１は大気開放系になるため、カソード圧力は大気圧Ｐａｔｍに略等しくなる。
【００８２】
したがって、循環流路弁２５が開故障であった場合にカソード圧力が（大気圧Ｐａｔｍ＋ΔＰα）＝ＰＧ（図１０参照）よりも高くなるタイミングでステップＳ１１２の判定を行うことが好ましい。つまり、前記所定時間ΔｔＡ（ステップＳ１１１）の値を、図１０に示すようにソーク時間０〜ｔＦの間で設定することが好ましい。
再び、図６に戻って説明を続ける。ステップＳ１１２においてカソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ＋所定値ΔＰα）未満である場合（Ｓ１１２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１３に進む。一方、カソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ−所定値ΔＰα）以上である場合（Ｓ１１２→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１３においてＥＣＵ５１は、循環流路弁２５が開故障である旨をユーザに報知する。なお、当該報知は、例えば故障ランプや音声などにより行う。
【００８３】
ステップＳ１１４においてＥＣＵ５１は、循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＢ（第２所定時間）が経過したか否か判定する。なお、所定時間ΔｔＢは、ステップＳ１１０の所定時間ΔｔＡよりも長い時間であり、予め設定されている。
循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＢが経過した場合（Ｓ１１４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１５に進む。一方、循環流路弁２５に閉弁指令を出力してから所定時間ΔｔＢが経過していない場合（Ｓ１１４→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１はステップＳ１１４の処理を繰り返す。
【００８４】
次に、ステップＳ１１５においてＥＣＵ５１は、カソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ−所定値ΔＰβ：第２所定値）よりも高いか否かを判定する。なお、所定値ΔＰβ（≧０）は予め設定された値であり、記憶手段（図示せず）に格納されている。
なお、循環流路弁２５が開故障であった場合にカソード圧力が（大気圧Ｐａｔｍ−ΔＰβ）＝ＰＩ（図１０参照）未満となるタイミングでステップＳ１１５の判定を行うように、ステップＳ１１４の判定を行うことが好ましい。つまり、前記所定時間ΔｔＢ（ステップＳ１１４）の値を、図１０に示すようにソーク時間ｔＩ〜ｔＪの間で設定することが好ましい。
カソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ−所定値ΔＰβ）よりも高い場合（Ｓ１１５→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１の処理はステップＳ１１３に進む。一方、カソード圧力ＰＣが（大気圧Ｐａｔｍ−所定値ΔＰα）以下である場合（Ｓ１１５→Ｎｏ）、ＥＣＵ５１は循環流路弁２５の開故障検知処理を終了する。
【００８５】
＜効果＞
本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、燃料電池システム１では、燃料電池１０の発電電流値、カソード側の酸素濃度の変化、カソード圧力の変化、又はアノード圧力の変化に基づいて循環流路弁２５の故障検知を行う。したがって、循環流路弁２５に故障検知機能（リフトセンサなど）を設ける必要がなく、循環流路弁２５として簡単な構成の汎用バルブを使用できる。したがって、本実施形態によれば、循環流路弁２５にかかるコストを削減できる。
また、本実施形態では、戻り流路（配管ｂ１，ｂ２）を介してカソードオフガスをコンプレッサ２１の上流側に戻す構成となっている。したがって、オフガス再循環処理を行うための追加のポンプを必要しないぶん、コストを削減できる。
【００８６】
また、本実施形態では、カソード圧力、アノード圧力、発電電流値、酸素濃度などのシステム状態量に基づいて循環流路弁２５の故障を検知する。したがって、リフトセンサでは検知できない弁体の故障や、カソードオフガス循環流路の配管系の故障（配管の破損など）も適切に検知できる。
また、低温時に循環流路弁２５の弁体が凍結して動かなくなった（つまり、開弁指令を入力しても閉じたままであったり、閉弁指令を入力しても開いたままであったりする）場合も、前記と同様の方法で適切に検知できる。
【００８７】
また、循環流路弁２５の閉故障検知処理を実行するタイミングと、開故障検知処理を実行するタイミングが異なり、さらに、各故障を判定する際の基準も異なる。したがって、循環流路弁２５の閉故障と開故障とを区別して検知できる。
また、循環流路弁２５の開故障又は閉故障を検知した場合、ＥＣＵ５１は当該故障内容をユーザに報知する。したがって、ユーザは検知結果に応じて適切に対処できる。
【００８８】
また、循環流路弁２５による封止性能が低下した場合、前記した開故障の場合と同様の現象が生じるため、当該封止性能の低下も適切に検知できる。したがって、ソーク中、燃料電池１０のカソード流路１１に酸素が入りやすい状態になっていることを把握できるため、ユーザに対応を促すことによって燃料電池１０の劣化を防止できる。
【００８９】
≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池システム１について前記実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記実施形態では、燃料電池１０の発電電流値、カソード側の酸素濃度の変化、カソード圧力の変化、及びアノード圧力の変化に基づいて循環流路弁２５の故障検知を行う場合について説明したが、これに限らない。
すなわち、図７（ａ）のＳ１０３１（カソード圧力），Ｓ１０３２（発電電流値），Ｓ１０３３（発電電流積算値），図７（ｂ）のＳ１０８１（アノード圧力），及びＳ１０８２（酸素濃度）のうちいずれか一つ又は複数の判定基準を用いて、循環流路弁２５の閉故障を検知してもよい。
【００９０】
また、循環流路弁２５の閉故障の検知を行う際、図８に示すように、発電電流が閾値Ｉ１よりも大きいか否かによって判定する場合について説明したが、これに限らない。例えば、発電電流が閾値ＩＰよりも大きくなる時間（図８（ａ）では時間（ｔＢ−ｔＡ）、図８（ｂ）では時間（ｔＤ−ｔＣ））が、所定時間Δｔγよりも長いか否かによって、循環流路弁２５の閉故障を検知してもよい。
なお、前記した所定時間ｔγは、循環流路弁２５が正常である場合と閉故障である場合とを区別できるように設定する（つまり、ｔＢ−ｔＡ＜Δｔγ＜ｔＤ−ｔＣ）。
【００９１】
また、前記実施形態では、加湿器２２を入口封止弁２３よりも上流側、出口封止弁２４よりも下流側に設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、加湿器２２を入口封止弁２３よりも下流側、出口封止弁２４よりも上流側の位置に設置してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  燃料電池システム
１０  燃料電池
１１  カソード流路
１２  アノード流路
２１  コンプレッサ（カソードガス送出手段）
２３  入口封止弁
２４  出口封止弁（封止弁）
２５  循環流路弁
２６  背圧弁（封止弁）
４１  出力検出器（発電電流検出手段）
５１  ＥＣＵ（制御手段）
ＰＣ  第１圧力センサ（第１圧力検出手段）
ＰＡ  第２圧力センサ（第２圧力検出手段）
Ｄ  酸素濃度計（酸素濃度検出手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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