(57)【要約】【課題】  部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】  アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、
前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、
前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記電流値の制限を行えない場合には、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、
前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、
前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第２所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、燃料電池を駆動源とする車両であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、
前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定する工程と、
測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限する工程とを備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、
前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定する工程と、
測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧との差分が第２所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止する工程とを備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを積層したスタックを有する構造の燃料電池を備える燃料電池システムおよびその制御方法に関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の駆動源として燃料電池を備えた燃料電池車両が提案されている。この種の燃料電池として、アノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜を介装した膜電極構造体（ＭＥＡ）を有し、その両側をセパレータで挟持してなるセルを備え、さらに、該セルを所定数積層されたスタックを有するものが知られている。そして、アノードに水素（燃料ガス）を、カソードに空気（酸化剤ガス）をそれぞれ導入することで、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。また、この発電に伴って水が生成される（生成水、と称す）。
【０００３】
この種の燃料電池において、例えば低温環境下で発電をする場合に、ＭＥＡの反応面付近が生成水およびこれが凍結して生じた氷により覆われていると、反応面に反応ガスが十分に行き渡らずセル電圧が低下する虞がある。また、ＭＥＡが過度に乾燥している場合にも、発電が十分に行えずセル電圧が低下し得る。
そして、セル電圧が低下すると、ＭＥＡの固体高分子電解質膜におけるアノード側で生成したプロトン（Ｈ＋）の導電率が低下するため、アノード側からカソード側へのプロトンの移動による発熱が過大になる。その結果、燃料電池が高温になり、燃料電池を構成する各パーツ（電解質膜、触媒層、セパレータ）の劣化が起こってしまう。
【０００４】
このような事態の防止を図る技術として、例えば、特許文献１には、セル電圧の低下を検出し、所定値以下になったときに、システムを停止する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３１３３９６号公報（段落番号００３８、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池を構成する一部のセルで、上述のプロトン（Ｈ＋）の導電率が低下すると（このセルを適宜「発電不良セル」と呼ぶ）、その部分に他のセルで発電したときの起電力がかかってしまう。例えると、電池を直列で接続している状態で、特定電池の1つが電力を供与せず、抵抗として振舞うと他の電池の起電力が、抵抗となる部分にかかってしまう事態に相当する。これにより、抵抗となる発電不良セルでの電圧の低下が大きくなり、通常運転時よりも極度に低下して０Ｖを大きく下回ってしまうことがある。
【０００６】
この状態においては、前記発電不良セルには、発電による発熱以外に、他のセルの起電力がかかることによる発熱も生じるため、これらの熱により前記発電不良セルの性能が低下してしまう。したがって、かかる事態を防止するために、各セルの電圧を正常時のみならず発電不良時においても検出することが非常に重要である。
【０００７】
しかしながら、上述のセル電圧の低下を検出するためには、０Ｖ以下の範囲についても幅広く検出するセンサが必要であるが、センサの検出精度と検出範囲とは略反比例の関係にあるのが現状である。その結果、かかる検出範囲の広いセンサを用いて制御を行うと正常時のセル電圧範囲の検出精度が低下してしまうという問題がある。また、正常時のセル電圧を検出するセンサとは別に、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置すると、システム全体が複雑化して、部品点数やコスト、消費電力の増大を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
従って、本発明は、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、アノードガス（例えば、実施の形態における水素）とカソードガス（例えば、実施の形態におけるエア）とから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段（例えば、実施の形態におけるセル電圧センサ２５）と、前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段（例えば、実施の形態におけるスタック電圧センサ２３）と、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第１所定値（例えば、実施の形態における所定値ΔＶ１）よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限する（例えば、実施の形態におけるステップＳ１６、ステップＳ１８の処理）ことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出する前記セル電圧検出手段を用いることで、前記セル電圧検出手段の検出可能範囲を前記各セルまたは複数のセルの正常時の電圧範囲に留めることができるので、前記セル電圧検出手段の検出精度を正常な発電時においても、十分な精度に維持することができる。また、前記スタック電圧検出手段についても、前記スタック電圧の検出に必要十分な精度のものを用いることができる。
【００１１】
そして、スタックを構成する一部のセルにおいて、プロトン（Ｈ＋）の導電率が低下するとともに、他のセルからの起電力がかかって、電圧が通常運転時よりも極度に低下したときには（即ち「発電不良セル（例えば、実施の形態における発電不良セル３’）」となったときには）、この発電不良セルの電圧は前記セル電圧検出手段で検出可能な電圧以下の電圧となる。このため、前記発電不良セルの測定値は前記一定値となる。一方、前記スタック電圧検出手段により測定されるスタック電圧には、前記発電不良セルにより極度に低下した電圧が反映されている。従って、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときには、前記発電不良セルが発生していると判定できるとともに、前記セル検出手段で前記一定値を検出したセルまたはセル群（複数のセル）を発電不良セルまたは発電不良セル群として特定することができる。さらに、前記燃料電池に流す電流を制限することで、前記発電不良セルでの過度な発熱の発生を抑えることができ、これにより、燃料電池を構成する各パーツの劣化を防止することができるとともにシステムの作動を継続することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。ここで、第１所定値は、燃料電池の劣化を防ぎ得る値である。すなわち、前記セル電圧の合計と前記スタック電圧との差分が第１所定値以内であれば、発電を許容しうる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記電流値の制限を行えない場合には、前記燃料電池の発電を停止する（例えば、実施の形態におけるステップＳ１６、ステップＳ２０の処理）ことを特徴とする。
この発明によれば、前記発電不良セルの発生を検出したときに前記電流値の制限を行えない場合であっても、前記燃料電池の発電を停止することで、前記発電不良セルの発熱および他のセルの起電力がかかることによる発熱を無くすことができるため、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第２所定値（例えば、実施の形態における所定値ΔＶ２）よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記セル電圧検出手段の検出精度を正常な発電時に十分な精度に維持することができる。また、前記スタック電圧検出手段についても、前記スタック電圧の検出に必要十分な精度のものを用いることができる。
そして、スタックを構成する一部のセルにおいて、プロトン（Ｈ＋）の導電率が低下するとともに、他のセルからの起電力がかかり、電圧が通常運転時よりも極度に低下したときには（即ち「発電不良セル」となったときには）、この発電不良セルの電圧は前記セル電圧検出手段で検出可能な電圧以下の電圧となる。このため、前記発電不良セルの測定値は前記一定値となる。一方、前記スタック電圧検出手段により測定されるスタック電圧には、前記発電不良セルにより極度に低下した電圧が反映されている。従って、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第２所定値よりも大きくなったときには、前記発電不良セルが発生していると判定できるとともに、前記セル検出手段で前記一定値を検出したセルまたはセル群（複数のセル）を発電不良セルまたは発電不良セル群と判定することができる。さらに、前記燃料電池の発電を停止することで、前記発電不良セルの発熱および他のセルの起電力がかかることによる発熱を直ちに無くすことができるため、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
ここで、第２所定値は、燃料電池の劣化を防ぎ得る値である。すなわち、前記セル電圧の合計と前記スタック電圧との差分が第２所定値以内であれば、発電を許容しうる。そして、発電を可能な限り継続させる意味で、第２所定値は第１所定値と同等か若干大きい値に設定することが好ましい。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記燃料電池システムは、燃料電池を駆動源とする車両であることを特徴とする。
この発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムを車両に適用することにより、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、必要となるスペースの増大を抑えることができ、コストや消費電力を抑制できるので、燃費増大を防ぐことができる。そして、セルの発電状態を適切に把握することができる。これにより、気温、湿度あるいは要求発電量の単位時間あたりの変動がより大きい車両の運転性能に対する信頼性を向上することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定する工程と、測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、スタック電圧との差分が第１所定値よりも大きくなったときには、スタックを構成する一部のセルにおいて、発電不良セルが発生していると判定できる。さらに、前記燃料電池に流す電流を制限することで、前記発電不良セルでの過度な発熱の発生を抑えることができ、これにより、燃料電池を構成する各パーツの劣化を防止することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、前記セルを構成するスタックの両端の電圧を測定する工程と、測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧との差分が第２所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧との差分が第２所定値よりも大きくなったときには、スタックを構成する一部のセルにおいて、発電不良セルが発生していると判定できる。さらに、前記燃料電池の発電を停止することで、前記発電不良セルの発熱および他のセルの起電力がかかることによる発熱を無くすことができるため、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、前記セル電圧検出手段や前記スタック電圧検出手段の検出精度を正常な発電時に十分な精度に維持することができる。そして、前記発電不良セルまたは発電不良セル群の発生を検出できるとともに、どのセルまたはセル群が前記発電不良セルまたは発電不良セル群なのかを特定することができる。また、燃料電池を構成する各パーツの劣化を防止することができるとともにシステムの作動を継続することができる。また、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
請求項２に係る発明によれば、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、前記セル電圧検出手段や前記スタック電圧検出手段の検出精度を正常な発電時に十分な精度に維持することができる。そして、前記発電不良セルまたは発電不良セル群の発生を検出できるとともに、どのセルまたはセル群が前記発電不良セルまたは発電不良セル群なのかを特定することができる。また、燃料電池を構成する各パーツの劣化を迅速に防止することができる。また、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、必要となるスペースの増大を抑えることができ、コストや消費電力を抑制できるので、燃費増大を防ぐことができる。そして、セルの発電状態を適切に把握することができるので、走行性能に対する信頼性を向上することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、燃料電池を構成する各パーツの劣化を防止することができるとともにシステムの作動を継続することができる。また、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、燃料電池を構成する各パーツの劣化を迅速に防止することができる。また、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施の形態における燃料電池システムおよびその制御方法を図面と共に説明する。本実施の形態では、燃料電池を車両に搭載した場合の燃料電池システムについて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。同図に示す燃料電池２は、複数のセル３…３を積層してなるスタック４を、一対のターミナルプレート５、５で挟持してなる構成を備えている。各セル３は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成される膜電極構造体（ＭＥＡ）を備え、この膜電極構造体を両側からセパレータで挟持してなる構成を備えている。各セルのアノードに燃料として水素を供給するとともに、カソードに酸化剤として酸素を含むエアを供給すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
なお、発電の際にはカソード側で水が生成されるとともに、カソード側で生じた生成水の一部が電解質膜を介してアノード側に逆拡散するためアノード側にも生成水が存在する。
【００２６】
水素タンク６から供給される水素は、遮断弁７やレギュレータ（図示せず）を介し、水素供給流路８を通って燃料電池２のアノードに供給される。
また、水素オフガス排出流路１１は希釈ボックス（図示せず）に接続され、利用済の水素オフガスを水素オフガス排出流路１１から希釈ボックスに排出する。
【００２７】
一方、エアはコンプレッサ１３によりエア供給流路１４に圧送され、燃料電池２のカソードに供給される。燃料電池２のカソードに供給されたエアは発電に供された後、燃料電池２からカソード側の生成水等の残留水と共にオフガスとしてエアオフガス排出流路１５に排出される。
【００２８】
エアオフガス排出流路１５は上述の希釈ボックス（図示せず）に接続され、エアオフガス排出流路１５から排出されるエアオフガスは希釈ボックス内で水素オフガスと混合される。これにより、水素オフガス排出流路１１から排出された水素オフガスは、希釈ボックスにより所定濃度以下に希釈される。
【００２９】
さらに、燃料電池２は、冷却水を循環させる循環ポンプを備えた冷却水流路（図示せず）などを備えている。燃料電池２の作動時に冷却水を循環させることにより、燃料電池２は電気化学反応に適した温度（例えば８０°Ｃ）に制御される。
また、燃料電池２は車両駆動用モータなどの負荷１６に電線１７を介して接続され、燃料電池２の発電で得られた電力を電線１７を介して負荷１６に供給する。
【００３０】
また、本実施の形態においては、燃料電池２の電流Ｉを測定するために、負荷１６に接続された電線１７に電流センサ２２を設けている。さらに、燃料電池スタック４の電圧Ｖｓを測定するスタック電圧センサ２３や、各セル３…３の電圧Ｖｃｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎはセルの個数）を検出するためのセル電圧センサ２５…２５も設けられている。
【００３１】
燃料電池システム１には、該システム１の制御を行うためのコントロールユニット（制御部）２４が設けられている。この制御部２４には、イグニッションスイッチ（ＩＧ  ＳＷ）が接続されている。制御部２４には、イグニッションスイッチからのイグニッションＯＮ、ＯＦＦ（ＩＧ−ＯＮ、ＩＧ−ＯＦＦ）の信号や、スタック電圧センサ２３、セル電圧センサ２５…２５からの検出値が入力される。そして、制御部２４は、これらの入力された検出値や信号に基づいて、遮断弁７、コンプレッサ１３、水素パージ弁１２を駆動させる信号を出力するようになっている。
【００３２】
そして、各セル電圧センサ２５…２５は、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合に一定値（例えば０［Ｖ］）を測定値として検出するものであり、これによりセル３…３の正常発電時（例えば０〜１．３［Ｖ］）に必要となる検出精度を確保している（図４参照）。また、スタック電圧センサ２３についても、前記スタック４の電圧Ｖｓの検出に必要十分な精度のものを用いている。
【００３３】
図２は燃料電池システムのセル電圧判定の処理内容を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０で、スタック電圧センサ２３によりスタック電圧Ａ（＝Ｖｓ）の検出を行う。次に、ステップＳ１２で、各セル電圧センサ２５…２５により各セル電圧（Ｖｃｉ）を検出し、これらの合計値Ｂ（＝ΣＶｃｉ）を算出する。ついで、ステップＳ１４で、セル電圧の合計値Ｂとスタック電圧の検出値Ａとの差分をとり、この差分が所定値ΔＶ１以上であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１６に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ１０の処理に戻る。
【００３４】
この判定処理の意味について図３を用いて説明する。同図（ａ）は正常に発電をしている状態であり、同図（ｂ）は不良セルが発生している状態を示す説明図である。まず、同図（ａ）に示すように、各セル３…３が正常に発電している場合には、セル電圧センサ２５…２５により各セル３…３の電圧を精度よく検出できるので、検出値は実際の電圧と同等となる。また、スタック電圧センサ２３により検出した電圧には、各セル３…３での発電電圧の合計値が反映されている。従って、各セル３…３が正常に発電している場合には、セル電圧センサ２５…２５で検出した各セル３…３の電圧の合計値ΣＶｃｉと、スタック電圧センサ２３で検出したスタック電圧Ｖｓとの差は所定値ΔＶ１内となる。
【００３５】
そして、同図（ｂ）に示すように、スタック４を構成する一部のセルでのプロトン（Ｈ＋）の導電率が低下し、他のセル３からの起電力がかかり通常運転時よりも極度に低下したときには（すなわち発電不良セル３’となったときには）、この発電不良セル３’の発電電圧は前記セル電圧センサ２５で検出可能な電圧（０［Ｖ］）以下の電圧となる。このため、セル電圧センサ２５での発電不良セル３’の測定値は一定値（０［Ｖ］）となる。
【００３６】
一方、前記スタック電圧センサ２３により測定されるスタック電圧Ｖｓには、前記発電不良セル３’により極度に低下した電圧（−１５［Ｖ］）が反映されている。従って、前記セル電圧センサ２５で検出した各セル３（発電不良セル３’の電圧も含む）の電圧の合計値ΣＶｃｉ（＝Ｂ）と、前記スタック電圧センサ２３で検出したスタック電圧Ｖｓ（＝Ａ）との差分が所定値ΔＶ１よりも大きくなったときには、前記発電不良セル３’が発生していると判定できるとともに、前記セル電圧センサ２５で前記一定値を検出したセル３’を発電不良セルとして特定することができる。ここで、所定値ΔＶ１は、燃料電池２の劣化を防ぎ得る値である。すなわち、前記セル電圧の合計ΣＶｃｉと前記スタック電圧Ｖｓとの差分が所定値ΔＶ１以内であれば、発電を許容しうる。
【００３７】
ステップＳ１６では、負荷１６へ流す電流Ｉの制限が可能か否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１８に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ２０に進む。ステップＳ１８では、負荷１６へ流す電流Ｉを制限して、ステップＳ１０の処理に戻る。この電流Ｉの制限としては、電流Ｉの値自体を減少させてもよいし、電流Ｉを流す時間を制限してもよい。この処理を行うことで、発電不良セル３’自身での発熱を抑えることができるとともに、発電不良セル３’にかかる起電力を減少させることで起電力による発熱を抑えることができ、発電不良セル３’の劣化を抑えつつ発電を継続することができる。
【００３８】
また、ステップＳ２０では、燃料電池システム１を停止する。具体的には、遮断弁７を閉弁して燃料電池２のアノードへの水素供給を遮断するとともに、コンプレッサ１３を停止して燃料電池２のカソードへのエア供給を遮断する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム１は車両であるので、燃料電池システム１の停止は車両の停止を意味するが、他の手段により走行が可能である場合には、ステップＳ２０の処理を燃料電池２の発電を停止する処理に置き換えてもよい。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、セル電圧センサ２５の検出可能範囲を前記各セル３の正常時の電圧範囲に留めることができるので、セル電圧センサ２５の検出精度を正常な発電時に十分な精度に維持することができる。また、スタック電圧センサ２３についても、前記スタック４の電圧Ｖｓの検出に必要十分な精度のものを用いることができる。
【００４０】
さらに、前記燃料電池２に流す電流を制限することで、前記発電不良セル３’での過度な発熱の発生を抑えることができる。これにより、燃料電池２を構成する各パーツの劣化を防止することができるとともに、システム１の作動を継続することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セル３’の検出を行うことができる。ゆえに、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セル３の発電状態を適切に把握することができ、燃料電池２の発電性能を確保することができる。
【００４１】
次に、本発明の燃料電池システムのセル電圧判定について、図２とは別の処理内容を図５を用いて説明する。同図において、図２の処理内容と異なっている点は、ステップＳ１４’に示すように、セル電圧の合計値Ｂとスタック電圧の検出値Ａとの差分が所定値ΔＶ２以上か否かを判定して、判定結果がＹＥＳであればステップＳ２０に進んでシステム１を停止する点である。
【００４２】
このようにすると、発電不良セル３’自身の発熱および他のセル２の起電力がかかることによる発熱を直ちに無くすことができるため、記発電不良セル３’を過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池２の発電性能を確保することができる。ここで、所定値ΔＶ２は、所定値ΔＶ１と同様、燃料電池２の劣化を防ぎ得る値である。そして、発電を可能な限り継続させる意味で、所定値ΔＶ２は所定値ΔＶ１と同等か若干大きい値に設定することが好ましい。
【００４３】
以上、本発明の内容を実施の形態により説明したが、本発明の内容は実施の形態のみに限定されるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態では、燃料電池を車両に搭載した場合について説明したが、車両以外の定置型の燃料電池システムにも適用してもよい。また、実施の形態においては、各セル毎の電圧を検出する場合について説明したが、複数のセルを１つのセル群としてそれぞれのセル群の電圧を検出する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムのセル電圧判定の処理内容を示すフローチャート図である。
【図３】同図（ａ）は正常に発電をしている状態であり、同図（ｂ）は不良セルが発生している状態を示す説明図である。
【図４】セル電圧検知センサとセルの発電状態を示す説明図である。
【図５】図１に示す燃料電池システムのセル電圧判定の他の処理内容を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…燃料電池システム
２…燃料電池
３…セル
４…スタック
２２…電流センサ
２３…スタック電圧センサ（スタック電圧検出手段）
２４…コントロールユニット 
２５…セル電圧センサ（セル電圧検出手段）
【図１】
2006228608.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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