(57)【要約】【課題】  冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池１０と、燃料電池１０に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、抵抗計の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０、イオン交換樹脂フィルタ４０、並びに、燃料電池１０およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、抵抗計は、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定する。【選択図】    図１
2006331808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、
前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、
前記抵抗計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷却系は、ラジエータ、冷却水ポンプ、イオン交換樹脂フィルタ、並びに、前記燃料電池およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、前記燃料電池の冷却液出入口近傍の配管においてシャシグラウンドがとられ、
前記抵抗計は、前記ラジエータ、前記冷却水ポンプまたは前記配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定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】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値を測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該抵抗計の測定箇所に欠陥が起きたと判断することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、該抵抗計の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記管理手段は、複数個の抵抗計の測定結果に基づき、該抵抗計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、一の抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、前記一の抵抗計の故障であると判断することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記抵抗計は、一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段を介して複数の測定箇所と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、前記複数の配線のスイッチング手段のオン／オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、
前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計と、
前記電位計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
前記冷却系は、ラジエータ、冷却水ポンプ、イオン交換樹脂フィルタ、並びに、前記燃料電池およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、
前記電位計は、前記ラジエータ、前記冷却水ポンプまたは前記配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計の測定箇所に欠陥が起きたと判断することを特徴とする請求項９または請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断することを特徴とする請求項９または請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記管理手段は、少なくとも３個以上の電位計の測定結果に基づき、該電位計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定することを特徴とする請求項９〜請求項１２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記管理手段は、前記燃料電池の所望の出力を得るために供給する前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく全ての電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、前記燃料電池の劣化による出力低下が起きていると判断することを特徴とする請求項９〜請求項１３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断することを特徴とする請求項９〜請求項１３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく１個の電位差のみが測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、前記１個の電位差を導く電位計の故障であると判断することを特徴とする請求項９〜請求項１５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記電位計は、一方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段を介して複数の測定箇所と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、前記複数の配線のスイッチング手段のオン／オフ制御により複数箇所の電位を測定することを特徴とする請求項９〜請求項１６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記管理手段において前記冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたとき、運転者にその旨を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項１７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに係り、特に、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいて、固体高分子タイプの燃料電池は、適正な作動温度が８０℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要で、例えば冷却液ポンプを用いて冷却液を燃料電池とラジエータに循環させる液冷式の冷却系を備えている。
【０００５】
この冷却系が故障すると燃料電池を適正な作動温度に維持できなくなり、燃料電池を良好な発電状態に維持できなくなることから、冷却系に故障が生じた場合にはこれを早期に検出し適切な措置を施す必要がある。例えば、特開２００３−４５４５８号公報の「燃料電池冷スタックのための電気絶縁システムおよび燃料電池スタックを作動させる方法」では、燃料電池とシャシグラウンド間の抵抗値と電位差の関係を用いて、変化が起きた場合には欠陥が起きたと判断し、警報装置を発動させたり、燃料電池スタックを停止させたりしている。
【特許文献１】特開２００３−４５４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、冷却系の欠陥を検出するために、燃料電池とシャシグラウンド間の抵抗値と電位差の関係を用い、変化が起きた場合に欠陥が生じたと判断しており、どの箇所で、或いはどのような要因で欠陥が生じたか不明であり、欠陥が生じた要因および箇所を限定することが難しいことから、燃料電池システムのメンテナンスおよび修理に工数がかかってしまうという事情があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、前記抵抗計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムでは、冷却水系の系路内に設置された抵抗計で各部品の抵抗値を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の燃料電池システムの実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。なお、同図では、燃料電池１０に冷却液を循環供給して燃料電池１０を冷却する冷却系のみを示し、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系（水素タンク、圧力制御弁、水素供給流路、エゼクタ、水素循環流路、水素排気流路およびパージ弁等を含む）、並びに、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系（コンプレッサ、空気供給流路、フィルタ、空気排気流路および圧力制御弁等を含む）については、本発明と直接的に関係しないことから、図示および詳細な説明を省略する。
【００１２】
図１において、本実施例の燃料電池システムは、燃料電池１０、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０、イオン交換樹脂フィルタ４０、シャシー５０およびアース線６０を備えて構成されている。
【００１３】
燃料電池１０は、燃料ガスである水素が供給される燃料極（アノード）と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極（カソード）とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池１０の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００１４】
燃料電池１０の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００１５】
例えば、燃料電池１０が固体高分子電解質型の場合、燃料電池１０の適正な作動温度が８０℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要となる。そこで、冷却系は、冷媒を循環させる冷却液循環流路配管および冷却液ポンプ３０を有し、例えば水にエチレングリコール等の凍結防止剤を混入した冷却液を循環させて燃料電池１０を冷却し、これを最適な温度に維持する。
【００１６】
冷却系の冷却液循環流路中には、ラジエータ２０が設けられている。ラジエータ２０は、制御部（図示せず）によって動作制御されるラジエータファン（図示せず）により、ラジエータ出口温度が所望の温度になるように冷却液を温度調整する。また、冷却系は、燃料電池の冷却液出入口近傍の配管について、シャシー５０にアース線６０でグラウンドされており、漏電が起きた場合でもシャシー５０にアースされるようになっている。
【００１７】
本実施例の燃料電池システムは、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、冷却系内の導電率を管理する管理手段とを備えて、管理手段により抵抗計の測定結果に基づき冷却系における欠陥の要因または箇所を特定するものである。
【００１８】
管理手段は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成される制御部内で実行されるプログラムの機能的なまとまりとして実現される。
【００１９】
また、抵抗計は、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定するように設置されるが、ここでは、抵抗測定の対象部品がゴムホースの場合を例示して、本実施例の燃料電池システムにおける冷却系の欠陥検出方法について説明する。
【００２０】
図２は、対象部品がゴムホースの場合の抵抗計を用いた測定系の構成図である。同図において、バルジ７０−１，７０−２に対象部品であるゴムホース８０が接続され、該ゴムホース８０の内部を冷却水が通水する。また、ゴムホース８０の内部冷却水を含めた抵抗値を測定するべく、両端のバルジ７０―１，７０−２には抵抗計９０が取り付けられ、抵抗計９０の測定結果が管理手段内の抵抗参照部１００で参照される構成である。
【００２１】
管理手段の抵抗参照部１００では、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値を測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、抵抗計９０の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定する。
【００２２】
次に、欠陥が起きたと判断したときの欠陥箇所および欠陥要因の特定方法について、図を参照しながら説明する。
【００２３】
（１）まず、冷却液の誤注入または冷却液の劣化の特定について、図３を参照して説明する。図３は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【００２４】
例えば、冷却水として一般的なガソリンエンジン車に用いられるＬＬＣ（Long Life Coolant；ロングライフクーラント）を用いると、ＬＬＣには防錆剤、酸化劣化防止剤等イオン化する薬品が混入されており、導電率が高い状態にある。またエチレングリコールと純水を混合した冷却水を用いたとしても、劣化によりイオンが発生して導電率が上昇する。導電率が高いということは、燃料電池１０からの漏電が起きる可能性があり、その場合、出力効率の低下や安全上の問題がある。加えて、イオン交換樹脂フィルタ４０でイオンを除去するので、フィルタ寿命を短命化することになってしまう。特に、誤注入などでイオン交換樹脂フィルタ４０の寿命を短くするのは避けたい。そこで冷却系内に設置された抵抗計９０で監視することにより、上記不具合を回避することができる。
【００２５】
本実施例では、まず抵抗計９０により抵抗値を測定する。次に抵抗参照部１００で、同一出力時に想定される抵抗値と比較し、抵抗計９０による測定値が低い場合には、図３に示すように、導電率が上昇していると判断する。
【００２６】
すなわち、抵抗値をＲ（Ω）、導電率をＳ（μＳ／ｃｍ）とするとき、抵抗値Ｒは導電率Ｓと逆比例の関係（Ｒ＝１／Ｓ）を持って、図３の如く示される。本実施例では、この関係を用いて、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断する。
【００２７】
（２）次に、系路の閉塞・縮小等の特定について、図４を参照して説明する。図４は、系路が閉塞・縮小したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【００２８】
本実施例では、まず抵抗計９０により抵抗値を測定する。次に抵抗参照部１００で、同一出力時に想定される抵抗値と比較し、抵抗計９０による測定値が高い場合には、測定箇所の系路断面積が減少して系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
【００２９】
すなわち、抵抗値をＲ（Ω）、系路断面積をＡ（ｍｍ２）、初期抵抗をＲ０（Ω）とするとき、抵抗値Ｒは系路断面積Ａと逆比例の関係（Ｒ＝１／Ａ×Ｒ０）を持って、図４の如く示される。本実施例では、この関係を用いて、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、抵抗計９０の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
【００３０】
（３）次に、設置された抵抗計９０の故障の判断について、図５を参照して説明する。図５は、複数個の抵抗計の内１個の抵抗計が故障したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【００３１】
冷却系における欠陥箇所を高い精度で特定するためには、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある各部品に抵抗計９０を設置する構成が望ましい。このように複数個の抵抗計９０の測定結果に基づき、冷却系における欠陥の要因または箇所する場合には、抵抗計９０の故障をも検出することが可能である。
【００３２】
例えば、図５に示すように、複数個の抵抗計Ａ，Ｂ，Ｃの内の１個の抵抗計Ｂだけが、同一出力時に想定される抵抗値よりも低い測定値を示す場合には、抵抗計Ｂの故障であると判断することができる。なお、同一出力時に想定される抵抗値よりも低い測定値を示す場合としては、冷却水の誤注入、劣化も考えられるが、この場合には、複数個の抵抗計Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの測定値が下がるため、計器故障とは区別することができるのである。
【００３３】
すなわち、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０（Ａ，Ｂ，Ｃ）の想定値を設定し、一の抵抗計（Ｂ）の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計（Ａ，Ｃ）の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、一の抵抗計（Ｂ）の故障であると判断し、全体的に抵抗計９０（Ａ，Ｂ，Ｃ）の測定値が低い場合には冷却水の誤注入または劣化と判断する。
【００３４】
なお、上記（３）の説明においては、冷却系における欠陥箇所の特定の精度を上げるために、複数個の抵抗計を設置する構成としたが、図６に示すように、抵抗計９０の一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段（例えばリレースイッチ）９１−１〜９１−４を介して複数の測定箇所７１−１〜７１−４と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段９１−１〜９１−４のオン／オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定する構成としても良い。このように、測定箇所をリレースイッチで切り替えることで、1つの抵抗計９０で各箇所の抵抗値を測定することができる。
【００３５】
なお、以上の（１）〜（３）により欠陥箇所および欠陥要因の特定がなされた時には、報知手段を介して運転者にその旨が報知される。報知手段としては、例えば、制御部からの点灯要求に従って運転者にシステムの異常を知らせる警告ランプや、警告メッセージを表示出力する表示パネルなどが考えられるが、表示パネル上の特定マークや特定語を識別表示したり、或いは、その旨の警告音声メッセージを出力したりする構成としても良い。これらに警告メッセージに応じて、それぞれ適切な対応(冷却液交換、ホース交換等)が行われる。
【００３６】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池１０と、燃料電池１０に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計９０と、抵抗計９０の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０、イオン交換樹脂フィルタ４０、並びに、燃料電池１０およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、燃料電池１０の冷却液出入口近傍の配管においてシャシグラウンドがとられ、抵抗計９０は、ラジエータ２０、冷却水ポンプ３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定する。このように、冷却水系の系路内に設置された抵抗計で各部品の抵抗値を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、また、欠陥が起きる可能性のより高い箇所の抵抗値を監視しているので、系路内の変化を確実に且つ最小限の監視箇所で把握することができる。
【００３７】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値を測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、抵抗計９０の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定するので、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
【００３８】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断するので、別に導電率センサ等を設置すること無く、欠陥が生じた要因を特定することができる。
【００３９】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部１００において、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０の想定値を設定し、抵抗計９０の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、抵抗計９０の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断するので、欠陥が生じた箇所、要因を特定でき、過大な工数をかけずに欠陥箇所の修理、メンテナンスを行うことができる。
【００４０】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部１００において、複数個の抵抗計の測定結果に基づき、該抵抗計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する。具体的には、燃料電池１０の出力に応じた抵抗計９０（Ａ，Ｂ，Ｃ）の想定値を設定し、一の抵抗計（Ｂ）の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計（Ａ，Ｃ）の測定値が測定時の燃料電池１０の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、一の抵抗計（Ｂ）の故障であると判断するので、計器故障を含めた欠陥の箇所、要因を特定することができる。
【００４１】
また、本実施例の燃料電池システムでは、抵抗計９０の一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段（例えばリレースイッチ）９１−１〜９１−４を介して複数の測定箇所７１−１〜７１−４と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段９１−１〜９１−４のオン／オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定するので、最小限の計器個数で測定系を構成でき、コスト低減を図ることができる。
【００４２】
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段において冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたときには、報知手段を介して運転者にその旨を報知するので、該警告に応じて適切な対応を行うことができ、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、図７は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。なお、同図では、燃料電池１１０に冷却液を循環供給して燃料電池１１０を冷却する冷却系のみを示し、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系、並びに、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系については、本発明と直接的に関係しないことから、図示および詳細な説明を省略する。
【００４４】
図７において、本実施例の燃料電池システムは、燃料電池１１０、ラジエータ１２０、冷却水ポンプ１３０およびイオン交換樹脂フィルタ１４０を備えて構成されている。各構成要素の機能および作用については実施例１と同様である。
【００４５】
本実施例の燃料電池システムは、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計と、冷却系内の導電率を管理する管理手段とを備えて、管理手段により電位計の測定結果に基づき冷却系における欠陥の要因または箇所を特定するものである。
【００４６】
管理手段は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成される制御部内で実行されるプログラムの機能的なまとまりとして実現される。
【００４７】
また、電位計は、ラジエータ１２０、冷却水ポンプ１３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定するように設置されるが、ここでは、電位測定の対象部品がゴムホースの場合を例示して、本実施例の燃料電池システムにおける冷却系の欠陥検出方法について説明する。
【００４８】
図８は、対象部品がゴムホースの場合の電位計を用いた測定系の構成図である。同図において、バルジ１７０−１，１７０−２に対象部品であるゴムホース１８０が接続され、該ゴムホース１８０の内部を冷却水が通水する。また、ゴムホース１８０前後の電位を測定するべく、両端のバルジ１７０―１，１７０−２にはシャシー１９０との間に電位計２００−１，２００−２が取り付けられ、これら電位計２００−１，２００−２の測定結果が管理手段内の電位参照部２１０で参照され、部品前後の電位差が算出される構成である。
【００４９】
管理手段の電位参照部２１０では、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計２００−１，２００−２の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計２００−１，２００−２の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定する。
【００５０】
次に、欠陥が起きたと判断したときの欠陥箇所および欠陥要因の特定方法について、図を参照しながら説明する。
【００５１】
（１）まず、冷却液の誤注入または冷却液の劣化の特定について、図９を参照して説明する。図９は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【００５２】
本実施例では、図９に示す関係を用いて、管理手段の抵抗参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計２００−１，２００−２の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断する。
【００５３】
（２）次に、冷却系内の部品に不具合が生じて系路が閉塞・縮小したときと、燃料電池１１０が劣化したときの特定について、図１０を参照して説明する。図１０は、系路が閉塞・縮小したとき、並びに、燃料電池１１０が劣化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【００５４】
系路に閉塞・縮小が起きた場合には、その発生箇所から系路下流にある箇所の測定に基づく電位差は、同一出力時に想定される電位差よりも低い値になる。例えば図１０では、測定箇所Ｂで閉塞・縮小が発生し、該測定箇所の電位差が低く（Ｂ’）なると共に、その系路下流にある測定箇所Ｃでも電位差が低く（Ｃ’）なっている。これに対して、燃料電池１１０の劣化が起きた場合には、想定される出力での電位差と比較して、測定した電位差は全体的に低くなる。例えば図１０では、全ての測定箇所Ａ，Ｂ，Ｃで電位差が低く（Ａ”，Ｂ”，Ｃ”）なっている。
【００５５】
つまり、本実施例では、管理手段の抵抗参照部２１０において、燃料電池１１０の所望の出力を得るために供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく複数の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、燃料電池１１０の劣化による出力低下が起きていると判断する。
【００５６】
また、管理手段の抵抗参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
【００５７】
（３）次に、冷却系内の部品に不具合が生じて冷却液の誤注入または冷却液の劣化が起きたときと、設置された電位計２００−１，２００−２の故障の判断について、図１１を参照して説明する。図１１は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化が起きたとき、並びに、複数個の電位計の内１個の電位計が故障したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【００５８】
実施例１の（３）と同様に、冷却系における欠陥箇所を高い精度で特定するためには、ラジエータ１２０、冷却水ポンプ１３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある各部品に電位計２００−１，２００−２を設置する構成が望ましい。このように複数個の電位計２００−１，２００−２の測定結果に基づき、冷却系における欠陥の要因または箇所する場合には、電位計２００−１，２００−２の故障をも検出することが可能である。
【００５９】
例えば、図１１に示すように、複数個の電位計の測定に基づく電位差の内の１個の電位差Ｂだけが、同一出力時に想定される電位差よりも高い測定値（Ｂ’）を示す場合には、電位差Ｂを導く電位計の故障であると判断することができる。なお、同一出力時に想定される電位差よりも高い測定値を示す場合としては、冷却水の誤注入、劣化も考えられるが、この場合には、複数個の電位計に基づく電位差Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの測定値が上がる（Ａ”，Ｂ”，Ｃ”）ため、計器故障とは区別することができるのである。
【００６０】
すなわち、管理手段の電位参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値（Ａ，Ｂ，Ｃ）を設定し、電位計の測定に基づく１個の電位差（Ｂ’）のみが測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、該１個の電位差を導く電位計の故障であると判断し、電位計の測定に基づく電位差が全体的に高い場合には冷却水の誤注入または劣化と判断する。
【００６１】
なお、上記（３）の説明においては、冷却系における欠陥箇所の特定の精度を上げるために、複数個の電位計を設置する構成としたが、電位計の一方（測定対象部品に接続する側）の入力端子に、それぞれがスイッチング手段（例えばリレースイッチ）を介して複数の測定箇所と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段のオン／オフ制御により複数箇所の電位を測定する構成としても良い。このように、測定箇所をリレースイッチで切り替えることで、２つの電位計２００−１，２００−２で各箇所の電位を測定することができる。
【００６２】
なお、以上の（１）〜（３）により欠陥箇所および欠陥要因の特定がなされた時には、報知手段を介して運転者にその旨が報知される。報知手段としては、例えば、制御部からの点灯要求に従って運転者にシステムの異常を知らせる警告ランプや、警告メッセージを表示出力する表示パネルなどが考えられるが、表示パネル上の特定マークや特定語を識別表示したり、或いは、その旨の警告音声メッセージを出力したりする構成としても良い。これらに警告メッセージに応じて、それぞれ適切な対応(冷却液交換、ホース交換等)が行われる。
【００６３】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池１１０と、燃料電池１１０に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計２００−１，２００−２と、電位計２００−１，２００−２の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ１２０、冷却水ポンプ１３０、イオン交換樹脂フィルタ１４０、並びに、燃料電池１１０およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、電位計２００−１，２００−２は、ラジエータ１２０、冷却水ポンプ１３０または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定する。このように、冷却水系の系路内に設置された電位計で各部品の電位を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、また、欠陥が起きる可能性のより高い箇所の電位を監視しているので、系路内の変化を確実に且つ最小限の監視箇所で把握することができる。
【００６４】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計２００−１，２００−２の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計２００−１，２００−２の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定するので、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
【００６５】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計２００−１，２００−２の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断するので、別に導電率センサ等を設置すること無く、欠陥が生じた要因を特定することができる。
【００６６】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部２１０において、燃料電池１１０の所望の出力を得るために供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく複数の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、燃料電池１１０の劣化による出力低下が起きていると判断するので、燃料電池１１０の劣化状況をも把握することができる。
【００６７】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断するので、欠陥が生じた箇所、要因を特定でき、過大な工数をかけずに欠陥箇所の修理、メンテナンスを行うことができる。
【００６８】
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部２１０において、燃料電池１１０の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値（Ａ，Ｂ，Ｃ）を設定し、電位計の測定に基づく１個の電位差（Ｂ’）のみが測定時の燃料電池１１０の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の燃料電池１１０の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、該１個の電位差を導く電位計の故障であると判断するので、計器故障を含めた欠陥の箇所、要因を特定することができる。
【００６９】
また、本実施例の燃料電池システムでは、電位計の一方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段（例えばリレースイッチ）を介して複数の測定箇所と電気的に接続／非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段のオン／オフ制御により複数箇所の電位を測定するので、最小限の計器個数で測定系を構成でき、コスト低減を図ることができる。
【００７０】
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段において冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたときには、報知手段を介して運転者にその旨を報知するので、該警告に応じて適切な対応を行うことができ、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】対象部品がゴムホースの場合の抵抗計を用いた測定系の構成図である。
【図３】冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【図４】系路が閉塞・縮小したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【図５】複数個の抵抗計の内１個の抵抗計が故障したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
【図６】複数個の測定箇所を１個の抵抗計で測定する場合の構成図である。
【図７】本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。
【図８】対象部品がゴムホースの場合の電位計を用いた測定系の構成図である。
【図９】冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【図１０】系路が閉塞・縮小したとき、並びに、燃料電池１１０が劣化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【図１１】冷却液の誤注入または冷却液の劣化が起きたとき、並びに、複数個の電位計の内１個の電位計が故障したときの電位差の推移を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１１０    燃料電池
２０，１２０    ラジエータ
３０，１３０    冷却水ポンプ
４０，１４０    イオン交換樹脂フィルタ
５０，１９０    シャシー
６０    アース線
７０―１，７０−２，１７０―１，１７０−２    バルジ
８０，１８０    ゴムホース
９０    抵抗計
１００    抵抗参照部
２００−１，２００−２    電位計
２１０    電位参照部
【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】
2006331808.tif 000009
【図８】
2006331808.tif 000010
【図９】
2006331808.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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