(57)【要約】【課題】インジェクタの故障を検知するためにのみ用いるセンサを別途設けなくても、インジェクタの故障を判定する技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、インジェクタを開閉させることによって生じる水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であるか否かの判定結果を用いて、インジェクタが故障しているか否かを判定する。【選択図】図２
2018147859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへ水素ガスを供給する水素ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックから前記水素ガスを排出する水素ガス排出流路と、
前記水素ガス供給流路と前記水素ガス排出流路とを連通する水素ガス循環流路と、
前記水素ガス循環流路と連通する部分よりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられたインジェクタと、
前記水素ガス循環流路に設けられた水素ポンプと、
前記水素ポンプの消費電力を取得する消費電力取得部と、
少なくとも、前記インジェクタと前記水素ポンプとを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であるか否かの判定結果を用いて、前記インジェクタが故障しているか否かを判定する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の下流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第２の圧力センサと、を備え、
条件１、条件２、及び条件３のうちの２つ以上の条件を満たすとき、前記制御部は、前記インジェクタが故障していると判定し、
前記条件１は、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、
前記条件２は、前記第１の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、
前記条件３は、前記第２の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることである、燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池システムの判定方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへ水素ガスを供給する水素ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックから前記水素ガスを排出する水素ガス排出流路と、
前記水素ガス供給流路と前記水素ガス排出流路とを連通する水素ガス循環流路と、
前記水素ガス循環流路と連通する部分よりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられたインジェクタと、
前記水素ガス循環流路に設けられた水素ポンプと、
前記水素ポンプの消費電力を取得する消費電力取得部と、を備え、
前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であるか否かの判定結果を用いて、前記インジェクタが故障しているか否かを判定する、燃料電池システムの判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムの判定方法であって、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の下流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第２の圧力センサと、を備え、
条件１、条件２、及び条件３のうちの２つ以上の条件を満たすとき、前記インジェクタが故障していると判定し、
前記条件１は、前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、
前記条件２は、前記第１の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、
前記条件３は、前記第２の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることである、燃料電池システムの判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池スタックを備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、カソードの循環ポンプの故障を検知するため、酸素濃度を検出するセンサを設け、このセンサから得られる酸素濃度を用いて循環ポンプの故障を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−００２９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特定の機器の故障を検知するためにのみ用いるセンサを設けることは、燃料電池システムの製造費の増加につながる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックへ水素ガスを供給する水素ガス供給流路と、前記燃料電池スタックから前記水素ガスを排出する水素ガス排出流路と、前記水素ガス供給流路と前記水素ガス排出流路とを連通する水素ガス循環流路と、前記水素ガス循環流路と連通する部分よりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられたインジェクタと、前記水素ガス循環流路に設けられた水素ポンプと、前記水素ポンプの消費電力を取得する消費電力取得部と、少なくとも、前記インジェクタと前記水素ポンプとを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であるか否かの判定結果を用いて、前記インジェクタが故障しているか否かを判定する。この形態の燃料電池システムによれば、インジェクタの故障を検知するためにのみ用いるセンサを別途設けなくても、水素ポンプの消費電力の振れ幅を用いることによりインジェクタの故障を判定できる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムであって、さらに、前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の上流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第１の圧力センサと、前記インジェクタよりも前記水素ガス供給流路の下流側に設けられ、前記水素ガスの圧力を測定する第２の圧力センサと、を備え、条件１、条件２、及び条件３のうちの２つ以上の条件を満たすとき、前記制御部は、前記インジェクタが故障していると判定し、前記条件１は、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる前記水素ポンプの消費電力の振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、前記条件２は、前記第１の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることであり、前記条件３は、前記第２の圧力センサが計測した圧力の振れ幅であって、前記制御部が前記インジェクタを開閉させることによって生じる振れ幅が、予め定められた値以下であることであってもよい。この形態の燃料電池システムによれば、水素ポンプと第１の圧力センサと第２の圧力センサとの少なくとも一つが故障している場合であっても、インジェクタの故障を判定できる。
【０００８】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの判定方法や、燃料電池システムを備える車両などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態である燃料電池システムを示す概略図。
【図２】制御部により実行される判定処理のフローチャート。
【図３】水素ポンプの消費電力の振れ幅と、インジェクタの開閉との関係を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態である燃料電池システムを示す概略図。
【図５】第２実施形態における判定処理のフローチャート。
【図６】インジェクタの開閉と、圧力の振れ幅との関係を示す図。
【図７】各振れ幅，Ｐ１，Ｐ２と判定結果との関係を示す図。
【図８】第３実施形態における判定処理のフローチャート。
【図９】水素ポンプ等が故障判定を行う場合を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．第１実施形態
Ａ１．燃料電池システム
図１は、本発明の第１実施形態である燃料電池システム１０を示す概略図である。燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池車に用いることが可能である。本実施形態において、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）１００と、空気流路６０と、水素ガス流路３０と、インジェクタ５６と、水素ポンプ５０と、気液分離部４０と、パワースイッチ９０と、表示部９５と、制御部８０とを備える。
【００１１】
燃料電池１００は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである酸素との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。酸素は、空気流路６０を通って燃料電池１００のカソード１００ｃに供給され、電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった酸素は、オフガスとして燃料電池１００の外部へ放出される。一方、水素ガスは、水素タンク７０から供給され、水素ガス流路３０を通って燃料電池１００のアノード１００ａに供給され、電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった水素ガスは、オフガスとして燃料電池１００の外部へ排出される。
【００１２】
水素ガス流路３０は、燃料電池１００に対して水素ガスの供給及び排出を行う流路である。水素ガス流路３０は、燃料電池１００へ水素ガスを供給する水素ガス供給流路３２と、燃料電池１００から水素ガスを排出する水素ガス排出流路３４と、水素ガス供給流路３２と水素ガス排出流路３４とを連通する水素ガス循環流路３６と、を備える。
【００１３】
水素ガス供給流路３２は、水素タンク７０に接続されている。水素ガス供給流路３２には、上流から順に、つまり、水素タンク７０から近い順に、開閉弁５２と、レギュレータ５４と、インジェクタ５６とが設けられている。
【００１４】
水素タンク７０は、内部に水素ガスが充填されており、水素ガス供給流路３２を介して燃料電池１００のアノード１００ａに水素ガスを供給する。開閉弁５２は、開閉することにより、水素タンク７０からインジェクタ５６の上流側への水素ガスの流入を制御する。燃料電池１００の停止時には開閉弁５２が閉じられる。レギュレータ５４は、インジェクタ５６の上流側における水素ガスの圧力を調整するための減圧弁である。
【００１５】
インジェクタ５６は、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ５６は、水素ガス循環流路３６と連通する部分よりも水素ガス供給流路３２の上流側に設けられている。インジェクタ５６の駆動周期や開弁時間を制御部８０が制御することにより、燃料電池１００に供給される水素ガスの量が制御される。本実施形態では、インジェクタ５６は、第１のインジェクタ５６ａと、第２のインジェクタ５６ｂと、第３のインジェクタ５６ｃとの３つから形成されているが、インジェクタ５６は、２つ以下でもよく、４つ以上でもよい。
【００１６】
水素ガス排出流路３４は、気液分離部４０に接続されている。水素ガス排出流路３４は、燃料電池１００内において電気化学反応に用いられなかった未反応ガス（水素ガスや窒素ガスなど）を気液分離部４０へ誘導する。
【００１７】
気液分離部４０は、水素ガス循環流路３６と排水配管３８とに接続されている。気液分離部４０は、燃料電池１００のアノード１００ａから排出された気体と液体とを分離する。気液分離部４０は、気体については、水素ガス循環流路３６へと誘導し、液体については排水配管３８へと誘導する。
【００１８】
排水配管３８は、気液分離部４０において分離された水分を燃料電池システム１０の系外へと排出するための配管である。排水配管３８には、排水弁３９が設けられており、排水弁３９が開かれることにより、水分を燃料電池システム１０の外部へ排出する。
【００１９】
水素ガス循環流路３６は、水素ポンプ５０が設けられている。水素ポンプ５０は、気液分離部４０において分離された水素ガスを含む気体を、水素ガス供給流路３２へ送り出す。このように、燃料電池システム１０では、水素ガスを循環させて、再び燃料電池１００に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。また、水素ポンプ５０には、水素ポンプ５０の消費電力を取得する消費電力取得部５１が設けられている。本実施形態において、消費電力取得部５１として、電力測定器を用いる。
【００２０】
制御部８０は、ＣＰＵ８２とメモリ８４と、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。制御部８０は、少なくとも、インジェクタ５６と水素ポンプ５０とを制御する。制御部８０は、各装置の制御に使用される図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭを備える。パワースイッチ９０は、利用者が燃料電池１００の起動及び停止を行うためのスイッチである。表示部９５は、燃料電池システム１０内の機器の故障情報などを利用者へ視覚的に表示するための機器であり、本実施形態では、液晶ディスプレイである。
【００２１】
Ａ２．燃料電池システムの判定方法
図２は、制御部８０により実行される判定処理のフローチャートである。ここで、判定処理とは、インジェクタ５６が故障しているかどうかを判定する処理をいう。ここで、インジェクタ５６が故障しているとは、制御部８０による開弁指示を受けた場合においてもインジェクタ５６が開かないことをいう。本実施形態では、燃料電池システム１０の利用者によってパワースイッチ９０がオンに設定された場合に、判定処理が実行される。
【００２２】
利用者によってパワースイッチ９０がオンにされると、制御部８０は、工程Ｓ１１０において、インジェクタ５６を制御することにより、インジェクタ５６の開閉を繰り返させる。次に、制御部８０は、工程Ｓ１２０において、水素ポンプ５０を駆動させることにより、気液分離部４０と水素ポンプ５０との間に存在する水素ガスを水素ガス供給流路３２へ送り出す。なお、工程Ｓ１１０と工程Ｓ１２０とは、順番が反対であってもよく、同時であってもよい。
【００２３】
その後、工程Ｓ１３０において、制御部８０は、インジェクタ５６を開閉させることによって生じる水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下であるかを判定する。本実施形態では、予め定められた値Ｗｐは、インジェクタ５６を開閉させることによって生じる水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅の正常値に対して３分の１の値とする。ここで、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗとは、インジェクタ５６の開弁前における消費電力と、インジェクタ５６の開弁に起因して増加した消費電力との差を言う。なお、本実施形態では、インジェクタ５６の開閉間隔が約５ミリ秒であるところ、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下である時間が２秒以上続き、この回数が１分以内に３回以上あった場合、制御部８０は、インジェクタ５６を開閉させることによって生じる水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下であると判定する。
【００２４】
制御部８０が、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下であると判定した場合（工程Ｓ１３０：ＹＥＳ）、工程Ｓ１４０において、制御部８０は、インジェクタ５６が故障していると判定する。インジェクタ５６が故障していると判定した場合、工程Ｓ１５０において、制御部８０は、判定結果を出力した後、判定処理を終了する。本実施形態では、制御部８０は、インジェクタ５６が故障している旨を表示部９５へ表示するとともに、制御部８０のメモリ８４にその旨を記憶する。なお、判定結果を出力する方法としては、これに限られず、例えば、スピーカ（図示せず）により利用者にその旨を報知してもよい。
【００２５】
一方、制御部８０が、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐより大きいと判定した場合（工程Ｓ１３０：ＮＯ）、工程Ｓ１６０において、制御部８０は、インジェクタ５６が故障していないと判定した後、判定処理を終了する。
【００２６】
図３は、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗと、インジェクタの開閉との関係を示す図である。図３において、横軸を時間軸とし、縦軸をインジェクタ５６の開閉及び水素ポンプ５０の消費電力とする。図３は、インジェクタ５６が正常である場合における状態を示す。インジェクタ５６が正常である場合、インジェクタ５６が開くと、インジェクタ５６の上流から下流へ水素ガスが送りだされる。これにより、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２において、圧力が増加する。この圧力の増加によって、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２へ水素ガスを送り出す水素ポンプ５０の消費電力が増加することにより、水素ポンプ５０の消費電力に振れ幅が生じる。なお、インジェクタ５６が開くと、一瞬遅れて、水素ポンプ５０の消費電力の増加することが、図３から分かる。
【００２７】
一方、インジェクタ５６に故障がある場合、つまり、制御部８０による開弁指示を受けた場合においてもインジェクタ５６が開かない場合、インジェクタ５６よりも上流から下流へ水素ガスが送りだされないこととなる。これにより、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２において、圧力は増加しない。このため、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２へ水素ガスを送り出す水素ポンプ５０の消費電力は増加せず、インジェクタ５６の開閉に起因した水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅についても生じない。
【００２８】
第１実施形態の燃料電池システム１０によれば、インジェクタ５６の開閉に起因した水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅を用いることにより、インジェクタの故障を検知するためにのみ用いるセンサを別途設けなくても、インジェクタの故障を判定できる。
【００２９】
Ｂ．第２実施形態
Ｂ１．燃料電池システム
図４は、本発明の第２実施形態である燃料電池システム１０Ａを示す概略図である。第２実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１０と比較して、さらに、水素ガス供給流路３２において、（ｉ）レギュレータ５４とインジェクタ５６との間に第１の圧力センサ５５が設けられており、（ｉｉ）インジェクタ５６よりも下流側に第２の圧力センサ５７が設けられている点が異なるが、それ以外は同じである。
【００３０】
第１の圧力センサ５５は、インジェクタ５６よりも水素ガス供給流路３２の上流側に設けられており、インジェクタ５６よりも水素ガス供給流路３２の上流側における水素ガスの圧力を測定する。本実施形態において、第１の圧力センサ５５は、レギュレータ５４とインジェクタ５６との間の水素ガス供給流路３２における水素ガスの圧力を測定する。第１の圧力センサ５５は、通常、配管中に水素ガスの漏れがないかを確認するために用いる。第２の圧力センサ５７は、インジェクタ５６よりも水素ガス供給流路３２の下流側に設けられており、インジェクタ５６よりも水素ガス供給流路３２の下流側における水素ガスの圧力を測定する。第２の圧力センサ５７は、通常、燃料電池１００内の水素ガスの圧力を確認するために用いる。
【００３１】
Ｂ２．燃料電池システムの判定方法
図５は、第２実施形態における判定処理のフローチャートである。第２実施形態の判定処理は、第１実施形態の判定処理と比較して、工程Ｓ１３０の変わりに、工程Ｓ１３０Ａを行う点が異なるが、それ以外は同じである。
【００３２】
第２実施形態では、工程Ｓ１３０Ａにおいて、制御部８０は、以下の３つの条件のうちの２つ以上の条件を満たすとき、インジェクタ５６が故障していると判定する。
条件１：制御部８０がインジェクタ５６を開閉させることによって生じる水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下であること
条件２：第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅であって、制御部８０がインジェクタ５６を開閉させることによって生じる振れ幅Ｐ１が、予め定められた値Ｐ１ｐ以下であること
条件３：第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅であって、制御部８０がインジェクタ５６を開閉させることによって生じる振れ幅Ｐ２が、予め定められた値Ｐ２ｐ以下であること
【００３３】
条件１は、第１実施形態の判定方法に用いる条件と同じである。条件２において、本実施形態では、予め定められた値Ｐ１ｐは、インジェクタ５６を開閉させることによって生じる第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１の正常値に対して３分の１の値とする。ここで、第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１とは、インジェクタ５６の開弁前における圧力と、インジェクタ５６の開弁に起因して減少した圧力との差を言う。同様に、条件３において、本実施形態では、予め定められた値Ｐ２ｐは、インジェクタ５６を開閉させることによって生じる第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２に対して正常値の３分の１の値とする。第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２とは、インジェクタ５６の開弁前における圧力と、インジェクタ５６の開弁に起因して増加した圧力との差を言う。
【００３４】
図６は、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗと、インジェクタの開閉との関係に加え、第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１と、第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２との関係を示す図である。図６において、横軸を時間軸とし、縦軸を、図面上側から順に、（ｉ）水素ポンプ５０の消費電力と、（ｉｉ）インジェクタ５６の開閉と、（ｉｉｉ）第１の圧力センサ５５が計測した圧力と、（ｉｖ）第２の圧力センサ５７が計測した圧力とする。
【００３５】
図６は、インジェクタ５６が正常である場合における状態を示す。図３に示した場合と同様に、インジェクタ５６が正常である場合、インジェクタ５６が開くと、インジェクタ５６の上流から下流へ水素ガスが送りだされる。これにより、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２において、圧力が増加する。この圧力の増加によって、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２へ水素ガスを送り出す水素ポンプ５０の消費電力が増加することにより、水素ポンプ５０の消費電力に振れ幅Ｗが生じる。
【００３６】
また、インジェクタ５６が正常である場合、インジェクタ５６が開くと、インジェクタ５６の上流から下流へ水素ガスが送りだされる。これにより、インジェクタ５６よりも上流側の水素ガス供給流路３２において、圧力が減少する。この圧力の減少によって、インジェクタ５６よりも上流側の水素ガス供給流路３２に設けられた第１の圧力センサ５５が計測した圧力が減少することにより、第１の圧力センサ５５が計測した圧力に振れ幅Ｐ１が生じる。
【００３７】
同様に、インジェクタ５６が正常である場合、インジェクタ５６が開くと、インジェクタ５６の上流から下流へ水素ガスが送りだされる。これにより、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２において、圧力が増加する。この圧力の増加によって、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２に設けられた第２の圧力センサ５７が計測した圧力が増加することにより、第２の圧力センサ５７が計測した圧力に振れ幅Ｐ２が生じる。
【００３８】
一方、インジェクタ５６に故障がある場合、つまり、制御部８０による開弁指示を受けた場合においてもインジェクタ５６が開かない場合、インジェクタ５６よりも上流から下流へ水素ガスが送りだされないこととなる。これにより、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２において圧力は増加せず、インジェクタ５６よりも上流側の水素ガス供給流路３２において圧力は減少しない。このため、インジェクタ５６よりも下流側の水素ガス供給流路３２へ水素ガスを送り出す水素ポンプ５０の消費電力は増加せず、インジェクタ５６の開閉に起因した水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅についても生じない。同様に、第１の圧力センサ５５及び第２の圧力センサ５７により計測された圧力についても、インジェクタ５６の開閉に起因した圧力の振れ幅は生じない。
【００３９】
図７は、各振れ幅Ｗ，Ｐ１，Ｐ２と判定結果との関係を示す図である。図７の「計測結果」の項目において、「正常」とは、特定の振れ幅（例えば、振れ幅Ｗ）が、予め定められた値（例えば、値Ｗｐ）よりも大きいことを示す。また、「異常」とは、特定の振れ幅（例えば、振れ幅Ｗ）が、予め定められた値（例えば、値Ｗｐ）以下であることを示す。図７の「判定結果」の項目において、「正常」とは、インジェクタ５６が正常であるとの制御部８０による判定結果を示す。また、「異常」とは、インジェクタ５６が異常であるとの制御部８０による判定結果を示す。
【００４０】
例えば、図７に記載されたＮｏ．１は、以下のような計測結果であることを示す。
・水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗ＞予め定められた値Ｗｐ
・第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１＞予め定められた値Ｐ１ｐ
・第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２＞予め定められた値Ｐ２ｐ
このため、上記条件１から３をいずれも満たさないこととなり、この結果として、制御部８０は、インジェクタ５６を正常であると判定する。
【００４１】
一方、例えば、図７に記載されたＮｏ．４は、以下のような計測結果であることを示す。
・水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗ＞予め定められた値Ｗｐ
・第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１≦予め定められた値Ｐ１ｐ
・第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２≦予め定められた値Ｐ２ｐ
このため、上記条件１を満たさないが、上記条件２，３は満たすこととなることにより、３つの条件のうちの２つの条件を満たすため、制御部８０は、インジェクタ５６を異常であると判定する。
【００４２】
第２実施形態の燃料電池システム１０Ａによれば、上述の現象を利用することにより、水素ポンプ５０と、第１の圧力センサ５５と、第２の圧力センサ５７との少なくとも一つが故障している場合においても、インジェクタの故障を判定できる。また、第２実施形態の燃料電池システム１０Ａによれば、３つの振れ幅Ｗ，Ｐ１，Ｐ２により判定がなされることにより、判定の精度が向上する。
【００４３】
Ｃ．第３実施形態
図８は、第３実施形態における判定処理のフローチャートである。第３実施形態の判定処理は、第１実施形態の判定処理と比較して、工程Ｓ１４０の変わりに工程Ｓ１４０Ａを備え、さらに、工程Ｓ１５５及びそれ以降の工程を備える点が異なるが、それ以外は、同じである。第１実施形態では、３つのインジェクタ５６全体として故障しているかどうかを判定したが、第３実施形態では、３つのインジェクタ５６のうちの個々のインジェクタ５６について故障しているかどうかを判定する。
【００４４】
第３実施形態では、制御部８０が、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ以下であると判定した場合（工程Ｓ１３０：ＹＥＳ）、工程Ｓ１４０Ａにおいて、制御部８０は、インジェクタ５６が故障しているとの仮の判定を行う。その後、制御部８０は、工程Ｓ１５０において、仮の判定結果を出力する。ここで、インジェクタ５６が故障しているとの仮の判定とは、全てのインジェクタ５６のうちの一つが故障している可能性がある旨の判定を示す。仮の判定結果の出力として、制御部８０は、制御部８０のメモリ８４にその旨を記憶する。
【００４５】
工程Ｓ１５０の後、制御部８０は、インジェクタ５６のうちの第１のインジェクタ５６ａのみの開閉を行う（工程Ｓ１５５）。
【００４６】
そして、制御部８０は、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であるか否かを判定する（工程Ｓ１６１）。ここで、第１実施形態における振れ幅Ｗは、全インジェクタ５６ａ〜５６ｃの開閉に起因した振れ幅であるのに対して、第３実施形態における振れ幅Ｗは、全インジェクタ５６ａ〜５６ｃのうちの１つのインジェクタ（例えば、第１のインジェクタ５６ａ）のみの開閉に起因した振れ幅である。このため、第３実施形態における振れ幅Ｗは、第１実施形態における振れ幅Ｗよりも小さい値を示す。また、予め定められた値Ｗｐ１は、１つのインジェクタ５６ａを開閉させることによって生じる水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗの正常値に対して３分の１の値とする。なお、工程Ｓ１５５及び工程Ｓ１６１の間、制御部８０は、第２のインジェクタ５６ｂ及び第３のインジェクタ５６ｃを閉めておくように制御する。
【００４７】
制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であると判定された場合（工程Ｓ１６１：ＹＥＳ）、工程Ｓ１６２において、制御部８０は、第１のインジェクタ５６ａが故障していると判定し、工程Ｓ１６４において、制御部８０は、その旨の判定結果を出力した後、判定処理を終了する。判定結果の出力として、制御部８０は、第１のインジェクタ５６ａが故障している旨を表示部９５へ表示するとともに、制御部８０のメモリ８４にその旨を記憶する。
【００４８】
一方、制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１より大きいと判定された場合（工程Ｓ１６１：ＮＯ）、制御部８０は、インジェクタ５６のうちの第２のインジェクタ５６ｂのみの開閉を行う（工程Ｓ１６５）。
【００４９】
そして、制御部８０は、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であるか否かを判定する（工程Ｓ１７０）。なお、工程Ｓ１６５及び工程Ｓ１７０の間、制御部８０は、第１のインジェクタ５６ａ及び第３のインジェクタ５６ｃを閉めておくように制御する。
【００５０】
制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であると判定された場合（工程Ｓ１７０：ＹＥＳ）、工程Ｓ１７２において、制御部８０は、第２のインジェクタ５６ｂが故障していると判定し、工程Ｓ１７４において、制御部８０は、その旨の判定結果を出力した後、判定処理を終了する。判定結果の出力として、制御部８０は、第２のインジェクタ５６ｂが故障している旨を表示部９５へ表示するとともに、制御部８０のメモリ８４にその旨を記憶する。
【００５１】
一方、制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１より大きいと判定された場合（工程Ｓ１７０：ＮＯ）、制御部８０は、インジェクタ５６のうちの第３のインジェクタ５６ｃのみの開閉を行う（工程Ｓ１７５）。
【００５２】
そして、制御部８０は、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であるか否かを判定する（工程Ｓ１８０）。なお、工程Ｓ１７５及び工程Ｓ１８０の間、制御部８０は、第１のインジェクタ５６ａ及び第２のインジェクタ５６ｂを閉めておくように制御する。
【００５３】
制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１以下であると判定された場合（工程Ｓ１８０：ＹＥＳ）、工程Ｓ１８２において、制御部８０は、第３のインジェクタ５６ｃが故障していると判定し、工程Ｓ１８４において、制御部８０は、その旨の判定結果を出力した後、判定処理を終了する。判定結果の出力として、制御部８０は、第３のインジェクタ５６ｃが故障している旨を表示部９５へ表示するとともに、制御部８０のメモリ８４にその旨を記憶する。
【００５４】
一方、制御部８０により、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗが、予め定められた値Ｗｐ１より大きいと判定された場合（工程Ｓ１８０：ＮＯ）、判定処理を終了する。
【００５５】
第３実施形態の判定処理によれば、３つのインジェクタ５６のうちの個々のインジェクタ５６について故障しているかどうかを判定することができる。
【００５６】
Ｄ．第４実施形態
上述の実施形態では、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定のみを行っているが、第４実施形態では、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定に加え、さらに、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第２の圧力センサ５７が故障しているかどうかの判定を行う。
【００５７】
図９は、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定に加え、さらに、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第２の圧力センサ５７が故障しているかどうかの判定を行う場合を説明するための図である。この例では、個々のインジェクタ５６ａ〜５６ｃについて、それぞれ１つずつ開閉を行うことにより、個々の開閉に起因する振れ幅によって計測結果を得る。図９では、「正常」の場合が「正」と記載されており、「異常」を「異」と記載されている。計測結果において「正常」とは、特定のインジェクタ（例えば、第１のインジェクタ５６ａ）を開閉したときの振れ幅（例えば、振れ幅Ｗ）が予め定められた値（例えば、値Ｗｐ１）よりも大ききことを示す。また、「異常」とは、特定のインジェクタ（例えば、第１のインジェクタ５６ａ）を開閉したときの振れ幅（例えば、振れ幅Ｗ）が予め定められた値（例えば、値Ｗｐ１）以下であることを示す。
【００５８】
図９では、個々のインジェクタ５６ａ〜５６ｃの開閉時における、それぞれの（ｉ）水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗ、（ｉｉ）第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１、及び（ｉｉｉ）第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２を計測し、それぞれの機器についての判定結果が得られる。図９の判定結果としては、（ｉ）どの機器が故障したと考えられるかの組み合わせがパターン分けされたパターンを示す「故障パターン」と、（ｉｉ）故障していると考えられる機器の数を示す「故障機器数」と、各機器の故障か否かの判定結果が挙げられる。この判定結果では、インジェクタ５６のそれぞれの判定結果に加え、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第２の圧力センサ５７の判定結果についても得ることができる。
【００５９】
例えば、図９に記載されたＮｏ．９の場合、個々のインジェクタ５６ａ〜５６ｃの開閉時における、それぞれの（ｉ）水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗ、（ｉｉ）第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１、及び（ｉｉｉ）第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２が、全て正常であることを示す。このため、この判定結果として、全てのインジェクタ５６ａ〜５６ｃ、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第２の圧力センサ５７のいずれもが正常であることを示す。
【００６０】
また、図９に記載されたＮｏ．１０の場合、第１のインジェクタ５６ａの開閉に起因する振れ幅であって、第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２が、異常であるが、それ以外は正常であることを示す。このため、この判定結果としては、以下の２パターンが考えられる。
【００６１】
一方のパターンであるパターンＢとしては、第２の圧力センサ５７のみが異常であり、その他の機器が正常であるパターンが挙げられる。このような結果となる考え方を以下に示す。まず、第１のインジェクタ５６ａは、水素ポンプ５０の消費電力の振れ幅Ｗ、及び第１の圧力センサ５５が計測した圧力の振れ幅Ｐ１の結果から、正常であると判定されているため、第１のインジェクタ５６ａは、パターンＢにおいて正常であると判定される。この結果として、正常であると判定された第１のインジェクタ５６ａを異常であると判定した第２の圧力センサ５７が異常であるとパターンＢにおいて判定される。
【００６２】
他方のパターンであるパターンＣとして、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第１のインジェクタ５６ａが異常であり、その他の機器が正常であるパターンが挙げられる。このような結果となる考え方を以下に示す。まず、第１のインジェクタ５６ａは、第２の圧力センサ５７が計測した圧力の振れ幅Ｐ２の結果から、異常であると判定されているため、第１のインジェクタ５６ａは、パターンＣにおいて異常であると判定される。この結果として、異常であると判定された第１のインジェクタ５６ａを正常であると判定した水素ポンプ５０及び第１の圧力センサ５５が異常であるとパターンＣにおいて判定される。なお、異常であると判定された第１のインジェクタ５６ａを異常であると判定した第２の圧力センサ５７はパターンＣにおいて正常であると判定される。このため、第２の圧力センサ５７が正常であると判定した第２のインジェクタ５６ｂ及び第３のインジェクタ５６ｃは、共に正常であるとパターンＣにおいて判定される。
【００６３】
ここで、パターンＢにおける「故障機器数」は、第２の圧力センサ５７のみであるため１つであるが、パターンＣにおける「故障機器数」は、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５、及び第１のインジェクタ５６ａであるため３つである。故障機器数が多くなるほど、発生確率は低下するため、故障機器数が少ないパターンＢが発生したと判定され、その旨が出力内容として出力される。なお、想定される故障パターンが複数あり、その故障パターンの中で故障機器数が最も少ないパターンについても複数ある場合、出力内容としては、複数の故障機器数が最も少ないパターンを全て出力内容として出力する。
【００６４】
第４実施形態によれば、３つのインジェクタ５６のうちの個々のインジェクタ５６についても故障しているかどうかを判定することができる。また、第４実施形態によれば、水素ポンプ５０と第１の圧力センサ５５と第２の圧力センサ５７とのいずれか１つが故障した場合においても、インジェクタ５６が故障しているかどうかを判定することができる。また、第４実施形態によれば、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５や第２の圧力センサ５７の異常と、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定とを切り分けて判定することができる。
【００６５】
Ｅ．変形例
Ｅ１．変形例１
上述の実施形態では、利用者によってパワースイッチ９０がオンに設定された場合に、判定処理が実行されるが、本発明はこれに限らない。判定処理は、例えば、（ｉ）利用者によってパワースイッチ９０がオンに設定された後、予め定められた時間（例えば、１０分後）後に行ってもよく、（ｉｉ）利用者によってパワースイッチ９０がオフに設定された後に行ってもよい。また、燃料電池システムが車両に搭載されている場合において、車両が低速（例えば、時速３０ｋｍ以下）のときに行ってもよい。車両走行中に判定処理を行う場合、制御部８０は、車両の速度から水素ポンプ５０の回転数の目標値を算出し、この目標値に沿って水素ポンプ５０が制御される。そして、駆動している状態の水素ポンプ５０の消費電力を用いて判定処置が実行される。
【００６６】
また、判定処理は、予めメモリ８４に記憶されている他の機器の故障情報を入手した後に、行ってもよい。このようにすることにより、例えば、第１のインジェクタ５６ａが故障している旨の情報が既にメモリ８４に記憶されている場合、第１のインジェクタ５６ａが故障しているかどうかの判定を省略することができる。また、他の機器の故障情報としては、例えば、水素ポンプ５０、第１の圧力センサ５５や、第２の圧力センサ５７などの断線や短絡等に関する情報が挙げられる。
【００６７】
Ｅ２．変形例２
上述の実施形態では、制御部８０が、インジェクタ５６の制御を行うとともに、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定についても行っているが、本発明はこれに限られない。例えば、インジェクタ５６の制御については制御部８０が行い、インジェクタ５６が故障しているかどうかの判定については、制御部８０とは別途設けられた判定部が行ってもよい。
【００６８】
Ｅ３．変形例３
上述の実施形態では、インジェクタ５６が故障しているとは、制御部８０による開弁指示を受けた場合においてもインジェクタ５６が開かないことをいうが、本発明は、これに限らない。インジェクタ５６が故障している態様として、制御部８０による閉弁指示を受けた場合においてもインジェクタ５６が閉まらないことについても、本発明を適用できる。
【００６９】
Ｅ４．変形例４
第２実施形態では、上述した３つの条件のうち、２つ以上の条件を満たす場合に、インジェクタ５６が故障であると判定されたが、３つの条件の全てを満たす場合に限って、インジェクタ５６が故障であると判定されてもよい。同様に、それぞれのインジェクタ５６ａ〜５６ｃについても、３つの条件のうち、２つ以上の条件を満たす場合に、該当するインジェクタが故障であると判定されてもよく、３つの条件の全てを満たす場合に限って、該当するインジェクタが故障であると判定されてもよい。３つの条件の全てを満たす場合に限って、該当するインジェクタ５６が故障であると判定されることにより、判定精度を向上させることができる。
【００７０】
Ｅ５．変形例５
上述の実施形態では、消費電力取得部５１として、電力測定器を用いるが、本発明はこれに限らない。例えば、消費電力取得部５１として、水素ポンプ５０に流れる電流値を測定する電流計や、水素ポンプ５０を冷却するための冷却水温度を測定する温度計を用いて、水素ポンプ５０の消費電力を算出してもよい。
【００７１】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０…燃料電池システム
１０Ａ…燃料電池システム
３０…水素ガス流路
３２…水素ガス供給流路
３４…水素ガス排出流路
３６…水素ガス循環流路
３８…排水配管
３９…排水弁
４０…気液分離部
５０…水素ポンプ
５１…消費電力取得部
５２…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…第１の圧力センサ
５６…インジェクタ
５６ａ…第１のインジェクタ
５６ｂ…第２のインジェクタ
５６ｃ…第３のインジェクタ
５７…第２の圧力センサ
６０…空気流路
７０…水素タンク
８０…制御部
８２…ＣＰＵ
８４…メモリ
９０…パワースイッチ
９５…表示部
１００…燃料電池
１００ｃ…カソード
１００ａ…アノード
【図１】
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【図２】
2018147859.tif 000004
【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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