(57)【要約】【課題】バイパス路を含めた各バルブの動作異常を検出する燃料電池システムを提供すること。【解決手段】本発明に係る燃料電池２０システムは、燃料電池２０と、燃料電池２０の発電状態をモニタするセルモニタ２２と、燃料電池２０に対して酸化ガスを供給するための供給路４４と、供給路４４を通過する酸化ガスの流量を調整する第１のバルブ４３と、燃料電池２０を通過した酸化ガス及を排出するための排出路４５と、排出路４５を通過する酸化ガスの流量を調整する第２のバルブ４６と、供給路４４と排出路４５とを接続するバイパス路４８と、バイパス路４８を通過する酸化ガスの流量を調整する第３のバルブ４９と、各バルブが故障していることを検出する検出部とを備える。そして、検出部は、各バルブの開閉状態と、燃料電池２０の発電状態とから、どのバルブが故障しているのかを検出する。【選択図】図１
2018081845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスとを反応させることにより発電するセルを電気的に複数直列接続した燃料電池と、
前記燃料電池の発電状態をモニタするセルモニタと、
前記燃料電池に対して酸化ガスを供給するための供給路と、当該供給路を通過する酸化ガスの流量を調整する第１のバルブと、
前記燃料電池を通過した酸化ガス及を排出するための排出路と、当該排出路を通過する酸化ガスの流量を調整する第２のバルブと、
前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、当該バイパス路を通過する酸化ガスの流量を調整する第３のバルブと、
前記第１のバルブ乃至第３のバルブが故障していることを検出する検出部と、を備える燃料電池システムであって、
前記検出部は、
前記第１のバルブ乃至第３のバルブの開閉状態と、前記燃料電池の前記発電状態とから、前記第１のバルブ乃至第３のバルブのうち、どのバルブが故障しているのかを検出する、
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関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスとを反応させることによって発電する燃料電池を用いたシステムが開発されている。この燃料電池は、ＦＣ（Fuel Cell）スタックを備えている。ＦＣスタックは、固体高分子電解質膜に触媒を塗ったＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）の両面を２枚のセパレータではさんで構成される板状の「セル」を電気的に直列に接続することにより構成される。セルには、一方のセパレータに燃料ガスが供給され、他方のセパレータには酸化ガスが供給される。セルは、セパレータに供給された燃料ガスと酸化ガスとを、ＭＥＡを通じて反応させることによって発電する。１つのセルが発生させる電圧は１ボルト程度であり、ＦＣスタックは、セルを数百枚積層させることにより、数百ボルトの電圧を発生させる。
【０００３】
かかる燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとをそれぞれＦＣスタック内へ供給するための供給路を備えている。同様に、燃料電池システムは、使用済みのガスを排出するための排出路を備えている。また、燃料電池システムは、各供給路及び排出路に流れるガスの流量を調整するためのバルブを備えている。燃料電池システムは、各供給路及び各排出路に備えるバルブを調整することにより、燃料電池システムを運転している。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいては、各供給路及び各排出路に備えるバルブが正常に動作しているか否かを検出する手段が備わっている。特許文献１に記載の燃料電池システムは、ガス源と入口側バルブとの間の供給路に圧力検出手段が設けられ、入口側封止弁と出口側バルブとの間のガス流路に圧力検出手段が設けられている。そして、それぞれの検出手段により検出した圧力の時間変化を監視することにより、バルブの動作異常を検出する燃料電池システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５７８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる燃料電池システムにおいては、バルブの動作異常を検出することは可能であるものの、動作異常を起こしているのがどのバルブであるかを特定することができない場合がある。例えば、酸化ガスの供給路と、排出路との間には、ＦＣスタックと、バイパス路とが、並列に接続されている。バイパス路にはバイパス路を通過する酸化ガスの流量を調整するためのバルブが備わっている。このような場合、入口側の圧力と、出口側の圧力の時間変化を監視するだけでは、どのバルブが動作異常を起こしているのかが特定できない可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、バイパス路を含めた各バルブの動作異常を検出することができる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとを反応させることにより発電するセルを電気的に複数直列接続した燃料電池と、前記燃料電池の発電状態をモニタするセルモニタと、前記燃料電池に対して酸化ガスを供給するための供給路と、当該供給路を通過する酸化ガスの流量を調整する第１のバルブと、前記燃料電池を通過した酸化ガス及を排出するための排出路と、当該排出路を通過する酸化ガスの流量を調整する第２のバルブと、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、当該バイパス路を通過する酸化ガスの流量を調整する第３のバルブと、前記第１のバルブ乃至第３のバルブが故障していることを検出する検出部と、を備える燃料電池システムであって、前記検出部は、前記第１のバルブ乃至第３のバルブの開閉状態と、前記燃料電池の前記発電状態とから、前記第１のバルブ乃至第３のバルブのうち、どのバルブが故障しているのかを検出するものである。
【０００９】
このような構成により、燃料電池システムは、各バルブの操作に応じた発電状態に基づいて、バルブの動作異常を検出する。
【００１０】
尚、ここでいう「発電状態」とは、各バルブの操作開始時における燃料電池２０の発電量と、各バルブの操作開始時から所定の時間が経過した時における燃料電池２０の発電量との相対的な変化をいう。また、かかる相対的な変化には、燃料電池２０における酸化ガスの入口側における発電状態と、酸化ガスの出口側における発電状態との差を比較した結果が含まれる。例えば、発電状態には、所定の時間経過前後におけるＦＣスタック２１内の各セルの発電量の分布が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、バイパス路を含めた各バルブの動作異常を検出する燃料電池システムを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態にかかる燃料電池システム１の構成図である。
【図２】実施の形態にかかる燃料電池システム１におけるバルブの動作チェックのフローチャートである。
【図３】実施の形態にかかる燃料電池システム１における、入口ＳＶ４３の閉動作について説明するための図である。
【図４】実施の形態にかかる燃料電池システム１におけるバルブの動作チェックパターンを説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる燃料電池システム１の構成図である。燃料電池システム１は、固体高分子燃料電池を利用したシステムであって、燃料ガスである水素と、酸化ガスである空気とを反応させて発電し、発電した電気を他のシステムに供給する。また、燃料電池システム１は、かかる反応により生成された水を排出する。燃料電池システム１は、水素タンク１０、インジェクタ１１、水素循環路１２、水素循環ポンプ１３、排気排水部１４、排気排水弁１５、燃料電池２０、ラジエータ３０、冷却水ポンプ３１、冷却水循環路３２、エアクリーナ４０、エアコンプレッサ４１、インタークーラ４２、入口ＳＶ４３、エア供給路４４、エア排出路４５、調圧ＳＶ４６、マフラ４７、バイパス路４８、分流ＳＶ４９、圧力計５１、圧力計５２を備える。
【００１４】
続いて、燃料電池システム１の各構成について説明する。水素タンク１０は、燃料ガスである水素を密閉して蓄えており、インジェクタ１１に接続されている。インジェクタ１１は、開閉弁であって、弁を開くことにより、水素タンク１０から供給される水素ガスを適宜、水素循環路１２に送り込む。
【００１５】
水素循環路１２は、インジェクタ１１から送られてきた水素を燃料電池２０に送り込むことができるように配管されている燃料ガス循環路である。また、水素循環路１２は、燃料電池２０において反応しなかった水素ガスや、燃料電池２０において生成された水分を回収した後に、再び燃料電池２０に送り込むことができるように配管されている。また、水素循環路１２は、水素循環ポンプ１３及び排気排水部１４に接続されている。
【００１６】
水素循環ポンプ１３は、水素循環路１２内における水分を含んだ水素の流量を制御する循環ポンプである。排気排水部１４は、水素循環路１２内に溜まった水及び水素を排出する機能を備える。排気排水部１４は、排気排水弁１５に接続されている。排気排水弁１５は、排気排水部１４に溜まった水及び水素を適宜排出する。排気排水弁１５はマフラ４７に接続されており、排出した水及び水素をマフラ４７に送り出すことができるように配管されている。
【００１７】
燃料電池２０は、ＦＣスタック２１、セルモニタ２２、電極２３を有している。ＦＣスタック２１は、固体高分子電解質膜に触媒を塗ったＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極複合体）をセパレータではさんだセルを複数積層することにより構成されている。
【００１８】
セルモニタ２２は、電圧計を有しており、各セルの電圧を測定する。セルモニタ２２は、各セルの電圧を測定することにより、燃料電池２０全体の発電量を算出することができる。また、セルモニタ２２は、各セルの電圧を測定することにより、空気の入口側におけるセルの発電量と、空気の出口側におけるセルの発電量とをそれぞれ測定し、これらを比較することができる。
【００１９】
電極２３は、燃料電池２０が発電した電気を外部のシステムに接続するための電極である。例えば、図示しない昇圧コンバータ及びモータを電極２３に接続する。これにより、燃料電池２０はモータを駆動させる駆動源となる。
【００２０】
ラジエータ３０は、冷却水循環路３２に接続されており、冷却水が蓄積した熱を外気の熱と交換し、温まった冷却水の温度を下げる機能を備える。冷却水ポンプ３１は、冷却水循環路３２に接続されており、冷却水を循環させるポンプである。冷却水循環路３２は、ラジエータ３０、冷却水ポンプ３１に接続され、冷却水が燃料電池２０内を通過し、再びラジエータ３０に循環するように配管されている。また、冷却水循環路３２は、インタークーラ４２にも接続しており、圧縮された空気を冷却する。
【００２１】
エアクリーナ４０は、外気を取り込みエア供給路４４に空気を送り込む。エアコンプレッサ４１は、エアクリーナ４０が取り込んだ空気を圧縮してインタークーラ４２に送り込む。インタークーラ４２は、エアコンプレッサ４１によって圧縮された空気を受け取り、圧縮された空気の熱を冷却水によって冷却する。また、インタークーラ４２は、エア供給路４４に接続されている。
【００２２】
エア供給路４４は、燃料電池２０に空気を供給することができるように配管されている。エア排出路４５は、発電に使用されなかった空気、及び、発電の際に生成された水を回収し、マフラ４７に排出することができるように配管されている。マフラ４７は、エア排出路４５から供給された空気及び水と、排気排水部１４から送り込まれた水及び水素を、外部へ排出する。
【００２３】
バイパス路４８は、エア供給路４４と、エア排出路４５とを接続し、インタークーラ４２から供給される空気が、入口ＳＶに入る手前で分岐させ、燃料電池２０を通過させずにマフラ４７へ送り込むように配管されている。
【００２４】
入口ＳＶ４３（ＳＶ=Shut-off Valve：封止弁）は、エア供給路４４に設けられたバルブである。入口ＳＶ４３は、開くことにより、燃料電池２０に空気を供給する。また、入口ＳＶ４３は、閉じることにより、燃料電池２０への空気の供給を遮断する。
【００２５】
調圧ＳＶ４６は、エア排出路４５に設けられたバルブである。調圧ＳＶ４６は、開くことにより、燃料電池２０から空気を排出する。また、調圧ＳＶ４６は、閉じることにより、燃料電池２０からの空気の排出を遮断する。
【００２６】
分流ＳＶ４９は、バイパス路４８に設けられたバルブである。分流ＳＶ４９は、開くことにより、バイパス路４８に空気を通過させる。分流ＳＶ４９が開くことにより、バイパス路４８を通過する空気の圧力損失が低下する。また、分流ＳＶ４９は、閉じることにより、バイパス路を遮断する。バイパス路４８を通過する空気の圧力損失が、入口ＳＶ４３から燃料電池２０を経由して調圧ＳＶ４６を通過する空気の圧力損失を下回る場合、インタークーラ４２から送り出された空気は、バイパス路４８の方へ多く流れる。同様に、バイパス路４８を通過する空気の圧力損失が、入口ＳＶ４３から燃料電池２０を経由して調圧ＳＶ４６を通過する空気の圧力損失を上回る場合、インタークーラ４２から送り出された空気は、燃料電池２０の方へ多く流れる。このように、分流ＳＶ４９は、燃料電池２０を通過する空気と、バイパス路４８を通過する空気との流量を調整する。
【００２７】
圧力計５１は、インタークーラ４２から送り出された空気の圧力を検出する。また、圧力計５２は、燃料電池２０から排出された空気の圧力を検出する。
【００２８】
燃料電池システム１は、以上に説明した構成に加えて、図示しない制御部を備える。制御部は、インジェクタ１１、排気排水弁１５、水素循環ポンプ１３、冷却水ポンプ３１、エアコンプレッサ４１、入口ＳＶ４３、調圧ＳＶ４６、分流ＳＶ４９をそれぞれ制御する。
【００２９】
また、燃料電池システム１は、図示しない検出部を備える。検出部は、各バルブの操作状態及びセルモニタ２２が測定する燃料電池２０の発電状態に基づいて、入口ＳＶ４３、調圧ＳＶ４６、分流ＳＶ４９の動作異常を検出する。
【００３０】
次に、燃料電池２０の発電原理について概要を説明する。ＦＣスタック２１は、燃料ガスである水素と、酸化ガスである空気とを、ＭＥＡを介して反応させることにより発電する。具体的には、ＦＣスタック２１において、以下の式に基づいた化学反応が起きている。
負極：  Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
正極：  ４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
負極において、燃料ガスである水素は、プロトン（Ｈ＋）と、電子（ｅ−）とに分かれる。プロトンは、ＭＥＡ内の電解質膜を通過して正極に移動する。また、この式からも分かるように、ＦＣスタック２１は、発電の際に水（Ｈ２Ｏ）を生成する。ＦＣスタック２１が生成した水は主にエア排出路４５を通じて排出される。
【００３１】
ＦＣスタック２１は、１つのセルで発電する際の電圧は、例えば１ボルト程度である。ＦＣスタック２１は、このセルを数百枚積層して電気的に直列接続することにより、数百ボルトの電圧を発生させる。
【００３２】
次に、図２〜図４を参照しながら、バルブの動作チェック処理について説明する。燃料電池システムにおいて、バルブの開閉動作が故障している場合、故障したバルブは、燃料電池システムの運転に支障をきたすばかりでなく、エアコンプレッサなどを二次的に故障させる虞がある。そのため、二次的に故障が拡大する前に、バルブの動作異常を検出することが望まれる。バルブの動作チェック処理は、燃料電池システム１の起動時やアイドル状態などの運転に支障がない状態において行われる。
【００３３】
尚、本実施の形態の説明においては、「開いた状態」とはバルブの全開状態をいい、「閉じた状態」とはバルブの全閉状態をいう。また、「開動作」とは、閉じた状態から開いた状態へ変化させる動作をいい、「閉動作」とは、開いた状態から閉じた状態へ変化させる動作をいう。
【００３４】
まず図２を参照しながら、バルブの動作チェック処理について説明する。図２は、実施の形態にかかる燃料電池システム１におけるバルブの動作チェックのフローチャートである。
【００３５】
まず制御部は、チェック対象となるバルブを操作する（ステップＳ１０１）。具体例を挙げると、入口ＳＶ４３の閉動作についてチェックを行う場合、制御部は、入口ＳＶ４３の閉動作を行う。すなわち、制御部は、入口ＳＶ４３を開いた状態から閉じた状態に変化させる。
【００３６】
次に、制御部は、燃料電池２０に空気を供給する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部は、エアコンプレッサ４１の回転数を上げる。これにより、制御部は、所定の流量よりも多い量の空気を燃料電池２０に送り込む操作を行う。
【００３７】
次に、制御部は、燃料電池２０の発電量を確認する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部は、燃料電池２０全体の発電量、ＦＣスタックの入口側の発電量、及び、ＦＣスタックの出口側の発電量を取得し、所定の時間における変化量を計算する。
【００３８】
次に、制御部は、確認した発電量に基づき、検査結果が正常か否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御部が、検査後発電量が正常であると判定した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部は、検査が正常に完了したことをユーザに通知する（ステップＳ１０５）。例えば、入口ＳＶ４３の閉動作について検査する場合、入口ＳＶ４３が正常に閉動作を行うと、燃料電池２０に空気が送られなくなる。すると、所定の時間経過後において、検査開始後の発電量は、検査開始前と比較して、所定量低下する。このような場合、制御部は検査対象バルブに問題がないことをユーザに通知したうえで、検査対象バルブの動作チェック処理を終了させる。
【００３９】
一方、制御部は、所定の時間経過後における発電状態が正常ではないと判定すると（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、制御部が有する検出部は、検査対象バルブの動作に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。例えば、入口ＳＶ４３が正常に閉動作を行わず、開いた状態のまま固着してしまった場合、燃料電池２０に空気が送り続けられる。すると、所定の時間経過後において、検査開始後の発電量は、検査開始前の発電量より上昇する。このような場合、燃料電池２０の発電状態は正常ではない。
【００４０】
続いて、検出部が、検査対象バルブの動作に異常があると判定した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、制御部は、その旨をユーザに通知する（ステップＳ１０７）。例えば、上述したように、入口ＳＶ４３が正常に閉動作を行わず、開いた状態のまま固着してしまった場合、制御部は、入口ＳＶ４３の閉動作が故障していることをユーザに通知する。
【００４１】
一方、制御部は、燃料電池２０の発電状態が正常ではなく、検査対象バルブの動作以外に異常があると判定した場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、システムに異常があることをユーザに通知する（ステップＳ１０８）。
【００４２】
次に、図３を参照しながら、動作チェック処理における主要部の状態についてより詳細を説明する。図３は、実施の形態にかかる燃料電池システム１における、入口ＳＶ４３の閉動作について説明するための図である。ここでは、図２を参照しながら説明した具体例である、入口ＳＶ４３の閉動作について時間の流れに沿って詳細を説明する。図３において最も上段に示しているのは、入口ＳＶ４３の開閉状態の時間的変化を示すグラフである。その下に示しているのは、エアコンプレッサ４１の回転数の時間的変化を示すグラフである。さらにその下に示しているのは、燃料電池２０における、エア供給路４４に近い側である、空気の入口側において発電された入口側電圧の時間的変化を示すグラフである。最も下段に示しているのは、燃料電池２０における、エア排出路４５に近い側である、空気の出口側において発電された出口側電圧の時間的変化を示すグラフである。各グラフの実線Ｓ１、実線Ｖｏｋ１、実線Ｖｏｋ２は、入口ＳＶ４３の動作が正常である場合の状態を示している。そして、二点鎖線Ｓ２、二点鎖線Ｖｎｇ１、二点鎖線Ｖｎｇ２は、入口ＳＶ４３の動作が異常であって、開いた状態から変化しない場合の状態を示している。
【００４３】
まず、入口ＳＶ４３の動作が正常である場合の状態について説明する。燃料電池システム１は、検査対象バルブである入口ＳＶ４３の動作チェックを行う。そのため、時刻ｔ０において、入口ＳＶ４３は開いた状態である。
【００４４】
時刻ｔ１において、図２におけるステップＳ１０１で説明したように、制御部は、検査対象バルブである入口ＳＶ４３の操作を行う。すなわち、制御部は、時刻ｔ１において、入口ＳＶ４３の閉動作を開始し、時刻ｔ２において閉動作を完了する。このとき、実線Ｓ１に示すように、入口ＳＶ４３は閉じた状態となっている。
【００４５】
次に、時刻ｔ２において、図２におけるステップＳ１０２で説明したように、制御部は、エアコンプレッサ４１の回転数を上げる。すなわち、エアコンプレッサ４１の回転数は、時刻ｔ２において回転数Ｒ１から、時刻ｔ３において回転数Ｒ２に上昇する。
【００４６】
所で、エアコンプレッサ４１の回転数が上昇する一方で、入口ＳＶ４３は閉じた状態になっている。そのため、燃料電池２０には空気が送り込まれることはない。そのため、時刻ｔ２から、入口側電圧は徐々に低下する。すなわち、入口側電圧は、実線Ｖｏｋ１において示すように、時刻ｔ２において、電圧Ｖ０から徐々に低下し、時刻ｔ４において電圧Ｖ２になる。また、出口側電圧も同様に、実線Ｖｏｋ２において示すように、電圧Ｖ０から徐々に低下し、時刻ｔ４において電圧Ｖ４になる。
【００４７】
時刻ｔ４において、制御部は、図２におけるステップＳ１０３で説明したように、発電状態を確認する。ここで説明した例の場合、検査対象バルブである入口ＳＶ４３の閉動作の後、すなわち、所定時間（ｔ４−ｔ１）が経過後、入口側電圧が電圧Ｖ２であって、出口側電圧が電圧Ｖ４である。つまり、時刻ｔ４において、燃料電池２０の発電量は時刻ｔ１における発電量と比べて低下しており、かつ、入口側電圧と、出口側電圧の差は所定の範囲内である。制御部は、この結果に基づき、入口ＳＶ４３の閉動作は正常であると判定することができる。
【００４８】
次に、入口ＳＶ４３の動作が異常であって、開いた状態から変化しない場合について説明する。
【００４９】
時刻ｔ１において、図２におけるステップＳ１０１で説明したように、制御部は、検査対象バルブである入口ＳＶ４３の操作を行う。すなわち、制御部は、時刻ｔ１において、入口ＳＶ４３の閉動作を開始し、時刻ｔ２において閉動作を完了する。このとき、二点鎖線Ｓ２に示すように、入口ＳＶ４３は開いた状態のままとなっている。
【００５０】
次に、時刻ｔ２において、制御部は、エアコンプレッサ４１の回転数を回転数Ｒ１から上昇させ、時刻ｔ３において回転数Ｒ２にする。
【００５１】
この例の場合、入口ＳＶ４３が開いた状態のままであるため、エアコンプレッサ４１の回転数が上昇すると共に、燃料電池２０にはより多くの空気が送り込まれる。そのため、時刻ｔ２から、入口側電圧は徐々に上昇する。すなわち、入口側電圧は、二点鎖線Ｖｎｇ１において示すように、時刻ｔ２において、電圧Ｖ０から徐々に上昇し、時刻ｔ４において電圧Ｖ１になる。また、出口側電圧は、入口側電圧から少し遅れて、二点鎖線Ｖｎｇ２において示すように、電圧Ｖ０から徐々に上昇し、時刻ｔ４において電圧Ｖ３になる。
【００５２】
時刻ｔ４において、制御部は、図２におけるステップＳ１０３で説明したように、発電状態を確認する。ここで説明した例の場合、検査対象バルブである入口ＳＶ４３の閉動作の後、すなわち、所定時間（ｔ４−ｔ１）が経過後、入口側電圧が電圧Ｖ１であって、出口側電圧が電圧Ｖ３である。つまり、時刻ｔ４において、燃料電池２０の発電量は時刻ｔ１における発電量と比べて上昇しており、かつ、入口側電圧と、出口側電圧の差は所定の範囲内である。制御部は、この結果に基づき、入口ＳＶ４３の閉動作は故障していると判定することができる。
【００５３】
次に、図４を参照しながら、検査対象バルブの動作チェックパターンについて説明する。図４は、実施の形態にかかる燃料電池システム１におけるバルブの動作チェックパターンを説明するための表である。チェック対象となるバルブは、入口ＳＶ４３、分流ＳＶ４９、及び、調圧ＳＶ４６の３種類である。また、チェック対象となる動作パターンは、バルブが開いた状態から閉じた状態へ変化する閉動作と、バルブが閉じた状態から開いた状態へ変化する開動作の２種類である。すなわち、本実施の形態における検査対象バルブの動作チェックパターンは、チェック対象バルブの種類と、チェック対象の動作パターンとを掛け合わせた、パターンＡ〜パターンＦの合計６パターンが存在する。
【００５４】
以下に、各パターンにおけるバルブの操作と燃料電池２０の発電状態の関係について説明する。
【００５５】
表において、パターンＡは、入口ＳＶ４３の閉動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。これは図３において詳細を説明した通りである。すなわち、入口ＳＶ４３の閉動作が正常である場合は、燃料電池２０に供給される空気が遮断されるため、発電量が低下し、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、入口ＳＶ４３の閉動作が故障している場合は、燃料電池２０に空気が多く供給されるため、発電量が上昇する。また、入口側と出口側の電圧差はない。これにより、入口ＳＶ４３の閉動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００５６】
パターンＢは、入口ＳＶ４３の開動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。入口ＳＶ４３の開動作が正常である場合は、燃料電池２０は、空気が遮断された状態から供給されるため、発電量が上昇し、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、入口ＳＶ４３の開動作が故障している場合は、燃料電池２０に空気が供給されないため、発電量が低下する。また、入口側と出口側の電圧差はない。これにより、入口ＳＶ４３の開動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００５７】
パターンＣは、分流ＳＶ４９の閉動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。分流ＳＶ４９の閉動作が正常である場合は、燃料電池２０は、空気がより多く供給されるため、発電量が上昇し、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、分流ＳＶ４９の閉動作が故障している場合は、空気がバイパス路４８に流れるため、燃料電池２０に供給される空気が目標に比べて少ない。そのため、発電量が目標に届かない。また、所定の時間経過後は、入口側の電圧が、出口側の電圧よりも高くなる。これにより、分流ＳＶ４９の閉動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００５８】
パターンＤは、分流ＳＶ４９の開動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。分流ＳＶ４９の開動作が正常である場合は、バイパス路４８に流れる空気が増加し、燃料電池２０に供給される空気が減少するため、発電量が低下し、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、分流ＳＶ４９の開動作が故障している場合は、空気がバイパス路４８に流れず、燃料電池２０に供給される空気が増加する。そのため、所定の時間経過後は、発電量が上昇する。また、所定の時間経過後は、入口側と、出口側の電圧との差はない。これにより、分流ＳＶ４９の開動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００５９】
パターンＥは、調圧ＳＶ４６の閉動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。調圧ＳＶ４６の閉動作が正常である場合は、所定時間の経過後において、燃料電池２０の出口が遮断されることにより、供給される空気が増加するため、発電量が上昇する。また、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、調圧ＳＶ４６の閉動作が故障している場合は、燃料電池２０に供給される空気よりも、燃料電池２０から排出される空気の量が多くなる。そのため、所定の時間経過後は、発電量が低下する。また、所定の時間経過後は、入口側と、出口側の電圧との差はない。これにより、調圧ＳＶ４６の閉動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００６０】
パターンＦは、調圧ＳＶ４６の開動作における燃料電池２０の発電状態を示したものである。調圧ＳＶ４６の開動作が正常である場合は、所定時間の経過後において、燃料電池２０に供給される空気よりも燃料電池２０から排出される空気の量が多くなる。そのため、発電量が低下する。また、入口側と出口側の電圧差はない。ところが、調圧ＳＶ４６の開動作が故障している場合は、燃料電池２０から排出される空気の出口が遮断され、燃料電池２０に供給される空気が増加する。そのため、所定の時間経過後は、発電量が上昇する。また、所定の時間経過後は、出口側の空気に含まれる酸素の量が低下する。そのため、入口側の電圧に比べて出口側の電圧が小さくなる。これにより、調圧ＳＶ４６の開動作が故障しているか否かを判定することができる。
【００６１】
以上に説明したパターンＡ〜パターンＦに基づいて、制御部は、検査対象バルブの動作が故障していることを検出する。
【００６２】
このような構成により、燃料電池システムは、各バルブの操作に応じた発電状態に基づいて、バルブの動作異常を検出する。これにより、バイパス路を含めた各バルブの動作異常を検出する燃料電池システムを提供することができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃料電池システム
２０  燃料電池
２１  ＦＣスタック
２２  セルモニタ
４１  エアコンプレッサ
４３  入口ＳＶ
４４  エア供給路
４５  エア排出路
４６  調圧ＳＶ
４７  マフラ
４８  バイパス路
４９  分流ＳＶ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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