(57)【要約】【課題】燃料電池システムの燃料ガス供給流路に設けられる減圧システムが動作不良を起こした際、燃料電池の不必要な運転停止を回避する。【解決手段】燃料電池システム１０は、水素ガス供給路５１に設けられた第１レギュレータ５５、第１圧力センサ５６、第２レギュレータ５８、及び第２圧力センサ６０と、第２レギュレータ５８を迂回する水素側バイパス流路６２に設けられたバイパス弁６４とを有する。例えば、燃料電池スタック１２を運転している最中、制御部２０は、バイパス弁６４を開放する指令を発する。所定の時間が経過した後、制御部２０は、第１圧力センサ５６によって検出される圧力と、第２圧力センサ６０によって検出される圧力とを比較する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガスを貯留する燃料ガス貯蔵容器と、
前記燃料ガス供給流路に設けられて前記燃料ガスの圧力を低減するための第１減圧機構と、
前記燃料ガス供給流路の、前記第１減圧機構よりも下流側に設けられて前記燃料ガスの圧力を低減するための第２減圧機構と、
前記燃料ガス供給流路から分岐して前記第２減圧機構を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、
前記燃料ガス供給流路の、前記第２減圧機構及び前記バイパス流路よりも下流側に設けられた駆動弁と、
前記第１減圧機構と前記第２減圧機構の間に配設され、前記第１減圧機構の下流側の第１圧力を検出する第１圧力検出手段と、
前記第２減圧機構と前記駆動弁の間に配設され、前記第２減圧機構の下流側の第２圧力を検出する第２圧力検出手段と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁を開状態とする開放指令を発する開閉弁開放指令工程と、
前記開放指令を発して所定の時間が経過したときに前記第１圧力と前記第２圧力を比較する圧力値比較工程と、
を有し、
前記圧力値比較工程で前記第１圧力と前記第２圧力が等しくない場合、前記燃料電池の出力を低減させるか、又は、発電を停止する制御を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の制御方法において、前記燃料電池の発電を停止する制御を行う場合には、前記燃料ガス供給流路の、前記燃料ガス貯蔵容器の下流側に設けられた弁を閉止し、前記燃料電池への水素ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の制御方法において、前記燃料電池が発電中であるときには、前記圧力値比較工程で前記第２圧力が前記第１減圧機構の圧力調整可能範囲外である場合に前記燃料電池の出力が低減する制御を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の制御方法において、前記第１圧力が所定の上限値に到達したときに前記開放指令を発することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
請求項１記載の制御方法において、前記圧力値比較工程で前記第１圧力と前記第２圧力が等しい場合、前記開閉弁を閉状態とする閉止指令を発する開閉弁閉止指令工程と、
前記閉止指令を発して所定の時間が経過したとき、又は、前記燃料電池の積算発電量が所定値に到達したときに前記第２圧力を検出する第２圧力検出工程と、
を有し、
前記第２圧力検出工程の際に前記第１圧力が前記第１減圧機構の圧力調整可能範囲内であり、且つ前記第２圧力が前記第２減圧機構の圧力調整可能範囲外である場合、前記燃料電池の出力を低減させるか、又は、発電を停止する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】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御方法において、前記燃料電池は音発生機構とともに自動車車体に搭載され、前記燃料電池の出力が所定の閾値以下であるとき、前記開閉弁開放指令工程を、前記音発生機構が音を発生している際に実施する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、燃料電池システムの制御方法に関し、一層詳細には、燃料ガス供給流路に設けられた減圧システムが作動不良を起こしたときの燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極がそれぞれ配設された電解質・電極構造体を備える。電解質・電極構造体がセパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成される。一般的には、この発電セルが所定数で積層されることで得られるスタックが用いられる。この種の燃料電池は、例えば、自動車車体に搭載される。このような車載用途では、多くの場合、電解質が高分子イオン交換膜からなる固体高分子型燃料電池が採用されている。
【０００３】
燃料電池を運転する際には、アノード電極に燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給されるとともに、カソード電極に酸化剤ガス（例えば、圧縮空気等の酸素含有ガス）が供給される。このため、燃料電池には、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス供給流路等が設けられる。これにより、燃料電池システムが構築されている。
【０００４】
水素ガスは、圧縮された状態でガスタンクに貯留されており、このために高圧である。従って、燃料ガス供給流路には、ガスタンクからアノード電極に供給される水素ガスを減圧するための減圧システムが設けられる。例えば、特許文献１記載の技術では、複数個の減圧弁を設けるようにしている。
【０００５】
特許文献２に記載されるように、減圧された水素ガスを、減圧システムよりも下流側に設けられたインジェクタを介してアノード電極に供給することが知られている。インジェクタの上流側圧力が過度に大きいと、インジェクタの作動音が大きくなる。これを回避するべく、減圧弁と、燃料ガス供給流路から分岐して減圧弁を迂回するバイパス流路に設けたバイパス弁とを、燃料電池の運転状態に応じて適切に制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３４１６８号公報
【特許文献２】特開２０１６−３１８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
減圧システムには、水素ガスの圧力を検出するための圧力検出手段が設けられる。そして、検出された圧力値が異常値であるときには、制御部は、「水素ガスが十分に減圧されていない」と判断し、燃料電池の運転を停止する制御を行う。しかしながら、実際には水素ガスが減圧されているにも関わらず、圧力検出手段の動作不良に起因して異常値を示していることがあり得る。この場合、本来は燃料電池の運転を停止する必要は特にない。
【０００８】
すなわち、従来技術では、燃料電池の運転を停止しなくても差し支えない場合であっても停止がなされる。従って、燃料電池の使用者（例えば、自動車の運転者等）にとって不便である。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、減圧システムの如何なる機器が動作不良を起こしているかを判別することが可能であり、このため、燃料電池の運転を停止しなくても差し支えない場合には該燃料電池の運転を継続することが可能な燃料電池システム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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガス供給流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガスを貯留する燃料ガス貯蔵容器と、
前記燃料ガス供給流路に設けられて前記燃料ガスの圧力を低減するための第１減圧機構と、
前記燃料ガス供給流路の、前記第１減圧機構よりも下流側に設けられて前記燃料ガスの圧力を低減するための第２減圧機構と、
前記燃料ガス供給流路から分岐して前記第２減圧機構を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、
前記燃料ガス供給流路の、前記第２減圧機構及び前記バイパス流路よりも下流側に設けられた駆動弁と、
前記第１減圧機構と前記第２減圧機構の間に配設され、前記第１減圧機構の下流側の第１圧力を検出する第１圧力検出手段と、
前記第２減圧機構と前記駆動弁の間に配設され、前記第２減圧機構の下流側の第２圧力を検出する第２圧力検出手段と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁を開状態とする開放指令を発する開閉弁開放指令工程と、
前記開放指令を発して所定の時間が経過したときに前記第１圧力と前記第２圧力を比較する圧力値比較工程と、
を有し、
前記圧力値比較工程で前記第１圧力と前記第２圧力が等しくない場合、前記燃料電池の出力を低減させるか、又は、発電を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、第１圧力と第２圧力が等しくないときには、燃料電池を制御する制御部は、例えば、第２圧力検出手段又は開閉弁のいずれかが動作不良を起こしていると判断し、燃料電池の出力を制限するか、又は、発電を停止する制御を行う。従って、高圧の水素ガスが過度の量で燃料電池に供給されることを回避することができる。
【００１２】
なお、「発電を停止する制御」とは、例えば、水素ガスの供給を停止する制御である。一層具体的には、燃料ガス供給流路において、燃料電池の下流側に設けられた弁を閉止する。
【００１３】
燃料電池が発電しているときには、開閉弁を開状態とする指令を発しても、第２圧力の応答速度は比較的緩慢である。従って、第２圧力が第１減圧機構の圧力調整可能範囲内から圧力調整可能範囲外に緩やかに変化することが想定される。そこで、特に、燃料電池が発電中である際には、開閉弁開放指令の後に所定時間が経過したときに、圧力値比較工程で第２圧力が第１減圧機構の圧力調整可能範囲外である場合に燃料電池の出力を低減する制御を行うことが好ましい。
【００１４】
開閉弁開放指令工程は、燃料電池の運転中に任意のタイミングで実施することができるが、第１圧力が所定の上限値に到達したときに実施することもできる。後者により、特に、燃料電池システムの起動時に第１減圧機構から漏洩が生じているか否かを判断することが容易となる。
【００１５】
圧力値比較工程で第１圧力と第２圧力が等しいときには、開閉弁を閉状態とする開閉弁閉止指令工程と、前記開閉弁が閉状態とされて所定の時間が経過したとき、又は、前記燃料電池の積算発電量が所定値に到達したときに前記第２圧力を検出する第２圧力検出工程とを行うことが好ましい。
【００１６】
第２圧力検出工程の際に第１圧力が第１減圧機構の圧力調整可能範囲内であり、且つ第２圧力が前記第２減圧機構の圧力調整可能範囲外である場合、制御部は、第２減圧機構や開閉弁等が動作不良を起こしていると判断する。従って、この場合、燃料電池の出力を低減する制御がなされる。
【００１７】
一方、第２圧力検出工程の際に第２圧力が第２減圧機構の圧力調整可能範囲内である（第２圧力が所定の上限値に到達していない）ときには、制御部は、機器が正常作動していると判断する。この場合、燃料ガスが十分に減圧されるので、燃料電池の出力を維持しても特段の差し支えはない。従って、このときには、燃料電池の出力を維持する制御がなされる。
【００１８】
このような制御を行うことにより、第１圧力検出手段及び第２圧力検出手段のいずれかが動作不良を起こしていると判断されるときには、燃料電池の不必要な出力の制限がなされることが回避される。その結果、ユーザにとっての利便性が向上する。
【００１９】
例えば、燃料電池を自動車車体に搭載したとき、アイドリング時であり燃料電池の負荷が小さい場合、換言すれば、燃料電池の出力が所定の閾値以下である場合には、駆動弁の閉止時、ユーザが作動音を騒音として認識する可能性がある。これを回避するべく、自動車車体に音発生機構をさらに搭載するとともに、上記したようなときには、音発生機構が音を発生している際に前記開閉弁開放指令工程を行うことが好ましい。音発生機構が発生した音が作動音を遮るので、ユーザが作動音に違和感を覚えることが回避される。
【００２０】
なお、音発生機構の好適な例としては、車両用空気調和装置（カーエアコン）や車両用オーディオが挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、減圧システム中の如何なる機器が動作不良を起こしているかを判断し、燃料ガスが減圧されていると判断されるときには燃料電池の出力を維持する一方、減圧機構や開閉弁が動作不良を起こしていると認識されるときには燃料電池の出力を制限するか、又は、発電を停止するようにしている。すなわち、出力の制限が不必要なときには、出力を制限する制御は行われない。このため、ユーザにとっての利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法の概略フローチャートである。
【図３】別の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法の概略フローチャートである。
【図４】開閉弁であるバイパス弁の開閉に伴う第１圧力及び第２圧力の値の経時変化を模式的に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る燃料電池システムの制御方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
先ず、燃料電池システムにつき、その概略構成説明図である図１を参照して説明する。この燃料電池システム１０は、図示しない自動車車体に搭載される燃料電池スタック１２（燃料電池）を備える。すなわち、この場合、自動車車体は、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両である。
【００２５】
燃料電池スタック１２は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１４と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置１８とを備える。本実施の形態では、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして圧縮空気を用いる。燃料電池システム１０は、さらに、システム制御装置である制御部２０（例えば、ＥＣＵ）を備える。
【００２６】
また、自動車車体には、音発生機構であるカーエアコン２１（車両用空気調和機構）及びカーオーディオ２２が搭載される。制御部２０には、カーエアコン２１又はカーオーディオ２２が動作状態にあるか否かの情報信号が送られる。
【００２７】
燃料電池スタック１２は、複数の発電セル２４が水平方向又は鉛直方向に積層されて構成される。ここで、発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６を第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０で挟持したものである。第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０は、金属又はカーボンからなる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体２６は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜３２と、前記固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。固体高分子電解質膜３２としては、上記のようなフッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を採用することもできる。
【００２９】
第１セパレータ２８には、電解質膜・電極構造体２６との間に、アノード電極３４に水素ガスを供給するための水素ガス流路（燃料ガス流路）３８が設けられる。一方、第２セパレータ３０には、電解質膜・電極構造体２６との間に、カソード電極３６に空気を供給するための空気流路４０が設けられる。互いに隣接する第１セパレータ２８と第２セパレータ３０との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路４２が形成される。
【００３０】
燃料電池スタック１２には、水素ガス入口４４ａ、水素ガス出口４４ｂ、空気入口４６ａ、空気出口４６ｂ、冷却媒体入口４８ａ及び冷却媒体出口４８ｂが設けられる。この中の水素ガス入口４４ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の供給側に連通する。同様に、水素ガス出口４４ｂも各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の排出側に連通する。水素ガス流路３８、水素ガス入口４４ａ及び水素ガス出口４４ｂにより、アノード流路が構成される。
【００３１】
一方、空気入口４６ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の供給側に連通する。空気出口４６ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の排出側に連通する。空気流路４０、空気入口４６ａ及び空気出口４６ｂにより、カソード流路が構成される。
【００３２】
さらに、冷却媒体入口４８ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の供給側に連通する。冷却媒体出口４８ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の排出側に連通する。
【００３３】
燃料ガス供給装置１４は、高圧水素ガスを貯留する水素タンク５０を備え、この水素タンク５０は、水素ガス供給路５１（燃料ガス供給流路）を介して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに接続される。水素ガス供給路５１は、燃料電池スタック１２に水素ガスを供給する。
【００３４】
水素タンク５０には、水素ガスが圧縮された状態で貯留される。すなわち、水素タンク５０内の水素ガスは高圧である。そこで、水素ガスの圧力を低減するべくアノード流路に減圧システム５２が設けられる。なお、減圧システム５２の上流側には、電磁開閉弁５３、タンク内圧センサ５４が設けられる。すなわち、水素タンク５０からタンク内圧センサ５４に至るまでは、水素タンク５０から導出された水素ガスが減圧されることはない。従って、タンク内圧センサ５４では、水素タンク５０内の水素ガスの圧力（タンク内圧）が検出される。
【００３５】
具体的には、減圧システム５２は、水素ガス供給路５１に設けられた第１レギュレータ５５、第１圧力センサ５６、第２レギュレータ５８、及び第２圧力センサ６０を含む。第１レギュレータ５５及び第２レギュレータ５８は第１減圧機構、第２減圧機構であり、第１圧力センサ５６及び第２圧力センサ６０は第１圧力検出手段、第２圧力検出手段である。第１レギュレータ５５、第１圧力センサ５６、第２レギュレータ５８、第２圧力センサ６０は、水素ガス供給路５１の上流側から下流側に向かってこの順序で配設されるとともに、制御部２０に電気的に接続される。
【００３６】
減圧システム５２は、さらに、第２レギュレータ５８を迂回する水素側バイパス流路６２（バイパス流路）に介装されたバイパス弁６４（開閉弁）を含む。すなわち、水素側バイパス流路６２は、水素ガス供給路５１に対し、第１圧力センサ５６の下流側から分岐して第２圧力センサ６０の上流側で合流するように設けられている。
【００３７】
バイパス弁６４は、制御部２０の制御作用下に開状態、又は閉状態となる。換言すれば、バイパス弁６４は、制御部２０によって開閉操作される。勿論、バイパス弁６４が開状態にあるときには、水素ガスが水素側バイパス流路６２を流通する。第２圧力センサ６０は、第２レギュレータ５８又はバイパス弁６４のいずれかを通過してインジェクタ６５に導入される水素ガスの圧力を検出する。
【００３８】
アノード電極３４への水素ガスの供給又は供給停止は、インジェクタ６５（駆動弁）を開閉することで行われる。インジェクタ６５は、周知の通り、その内部に弁を有し、該弁が開状態又は閉状態とされる。インジェクタ６５が開状態となることに伴ってアノード流路に水素ガスの流通が開始され、一方、閉状態となることに伴って水素ガスの流通が停止状態される。インジェクタ６５から導出された水素ガスは、エゼクタ６６に流通する。
【００３９】
燃料電池スタック１２の水素ガス出口４４ｂには、水素ガス排出路６７（アノードオフガス配管）が接続される。水素ガス排出路６７は、アノード電極３４で少なくとも一部が使用された水素ガスである排出水素ガス（アノードオフガス）を、燃料電池スタック１２から導出する。
【００４０】
水素ガス排出路６７には、気液分離器６８が設けられる。前記気液分離器６８の下流からは水素循環流路６９が分岐し、この水素循環流路６９の下流側が前記エゼクタ６６に接続される。水素循環流路６９には、水素ポンプ７０が設けられる。水素ポンプ７０は、特に起動時に、水素ガス排出路６７に排出されたアノードオフガスを、水素循環流路６９及びエゼクタ６６を介して水素ガス供給路５１に循環させる。
【００４１】
水素ガス排出路６７は、パージ流路７１の一端が連通するとともに、前記パージ流路７１の途上には、パージ弁７２が設けられる。気液分離器６８の底部には、主に液体成分を含む流体を排出する排水流路７４の一端が接続される。排水流路７４の途上には、ドレイン弁７６が配設される。
【００４２】
酸化剤ガス供給装置１６は、大気（空気）を圧縮して供給するエアポンプ７８を備え、前記エアポンプ７８が空気供給路（酸化剤ガス供給流路）８０に配設される。空気供給路８０は、燃料電池スタック１２に圧縮空気を供給する。
【００４３】
空気供給路８０は、エアポンプ７８の下流側に位置するとともに燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに接続され、その間に供給側バイパス弁（入口封止弁）８２ａ及び加湿器８４が介装される。空気供給路８０には、加湿器８４を迂回するバイパス供給路８６が接続される。バイパス供給路８６には、バイパス弁８８が設けられる。
【００４４】
燃料電池スタック１２の空気出口４６ｂには、空気排出路（カソードオフガス排出路）９０が接続される。空気排出路９０は、カソード電極３６で少なくとも一部が使用された圧縮空気である排出圧縮空気（カソードオフガス）を、燃料電池スタック１２から排出する。
【００４５】
空気排出路９０の下流には前記加湿器８４が配設されており、このため、加湿器８４は、エアポンプ７８から供給された圧縮空気とカソードオフガスとの間で水分及び熱を交換する。さらに、空気排出路９０において、加湿器８４の下流側には排出側バイパス弁（出口封止弁）８２ｂ及び背圧弁９２が配設される。空気排出路９０の下流には、パージ流路７１の他端及び排水流路７４の他端が接続されて合流しており、これにより希釈部を構成している。
【００４６】
空気供給路８０と空気排出路９０とには、供給側バイパス弁８２ａの上流側と排出側バイパス弁８２ｂの下流側及び背圧弁９２の下流側とに位置して、空気側バイパス流路９４の両端が連通する。空気側バイパス流路９４には、前記空気側バイパス流路９４を流通する空気の流量を調整するＢＰ流量調整弁９６が配設される。
【００４７】
冷却媒体供給装置１８は、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに接続される冷却媒体供給路１０２を備え、前記冷却媒体供給路１０２の途上には、水ポンプ１０４が配置される。冷却媒体供給路１０２は、ラジエータ１０６に接続されるとともに、前記ラジエータ１０６には、冷却媒体出口４８ｂに連通する冷却媒体排出路１０８が接続される。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１０の制御方法につき、該燃料電池システム１０の動作との関係で説明する。
【００４９】
タンク内圧は、第１レギュレータ５５よりも上流側に設けられたタンク内圧センサ５４で検出される。また、第１レギュレータ５５と第２レギュレータ５８の間の水素ガスの圧力（第１圧力）は第１圧力センサ５６で検出され、一方、第２レギュレータ５８とインジェクタ６５の間の水素ガスの圧力（第２圧力）は第２圧力センサ６０で検出される。タンク内圧、第１圧力及び第２圧力の各値は、制御部２０に情報信号として送信される。すなわち、タンク内圧、第１圧力及び第２圧力は、制御部２０によって常時モニタリングされている。
【００５０】
例えば、燃料電池車両が長時間にわたって停止されているときに、図２に示される異常検出工程Ｓ１において、第１圧力センサ５６による検出値が所定の上限値、換言すれば、異常値に到達することが想定される。なお、所定の上限値は、第１レギュレータ５５の圧力調整可能範囲を超える（圧力調整可能範囲外である）値であり、水素タンク５０内の水素ガスの圧力と等しい値であってもよい。すなわち、後者の場合、第１圧力センサ５６による検出値（第１圧力）と、タンク内圧センサ５４による検出値（タンク内圧）とが等しくなる。なお、図面では、第１圧力を「Ｐ１」、第２圧力を「Ｐ２」と表している。
【００５１】
この原因は、第１レギュレータ５５から微量の水素ガスが漏洩しているために水素ガスが第１レギュレータ５５の下流側に流通したためか（以下、「第１の原因」という）、又は、第１圧力センサ５６が動作不良を起こしているため（以下、「第２の原因」という）であると推察される。制御部２０は、先ず、異常値となった原因が第１の原因であるか、又は第２の原因であるかを判断する。
【００５２】
すなわち、制御部２０は、バイパス弁開放指令工程（開閉弁開放指令工程）Ｓ２において、「バイパス弁６４を開状態とする」との開放指令信号を発する。制御部２０は、さらに、圧力値比較工程Ｓ３において、第１圧力センサ５６によって検出されて情報信号として送信された第１圧力と、第２圧力センサ６０によって検出されて情報信号として送信された第２圧力とを比較する。
【００５３】
バイパス弁６４が正常動作するときには、該バイパス弁６４が開状態となる。従って、第１レギュレータ５５とバイパス弁６４との間で停滞していた水素ガスが、水素側バイパス流路６２及びバイパス弁６４を経由して水素ガス供給路５１に戻る。このため、第１圧力が低減する。バイパス弁開放指令工程が行われて所定時間が経過すると、第１圧力が第２圧力と等しくなる。
【００５４】
この場合、制御部２０は、第１圧力センサ５６が正常作動していると認識する。すなわち、制御部２０は、第１圧力が異常値に到達したのは第１の原因に起因すると判断する。換言すれば、第１レギュレータ５５に漏洩が生じているとの判断がなされる。
【００５５】
このときには、図２中のＳ４に示すように、その旨の警告がなされるとともに、燃料電池スタック１２の運転開始作業が停止される。燃料電池スタック１２の運転中に上記の判断がなされたときには、発電が停止される。具体的には、電磁開閉弁５３が閉止され、これにより、燃料電池スタック１２への水素ガスの供給が停止される。従って、第１レギュレータ５５の動作不良に起因して水素ガスの減圧が不足する事態となることを回避することができる。
【００５６】
これに対し、第１圧力が第２圧力と等しくならないときには、制御部２０は、第２の原因によって第１圧力が異常値に到達したと認識する。すなわち、第１圧力センサ５６が動作不良を起こしていると判断する。このときには、図２中のＳ５に示すように、その旨の警告がなされるとともに、燃料電池スタック１２の出力を低減する制御が行われる。これにより、インジェクタ６５に適切量の水素ガスが供給される。
【００５７】
なお、異常検出工程Ｓ１において検出された第１圧力値が異常値に到達していないとき（第１圧力が第１レギュレータ５５の圧力調整可能範囲内であるとき）には、図２中にＳ６で示すように、燃料電池スタック１２の起動、又は発電が継続される。
【００５８】
タンク内圧が所定値以上であり、制御部２０が「燃料電池スタック１２を発電することが可能な量の水素ガスが貯留されている」と判断したときには、燃料電池スタック１２が起動されて燃料電池車両の運転が開始される。すなわち、制御部２０は、燃料ガス供給装置１４からアノード流路に水素ガスを供給するべく、インジェクタ６５を開放する指令信号を発する。これによりインジェクタ６５内の弁が開状態となるので、水素タンク５０から水素ガス供給路５１に供給された所定量の水素ガスが、インジェクタ６５及びエゼクタ６６を通過して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに供給される。
【００５９】
このとき、第１レギュレータ５５及び第２レギュレータ５８は双方とも開状態とされており、一方、バイパス弁６４は閉状態とされている。従って、水素タンク５０から導出された水素ガスは第１レギュレータ５５及び第２レギュレータ５８を通過し、この際、所定の圧力まで段階的に減圧される。すなわち、第１レギュレータ５５で先ず所定の圧力値まで減圧され、次に、第２レギュレータ５８でさらに低圧の圧力値まで減圧される。
【００６０】
水素ガスは、さらに、水素ガス入口４４ａから水素ガス流路３８に導入され、前記水素ガス流路３８に沿って移動する。これにより、電解質膜・電極構造体２６のアノード電極３４に水素ガスが供給される。
【００６１】
その一方で、制御部２０は、酸化剤ガス供給装置１６から圧縮空気を供給するべく、エアポンプ７８を付勢する指令信号を発する。これに伴い、エアポンプ７８の回転作用下に、空気供給路８０に圧縮空気が送られる。この圧縮空気は、加湿器８４を通過する際に加湿された後、燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに供給される。圧縮空気は、空気入口４６ａから空気流路４０に導入された後、前記空気流路４０に沿って移動することによって電解質膜・電極構造体２６のカソード電極３６に供給される。
【００６２】
従って、各電解質膜・電極構造体２６では、アノード電極３４に供給される水素ガスと、カソード電極３６に供給される圧縮空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。加湿器８４にて圧縮空気に付与された湿分の一部は、カソード電極３６から固体高分子電解質膜３２に浸透し、アノード電極３４に到達する。
【００６３】
また、冷却媒体供給装置１８では、水ポンプ１０４の作用下に、冷却媒体供給路１０２から燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路４２に沿って流動し、発電セル２４を冷却した後、冷却媒体出口４８ｂから冷却媒体排出路１０８に排出される。
【００６４】
アノード電極３４に供給されて一部が消費された水素ガスは、アノードオフガスとして水素ガス出口４４ｂから水素ガス排出路６７に排出される。この際、アノードオフガスは、上記のようにしてアノード電極３４に到達した湿分（水分）を同伴する。すなわち、気液分離器６８に導入されるアノードオフガスは、水分を含んだ湿潤ガスである。
【００６５】
気液分離器６８において、アノードオフガス中の水分の大部分が分離される。液分（水）は、ドレイン弁７６が開放されることによって排水流路７４から排出される。一方、水分が分離されたアノードオフガスは、若干残留したミストを含んだ状態で、水素ポンプ７０の作用下に、水素ガス排出路６７から水素循環流路６９に導入される。アノードオフガスは、さらに、水素循環流路６９からエゼクタ６６に吸引され、第１レギュレータ５５、第２レギュレータ５８及びインジェクタ６５を通過した新たな水素ガスに合流して水素ガス供給路５１からアノード流路に供給される。このように、アノードオフガスは燃料電池スタック１２に循環供給される。
【００６６】
なお、水素ガス排出路６７に排出されたアノードオフガスは、必要に応じて、パージ弁７２の開放作用下に外部に排出（パージ）される。
【００６７】
同様に、カソード電極３６に供給されて一部が消費された圧縮空気は、カソードオフガスとして空気出口４６ｂから空気排出路９０に排出される。カソードオフガスは、加湿器８４を通って空気供給路８０から供給される新たな圧縮空気を加湿した後、背圧弁９２の設定圧力に調整されて希釈部に排出される。なお、空気排出路９０に排出されたカソードオフガスは、空気循環流路９８から空気供給路８０に供給される。すなわち、カソードオフガスも燃料電池スタック１２に循環供給される。
【００６８】
上記したように、圧力値比較工程Ｓ３で第１圧力と第２圧力が等しくないと判断されたときには、燃料電池スタック１２の出力を低減するような制御がなされている。従って、燃料電池スタック１２は、その出力範囲内で発電を行う。
【００６９】
燃料電池スタック１２の運転が行われている間、制御部２０は、減圧システム５２が正常に動作しているか否かを判断するべく、図３に示す制御を行う。すなわち、任意のタイミングでバイパス弁６４を開状態とするとの指令信号を発し、バイパス弁開放指令工程（開閉弁開放指令工程）Ｓ１０を実施する。
【００７０】
バイパス弁開放指令工程Ｓ１０を行う際、インジェクタ６５に作動音が生じる。燃料電池車両が走行している際には、作動音は走行音で遮られる。これに対し、例えば、燃料電池車両が停止してアイドリング状態である（燃料電池スタック１２の出力が所定の閾値以下である）ときに作動音が生じると、ユーザに騒音として認識されることがある。これを回避するべく、アイドル時には、カーエアコン２１やカーオーディオ２２等が使用されて音が発生しているときにバイパス弁開放指令工程Ｓ１０を行うことが好ましい。
【００７１】
なお、カーエアコン２１やカーオーディオ２２等が使用されていることは、制御部２０に情報として伝達される。従って、制御部２０は、カーエアコン２１やカーオーディオ２２等が使用されているときに合わせてバイパス弁開放指令工程Ｓ１０を行うことが可能である。
【００７２】
バイパス弁６４が正常動作するときには、該バイパス弁６４が開状態となる。この場合、バイパス弁開放指令工程Ｓ１０が行われて所定時間が経過すると、第２圧力が上昇して第１圧力と等しくなる。制御部２０は、バイパス弁開放指令工程Ｓ１０が行われて所定時間が経過したときの第１圧力と第２圧力を比較する（圧力値比較工程Ｓ２０）。
【００７３】
圧力値比較工程Ｓ２０で第１圧力が第１レギュレータ５５の減圧範囲内であり、且つ第２圧力と等しいという結果が得られたときには、制御部２０は、第１レギュレータ５５が正常に動作していると認識する。
【００７４】
次に、制御部２０は、バイパス弁６４を閉状態とするバイパス弁閉止指令工程（開閉弁閉止指令工程）Ｓ３０を行い、その後、第２圧力を検出する。ここで、バイパス弁閉止指令工程Ｓ３０が行われた直後では、第２圧力は、図４に示すように、発電によって消費される水素ガスの量に依存して漸次的に変化する。そこで、制御部２０は、バイパス弁閉止指令工程Ｓ３０が行われて所定時間が経過するか、又は、燃料電池の積算発電量が所定値に到達するまで、第２圧力の検出結果に基づく判断を保留する。
【００７５】
バイパス弁閉止指令工程Ｓ３０が行われて所定時間が経過するか、又は、燃料電池の積算発電量が所定値に到達すると、制御部２０は、そのときの第２圧力を検出する。すなわち、第２圧力検出工程Ｓ４０が行われる。この際、第２圧力が所定の上限値に到達していないとき（第２レギュレータ５８の圧力調整可能範囲内であるとき）には、制御部２０は、バイパス弁６４が正常に動作していると判断される。
【００７６】
この場合、制御部２０は、図３中にＳ５０として示すように、燃料電池スタック１２の出力を維持する。この場合、第１レギュレータ５５、第２レギュレータ５８及びバイパス弁６４は正常に作動しており、水素ガスは実際には所定の圧力まで段階的に低減されている。従って、燃料電池スタック１２の出力を維持しても特段の差し支えはないからである。
【００７７】
一方、第２圧力が所定の上限値に到達しているときには、制御部２０は、例えば、「バイパス弁閉止指令工程Ｓ３０が行われたにも関わらず、バイパス弁６４が未だ開状態にある」か、又は「第２レギュレータ５８が動作不良を起こしているために十分な減圧がなされていない」等と認識する。この場合、制御部２０は、Ｓ６０として示すように、警告を発するとともに燃料電池スタック１２の出力を低減する。
【００７８】
これに対し、圧力値比較工程Ｓ２０で第１圧力と第２圧力が等しくない（値が一致していない）とき、制御部２０は、「バイパス弁６４が動作不良のために開状態となっていない」か、又は「第２圧力センサ６０が動作不良のために正確な値を示していない」のいずれかであると認識する。また、第２圧力が第１レギュレータ５５の圧力調整可能範囲外である場合には、制御部２０は、「第１レギュレータ５５に動作不良が生じているために十分な減圧がなされていない」と判断する。
【００７９】
いずれの場合にも、制御部２０は、図３中にＳ７０として示すように、警告を発するとともに燃料電池スタック１２の出力を低減する。なお、燃料電池スタック１２の出力を低減するには、例えば、燃料電池スタック１２への水素ガス及び圧縮空気の供給量を低減すればよい。
【００８０】
このように、本実施の形態によれば、所定の工程が実施されることにより、如何なる機器が動作不良を起こしているかが判断される。その結果に基づき、燃料電池スタック１２の出力を維持するか制限するかが決定される。このため、不必要な出力の制限がなされることが回避されるので、ユーザにとっての利便性が向上する。
【００８１】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００８２】
例えば、燃料電池車両の走行時であれば、カーエアコン２１やカーオーディオ２２の使用時に合わせてバイパス弁閉止指令工程Ｓ３０を行う必要は特にない。
【符号の説明】
【００８３】
１０…燃料電池システム                  １２…燃料電池スタック
１４…燃料ガス供給装置                  １６…酸化剤ガス供給装置
１８…冷却媒体供給装置                  ２０…制御部
２１…カーエアコン                      ２２…カーオーディオ
２４…発電セル                          ２６…電解質膜・電極構造体
２８、３０…セパレータ                  ３２…固体高分子電解質膜
３４…アノード電極                      ３６…カソード電極
３８…水素ガス流路                      ４０…空気流路
５０…水素タンク                        ５１…水素ガス供給路
５２…減圧システム                      ５３…電磁開閉弁
５４…タンク内圧センサ                  ５５…第１レギュレータ
５６…第１圧力センサ                    ５８…第２レギュレータ
６０…第２圧力センサ                    ６２…水素側バイパス流路
６４…バイパス弁                        ６５…インジェクタ
６６…エゼクタ                          ６７…水素ガス排出路
６９…水素循環流路                      ７０…水素ポンプ
７８…エアポンプ                        ８０…空気供給路
８４…加湿器                            ９０…空気排出路
９８…空気循環流路
【図１】
2018018682.tif 000003
【図２】
2018018682.tif 000004
【図３】
2018018682.tif 000005
【図４】
2018018682.tif 000006