(57)【要約】【課題】燃料電池システムの構造の簡素化を図る。【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池と、空気供給流路と空気排出流路とを含む空気流路と、空気供給流路を開閉する空気入口弁と、空気排出流路を開閉する空気出口弁と、水素ガス供給流路と水素ガス排出流路とを含む水素ガス流路と、水素ガス供給流路を開閉する水素ガス入口弁と、水素ガス排出流路を開閉する水素ガス出口弁と、水素ガス入口弁より下流側であって水素ガス出口弁より上流側の水素ガス流路内の気体の圧力を取得する水素ガス圧力センサと、制御部とを備え、制御部は、水素ガス入口弁と水素ガス出口弁と空気入口弁と空気出口弁とが閉状態にされた後、水素ガス圧力センサにより取得した圧力の低下の状況に応じて、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と、前記燃料電池から空気を排出するための空気排出流路と、を含む空気流路と、
前記空気供給流路を開閉する空気入口弁と、
前記空気排出流路を開閉する空気出口弁と、
前記燃料電池に水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と、前記燃料電池から水素ガスを排出するための水素ガス排出流路と、を含む水素ガス流路と、
前記水素ガス供給流路を開閉する水素ガス入口弁と、
前記水素ガス排出流路を開閉する水素ガス出口弁と、
前記水素ガス入口弁より下流側であって前記水素ガス出口弁より上流側の前記水素ガス流路内の気体の圧力を取得する水素ガス圧力センサと、
前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、前記水素ガス圧力センサにより取得した前記圧力の低下の状況に応じて、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する制御部と、
を備える、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、
前記制御部は、前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、予め定められた期間が経過した際、
低下した前記圧力が予め定められた値以下となっている場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっていると推定し、
低下した前記圧力が予め定められた値以下となっていない場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記予め定められた値は、前記空気入口弁と前記空気出口弁と前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁とが正常に閉状態となっている場合に前記予め定められた期間が経過した際の低下した前記圧力に基づいて定められた値である、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、予め定められた期間中における前記圧力の低下の過程において、
前記圧力が上昇する期間がある場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定し、
前記圧力が上昇する期間がない場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっていると推定する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記空気流路の前記空気入口弁より上流側に、前記燃料電池に圧縮空気を供給する圧縮機を備え、
前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定した場合に、前記圧縮機を駆動させる、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記水素ガス流路内の気体の温度を取得するための温度センサを備え、
前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かの推定を、前記温度センサにより取得した前記温度が予め定められた値以下になった場合に、前記水素ガス圧力センサにより取得した前記圧力を用いて行う、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないことを示す報知部を備え、
前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定した場合に、前記報知部による報知を行う、
燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池システムの異常診断方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と、前記燃料電池から空気を排出するための空気排出流路と、を含む空気流路と、
前記空気供給流路を開閉する空気入口弁と、
前記空気排出流路を開閉する空気出口弁と、
前記燃料電池に水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と、前記燃料電池から水素ガスを排出するための水素ガス排出流路と、を含む水素ガス流路と、
前記水素ガス供給流路を開閉する水素ガス入口弁と、
前記水素ガス排出流路を開閉する水素ガス出口弁と、
前記水素ガス入口弁より下流側であって前記水素ガス出口弁より上流側の前記水素ガス流路内の気体の圧力を取得する水素ガス圧力センサと、
制御部と、
を備え、
前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、前記制御部が、前記水素ガス圧力センサにより取得した前記圧力の低下の状況に応じて、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する、
燃料電池システムの異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに関して、例えば、特許文献１には、水素ガス流路と、水素ガス入口遮断弁と、水素ガス出口遮断弁と、空気流路と、空気入口遮断弁と、空気出口遮断弁と、空気圧力センサとを備える燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、燃料電池システムを停止させた後、空気入口遮断弁と空気出口遮断弁とを閉じて空気流路を密閉状態にし、その後、空気流路に設けられた空気圧力センサにより取得した圧力を用いて、空気入口遮断弁または空気出口遮断弁が、正常に閉状態になっているか否かを判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５３０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された燃料電池システムでは、空気入口遮断弁または空気出口遮断弁が正常に閉状態になっているか否かを判断するために、空気流路に空気圧力センサが配置されている。そのため、燃料電池システムが複雑になっている。
【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、燃料電池と；前記燃料電池に空気を供給するための空気供給流路と、前記燃料電池から空気を排出するための空気排出流路と、を含む空気流路と；前記空気供給流路を開閉する空気入口弁と；前記空気排出流路を開閉する空気出口弁と；前記燃料電池に水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と、前記燃料電池から水素ガスを排出するための水素ガス排出流路と、を含む水素ガス流路と；前記水素ガス供給流路を開閉する水素ガス入口弁と；前記水素ガス排出流路を開閉する水素ガス出口弁と；前記水素ガス入口弁より下流側であって前記水素ガス出口弁より上流側の前記水素ガス流路内の気体の圧力を取得する水素ガス圧力センサと；前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、前記水素ガス圧力センサにより取得した前記圧力の低下の状況に応じて、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する制御部と；を備える。この形態の燃料電池によれば、水素ガス圧力センサにより取得した水素ガス流路内の気体の圧力の低下の状況に応じて、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。このため、空気流路内に気体の圧力を取得するための空気圧力センサを配置することなく、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定できるため、燃料電池システムの構造を簡素化することができる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、予め定められた期間が経過した際、低下した前記圧力が予め定められた値以下となっている場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっていると推定し、低下した前記圧力が予め定められた値以下となっていない場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定してもよい。この形態の燃料電池によれば、単純な比較演算により、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを容易に推定できる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池システムであって、前記予め定められた値は、前記空気入口弁と前記空気出口弁と前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁とが正常に閉状態となっている場合に前記予め定められた期間が経過した際の低下した前記圧力に基づいて定められた値であってもよい。この形態の燃料電池によれば、正常に閉状態となっている場合の圧力に基づき、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを精度よく推定できる。
【０００９】
（４）上記形態の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記水素ガス入口弁と前記水素ガス出口弁と前記空気入口弁と前記空気出口弁とが閉状態にされた後、予め定められた期間中における前記圧力の低下の過程において、前記圧力が上昇する期間がある場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定し、前記圧力が上昇する期間がない場合に、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっていると推定してもよい。この形態の燃料電池によれば、圧力上昇の有無に応じて、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを容易に推定できる。
【００１０】
（５）上記形態の燃料電池システムであって、前記空気流路の前記空気入口弁より上流側に、前記燃料電池に圧縮空気を供給する圧縮機を備え、前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定した場合に、前記圧縮機を駆動させてもよい。この形態の燃料電池によれば、空気入口弁と空気出口弁との少なくとも一方が、異物を噛み込むことにより、正常に閉状態になっていない場合に、圧縮機を駆動させることにより、異物を除去することができる。
【００１１】
（６）上記形態の燃料電池システムであって、前記水素ガス流路内の気体の温度を取得するための温度センサを備え、前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かの推定を、前記温度センサにより取得した前記温度が予め定められた値以下になった場合に、前記水素ガス圧力センサにより取得した前記圧力を用いて行ってもよい。この形態の燃料電池によれば、水素ガス圧力センサにより取得した水素ガス流路内の気体の圧力を用いて、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを推定する際に、温度に応じた水素ガス流路内の圧力変化の影響を抑制できる。このため、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっているか否かを、より適切に推定できる。
【００１２】
（７）上記形態の燃料電池システムであって、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないことを示す報知部を備え、前記制御部は、前記空気入口弁と前記空気出口弁との少なくとも一方が正常に閉状態になっていないと推定した場合に、前記報知部による報知を行ってもよい。この形態の燃料電池によれば、空気入口弁と空気出口弁とが正常に閉状態になっていない場合に、報知部が異常を示すため、ユーザに修理や点検を促すことができる。
【００１３】
本発明は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池車両や、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における燃料電池システムの概略を示す説明図。
【図２】第１実施形態における異常検出処理を示すフローチャート。
【図３】水素ガス圧力センサの取得する圧力の時間変化を表すグラフ。
【図４】第２実施形態における異常検出処理を示すフローチャート。
【図５】第３実施形態における異常検出処理を示すフローチャート。
【図６】第４実施形態における燃料電池システムの概略を示す説明図。
【図７】第４実施形態における異常検出処理を示すフローチャート。
【図８】第５実施形態における燃料電池システムの概略を示す説明図。
【図９】第５実施形態における異常検出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１０の概略を示す説明図である。本実施形態での燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の駆動用モータを駆動させるための発電装置として用いられる。燃料電池システム１０は、定置型の発電装置として用いてもよい。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、空気流路２１０と、水素ガス流路３１０と、制御部５００とを備える。
【００１６】
本実施形態の燃料電池１００は、固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１００は、複数のセルが積層したスタック構造を有する。各セルは、電解質膜の両面に電極触媒層を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。各セルは、膜電極接合体のアノード側に燃料ガスである水素ガスが供給され、カソード側に酸化ガスである空気が供給されることにより、電気化学反応により起電力を発生する。各セル同士は、直列に接続されている。本実施形態では、燃料電池１００に、燃料電池１００を冷却するための冷媒が循環する冷却水流路４１０が接続されている。冷却水流路４１０を循環する冷媒は、ラジエータ４２０によって放熱される。
【００１７】
空気流路２１０は、燃料電池１００に空気を供給するための空気供給流路２１１と、燃料電池１００から空気を排出するための空気排出流路２１２とを有する。空気供給流路２１１には、エアクリーナ２２０と、圧縮機２３０と、空気入口弁２４０とが、上流側からこの順で配置されている。空気排出流路２１２には、空気出口弁２５０が配置されている。
【００１８】
エアクリーナ２２０は、空気中の異物を除去し、空気供給流路２１１へ空気を取り込む。
【００１９】
圧縮機２３０は、エアクリーナ２２０から空気供給流路２１１内に導入された空気を圧縮し、圧縮空気を燃料電池１００へと供給する。圧縮機２３０としては、例えば、スーパーチャージャやルーツポンプを用いることができる。尚、圧縮機２３０により圧縮されて高温となった空気を冷却するために、圧縮機２３０の下流側にインタークーラを配置してもよい。
【００２０】
空気入口弁２４０は、圧縮機２３０と燃料電池１００との間の空気供給流路２１１に配置されている。空気入口弁２４０は、空気供給流路２１１を開閉するための弁である。
【００２１】
空気出口弁２５０は、空気排出流路２１２を開閉するための弁である。制御部５００は、空気出口弁２５０の開度を調節することで、燃料電池１００内のカソード側を流れる空気の圧力を調整することができる。
【００２２】
水素ガス流路３１０は、燃料電池１００に水素ガスを供給するための水素ガス供給流路３１１と、燃料電池１００から水素ガスを排出するための水素ガス排出流路３１２とを有する。また、本実施形態では、水素ガス流路３１０は、燃料電池１００から排出された水素ガスを、燃料電池１００に循環させるための、水素ガス循環流路３１３を有する。水素ガス供給流路３１１には、水素ガス供給部３２０と、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス圧力センサ３４０とが、上流側からこの順で配置されている。水素ガス排出流路３１２には、気液分離器３５０と、水素ガス出口弁３７０とが、上流側からこの順で配置されている。水素ガス循環流路３１３には、水素ポンプ３６０が配置されている。
【００２３】
水素ガス供給部３２０は、水素ガス供給流路３１１内に、水素ガスを供給する。本実施形態では、水素ガス供給部３２０は、水素が貯蔵された水素タンクと、水素タンクの主止弁とを備えている。主止弁は、水素タンクと水素ガス供給流路３１１との接続部を開閉する弁である。
【００２４】
水素ガス入口弁３３０は、水素ガス供給部３２０と燃料電池１００との間の水素ガス供給流路３１１に配置されている。水素ガス入口弁３３０は、水素ガス供給流路３１１を開閉するための弁である。水素ガス入口弁３３０は、例えば、インジェクターにより構成することができる。
【００２５】
水素ガス圧力センサ３４０は、水素ガス入口弁３３０の下流側であって水素ガス出口弁３７０の上流側の水素ガス流路３１０に配置されている。水素ガス圧力センサ３４０は、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐを取得するためのセンサである。制御部５００は、水素ガス圧力センサ３４０の取得した圧力Ｐを用いて、水素ガス入口弁３３０の開度を制御することにより、燃料電池１００への水素ガスの供給量を調節することができる。
【００２６】
気液分離器３５０は、燃料電池１００から排出された水素ガス（アノードオフガス）から、燃料電池１００の発電により生じた生成水を分離する。
【００２７】
水素ポンプ３６０は、気液分離器３５０により生成水と分離された水素ガスを、水素ガス循環流路３１３を通じて、水素ガス供給流路３１１の水素ガス入口弁３３０よりも下流側に再び導入して、燃料電池１００に循環させる。
【００２８】
水素ガス出口弁３７０は、気液分離器３５０と空気排出流路２１２との間の水素ガス排出流路３１２に配置されている。水素ガス出口弁３７０は、水素ガス排出流路３１２を開閉するための弁である。制御部５００は、水素ガス出口弁３７０を開状態とすることにより、気液分離器３５０により分離された生成水やアノードオフガスを排出することができる。水素ガス出口弁３７０から排出された生成水やアノードオフガスは、空気排出流路２１２の空気出口弁２５０よりも下流側に流れ、燃料電池システム１０の外に排出される。
【００２９】
制御部５００は、ＣＰＵと、メモリと、各部品が接続されるインター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。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、水素ガス圧力センサ３４０により取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐの低下の状況に応じて、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。また、本実施形態では、制御部５００は、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０と、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス出口弁３７０との開閉を制御する。制御部５００と、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０と、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス出口弁３７０とは、燃料電池システム１０が停止した後にも、図示しないバッテリによって動作することが可能である。
【００３０】
図２は、制御部５００によって実行される、第１実施形態における異常検出処理を示すフローチャートである。本実施形態では、この処理は、燃料電池システム１０を停止させるための操作が行われた後に、制御部５００によって実行される。本実施形態における、燃料電池システム１０を停止させるための操作とは、燃料電池システム１０のスタートスイッチ５１０をオフにすることである。まず、制御部５００は、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス出口弁３７０とを閉状態にさせる（ステップＳ１１０）。制御部５００は、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０とを閉状態にさせる（ステップＳ１２０）。尚、ステップＳ１１０とステップＳ１２０とは、どちらが先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。本実施形態では、上記ステップＳ１１０において、制御部５００は、水素ガス出口弁３７０を閉状態にした後、水素ガス供給部３２０および水素ガス入口弁３３０を制御して、水素ガス流路３１０を所定の圧力まで加圧し、その後、水素ガス供給部３２０の主止弁および水素ガス入口弁３３０を閉状態にする。また、上記ステップＳ１２０において、制御部５００は、圧縮機２３０を停止させた後に、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とを閉状態にする。ステップＳ１１０とステップＳ１２０とが実行されることにより、燃料電池１００による発電は停止される。
【００３１】
次に、制御部５００は、予め定められた期間（例えば、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０とを閉じてから３時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。「予め定められた期間」は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが正常に閉状態になっている場合に、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが閉状態にされてから、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが安定するまでに要する期間を、予め実験により求めて定めることができる。予め定められた期間が経過していない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、制御部５００は、経過時間をカウントアップし、再びステップＳ１３０に戻る。
【００３２】
一方、予め定められた期間が経過した場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、制御部５００は、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが予め定められた値（閾値Ａ）以下となっているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。本実施形態では、「閾値Ａ」は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが正常に閉状態になっている場合に、予め定められた期間が経過した際の、水素ガス流路３１０内の気体の圧力に基づいて定められた値である。閾値Ａは、例えば、大気圧よりもやや低い程度の圧力としてもよい。水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが閾値Ａ以下となっている場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっていると推定する（ステップＳ１５０）。一方、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが閾値Ａ以下となっていない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定する（ステップＳ１６０）。「異常」とは、弁が正常に閉状態になっていない状態を指す。空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常である場合、制御部５００は、異常を検出したことをメモリに不揮発的に記録する。これにより、例えば、制御部５００に接続された診断装置が、この記録を読み込むことにより、燃料電池システム１０に異常が発生していることをユーザに認識させることができる。
【００３３】
図３は、水素ガス圧力センサ３４０の取得する圧力Ｐの時間変化を表すグラフである。このグラフは、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが閉状態とされてからの経過時間に対する、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐを表している。初期状態（グラフ左端）において、水素ガス流路３１０内は、水素ガス供給部３２０からの水素ガスの供給により加圧されている。これは、燃料電池システム１０の発電停止中に、燃料電池１００内に残存する水素ガスと酸素とがセル面内で不均一な状態で反応し、膜電極接合体が劣化することを抑制するためである。このため、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐは大気圧より高い圧力となっている。尚、空気流路２１０側については、制御部５００は、空気入口弁２４０を閉状態にする際に、圧縮機２３０を停止させるため、空気供給流路２１１内の気体の圧力は、大気圧と同程度の圧力となっている。また、空気排出流路２１２は、出口が外気と連通しているため、空気排出流路２１２内の気体の圧力も、大気圧と同程度の圧力となっている。
【００３４】
空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが閉状態にされた後において、水素ガス流路３１０内の水素ガスは、燃料電池１００の膜電極接合体を介して、アノード側からカソード側に透過する。このため、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐは、時間の経過とともに低下していく。水素ガスがカソード側に透過すると、空気流路２１０内の空気中に含まれる酸素と反応し、水が生成される。この反応により、空気流路２１０内の水素ガスと酸素とが消費され、空気流路２１０内の気体の圧力は低下していく。
【００３５】
空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっている場合、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との間の空気流路２１０は封止されている。このため、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との間の空気流路２１０内の気体の圧力は、アノード側から透過した水素ガスと空気中に含まれる酸素との反応により、水素ガスと酸素とが消費され、大気圧より低い圧力（負圧）まで低下する。そして、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐも、カソード側への水素ガスの透過により、負圧まで低下する。
【００３６】
一方、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常である場合、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との間の空気流路２１０は封止されていない。このため、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との間の空気流路２１０内の気体の圧力は、空気が流入するため、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっている場合に比べて高い圧力（大気圧と同程度の圧力）となる。これに伴い、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっている場合と比べて、アノード側からの水素ガスの透過は少なくなる。そのため、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐも、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっている場合に比べて高い圧力（大気圧と同程度の圧力）となる。したがって、本実施形態では、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐを測定することにより、空気流路２１０側に配置されている空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との異常を推定できる。
【００３７】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０によれば、空気流路２１０内に気体の圧力を取得するための空気圧力センサを配置することなく、水素ガス入口弁３３０から燃料電池１００への水素ガスの供給量を調整するために用いる水素ガス圧力センサ３４０を流用して、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定できる。したがって、燃料電池システム１０の構造を簡素化することができ、コストを低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、水素ガス圧力センサ３４０により取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが予め定められた値（閾値Ａ）以下となるか否かにより、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。そのため、圧力Ｐの低下の状況に応じて、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との異常の有無を推定できる。また、本実施形態によれば、圧力Ｐと閾値Ａとの単純な比較演算により、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを容易に推定できる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、水素ガス圧力センサに３４０より取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが正常に閉状態となっている場合に予め定められた期間が経過した際の水素ガス流路３１０内の圧力以下となるか否かにより、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。そのため、正常に閉状態となっている場合の圧力に基づき、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを精度よく推定できる。
【００４０】
Ｂ．第２実施形態
図４は、第２実施形態における異常検出処理を示すフローチャートである。第２実施形態では、燃料電池システム１０の構成は第１実施形態（図１）と同じである。第２実施形態では、異常検出処理の内容が第１実施形態（図２）と異なる。尚、図４において、図２と同じ処理内容については、図２と同じステップ番号を用いている。
【００４１】
第２実施形態の燃料電池システム１０では、制御部５００は、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス出口弁３７０とを閉状態にさせ（ステップＳ１１０）、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０とを閉状態にさせる（ステップＳ１２０）。次に、制御部５００は、予め定められた期間中における水素ガス流路３１０内の気体の圧力の低下の過程において、水素ガス圧力センサ３４０により取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが、上昇する期間があるか否かを判定する（ステップＳ１４０ｂ）。水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが上昇する期間がない場合（ステップＳ１４０ｂ：ＮＯ）、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっていると推定する（ステップＳ１５０）。一方、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが上昇する期間がある場合（ステップＳ１４０ｂ：ＹＥＳ）、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との間の空気流路２１０が封止されておらず、空気が空気流路２１０に流入している可能性がある。そのため、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定する（ステップＳ１６０）。尚、本実施形態における、「予め定められた期間」とは、例えば、第１実施形態における「予め定められた期間」と同じ期間である。
【００４２】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、予め定められた期間中における水素ガス流路３１０内の気体の圧力の低下の過程において、水素ガス圧力センサ３４０により取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが上昇する期間があるか否かにより、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定する。そのため、本実施形態によっても、圧力Ｐの低下の状況に応じて、空気入口弁２４０と空気出口弁との異常の有無を推定できる。また、本実施形態によれば、圧力Ｐの上昇の有無により、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを容易に推定できる。
【００４３】
Ｃ．第３実施形態
図５は、第３実施形態における異常検出処理を示すフローチャートである。第３実施形態では、燃料電池システム１０の構成は第１実施形態（図１）と同じである。第３実施形態では、異常検出処理の内容が第１実施形態（図２）と異なる。尚、図５において、図２と同じ処理内容については、図２と同じステップ番号を用いている。
【００４４】
異常検出処理についての第１実施形態との相違点を説明する。第３実施形態の燃料電池システム１０では、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定した場合（ステップＳ１６０）、空気流路２１０の空気入口弁２４０より上流側に配置されている圧縮機２３０を駆動させる（ステップＳ１７０ｃ）。圧縮機２３０が駆動されることにより、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とに対して、空気が吹き付けられる。このため、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が、異物を噛み込んだことにより、正常に閉状態となっていない場合に、空気の吹きつけにより、異物を除去することができる。圧縮機２３０を駆動させた後、再度、ステップＳ１１０に戻り、異常検出処理が行われる。尚、圧縮機２３０の駆動は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とを開状態にしてから実施することが好ましい。圧縮機２３０の駆動を、例えば３回程度行っても異常が解消しない場合、ステップＳ１１０に戻らず、処理を終了してもよい。
【００４５】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が、異物を噛み込むことにより、正常に閉状態になっていない場合に、圧縮機２３０を駆動させることにより、異物を除去することができる。これにより、空気入口弁２４０や空気出口弁２５０の異物の噛み込みによる異常を解消することができる。
【００４６】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態との組み合わせであっても良い。この場合、制御部５００は、図４に示したステップＳ１６０の後に、上述したステップＳ１７０ｃを実行する。
【００４７】
Ｄ．第４実施形態
図６は、第４実施形態における燃料電池システム１０ｄの概略を示す説明図である。図７は、第４実施形態における異常検出処理を示すフローチャートである。第４実施形態の燃料電池システム１０ｄでは、冷却水流路４１０に、温度センサ４３０を備えていることが第１実施形態（図１）と異なる。また、異常検出処理が第１実施形態（図２）と異なる。
【００４８】
温度センサ４３０は、燃料電池１００から排出される側の冷却水流路４１０に配置されている。制御部５００は、温度センサ４３０により冷却水流路４１０を流れる冷媒の温度Ｔを取得することで、間接的に水素ガス流路３１０内の気体の温度を取得（推測）する。尚、冷却水流路４１０に、温度センサ４３０を配置しなくても、例えば、燃料電池１００や、水素ガス流路３１０に温度センサを取り付け、これらの温度から水素ガス流路３１０内の気体の温度を取得（推測）してもよい。
【００４９】
第４実施形態の燃料電池システム１０ｄでは、制御部５００は、水素ガス入口弁３３０と、水素ガス出口弁３７０とを閉状態にさせ（ステップＳ１１０）、空気入口弁２４０と、空気出口弁２５０とを閉状態にさせる（ステップＳ１２０）。次に、制御部５００は、温度センサ４３０により取得した温度Ｔが予め定められた値（閾値Ｂ）以下になったか否かを判定する（ステップＳ１３０ｄ）。「閾値Ｂ」は、例えば、常温（摂氏３５度）とすることができる。温度Ｔが閾値Ｂ以下になっていない場合（ステップＳ１３０ｄ：ＮＯ）、制御部５００は、温度Ｔが閾値Ｂ以下になるまで、ステップＳ１３０ｄの処理を繰り返す（ステップＳ１３０ｄ：ＮＯ）。一方、温度Ｔが閾値Ｂ以下になっている場合（ステップＳ１３０ｄ：ＹＥＳ）、制御部５００は、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが、閾値Ａ以下となっているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが閾値Ａ以下となっている場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっていると推定する（ステップＳ１５０）。一方、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが閾値Ａ以下となっていない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定する（ステップＳ１６０）。尚、閾値Ｂは、常温のような固定値ではなく、その時点において外気温センサにより測定された外気温の値としてもよい。
【００５０】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０ｄでは、水素ガス圧力センサ３４０により取得した水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐを用いて、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを推定する際に、温度に応じた水素ガス流路内の圧力変化の影響を抑制できる。このため、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを、より適切に推定できる。
【００５１】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態との組み合わせであっても良い。この場合、制御部５００は、上述したステップＳ１３０ｄの後に、図４に示したステップＳ１４０ｂを実行する。
【００５２】
また、本実施形態と第３実施形態とを組み合わせることにより、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定した場合（ステップＳ１６０）、圧縮機２３０の駆動（図５、ステップＳ１７０ｃ）を行ってもよい。
【００５３】
Ｅ．第５実施形態
図８は、第５実施形態における燃料電池システム１０ｅの概略を示す説明図である。図９は、第５実施形態における異常検出処理を示すフローチャートである。第５実施形態の燃料電池システム１０ｅでは、燃料電池システム１０ｅが、報知部６００を備えていることが第１実施形態（図１）と異なる。また、異常検出処理が第１実施形態（図２）と異なる。
【００５４】
報知部６００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であることを示す。報知部６００は、例えば、燃料電池システム１０ｅが燃料電池車両に搭載される場合には、燃料電池車両のインストルメントパネルに異常を示す警告等を表示させてもよい。また、報知部６００は、ブザーによる警告音により異常を示してもよい。
【００５５】
異常検出処理についての第１実施形態との相違点を説明する。第５実施形態の燃料電池システム１０ｅでは、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定した場合（ステップＳ１６０）、報知部６００により空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であることを報知する（ステップＳ１８０ｅ）。
【００５６】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１０ｅでは、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっていない場合に、報知部６００が異常を示すため、ユーザに修理や点検を促すことができる。これにより、燃料電池１００の膜電極接合体が長期間大気に晒されて劣化することを抑制できる。
【００５７】
尚、本実施形態は、第１実施形態との組み合わせによるものとして説明したが、第２実施形態から第４実施形態までの任意の実施形態と組み合わせてもよい。例えば、本実施形態と第３実施形態とを組み合わせることにより、圧縮機２３０の駆動（図５、ステップＳ１７０ｃ）を行っても異常が解消しない場合に、報知部６００により、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であることを示してもよい（図９、ステップＳ１８０ｅ）。
【００５８】
Ｆ．他の実施形態１
図２に示した異常検出処理のステップＳ１４０において、制御部５００は、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐが、閾値Ａ以下となっているか否かを判定している。これに対して、制御部５００は、予め定められた期間中における水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐの平均変化率Ｑを用いて、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０とが正常に閉状態になっているか否かを判定してもよい。平均変化率Ｑは、下式（１）に示すように、ある時刻ｔ１における水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐ１と、時刻ｔ１より後のある時刻ｔ２における水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐ２とを用いて求めることができる。
Ｑ＝（Ｐ２−Ｐ１）／（ｔ２−ｔ１）  ・・・（１）
この場合、制御部５００は、平均変化率Ｑが閾値Ｃ以上である場合に、異常であると推定する。尚、「閾値Ｃ」は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０と水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とが正常に閉状態になっている場合に、ある時刻ｔ１における水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐ１と、時刻ｔ１より後のある時刻ｔ２における水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐ２とを予め実験により求めて、式（１）に基づき定めることができる。以上で説明した、圧力Ｐの平均変化率Ｑを用いた異常検出処理によっても、水素ガス流路３１０内の気体の圧力Ｐの低下の状況に応じて、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との異常の有無を推定できる。
【００５９】
Ｇ．他の実施形態２
図５に示した異常検出処理のステップＳ１７０ｃにおいて、制御部５００は、空気入口弁２４０と空気出口弁２５０との少なくとも一方が異常であると推定した場合に、圧縮機２３０を駆動させている。これに対して、制御部５００は、圧縮機２３０を駆動させるとともに、水素ガス供給部３２０を駆動させてもよい。「水素ガス供給部を駆動させる」とは、制御部５００が水素タンクの主止弁を開状態にすることをいう。水素ガス供給部３２０が駆動されることにより、水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とに対して、水素ガスが吹き付けられる。これにより、空気入口弁２４０や空気出口弁２５０の異物の噛み込みによる異常と、水素ガス入口弁３３０や水素ガス出口弁３７０の異物の噛み込みによる異常との、両方を解消することができる。尚、制御部５００は、水素ガス供給部を駆動させるのに先立ち、水素ガス入口弁３３０と水素ガス出口弁３７０とを開状態にすることが好ましい。また、制御部５００は、圧縮機２３０の駆動とともに水素ガス供給部３２０を駆動させるのではなく、圧縮機２３０の駆動を数回行っても異常が解消しない場合に、水素ガス供給部３２０を駆動させてもよい。この場合、圧縮機２３０を駆動させるとともに水素ガス供給部３２０を駆動させる場合に比べて、水素ガスの消費を抑制することができる。
【００６０】
本発明は、上述の実施形態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】
【００６１】
１０、１０ｄ、１０ｅ…燃料電池システム
１００…燃料電池
２１０…空気流路
２１１…空気供給流路
２１２…空気排出流路
２２０…エアクリーナ
２３０…圧縮機
２４０…空気入口弁
２５０…空気出口弁
３１０…水素ガス流路
３１１…水素ガス供給流路
３１２…水素ガス排出流路
３１３…水素ガス循環流路
３２０…水素ガス供給部
３３０…水素ガス入口弁
３４０…水素ガス圧力センサ
３５０…気液分離器
３６０…水素ポンプ
３７０…水素ガス出口弁
４１０…冷却水流路
４２０…ラジエータ
４３０…温度センサ
５００…制御部
５１０…スタートスイッチ
６００…報知部
【図１】
2019053840.tif 000003
【図２】
2019053840.tif 000004
【図３】
2019053840.tif 000005
【図４】
2019053840.tif 000006
【図５】
2019053840.tif 000007
【図６】
2019053840.tif 000008
【図７】
2019053840.tif 000009
【図８】
2019053840.tif 000010
【図９】
2019053840.tif 000011