(57)【要約】【課題】アノード電極からカソード電極にリークするヒドラジン類のリーク量の低減を図ることができ、耐久性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム２に、燃料電池３と、供給ユニット８と、排出ライン９と、水素センサ１０と、制御部６とを備える。そして、制御部６に、水素センサ１０の測定結果に基づいて、ヒドラジン類の消費量を算出させ、リークするリーク液量、液体燃料のヒドラジン類の濃度、ヒドラジン類の消費量に基づいて、ヒドラジン類のリーク量を算出させ、そのリーク量と所定の閾値とを比較し、リーク量が所定の閾値を超過するときに、液体燃料におけるヒドラジン類の濃度を低下させるように制御させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料成分中のヒドラジン類を消費して発電する燃料電池と、
ヒドラジン類を含む液体燃料を前記燃料電池に供給する供給部と、
前記燃料電池から排出液を排出させる排出部と、
前記排出液に含まれる水素ガス量を測定する水素濃度センサと、
前記供給部を制御する制御部と、を備え、
前記燃料電池は、
電解質膜と、
前記電解質膜の一方側に配置され、前記液体燃料が供給されるアノード電極であって、前記液体燃料に含まれるヒドラジン類を分解して水素を生成するアノード電極と、
前記電解質膜の他方側に配置され、空気が供給されるカソード電極と、を備え、
前記制御部は、
前記水素濃度センサの測定結果に基づいて、前記燃料電池の前記アノード電極で消費されるヒドラジン類の前記液体燃料の単位質量当たりの消費量を算出し、
前記アノード電極から前記カソード電極に前記電解質膜を透過してリークするリーク液量、前記アノード電極に供給される前記液体燃料におけるヒドラジン類の濃度、および、前記ヒドラジン類の前記液体燃料の単位質量当たりの消費量に基づいて、前記リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量を算出し、前記ヒドラジン類のリーク量と所定の閾値とを比較し、
前記ヒドラジン類のリーク量が前記所定の閾値を超過するときに、前記アノード電極に供給される前記液体燃料におけるヒドラジン類の濃度を低下させるように制御することを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記所定の閾値は、０であ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。
【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、詳しくは、液体燃料が供給される燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、固体高分子形の燃料電池と、ヒドラジンを含有する液体燃料を燃料電池に供給する燃料給排部と、空気を燃料電池に供給する空気給排部と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１参照。）。
【０００３】
そのような燃料電池システムでは、燃料電池が、電解質膜と、液体燃料が供給されるアノード電極と、酸素が供給されるカソード電極とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、アノード電極に供給された液体燃料が、電解質膜を透過してカソード電極にリークする場合がある。このような液体燃料のリークは、燃料電池の発電停止時においても生じるおそれがある。
【０００６】
そして、リークした液体燃料（以下、リーク液とする。）にヒドラジンが含まれると、カソード電極においてヒドラジンと酸素とが反応して燃料電池が劣化し、燃料電池の耐久性が低下するという不具合がある。
【０００７】
そこで、リーク液に含まれるヒドラジン量（以下、ヒドラジンのリーク量とする。）を検知し、ヒドラジンのリーク量の低減方法を検討することが望まれるが、ヒドラジンのリーク量を直接検知することは困難であり、燃料電池の耐久性の向上を図るには限度がある。
【０００８】
本発明は、アノード電極からカソード電極にリークするヒドラジン類のリーク量の低減を図ることができ、耐久性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明［１］は、燃料成分中のヒドラジン類を消費して発電する燃料電池と、ヒドラジン類を含む液体燃料を前記燃料電池に供給する供給部と、前記燃料電池から排出液を排出させる排出部と、前記排出液に含まれる水素ガス量を測定する水素濃度センサと、前記供給部を制御する制御部と、を備え、前記燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に配置され、前記液体燃料が供給されるアノード電極であって、前記液体燃料に含まれるヒドラジン類を分解して水素を生成するアノード電極と、前記電解質膜の他方側に配置され、空気が供給されるカソード電極と、を備え、前記制御部は、前記水素濃度センサの測定結果に基づいて、前記燃料電池の前記アノード電極で消費されるヒドラジン類の前記液体燃料の単位質量当たりの消費量を算出し、前記アノード電極から前記カソード電極に前記電解質膜を透過してリークするリーク液量、前記アノード電極に供給される前記液体燃料におけるヒドラジン類の濃度、および、前記ヒドラジン類の前記液体燃料の単位質量当たりの消費量に基づいて、前記リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量を算出し、前記ヒドラジン類のリーク量と所定の閾値とを比較し、前記ヒドラジン類のリーク量が前記所定の閾値を超過するときに、前記アノード電極に供給される前記液体燃料におけるヒドラジン類の濃度を低下させるように制御する、燃料電池システムを含む。
【００１０】
本発明［２］は、前記所定の閾値は、０である、上記［１］に記載の燃料電池システムを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池システムでは、水素濃度センサが、排出液に含まれる水素ガス量を測定し、制御部が、水素濃度センサの測定結果に基づいて、アノード電極で消費されるヒドラジン類の液体燃料の単位質量当たりの消費量を算出する。
【００１２】
その後、制御部は、リークするリーク液量、液体燃料におけるヒドラジン類の濃度、および、ヒドラジン類の液体燃料の単位質量当たりの消費量に基づいて、リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量を算出する。
【００１３】
そのため、ヒドラジン類のリーク量を精度よく算出することができ、算出されたヒドラジン類のリーク量と、所定の閾値とを比較することができる。
【００１４】
そして、制御部は、ヒドラジン類のリーク量が所定の閾値を超過するときに、アノード電極に供給される液体燃料におけるヒドラジン類の濃度を低下させるように制御する。
【００１５】
その結果、アノード電極からカソード電極にリークするヒドラジン類のリーク量の低減を図ることができ、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池システムが実行する制御プログラムの一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４５を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４７を選択的に電源として、モータ４５を駆動させるハイブリッド車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。
【００１８】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備える。
【００１９】
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、燃料成分中のヒドラジン類を消費して発電する。燃料電池３は、カチオン交換型燃料電池およびアニオン交換型燃料電池のいずれとしても構成できるが、好ましくは、アニオン交換型燃料電池として構成される。燃料電池３は、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００２０】
燃料電池３は、セルスタック１１を備える。
【００２１】
セルスタック１１は、複数の膜電極接合体１２と、複数のセパレータ１３とが交互に積層されることにより構成されている。以下の燃料電池３の説明において、複数の膜電極接合体１２と複数のセパレータ１３との積層方向を、積層方向と記載する。
【００２２】
各膜電極接合体１２は、電解質膜１４と、アノード電極１５と、カソード電極１６とを備える。
【００２３】
電解質膜１４は、アニオン交換形またはカチオン交換形の高分子電解質膜から形成され、好ましくは、アニオン交換形の高分子電解質膜から形成される。
【００２４】
電解質膜１４の厚みは、例えば、５μｍ以上、好ましくは、１０μｍ以上、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、３０μｍ以下である。
【００２５】
アノード電極１５は、電解質膜１４の一方側に配置され、電解質膜１４の積層方向一方側の表面に薄層として積層されている。アノード電極１５は、アノード触媒を含有し、例えば、アノード触媒を担持した触媒担体により形成されている。
【００２６】
アノード触媒は、例えば、ヒドラジン分解触媒としてのＰｔＮｉ合金と、水素酸化触媒としてのＰｔ単体とを含有し、好ましくは、ＰｔＮｉ合金およびＰｔ単体からなる。
【００２７】
ＰｔＮｉ合金は、白金（Ｐｔ）とニッケル（Ｎｉ）との合金である。
【００２８】
ＰｔＮｉ合金における白金の含有割合は、白金およびニッケルの総ｍｏｌ数に対して、例えば、１ｍｏｌ％以上、好ましくは、５ｍｏｌ％以上、例えば、７０ｍｏｌ％以下、好ましくは、６０ｍｏｌ％以下である。
【００２９】
ＰｔＮｉ合金におけるニッケルの含有割合は、白金およびニッケルの総ｍｏｌ数に対して、例えば、３０ｍｏｌ％以上、好ましくは、４０ｍｏｌ％以上、例えば、９９ｍｏｌ％以下、好ましくは、９５ｍｏｌ％以下である。
【００３０】
Ｐｔ単体は、白金の金属単体である。
【００３１】
Ｐｔ単体の含有割合は、ＰｔＮｉ合金１質量部に対して、例えば、０．１質量部以上、好ましくは、０．５質量部以上、例えば、１０質量部以下、好ましくは、５質量部以下である。
【００３２】
このようなアノード触媒は、例えば、触媒担体に担持される。触媒担体として、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。なお、アノード電極１５は、触媒担体を用いずに、アノード触媒から直接形成することもできる。
【００３３】
アノード電極１５の厚みは、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上、例えば、２００μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下である。
【００３４】
カソード電極１６は、電解質膜１４の他方側に配置され、電解質膜１４の積層方向他方側の表面に薄層として積層されている。カソード電極１６は、カソード触媒を含有し、例えば、カソード触媒を担持した触媒担体により形成されている。
【００３５】
カソード触媒として、例えば、金属単体、遷移金属錯体、遷移金属錯体の焼成体、導電性高分子とカーボンとからなるカーボンコンポジットに遷移金属が担持された複合体などが挙げられる。
【００３６】
金属単体として、例えば、白金族元素（ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ））、鉄族元素（鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ））などの周期表第８〜１０（ＶIII）族元素や、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの周期表第１１（ＩＢ）族元素、さらには亜鉛（Ｚｎ）などが挙げられる。金属単体は、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３７】
遷移金属錯体は、遷移金属元素（中心金属）に有機化合物が配位した金属錯体である。遷移金属元素として、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ランタン（Ｌａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）が挙げられる。遷移金属元素は、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３８】
遷移金属元素に配位する有機化合物として、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミン、ナイカルバジン、ピペミド酸系化合物、アミノベンズイミダゾール、アミノアンチピリン、またはこれらの重合体が挙げられる。有機化合物は、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３９】
導電性高分子として、上記の有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアミン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。導電性高分子は、単独使用または２種以上併用することができる。
【００４０】
このようなカソード触媒は、例えば、触媒担体に担持される。触媒担体として、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。なお、カソード電極１６は、触媒担体を用いずに、カソード触媒から直接形成することもできる。
【００４１】
カソード電極１６の厚みは、例えば、０．１μｍ以上、好ましくは、１μｍ以上、例えば、１００μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下である。
【００４２】
各セパレータ１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。複数のセパレータ１３のうち、膜電極接合体１２の積層方向一方側に隣接配置されるセパレータ１３には、燃料流路１７が形成され、膜電極接合体１２の積層方向他方側に隣接配置されるセパレータ１３には、空気流路１８が形成されている。
【００４３】
燃料流路１７は、セパレータ１３の積層方向他方面の中央に配置されている。燃料流路１７は、セパレータ１３の積層方向他方面から積層方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。
【００４４】
空気流路１８は、セパレータ１３の積層方向一方面の中央に配置されている。空気流路１８は、セパレータ１３の積層方向一方面から積層方向他方へ凹む凹溝であり、上下方向に延びる略直線形状に形成されている。
【００４５】
そして、燃料流路１７は、アノード電極１５に向かい合っている。空気流路１８は、カソード電極１６に向かい合っている。なお、膜電極接合体１２とセパレータ１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。
【００４６】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、供給部の一例としての供給ユニット８と、排出部の一例としての排出ライン９と、気液分離器３４と、水素濃度測定センサの一例としての水素センサ１０と、還流ライン２７とを備える。
【００４７】
供給ユニット８は、ヒドラジン類を含む液体燃料を燃料電池３（より具体的には、アノード電極１５）に供給する。供給ユニット８は、燃料タンク２１と、電解液タンク２２と、調整タンク２３と、第１燃料供給ライン２４と、電解液供給ライン２５と、第２燃料供給ライン２６と、を備える。
【００４８】
燃料タンク２１は、ヒドラジン類を含む液体燃料を貯蔵する。
【００４９】
詳しくは、液体燃料は、ヒドラジン類が水により溶解される水溶液であって、ヒドラジン類と、水とを含有する。
【００５０】
ヒドラジン類として、例えば、ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、塩酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・ＨＣｌ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）などが挙げられる。
【００５１】
ヒドラジン類は、単独または２種類以上併用することができる。ヒドラジン類のなかでは、好ましくは、炭素を含まないヒドラジン類、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどが挙げられ、さらに好ましくは、水加ヒドラジンが挙げられる。
【００５２】
燃料タンク２１内における液体燃料のヒドラジン類の濃度は、例えば、５質量％以上、好ましくは、２０質量％以上、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。
【００５３】
電解液タンク２２は、電解質の水溶液すなわち電解液を貯蔵する。
【００５４】
電解質として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの金属水酸化物などが挙げられる。電解質は、単独使用または２種以上併用することができる。電解質のなかでは、好ましくは、水酸化カリウムが挙げられる。
【００５５】
電解液タンク２２内における電解液の電解質濃度は、例えば、１０質量％以上、好ましくは、２０質量％以上、例えば、４０質量％以下、好ましくは、３０質量％以下である。
【００５６】
調整タンク２３は、燃料電池３の近傍に配置されている。調整タンク２３には、燃料タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。
【００５７】
調整タンク２３内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、例えば、０．１質量％以上、好ましくは、０．５質量％以上、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１０質量％以下である。
【００５８】
第１燃料供給ライン２４は、燃料タンク２１から調整タンク２３へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、燃料タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、調整タンク２３に接続されている。第１燃料供給ライン２４には、ポンプ２９とバルブ３０とが設けられている。
【００５９】
ポンプ２９は、例えば、公知の送液ポンプであって、燃料タンク２１内の液体燃料を調整タンク２３に輸送する。ポンプ２９は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。ポンプ２９の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００６０】
バルブ３０は、第１燃料供給ライン２４において、調整タンク２３とポンプ２９との間に設けられている。バルブ３０は、例えば、公知の開閉弁であって、第１燃料供給ライン２４を開閉する。バルブ３０は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。バルブ３０の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００６１】
電解液供給ライン２５は、電解液タンク２２から調整タンク２３へ電解液を供給するための配管である。電解液供給ライン２５の供給方向上流端は、電解液タンク２２の下端部に接続されている。電解液供給ライン２５の供給方向下流端は、調整タンク２３に接続されている。電解液供給ライン２５には、ポンプ３１とバルブ３２とが設けられている。
【００６２】
ポンプ３１は、例えば、公知の送液ポンプであって、電解液タンク２２内の電解液を調整タンク２３に輸送する。ポンプ３１は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。ポンプ３１の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００６３】
バルブ３２は、電解液供給ライン２５において、調整タンク２３とポンプ３１との間に設けられている。バルブ３２は、例えば、公知の開閉弁であって、電解液供給ライン２５を開閉する。バルブ３２は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。バルブ３０の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００６４】
第２燃料供給ライン２６は、調整タンク２３から燃料電池３へ液体燃料を供給するための配管である。第２燃料供給ライン２６の供給方向上流端は、調整タンク２３に接続されている。第２燃料供給ライン２６の供給方向下流端は、燃料電池３の燃料流路１７の下端部（供給口）に接続されている。第２燃料供給ライン２６には、ポンプ３３が設けられている。
【００６５】
ポンプ３３は、例えば、公知の送液ポンプであって、調整タンク２３内の液体燃料を燃料電池３に輸送する。ポンプ３３は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。ポンプ３３の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００６６】
排出ライン９は、燃料電池３から排出液（後述）を排出させる。排出ライン９は、排出液を燃料電池３から気液分離器３４へ輸送するための配管である。排出ライン９の排出方向上流端は、燃料電池３の燃料流路１７の上端部（排出口）に接続されている。排出ライン９の排出方向下流端は、気液分離器３４の下端部に接続されている。
【００６７】
気液分離器３４は、排出ライン９と還流ライン２７との間に介在されている。気液分離器３４は、排出液からガス（気体）を分離する。気液分離器３４は、例えば、中空の容器からなる。気液分離器３４の下端部には、排出ライン９の排出方向下流端が接続されている。また、気液分離器３４の上部には、排気ライン２８が接続されている。
【００６８】
排気ライン２８は、気液分離器３４において分離されたガスを電動車両１から外へ排気するための配管である。排気ライン２８の排気方向上流端は、気液分離器３４に接続されている。排気ライン２８の排気方向下流端は、大気開放されている。
【００６９】
水素センサ１０は、水素ガス量を測定可能なセンサであって、排出ライン９から排出された排出液に含まれる水素ガス量を測定する。水素センサ１０の配置は、排出液に含まれる水素ガス量を測定できれば特に制限されないが、水素センサ１０は、例えば、排気ライン２８に設けられる。そのため、本実施形態では、水素センサ１０は、排出液に含まれる水素ガス量を、排出液から分離した後に測定する。水素センサ１０として、例えば、公知の水素濃度センサが挙げられる。
【００７０】
水素センサ１０は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。水素センサ１０は、ＥＣＵ４４（後述）により制御され、測定結果をＥＣＵ４４（後述）に送信可能である。
【００７１】
還流ライン２７は、気液分離器３４においてガスが分離された排出液を、気液分離器３４から調整タンク２３に還流するための配管である。還流ライン２７の還流方向上流端は、気液分離器３４の下端部に接続されている。還流ライン２７の還流方向下流端は、調整タンク２３に接続されている。これにより、調整タンク２３から、第２燃料供給ライン２６、燃料流路１７、排出ライン９、気液分離器３４および還流ライン２７を順次介して調整タンク２３に戻る循環ラインが形成される。
【００７２】
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン４１と、空気排出ライン４２とを備えている。
【００７３】
空気供給ライン４１は、酸素を含む空気を燃料電池３（より具体的には、カソード電極１６）に供給する。空気供給ライン４１は、電動車両１の外から燃料電池３へ空気を供給するための配管である。空気供給ライン４１の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン４１の供給方向下流端は、燃料電池３の空気流路１８の上端部（供給口）に接続されている。空気供給ライン４１には、ポンプ４３が設けられている。
【００７４】
ポンプ４３は、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプである。ポンプ４３は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。ポンプ４３の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００７５】
空気排出ライン４２は、燃料電池３から空気を排出させる。空気排出ライン４２は、燃料電池３から電動車両１の外へ空気を排出するための配管である。空気排出ライン４２の排出方向上流端は、燃料電池３の空気流路１８の下端部（排出口）に接続されている。空気排出ライン４２の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００７６】
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４４を備える。
【００７７】
ＥＣＵ４４は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００７８】
（５）動力部
動力部７は、モータ４５と、インバータ４６と、バッテリ４７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８とを備えている。
【００７９】
モータ４５は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。モータ４５は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４５は、燃料電池３またはバッテリ４７から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４５として、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００８０】
インバータ４６は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４６は、配線により、燃料電池３とモータ４５との間に電気的に接続されている。インバータ４６として、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。
【００８１】
バッテリ４７は、燃料電池３とモータ４５との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ４７として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４７は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４５に電力を供給可能である。
【００８２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、配線により、燃料電池３とインバータ４６との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力およびバッテリ４７の入出力電力を調整する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、ＥＣＵ４４（後述）に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４８の動作は、ＥＣＵ４４（後述）により制御される。
【００８３】
２．発電動作
次に、電動車両１における発電について説明する。
【００８４】
電動車両１が起動されると、図１に示すように、ＥＣＵ４４の制御により、バルブ３０が開放され、第１燃料供給ライン２４のポンプ２９、第２燃料供給ライン２６のポンプ３３、および、空気供給ライン４１のポンプ４３が駆動される。
【００８５】
すると、調整タンク２３内の液体燃料は、第２燃料供給ライン２６を介して燃料電池３の燃料流路１７に供給される。なお、燃料タンク２１内の液体燃料は、第１燃料供給ライン２４を介して、逐次、バルブ３０の開閉動作、および、ポンプ２９の駆動および停止により、調整タンク２３に供給される。また、電解液タンク２２内の電解液は、電解液供給ライン２５を介して、逐次、バルブ３２の開閉動作、および、ポンプ３１の駆動および停止により、調整タンク２３に供給される。
【００８６】
燃料流路１７に供給された液体燃料は、アノード電極１５に供給され、アノード電極１５と接触しながら燃料流路１７内を下側から上側へ流れた後、排出液として排出ライン９へ排出される。
【００８７】
また、電動車両１の外部から空気は、空気供給ライン４１を介して燃料電池３の空気流路１８に供給される。空気流路１８に供給された空気は、カソード電極１６に供給され、カソード電極１６の積層方向他方面と接触しながら空気流路１８内を上側から下側へ流れた後、空気排出ライン４２へ排出される。
【００８８】
このとき、燃料電池３では、ヒドラジン類がヒドラジンである場合、アノード電極１５において、下記（Ａ）および（Ｂ）に示す電気化学反応が生じ、カソード電極１６において、下記（Ｃ）に示す電気化学反応が生じる。そして、燃料電池３全体として下記式（Ｄ）に示す反応が連続的に生じて発電される。
【００８９】
（Ａ）Ｎ２Ｈ４→Ｎ２＋２Ｈ２（アノード電極１５での反応）
（Ｂ）２Ｈ２＋４ＯＨ−→４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−（アノード電極１５での反応）
（Ｃ）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−（カソード電極１６での反応）
（Ｄ）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
つまり、アノード電極１５では、ヒドラジンが窒素と水素とに分解されて、窒素および水素が生成した後（Ａ）、その水素が酸化される（Ｂ）。また、カソード電極１６では、酸素が還元される（Ｃ）。
【００９０】
これら反応により、ヒドラジン類（Ｎ２Ｈ４）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）および窒素（Ｎ２）が生成され、起電力（ｅ−）が発生する。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８によって変圧され、インバータ４６により三相交流電力に変換された後、モータ４５に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４７に蓄電される。
【００９１】
そして、燃料電池３から排出ライン９に排出された排出液は、排出ライン９を介して気液分離器３４に流入し、ガス成分（例えば、水素ガス、窒素ガスなど）と、液体成分（例えば、ヒドラジン類が溶解する水溶液など）とに分離される。ガス成分は、必要に応じて水素センサ１０により水素ガス量が測定された後に、排気ライン２８を介して電動車両１の外部に排出される。液体成分は、還流ライン２７を介して、調整タンク２３に供給される。
【００９２】
３．発電停止時における制御
次に、燃料電池３の発電停止時における制御について説明する。
【００９３】
燃料電池システム２では、燃料電池３の発電停止時において、アノード電極１５に供給した液体燃料が、電解質膜１４を透過してカソード電極１６にリークする場合がある（クロスリーク）。言い換えれば、燃料電池３が開回路電圧（ＯＣＶ）であるときに、液体燃料がクロスリークする場合がある。なお、燃料電池３の出力電圧が開回路電圧（ＯＣＶ）であるとき、燃料電池３における出力電流密度は、０Ａ／ｃｍ２である。
【００９４】
そして、リークした液体燃料（以下、リーク液とする。）にヒドラジン類が含まれると、カソード電極１６において、ヒドラジン類と酸素との反応によって活性種（強い攻撃種）が生じ、燃料電池３の出力が低下する場合がある。
【００９５】
そこで、燃料電池システム２では、以下のように、リーク液に含まれるヒドラジン類の量を低減するように、燃料電池システム２の動作条件が調節される。
【００９６】
なお、燃料電池３の発電停止時（燃料電池３における出力電流密度が０Ａ／ｃｍ２であるとき）においても、アノード電極１５に供給されるヒドラジン類は、ヒドラジン分解触媒により水素と窒素とに分解される。一方、生成した水素は、出力電流密度が０Ａ／ｃｍ２であるために、酸化されず消費されない。そのため、燃料電池３の発電停止時において、燃料電池３から排出される排出液には、水素ガスが含まれる。
【００９７】
以下、図１および図２を参照して、燃料電池３の発電停止時における供給ユニット８の制御をより具体的に説明する。
【００９８】
燃料電池システム２では、調整タンク２３からアノード電極１５へ供給される液体燃料の供給量（燃料供給量Ｓａ）、および、調整タンク２３からアノード電極１５へ供給される液体燃料におけるヒドラジン類の濃度（供給ヒドラジン類濃度Ｃａ）が、逐次、ＥＣＵ４４のＲＡＭに記録される。
【００９９】
なお、燃料供給量Ｓａ（単位：質量部／分）は、ポンプ３３の吐出量である。供給ヒドラジン類濃度Ｃａ（単位：質量％）は、例えば、公知の方法により測定することができ、また、特開２０１６−４６０５号公報の記載の方法などにより、制御部６において算出することもできる。
【０１００】
そして、水素センサ１０が、気液分離器３４において排出液から分離されたガス成分中の水素ガス量ＣＨを測定し、その測定結果（水素ガス量ＣＨ）が、ＣＰＵに読み込まれる（Ｓ１）。これによって、排出液に含まれる水素ガス量が測定される。
【０１０１】
次いで、水素センサ１０の測定結果（水素ガス量ＣＨ）に基づいて、燃料電池３の発電停止時において、アノード電極１５で消費されるヒドラジン類の液体燃料の単位質量当たりの消費量Ｃｂ（単位：質量％）を算出する（Ｓ２）。
【０１０２】
次いで、ＲＡＭに記録されているデータ（燃料供給量Ｓａおよび供給ヒドラジン類濃度ＣａがＣＰＵに読み込まれるとともに、ＲＯＭに記録されている燃料供給量Ｓａに対応するリーク液量ＬａがＣＰＵに読み込まれる（Ｓ３）。
【０１０３】
なお、出力電流密度が０Ａ／ｃｍ２であるときのリーク液量Ｌａは、燃料供給量が一定であれば、電解質膜１４の各種物性値に応じた所定値となる。そのため、ＥＣＵ４４のＲＯＭには、燃料電池３の電解質膜１４に対応し、かつ、異なる燃料供給量毎に実測により得られたリーク液量Ｌａデータが格納されている。
【０１０４】
次いで、アノード電極１５からカソード電極１６に電解質膜１４を透過してリークするリーク液量Ｌａ、および、供給ヒドラジン類濃度Ｃａ、および、ヒドラジン類の消費量Ｃｂに基づいて、リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量Ｌｂを算出し、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂと所定の閾値とを比較する（Ｓ４）。
【０１０５】
詳しくは、リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量Ｌｂ（単位：質量部／分）は、リーク液量Ｌａ（単位：質量部／分）と、供給ヒドラジン類濃度Ｃａからヒドラジン類の消費量Ｃｂを差し引いて算出されるリーク液におけるヒドラジン類の濃度（単位：質量％）とから算出される。
【０１０６】
そのため、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂと、所定の閾値Ｔとは、下記（１）により比較される。
【０１０７】
式（１）
閾値Ｔ≧リーク液量Ｌａ×（供給ヒドラジン類濃度Ｃａ−ヒドラジン類の消費量Ｃｂ）／１００
所定の閾値Ｔは、例えば、０．１質量部／分以下、好ましくは、０．０１質量部／分以下、さらに好ましくは、０である。
【０１０８】
ヒドラジン類のリーク量Ｌｂが所定の閾値Ｔを超過する場合（Ｓ４のＮｏ）、供給ヒドラジン類濃度Ｃａを低下させる。
【０１０９】
例えば、供給ヒドラジン類濃度Ｃａから所定値Ｘを減算し、減算後の数値を供給ヒドラジン類濃度Ｃａとする（Ｓ５）。
【０１１０】
所定値Ｘは、例えば、０質量％以上、好ましくは、０．１質量％以上、例えば、１９．９質量％以下、好ましくは、５質量％以下である。
【０１１１】
これによって、リーク液におけるヒドラジン類の濃度（供給ヒドラジン類濃度Ｃａ−ヒドラジン類の消費量Ｃｂ）が低下する。
【０１１２】
次いで、その供給ヒドラジン類濃度Ｃａを用いて、再度、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂを算出して、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂと、所定の閾値Ｔとを比較する（Ｓ４）。
【０１１３】
そして、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂが所定の閾値Ｔ以下となるまで（つまり上記（１）を満たすまで）、Ｓ４とＳ５とが繰り返される。なお、閾値Ｔが０である場合、供給ヒドラジン類濃度Ｃａがヒドラジン類の消費量Ｃｂ以下となるまで、Ｓ４とＳ５とが繰り返される。
【０１１４】
その後、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂが所定の閾値Ｔ以下となると（Ｓ４のＹｅｓ）、ＣＰＵは、そのときの供給ヒドラジン類濃度ＣａをＲＡＭに記録する（Ｓ６）。
【０１１５】
そして、ＥＣＵ４４により、調整タンク２３内の液体燃料のヒドラジン類の濃度が、ＲＡＭに記録された供給ヒドラジン類濃度Ｃａとなるように、供給ユニット８が制御される（Ｓ７）。
【０１１６】
より詳しくは、ＥＣＵ４４は、適宜、バルブ３０およびバルブ３２の開閉と、ポンプ２９およびポンプ３１の駆動および停止とを制御して、調整タンク２３内の液体燃料のヒドラジン類の濃度が供給ヒドラジン類濃度Ｃａとなるように、調整タンク２３において、燃料タンク２１からの液体燃料と、電解液タンク２２からの電解液とを混合する。
【０１１７】
これによって、アノード電極１５に供給される液体燃料におけるヒドラジン類の濃度が低下する。
【０１１８】
その後、このような制御は、一旦、終了されるが、電動車両１が起動されている間において、燃料電池３の発電が停止されたときに繰り返し実行される。
【０１１９】
４．作用効果
燃料電池システム２では、水素センサ１０が、排出液に含まれる水素ガス量ＣＨを測定し、制御部６が、水素センサ１０の測定結果に基づいて、アノード電極１５で消費されるヒドラジン類の液体燃料の単位質量当たりの消費量Ｃｂを算出する。
【０１２０】
その後、制御部６は、リークするリーク液量Ｌａ、液体燃料におけるヒドラジン類の濃度Ｃａ、および、ヒドラジン類の液体燃料の単位質量当たりの消費量Ｃｂに基づいて、リーク液に含まれるヒドラジン類のリーク量Ｌｂを算出する。
【０１２１】
そのため、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂを精度よく算出することができ、算出されたヒドラジン類のリーク量Ｌｂと、所定の閾値Ｔとを比較することができる。
【０１２２】
そして、制御部６は、ヒドラジン類のリーク量Ｌｂが所定の閾値Ｔを超過するときに、アノード電極１５に供給される液体燃料におけるヒドラジン類の濃度Ｃａを低下させるように制御する。
【０１２３】
その結果、アノード電極１５からカソード電極１６にリークするヒドラジン類のリーク量Ｌｂの低減を図ることができ、耐久性の向上を図ることができる。
【０１２４】
なお、電動車両１では、排気ライン２８に水素センサ１０が設けられる一方、少なくとも排出ライン９において、ヒドラジン類の濃度を測定するための濃度センサが設けられていない。そのため、排出ライン９に濃度センサが設けられる場合と比較して、燃料電池３の近傍の構成を小型化することができ、燃料電池システム２の小型化および低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１２５】
２      燃料電池システム
３      燃料電池
６      制御部
８      供給ユニット
９      排出ユニット
１０    水素センサ
１４    電解質膜
１５    アノード電極
１６    カソード電極
【図１】
2019149274.tif 000003
【図２】
2019149274.tif 000004