(57)【要約】【課題】コスト及び重量増加を抑えつつ、セル電圧モニタが故障しているか否かを適切に判定可能なセル電圧モニタの故障判定装置を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する複数の単セル１１のセル電圧Ｖ１１を所定のタイミングで検出するセル電圧モニタ３０の故障判定をする装置であって、セル電圧モニタ３０が検出したセル電圧Ｖ１１を記憶する記憶手段と、セル電圧モニタ３０が検出した今回のセル電圧Ｖ１１が、セル電圧モニタ３０で検出可能な下限セル電圧Ｖ０以下であるか否かを判定する下限判定手段と、下限判定手段によって今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下であると判定された場合において、セル電圧モニタ３０によって過去に検出され記憶手段に記憶されているセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも大きいとき、セル電圧モニタ３０は故障していると判定する故障判定手段と、を備えたＥＣＵ５０である。【選択図】図１
2008209357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列で接続された複数の単セルのセル電圧を所定のタイミングで検出するセル電圧モニタの故障判定をする装置であって、
前記セル電圧モニタが検出したセル電圧を記憶する記憶手段と、
前記セル電圧モニタが検出した今回のセル電圧が、当該セル電圧モニタで検出可能な下限セル電圧以下であるか否かを判定する下限判定手段と、
前記下限判定手段によって今回のセル電圧が下限セル電圧以下であると判定された場合において、前記セル電圧モニタによって過去に検出され前記記憶手段に記憶されているセル電圧が判定セル電圧よりも大きいとき、前記セル電圧モニタは故障していると判定する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置。
【請求項２】
前記複数の単セル全体の出力又は温度に基づいて、前記判定セル電圧を設定する判定セル電圧設定手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のセル電圧モニタの故障判定装置。
【請求項３】
直列で接続された複数の単セルのセル電圧を所定のタイミングで検出するセル電圧モニタの故障判定をする装置であって、
前記セル電圧モニタが検出したセル電圧を記憶する記憶手段と、
前記セル電圧モニタが検出した今回のセル電圧が、当該セル電圧モニタで検出可能な下限セル電圧以下であるか否かを判定する下限判定手段と、
前記下限判定手段によって今回のセル電圧が下限セル電圧以下であると判定された場合において、前記セル電圧モニタによって過去に検出され前記記憶手段に記憶されているセル電圧と前記下限セル電圧との差が判定セル電圧差よりも大きいとき、前記セル電圧モニタは故障していると判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置。
【請求項４】
前記複数の単セル全体の出力又は温度に基づいて、前記判定セル電圧差を設定する判定セル電圧差設定手段を備えた
ことを特徴とする請求項３に記載のセル電圧モニタの故障判定装置。
【請求項５】
前記故障判定手段は、前記記憶手段に記憶された過去の複数のセル電圧のうち、故障判定の直前に検出されたセル電圧に基づいて故障判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセル電圧モニタの故障判定装置。
【請求項６】
前記故障判定手段は、故障判定前のセル電圧が不安定である場合、故障判定をしない
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセル電圧モニタの故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列で接続された複数の単セルの電圧を検出するセル電圧モニタの故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池は、その１つ当たりの出力が小さいため、燃料電池である単セルを構成単位とし、複数の単セルを直列に接続すると共に、これを積層することで構成された燃料電池スタックが、広く使用されている。
【０００３】
ところが、燃料電池スタックの出力電流や出力電圧では、これを構成する単セルの発電状態を把握できないため、単セルにその電圧（これをセル電圧という）を検出するセル電圧モニタを接続し、セル電圧に基づいて単セルの発電状態を把握していた（特許文献１参照）。そして、セル電圧が低下し、その単セルの発電状態が低下したと推測された場合、例えば、単セルを構成するＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）の表面に付着した余分な水分等を除去すべく、空気を吹き付けて、単セルの発電状態を回復させていた。
【特許文献１】特開２００４−１７８８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セル電圧モニタは、電圧検出回路の仕様等に基づいて、検出可能なセル電圧の下限値（これを下限セル電圧）を有しており、検出されたセル電圧が下限セル電圧である場合、セル電圧モニタが故障していると判断される設定となっている。
すなわち、セル電圧モニタは、これを構成する部品が故障したため（例えばワイヤハーネスの断線）、検出されたセル電圧が下限セル電圧となったのか、又は、発電要求が低下したため、単セル（燃料電池スタック）のセル電圧が下限セル電圧となったのか、を区別することはできない。つまり、セル電圧モニタは正常であっても、発電要求が低下したことにより、下限セル電圧が検出された場合、セル電圧モニタが故障していると判断される。
【０００５】
このような不都合を解消するため、セル電圧モニタにおけるセル電圧の検出幅（負電圧の検出レベル）を広げることが考えられる。しかし、このようにセル電圧の検出幅を広げるには、新たな部品をセル電圧に組み込む必要があり、これにより、セル電圧モニタの生産コストが高くなり、その重量も増加するため、好ましくなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、コスト及び重量増加を抑えつつ、セル電圧モニタが故障しているか否かを適切に判定可能なセル電圧モニタの故障判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、直列で接続された複数の単セルのセル電圧を所定のタイミングで検出するセル電圧モニタの故障判定をする装置であって、前記セル電圧モニタが検出したセル電圧を記憶する記憶手段と、前記セル電圧モニタが検出した今回のセル電圧が、当該セル電圧モニタで検出可能な下限セル電圧以下であるか否かを判定する下限判定手段と、前記下限判定手段によって今回のセル電圧が下限セル電圧以下であると判定された場合において、前記セル電圧モニタによって過去に検出され前記記憶手段に記憶されているセル電圧が判定セル電圧よりも大きいとき、前記セル電圧モニタは故障していると判定する故障判定手段と、を備えたことを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置である。
【０００８】
ここで、判定セル電圧は、例えば、セル電圧モニタによるセル電圧の検出タイミング（間隔）と、正常な単セルの出力が低下した場合におけるセル電圧の低下率とに基づいて設定される。
すなわち、記憶手段に記憶されているセル電圧として、例えば、前回検出されたセル電圧が採用される場合、判定セル電圧は、正常な単セルのセル電圧が低下し、今回、下限セル電圧が検出されたと仮定したときにおいて、前回検出時に検出されるべきセル電圧に設定される。
【０００９】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、記憶手段が、セル電圧モニタが所定のタイミングで検出するセル電圧を記憶する。そして、下限判定手段によって、セル電圧モニタによって検出された今回のセル電圧が、下限セル電圧以下であると判定された場合、故障判定手段が、セル電圧モニタによって過去に検出され、記憶手段に記憶されている過去のセル電圧が、判定セル電圧よりも大きいときのみに、セル電圧モニタは故障していると適切に判定することができる。
すなわち、過去のセル電圧が判定セル電圧よりも大きいとき、今回のセル電圧の検出までに、正常な単セルにおいて低下すると予想される電位差よりも大きな低下幅で、セル電圧が低下しているので、セル電圧検出モニタが故障していると判定できる。
【００１０】
そして、セル電圧故障判定装置を構成する記憶手段、下限判定手段、故障判定手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を使用して、その動作処理するプログラムを設定することによって構成することができるので、故障判定をするべく特別な部品を追加する必要はない。すなわち、低コストでセル電圧モニタを構成可能であると共に、その質量も大幅に増加しないので、取り扱いが容易となる。よって、後記する実施形態のように、セル電圧の故障判定装置を燃料電池自動車等に容易に搭載できる。
【００１１】
また、前記複数の単セル全体の出力又は温度に基づいて、前記判定セル電圧を設定する判定セル電圧設定手段を備えたことを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置であることが好ましい。
【００１２】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、判定セル電圧設定手段によって、複数の単セル全体（後記する実施形態では燃料電池スタック）の出力又は温度に基づいて判定セル電圧を設定し、設定された判定セル電圧に基づいて、セル電圧モニタが故障しているか否かを判定できる。
【００１３】
また、直列で接続された複数の単セルのセル電圧を所定のタイミングで検出するセル電圧モニタの故障判定をする装置であって、前記セル電圧モニタが検出したセル電圧を記憶する記憶手段と、前記セル電圧モニタが検出した今回のセル電圧が、当該セル電圧モニタで検出可能な下限セル電圧以下であるか否かを判定する下限判定手段と、前記下限判定手段によって今回のセル電圧が下限セル電圧以下であると判定された場合において、前記セル電圧モニタによって過去に検出され前記記憶手段に記憶されているセル電圧と前記下限セル電圧との差が判定セル電圧差よりも大きいとき、前記セル電圧モニタは故障していると判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置である。
【００１４】
ここで、判定セル電圧差は、例えば、セル電圧モニタによるセル電圧の検出タイミング（間隔）と、正常な単セルの出力が低下した場合におけるセル電圧の低下率とに基づいて設定される。
すなわち、記憶手段に記憶されているセル電圧として、例えば、前回検出されたセル電圧が採用される場合、判定セル電圧差は、正常な単セルのセル電圧が低下し、今回、下限セル電圧が検出されたと仮定したときにおいて、前回検出時に検出されるべきセル電圧と下限セル電圧との差に設定される。
【００１５】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、セル電圧モニタが所定のタイミングで検出するセル電圧を記憶する。そして、下限判定手段によって、セル電圧モニタによって検出された今回のセル電圧が、下限セル電圧以下であると判定された場合、故障判定手段が、セル電圧モニタによって過去に検出され、記憶手段に記憶されている過去のセル電圧と下限セル電圧との差が、判定セル電圧差よりも大きいときのみに、セル電圧モニタは故障していると適切に判定することができる。
すなわち、過去のセル電圧と下限セル電圧との差が、判定セル電圧差よりも大きいとき、今回のセル電圧の検出までに、正常な単セルにおいて低下すると予想される幅（電位差）よりも大きい低下幅で、セル電圧が低下しているので、セル電圧検出モニタが故障していると判定できる。
【００１６】
そして、セル電圧故障判定装置を構成する記憶手段、下限判定手段、故障判定手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を使用して、その動作処理を実行するプログラムを設定することによって構成することができるので、低コストで構成可能であると共に、その質量も大幅に増加せず、取り扱いが容易となる。
【００１７】
また、前記複数の単セル全体の出力又は温度に基づいて、前記判定セル電圧差を設定する判定セル電圧差設定手段を備えたことを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置であることが好ましい。
【００１８】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、判定セル電圧差設定手段によって、複数の単セル全体（後記する実施形態では燃料電池スタック）の出力又は温度に基づいて判定セル電圧差を設定し、設定された判定セル電圧差に基づいて、セル電圧モニタが故障しているか否かを判定できる。
【００１９】
また、前記故障判定手段は、前記記憶手段に記憶された過去の複数のセル電圧のうち、故障判定の直前に検出されたセル電圧に基づいて故障判定することを特徴とする電圧モニタの故障判定装置であることが好ましい。
【００２０】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、（１）故障判定の直前のセル電圧と判定セル電圧とに基づいて、又は、（２）故障判定の直前のセル電圧と下限セル電圧の差と、判定セル電圧差とに基づいて、セル電圧モニタが故障しているか否かを判定する。
また、直前の検出時から今回までの間に、（Ａ）正常な単セルのセル電圧が低下したか、又は、（Ｂ）セル電圧モニタが故障（ワイヤハーネスの断線等）によってセル電圧が急に低下したか、を判定することができる。つまり、（Ａ）直前のセル電圧が判定セル電圧よりも大きい場合、又は、（Ｂ）直前のセル電圧と下限セル電圧の差が、判定セル電圧差よりも大きい場合、セル電圧モニタが故障したと判定することができる。
【００２１】
また、前記故障判定手段は、故障判定前のセル電圧が不安定である場合、故障判定をしないことを特徴とするセル電圧モニタの故障判定装置であることが好ましい。
【００２２】
このようなセル電圧モニタの故障判定装置によれば、故障判定前のセル電圧が不安定である場合、故障判定主が故障判定をしないので、誤判定を防止することができる。
ここで、故障判定前のセル電圧が不安定である場合とは、例えば、故障判定前の所定時間において、所定のタイミングで検出されるセル電圧の振幅が、所定振幅よりも大きい場合である。この場合において、セル電圧が不安定であるか否かを判定する際に使用される所定時間、所定振幅は、単セルの仕様や、事前試験等により、適宜に設定される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コスト及び重量増加を抑えつつ、セル電圧モニタが故障しているか否かを適切に判定可能なセル電圧モニタの故障判定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
【００２５】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。そして、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０を構成する単セル１１の電圧（以下セル電圧）を検出するセル電圧モニタ３０と、出力検出器４１と、これらを電子制御するＥＣＵ５０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を主に備えており、セル電圧モニタ３０の故障判定装置がＥＣＵ５０に組み込まれたシステムである。
【００２６】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００）の固体高分子型の単セル１１が積層して構成された燃料電池であり、複数の単セル１１は直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、ＭＥＡを挟む２枚のセパレータと、を主に備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードと、を主に備えている。
【００２７】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全ての単セル１１に水素、空気を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路２１（燃料ガス流路、反応ガス流路）、カソード流路２２（酸化剤ガス流路、反応ガス流路）として機能している。
【００２８】
そして、水素タンク（図示しない）等の水素供給手段から、水素（燃料ガス、反応ガス）が、アノード流路２１を介して、各単セル１１のアノードに供給され、これに並行して、コンプレッサ（図示しない）等の空気供給手段から、カソード流路２２を介して、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）が各単セル１１のカソードに供給されると、アノード、カソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電気化学反応（電極反応）が起こり、各単セル１１でセル電圧Ｖ１１が発生し、つまり、燃料電池スタック１０の全体としては、セル電圧Ｖ１１の和であるスタック電圧（開回路電圧、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage））が発生するようになっている。このようにＯＣＶが発生した状態で、発電要求に応じて、燃料電池スタック１０の出力を制御する出力制御器（図示しない）が制御され、燃料電池スタック１０から電流が取り出されると、燃料電池スタック１０（単セル１１）が発電するようになっている。
また、各単セル１１には、セル電圧モニタ３０が接続される端子１２が設けられている。
【００２９】
さらに、各セパレータには、発電により自己発熱する燃料電池スタック１０が過昇温しないように、単セル１１を適宜に冷却するための冷媒が流れる溝、貫通孔等が形成されており、これら溝が冷媒流路２３として機能している。そして、冷媒流路２３から流出した冷媒が流れる配管２３ｂには、温度センサ２４が設けられている。温度センサ２４は、配管２３ｂ内の冷媒の温度を燃料電池スタック１０（複数の単セル１１の全体）の温度（スタック温度Ｔ）として検出するように設定されており、スタック温度ＴはＥＣＵ５０に出力されるようになっている。
ただし、アノードから排出されるアノードオフガスや、カソードから排出されるカソードオフガスの温度に基づいて、スタック温度Ｔを求める構成としてもよい。
【００３０】
＜セル電圧モニタ＞
セル電圧モニタ３０は、例えば、特開２００６−１５３７４４号公報、特開２００６−１５３７８０号公報に記載されるように、複数の単セル１１を所定の周期Δｔ（例えば３００ｍｓ、所定のタイミング）でスキャン（走査）し、各単セル１１のセル電圧Ｖ１１を検出すると共に、検出したセル電圧Ｖ１１をＥＣＵ５０に出力する装置である。このようなセル電圧モニタ３０は、モニタ本体３１と、ワイヤハーネス３２と、を主に備えている。
【００３１】
モニタ本体３１は、セル電圧Ｖ１１を検出するための電圧検出回路、所定の周期Δｔでスキャンするためのスキャン回路、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されている。ワイヤハーネス３２のコネクタ３２ｂは各単セル１１の端子１２に接続されており、モニタ本体３１は、このワイヤハーネス３２を介して、全ての単セル１１に接続されている。そして、モニタ本体３１は、その内部に記憶されたプログラムに従って動作し、複数の単セル１１を所定の周期（例えば３００ｍｓ）でスキャンし、各単セル１１のセル電圧Ｖ１１を順次に検出し、ＥＣＵ５０に出力するようになっている。
【００３２】
すなわち、複数の単セル１１のうちの１つの単セル１１に着目すれば、モニタ本体３１は、この１つの単セル１１のセル電圧Ｖ１１を、所定の周期Δｔの間隔（所定のタイミング）で間欠的に検出し、ＥＣＵ５０に出力するようになっている。
なお、所定の周期Δｔは、単セル１１の積層数（燃料電池スタック１０のセル数）や、モニタ本体３１を構成するＣＰＵの処理速度に依存し、事前試験等に基づいて設定される。
【００３３】
また、セル電圧モニタ３０は、その仕様、例えば電圧検出回路の分解能（測定可能範囲が０〜１．２Ｖ、分解能が０．３Ｖ等）に従って、検出可能なセル電圧Ｖ１１の下限値（下限セル電圧Ｖ０）を有している。すなわち、実際のセル電圧がゼロを超え下限セル電圧Ｖ０以下である場合（０＜検出値≦Ｖ０）、セル電圧モニタ３０が検出するセル電圧Ｖ１１は下限セル電圧Ｖ０となり（Ｖ１１＝Ｖ０）、実際のセル電圧がゼロである場合、セル電圧モニタ３０が検出するセル電圧Ｖ１１はゼロ（Ｖ１１＝０≦Ｖ０）となる。そして、この下限セル電圧Ｖ０は、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００３４】
＜出力検出器等＞
出力検出器４１は、燃料電池スタック１０（複数の単セル１１の全体）の出力電流（スタック電流Ｉという）、出力電圧（スタック電圧）を検出する機器であり、電流検出回路、電圧検出回路を備え、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。そして、出力検出器４１は、検出したスタック電流Ｉ及びスタック電圧を、ＥＣＵ５０に出力するようになっており、ＥＣＵ５０は、スタック電流Ｉ及びスタック電圧を監視すると共に、これらから燃料電池スタック１０の発電電力を適宜に算出するようになっている。
走行モータ４２は、燃料電池自動車の動力源となる電動モータであって、出力検出器４１を介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。
【００３５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ５０（セル電圧モニタの故障判定装置）は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。
また、ＥＣＵ５０（記憶手段）は、セル電圧モニタ３０が所定の周期Δｔで検出し、これから連続的に入力される複数の単セル１１のセル電圧Ｖ１１を、単セル１１に分けて記憶する機能を備えている。セル電圧Ｖ１１を単セル１１に分けて記憶する方法としては、例えば、複数の単セル１１にセル番号を付し、このセル番号とセル電圧Ｖ１１とを関連付けて記憶する方法がある。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ５０（下限判定手段）は、セル電圧モニタ３０を介して今回検出されたセル電圧Ｖ１１が、セル電圧モニタ３０が固有する下限セル電圧Ｖ０以下であるか否かを判定する機能を備えている。
さらにまた、ＥＣＵ５０（故障判定手段）は、今回検出されたセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下である場合、この単セル１１に対して直前回に検出され、その内部に記憶された前回のセル電圧Ｖ１１が、判定セル電圧Ｖ１よりも大きいとき、この単セル１１のセル電圧Ｖ１１を検出すべきセル電圧モニタ３０が、部分的に又は全部、故障していると判定する機能を備えている。
【００３７】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作と共に、ＥＣＵ５０（セル電圧モニタの故障判定装置）による故障判定処理を、図２を主に参照して説明する。
なお、ここでは簡潔に説明するため、１つの単セル１１に着目し、これから検出されるセル電圧Ｖ１１について説明する。
【００３８】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、セル電圧モニタ３０が検出した今回のセル電圧Ｖ１１が、下限セル電圧Ｖ０以下であるか否かを判定する。
今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下である場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下でない場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００３９】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、セル電圧モニタ３０によって直前回検出され、その内部に記憶されている前回のセル電圧Ｖ１１が、判定セル電圧Ｖ１よりも高いか否かを判定する。
前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高いと判定された場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０３に進む。一方、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セルよりも高くないと判定された場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００４０】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、セル電圧モニタ３０が部分的に故障していると判断する。具体的には、現在、着目している単セル１１について、所定の周期Δｔでセル電圧Ｖ１１を検出しているモニタ本体３１内の電圧検出回路、スキャン回路や、ワイヤハーネス３２が部分的に断線等し、部分的に故障していると判断する。
そして、ＥＣＵ５０は、セル電圧モニタ３０のメンテナンスを運転者に喚起するため、例えば、警告灯を点灯させる。その後、ＥＣＵ５０の処理は、エンドに進み、セル電圧モニタ３０の故障判定処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、セル電圧モニタ３０が今回検出したセル電圧Ｖ１１をその内部に記憶する。その後、ＥＣＵ５０の処理はリターンを通ってスタートに戻る。
【００４２】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、主に以下の効果を得ることができる。
例えば、燃料電池スタック１０の出力が下がり、正常な単セル１１のセル電圧Ｖ１１が通常に低下したことによって、この単セル１１について今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０である場合において（図３の矢印Ａ１参照）、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１以下であるとき、前回のセル電圧Ｖ１１の検出から今回のセル電圧Ｖ１１の検出の間に、セル電圧Ｖ１１が、正常な単セル１１が通常に低下する範囲内で低下しているので、この単セル１１のセル電圧Ｖ１１を検出するべき、セル電圧モニタ３０の部分は正常であると判断することができる（図３参照）。
【００４３】
これに対し、例えば、ワイヤハーネス３２の断線によって、今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０である場合において（図３の矢印Ａ２参照）、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高いとき、前回のセル電圧Ｖ１１の検出から今回のセル電圧Ｖ１１の検出の間に、セル電圧Ｖ１１が、正常な単セル１１が通常に低下する電圧よりも低い電圧に低下しているので、この単セル１１のセル電圧Ｖ１１を検出するべき、セル電圧モニタ３０の部分が故障していると判断できる（図３参照）。
【００４４】
また、このような燃料電池システム１、つまり、セル電圧モニタ３０の故障判定装置として機能するＥＣＵ５０は、その動作処理に係るプログラムを予めＥＣＵ５０に記憶することによって構成できる。すなわち、特別に新たに部品を付加せずに、燃料電池システム１及びＥＣＵ５０を構成できるので、その生産コストは大幅に増加せず、また、その重量が大幅に増加することはなく、取り扱い容易となる。よって、スペースが制限される燃料電池自動車等にも、容易に搭載することができる。
【００４５】
以上、本発明の好適な第１実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、次のように変更することができる。また、後記する実施形態の構成と適宜に組み合わせてもよい。
前記した第１実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
【００４６】
前記した第１実施形態では、セル電圧モニタ３０が、単セル１１毎にセル電圧Ｖ１１を検出する構成と例示したが、その他に例えば、セル電圧モニタ３０は、２つの単セル１１を一組としてセル電圧を検出する構成でもよいし（セル電圧は二倍になる）、一組として検出したセル電圧を単セル１１の数で除し、平均したものをセル電圧とする構成であってもよい。
【００４７】
前記した第１実施形態では、セル電圧モニタ３０と、ＥＣＵ５０（セル電圧モニタの故障判定装置）とが別ユニットである場合を例示したが、その他に例えば、ＥＣＵ５０が、セル電圧モニタの一部の機能と、セル電圧モニタの故障判定装置の機能とを備える構成であってもよい。
【００４８】
前記した第１実施形態では、セル電圧モニタ３０が故障していると判断された場合、警告灯を点灯させ、故障判定処理を終了するとしたが、次のように変更してもよい。
現在着目している単セル１１についてのセル電圧モニタ３０が部分的に故障していると判断された場合、ＥＣＵ５０は、例えば、単セル１１のセル番号に関連付けて、この単セル１１のセル電圧Ｖ１１を検出すべきセル電圧モニタ３０が部分的に故障していることをフラグ等によって記憶し、この故障部分を介してのセル電圧Ｖ１１の検出を停止する。
【００４９】
そして、ＥＣＵ５０の処理が、ステップＳ１０３の後、リターン、スタートを介して、ステップＳ１０１に進み、セル電圧モニタ３０の正常部分を介しての他の単セル１１のセル電圧Ｖ１１の検出を継続させる構成としてもよい。
その後、セル電圧モニタ３０の他の部分についての故障判定が行われ、例えば、セル電圧モニタ３０の１／４が故障していると判断された場合、ＥＣＵ５０はセル電圧モニタ３０の全体が故障していると判断し、セル電圧モニタ３０のメンテナンスを運転者に喚起するため警告灯を点灯させる構成としてもよい。
【００５０】
その他、ＥＣＵ５０の処理が、ステップＳ１０３の後、ステップＳ１０４に進むように構成し、故障判断（Ｓ１０２・Ｙｅｓ、Ｓ１０３）が、所定回数（例えば５回）連続した場合、セル電圧モニタ５０が故障していると判断する構成としてもよい。
【００５１】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態を、図４、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。以下実施形態についても同様である。
第２実施形態に係る燃料電池システムの機械的構成は第１実施形態と同じであるが、ＥＣＵ５０（セル電圧モニタの故障判定装置）に設定されたプログラムが異なり、その動作が一部異なる。
具体的には、図４に示すように、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ５０（判定セル電圧設定手段）は、出力検出器４１を介して検出された燃料電池スタック１０の電流（スタック電流Ｉ）と、その内部に予め記憶された図５のマップとに基づいて、判定セル電圧Ｖ２を算出（設定）する。
【００５２】
図５のマップは、スタック電流Ｉと、判定セル電圧Ｖ２との関係を示すグラフであり、スタック電流Ｉが大きくなると、判定セル電圧Ｖ２が低下する傾向となっている。これは、スタック電流Ｉが大きくなると、直列で接続された各単セル１１を通流する電流も大きくなり、単セル１１が有するＩ−Ｖ（電流−電圧）特性に従って、セル電圧Ｖ１１が低下するためである。
【００５３】
そして、今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下である場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）に進むステップＳ２０２において、ＥＣＵ５０は前回のセル電圧Ｖ１１が、ステップＳ２０１で算出した判定セル電圧Ｖ２よりも高いか否かを判定する。そして、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ２よりも高いと判定された場合（Ｓ２０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０３に進む。一方、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ２よりも高くないと判定された場合（Ｓ２０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００５４】
このような第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、現在のスタック電流Ｉ（発電状態）に基づいて判定セル電圧Ｖ２を適切に設定し、これと前回のセル電圧Ｖ１１とに基づいて、セル電圧モニタ３０が故障しているか否かを適切に判定することができる（図３参照）。
【００５５】
前記した第２実施形態では、スタック電流Ｉに基づいて判定セル電圧Ｖ２を設定する場合を例示したが、出力検出器４１で検出される燃料電池スタック１０の電圧（スタック電圧）や電力（スタック電力）に基づいて、判定セル電圧Ｖ２を設定してもよい。スタック電圧に基づいて判定セル電圧Ｖ２を設定する場合、スタック電圧が大きくなると、判定セル電圧Ｖ２は高くなる。また、スタック電力に基づいて判定セル電圧Ｖ２を設定する場合、スタック電力が大きくなると、判定セル電圧Ｖ２は低くなる。
【００５６】
その他、温度センサ２４から検出される燃料電池スタック１０の温度（スタック温度Ｔ）に基づいて、判定セル電圧Ｖ３を設定し（図４のＳ２０１参照）、これと前回のセル電圧Ｖ１１とに基づいて、セル電圧モニタ３０が故障しているか否か判定する構成としてもよい（図４のＳ２０２参照）。この場合、スタック温度Ｔが高くなると、燃料電池スタック１０及び単セル１１のＩ−Ｖ特性が高くなるので、図６に示すように、スタック温度Ｔが高くなると判定セル電圧Ｖ３は大きくなる。
【００５７】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態を、図７を主に参照して説明する。
第３実施形態に係る燃料電池システムでは、第１実施形態に係るステップＳ１０２に代えて（図２参照）、図７に示すように、ステップＳ３０１を備えている。
ステップＳ３０１において、ＥＣＵ５０は、過去にセル電圧モニタ３０によって検出され、その内部に記憶されている複数のセル電圧Ｖ１１のうち、直前の所定回数（例えば１０回）にて検出されたセル電圧Ｖ１１から、最もその検出値が低かったセル電圧Ｖ１１と選択し、この選択した最低のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高いか否かを判定する。
【００５８】
そして、最低のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高い場合（Ｓ３０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０３に進む。一方、選択した最低のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高くない場合（Ｓ３０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００５９】
このような燃料電池システムによれば、図３に示すように、ステップＳ３０１の故障判定前にセル電圧Ｖ１１が不安定であった場合において、セル電圧Ｖ１１として下限セル電圧Ｖ０が今回検出されたとき（図３の矢印Ａ３参照）、前回のセル電圧Ｖ１１が判定セル電圧Ｖ１よりも高くても、最低のセル電圧Ｖ１１と判定セル電圧Ｖ１とに基づいて、セル電圧モニタ３０の故障判定を適切にすることができる。
【００６０】
その他に例えば、下限セル電圧Ｖ０のセル電圧Ｖ１１が検出されたとしても、その検出前おけるセル電圧Ｖ１１が不安定である場合、具体的には、セル電圧Ｖ１１の振幅が所定セル電圧差ΔＶ４（図３参照）よりも大きい場合、ＥＣＵ５０（故障判定手段）はセル電圧モニタ３０の故障判定を行わない構成としてもよい。なお、セル電圧Ｖ１１の不安定を判断すべき期間や、所定セル電圧差ΔＶ４は、事前試験等に基づいて設定され、ＥＣＵ５０に記憶される。
【００６１】
≪第４実施形態≫
次に、本発明の第４実施形態を、図８を主に参照して説明する。
第４実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態に係るステップＳ１０２に代えて（図２参照）、図８に示すように、ステップＳ４０１を備えている。
【００６２】
ステップＳ４０１において、ＥＣＵ５０は、前回のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差が、その内部に記憶された判定セル電圧差ΔＶ５よりも大きいか否かを判定する（図３参照）。そして、前回のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差が、判定セル電圧差ΔＶ５よりも大きいと判定された場合（Ｓ４０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０３に進む。一方、前回のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差が、判定セル電圧差ΔＶ５よりも大きくないと判定された場合（Ｓ４０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００６３】
なお、判定セル電圧差ΔＶ５は、第１実施形態に係る判定セル電圧Ｖ１と下限セル電圧Ｖ０との差（ΔＶ５＝Ｖ１−Ｖ０）で与えられ、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
ただし、これに限定されず、判定セル電圧差ΔＶ５を、スタック電流Ｉやスタック温度Ｔ等に基づいて、ＥＣＵ５０（判定セル電圧差設定手段）が、故障判定の際に適宜に設定する構成としてもよい。この場合、スタック電流Ｉが大きくなると判定セル電圧差ΔＶ５は小さくなり、スタック温度Ｔが大きくなると判定セル電圧差ΔＶ５が大きくなる。
【００６４】
このように、第４実施形態に係る燃料電池システムによれば、今回のセル電圧Ｖ１１が下限セル電圧Ｖ０以下の場合において（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、前回のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差が判定セル電圧差ΔＶ５よりも大きいとき（Ｓ４０１・Ｙｅｓ）、セル電圧モニタ３０が故障していると判断することができる。
【００６５】
前記した第４実施形態では、前回のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差を求める構成としたが、故障判定前のセル電圧Ｖ１１が不安定か否かを考慮するならば、故障判定前の所定の検出回のうちの最低のセル電圧Ｖ１１と下限セル電圧Ｖ０との差ΔＶ６（図３参照）を求め、この差ΔＶ６と判定セル電圧差ΔＶ５とを比較して、故障判定する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池スタックの出力電流と判定セル電圧との関係を示すマップである。
【図６】燃料電池スタックの温度と判定セル電圧との関係を示すマップである。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック（複数の単セルの全体）
１１    単セル
２４    温度センサ
３０    セル電圧モニタ
３１    モニタ本体
３２    ワイヤハーネス
４１    出力検出器
５０    ＥＣＵ（セル電圧モニタの故障判定装置）
Ｖ０    下限セル電圧
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３  判定セル電圧
Ｖ１１  セル電圧
ΔＶ５  判定セル電圧差
ΔＴ    所定の周期
【図１】
2008209357.tif 000003
【図２】
2008209357.tif 000004
【図３】
2008209357.tif 000005
【図４】
2008209357.tif 000006
【図５】
2008209357.tif 000007
【図６】
2008209357.tif 000008
【図７】
2008209357.tif 000009
【図８】
2008209357.tif 000010