(57)【要約】【課題】  燃料電池セルの状態を効率良く診断する。【解決手段】  燃料電池スタック２００において、燃料電池セル２２０のカソード電極２２３側のセパレータ２２５には、空気流路部２２８の供給口及び排出口付近に電圧検出用の端子２２６及び２２７が備わっている。同様に、燃料電池セル２２０に隣接する燃料電池セル２３０には、端子２３６及び端子２３７が備わっている。ＥＣＵ１００が燃料電池セル２２０の診断を行う際、端子選択部３００を制御して電圧の検出対象となる端子を端子２２６及び２３６、端子２２７及び２３７並びに端子２２６及び端子２２７の３通りの中で順次切り替える。その結果、空気流路部２２８の複数位置におけるセル電圧及びセパレータ２３５のセル面内電圧Ｖｓが電圧検出部４００によって簡便に検出される。ＥＣＵ１００は、電圧検出部４００によって検出された各電圧に基づいてセルの診断を行う。【選択図】  図２
2007018745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極及びカソード電極に挟持された電解質膜、前記アノード電極に対し水素を含む燃料ガスを供給するために前記アノード電極に対面して形成される燃料ガス流路部並びに前記カソード電極に対し酸素を含む酸化剤ガスを供給するために前記カソード電極に対面して形成される酸化剤ガス流路部を有する少なくとも一つの燃料電池セルと、
前記少なくとも一つの燃料電池セルのうち少なくとも一つにおいて、予め設定される複数の検出対象部位各々に設けられた導電性を有する複数の端子と、
前記複数の端子のうち二個の端子間の電圧を特定する電圧特定手段と、
前記特定された電圧に基づいて前記燃料電池セルの状態を診断する診断手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記検出対象部位は、前記燃料電池セルにおいて（i）前記燃料ガス流路部の所定部位に対応する位置及び（ii）前記酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置のうち少なくとも一方に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス流路部の所定部位は、前記燃料ガス流路部の供給口及び排出口を含み、
前記酸化剤ガス流路部の所定部位は、前記酸化剤ガス流路部の供給口及び排出口を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数の端子の中から所定の条件に従って二個の端子を選択する選択手段を更に具備し、
前記電圧特定手段は、前記選択された二個の端子間の電圧を特定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記選択手段は、所定周期毎に前記二個の端子のうち少なくとも一方を変更し、
前記電圧特定手段は、前記少なくとも一方が変更された二個の端子間の電圧を特定する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記選択手段は、前記診断された燃料電池セルの状態に応じて前記二個の端子のうち少なくとも一方を変更し、
前記電圧特定手段は、前記少なくとも一方が変更された二個の端子間の電圧を特定する
ことを特徴とする請求項４又は５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、燃料電池の状態を診断することが可能な燃料電池システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野において、燃料電池の酸素極表面に複数の検出片を設けると共に、検出片毎に集電部材の電位を標準電位とした場合の電位差を計測する電圧計を設けることによって、計測回路を構成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された燃料電池の電極電位測定装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、複数箇所の電位を測定し、これを比較することによって、異常電位の発生や、発生場所を正確且つ迅速に検出することが可能であるとされている。
【０００４】
尚、燃料電池のセル面内に電圧測定部位を複数設け、検出電圧から電流密度分布を得て異常を検出する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９５３０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術では、酸素極の複数部位における電位を常に測定している。従って、電圧計などの検出手段の数量も検出片の数だけ必要となる。これでは、システム構成が肥大化して非効率である。また、検出片を周囲から絶縁するなど、セル自体を電位検出に特化した構成とする必要があるから、その点においても効率性が損なわれている。即ち、従来の技術には、燃料電池の状態を効率的に診断することが困難であるという技術的な問題点がある。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池の状態を効率的に診断することが可能な燃料電池システム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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、アノード電極及びカソード電極に挟持された電解質膜、前記アノード電極に対し水素を含む燃料ガスを供給するために前記アノード電極に対面して形成される燃料ガス流路部並びに前記カソード電極に対し酸素を含む酸化剤ガスを供給するために前記カソード電極に対面して形成される酸化剤ガス流路部を有する少なくとも一つの燃料電池セルと、前記少なくとも一つの燃料電池セルのうち少なくとも一つにおいて、予め設定される複数の検出対象部位各々に設けられた導電性を有する複数の端子と、前記複数の端子のうち二個の端子間の電圧を特定する電圧特定手段と、前記特定された電圧に基づいて前記燃料電池セルの状態を診断する診断手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明において「燃料電池セル」とは、電解質膜を挟持するアノード電極及びカソード電極において生じる電気化学的な反応によって起電力を得る態様のものを包括する概念であり、例えば、固体高分子型燃料電池のセルを指す。尚、「少なくとも一つの」とは、このような燃料電池セルが複数個積層されることによって、燃料電池スタックが構成されてもよいことを表す趣旨である。
【００１０】
燃料電池セルには、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路部が設けられる。ここで、本発明に係る「燃料ガス」とは、燃料電池で生じる電気化学的な反応を生じさせるための水素を含んだガスであり、例えば、水素ガスである。但し、燃料電池で生じる電気化学的な、又は化学的な反応に対して不活性なガスが混入していてもよい。また、水素ガスは、原材料となるガスから何らかの改質処理を経た結果として得られてもよい。
【００１１】
燃料ガス流路部は、アノード電極に対面して形成されている。燃料ガス流路部は、セパレータと称される、カーボン又は金属材料など導電性を有する材料で構成された部材の表面に形成される。このセパレータは、燃料電池セルが複数積層される場合には、例えば、相互に隣接する燃料電池におけるアノード電極及びカソード電極を相互に物理的に隔絶する他、主としてカソード電極側で発生する反応生成物としての水を排出する役割を有する。
【００１２】
尚、「燃料ガス流路部」とは、燃料ガスの流れる空間（即ち、流路）を含み、更には係る空間を規定する壁などを包括する概念である。また、燃料ガス流路部の形状は、アノード電極に対し電気化学反応に供する水素を供給可能な形状である限りにおいて何ら限定されない。例えば、複数の直線状流路であってもよいし、蛇行する一本の流路として形成されていてもよい。
【００１３】
燃料電池セルには更に、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路部が設けられる。ここで、本発明に係る「酸化剤ガス」とは、燃料ガスに含まれる水素との間で電気化学的な反応を起こす結果、起電力を生じさせることが可能な、例えば、酸素を含むガスであり、典型的には空気である。この様に酸化剤ガスを空気とした場合には、その供給源を特別に設ける必要が生じないから効率的であるが、酸化剤ガスは空気に限定されない。
【００１４】
酸化剤ガス流路部は、カソード電極に対面して形成されている。酸化剤ガス流路部も、燃料ガス流路部と同様セパレータの表面に形成される。尚、「酸化剤ガス流路部」とは、酸化剤ガスの流れる空間（即ち、流路）を含み、更には係る空間を規定する壁などを包括する概念である。また、酸化剤ガス流路部の形状は、カソード電極に対し電気化学反応に供する酸素を供給可能な形状である限りにおいて何ら限定されない。例えば、複数の直線状流路であってもよいし、蛇行する一本の流路として形成されていてもよい。
【００１５】
本発明に係る燃料電池セルのうち少なくとも一つの燃料電池セルには、予め複数の検出対象部位が設定されており、その各々に導電性を有する複数の端子が設けられる。
【００１６】
ここで、「検出対象部位」とは、燃料電池セル上の部位である限りにおいて何ら限定されない趣旨であるが、燃料電池セルの状態を診断する観点から言えば、特定される電位が係る診断に対し有意となる部位であるのが望ましい。例えば、燃料電池セルが正常であるならば、アノード電極及びカソード電極間には所定の電圧が生じるから、検出対象部位とは、典型的にはアノード電極及びカソード電極と相関のある部位であるのが望ましい。このような部位の一つとして、検出対象部位とは、例えば、燃料ガス流路部や酸化剤ガス流路部の近傍であってもよい。
【００１７】
検出対象部位各々に設けられる「端子」とは、導電性を有し、電位の特定を可能とする限りにおいてその材質及び形状などは何ら限定されない。例えば、検出対象部位が予め導電性を有するならば、端子は検出対象部位と一体に形成されていてもよい。
【００１８】
ここで特に、燃料電池の状態を診断するためには、検出対象部位の数量は総じて多い方が好適である。ところが、従来の技術の如く、電圧を特定すべき二個の端子毎に、或いは電位を特定すべき端子毎に電圧特定手段が備わっていたのでは、システムの肥大化を招き非効率である。
【００１９】
そこで、本発明に係る燃料電池システムは、電圧特定手段の作用によって係る問題を解決している。本発明に係る電圧特定手段は、複数の端子のうち二個の端子間の電圧を特定することが可能に構成される。ここで、「特定される」とは、係る二端子間の電圧を直接的に検出（測定）する態様の他に、電圧を特定したい二個の端子各々と、所定の基準電位との電圧を相互に比較することによって間接的に二端子間の電圧が検出されることを含む概念である。尚、二端子間の電圧を直接的に検出するとは、一方の端子の電位が基準電位として利用されることに相当する。
【００２０】
診断手段は、特定された電圧に基づいて燃料電池の状態を診断する。ここで、「診断する」とは、燃料電池が正常か異常かといった二値的な判断の他に、異常が発生している部位の特定又は異常の内容若しくは種類などを特定或いは推定する態様を含む概念である。このような診断を行うための診断基準は、例えば、検出対象部位の位置又は検出される電圧値などに対応付けられる形で予め所定の記憶手段などに記憶されていてもよいし、何らかのアルゴリズムによって適宜与えられてもよい。また、このような診断基準は、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて与えられていてもよい。
【００２１】
このように、本発明に係る燃料電池システムでは、電圧特定手段が複数の端子のうち２個の端子間の電圧を特定することが可能に構成されるため、電圧特定手段を燃料電池の少なくとも一部で共有することが可能となる。好適には、燃料電池セル或いは燃料電池システムで単一の電圧特定手段を使用することが可能となる。即ち、本発明に係る燃料電池システムによれば、効率的に燃料電池の状態を診断することが可能となるのである。
【００２２】
本発明に係る燃料電池システムの一の態様では、前記検出対象部位は、前記燃料電池セルにおいて（i）前記燃料ガス流路部の所定部位に対応する位置及び（ii）前記酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置のうち少なくとも一方に設定される。
【００２３】
燃料電池セルにおいて発電に供される燃料ガス及び酸化剤ガスは、夫々燃料ガス流路部及び酸化剤ガス流路部を介して供給される。これらガスは、例えば、夫々燃料ガス供給用マニホールド及び酸化剤ガス供給用マニホールドから供給され、夫々燃料ガス排出用マニホールド及び酸化剤ガス排出用マニホールドから排出される過程で、アノード電極及びカソード電極に備わる拡散層に供給される。
【００２４】
従って、各流路部において各ガスが正常に流れているか否かは、燃料電池の性能に大きく影響を与える。例えば、燃料ガス流路部の一部が何らかの理由で閉塞している場合、係る閉塞部分には燃料ガスが流れにくいため、閉塞部分に対面するアノード電極（主として拡散層）には燃料ガスが供給されにくくなる。
【００２５】
一方、燃料電池セルにおける電気化学反応に起因して流れる電流は、導電性を有するセパレータを介して、集電板などの集電部材に向って流れる。その電流の方向は、例えば燃料電池が積層される場合には、その積層方向であり、アノード電極及びカソード電極などの電極面に対して交わる、好適には略直交する方向である。従って、電極面と平行或いは略平行な面部分（以降、適宜「セル面内」と称する）を見れば、電圧は理想的にはどの地点でも等しくなる。
【００２６】
然るに、上記した理由からアノード電極又はカソード電極の電極面の一部で局所的な発電不良が発生した場合には、総体的に見て、発電不良が発生した箇所及びそれと対応する部分を回避するようにセル面内に電流が発生する。従って、セル面内の部位によっては、電圧が発生することとなる。
【００２７】
この態様によれば、検出対象部位が、燃料ガス流路部の所定部位に対応する位置及び酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置のうち少なくとも一方に設定されるため、このようなセル面内で発生する電流を効果的に検出することが可能となって、燃料電池セルにおける局所的な発電不良を確実に検出し、燃料電池セルの状態を高精度に診断することが可能となるのである。
【００２８】
ここで、「所定部位」とは、各流路部の部位である限りにおいて何ら限定されないが、セル面内で発生する電圧を効果的に検出（電圧特定手段によって特定）することが可能であることが、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどによって判明している、或いは推測される部位がある場合には、積極的にそのような部位に設定されていてもよい。
【００２９】
ここで、「対応する位置」とは、各流路部の所定部位そのものを含み、各流路部において発生する閉塞などの異常の影響が、検出可能な程度に及び得る範囲内の地点を包括する概念である。係る概念が担保される限りにおいて、対応する位置とは、燃料電池セル内で比較的自由に設定されてよい趣旨である。
【００３０】
一方で、複数のセルについて、このような位置に検出対象部位が設定される（即ち、端子が設けられる）場合、電圧特定手段によって、隣接する燃料電池セル間における端子間電圧を特定することも容易にして可能である。隣接する燃料電池セルに何らこのような発電不良が発生していない場合、必然的に常時の電圧とは異なる電圧値が特定される可能性が高く、上記したセル面内の電圧と合わせて一層確実に燃料電池セルの診断を行うことが可能となる。
【００３１】
尚、ガス流路部の閉塞は、典型的には燃料電池セルの電気化学反応に起因する水によって引き起こされる。係る水は、カソード電極において酸素イオンと電解質膜を透過したプロトンとが反応することによって生じるから、カソード電極の方がアノード電極よりも圧倒的に多く存在する。従って、流路部の閉塞は、カソード電極の方が相対的に高い確率で発生する。従って、好ましい態様において、検出対象部位は、カソード電極の複数部位に設定される。但し、カソード電極で発生する水は、電解質膜を透過してアノード電極にも到達する。ここで、アノード電極では、水の存在確率が低い代わりに、燃料ガスの質量が酸化剤ガスと比較して軽いことなどに起因して、水の排出効率がカソード電極よりも低い。従って、アノード電極にも検出対象部位が設定されて好適である。
【００３２】
このように比較的多くの箇所に検出対象部位が設定される場合、或いはそのような燃料電池セルが複数備わる場合に、本発明に係る効果は顕著に発揮される。
【００３３】
尚、この態様では、前記燃料ガス流路部の所定部位は、前記燃料ガス流路部の供給口及び排出口を含み、前記酸化剤ガス流路部の所定部位は、前記酸化剤ガス流路部の供給口及び排出口を含んでもよい。
【００３４】
上述したような、各流路部の閉塞或いは圧力異常などの異常は、必然的に流路の下流で発生し易い。一方、上流、特に供給用のマニホールドに近い部位ではほとんど発生しない。従って、このように、所定部位の少なくとも一部として、各流路部の供給口及び排出口が設定される場合には比較的セル面内の電圧が大きく現れ易く、効果的である。
【００３５】
本発明に係る燃料電池システムの他の態様では、前記複数の端子の中から所定の条件に従って二個の端子を選択する選択手段を更に具備し、前記電圧特定手段は、前記選択された二個の端子間の電圧を特定する。
【００３６】
この態様によれば、選択手段の作用によって、電圧特定手段が端子間電圧を特定する際の特定対象となる端子が、効率的且つ効果的に選択される。
【００３７】
選択手段は、検出対象部位に設けられる端子の中から二個の端子を選択する。電圧特定手段は、この選択された二個の端子について、前述した如く電圧を特定する。尚、この際、複数の燃料電池セルに端子が備わる場合には、単一の燃料電池セル内の端子に限らず、端子が設けられた全ての燃料電池セルにおける端子の中から端子が選択されてもよい。
【００３８】
ここで、「選択する」とは、端子各々と電圧特定手段との電気的な接続を切り替えることを含む概念であり、係る概念が担保される限りにおいて、選択手段の態様は何ら限定されない。このように端子を選択する選択手段とは、燃料電池が車載される場合などには、少なくとも一部が例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）などの制御ユニットによって実現されていてもよい。
【００３９】
尚、選択手段は、所定の条件に従って二個の端子を選択する。ここで、「所定の条件」とは、現時点で、或いは近未来的にどの端子が選択されるべきかを予め規定する条件であり、診断手段による診断を可能とするように端子が切り替えられる限りにおいて、どのような条件であってもよい。例えば、このような条件は、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて予め設定されていてもよい。
【００４０】
尚、「二個の端子を選択する」とは、二個の端子が同時に選択されることのみを表すものではなく、最終的に所望する端子間電圧を特定することが可能な限りにおいて、時系列的には相前後する形で選択が行われてもよい趣旨である。このような場合とは、例えば、前述したように、予め設定される基準電位と一端子との電圧を特定し、端子毎の電位を比較するような態様に対応する。また、三個以上の端子が選択されたとしても、電圧は本来二端子間で規定されるものであり、最終的には二個の端子が選択されることと等価に扱われてよい。
【００４１】
選択手段によって電圧を特定すべき端子が選択されることによって、電圧特定手段を燃料電池の少なくとも一部で一層効果的に共有することが可能となる。
【００４２】
本発明に係る燃料電池システムの他の態様では、前記選択手段は、所定周期毎に前記二個の端子のうち少なくとも一方を変更し、前記電圧特定手段は、前記少なくとも一方が変更された二個の端子間の電圧を特定する。
【００４３】
この態様によれば、選択手段が端子を選択する際の条件の少なくとも一つとして、所定周期毎に端子が切り替わるため、燃料電池セルの異常を満遍なく診断することが可能となる。尚、「所定周期」とは、必ずしも一定の時間間隔を隔てたタイミングでなくてもよく、予め設定される限りにおいて、不定の周期であってもよい。尚、このような所定周期は、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて適切に設定されていてもよい。
【００４４】
本発明に係る燃料電池システムの他の態様では、前記選択手段は、前記診断された燃料電池セルの状態に応じて前記二個の端子のうち少なくとも一方を変更し、前記電圧特定手段は、前記少なくとも一方が変更された二個の端子間の電圧を特定する。
【００４５】
この態様によれば、診断された燃料電池の状態に応じて端子が選択されるため、効率的である。例えば、上述したような燃料ガス流路部及び酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置に検出対象部位が設定される場合には、通常カソード電極側即ち酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置に設けられた端子をモニタしておき、カソード電極側に何らかの異常が発生したと診断された場合に燃料ガス流路部の所定部位に対応する位置に設けられた端子を選択しても（即ち、端子を切り替えても）よい。このような、燃料電池の状態に対応する選択の態様は、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて設定されていてもよい。
【００４６】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
＜実施形態＞
以下、適宜図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００４８】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．実施形態の構成＞
＜１−１−１．システム構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。ここに、図１は、燃料電池システム１０のブロック図である。尚、燃料電池システム１０は、不図示の車両に搭載される車載用システムである。
【００４９】
図１において、燃料電池システム１０は、ＥＣＵ１００、燃料電池スタック２００、端子選択部３００及び電圧検出部４００を備える。
【００５０】
ＥＣＵ１００は、燃料電池システム１０の動作全体を制御する制御ユニットであり、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、本発明に係る診断手段及び選択手段の一例として機能するように構成されている。
【００５１】
燃料電池スタック２００は、本発明に係る「燃料電池セル」の一例たる複数の燃料電池セルが積層された構成を有し、全体として一つの燃料電池を形成している。ここで、図２を参照して、燃料電池スタック２００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、燃料電池スタック２００の模式断面図である。
【００５２】
図２において、燃料電池スタック２００は、燃料電池セル２１０、２２０及び２３０が図示積層方向に積層された構成を有している。尚、燃料電池スタック２００には、多数の燃料電池セルが積層されるが、図面の煩雑化を防ぐ目的から図２においては燃料電池セル２１０、２２０及び２３０のみが示されている。燃料電池セル２１０、２２０及び２３０は、本発明に係る「燃料電池セル」の一例として機能するように構成されている。
【００５３】
燃料電池セル２２０は、紙面に垂直な方向に面的に広がるイオン交換膜からなる電解質膜２２１を有する。電解質膜２２１の一方面には、カーボンに担持された白金触媒を有する触媒層及び拡散層を備えるアノード電極２２２が形成されており、他方面には、アノード電極２２２と同様の触媒層及び拡散層を備えたカソード電極２２３が形成されている。アノード電極２２２、カソード電極２２３及びこれら両極に挟持される電解質膜２２１は、膜−電極アセンブリ（Membrane-Electrode Assembly）を構成する。また、同様に、燃料電池セル２１０には電解質膜２１１、アノード電極２１２及びカソード電極２１３が備わっており、燃料電池２３０には電解質膜２３１、アノード電極２３２及びカソード電極２３３が備わっている。
【００５４】
一方、アノード電極２２２における電解質膜２２１と反対側には、アノード電極２２２に水素ガス（即ち、本発明に係る「燃料ガス」の一例）を供給するためのセパレータ２２４がアノード電極２２２に対面して配置されている。また、カソード電極２２３における電解質膜２２１と反対側には、カソード電極２２３に空気（即ち、本発明に係る「酸化剤ガス」の一例）を供給するためのセパレータ２２５がカソード電極２２３に対面して配置されている。同様に、燃料電池セル２２０に隣接する燃料電池セル２１０及び２３０には、夫々セパレータ２１４及び２１５並びにセパレータ２３４及び２３５が配置されている。
【００５５】
尚、相互に隣接する燃料電池セル間でアノード電極側のセパレータとカソード電極側のセパレータは相互に一体に形成されており、その接合部分には当該燃料電池セルを冷却するための冷却水の流路（不図示）が形成されている。また、これらセパレータは、カーボン材料で構成されており、良好な導電性を有している。尚、図２においては、便宜的に各セパレータにおける積層方向への厚みは比較的大きくなっているが、実際には、積層方向へのセパレータの厚みは十分に薄いものとなっており、損失の低下及び車両搭載性の向上が図られている。
【００５６】
一方、セパレータ２２５には、セパレータ２２５と一体をなすように電位検出用の端子２２６及び２２７が形成され、同様にセパレータ２３５には、セパレータ２３５と一体をなすように電位検出用の端子２３６及び２３７が形成されており、セパレータ２１５には、セパレータ２１５と一体をなすように電位検出用の端子２１６及び２１７が形成されている。尚、セパレータの詳細な構成については後述する。各セパレータに備わる電位検出用の端子は、夫々が本発明に係る「端子」の一例であり、夫々から電位検出用の電気配線２０１（図２には不図示）が引き出される。
【００５７】
図１に戻り、燃料電池スタック２００に備わる各燃料電池セルにおける前述した各端子（図１においては不図示）から引き出された電気配線２０１は、端子選択部３００に入力される。端子選択部３００は、端子の数分入力される電気配線２０１の中から、ＥＣＵ１００の制御に従って二個の端子に相当する電気配線を選択すると共に、選択された電気配線を電圧検出部４００に電気的に接続することが可能に構成されている。端子選択部３００は、ＥＣＵ１００と共に本発明に係る「選択手段」の一例として機能するように構成されている。
【００５８】
電圧検出部４００は、端子選択部３００によって選択された二個の端子間の電圧を検出することが可能に構成されており、本発明に係る「電圧特定手段」の一例として機能する。電圧検出部４００の出力（即ち、二端子間の電圧値）は、ＥＣＵ１００に入力される。
【００５９】
＜１−１−２．カソード電極側セパレータの構成＞
次に、図３を参照して、セパレータ２２５の詳細について説明する。ここに、図３は、図２におけるＡ−A’線視断面図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図３において、セパレータ２２５には、カソード電極２２３に空気を供給するための空気流路部２２８（即ち、本発明に係る「酸化剤ガス流路部」の一例）が形成されている。空気流路部２２８は、空気供給用マニホールド２０２との連通部位である供給口２２８ａから空気排出用マニホールド２０３との連通部位である排出口２２８ｂにわたって形成されている。空気供給用マニホールド２０２から供給される空気は、供給口２２８ａを介して空気流路部２２８に導かれ、空気流路部２２８を総体的に見て下方に流れると共に排出口２２８ｂを介して空気排出用マニホールド２０３に排出される構成となっている。
【００６１】
また、セパレータ２２５には、図３においては不図示の水素ガス流路部に対し水素ガスを供給するための水素ガス供給用マニホールド２０４、水素ガス流路部から水素ガスを排出するための水素ガス排出用マニホールド２０５、前述した冷却水流路に冷却水を供給するための冷却水供給用マニホールド２０６及び冷却水流路から冷却水を排出するための冷却水排出用マニホールド２０７が形成されている。
【００６２】
端子２２６は、セパレータ２２５において、空気流路部２２８の供給口２２８ａ近傍（即ち、本発明に係る「酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置に設定された検出対象部位」の一例）に、セパレータと一体にタグ状に形成されている。端子２２７は、セパレータ２２５において、空気流路部２２８の排出口２２８ｂ近傍（即ち、本発明に係る「酸化剤ガス流路部の所定部位に対応する位置に設定された検出対象部位」の他の一例）に、セパレータと一体にタグ状に形成されている。
【００６３】
尚、燃料電池セル２３０におけるセパレータ２３５及び燃料電池セル２１０におけるセパレータ２１５も、基本的にセパレータ２２５と同様の構成であり、空気流路部を有し、空気流路部における供給口近傍と排出口近傍に夫々端子２３６及び端子２３７並びに端子２１６及び２１７が形成されている。
【００６４】
＜１−１−３．アノード電極側セパレータの構成＞
次に、図４を参照して、セパレータ２２４の詳細について説明する。ここに、図４は、図２におけるＢ−Ｂ’線視断面図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図４において、セパレータ２２４には、アノード電極２２２に空気を供給するための水素ガス流路部２２９（即ち、本発明に係る「燃料ガス流路部」の一例）が形成されている。水素ガス流路部２２９は、水素ガス供給用マニホールド２０４との連通部位である供給口２２９ａから水素ガス排出用マニホールド２０５との連通部位である排出口２２９ｂにわたって形成されている。水素ガス供給用マニホールド２０４から供給される水素ガスは、供給口２２９ａを介して水素ガス流路部２２９に導かれ、水素ガス流路部２２９を総体的に見て下方に流れると共に排出口２２９ｂを介して水素ガス排出用マニホールド２０５に排出される構成となっている。
【００６６】
尚、燃料電池セル２３０におけるセパレータ２３４及び燃料電池セル２１０におけるセパレータ２１４も、基本的にセパレータ２２４と同様に水素ガス流路部を有している。
【００６７】
＜１−２．実施形態の動作＞
＜１−２−１．燃料電池セルの基本動作＞
ここで、図２、図３及び図４に示される燃料電池セル２２０の基本動作について説明する。
【００６８】
始めに、水素ガス流路部２２９に供給される水素ガスは、水素ガス流路部内を進行する過程で、アノード電極２２２の拡散層内を拡散し、触媒層に到達する。また、空気流路部２２８に供給される空気は、係る空気流路部内を進行する過程で、カソード電極２２３の拡散層内を拡散し、触媒層に到達する。
【００６９】
アノード電極２２２の拡散層に水素ガスが供給されると、触媒層によって下記化学式（１）に示す如き反応が生じ、水素ガスを構成する水素分子が電子とプロトンに分離される。係る電子は、アノード電極２２２からセパレータ２２４及びセパレータ２３５を介して、隣接する燃料電池セル２３０のカソード電極２３３に到達すると共に、プロトンは、電解質膜２２１を透過して燃料電池セル２２０におけるカソード電極２２３に移動する。
【００７０】
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−  ・・・・・化学式（１）
従って、燃料電池セル２２０では、アノード電極２２２からカソード電極２２３に向う方向、即ち燃料電池スタック２００における積層方向に電流が流れることになる。
【００７１】
一方、カソード電極２２３では、下記化学式（２）に示す如き反応が生じる。即ち、空気流路部２２８を介して拡散層に供給される空気内の酸素分子が、隣接する燃料電池セル２１０のアノード電極２１２から供給された電子を受け取って酸素イオンとなると共に、更に水素イオンと結合して水となって排出される。
【００７２】
２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ  ・・・・・化学式（２）
燃料電池セル１００内では、この様な電気化学反応によって起電力が生じる。この起電力は、所定の負荷を介して、最終的に燃料電池スタック２００の出力として取り出される。
【００７３】
＜１−２−２．セル診断処理＞
上述したように、カソード電極２２３における発電に供される空気は、セパレータ２２５に形成された空気流路部２２８を介して供給される。従って、空気流路部２２８の一部が何らかの原因で閉塞した場合などには、カソード電極２２３において局所的な発電不良が発生し易い。このような発電不良を放置することは、燃料電池スタック２００の効率的な使用の観点から言って極めて不適当である。そこで、本実施形態に係る燃料電池システム１０では、ＥＣＵ１００が、ＲＯＭに格納されるアプリケーションプログラムを実行することによって、セル診断処理を実行することが可能に構成されている。
【００７４】
＜１−２−２．セル診断処理の詳細＞
ここで、図５を参照して、セル診断処理の詳細について説明する。ここに、図５は、セル診断処理のフローチャートである。尚、説明の煩雑化を防ぐ目的から、図５に示すフローチャートは、セル診断処理において燃料電池セル２２０を診断する部分に関するフローチャートとなっている。
【００７５】
図５において、ＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２００の始動期間が経過したか否かを判別する（ステップＡ１０）。
【００７６】
燃料電池スタック２００の始動直後或いはそれに準じる始動期間においては、燃料電池スタック２００に備わる各燃料電池セルの発電が安定しないため、誤診断防止の観点からＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２００の始動期間が経過していない場合（ステップＡ１０：ＮＯ）、ステップＡ１０を繰り返し待機する。尚、係る始動期間の長さは、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーションなどに基づいて適当な時間に定められていてもよい。
【００７７】
始動期間が経過した場合（ステップＡ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、端子選択部３００を制御して、端子２２６及び端子２３６を選択し、電圧検出部４００によって、選択された端子２２６及び端子２３６間の電圧Ｖｃ１を検出する（ステップＡ１１）。
【００７８】
ここで、端子２２６及び端子２３６の端子間電圧は、燃料電池セル２２０のセル電圧を表す。セル電圧は、一般的にはアノード電極及びカソード電極間の電圧であるが、既に説明したように、本実施形態に係る燃料電池スタック２００では、相互に隣接する燃料電池セル間で導電性のセパレータが共有されているため、アノード電極２２２の電位は、隣接する燃料電池セル２３０におけるカソード電極２３３の電位とほぼ等しいものとして扱ってよい。これ以降、電圧Ｖｃ１を適宜「セル電圧Ｖｃ１」と表現する。
【００７９】
セル電圧Ｖｃ１が検出されると、ＥＣＵ１００は、セル電圧Ｖｃ１の値が所定の閾値電圧Ｖｃ１ｔｈ未満であるか否かを判別する（ステップＡ１２）。燃料電池セルが正常に動作している場合、セル電圧は電流に応じた値を示し、実用運転域では、例えば０．７〜０．８Ｖといった値となる。従って、ステップＡ１２における閾値電圧Ｖｃ１ｔｈとは、このような正常時のセル電圧に設定されていてもよいが、通常、閾値電圧Ｖｃ１ｔｈは、係る正常時のセル電圧から一定のマージン分を減算した値に設定される。
【００８０】
セル電圧Ｖｃ１が閾値電圧Ｖｃ１ｔｈ以上である場合（ステップＡ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、燃料電池セル２２０の少なくとも一部は正常に機能しているものとして、処理をステップＡ１３に移行させる。一方で、セル電圧Ｖｃ１が閾値電圧Ｖｃ１ｔｈ未満である場合（ステップＡ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、燃料電池セル２２０全体に異常が発生しているものとして、セルの異常を告知し（ステップＡ１４）、処理がステップＡ１１に戻される。
【００８１】
ステップＡ１３では、ＥＣＵ１００は端子選択部３００を制御して、セル電圧の検出対象となる端子を端子２２７及び端子２３７に切り替え、電圧検出部４００によってセル電圧Ｖｃ２を検出する。ここで、「セル電圧Ｖｃ２」とは、セル電圧Ｖｃ１と同様に燃料電池セル２２０のセル電圧であるが、端子２２７及び端子２３７の位置が端子２２６及び端子２３６と異なることに起因して、燃料電池セル２２０における局所的な異常の検出に利用される。
【００８２】
ここで、図６を参照して、燃料電池セル２２０の局所的な異常について説明する。ここに、図６は、空気流路部２２８の一部が閉塞した場合のセパレータ２２５の模式断面図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
図６において、セパレータ２２５における空気流路部２２８において、排出口２２８ｂ付近の領域Ｃに流路の閉塞が発生している。既に述べたように、燃料電池セル２２０で生成される水は大部分がカソード電極２２３側に存在するから、セパレータ２２５の空気流路部２２８が、この水を排出するための主たる流路となる。従って、排出口２２８ｂ付近では、構造的に流路の閉塞が生じ易くなっている。このように排出口２２８ｂ付近で流路の閉塞が発生すると、カソ−ド電極２２３に空気が供給されなくなる為、この領域における発電が阻害され、端子２２７の電位が上昇し、セル電圧Ｖｃ２の値が低下する。従って、このセル電圧Ｖｃ２の値をモニタすることによって、カソード電極２２３における局所的な流路の閉塞（空気の供給不足）を検出することが可能となり、燃料電池セル２２０の局所的な異常を検出することが可能となるのである。
【００８４】
尚、多くの場合、空気流路部２２８の供給口２２８ａにおいては、空気供給用マニホールド２０２の供給圧が高いことに起因して、このような閉塞は発生し辛い。このことについて、図７を参照して説明する。ここに、図７は、セル電圧Ｖｃの模式図である。
【００８５】
図７において、縦軸及び横軸は夫々セル電圧及び時間を表す。時刻Ｔ１までの期間では、空気流路部２２８に閉塞は発生しておらず、セル電圧Ｖｃ１（点線）及びセル電圧Ｖｃ２（実線）は夫々ほぼ等しい値を示している。ここで、時刻Ｔ１において、上述したように流路の閉塞が発生すると、セル電圧Ｖｃ２は急激に低下するが、セル電圧Ｖｃ１は、流路の閉塞に多少影響を受けるものの、波形的に大きくなまされており、電圧の低下度合いは小さいものとなっている。このように、端子の設定位置に応じて、燃料電池セル２２０の局所的な異常は比較的明確に検出される。尚、上述した閾値電圧Ｖｃ１ｔｈの値は、流路の閉塞に受ける影響を予め考慮されて設定されている。尚、このように、供給口２２８ａ付近では通常、流路の閉塞は生じないため、前述したように、セル電圧Ｖｃ１が閾値電圧Ｖｃ１ｔｈ未満に低下している場合、燃料電池セル２２０全体の異常であると診断されるのである。
【００８６】
図５に戻り、ＥＣＵ１００は、セル電圧Ｖｃ２が所定の閾値電圧Ｖｃ２ｔｈ未満であるか否かを判別する（ステップＡ１５）。ここで、閾値電圧Ｖｃ２ｔｈの値は、閾値電圧Ｖｃ１ｔｈの値と同じであってもよいが、セル電圧Ｖｃ２に特化した値に設定されていれば好適である。
【００８７】
セル電圧Ｖｃ２が閾値電圧Ｖｃ２ｔｈ以上である場合（ステップＡ１５：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＡ１６に移行させる一方、セル電圧Ｖｃ２が閾値電圧Ｖｃ２ｔｈ未満である場合（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、空気流路部２２８の排出口２２８ｂ付近で局所的な閉塞が発生しているものとして、所定のセル回復処理を実行する（ステップＡ１７）。ここで、セル回復処理とは、例えば、一時的に空気の供給量を増加させるなど、流路の閉塞を解消するための処理を指す。ＥＣＵ１００は、例えば、空気供給用マニホールド２０２に空気を供給するブロワなどの圧送手段の回転数を増加させ、通常よりも多い量の空気を空気流路部２２８に送り込み、閉塞を解消する。セル回復処理が終了すると、処理はステップＡ１１に戻される。
【００８８】
ステップＡ１６では、ＥＣＵ１００が端子選択部３００を制御して、端子２２６及び端子２２７を選択し、端子２２６及び端子２２７の端子間電圧が検出される。
【００８９】
ここで、セパレータ２２５において、電流は燃料電池スタック２００の積層方向に流れるから、理想的には積層方向に交わる（セパレータが十分に薄いことに鑑みれば積層方向と略直交する）セル面内方向には、電圧は生じない。ところが、上述したような流路の閉塞が発生すると、係る関係が変化する。このことについて、図８を参照して説明する。ここに、図８は、セパレータ２２５の他の模式断面図である。尚、同図において、図６と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
図８において、空気流路部２２８の排出口２２８ｂ付近の領域Ｃにおいて流路の閉塞が発生している。このような場合であっても、各燃料電池セルを積層方向に流れる電流の値は変化しないから、必然的に、図示矢線Ｄとして示すようなセル面内方向の電流が発生する。セパレータ２２５は、導電性を有するとは言っても電気抵抗が厳密にはゼロではないから、このようなセル面内方向の電流が生じると相応の電圧が発生することになる。このようにして生じるセル面内方向の電圧（以降、適宜「セル面内電圧Ｖｓ」と称する）は、端子２２６及び端子２２７間の電圧として電圧検出部４００により検出される。無論、流路の閉塞が発生していれば、セル電圧Ｖｃ２に変化が発生して然るべきであり、実際図５におけるステップＡ１５ではセル電圧Ｖｃ２を利用して燃料電池セル２２０の診断を行っているのであるが、本実施形態では更に、セル面内電圧Ｖｓを検出することによって、一層正確に燃料電池セル２２０の異常を診断することが可能となっている。
【００９１】
再び、図５に戻り、ステップＡ１６においてセル面内電圧Ｖｓが検出されると、ＥＣＵ１００は、セル面内電圧Ｖｓが所定の閾値電圧Ｖｓｔｈ以上であるか否かを判別する（ステップＡ１８）。ここで、セル面内電圧Ｖｓの値は、燃料電池セル２００が正常に発電している場合であっても厳密にはゼロでない場合があるため、閾値電圧Ｖｓｔｈの値は、予め誤判断が生じない程度にマージンを設けた値としてＲＯＭなどの記憶手段に格納されている。
【００９２】
セル面内電圧Ｖｓの値が閾値電圧Ｖｓｔｈ未満である場合（ステップＡ１８：ＮＯ）、燃料電池セル２２０は正常に発電しているものとして、処理はステップＡ１１に戻され、以降一連の処理が繰り返される。一方で、セル面内電圧Ｖｓの値が閾値電圧Ｖｓｔｈ以上である場合には（ステップＡ１８：ＮＯ）、処理はステップＡ１７に移行され、上述したセル回復処理が実行される。
【００９３】
このように、第１実施形態に係るセル診断処理によれば、ＥＣＵ１００が端子選択部３００を制御することによって、電圧の測定対象となる端子が順次切り替わる。従って、燃料電池セルの異常を検出する精度を向上させる目的から端子を大量に設けたとしても、構成上或いは処理上の問題が何ら生じない。即ち、燃料電池の状態を効率的に診断することが可能となるのである。
【００９４】
尚、図５は、燃料電池セル２２０について示されるものであるから、セル面内電圧Ｖｓは、単独の値として診断に供されているが、実際には、隣接する燃料電池セルにおいて同様にセル面内電圧Ｖｓを特定することにより、一層正確に燃料電池セルの状態を診断することが可能となる。このことについて、図９を参照して説明する。ここに、図９は、燃料電池スタック２００の他の模式断面図である。尚、同図において図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
図９において、燃料電池セル２１０のセパレータ２１５に、上述したのと同様の流路の閉塞が発生したとする（図示領域Ｅ）。この場合、隣接する燃料電池セル２２０が正常に発電していたとしても、領域Ｅの部分が障壁となって、セパレータ２２５において仮想的な流路閉塞（流路閉塞が生じたのと等価な状態）が発生する（図示領域Ｆ）。更に、この領域Ｆとして表される仮想的な流路閉塞の影響は、更に隣接する燃料電池セル２３０のセパレータ２３５にまで及び、セパレータ２３５においても、仮想的な流路閉塞が発生する（図示領域Ｇ）。
【００９６】
ここで、図１０を参照して、この場合のセル面内電圧Ｖｓについて説明する。ここに、図１０は、セル面内電圧Ｖｓの模式図である。
【００９７】
図１０において、縦軸及び横軸は夫々電圧及び時間であり、時刻Ｔ２で燃料電池セル２１０のセパレータ２１５に流路閉塞が発生し、セル面内電圧Ｖｓ１が上昇する。ここで、上述した如く仮想的な流路閉塞の影響によって、隣接する燃料電池セル２２０のセパレータ２２５におけるセル面内電圧Ｖｓ２及び燃料電池セル２３０のセパレータ２３５におけるセル面内電圧Ｖｓ３が、夫々、その仮想的な流路閉塞の規模に応じて上昇する。
【００９８】
図９及び図１０に示されるように、燃料電池スタック２００を構成する複数の燃料電池セルのうち一において流路の閉塞が発生すると、その影響は隣接する他の燃料電池セルに及ぶ。即ち、燃料電池セルが何ら問題なく正常に発電している場合であっても、セル面内電圧Ｖｓは上昇することがある。このような場合には、複数のセル面内電圧Ｖｓの分布に基づいて、隣接する燃料電池セルの異常に影響を受けているだけなのか、或いは実際に燃料電池セルの異常であるのかを容易に切り分けることが可能となる。即ち、一層正確に燃料電池の状態を診断することが可能となるのである。
【００９９】
＜２．第２実施形態＞
第１実施形態では、カソード電極側のセパレータにのみ端子が設けられているが、電圧検出用の端子は、アノード電極側のセパレータに設けられていてもよい。このような本発明の第２実施形態について説明する。
【０１００】
＜２−１．実施形態の構成＞
始めに、図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る燃料電池スタック５００の構成について説明する。ここに、図１１は、燃料電池スタック５００の模式断面図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０１】
図１１において、燃料電池スタック５００は、夫々相互に同一の構成を有する燃料電池セル５１０、５２０及び５３０を備える。
【０１０２】
燃料電池セル５２０は、セパレータ２２４及び２２５の代わりにセパレータ５２４及び５２５を備える点において第１実施形態に係る燃料電池セル２２０と相違しており、同様に、燃料電池セル５１０及び５３０は、夫々セパレータ５１４及び５１５並びにセパレータ５３４及び５３５を備えている。
【０１０３】
セパレータ５２５には、端子２２７のみが設けられており、一方で、セパレータ５２４には、水素ガス流路部２２９の排出口２２９ｂ近傍の領域に端子６２０が形成されている。同様に、セパレータ５１５には端子２１７のみが設けられ、セパレータ５１４には端子６１０が形成される。また、セパレータ５３５には端子２３７のみが設けられ、セパレータ５３４には端子６３０が形成される。
【０１０４】
＜２−２．実施形態の動作＞
次に、図１２を参照して、第２実施形態に係るセル診断処理について説明する。ここに、図１２は、第２実施形態に係るセル診断処理のフローチャートである。尚、同図において図５と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０５】
図１２において、ＥＣＵ１００は、始動期間が経過していた場合に、セル電圧Ｖｃ２を検出する（ステップＡ１３）。セル電圧Ｖｃ２に基づいて、空気流路部２２８に閉塞などの異常が発生していないと判断される場合（ステップＡ１５：ＮＯ）、処理は再びステップＡ１３に戻り、処理が繰り返される。一方、空気流路部２２８に閉塞が発生していると判断される場合（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、セル回復処理を実行した後に、燃料電池セル５２０の端子６２０と燃料電池セル５３０の端子６３０とを選択し、アノード電極側におけるセル電圧Ｖａを検出する（ステップＢ１０）。
【０１０６】
既に述べたように、燃料電池スタックにおいては、空気流路部（カソード電極）側で圧倒的に閉塞が発生し易い。然るに、カソード電極で生成される水の一部は、電解質膜を介してアノード電極側に到達するため、水素ガス流路部にも閉塞が発生することがある。更に、水素ガス流路部を流れる水素ガスのガス圧は空気と較べて低いため、一旦水素ガス流路部に水が到達すると、係る水は水素ガス流路部から排出されにくい。一方で、このようなカソード電極からアノード電極への水の浸潤は、カソード電極側で水が過剰である場合に多く発生する。従って、アノード電極側の流路の閉塞は、カソード電極側で流路の閉塞が発生している場合に発生し易い。そこで、本実施形態では、カソード電極側で流路の閉塞が発生している場合にアノード電極における水素ガス流路部２２９の閉塞の有無を診断している。
【０１０７】
セル電圧Ｖａが検出されると、ＥＣＵ１００は、セル電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ未満であるか否かを判別する（ステップＢ１１）。閾値電圧Ｖａｔｈは、これまでと同様に設定される。セル電圧Ｖａが閾値電圧以上である場合（ステップＢ１１：ＮＯ）、アノード電極（ここではアノード電極２２２）側では流路の閉塞が発生していないものとして、ＥＣＵ１００は処理をステップＡ１３に戻し、一連の処理を繰り返す。一方、セル電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ未満である場合（ステップＢ１１：ＹＥＳ）、水素ガス流路部２２９にも閉塞が発生しているものとして、ＥＣＵ１００は、セル回復処理を実行する（ステップＢ１２）。ここでのセル回復処理とは、概念的にはステップＡ１７で実行されるものと同等であり、例えば、一時的に水素ガスの供給圧を上昇させる、又は排出バルブを開くことによって生じる圧力差によって流路に詰まった水の排出を促進させる処理などを指す。
【０１０８】
このように、アノード電極側にも電圧検出用の端子を設けることによって、燃料電池スタックの状態を一層精細に診断することができる。一方で、このようにアノード電極側に端子を設けたとしても、端子選択部３００の処理負荷は大きく変化しない。即ち、効率的に燃料電池の診断を行うことが可能となるのである。
【０１０９】
尚、ここでは、水素ガス流路部２２９の閉塞を診断するために、端子６２０と端子６３０との間の端子間電圧であるセル電圧Ｖａを検出しているが、燃料電池スタック５００に備わる各燃料電池セルにおいて、空気流路部及び水素ガス流路部に端子が備わることに鑑みれば、隣接するセパレータ相互間で、空気流路部の端子と水素ガス流路部の端子との間の端子間電圧を検出することによって、閉塞の発生した箇所が特定されてもよい。
【０１１０】
例えば、端子選択部３００によって、端子２２７及び端子６１０が選択されたとする。この際、相互に隣接するセパレータ間の電位は略等しいはずだから、燃料電池が正常に機能している場合には、両者間の電圧は、ゼロかそれに等しい小さな値となる。一方で、アノード電極又はカソード電極に異常が発生している場合には、両者間に電圧が生じることとなる。
【０１１１】
ここで、端子２２７側（即ち、カソード電極側）に異常が発生している場合には、カソード電極の閉塞相当部位に電子が供給されないことに起因して、局所的にカソード電極側の電位が上昇し、端子６１０側（アノード電極側）を基準とした端子間電圧は正の比較的大きな値となる。一方、端子６１０側に異常が発生している場合には、アノード電極の閉塞相当部位で電子が生成されないことに起因して、局所的にアノード電極側の電位が上昇し、端子６１０を基準とした端子間電圧は負の比較的大きな値となる。このように、端子選択部３００の端子選択の態様（即ち、ＥＣＵ１００の制御）如何によっては、いずれの電極で異常が発生しているかを診断することも簡便にして可能である。
【０１１２】
尚、上述した各種実施形態において、端子２２７（端子２１７及び２３７も同様）の形成位置は、燃料電池スタック２００（或いは５００）を車両に搭載する際に下方となる位置である。この場合、メンテナンス性を考えれば、端子の形成位置は、例えば、空気流路部２２８の供給口２２８ａ側、即ち車両搭載時に上方となる位置の方が好ましい。このような事情に鑑み、排出口付近の閉塞を検出するための端子２２７を、例えば、図３における端子２２６と同一の側且つ排出口２２８ｂの上方部分に形成してもよい。この場合、検出される電圧の波形は、排出口２２８ｂ近傍に端子が形成される場合と比べればなまされるが、供給口２２８ａ近傍（例えば、端子２２６）と較べれば流路閉塞の影響を十分に受けるため、局所的な流路の閉塞を十分に診断することが可能である。
【０１１３】
尚、電圧検出用の端子が、燃料電池システムの単一のセルのみに備わり、且つそれが２個である場合、端子選択部３００によって端子を選択する必要は特別生じないが、このような場合であっても、電圧検出部４００は、複数の端子のうち２個の端子間の電圧を検出しているのであり、本発明に係る燃料電池システムの効果は何ら阻害されない。このような場合には特に、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどによって、効果的に燃料電池システムの診断を行うことが可能であることが判明している又は推察される２箇所に端子を設けておくことによって、高い設置効率を維持した状態で効率的に燃料電池システムの診断を行うことも可能である。
【０１１４】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う燃料電池システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
【図２】図１のシステムにおける燃料電池スタックの模式断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’線視断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ’線視断面図である。
【図５】図１のシステムにおけるセル診断処理のフローチャートである。
【図６】図３に示す空気流路部の一部が閉塞した場合のセパレータの模式断面図である。
【図７】図２の燃料電池スタックにおけるセル電圧の模式図である。
【図８】図６に示すセパレータの他の模式断面図である。
【図９】図２の燃料電池スタックにおける他の模式断面図である。
【図１０】図２の燃料電池スタックにおけるセル面内電圧の模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る燃料電池スタックの模式断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るセル診断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…燃料電池システム、１００…ＥＣＵ、２００…燃料電池スタック、２２０…燃料電池セル、２２５…セパレータ、２２６、２２７…端子、２２８…空気流路部、２２９…水素ガス流路部、３００…端子選択部、４００…電圧検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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