(57)【要約】【課題】水素ガス循環系内に空気が混入している場合に生じる水素ガス漏れの誤検出を防止する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池に水素ガスを供給するとともに、燃料電池から排出された水素ガスを供給される水素ガスに合流させる水素ガス循環系と、水素ガス循環系への水素ガスの供給量を制御する水素ガス供給弁と、水素ガス循環系の内部の圧力を検出する圧力検出部と、燃料電池の起動時に、水素ガス供給弁を一時的に開いて水素ガス循環系を加圧する初期加圧部と、初期加圧部による加圧後、圧力検出部により検出される圧力に所定の低下が見られたときに、水素ガス供給弁を開いて水素ガス循環系を再度、加圧し、加圧後の所定のタイミングで、圧力検出部により検出された圧力に基づいて、水素ガス循環系からの水素ガス漏れを検出する再加圧・ガス漏れ検出部と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に水素ガスを供給するとともに、前記燃料電池から排出された水素ガスを前記供給される水素ガスに合流させる水素ガス循環系と、
前記水素ガス循環系への水素ガスの供給量を制御する水素ガス供給弁と、
前記水素ガス循環系の内部の圧力を検出する圧力検出部と、
前記燃料電池の起動時に、前記水素ガス供給弁を一時的に開いて前記水素ガス循環系を加圧する初期加圧部と、
前記初期加圧部による加圧後、前記圧力検出部により検出される圧力に所定の低下が見られたときに、前記水素ガス供給弁を開いて前記水素ガス循環系を再度、加圧し、加圧後の所定のタイミングで、前記圧力検出部により検出された圧力に基づいて、前記水素ガス循環系からの水素ガス漏れを検出する再加圧・ガス漏れ検出部と、
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、
前記所定のタイミングは、前記燃料電池の発電運転開始時である、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記水素ガス循環系は、
前記水素ガス供給弁により供給された前記水素ガスを前記燃料電池に流すための水素ガス供給流路と、
前記燃料電池から排出された前記水素ガスを前記水素ガス供給流路に循環させるための循環流路と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に空気を供給するための流路およびバルブを含む空気系と、
前記空気系に空気を送り込むエアコンプレッサと、
前記空気系の内部の圧力を検出する空気圧検出部と、
前記エアコンプレッサの回転数を高めて、所定期間、所定回転数に維持する回転数制御部と、
前記所定期間における、前記空気圧検出部により検出された圧力の変動に基づいて、前記バルブの故障を検出する故障検出部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と、前記燃料電池に水素ガスを供給するとともに前記燃料電池から排出された水素ガスを前記供給される水素ガスに合流させる水素ガス循環系と、前記水素ガス循環系への水素ガスの供給量を制御する水素ガス供給弁と、前記水素ガス循環系の内部の圧力を検出する圧力検出部と、を備える燃料電池システムの水素ガス漏れ検出方法であって、
前記燃料電池の起動時に、前記水素ガス供給弁を一時的に開いて前記水素ガス循環系を加圧する工程と、
前記加圧後、前記圧力検出部により検出される圧力に所定の低下が見られたときに、前記水素ガス供給弁を開いて前記水素ガス循環系を再度、加圧し、加圧後の所定のタイミングで、前記圧力検出部により検出された圧力に基づいて、前記水素ガス循環系からの水素ガス漏れを検出する工程と、
を備える水素ガス漏れ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムと、水素ガス漏れ検出方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムでは、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池の起動時に、燃料電池に接続される水素ガス循環系を加圧し封止した状態で、水素ガスの圧力低下を検出することによって、水素ガスの漏洩を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３８４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来の技術では、水素ガス循環系内に空気が混入している場合に、ガス漏れ検出のために水素ガスを入れると、水素が空気中の酸素と化合し燃焼反応を起こし、水素ガスの圧力が低下してしまう。このために、前記従来の技術では、水素ガス循環系にガス漏れがないにもかかわらず、ガス漏れがあると誤検出してしまうという課題があった。水素ガス循環系内に空気が混入している場合としては、例えば、燃料電池システムを長期間（例えば２０日以上）、運転せずに放置した場合が該当する。放置している間に、空気系から空気が燃料電池セルを透過して水素ガス循環系に入り込むためである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部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）本発明の一形態は、燃料電池を備える燃料電池システムである。燃料電池システムは、前記燃料電池に水素ガスを供給するとともに、前記燃料電池から排出された水素ガスを前記供給される水素ガスに合流させる水素ガス循環系と、前記水素ガス循環系への水素ガスの供給量を制御する水素ガス供給弁と、前記水素ガス循環系の内部の圧力を検出する圧力検出部と、前記燃料電池の起動時に、前記水素ガス供給弁を一時的に開いて前記水素ガス循環系を加圧する初期加圧部と、前記初期加圧部による加圧後、前記圧力検出部により検出される圧力に所定の低下が見られたときに、前記水素ガス供給弁を開いて前記水素ガス循環系を再度、加圧し、加圧後の所定のタイミングで、前記圧力検出部により検出された圧力に基づいて、前記水素ガス循環系からの水素ガス漏れを検出する再加圧・ガス漏れ検出部と、を備えていてもよい。この構成の燃料電池システムによれば、初期加圧部によって水素ガス循環系が加圧されることで、水素ガス循環系に混入した空気は水素ガスと燃焼反応して取り除かれる。その後、再加圧・ガス漏れ検出部によって、再加圧されて、水素ガス漏れが検出される。したがって、水素ガス循環系内に空気が混入していることによる水素ガス漏れの誤検出を防止することができる。
【０００７】
（２）前記形態の燃料電池システムにおいて、前記所定のタイミングは、前記燃料電池の発電運転開始時としてもよい。この燃料電池システムによれば、燃料電池の起動時に初期加圧部の加圧による仮判定だけを行い、燃料電池の発電運転開始時にガス漏れ検出を正式に行うことができる。したがって、ガス漏れ検出によって燃料電池の発電運転開始を遅延させるようなことがない。
【０００８】
（３）前記形態の燃料電池システムにおいて、前記水素ガス循環系は、前記水素ガス供給弁により供給された前記水素ガスを前記燃料電池に流すための水素ガス供給流路と、前記燃料電池から排出された前記水素ガスを前記水素ガス供給流路に循環させるための循環流路と、を備えるようにしてもよい。この燃料電池システムによれば、水素ガス供給流路、燃料電池内の水素ガス流路、および循環流路からなる水素ガス循環系からのガス漏れを検出することができる。
【０００９】
（４）前記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に空気を供給するための流路およびバルブを含む空気系と、前記空気系に空気を送り込むエアコンプレッサと、前記空気系の内部の圧力を検出する空気圧検出部と、前記エアコンプレッサの回転数を高めて、所定期間、所定回転数に維持する回転数制御部と、前記所定期間における、前記空気圧検出部により検出された圧力の変動に基づいて、前記バルブの故障を検出する故障検出部と、を備えるようにしてもよい。この燃料電池システムによれば、圧力センサの検出結果に影響を与えるに十分な（すなわち圧力感度のある）空気量の下で、バルブの故障検出が可能となることから、空気系においても故障を検出することができる。
【００１０】
（５）本発明の他の形態は、燃料電池と、前記燃料電池に水素ガスを供給するとともに前記燃料電池から排出された水素ガスを前記供給される水素ガスに合流させる水素ガス循環系と、前記水素ガス循環系への水素ガスの供給量を制御する水素ガス供給弁と、前記水素ガス循環系の内部の圧力を検出する圧力検出部と、を備える燃料電池システムの水素ガス漏れ検出方法である。水素ガス漏れ検出方法は、前記燃料電池の起動時に、前記水素ガス供給弁を一時的に開いて前記水素ガス循環系を加圧する工程と、前記加圧後、前記圧力検出部により検出される圧力に所定の低下が見られたときに、前記水素ガス供給弁を開いて前記水素ガス循環系を再度、加圧し、加圧後の所定のタイミングで、前記圧力検出部により検出された圧力に基づいて、前記水素ガス循環系からの水素ガス漏れを検出する工程と、を備えていてもよい。この構成の水素ガス漏れ検出方法によれば、前記形態の燃料電池システムと同様に、水素ガス循環系内に空気が混入している際の誤検出を防止することができる。
【００１１】
本発明は、燃料電池システムや水素ガス漏れ検出方法以外の種々の形態で実現することも可能である。燃料電池システムを備える車両、水素ガス漏れ検出方法の各工程に対応した機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池車両の概略構成を示す説明図である。
【図２】水素ガス漏れ検出用の起動時処理を示すフローチャートである。
【図３】水素ガス漏れ検出用の発電運転開始時処理を示すフローチャートである。
【図４】起動時処理および発電運転開始時処理の実行時における各種の状態やパラメータの経時変化を示す説明図である。
【図５】空気系故障検出処理の実行時における各種の状態やパラメータの経時変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態を説明する。
Ａ．全体構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池車両２０の概略構成を示す説明図である。燃料電池車両２０は、四輪自動車であり、燃料電池システム３０、電力供給機構８０、および駆動機構９０を備える。
【００１４】
燃料電池システム３０は、燃料電池スタック４０、水素ガス供給排出機構５０、空気供給排出機構６０、冷却水循環機構７０、および制御ユニット１００を備える。
【００１５】
燃料電池スタック４０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するユニットであり、複数の単セル４１を積層して形成される。単セル４１は、アノード、カソード、電解質、セパレータ等から構成される。燃料電池スタック４０は、数々の型を適用可能であるが、本実施形態では、固体高分子型を用いるものとした。
【００１６】
水素ガス供給排出機構５０は、燃料電池スタック４０に水素ガスを供給および排出する。水素ガスとは、水素リッチな気体を意味しており、純水素には限定されない。水素ガス供給排出機構５０は、水素タンク５１と、水素ガス供給流路５２と、水素ガス循環流路５３と、水素ガス排出流路５４と、を備える。
【００１７】
水素タンク５１は、高圧の水素ガスを貯蔵する。水素ガス供給流路５２は、水素タンク２１の水素ガスを燃料電池１０に供給するための管路である。水素ガス循環流路５３は、消費されずに燃料電池スタック４０から排出された水素ガスを水素ガス供給流路５２に合流させるための管路である。水素ガス排出流路５４は、水素ガス循環流路５３と、空気供給排出機構６０に備えられる空気排出路６６（後述）とをつなぐ管路である。
【００１８】
水素ガス供給流路５２における、水素ガス循環流路５３と水素ガス供給流路５２との接続地点Ｘよりも上流側には、水素ガス供給弁としてのインジェクタ５５が設けられている。インジェクタ５５は、その下流側に要求される水素ガス流量を供給するために、弁の開口面積（開度）および開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ５５の弁の開閉によりガス流量が調整されるとともに、下流に供給されるガス圧力が上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ５５を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。
【００１９】
水素ガス供給排出機構５０は、圧力検出部としての圧力センサ５６を備える。圧力センサ５６は、接続地点Ｘよりも下流側における水素供給流路２２内の水素ガスの圧力を検出する。
【００２０】
水素ガス循環流路５３における、水素ガス排出流路５４と水素ガス循環流路５３との接続地点Ｙよりも下流側には、水素循環ポンプ５７が設けられている。水素循環ポンプ５７により、水素ガス循環流路５３における水素ガスの循環がなされる。この循環する経路、すなわち、水素供給流路２２における接続地点Ｘよりも下流側の部分、燃料電池スタック４０内の水素ガス流路、および水素ガス循環流路５３は、インジェクタ５５によって減圧されていることから、この循環する経路と、この経路に付帯する部品（圧力センサ５６、水素循環ポンプ５７等）とを含めて、以下、水素低圧系ＨＬと呼ぶ。この水素低圧系ＨＬは、［発明の概要］の欄に記載した「水素ガス循環系」に対応するものである。
【００２１】
水素ガス排出流路５４の途中には、パージバルブ５８が設けられている。パージバルブ５８は、水素ガス循環流路５３内に不純物が増加した時に、その不純物を空気排出路から排出するために開かれる。
【００２２】
燃料電池スタック４０に酸化剤ガスとしての空気の供給および排出をする空気供給排出機構６０は、空気供給路６１と空気排出路６６とバイパス６９とを備える。空気供給路６１および空気排出路６６は、燃料電池スタック４０と自身の大気開放口とを接続する流路である。空気供給路６１の大気開放口には、エアクリーナが設けられている。バイパス６９は、空気供給路６１と空気排出路６６とを接続する流路である。
【００２３】
空気供給排出機構６０は、エアコンプレッサ６２を備える。エアコンプレッサ６２は、空気供給路６１の途中に設けられ、空気供給路６１の大気開放口側から空気を吸入して圧縮する。エアコンプレッサ６２が設けられる位置は、空気供給路６１とバイパス６９との接続地点よりも大気開放口に近い位置である。
【００２４】
空気供給排出機構６０は、分流シャットバルブ６３を備える。分流シャットバルブ６３は、空気供給路６１とバイパス６９との接続地点に設けられ、エアコンプレッサ６２から流れてくる圧縮空気を、空気供給路６１の下流側と、バイパス６９とに分流する。このようなバルブは、三方弁とも言う。ここで言う「分流」とは、両方に流量を配分することと、何れか一方に１００％の流量を配分することとを含む。分流シャットバルブ６３の開度が１００％であるときに、エアコンプレッサ６２から流れてくる圧縮空気を１００％、燃料電池スタック４０に送る。
【００２５】
空気供給排出機構６０は、圧力センサ６５を備える。圧力センサ６５は、エアコンプレッサ６２と分流シャットバルブ６３との間における空気供給路６１内の空気圧を検出する。
【００２６】
空気供給排出機構６０は、圧力調整シャットバルブ６７を備える。圧力調整シャットバルブ６７は、空気排出路６６に設けられ、バルブ開度に応じて空気排出路６６の流路断面積を調整する。圧力調整シャットバルブ６７は、バルブ開度がゼロの状態において、自身の上流と下流との圧力差をキャンセルするパイロット弁を備える。
【００２７】
圧力調整シャットバルブ６７を通過した空気は、バイパス６９との接続部位を通過した後、大気開放口から大気に排出される。
【００２８】
燃料電池スタック４０を冷却する冷却水循環機構７０は、ラジエータ７１および冷却水循環ポンプ７２を備える。冷却水循環機構７０は、単セル４１の運転温度を制御するために、単セル４１とラジエータ７１との間において冷却水を循環させる。冷却水は、このように循環することによって、単セル４１における吸熱とラジエータ７１における放熱とを実行する。
【００２９】
電力供給機構８０は、燃料電池スタック４０に接続され、燃料電池スタック４０によって発電された電力を電動機器に供給する。電動機器とは、例えば、駆動機構９０に備えられる駆動輪９２を駆動するモータ９１や、空調のためのコンプレッサ（図示なし）などである。
【００３０】
燃料電池システム３０の運転は、制御ユニット１００によって制御される。制御ユニット１００は、内部にＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭとを備えたマイクロコンピュータである。制御ユニット１００は、燃料電池システム３０内のインジェクタ５５の動作、各バルブ５８、６３、６７の動作、ポンプ５７およびエアコンプレッサ６２の動作などを制御する。これらの制御を行うために、制御ユニット１００は、種々の信号が入力される。これらの信号には、例えば、圧力センサ５６、６５や、燃料電池スタック４０の発電電圧を検出する電圧センサ４３、燃料電池スタック４０を起動させるためのスタータスイッチ１１０からの出力信号等が含まれる。スタータスイッチ１１０は、車室内の操作部に設けられ、運転者によって操作される。
【００３１】
制御ユニット１００は、さらに機能的な構成要素として、初期加圧部１０２と、再加圧・ガス漏れ検出部１０４とを備えており、燃料電池スタック４０の起動時から発電運転開始時までに前述した水素低圧系ＨＬからの水素ガス漏れを検出する。初期加圧部１０２は、燃料電池システム３０の起動時に、インジェクタ５５を開いて水素低圧系ＨＬを加圧する。再加圧・ガス漏れ検出部１０４は、初期加圧部１０２による加圧後、圧力センサ５６により検出された水素ガス圧に所定の低下が見られたときに、インジェクタ５５を開いて水素低圧系ＨＬを再度、加圧し、発電運転開始時に、圧力センサ５６により検出された圧力に基づいて、水素低圧系ＨＬからの水素ガス漏れを検出する。各部１０２、１０４の構成について、次に詳しく説明する。
【００３２】
Ｂ．水素ガス循環系の制御：
図２は、水素ガス漏れ検出用の起動時処理を示すフローチャートである。図３は、水素ガス漏れ検出用の発電運転開始時処理を示すフローチャートである。起動時処理は、制御ユニット１００によって、電源が投入された後に実行される。発電運転開始時処理は、制御ユニット１００によって、起動時処理に続いて実行される。
【００３３】
図４は、起動時処理および発電運転開始時処理の実行時における各種の状態やパラメータの経時変化を示す説明図である。図中には、燃料電池スタック４０の状態、インジェクタの開閉状態、水素ガス圧Ｐ、仮判定フラグＦ１、強制検査要求の状態、正式判定フラグＦ２がそれぞれ示されている。
【００３４】
次に、図２および図４を参照しつつ、起動時処理について説明する。なお、起動時処理を実行するに先立ち、仮判定フラグＦ１および正式判定フラグＦ２はオフ状態（値＝０）にクリアされているものとする。制御ユニット１００は、電源が投入されると、図２に示すように、まず、スタータスイッチ１１０がオンされたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、オンされていないと判定されると、ステップＳ１１０を繰り返し実行して、オンされるのを待つ。ステップＳ１１０で、オンされたと判定されると、燃料電池スタック４０の状態は起動状態に移行し（図４の時刻ｔ１）、制御ユニット１００は、水素低圧系ＨＬを加圧する（ステップＳ１２０）。つまり、加圧するためのインジェクタ５５を開状態にする（図４の時刻ｔ１）。なお、起動時においては、パージバルブ５８は閉状態であるから、インジェクタ５５を開状態とするだけで、水素低圧系ＨＬは加圧される。
【００３５】
図４に示すように、時刻ｔ１以後、水素低圧系ＨＬの加圧は継続され、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐは、徐々に高くなる。図２に示すように、制御ユニット１００は、水素ガス圧Ｐが第１のガス圧Ｐａ以上となったか否かを判定し（ステップＳ１３０）、第１のガス圧Ｐａ以上となったときに、インジェクタ５５を閉状態として水素低圧系ＨＬを封止する（ステップＳ１４０および図４の時刻ｔ２）。なお、水素ガス圧Ｐが第１のガス圧Ｐａに達しない場合には、制御ユニット１００は、ステップＳ１２０に処理を戻して、水素低圧系ＨＬの加圧を継続する。
【００３６】
水素低圧系ＨＬに水素ガスを供給して封止した状態で、水素低圧系ＨＬにガス漏れがある場合、あるいは、燃料電池車両２０が長期放置された後には、図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に示すように、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐは徐々に低下する。燃料電池車両２０が長期放置された後に、水素ガス圧Ｐが低くなるのは、その放置期間に、空気供給排出機構６０側から空気が単セルを透過して水素低圧系ＨＬに入り込み、水素が空気中の酸素と化合し燃焼反応が起こって水素が消費されるためである。
【００３７】
そこで、水素ガス圧Ｐの低下の要因を、水素低圧系ＨＬにガス漏れがあることと、燃料電池車両２０が長期放置された後であることとで区別することなく、後述するステップＳ１５０ないしＳ１９０によって、水素ガス圧Ｐに所定の低下が見られたときに、仮にガス漏れありとして、仮判定フラグＦ１をオン状態とするようにしている。この処理について、以下に詳述する。
【００３８】
水素低圧系ＨＬを封止した後、制御ユニット１００は、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐの低下速度Ｖｐ１を算出する（ステップＳ１５０）。詳しくは、最初に、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐを初期圧力Ｐ１として取得し、次いで、単位時間（例えば１秒）だけ待機し、その待機後に、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐを終期圧力Ｐ２として取得し、続いて、終期圧力Ｐ２から初期圧力Ｐ１を減算して、低下圧力ΔＰを算出し、その低下圧力ΔＰを単位時間で割った商を低下速度Ｖｐ１とする。
【００３９】
制御ユニット１００は、ステップＳ１５０によって求めた低下速度Ｖｐ１が所定値ＶＡ以上となったか否かを判定すること（ステップＳ１６０）と、水素ガス圧Ｐが第２のガス圧Ｐｂ以下となったか否かを判定すること（ステップＳ１７０）とによって、水素ガス圧Ｐが所定時間内に第１のガス圧Ｐａから第２のガス圧Ｐｂまで低下するか否かを判定する。ステップＳ１６０における低下速度Ｖｐ１の閾値である所定値ＶＡは、第１のガス圧Ｐａと第２のガス圧Ｐｂとの圧力差と、上記所定時間とを考慮して設けられたものである。圧力差は、水素低圧系ＨＬの容積を考慮して定めた値であり、この容積分の空気が燃焼するに要する水素の量に対応する。
【００４０】
ステップＳ１６０によって、水素ガス圧Ｐの低下速度Ｖｐ１が所定値ＶＡを下回ると判定された場合には、上記所定時間の間に第２のガス圧Ｐｂまで低下する見込みはないとして、制御ユニット１００は、正式判定フラグＦ２をオフ状態（＝値０）とする（ステップＳ１８０）。つまり、正式な判定結果として、正式判定フラグＦ２は、ガス漏れがない旨（すなわち、正常である旨）を示すオフ状態となる。ステップＳ１８０の実行後、制御ユニット１００は、この起動時処理を終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ１７０によって、低下速度Ｖｐ１が所定値ＶＡ以上であると判定された場合には、制御ユニット１００は、ステップＳ１７０に処理を進めて、水素ガス圧Ｐが第２のガス圧Ｐｂ以下となったか否かを判定する。ここで、第２のガス圧Ｐｂ以下となると（図４の時刻ｔ３）、仮判定フラグＦ１をオン状態（＝値１）に切り替える（ステップＳ１９０）とともに、水素低圧系ＨＬを加圧する（ステップＳ１９５）。つまり、図４の時刻ｔ３に示すように、仮の判定結果として、仮判定フラグＦ１は、ガス漏れがある旨（すなわち、異常である旨）を示すオン状態となり、加圧するためのインジェクタ５５は、開状態となる。ステップＳ１９５の実行後、制御ユニット１００は、この起動時処理を終了する。図４に示すように、時刻ｔ３でインジェクタ５５が開状態となると、その後、水素ガス圧Ｐは次第に高くなる。なお、このときの水素ガス圧Ｐの上昇速度は、初期加圧時ｔ１−ｔ２の上昇速度よりも低いものとなっているが、これは、インジェクタ５５の開度を制御して、初期加圧時の水素ガスの供給量よりも供給量を少なくしたためである。なお、再加圧時の供給量については、必ずしも初期加圧時よりも少なくする必要はなく、同じとしてもよいし、多くしてもよい。
【００４２】
次に、図３および図４を参照しつつ、発電運転開始時処理について説明する。制御ユニット１００は、起動時処理が終了すると、発電運転開始時処理を実行開始する。発電運転開始時処理が開始されると、図３に示すように、制御ユニット１００は、まず、燃料電池スタック４０の発電運転が開始されたか否かを判定する（ステップＳ２１０）。詳しくは、燃料電池スタック４０によって発電した電力を負荷へ供給する前に、電圧センサ４３によって検出した開回路電圧（ＯＣＶ、Open Circuit Voltage）を基準値と比較することによって、燃料電池スタック４０の発電運転が開始されたか否かを判定する。ここで、発電運転が開始されていないと判定されると、ステップＳ２１０を繰り返し実行して、発電運転が開始されるのを待つ。
【００４３】
なお、発電運転が開始されるまでの期間については、本実施形態においては、図２のステップＳ１９５で行なった水素低圧系ＨＬの再加圧が継続して実行されるものとした。この構成に換えて、ステップＳ１９５の実行後、水素ガス圧Ｐが所定値を上回った場合に、インジェクタ５５を閉状態として水素低圧系ＨＬを一旦、封止する構成としてもよい。
【００４４】
ステップＳ２１０で、発電運転が開始されたと判定されると、仮判定フラグＦ１がオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。つまり、図２の起動時処理によって仮判定フラグＦ１がオンされた否かを判定する。ここで、仮判定フラグＦ１がオン状態でないと判定された場合には、図２のステップＳ１８０によって正式判定フラグＦ２は既にオフ状態（正常）にセットされていることから、制御ユニット１００は、この運転開始処理を終了する。
【００４５】
ステップＳ２２０で仮判定フラグＦ１がオン状態であると判定された場合には、制御ユニット１００は、圧力センサ５６によって検出される水素ガス圧Ｐの低下速度Ｖｐ２を算出する（ステップＳ２３０）。この算出処理は、図２のステップＳ１５０と同様にして求めるもので、ステップＳ１５０と相違するのは、サンプリングする時間間隔を単位時間に換えて、単位時間よりも長い所定時間（例えば、２〜５秒）とした点である。時間間隔を長くしたのは、ガス漏れの検査精度を高めるためである。なお、所定時間は、必ずしも単位時間よりも長くする必要はなく、単位時間と同一であってもよいし、単位時間よりも短い時間であってもよい。
【００４６】
続いて、制御ユニット１００は、ステップＳ２３０によって求めた低下速度Ｖｐ２が所定値ＶＢ以上であるか否かを判定する。水素低圧系ＨＬからの水素ガス漏れがない場合にも、燃料電池スタック４０のアノードとカソードとの間のクロスリークにより水素ガス圧Ｐは多少低下する。クロスリークによる低下を水素ガス漏れと誤検出しないように、所定値ＶＢは定められている。
【００４７】
燃料電池スタック４０の起動時においては、先に説明したように、水素ガス圧Ｐの低下の要因として、水素低圧系ＨＬにガス漏れがあることと、燃料電池車両２０が長期放置された後であることとがある。これに対して、図２の起動時処理のステップＳ１２０で初期加圧をしていることから、長期放置によって水素ガス循環系に混入した空気は、導入された水素ガスと燃焼反応され、水となって排出されることになる。このために、ステップＳ２３０を実行する発電運転開始時では、水素ガス圧Ｐの低下の要因として、水素低圧系ＨＬにガス漏れがあることしか残らない。そこで、制御ユニット１００は、ステップＳ２３０によって求めた低下速度Ｖｐ２が所定値ＶＢ以上であると判定された場合に、正式判定フラグＦ２をオン状態（＝値１）とする（ステップＳ２５０）。つまり、正式な判定結果として、正式判定フラグＦ２は、水素低圧系ＨＬにガス漏れがある旨（すなわち、異常である旨）を示すオン状態となる（図４の時刻ｔ５の破線）。
【００４８】
一方、ステップＳ２４０で水素ガス圧Ｐの低下速度Ｖｐ２が所定値ＶＢを下回ると判定された場合には、正式判定フラグＦ２をオフ状態（＝値０）とする（ステップＳ２６０）。この場合には、仮判定フラグＦ１はオン状態となっているが、長期放置に起因してオン状態となっただけであり、実際には水素低圧系ＨＬにガス漏れがないと考えることができる。このために、正式な判定結果として、正式判定フラグＦ２は、水素低圧系ＨＬにガス漏れがない旨（すなわち、正常である旨）を示すオフ状態に維持される（図４の時刻ｔ５の実線）。ステップＳ２５０またはＳ２６０の実行後、制御ユニット１００は、この発電運転開始時処理を終了する。
【００４９】
正式判定フラグＦ２がオン状態となった場合には、別ルーチンによって、燃料電池スタック４０の発電運転を停止する（図４の時刻ｔ５の破線）。なお、発電運転の停止と共に、音や表示によって警報を発することで、運転者に注意を促すようにしてもよい。
【００５０】
図２の起動時処理におけるステップＳ１１０およびＳ１２０の処理が、初期加圧部１０２（図１）として示した機能に相当する。図２の起動時処理におけるステップＳ１５０〜Ｓ１９０の処理と、図３の発電運転開始時処理におけるＳ１２０の処理とが、再加圧・ガス漏れ検出部１０４として示した機能に相当する。
【００５１】
Ｃ．水素ガス循環系の制御による効果：
以上のように構成された燃料電池システム３０によれば、初期加圧部１０２によって水素低圧系ＨＬが加圧されることで、長期放置によって水素低圧系ＨＬに混入した空気が水素ガスと燃焼反応して取り除かれる。その後、再加圧・ガス漏れ検出部１０４によって、再加圧されて、水素ガス漏れが検出される。したがって、水素低圧系ＨＬ内に空気が混入していることによる水素ガス漏れの誤検出を防止することができる。また、燃料電池システム３０によれば、起動時には仮判定だけを行い、発電運転開始時に正式なガス漏れ検出を行うようにしていることから、ガス漏れ検出によって発電運転開始を遅延させるようなことがない。
【００５２】
Ｄ．空気系の制御：
本実施形態の燃料電池車両２０は、上記の水素ガス漏れを検出する構成とは別に、空気系としての空気供給排出機構６０に備えられる分流シャットバルブ６３と圧力調整シャットバルブ６７との故障検出を行う構成を備える。従来、空気系に備えられる部品は、その故障の際に、通常の運転領域では圧力センサの検出結果に大きな影響を与えることがない。このために、空気系に備えられる部品の故障検出は、従来、容易でなかった。これに対して、本実施形態では、故障検出時には、エアコンプレッサ６２の回転数を上げて、空気供給排出機構６０に流れる空気量を増大することで、圧力センサ感度を高めることによって、空気供給排出機構６０に備えられる分流シャットバルブ６３と圧力調整シャットバルブ６７との故障検出を可能とした。この故障検出を行う処理(以下、「空気系故障検出処理」と呼ぶ）は、制御ユニット１００によって実行される。
【００５３】
図５は、空気系故障検出処理の実行時における各種の状態やパラメータの経時変化を示す説明図である。図中には、実行条件の成否、エアコンプレッサ６２の回転数（厳密には回転速度）、圧力調整シャットバルブ６７の開閉状態、分流シャットバルブ６３の開度、空気供給排出機構６０に備えられる圧力センサ６５によって検出される空気圧Ｐairがそれぞれ示されている。
【００５４】
「実行条件の成否」は、空気系故障検出処理を実行するに要する条件が成立したか、成立していないかを示す。実行条件は、燃料電池スタック４０を起動して発電運転が開始された以後において、下記の（ａ）〜（ｃ）のうちの少なくとも一つが満たされることである。
（ａ）シフトレバー（図示せず）が、「Ｐ」レンジまたは「Ｎ」レンジであること。
（ｂ）車速が３ｋｍ／ｈ未満であること。
（ｃ）アクセル開度が５％未満であること。
【００５５】
図５を参照して、空気系故障検出処理について説明する。図示するように、実行条件が成立したときに、エアコンプレッサ６２の回転数を高くする（時刻ｔ１１）。ここで、「回転数」とは、単位時間当たりの回転数であり、厳密には回転速度である。エアコンプレッサ６２の回転数は徐々に高くなり、次いで、時刻ｔ１２で所定回転数Ｎａとなる。時刻ｔ１２以後、後述する時刻ｔ１４までの期間、エアコンプレッサ６２の回転数を所定回転数Ｎａに維持する。所定回転数Ｎａは、圧力センサの検出結果に影響を与えるに十分な（すなわち圧力感度のある）空気量を供給する回転数である。
【００５６】
燃料電池スタック４０の起動時においては、分流シャットバルブ６３の開度は１００％（全て燃料電池スタック４０側に流れる状態）であり、圧力調整シャットバルブ６７は開状態である。エアコンプレッサ６２の回転数が所定回転数Ｎａとなったときに、圧力調整シャットバルブ６７を開状態から閉側に制御する（時刻ｔ１２）。分流シャットバルブ６３の開度が１００％の状態で、圧力調整シャットバルブ６７を開状態から閉側に制御すると、圧力調整シャットバルブ６７が故障でない（正常）であると、圧力センサ６５によって検出される空気圧Ｐairは次第に高くなる。一方、圧力調整シャットバルブ６７が故障している（異常）と、圧力調整シャットバルブ６７は開かず空気圧Ｐairは高くならない。したがって、時刻ｔ１２以後に、圧力センサ６５によって検出される空気圧Ｐairが高くなるか否かによって、圧力調整シャットバルブ６７が正常（正常Ａ）か異常（異常Ａ）かを判定することができる（時刻ｔ１３）。
【００５７】
時刻ｔ１３以後に、圧力調整シャットバルブ６７を半閉状態とし、分流シャットバルブ６３の開度を０％（全てバイパス６９側に流れる状態）とする(時刻ｔ１４）。時刻ｔ１４以後に、分流シャットバルブ６３の開度を０％から高める。そうすると、分流シャットバルブ６３が故障でない（正常）であると、圧力センサ６５によって検出される空気圧Ｐairは次第に高くなる。一方、分流シャットバルブ６３が故障している（異常）と、分流シャットバルブ６３は開かず空気圧Ｐairは高くならない。したがって、時刻ｔ１４以後に、圧力センサ６５によって検出される空気圧Ｐairが高くなるか否かによって、分流シャットバルブ６３が正常（正常Ｂ）か異常（異常Ｂ）かを判定することができる（時刻ｔ１５）。  時刻ｔ１４以後、圧力調整シャットバルブ６７を開状態とし、分流シャットバルブ６３の開度を１００％とする(時刻ｔ１６）。
【００５８】
以上のように、エアコンプレッサ６２の回転数、圧力調整シャットバルブ６７の開閉状態、および分流シャットバルブ６３の開度を、空気系故障検出処理によって制御することによって、燃料電池スタック４０の発電運転が開始された以後に、圧力調整シャットバルブ６７の故障と、分流シャットバルブ６３の故障とを判定することができる。なお、上記の空気系故障検出処理は、燃料電池車両２０に乗員が乗っている際に行うことができるが、これに換えて、燃料電池車両２０の製造工場での検査時、あるいは出荷後の修理工場での検査時において行うようにしてもよい。エアコンプレッサ６２の回転数を高めると騒音が発生して、乗員に不快感を与えるが、製造工場での検査時や出荷後の修理工場で行うようにすれば、乗員に不快感を与えることを回避することができる。
【００５９】
Ｅ．変形例：
・変形例１：
前記実施形態では、正式なガス漏れ検出を発電運転開始時に行うようにしていたが、正式なガス漏れ検出の実行タイミングは必ずしも発電開始時でなくてもよい。再加圧によって、水素ガス圧Ｐが所定の圧力Ｐａまで上昇した後であれば、いずれのタイミングとしてもよい。
【００６０】
・変形例２：
前記実施形態では、制御ユニット１００は、水素ガス圧Ｐの低下速度Ｖｐ１が所定値ＶＡ以上となったか否かを判定すること（図２のステップＳ１６０）と、水素ガス圧Ｐが第２のガス圧Ｐｂ以下となったか否かを判定すること（図２のステップＳ１７０）とによって、水素ガス圧Ｐに所定の低下が見られるかを判定していたが、ステップＳ１６０とステップＳ１７０のいずれか一方から所定の低下がみられることを判定するものとしてもよい。
【００６１】
本発明は、上述の実施形態や変形例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、変形例中の技術的特徴は、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、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…燃料電池
２０…燃料電池車両
２１…水素タンク
２２…水素供給流路
３０…燃料電池システム
４０…燃料電池スタック
４１…単セル
４３…電圧センサ
５０…水素ガス供給排出機構
５１…水素タンク
５２…水素ガス供給流路
５３…水素ガス循環流路
５４…水素ガス排出流路
５５…インジェクタ
５６…圧力センサ
５７…水素循環ポンプ
５８…パージバルブ
６０…空気供給排出機構
６１…空気供給路
６２…エアコンプレッサ
６３…分流シャットバルブ
６５…圧力センサ
６６…空気排出路
６７…圧力調整シャットバルブ
６９…バイパス
７０…冷却水循環機構
７１…ラジエータ
７２…冷却水循環ポンプ
８０…電力供給機構
９０…駆動機構
９１…モータ
９２…駆動輪
１００…制御ユニット
１０２…初期加圧部
１０４…再加圧・ガス漏れ検出部
１１０…スタータスイッチ
Ｐ…水素ガス圧
Ｐair…空気圧
Ｐ１…初期圧力
Ｐ２…終期圧力
Ｆ１…仮判定フラグ
Ｆ２…正式判定フラグ
【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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