(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、前記燃料電池の燃料ガス排気部から排出される排気燃料ガスを流通し前記燃料ガス供給流路に接続された燃料ガス循環流路と、からなる燃料ガス循環系と、
前記燃料電池の燃料ガス給気部に前記排気燃料ガスを再循環させる排気燃料ガス循環手段を有する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記燃料ガス循環系の燃料ガス圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料ガス循環流路の排気燃料ガスを燃料電池の外部へ排出する燃料ガス排出弁と、
前記燃料ガス排出弁に燃料ガス排出指令を出力する燃料電池制御部と、を備えた燃料電池制御装置であって、
規定時間内の前記燃料電池の発電電力の変動幅が、規定範囲内であるかを判定する過渡状態判定手段と、
前記燃料電池制御部から前記燃料ガス排出弁への燃料ガス排出指令の有無を検知する燃料ガス排出指令検知手段と、
前記過渡状態判定手段により前記燃料電池の発電電力の変動幅が規定範囲内であると判定され、前記燃料ガス排出指令検知手段により前記燃料ガス排出指令が検知された場合に、前記燃料ガス循環系の想定燃料ガス圧力と前記圧力センサによって検出された検出値とに基づいて前記燃料ガス排出弁の閉故障を判定する燃料ガス排出弁の故障検出手段と、
を設けたことを特徴とする燃料電池制御装置。
【請求項２】
前記故障検出手段は、
前記過渡状態判定手段により前記燃料電池の発電電力の変動幅が規定範囲内であると判定され、前記燃料ガス排出指令検知手段により前記燃料ガス排出指令が検知されない場合に、前記燃料ガス循環系の想定燃料ガス圧力と前記圧力センサによって検出された検出値とに基づいて前記燃料ガス排出弁の開故障を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池制御装置。
【請求項３】
前記故障検出手段で前記燃料ガス排出弁の故障を検出した場合に、開故障又は閉故障のいずれかの警報を発生する警報発生手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池制御装置。
【請求項４】
前記燃料電池を負荷と接続して該負荷に電力を供給する際に、前記燃料電池の目標発電量を決定する目標発電量決定手段と、
前記警報発生手段の閉故障警報に応じて前記目標発電量決定手段からの前記燃料電池への発電指示値を規定値以下に制限する出力制限手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池制御装置。
【請求項５】
前記燃料電池を負荷と接続して該負荷に電力を供給する際に、前記燃料電池の目標発電量を決定する目標発電量決定手段と、
前記警報発生手段の開故障警報に応じて前記目標発電量決定手段からの前記燃料電池への発電指示値を規定値以下に制限する出力制限手段を設けるとともに、前記警報発生手段の開故障警報に応じて前記燃料ガス循環手段と前記燃料ガス排出弁との間の前記燃料ガス循環流路を閉じる燃料ガス循環流路閉止手段を設けることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池自動車用に適用される燃料電池制御装置に係り、特に、燃料電池の水素排出流路に設けられる水素パージバルブの故障を検知する燃料電池制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＭ型燃料電池セルを、複数直列に積層した燃料電池スタックのアノードに燃料（水素）を、カソードに酸化剤（空気）を供給することで、起電力を得ることができる。
前記燃料電池は、水素と酸素の反応により電力と水が生成され、この生成水が水滴となって燃料電池セルの反応ガス流路内に滞留すると、反応ガス流路をふさぎ、セル出力電圧の低下を招く。この現象は、フラッディングと称され、これを防止または解消するために、燃料電池が一定電力量又は一定の時間発電したら、あるいはセル電圧が規定の電圧以下に低下したときに、生成水を外部に排出する。また、生成水が水滴化し、反応ガス流路をふさぐと、水溜まり以後に反応ガスが供給されなくなる為に、部分的にガス欠が発生し、固体高分子電解質膜にダメージを与えて、性能低下を生ずる。
上記した生成水の排出を行うために、加圧水素循環型の燃料電池システムのアノードガス排気流路には水素パージバルブが設けられており、この水素パージバルブを開くことにより前記生成水を燃料電池から外部に排出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、水素パージバルブは燃料電池システムが機能を維持する上で非常に重要な役割を担っている。
そこで、この発明は、水素パージバルブの故障を検知することができる燃料電池制御装置を提供するものである。
また、この発明は、水素パージバルブが閉故障または開故障の場合に燃料電池システムの運転を円滑に行うことができる燃料電池制御装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池スタック２２）と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、前記燃料電池の燃料ガス排気部から排出される排気燃料ガスを流通し前記燃料ガス供給流路に接続された燃料ガス循環流路と、からなる燃料ガス循環系と、前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給手段（例えば、実施形態における過給器４４）と、前記燃料ガス循環系の燃料ガス圧力を検出する圧力センサ（例えば、実施形態における圧力センサ４０）と、前記燃料ガス循環流路の排気燃料ガスを燃料電池の外部へ排出する燃料ガス排出弁（例えば、実施形態における水素パージバルブ６６）と、前記燃料ガス排出弁に燃料ガス排出指令を出力する燃料電池制御部（例えば、実施形態における燃料電池制御部１００）と、を備えた燃料電池制御装置であって、規定時間内の前記燃料電池の発電電力の変動幅が、規定範囲内であるかを判定する過渡状態判定手段（例えば、実施形態における水素パージバルブ故障検出部９０での処理Ｓ０４、Ｓ０８、Ｓ１２）と、前記燃料電池制御部から前記燃料ガス排出弁への燃料ガス排出指令の有無を検知する燃料ガス排出指令検知手段（例えば、実施形態における水素パージバルブ故障検出部９０での処理Ｓ１６）と、前記過渡状態判定手段により前記燃料電池の発電電力の変動幅が規定範囲内であると判定され、前記燃料ガス排出指令検知手段により前記燃料ガス排出指令が検知された場合に、前記燃料ガス循環系の想定燃料ガス圧力と前記圧力センサによって検出された検出値とに基づいて前記燃料ガス排出弁の閉故障を判定する燃料ガス排出弁の故障検出手段（例えば、実施形態における水素パージバルブ故障検出部９０での処理Ｓ２０、Ｓ２６）と、を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記故障検出手段は、前記過渡状態判定手段により前記燃料電池の発電電力の変動幅が規定範囲内であると判定され、前記燃料ガス排出指令検知手段により前記燃料ガス排出指令が検知されない場合に、前記燃料ガス循環系の想定燃料ガス圧力と前記圧力センサによって検出された検出値とに基づいて前記燃料ガス排出弁の開故障を判定する、ことを特徴とする。
このように構成することで、燃料ガス排出弁が閉故障（開弁しない故障）または開故障（閉弁しない故障）の場合に確実に検知することができる。また、前記過渡状態判定手段において過渡状態と判定した場合には燃料ガス排出弁の故障判定は行わないため、故障判定の信頼性を高めることができる。
なお、前記故障検出手段には、タイマ機構を設けて、閉故障あるいは開故障と判定された状態が一定時間継続した時に、燃料ガス排出弁の故障を判定するようにしてもよい。また、前記過渡状態判定手段で判定する過渡状態の判断基準には、要求電力発生部の要求量の変化（アクセルペダルの踏み込み量）を含めることができる。
【０００５】
請求項３に記載した発明は、前記故障検出手段で前記燃料ガス排出弁の故障を検出した場合に、開故障又は閉故障のいずれかの警報を発生する警報発生手段（例えば、実施形態における水素パージバルブ故障検出部９０）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、燃料ガス排出弁が閉故障（開弁しない故障）または開故障（閉弁しない故障）の場合に、いずれの故障であるかを確実に検知することができる。
請求項４に記載した発明は、前記燃料電池を負荷と接続して該負荷に電力を供給する際に、前記燃料電池の目標発電量を決定する目標発電量決定手段（例えば、実施形態におけるエネルギーマネジメント部８）と、前記警報発生手段の閉故障警報に応じて前記目標発電量決定手段からの前記燃料電池への発電指示値を規定値以下に制限する出力制限手段（例えば、実施形態におけるリミッタ９２）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、燃料ガス排出弁が閉故障であった場合でも、燃料電池の発電能力を一定範囲で保持させて運転を継続して行うことができる。このとき、燃料ガスの利用率の低い低出力域で運転を行うことで、燃料ガスの供給量を抑えて生成水の量を抑えることができる。
【０００６】
請求項５に記載の発明は、前記燃料電池を負荷と接続して該負荷に電力を供給する際に、前記燃料電池の目標発電量を決定する目標発電量決定手段と、前記警報発生手段の開故障警報に応じて前記目標発電量決定手段からの前記燃料電池への発電指示値を規定値以下に制限する出力制限手段を設けるとともに、前記警報発生手段の開故障警報に応じて前記燃料ガス循環手段と前記燃料ガス排出弁との間の前記燃料ガス循環流路（例えば、実施形態における水素循環流路６０ａ）を閉じる燃料ガス循環流路閉止手段（例えば、実施形態におけるオンオフ制御弁６４）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、燃料ガス排出弁が開故障であった場合、前記燃料ガス循環流路が燃料電池と並列なバイパス路となって燃料ガス供給流路の水素がこのバイパス路から排出されることがなくなるため、燃料ガスの無駄な排出を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態における燃料電池制御装置を図面と共に説明する。
図１はこの発明の実施形態における燃料電池システム２０の制御装置を示す概略構成図である。燃料電池スタック（燃料電池）２２は、固体高分子膜をアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで挟持してなる燃料電池セルを、複数積層させて一体化させた構造となっている。前記燃料電池スタック２２には、水素供給流路２６及びエア（酸素）供給流路２８が接続した加湿器２４が設けてあり、当該加湿器２４を介して前記燃料電池スタック２２にそれぞれのガス（水素、エア）が供給されるようになっている。
【０００８】
まず、水素供給流路２６について説明する。水素供給流路２６には水素供給源である高圧水素タンク３０が設けられており、水素供給流路２６に高圧の水素を供給できるようにしている。また、前記高圧水素タンク３０側の水素供給流路２６には電動遮断弁３２が設けてあり、当該電動遮断弁３２の開閉動作により水素の供給停止制御を行うようにしている。前記電動遮断弁３２の下流側にはレギュレータ３４が設けてある。前記レギュレータ３４は、詳細を後述するエア供給流路２８ｃに接続してあり、エアの圧力に応じて水素供給流路２６の水素圧力を調整できるようにしている。前記レギュレータ３４の下流側には、イジェクタ３６が設けてある。前記イジェクタ３６は、詳細を後述する水素循環流路６０ａに接続してある。前記イジェクタ３６は、前記水素循環流路６０ａの水素を負圧により吸い込んで、この吸い込んだ水素を前記イジェクタ３６下流側の水素供給流路２６に送り出すようにしている。水素供給流路２６は前記イジェクタ３６下流側で前記加湿器２４に接続しており、前記水素供給流路２６内の水素はこの加湿器２４にて適度な湿度に加湿された後、燃料電池スタック２２のアノード側に供給される。そして、本実施形態においては、イジェクタ３６下流側に、圧力センサ４０が設けてあり、当該圧力センサ４０にて前記水素供給流路２６の水素圧力を測定できるようにしている。
【０００９】
次に、エア（酸素）供給流路２８について説明する。エア供給流路２８には、上流側にフィルタ４２が設けてあり、当該フィルタ４２にてエアの塵埃を除去させている。前記フィルタ４２の下流側には過給器４４が設けてあり、当該過給器４４にてエアの供給圧力を調整することができるようにしている。エア供給流路２８は、エア供給流路２８ａ、２８ｂに分岐している。一方のエア供給流路２８ａは前記加湿器２４に接続しており、前記エア供給流路２８ａ内のエアはこの加湿器２４にて適度な湿度に加湿された後、燃料電池スタック２２のカソード側に供給される。他方のエア供給流路２８ｂは、さらにエア供給流路２８ｃ、２８ｄに分岐して、前記エア供給流路２８ｃは前記レギュレータ３４に接続するとともに、前記エア供給流路２８ｄには信号圧リリーフ弁５０が設けてあり、前記信号圧リリーフ弁５０にてエア供給流路２８ｄ内のエア圧力を測定している。水素圧力はレギュレータ３４に供給されるエアの圧力を信号圧として、前記レギュレータ３４を通過した水素の圧力が前記エア圧力に応じた所定範囲の圧力となるように調整することができる。このため、燃料電池スタック２２における極間差圧を適正範囲に調整することができる。
【００１０】
燃料電池スタック２２のアノード側拡散電極の反応面に水素が供給されると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極には酸素が供給されているため、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。発電後の水素及び酸素は、それぞれ水素排出流路６０及びエア排出流路７０から燃料電池スタック２２外部に排出される。以下これらについて説明する。
【００１１】
水素排出流路６０について説明する。水素排出流路６０は水素循環流路６０ａと水素排出流路６０ｂとに分岐している。水素循環流路６０ａは、前記イジェクタ３６に接続しており、当該水素流路６０ａ内の水素を前記イジェクタ３６に供給できるようにしている。このため、未反応のまま水素排出流路６０に排出された水素を燃料電池スタック２２に再度循環させて供給している。前記水素循環流路６０ａには、オンオフ制御弁６４が設けてあり、当該オンオフ制御弁６４は電気信号により水素循環流路６０ａの開閉を行わせるようにしている。
【００１２】
他方の水素排出流路６０ｂは、水素パージバルブ６６が設けてあり、当該水素パージバルブ６６を開くことにより水素パージや極間差圧の調整が行えるようにしている。なお、燃料電池システム２０の通常発電時には、前記パージバルブ６６を閉じるとともに、オンオフ制御弁６４を開いておき、水素を外部に排出することなく、水素を循環させて発電を行わせている。
エア排出流路７０について説明する。エア排出流路７０には、エア調圧弁７２が設けてあり、エア調圧弁７２を開閉することで圧力調整を行わせることができる。
燃料電池スタック２２には、燃料電池情報部（ＦＣ情報部）８０が電気的に接続し、ここに燃料電池スタック２２における各燃料電池セルごとの電流値や電圧値、燃料電池スタック２２全体での電流値や電圧値が入力される。さらに、前記燃料電池情報部８０は、前記電動遮断弁３２、信号圧リリーフ弁５０に電気的に接続し、水素圧力やエア圧力、燃料電池スタック８０の温度等も入力されるのである。
【００１３】
そして、本実施形態においては、燃料電池制御部（ＦＣ制御部）１００が設けてある。前記燃料電池制御部１００には、図３に示したように、前記燃料電池情報部８０に接続した水素パージバルブ故障検出部９０が設けてあり、この水素パージバルブ故障検出部９０において、水素パージバルブ６６の故障判断を行うのである。前記水素パージバルブ故障検出部９０は、燃料電池スタック２２の発電出力変動が規定範囲内であるかを判定する過渡状態判定手段と、アノードの目標圧力値と検出値とに基づいて水素パージバルブ６６の開故障及び閉故障を判定する故障判定部と、当該故障判定部で開故障又は閉故障を判定した場合に警報を発生する警報発生手段とを備えている。
【００１４】
図２はこの発明の実施形態における水素パージバルブ故障検知の処理フローである。まず、前記ＦＣ情報部８０で検知したＩＦＣ（燃料電池発電電流）値の移動平均ＩＦＣＤＬＹを算出する（Ｓ０２）。本実施形態においては、前記ＩＦＣＤＬＹはＩＦＣの１００ｍｓｅｃでの移動平均であり、各ＩＦＣＤＬＹを１０ｍｓごとに算出している。そして、最新のＩＦＣ値の移動平均ＩＦＣＤＬＹと、その直前の移動平均ＩＦＣＤＬＹＮ１との差分をとり、この差分を設定値＃ＩＦＣＤＬＹＮＳＴより小さいかどうかを判断する（Ｓ０４）。前記差分が設定値より大きいとき（ＮＯのとき）には、急激な過渡状態であるため水素パージバルブ６６の故障検知についての判断は行わず、閉故障判断の基準となるフェール確定時間（ｔｍＢＶＨ２ＯＣＬＳ）、開故障判断の基準となるフェール確定時間（ｔｍＢＶＨ２ＯＯＰＮ）をそれぞれ設定して（Ｓ０６）、一旦故障検知処理のフローを終了する。このような急激な過渡状態の原因には、例えばアクセルの急激な踏み込み等が考えられるが、このような場合に水素パージバルブ６６の故障検知を行わないことで、故障判定の信頼性を高めることができる。このステップで設定されたフェール確定時間がタイマ初期値となる。また、このフローは減算回路となっており、一旦フローを終了して再度やり直すときには、設定したタイマ値（例えば、上記フェール確定時間など）から一定値が減算される。これについては、詳細を後述する。
【００１５】
Ｓ０６において、前記差分が設定値より小さいとき（ＹＥＳのとき）には、エアパージが行われているか、すなわち信号圧リリーフ弁５０が開いているかどうかを判断する（Ｓ０８）。Ｓ０８において、エアパージ中と判断したとき（ＹＥＳのとき）であれば、エアパージのタイマ値（ｔｍＢＶＡＲＥＯＰＮ）を設定した後、上記したＳ０６の処理を行い、一旦故障検知処理のフローを終了する。上記したように水素圧力は、前記レギュレータ３４にてエア圧力に基づいて調整されるため、エアパージによるエア側の圧力低下に伴い水素側も圧力が低下する。このため、エアパージ中であれば、水素パージバルブ６６の故障検知を行わずに、故障検知の信頼性をより高めている。
【００１６】
Ｓ０８において、エアパージ中ではないと判断したとき（ＮＯのとき）には、さらに、エアパージ終了直後かどうかを判断する（Ｓ１２）。この判断は、上記したタイマ値（ｔｍＢＶＡＲＥＯＰＮ）が０より大きいかどうかで判断する。Ｓ１２において、エアパージ終了直後と判断したとき（ＹＥＳのとき）には、水素パージバルブ６６の故障検知は行わず、上記したＳ０６の処理をした後、一旦故障検知処理のフローを終了する。Ｓ１２において、エアパージ終了直後でないと判断したとき（ＮＯのとき）には、水素パージバルブ６６の故障判定処理を行う。このようにしたため、故障検知の信頼性をさらに一層高めることができる。なお、本実施形態においては信号圧リリーフ弁５０でエアパージを行う場合について説明したが、信号圧リリーフ弁５０がない場合またはエアパージを行わない場合においては、上記したＳ０８〜Ｓ１２の処理は省略することができる。
【００１７】
水素パージバルブ６６の故障判定処理について説明する。まず、上記したＩＦＣＤＬＹに基づいて、想定水素圧力（ＰＨ２ＴＡＲＧＥＴ）を算出する（Ｓ１４）。本実施形態においては、ＩＦＣＤＬＹと想定水素圧力との関係特性をテーブルデータとして保持しており、前記ＩＦＣＤＬＹに対応する想定水素圧力を前記テーブルデータから算出している。そして、水素パージ指令の有無を判定し（Ｓ１６）、水素パージ指令が出ている場合（ＹＥＳの場合）には閉故障の判断を行い、水素パージ指令が出ていない場合（ＮＯの場合）には開故障の判断を行う。なお、実施形態においては、関係特性をテーブルデータで保持した場合について説明したが、これに限らず、例えば演算式から想定水素圧力を算出してもよい。
【００１８】
水素パージ指令がある場合について説明する。まず、閉故障のフェール確定時間（ｔｍＢＶＨ２ＯＣＬＳ）の値が０かどうかを判定する（Ｓ１８）。Ｓ１８において、上記フェール確定時間が０になっていないとき（ＮＯのとき）、閉故障かどうかの判定を行う。本実施形態においては、前記想定水素圧力と、圧力センサ４０で測定した実際の水素圧力（ＰＨ２ＳＴＫＩＮ）との差分をとり、この差分が設定値（＃ＰＤＨ２ＢＶＨ２ＯＣＬＳ）より大きいかを判断する（Ｓ２０）。水素パージ指令により水素パージバルブ６６が開いている場合には、実際の圧力は想定圧力よりも設定値より下がるはずである。従って、Ｓ２０において差圧が設定値より大きいとき（ＹＥＳのとき）には、水素パージバルブ６６は正常であると判断され、上記したＳ０６の処理を行った後、一旦故障検知処理のフローを終了する。そして、Ｓ２０において差圧が設定値より小さいとき（ＮＯのとき）には、差圧がほとんとないことから水素パージバルブ６６は閉故障であると判断され、故障検知処理のフローを終了する。このフロー終了時に、上記した閉故障に対するフェール確定時間の値から一定値を減算する。従って、上記処理を繰り返して、フェール確定時間の値が０になったとき、Ｓ１８において一定時間閉故障の状態が続いたと判断され、水素パージバルブ６６の閉故障の判定（Ｃｌｏｓｅ  Ｆａｉｌ）が確定する（Ｓ２２）。
【００１９】
水素パージ指令がない場合について説明する。まず、開故障のフェール確定時間（ｔｍＢＶＨ２ＯＯＰＮ）の値が０かどうかを判定する（Ｓ２４）。Ｓ２４において、上記フェール確定時間が０になっていないとき（ＮＯのとき）、開故障かどうかの判定を行う。本実施形態においては、前記想定水素圧力と、圧力センサ４０で測定した実際の水素圧力（ＰＨ２ＳＴＫＩＮ）との差分をとり、この差分が設定値（＃ＰＤＨ２ＢＶＨ２ＯＯＰＮ）より小さいかを判断する（Ｓ２６）。水素パージ指令がないため水素パージバルブ６６は閉じているはずであり、実際の圧力は想定圧力とほぼ同じ値となるはずである。従って、Ｓ２６において差圧が設定値より小さいとき（ＹＥＳのとき）には、水素パージバルブ６６は正常であると判断され、上記したＳ０６の処理を行った後、一旦故障検知処理のフローを終了する。そして、Ｓ２６において差圧が設定値より大きいとき（ＮＯのとき）には、差圧が大きすぎることから水素パージバルブ６６は開故障であると判断され、故障検知処理のフローを終了する。このとき、上記した開故障に対するフェール確定時間の値から一定値が減算してある。従って、上記処理を繰り返して、フェール確定時間の値が０になったとき、Ｓ１８において一定時間開故障の状態が続いたと判断され、水素パージバルブ６６の開故障の判定が確定する（Ｓ２８）。
このように構成することで、水素パージバルブが閉故障または開故障した場合には、電気的原因であろうと機械的な原因であろうと、圧力異常が発生することに変わりはないため、原因の如何に関わらず水素パージバルブ６６の閉故障あるいは開故障を検知することができる。
【００２０】
以下、水素パージバルブ６６の開故障あるいは閉故障を検知した場合の制御について説明する。前記燃料電池情報部８０は燃料電池制御部１００に接続しており、当該燃料電池制御部１００は燃料電池情報部８０からの情報に基づき燃料電池システム２０の制御を行えるようにしている。図１に示したように、前記燃料電池制御部１００は、電動遮断弁３２、水素パージバルブ６６、オンオフ制御弁６４に電気的に接続しており、それぞれの弁３２、６６、６４の開閉制御を行えるようにしている。
【００２１】
まず、閉故障を検知した場合には、前記燃料電池制御部１００からの指令を通じて、燃料電池スタック２２での出力上限を設定する。これについては詳細を後述する。また、燃料電池制御部１００で電動遮断弁３２の開度を調整することにより、高圧水素タンク３０から供給する水素を最小限度として、水素のストイキを高く維持できる低出力域で運転を行う。ここで、水素のストイキとは、燃料電池スタックで消費された水素量（ＱＨ１）に対する燃料電池スタックに供給された水素量（ＱＨ０）の比（ＱＨ０／ＱＨ１）を言う。消費された水素量一定（発電電流一定）の時には、ストイキは供給水素量に比例し、ストイキが低下すれば水素ガスの供給流量が低下することとなり、水素ガスの供給流量の低下に従って発電電流が低下することとなる。このため、上記したようにストイキを高くすることで水素ガスの供給流量を抑えて、燃料電池スタック内に溜まる生成水を最小限に抑えることができる。さらに、エアのストイキを上昇させることで、生成水のカソード側からアノード側への逆浸透を減らし、アノード電極側に滞留する生成水の増加を防ぐことができる。
【００２２】
次に、開故障を検知した場合について説明する。このときには、上記した閉故障の場合と同様にリミッタ９２で制限するとともに、オンオフ制御弁６４を前記燃料電池制御部１００からの電気信号によりオフに設定して、前記水素循環流路６０ａの流通を遮断する。これにより、水素がイジェクタ３６の吸引部を逆流して水素循環流路６０ａを介して水素パージバルブ６６から外部に排出され供給されることを防止して、水素供給流路２６からの水素が確実に燃料電池スタック２２に供給することができる。また、燃料電池スタック２２での上限出力を制限することで、供給される水素を無駄に放出することを最小限に抑えることができる。
【００２３】
図３は、この発明の実施形態における燃料電池制御装置を搭載した燃料電池自動車１の要部を示す構成図である。前記燃料電池自動車１では、燃料電池スタック２２やキャパシタ３が、補機４と、モータ６に接続したインバータ５とに対して並列に設けられ、燃料電池スタック２２やキャパシタ３から電力が供給される。また、前記燃料電池スタック２２には、反応ガス供給装置（反応ガス供給流路）２６、２８が接続してあり、反応ガス（水素、エア）が燃料電池スタック２２に供給される。
【００２４】
前記インバータ５はモータコントロール部７に接続している。モータコントロール部７は、入力データから要求電力量を算出して、前記モータ６の駆動に必要な電力を算出する。前記データには、アクセルペダルの踏み込み量（Ａｐ）や、モータ６の回転数（Ｎｍ）、電流（Ｉｍ）、電圧（Ｖｍ）がある。
前記モータコントロール部７はエネルギーマネジメント部８に接続し、当該エネルギーマネジメント部８に前記要求電力量を伝達する。エネルギーマネジメント部８は、キャパシタ３からの放電可能量を算出するとともに、燃料電池スタック２２における目標発電量を算出する。
前記エネルギーマネジメント部８は、燃料電池制御部１００に接続しており、燃料電池制御部１００に発電指示値を伝達できるようになっている。前記発電指示値は、水素パージバルブ６６（図１参照）での故障を検知しないときには、前記燃料電池制御部１００の要求／供給可能出力算出部９４に入力される。前記要求／供給可能出力算出部９４は、反応ガス供給装置２６、２８に信号を送り、燃料電池スタック２２に反応ガスを供給して発電をさせる。燃料電池スタック２２は燃料電池情報部８０に接続して、当該燃料電池情報部８０に出力値算出に必要なデータを入力する。前記燃料電池情報部８０は前記要求／供給可能出力算出部９４に接続して、前記データを送信する。そして、要求／供給可能出力演算部９４は、燃料電池スタック２２の出力限界値をエネルギーマネジメント部８に送信する。エネルギーマネジメント部８は上記限界値をモータコントロール部７に送信し、出力値を制限できるようにしている。
【００２５】
燃料電池制御部１００には、水素パージバルブ故障検出部９０、リミッタ９２、入力切り換え部９３を有しており、前記水素パージバルブ故障検出部９０は燃料電池情報部８０に接続している。前記燃料電池情報部８０からの情報で、前記水素パージバルブ故障検出部９０で故障を検知した場合には、エネルギーマネジメント部８からの発電指示値が入力切り換え部９３によりリミッタ９２に入力されるようにする。このようにしたため、発電指示値が燃料電池スタック２２の制限を超える値であった場合であっても、リミッタ９２で制限をかけることができるため、安全度を確保して燃料電池システム２０の運転を続けることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載した発明によれば、燃料ガス排出弁が閉故障または開故障した場合には、電気的原因であろうと機械的原因であろうと、圧力異常が発生することに変わりはないため、原因の如何に関わらず燃料ガス排出弁の閉故障あるいは開故障を検知することができる。また、前記過渡状態判定手段において過渡状態と判定した場合には燃料ガス排出弁の故障判定は行わないため、故障判定の誤認識を排除することができる。
また、請求項３に記載した発明によれば、燃料ガス排出弁が閉故障（開弁しない故障）または開故障（閉弁しない故障）の場合に、いずれの故障であるかを確実に検知することができる。
【００２７】
また、請求項４に記載した発明によれば、燃料ガス排出弁が閉故障であった場合でも、発電時の生成水の発生量を最小限度にすることができ、燃料電池の発電能力を一定範囲で保持させることができる。
【００２８】
また、請求項５に記載した発明によれば、燃料ガス排出弁が開故障であった場合でも、燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスが、燃料電池に供給される前に燃料ガス循環流路を経由して排出されることがなくなるため、燃料ガスの無駄な排出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施形態における燃料電池システム２０の制御装置を示す概略構成図である。
【図２】  図２はこの発明の実施形態における水素パージバルブ故障検知の処理フローである。
【図３】  この発明の実施形態における燃料電池制御装置を搭載した燃料電池自動車の要部を示す構成図である。
【符号の説明】
１    燃料電池自動車
７    モータコントロール部
８    エネルギーマネジメント部
２０  燃料電池システム
２２  燃料電池スタック
６０ｂ  水素循環流路
６４  オンオフ制御弁
６６  水素パージバルブ
９０  水素パージバルブ故障検出部
９２  リミッタ
【図１】
0004130319.tif 000002
【図２】
0004130319.tif 000003
【図３】
0004130319.tif 000004