(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの流量を調整可能な複数の弁装置と、
前記複数の弁装置の動作を制御する制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記複数の弁装置は、所定の発電量以下で前記燃料電池スタックが発電する際に稼働する第１弁装置と、前記所定の発電量を超えて前記燃料電池スタックが発電する際に前記第１弁装置に加えて稼働する第２弁装置とを含み、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動後の運転中発電において前記第２弁装置が稼動したか否かを判定し、前記第２弁装置が稼動していない場合には前記燃料電池システムの停止処理時に、前記第２弁装置を少なくとも１度動作させて前記第２弁装置の正常又は異常を判定する動作確認を行う一方で、前記第２弁装置が稼動した場合には前記動作確認を行わない、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックに供給する前記反応ガスの圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御部は、前記第２弁装置を稼働させている所定の時間内に前記圧力センサが検出する圧力値が圧力閾値を超えた場合に前記第２弁装置の正常を判定する一方で、前記所定の時間内に前記圧力値が前記圧力閾値を超えない場合に前記第２弁装置の異常を判定する
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第２弁装置の異常を判定した場合に、前記燃料電池スタックの発電量を制限する
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記停止処理では、前記燃料電池スタック内の酸素濃度を下げるＯ２リーン工程、前記反応ガスの流路の圧力を高める圧上げ工程、及び前記反応ガスの流路の圧力変化を監視する圧検工程を順に実施し、
前記制御部は、前記圧上げ工程で前記動作確認を行う
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記停止処理時に前記動作確認を行って前記第２弁装置の異常を判定した場合に、
次に前記燃料電池システムを起動した際に前記第２弁装置の異常をユーザに報知する
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第２弁装置の正常又は異常を判定した履歴がない場合に、前記燃料電池システムの起動時に前記動作確認を行う
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガスは、前記燃料電池スタック内の発電セルのアノード電極に供給されるアノードガスであり、
前記複数の弁装置は、前記燃料電池スタックへの前記アノードガスの供給量を調整するインジェクタである
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記第１弁装置は、前記燃料電池スタックから流出するアノードオフガスを合流させるエジェクタの上流側に設けられる一方で、
前記第２弁装置は、前記第１弁装置及び前記エジェクタを迂回するバイパス路に設けられる
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、反応ガスの流量を調整する弁装置を複数備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、アノードガス（水素等の燃料ガス）及びカソードガス（酸素等の酸化剤ガス）の反応により発電を行う燃料電池スタックと、アノードガスを供給するアノード系装置と、カソードガスを供給するカソード系装置とを備える。
【０００３】
また、アノード系装置は、特許文献１に開示されているように、アノードガスの供給流路上に、アノードガスの流量を調整するインジェクタ（弁装置）を複数備える。複数のインジェクタは、燃料電池システムの制御部により燃料電池スタックの発電量に応じて駆動数を変えるように制御され、これにより目標の流量のアノードガスを燃料電池スタックに供給可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１０１５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、１回の運転（起動から停止までの動作）中に一定の発電量以上の発電を要求されなかった場合、複数のインジェクタ（弁装置）のうち一度も稼働しないインジェクタが生じてしまう。一度も稼働しないインジェクタに異常（故障）が発生していると一定量以上のアノードガスを燃料電池スタックに供給できないため、次の動作時に稼働を要求してもアノードガスの流量が増えないことになる。その結果、アノードガスの供給不足により安定的な発電ができない、燃料電池スタックの劣化が進む等の不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の不都合を解決するものであり、燃料電池システムの１回の運転中において少なくとも１度は弁装置を稼働させることで、弁装置の異常を確実且つ早期に認識することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給する反応ガスの流量を調整可能な複数の弁装置と、前記複数の弁装置の動作を制御する制御部とを備える燃料電池システムであって、前記複数の弁装置は、所定の発電量以下で前記燃料電池スタックが発電する際に稼働する第１弁装置と、前記所定の発電量を超えて前記燃料電池スタックが発電する際に前記第１弁装置に加えて稼働する第２弁装置とを含み、前記制御部は、前記燃料電池システムが起動してから停止するまでの間に、前記第２弁装置を少なくとも１度動作させて当該第２弁装置の正常又は異常を判定する動作確認を行う。
【発明の効果】
【０００８】
上記の燃料電池システムは、起動してから停止するまでの１回の運転中において少なくとも１度は第２弁装置の動作確認を行うことで、第２弁装置の異常を確実且つ早期に認識することができる。そして、燃料電池システムは、第２弁装置の異常を認識することで、燃料電池スタックによる発電量を規制して、要求に対するアノードガスの供給量の不足を回避することができる。これにより、燃料電池システムは、不安定な発電を抑制し、また燃料電池スタックの劣化を抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】図２Ａは、運転中発電でＢＰインジェクタを稼働した状態を示すタイムチャートである。図２Ｂは、運転中発電でＢＰインジェクタが稼働しない状態を示すタイムチャートである。
【図３】燃料電池システムのＥＣＵの機能ブロック図である。
【図４】図４Ａは、停止処理においてＢＰインジェクタが正常の場合の圧力変化を例示するグラフである。図４Ｂは、停止処理においてＢＰインジェクタが異常の場合の圧力変化を例示するグラフである。
【図５】燃料電池システムの停止処理における動作確認の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】燃料電池システムの起動時における動作確認の処理フローを示すフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る燃料電池システムの全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１２、アノード系装置１４、カソード系装置１６及び冷却装置１８を備える。この燃料電池システム１０は、燃料電池車両１１（燃料電池自動車、以下単に車両１１という）のモータルームに搭載されて、燃料電池スタック１２の発電電力をバッテリＢｔや走行用モータＭｔ等に供給して車両１１を走行させる。
【００１２】
燃料電池スタック１２は、アノードガス（水素等の燃料ガス）とカソードガス（エア等の酸化剤ガス）の電気化学反応により発電を行う発電セル２０を複数備える。複数の発電セル２０は、燃料電池スタック１２を車両１１に搭載した状態で、電極面を立位姿勢にして車幅方向に沿って積層された積層体２１を構成している。なお、複数の発電セル２０は、車両１１の車長方向（前後方向）や重力方向に積層されていてもよい。
【００１３】
各発電セル２０は、電解質膜・電極構造体２２（以下、「ＭＥＡ２２」という）と、ＭＥＡ２２を挟持する一対のセパレータ２４とで構成される。ＭＥＡ２２は、電解質膜２６（例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜））と、電解質膜２６の一方の面に設けられたアノード電極２８と、電解質膜２６の他方の面に設けられたカソード電極３０とを有する。一対のセパレータ２４は、ＭＥＡ２２と対向し合う面の各々に、アノードガスを流通させるアノードガス流路３２と、カソードガスを流通させるカソードガス流路３４とを形成する。また、複数の発電セル２０の積層により一対のセパレータ２４同士が対向し合う面には、冷媒を流通させる冷媒流路３６が形成される。
【００１４】
さらに、燃料電池スタック１２は、アノードガス、カソードガス及び冷媒の各々を、積層体２１の積層方向に沿って流通させる図示しない複数の連通孔（アノードガス連通孔、カソードガス連通孔、冷媒連通孔）を備える。アノードガス連通孔はアノードガス流路３２に、カソードガス連通孔はカソードガス流路３４に、冷媒連通孔は冷媒流路３６に、それぞれ連通している。
【００１５】
燃料電池スタック１２は、アノード系装置１４によりアノードガスが供給される。燃料電池スタック１２内においてアノードガスは、アノードガス連通孔（アノードガス入口連通孔）を流通してアノードガス流路３２に流入し、アノード電極２８において発電に使用される。発電に使用されたアノードオフガス（未反応の水素を含む）は、アノードガス流路３２からアノードガス連通孔（アノードガス出口連通孔）に流出して燃料電池スタック１２からアノード系装置１４に排出される。
【００１６】
また、燃料電池スタック１２は、カソード系装置１６によりカソードガスが供給される。燃料電池スタック１２内においてカソードガスは、カソードガス連通孔（カソードガス入口連通孔）を流通してカソードガス流路３４に流入し、カソード電極３０において発電に使用される。発電に使用されたカソードオフガスは、カソードガス流路３４からカソードガス連通孔（カソードガス出口連通孔）に流出して燃料電池スタック１２からカソード系装置１６に排出される。
【００１７】
さらに、燃料電池スタック１２は、冷却装置１８により冷媒が供給される。燃料電池スタック１２内において冷媒は、冷媒連通孔（冷媒入口連通孔）を流通して冷媒流路３６に流入し、発電セル２０を冷却する。発電セル２０を冷却した冷媒は、冷媒流路３６から冷媒連通孔（冷媒出口連通孔）に流出して燃料電池スタック１２から冷却装置１８に排出される。
【００１８】
また本実施形態に係る燃料電池スタック１２は、スタックケース内に積層体２１を収容している。積層体２１の積層方向両端には、図示しないターミナルプレート、絶縁プレート、エンドプレートが外方に向かって順に配置されている。エンドプレートは、各発電セル２０の積層方向に沿って締付荷重を付与する。
【００１９】
燃料電池システム１０のアノード系装置１４は、燃料電池スタック１２にアノードガスを供給するアノード供給路４０と、燃料電池スタック１２からアノードオフガスを排出するアノード排出路４２とを有する。また、アノード供給路４０とアノード排出路４２の間には、アノード排出路４２のアノードオフガスに含まれる未反応の水素をアノード供給路４０に戻すためのアノード循環路４４が接続されている。さらに、アノード循環路４４には、アノード系装置１４の循環回路からアノードオフガスを排出するパージ路４６が接続されている。
【００２０】
アノード供給路４０の一端（上流端）には、図示しないアノードガス（高圧水素ガス）を貯留するタンク４７が接続されている。タンク４７は、インタンク電磁弁（不図示）の開閉に基づきアノードガスをアノード供給路４０に流出する。
【００２１】
またアノード系装置１４は、燃料電池スタック１２へのアノードガスの流量を調整可能なインジェクタ４８（弁装置）を複数備える。アノード供給路４０には、複数のインジェクタ４８の一方であるメインインジェクタ５０（第１弁装置）が設けられている。メインインジェクタ５０は、燃料電池システム１０の運転中に主に使用され、アノード供給路４０よりも上流側（高圧側）のアノードガスが所定の圧力となるように開閉動作して、下流側（低圧側）にアノードガスを噴出する。メインインジェクタ５０は、燃料電池スタック１２による発電量が一定以下（アノードガスの供給圧力が一定以下）の場合に単独で動作する。またメインインジェクタ５０は、通常発電の実施時に動作する他に、燃料電池スタック１２の発電電流量（発電量）が高まる高負荷発電、及び燃料電池スタック１２の発電電流量が低まる低負荷発電を実施した場合にも動作する。
【００２２】
アノード供給路４０のメインインジェクタ５０の下流側には、エジェクタ５２が設けられている。エジェクタ５２は、メインインジェクタ５０から噴出されたアノードガスの移動によって発生する負圧により、アノード循環路４４からアノードオフガスを吸引しつつ下流側の燃料電池スタック１２にアノードガスを供給する。
【００２３】
そして、アノード供給路４０には、メインインジェクタ５０及びエジェクタ５２を跨いで供給用バイパス路５４が接続されている。この供給用バイパス路５４には、複数のインジェクタ４８の他方であるＢＰ（バイパス）インジェクタ５１（第２弁装置：サブインジェクタ）が設けられている。
【００２４】
ＢＰインジェクタ５１は、例えば、燃料電池スタック１２のメインインジェクタ５０が供給可能なアノードガス量を超える高負荷発電の要求があった場合等に、供給用バイパス路５４の上流側（高圧側）のアノードガスが下流側（低圧側）において所定の圧力となるように開閉動作し、高負荷発電の要求値までアノードガスを昇圧させる。これによりアノード系装置１４は、高負荷発電時に、燃料電池スタック１２の発電量に対応した圧力までアノードガスを昇圧させることができる。なお複数のインジェクタ４８は、メインインジェクタ５０とＢＰインジェクタ５１だけに限定されず、３以上設けられていてもよい。３以上のインジェクタ４８を設けた場合、メイン（第１弁装置）とサブ（第２弁装置）の割合は任意に設定し得る。
【００２５】
また、アノード排出路４２には、アノードオフガスに含まれる水（発電時の生成水）を、アノードオフガスから分離する気液分離器５６が設けられる。気液分離器５６の上部にはアノード循環路４４が接続され、水が分離したアノードオフガス（気体）は、気液分離器５６からアノード循環路４４に流出する。アノード循環路４４には、アノードオフガスをアノード供給路４０に循環させるアノードポンプ５８が設けられる。
【００２６】
さらに、気液分離器５６の底部には、分離した水を排出するドレイン路６０の一端が接続される。ドレイン路６０には、流路を開閉するドレイン弁６０ａが設けられる。またパージ路４６は、ドレイン路６０に接続されると共に、その途上に流路を開閉するパージ弁４６ａが設けられる。
【００２７】
またさらに、アノード系装置１４は、循環回路（燃料電池スタック１２、エジェクタ５２よりも下流側のアノード供給路４０、アノード排出路４２、アノード循環路４４）内の圧力を検出する圧力センサ６２を備える。本実施形態に係る圧力センサ６２はアノード供給路４０に設けられ、複数のインジェクタ４８の下流側近傍の圧力（燃料電池スタック１２に供給するアノードガスの圧力）を直接的に検出する。
【００２８】
一方、燃料電池システム１０のカソード系装置１６は、燃料電池スタック１２にカソードガスを供給するカソード供給路６４と、燃料電池スタック１２からカソードオフガスを排出するカソード排出路６６とを有する。カソード系装置１６は、図示しないコンプレッサ、加湿器等の補機を備え、コンプレッサにより圧縮され且つ加湿器により加湿されたカソードガスを燃料電池スタック１２に供給する。
【００２９】
また、燃料電池システム１０の冷却装置１８は、燃料電池スタック１２に冷媒を供給する冷媒供給路６８と、燃料電池スタック１２から冷媒を排出する冷媒排出路７０とを有し、燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる。
【００３０】
以上の燃料電池システム１０は、当該燃料電池システム１０の各構成の動作を制御して燃料電池スタック１２の発電を行うＥＣＵ７２（Electronic Control Unit：制御部）を有する。ＥＣＵ７２は、プロセッサ、メモリ及び入出力インタフェースを有するコンピュータ（マイクロコントローラを含む）に構成されている。
【００３１】
例えば、ＥＣＵ７２は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、車両１１が走行する場合等において、車両１１のユーザ（搭乗者）の操作下に動作を開始して、停止状態の燃料電池システム１０を起動させる。この起動後に、ＥＣＵ７２は、燃料電池スタック１２による発電（運転中発電）を行って、バッテリＢｔ及び走行用モータＭｔに発電電力を供給する。そして車両１１の動作を終了する際には、燃料電池スタック１２（燃料電池システム１０）の発電を停止するための停止処理を実施する。
【００３２】
またＥＣＵ７２は、運転中発電において、走行用モータＭｔを制御するモータＥＣＵ８８の発電要求指令やバッテリＢｔの充電状態（ＳＯＣ）等に基づき、通常発電の他に高負荷発電や低負荷発電を実施する。高負荷発電の実施時には、燃料電池スタック１２へのアノードガス及びカソードガスの供給量を増やす。これにより燃料電池スタック１２の発電量が、所定の高電流値Ｉｈ（図２Ａ中の点線参照）を超えるようになる。
【００３３】
ＥＣＵ７２は、アノード系装置１４の制御において、高電流値Ｉｈ以下の通常発電において、複数のインジェクタ４８のうちメインインジェクタ５０のみを開閉（稼働）する。これによりアノードガスは、アノード供給路４０（メインインジェクタ５０、エジェクタ５２）を通って燃料電池スタック１２に供給される。
【００３４】
その一方で、高電流値Ｉｈを超える高負荷発電において、ＥＣＵ７２は、メインインジェクタ５０の稼働に加えてＢＰインジェクタ５１を開閉（稼働）する。これによりアノードガスは、アノード供給路４０と供給用バイパス路５４の両方を流通して、燃料電池スタック１２に対する供給量が増加する。つまり、図２Ａ中において発電量が高電流値Ｉｈを超える場合は、ＢＰインジェクタ５１がオン（稼働：開閉の実施）状態となる。
【００３５】
また、ＥＣＵ７２は、運転中発電において圧力センサ６２によりアノード系装置１４の循環回路（アノードガスの流路）内の圧力を検出することで、燃料電池スタック１２へのアノードガスの供給状態を監視している。例えば、ＥＣＵ７２は、アノードガスの圧力が高い場合にインジェクタ４８の閉塞時間を長くすることで循環回路の圧力を低くする。またＥＣＵ７２は、高負荷発電時に、ＢＰインジェクタ５１を駆動状態としてもアノードガスの圧力が所定以上とならない場合にＢＰインジェクタ５１の故障を判断する。
【００３６】
ところで、高負荷発電は、車両１１の走行状態等によって要求されるものであり、燃料電池システム１０の１回の運転中（起動、運転中発電、停止処理の一連の処理時）に１度も行わないこともある。つまり従来の燃料電池システムでは、運転中発電においてＢＰインジェクタを使用しない場合に、そのままＢＰインジェクタの動作を行わずに運転を停止していた。
【００３７】
これに対し、本実施形態に係る燃料電池システム１０（ＥＣＵ７２）は、１回の運転中に、複数のインジェクタ４８全てを１度は稼働させる構成としている。つまり、メインインジェクタ５０は１回の運転中に必ず稼働するので、ＢＰインジェクタ５１を少なくとも１度稼働させる。このＢＰインジェクタ５１の稼働に伴って、ＥＣＵ７２は、ＢＰインジェクタ５１の故障状態（正常又は異常）を判定する動作確認を行う。例えば図２Ｂに示すように、ＥＣＵ７２は、運転中発電において高負荷発電を行わなかった場合に、停止処理の実施時にＢＰインジェクタ５１を動作させる（オン状態とする）ことで、ＢＰインジェクタ５１の故障状態を確認する。
【００３８】
このため、ＥＣＵ７２は、メモリに記憶されているプログラム（不図示）をプロセッサが実行することで、図３に示すような機能ブロックを構築して動作確認を実施する。具体的には、ＥＣＵ７２の内部には、発電制御部７４、メインインジェクタ駆動部７６、ＢＰインジェクタ駆動部７８、ＢＰインジェクタ確認部８０及び報知制御部８２が構築される。
【００３９】
発電制御部７４は、１回の運転中における燃料電池システム１０の動作を制御する機能部である。発電制御部７４内には、燃料電池システム１０の起動動作を制御する起動制御部７４ａ、運転中発電の動作を制御する運転中発電制御部７４ｂ、及び停止処理の動作を制御する停止処理制御部７４ｃが設けられる。また、発電制御部７４は、必要に応じて燃料電池スタック１２の発電量を制限する電流制限部７４ｄを備える。
【００４０】
メインインジェクタ駆動部７６は、発電制御部７４の動作指令に基づきメインインジェクタ５０の稼働状態（開閉）を制御する。同様に、ＢＰインジェクタ駆動部７８は、発電制御部７４の動作指令に基づきＢＰインジェクタ５１の稼働状態（開閉）を制御する。
【００４１】
ＢＰインジェクタ確認部８０は、１回の運転中にＢＰインジェクタ５１を動作させ且つＢＰインジェクタ５１の状態（正常又は異常）を判定する。ＢＰインジェクタ確認部８０内には、ＢＰインジェクタ５１の確認のためにＢＰインジェクタ駆動部７８に指示を行う確認制御部８０ａと、ＢＰインジェクタ５１の状態（正常又は異常）を判定する判定部８０ｂとが設けられている。
【００４２】
ここで、運転中発電において高負荷発電を実施してＢＰインジェクタ５１が動作した場合には、ＢＰインジェクタ５１の確認を行う必要がなくなる。このため、ＥＣＵ７２は、１回の運転中におけるＢＰインジェクタ５１の動作をステータスレジスタ８４のＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａにより管理する。発電制御部７４は、運転中発電等においてＢＰインジェクタ５１を動作した場合にＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａを立てる（１とする）。その一方、ＢＰインジェクタ５１を動作しない場合にはＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａを０とする。なお、ＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａは、車両１１の停止（ソーク）状態でリセットされる。
【００４３】
確認制御部８０ａは、停止処理時にＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａを確認し、ＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａが０の場合には停止処理時にＢＰインジェクタ５１を動作させる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、停止処理制御部７４ｃは、停止処理においてＯ２リーン工程、圧上げ工程、圧検工程を順次実施する。つまり燃料電池システム１０は、停止処理の各工程を実施した後に、完全に停止した停止状態（ソーク状態）となる。
【００４４】
Ｏ２リーン工程とは、燃料電池スタック１２内の酸素濃度を低くし（Ｏ２リーンとし）窒素濃度を高くすることで、停止状態における酸素による発電セル２０の影響を抑制する処理である。例えば、ＥＣＵ７２は、Ｏ２リーン工程において、カソード系装置１６の図示しない循環ポンプを回転させてカソードガスを循環させ、燃料電池スタック１２の発電を行い、残存するカソードガスを消費する。このためＥＣＵ７２は、Ｏ２リーン工程時に、アノード系装置１４も動作して、燃料電池スタック１２にアノードガスを適宜供給する。
【００４５】
圧上げ工程とは、燃料電池スタック１２のアノードガス流路３２（循環回路）の圧力を高めることで、流路内を目的のアノード圧力とする処理である。これにより、燃料電池システム１０は、次の起動時間の短縮化が促進されると共に、停止状態における窒素のクロスリークが抑制される。
【００４６】
圧検工程とは、圧上げ工程後に、燃料電池スタック１２のアノード圧を検出してアノードガス流路３２の圧力変化を監視する工程である。これにより燃料電池システム１０は、アノード系装置１４のアノードガスの漏出等を判定することができ、アノード圧を適切に管理することが可能となる。
【００４７】
確認制御部８０ａは、以上の停止処理中に、ＢＰインジェクタ５１を動作してＢＰインジェクタ５１の状態を確認する。具体的には、確認制御部８０ａは、圧上げ工程時にＢＰインジェクタ５１を動作させ、循環回路のアノード圧を上昇させる。ここで、ＢＰインジェクタ５１が正常の場合（故障していない場合）には、圧上げ工程時に燃料電池スタック１２のアノードガス流路３２の圧力が大きく上昇する。またアノード圧の上昇と相対的に、タンク４７内の圧力が低下する（図４Ａ中の２点鎖線参照）。
【００４８】
一方、ＢＰインジェクタ５１が異常の場合（閉故障している場合）には、圧上げ工程時に燃料電池スタック１２のアノードガス流路３２の圧力が殆ど上昇しない。従って、ＢＰインジェクタ確認部８０の判定部８０ｂは、圧力センサ６２が検出した圧力に基づき容易にＢＰインジェクタ５１の異常を判定することができる。
【００４９】
詳細には、判定部８０ｂは、圧力閾値Ｔｐを有し、ＢＰインジェクタ５１の動作時に、圧力センサ６２の圧力値が圧力閾値Ｔｐを超えるか否かを判定する。圧力閾値Ｔｐは、圧上げ工程において上昇するアノード圧に応じて適切な値に設定するとよい。また判定部８０ｂは、時間閾値Ｔｔを有し、ＢＰインジェクタ５１の動作開始から時間カウントを計測し、時間カウントが時間閾値Ｔｔを超えるまでの間に圧力値が圧力閾値Ｔｐを超えるか否かを判定する。時間閾値Ｔｔは、例えば圧上げ工程の実施期間をそのまま設定してよい。時間閾値Ｔｔ中に圧力値が圧力閾値Ｔｐを超えた場合には、ＢＰインジェクタ５１の正常を判定し、判定部８０ｂはステータスレジスタ８４のＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂを０とする。一方、時間閾値Ｔｔを超えるまでの間に圧力値が圧力閾値Ｔｐ以下の場合には、ＢＰインジェクタ５１の異常を判定し、判定部８０ｂはステータスレジスタ８４のＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂを１とする。なお、ＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂは、ＢＰインジェクタ５１のメンテナンス等においてバッテリＢｔを取り出した際にリセットされる。
【００５０】
また、確認制御部８０ａは、ＢＰインジェクタ５１の状態を判定した後（圧上げ工程の終了時）に、ＢＰインジェクタ５１の動作を停止する。この際ＥＣＵ７２は、ＢＰインジェクタ５１が異常（ＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂが１）であれば次の圧検工程を非実施とする。圧検工程を実施してもアノード圧が低い異常状態が検出されるだけであり、またアノード圧が低い原因についてＢＰインジェクタ５１の異常であることが判明しているからである。
【００５１】
図３に戻り、ＥＣＵ７２の報知制御部８２は、ＢＰインジェクタ５１が異常（故障）である場合に、車両１１の表示部８６を介してユーザに報知を行う。例えば、報知制御部８２は、次の燃料電池システム１０の起動時（起動制御部７４ａの動作時）にステータスレジスタ８４を監視し、ＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂが１となっていれば故障コードにそった報知内容で報知を行う。表示部８６は、車両１１の運転席に設けられたモニタやインジケータが適用される。なお故障の報知は、図示しないスピーカ等を介して音により報知してもよい。
【００５２】
本実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その動作（ＢＰインジェクタ５１の動作確認の実施処理）について説明する。
【００５３】
ＥＣＵ７２は、発電制御部７４により起動、運転中発電、停止処理からなる１回の運転で、燃料電池システム１０の各構成の動作を制御する。運転中発電の実施時に、運転中発電制御部７４ｂは、モータＥＣＵ８８の発電要求指令、車両１１の走行状態、バッテリＢｔのＳＯＣ等に応じてアノードガス及びカソードガスの供給量を調整し燃料電池スタック１２の発電電流量を制御する。
【００５４】
運転中発電で通常発電を実施する場合、運転中発電制御部７４ｂは、メインインジェクタ５０のみを動作して燃料電池スタック１２にアノードガスを供給する。一方、高負荷発電を実施する場合、運転中発電制御部７４ｂは、メインインジェクタ５０に加えてＢＰインジェクタ５１を動作して燃料電池スタック１２にアノードガスを供給する。そしてＢＰインジェクタ５１を動作した場合は、ＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａを１とする。
【００５５】
また、発電制御部７４は、車両１１から運転停止指令（イグニッションやスタータスイッチのオフ信号）を受信すると、停止処理制御部７４ｃによる停止処理を実施する。停止処理では、図４Ａに示すように、Ｏ２リーン工程、圧上げ工程、圧検工程を順次実施していく。
【００５６】
停止処理制御部７４ｃは、Ｏ２リーン工程において、メインインジェクタ５０を動作させて燃料電池スタック１２にアノードガスを供給する。これにより、燃料電池スタック１２は、アノード系装置１４から供給されるアノードガスとカソード系装置１６において循環するカソードガスとに基づき発電を行う。
【００５７】
Ｏ２リーン工程後、停止処理制御部７４ｃは圧上げ工程を行う。この際ＥＣＵ７２のＢＰインジェクタ確認部８０は、図５に示す処理フローに基づき必要に応じてＢＰインジェクタ５１の動作確認を実施する。具体的には、ＢＰインジェクタ確認部８０の確認制御部８０ａは、ＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａを監視し、１回の運転中にＢＰインジェクタ５１が動作していないか否かを判定する（ステップＳ１）。ＢＰインジェクタ５１が動作済、つまりＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａが１の場合（ステップＳ１：ＮＯ）、停止処理制御部７４ｃは、ステップＳ２に進みメインインジェクタ５０の稼働下に圧上げ工程を行う。逆に、ＢＰインジェクタ５１が未動作、つまりＢＰインジェクタ動作フラグ８４ａが０の場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、停止処理制御部７４ｃは、ステップＳ３に進み、確認制御部８０ａによるＢＰインジェクタ５１の稼働下に圧上げ工程を行う。確認制御部８０ａは、このＢＰインジェクタ５１の動作時に実施時間のカウントも行う。
【００５８】
ＢＰインジェクタ５１の動作に伴い、判定部８０ｂは燃料電池スタック１２のアノード圧（圧力センサ６２が検出する圧力値）が圧力閾値Ｔｐを超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。アノード圧が圧力閾値Ｔｐを超えた場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）にはステップＳ５に進み、アノード圧が圧力閾値Ｔｐ以下の場合にはステップＳ７に進む。
【００５９】
アノード圧が圧力閾値Ｔｐを超えた場合には、ＢＰインジェクタ５１が安定的に動作している、つまり正常であることになる。このためステップＳ５では、ＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂを０のままとする。さらにステップＳ６において、停止処理制御部７４ｃは、圧上げ工程を終了まで実施し、その後に圧検工程を実施する。停止処理制御部７４ｃは、圧検工程まで実施すると停止処理を終了し、これにより燃料電池システム１０の１回の運転が完了する。
【００６０】
一方、アノード圧が圧力閾値Ｔｐ以下の場合には、ステップＳ７においてＢＰインジェクタ５１が動作しているカウント時間と時間閾値Ｔｔを比較し、カウント時間が時間閾値Ｔｔを超えたか否かを判定する。カウント時間が時間閾値Ｔｔを超えた場合にはステップＳ８に進み、カウント時間が時間閾値Ｔｔ以下の場合にはステップＳ３に戻ってＢＰインジェクタ５１の動作を継続する。
【００６１】
カウント時間が時間閾値Ｔｔを超えた場合には、圧上げ工程の実施期間内にＢＰインジェクタ５１によるアノードガスの供給量が上がらなかった、つまりＢＰインジェクタ５１が異常であることになる。このためステップＳ８では、ＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂを１とする。さらにステップＳ９において、停止処理制御部７４ｃは、圧上げ工程を終了すると、その後の圧検工程を非実施として停止処理を終了する。これにより燃料電池システム１０の１回の運転が完了する。
【００６２】
そして、ＥＣＵ７２は、燃料電池システム１０の次の起動時に、図６に示すように、ステータスレジスタ８４に記憶されている情報に基づき適宜の処理を実施する。すなわち、発電制御部７４の起動制御部７４ａは、起動時にＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂを確認し、ＢＰインジェクタ５１の故障なし又は故障ありを判定する（ステップＳ１０）。ＢＰインジェクタ５１が故障なし、つまりＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂが０の場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、発電制御部７４は、電流制限部７４ｄによる電流制限を行わない通常の発電（運転中発電）を実施する（ステップＳ１１）。
【００６３】
さらにＢＰインジェクタ５１が故障なしの場合、報知制御部８２はユーザへの故障の報知を実施しない（表示部８６のフェールを非表示とする）処理を行う（ステップＳ１２）。そして、発電制御部７４は、燃料電池システム１０の起動動作の終了後に、電流制限のない運転中発電に移行する。
【００６４】
一方、ＢＰインジェクタ５１が故障あり、つまりＢＰインジェクタ故障フラグ８４ｂが１の場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、発電制御部７４は電流制限部７４ｄによる電流制限を伴った発電を実施する（ステップＳ１３）。この場合、電流制限部７４ｄは、所定の電流制限値を設定することで、発電制御部７４による各構成の制御を規制して燃料電池スタック１２を電流制限値以下で発電させる。このため運転中発電時に、発電制御部７４は、例えば、アノードガスの供給量について高電流値Ｉｈ（図２Ａ及び図２Ｂ参照）以下となる量を上限とし、且つカソードガスをこれに対応した供給量に制限することで、高負荷発電を実施しないようにする。これにより燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２を劣化から保護することができる。
【００６５】
さらに、ＢＰインジェクタ５１が故障ありの場合、報知制御部８２はユーザに故障の報知（表示部８６にフェールの表示）を行う（ステップＳ１４）。これにより、ユーザは、ＢＰインジェクタ５１の異常により燃料電池システム１０の発電に電流制限がかかっていることが認識できるため、必要な対処を早期に図ることができる。
【００６６】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、本発明の動作確認は、アノード系装置１４の複数のインジェクタ４８を動作確認することに限定されず、カソード系装置１６の図示しない弁装置の動作確認を行う場合にも適用することができる。一例としては、カソード系装置１６のカソード供給路６４に第１弁装置を備える一方で、このカソード供給路６４上の加湿器をバイパスするバイパス路に第２弁装置を備えた構成に適用することが考えられる。
【００６７】
また、ＢＰインジェクタ５１の動作確認は、停止処理に実施することに限定されず、燃料電池システム１０の１回の動作中であればいずれでもよく、起動時や運転中発電において実施してもよい。
【００６８】
起動時にＢＰインジェクタ５１の動作確認を行う例としては、ステータスレジスタ８４の状態がリセット（消去）されてＢＰインジェクタ５１の状態が分からなくなった場合に実施することがあげられる。すなわち、車両１１のメンテナンス等においてバッテリＢｔを車両１１から取り出してしまうと、ステータスレジスタ８４の状態がリセットされ、ＢＰインジェクタ５１の動作確認の履歴が分からなくなることがある。従ってＥＣＵ７２は、ステータスレジスタ８４の履歴がリセットされていた場合、ＢＰインジェクタ５１の動作確認を起動時に行う。これによりＢＰインジェクタ５１の状態（正常又は異常の判定）を、メンテナンス後の運転中発電の実施前に認識することが可能となる。
【００６９】
また例えば、運転中発電におけるＢＰインジェクタ５１の動作確認としては、通常発電中に、敢えてメインインジェクタ５０を動作停止して、ＢＰインジェクタ５１を動作させる処理を行うとよい。ＥＣＵ７２はこの切換によるアノードガスの圧力変化を監視することで、ＢＰインジェクタ５１の状態を確認することができる。
【００７０】
また、図７に示すように、本発明の動作確認は、エジェクタ５２の上流側において、複数のインジェクタ４８が並列に設けられた燃料電池システム１０Ａにも適用し得る。この場合、複数のインジェクタ４８のうちいずれかが第１弁装置に相当し、残りが第２弁装置に相当する。
【００７１】
上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。
【００７２】
本発明の第１の態様は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２に供給する反応ガスの流量を調整可能な複数の弁装置（インジェクタ４８）と、複数の弁装置の動作を制御する制御部（ＥＣＵ７２）とを備える燃料電池システム１０、１０Ａであって、複数の弁装置は、所定の発電量以下で燃料電池スタック１２が発電する際に稼働する第１弁装置（メインインジェクタ５０）と、所定の発電量を超えて燃料電池スタック１２が発電する際に第１弁装置に加えて稼働する第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）とを含み、制御部は、燃料電池システム１０、１０Ａが起動してから停止するまでの間に、第２弁装置を少なくとも１度動作させて当該第２弁装置の正常又は異常を判定する動作確認を行う。
【００７３】
上記の燃料電池システム１０、１０Ａは、起動してから停止するまでの１回の運転中において少なくとも１度は第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）の動作確認を行うことで、第２弁装置の異常を確実且つ早期に認識することができる。そして、燃料電池システム１０、１０Ａは、第２弁装置の異常の認識により、燃料電池スタック１２に供給する反応ガスの供給量が足りなくなることを回避して、不安定な発電を抑制し、また燃料電池スタック１２の劣化を抑止することが可能となる。
【００７４】
また、燃料電池スタック１２に供給する反応ガスの圧力を検出する圧力センサ６２を備え、制御部（ＥＣＵ７２）は、第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）を稼働させている所定の時間内に圧力センサ６２が検出する圧力値が圧力閾値Ｔｐを超えた場合に第２弁装置の正常を判定する一方で、所定の時間内に圧力値が圧力閾値Ｔｐを超えない場合に第２弁装置の異常を判定する。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａは、圧力センサ６２が検出する圧力に基づき第２弁装置の正常又は異常を容易に判定することができる。
【００７５】
また、制御部（ＥＣＵ７２）は、第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）の異常を判定した場合に、燃料電池スタック１２の発電量を制限する。燃料電池システム１０、１０Ａは、第２弁装置が異常の場合に燃料電池スタック１２の発電量を制限することで、高負荷発電の要求による一方の反応ガスの不足をなくして燃料電池スタック１２の劣化や燃費の悪化を抑制することができる。
【００７６】
また、制御部（ＥＣＵ７２）は、当該燃料電池システム１０、１０Ａの起動後の運転中発電において第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）が稼動したか否かを判定し、第２弁装置が稼動した場合に動作確認を行わない一方で、第２弁装置が稼動していない場合に燃料電池システム１０、１０Ａの停止処理時に動作確認を行う。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａは、１回の動作において動作確認を確実に行うことができ、また不要な動作確認の実施を回避することが可能となる。
【００７７】
また、停止処理では、燃料電池スタック１２内の酸素濃度を下げるＯ２リーン工程、反応ガスの流路（アノードガス流路３２）の圧力を高める圧上げ工程、及び反応ガスの流路の圧力変化を監視する圧検工程を順に実施し、制御部（ＥＣＵ７２）は、圧上げ工程で動作確認を行う。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａは、反応ガスの流路の圧力を高める必要があるタイミングにおいて第２弁装置を稼働させることになり、良好に動作確認を行うことができる。
【００７８】
また、制御部（ＥＣＵ７２）は、停止処理時に動作確認を行って第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）の異常を判定した場合に、次に燃料電池システム１０、１０Ａを起動した際に第２弁装置の異常をユーザに報知する。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａは、ユーザに対して第２弁装置の異常をスムーズに知らせることができる。
【００７９】
また、制御部（ＥＣＵ７２）は、第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）の正常又は異常を判定した履歴がない場合に、燃料電池システム１０、１０Ａの起動時に動作確認を行う。第２弁装置の動作確認を直ちに行うことで、燃料電池システム１０、１０Ａは、運転中発電の実施前に第２弁装置の正常又は異常を認識にすることができ、第２弁装置が異常の場合に適切な対処を採ることが可能となる。
【００８０】
また、反応ガスは、燃料電池スタック１２内の発電セル２０のアノード電極２８に供給されるアノードガスであり、複数の弁装置は、燃料電池スタック１２へのアノードガスの供給量を調整するインジェクタ４８である。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａは、アノードガスを供給する複数のインジェクタの正常又は異常を簡単に確認することができる。
【００８１】
また、第１弁装置（メインインジェクタ５０）は、燃料電池スタック１２から流出するアノードオフガスを合流させるエジェクタ５２の上流側に設けられる一方で、第２弁装置（ＢＰインジェクタ５１）は、第１弁装置及びエジェクタ５２を迂回するバイパス路（供給用バイパス路５４）に設けられる。これにより、燃料電池システム１０は、バイパス路に設けられる第２弁装置の動作確認を良好に行うことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０、１０Ａ…燃料電池システム          １２…燃料電池スタック
２０…発電セル                          ４０…アノード供給路
４８…インジェクタ                      ５０…メインインジェクタ
５１…ＢＰインジェクタ                  ５２…エジェクタ
５４…供給用バイパス路                  ６２…圧力センサ
７２…ＥＣＵ                            Ｔｐ…圧力閾値
【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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