(57)【要約】【課題】燃料ガス配管系からの微小な燃料ガス漏れを検知することができる燃料電池システム及び燃料ガス漏れ検知方法を提供すること。【解決手段】燃料電池システム１は、アノード８５及びカソード８４を有する燃料電池２と、アノード８５に燃料ガスを供給する燃料ガス配管系４と、カソード８４に酸化ガスを供給する酸化ガス配管系３と、燃料電池２の出力電圧を検出する電圧検出装置６６と、判定装置７とを備える。判定装置７は、アノード８５への燃料ガスの供給停止中に電圧検出装置６６により検出される出力電圧Ｖtotalを監視し、その監視した出力電圧Ｖtotalに基づいて、燃料ガス配管系４からの燃料ガス漏れの有無を判定する。特に、出力電圧Ｖtotalが負電圧になった場合に、燃料ガス漏れが「有り」と判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード及びカソードを有する燃料電池と、
前記アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス配管系と、
前記カソードに酸化ガスを供給する酸化ガス配管系と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出装置と、
前記アノードへの燃料ガスの供給停止中に前記電圧検出装置により検出される出力電圧を監視し、その監視した出力電圧に基づいて、前記燃料ガス配管系からの燃料ガス漏れの有無を判定する判定装置と、を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記判定装置は、前記出力電圧が所定値以下になった場合に、燃料ガス漏れが「有り」と判定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記判定装置は、前記出力電圧が負電圧になった場合に、燃料ガス漏れが「有り」と判定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記判定装置は、前記燃料電池の停止後に、前記電圧検出装置により検出される出力電圧を監視する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記判定装置は、当該燃料電池システムの運転終了後に、前記電圧検出装置により検出される出力電圧を監視する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記判定装置は、前記燃料電池の起動時に、前記電圧検出装置により検出される出力電圧を監視する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池は、それぞれが発電可能な複数の単セルを有するものであり、
前記電圧検出装置は、前記燃料電池の出力電圧として、各単セルのセル電圧を総和した総電圧を検出するものである、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池は、それぞれが発電可能な複数の単セルを有するものであり、
前記電圧検出装置は、前記燃料電池の出力電圧として、単セル毎のセル電圧、又は、複数の単セルを二以上の単セルで郡分けした場合のセル郡毎のセル電圧を検出するものである、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記アノードへの燃料ガスの供給停止中に、前記カソードでの燃料ガスの残留を確保する手段を備えた、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記手段は、前記カソードに燃料ガスを供給し、前記カソード側の酸化ガス雰囲気を燃料ガス雰囲気に置換する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記アノードへの燃料ガスの供給停止中に、前記酸化ガス配管系は、前記カソードへの酸化ガスの供給を停止する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記アノードへの燃料ガスの供給停止中に、前記酸化ガス配管系は、前記カソード側の空間を密閉空間に設定する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記アノードへの燃料ガスの供給停止前に、前記燃料ガス配管系は、前記アノードへの燃料ガスの供給圧力を上昇させる、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料電池のアノード及びカソードに燃料ガス配管系及び酸化ガス配管系から燃料ガス及び酸化ガスをそれぞれ供給する燃料電池システムでの燃料ガス漏れ検知方法において、
前記アノードへの燃料ガスの供給を停止する停止工程と、
前記停止工程後、前記燃料電池の出力電圧を監視し、その監視した出力電圧に基づいて前記燃料ガス配管系からの燃料ガス漏れの有無を判定する判定工程と、を備えた燃料ガス漏れ検知方法。
【請求項１５】
前記判定工程の前に、前記カソード側の酸化ガス雰囲気を燃料ガス雰囲気に置換すること、
前記判定工程の前に、前記カソード側の空間を密閉空間に設定すること、及び、
前記停止工程では、前記アノードへの燃料ガスの供給圧力を上昇させてから燃料ガスの供給を停止すること、
のうち、少なくとも一つが実行される、請求項１４に記載の燃料ガス漏れ検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス漏れ検知を行う燃料電池システム及びその燃料ガス漏れ検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料ガス（水素ガス）を供給し、燃料電池のカソードに酸化ガスを供給することで、燃料電池の発電により電力を取り出す。このような燃料電池システムでは、安全性の確保等の観点から、燃料ガスがガス配管や燃料電池から漏洩していないか監視することが必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の発電停止時に、燃料電池内の水素流路の圧力降下を圧力センサで検出しそれを監視することで、燃料電池からの水素ガスの漏れを検知するようにしている。この場合、検知精度の向上のために、水素ガス配管上の弁を閉じることで、燃料電池内の水素流路を閉空間にしている。
【特許文献１】特開２００３−３２９６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、固体高分子型の燃料電池では、発電停止時に、アノード側の水素ガスが電解質膜を介してカソード側に透過し、且つ、カソード側の窒素ガスが電解質膜を介してアノード側に透過する現象、すなわちクロスリークが生じる。クロスリークが起きると、水素流路内の圧力が低下する。一方、燃料電池から水素ガス漏れが起きた場合も、水素流路内の圧力が低下する。
【０００５】
このため、特許文献１に記載のように、水素ガス漏れ検知を圧力降下方式で行うと、圧力降下がクロスリークによるものであるのか、水素ガス漏れによるものであるのか区別し難かった。特に、水素ガスの漏れが微小である場合、両者を区別することが困難であった。このことは、水素ガス配管や弁といった配管系からの水素ガス漏れ検知を圧力降下方式で行う場合も同様であり、改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、燃料ガス配管系からの微小な燃料ガス漏れを検知することができる燃料電池システム及び燃料ガス漏れ検知方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく、本発明の燃料電池システムは、アノード及びカソードを有する燃料電池と、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス配管系と、カソードに酸化ガスを供給する酸化ガス配管系と、燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出装置と、アノードへの燃料ガスの供給停止中に電圧検出装置により検出される出力電圧を監視し、その監視した出力電圧に基づいて、燃料ガス配管系からの燃料ガス漏れの有無を判定する判定装置と、を備えたものである。
【０００８】
また、本発明の燃料ガス漏れ検知方法は、燃料電池のアノード及びカソードに燃料ガス配管系及び酸化ガス配管系から燃料ガス及び酸化ガスをそれぞれ供給する燃料電池システムでの燃料ガス漏れ検知方法において、アノードへの燃料ガスの供給を停止する停止工程と、停止工程後、燃料電池の出力電圧を監視し、その監視した出力電圧に基づいて燃料ガス配管系からの燃料ガス漏れの有無を判定する判定工程と、を備えたものである。
【０００９】
このような本発明の作用効果は次のとおりである。先ず、燃料ガスの供給停止中、アノード側の燃料ガスはカソード側へとクロスリークにより移動し、カソード側の酸化ガスと反応する。これにより、カソード側の酸化ガスが消費され、カソード側が燃料ガス雰囲気となり得る一方、アノード側では圧力が低下する。このような状況下で燃料ガス配管系から燃料ガスのリークがあると、アノード側の低下した圧力によって、リーク箇所から外部のエアが吸い込まれ、アノード側が酸化ガス雰囲気となり得る。その結果、燃料電池において、アノード及びカソードに供給されるべきガスが逆転し、出力電圧が負電圧となる。一方、燃料ガス配管系から燃料ガスのリークがない場合には、このような負電圧は発生しない。したがって、本発明のように、クロスリークという現象を踏まえて燃料電池の出力電圧を監視することで、燃料ガス配管系からの微小な燃料ガス漏れを検知することができる。
【００１０】
好ましくは、判定装置は、出力電圧が所定値以下又は負電圧になった場合に、燃料ガス漏れが「有り」と判定するとよい。
【００１１】
上記したとおり、燃料ガス漏れ時には負電圧になり得ることから、負電圧を基準にすることで、燃料ガス漏洩の誤判定を抑制することができる。ここで、「所定値」は、０Ｖよりも小さい値（負電圧）であればよいが、−１０Ｖなど、０Ｖよりもいくらか低い値であってもよい。
【００１２】
好ましくは、判定装置は、燃料電池の停止後に、電圧検出装置により検出される出力電圧を監視するとよい。
【００１３】
より好ましくは、判定装置は、燃料電池システムの運転終了後に、電圧検出装置により検出される出力電圧を監視するとよい。
【００１４】
こうすることで、例えば燃料電池システムのソーク中に、燃料ガス漏れの検知を行うことができ、燃料電池システム運転に影響を与えなくて済む。また、燃料電池システムのメンテナンス中にも燃料ガス漏れの検知を行うことができる。
【００１５】
別の好ましい態様によれば、判定装置は、燃料電池の起動時に、電圧検出装置により検出される出力電圧を監視するとよい。
【００１６】
こうすることで、起動時に燃料ガス漏れが判明した場合には、例えば燃料電池システムの運転を中止することができる。つまり、燃料ガス漏れがないことを確認した上で、燃料電池システムの運転を開始することができる。
【００１７】
好ましくは、燃料電池は、それぞれが発電可能な複数の単セルを有するものであり、電圧検出装置は、燃料電池の出力電圧として、各単セルのセル電圧を総和した総電圧を検出するものであるとよい。
【００１８】
別の好ましい態様によれば、燃料電池は、それぞれが発電可能な複数の単セルを有するものであり、電圧検出装置は、燃料電池の出力電圧として、単セル毎のセル電圧、又は、複数の単セルを二以上の単セルで郡分けした場合のセル郡毎のセル電圧を検出するものであるとよい。
【００１９】
こうすることで、各単セル又は各セル郡で出力電圧を監視しながら、燃料ガス漏れの検知を行うことができる。
【００２０】
好ましくは、燃料電池システムは、アノードへの燃料ガスの供給停止中に、カソードでの燃料ガスの残留を確保する手段を備えるとよい。
【００２１】
こうすることで、クロスリークのみならず、カソード側に燃料ガスを強制的に確保できる。これにより、燃料ガス漏れの検知精度を向上することができる。
【００２２】
より好ましくは、前記手段は、カソードに燃料ガスを供給し、カソード側の酸化ガス雰囲気を燃料ガス雰囲気に置換するとよい。
【００２３】
こうすることで、燃料ガスの漏洩時に、燃料電池で負電位が発生するまでの時間を短縮できる。これにより、燃料ガス漏れの検知時間を短縮することができる。
【００２４】
好ましくは、アノードへの燃料ガスの供給停止中に、酸化ガス配管系はカソードへの酸化ガスの供給を停止するとよい。
【００２５】
こうすることで、カソードへの酸化ガスの流入が抑制されるので、燃料ガスの漏洩時に、カソード側の雰囲気を燃料ガス雰囲気に保つことができる。これにより、燃料ガス漏れの検知精度を向上することができる。
【００２６】
より好ましくは、アノードへの燃料ガスの供給停止中に、酸化ガス配管系はカソード側の空間を密閉空間に設定するとよい。
【００２７】
こうすることで、燃料ガスの漏洩時に、カソード側の雰囲気を燃料ガス雰囲気に確実に保つことができるので、より一層、燃料ガス漏れの検知精度を向上することができる。
【００２８】
好ましくは、アノードへの燃料ガスの供給停止前に、燃料ガス配管系はアノードへの燃料ガスの供給圧力を上昇させるとよい。
【００２９】
こうすることで、アノード側からカソード側への燃料ガスの移動を促進できるので、燃料ガス漏れの検知精度を向上することができる。
【００３０】
本発明の燃料ガス漏れ検知方法の好ましい一態様によれば、（ａ）判定工程の前に、カソード側の酸化ガス雰囲気を燃料ガス雰囲気に置換すること、（ｂ）判定工程の前に、カソード側の空間を密閉空間に設定すること、及び、（ｃ）停止工程では、アノードへの燃料ガスの供給圧力を上昇させてから燃料ガスの供給を停止することのうち、少なくとも一つが実行されるとよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の燃料電池システム及び燃料ガス漏れ検知方法によれば、燃料ガス配管系からの微小な燃料ガス漏れを検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システム及びその燃料ガス漏れ検知方法について説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２、酸化ガス配管系３、燃料ガス配管系４、電力系６、及び、制御装置７を備える。燃料電池システム１は、車両１００に搭載することができるが、もちろん車両１００のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。酸化ガスとは、酸素や空気を代表とする酸化剤を含有するガスであり、燃料ガスとは、水素を含むガスである。酸化ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称されることがある。
【００３４】
燃料電池２は、複数の単セルを積層したスタック構造を備える。固体高分子電解質型の単セル８０は、イオン交換膜からなる電解質膜８３の一方の面にカソード８４（空気極）を有し、他方の面にアノード８５（燃料極）を有し、さらにカソード８４及びアノード８５を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。電解質膜８３、カソード８４及びアノード８５により、ＭＥＡ８１が構成される。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。アノード８５側で式（１）の反応が起こり、カソード８４側で式（２）の反応が起こり、それにより単セル８０は電力を発生する。また、このとき、単セル８０は発熱すると共に水を生成する。なお、燃料電池２の種類は固体高分子電解質型に限られない。
アノード：      Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-   …（１）
カソード：      ２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（２）
【００３５】
酸化ガス配管系３は、供給路１１及び排出路１２を有する。コンプレッサ１４は、供給路１１に設けられ、エアクリーナ１３を介して酸化ガスとしての外気を取り込み、酸化ガス流路２ａに圧送する。圧送される酸化ガスは、加湿器１５によって酸化オフガスとの間で水分交換がなされ、適度に加湿される。酸化オフガスは、酸化ガス流路２ａから排出路１２に排出され、調圧弁１６及び加湿器１５を経た後、マフラー１９を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。コンプレッサ１４及び調圧弁１６の駆動は、制御装置７によって制御される。
【００３６】
燃料ガス配管系４は、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に給排する。燃料ガス配管系４は、水素供給源２１、供給路２２、循環路２３、ポンプ２４及びパージ路２５を有する。水素供給源２１は、水素ガスを高圧で貯蔵する高圧タンクであるが、この他に、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンク、液化燃料タンク等種々のものを適用可能である。供給路２２には、遮断弁である元弁２６と、水素ガスを合流点Ａに向けて噴射するインジェクタ２７と、供給路２２を開閉する遮断弁２８とが設けられ、これらはいずれも制御装置７に電気的に接続される。インジェクタ２７は、例えばデューティ制御により、燃料電池２への水素ガスの供給流量及び供給圧力を高精度に調整する。
【００３７】
水素ガスは、元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出し、インジェクタ２７及び遮断弁２８を経て燃料ガス流路２ｂに供給される。その後、水素ガスは、燃料電池２内で発電に供された後、燃料ガス流路２ｂから水素オフガスとして循環路２３に排出される。水素オフガスは、循環路２３と供給路２２との合流点Ａにポンプ２４によって戻され、再び燃料ガス流路２ｂに供給される。また、水素オフガスの一部は、パージ弁３３の適宜の開弁により、循環路２３からパージ路２５へと排出され、図示省略した水素希釈器を経て外部に排出される。なお、ポンプ２４及びパージ弁３３も制御装置７に電気的に接続されているが、図１ではその信号線を省略している。
【００３８】
電力系６は、燃料電池システム１の電力を充放電するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１等を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２の充放電を行うと共に、燃料電池２の出力電圧を制御する。トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、車両１００の主動力源を構成し、車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。
【００３９】
電流センサ６５は、燃料電池２の出力電流を検出し、その検出結果を制御装置７に出力する。電圧センサ６６は、燃料電池２の総電圧Ｖtotalである出力電圧を検出し、その検出結果を制御装置７に出力する。総電圧Ｖtotalとは、複数ある単セル８０の各単セル８０の出力電圧（以下、「セル電圧」という。）を総和したものである。電圧センサ６５と燃料電池２との間には、燃料電池２からインバータ６４への電力供給を遮断可能なリレー６７が設けられている。リレー６７は、制御装置７により開閉を制御され、燃料電池システム１の起動時に閉じられて電力供給を可能にする。また、リレー６７は、燃料電池システム１の運転終了後において、後述する水素ガスの漏洩検知の判定後に開かれて電力供給を遮断する。
【００４０】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、システム１を統括制御する。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して種々の処理や制御を行うものであり、本実施形態では、水素ガスの漏洩検知の有無を判定する判定装置として機能する。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置７は、電流センサ６５及び電圧センサ６６のほか、図示省略した圧力センサ及び温度センサ等からセンサ信号を入力され、各センサ信号に基づき上記した各構成要素を中枢的に制御する。
【００４１】
続いて、図２及び図３を参照して、燃料電池システム１での水素ガス漏れ検知方法について説明する。ここでは、先ず、燃料ガス配管系４から水素ガス漏れの有無の違いによる総電圧Ｖtotalの挙動と、その発生原理について説明する。なお、水素ガス漏れの例としては、供給路２２及び循環路２３を構成する配管からの漏れのほか、インジェクタ２７やポンプ２４といった部材からの漏れが挙げられる。
【００４２】
図２は、燃料電池システム１の運転終了後の放置時間と燃料電池２の総電圧Ｖtotalとの関係を示す図である。曲線Ｍ１は、燃料ガス配管系４から水素ガス漏れが生じていない場合の総電圧Ｖtotalの挙動を示し、曲線Ｍ２は、燃料ガス配管系４から水素ガス漏れが生じている場合の総電圧Ｖtotalの挙動を示している。
【００４３】
燃料電池システム１の運転（以下、システム運転）が終了する際、燃料電池２への酸化ガス及び水素ガスの供給が停止される。反応ガスの供給停止直後では、燃料電池２内の酸化ガス流路２ａ及び燃料ガス流路２ｂにはそれぞれ酸化ガス及び水素ガスが残留しているので、これらが電気化学反応して燃料電池２の発電が行われる。なお、このとき、電解質膜８３を介した水素ガス及び酸素ガス（窒素）のクロスリークも起きる。
【００４４】
そして、燃料電池２の発電により酸化ガス及び水素ガスの残留量が徐々に減少するので、図２の曲線Ｍ１に示すように、燃料電池２の総電圧Ｖtotalが徐々に低下していき、時間Ｔ２が経過したところでゼロになる。燃料ガス配管系４から水素ガスの漏れがない場合には、総電圧Ｖtotalは次の燃料電池システム１の起動時までゼロとなる。
ところが、燃料ガス配管系４から水素ガスの漏れがある場合には、図２の曲線Ｍ２に示すように、燃料電池２の総電圧Ｖtotalは、曲線Ｍ１の場合よりも早く低下し、時間Ｔ１になったところでゼロになる。その後、総電圧Ｖtotalは、さらに徐々に低下して負電圧となり、時間Ｔ３を境に再び徐々に上昇していくことになる。
【００４５】
図３は、図２の曲線Ｍ２に示す総電圧Ｖtotalの電圧挙動の原理を示す図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、反応ガスの供給停止後、アノード８５側の水素ガスはカソード８４側へとクロスリークにより移動する。すると、カソード８４側では、移動してきた水素ガスが酸化ガスと反応する。その結果、カソード８４側の酸化ガスが消費され、図３（ｂ）に示すように、カソード８４側が水素ガス雰囲気となる。このとき、アノード８５側では、水素ガスの絶対量が減るので、圧力が低下して負圧となる。
【００４６】
そして、図３（ｃ）に示すように、燃料ガス配管系４から水素ガスのリークがある場合、そのリーク箇所において外部からエア（酸化ガス）が吸い込まれる。この吸い込みがなされるのは、アノード８５側が負圧となっているからである。吸い込まれた酸化ガスは、アノード８５側の水素ガスと反応する。すると、アノード８５側の水素ガスが消費され、図３（ｄ）に示すように、酸化ガス雰囲気となる。その結果、燃料電池２において、カソード８４及びアノード８５に供給されるべき反応ガスの種類が逆転し、式（１）及び（２）とは正反対の式（３）及び（４）の反応が起こり、総電圧Ｖtotalが負電圧となる。以上の現象が曲線Ｍ２で示されるものである。
カソード：      Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-   …（３）
アノード：      ２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（４）
【００４７】
本実施形態の水素ガス漏れ検知方法は、上記した図２及び図３に示す現象に着目したものである。以下、本実施形態の燃料電池システム１において、水素ガス漏れ検知方法を実行する場合の手順を説明する。
【００４８】
先ず、燃料電池システム１の運転終了指令に伴い、酸化ガス配管系３による酸化ガスの供給及び燃料ガス配管系４による水素ガスの供給を停止する。具体的には、コンプレッサ１４の駆動を停止して酸化ガスの供給停止を実行し、また、ポンプ２４の駆動を停止すると共に、元弁２６を閉じて水素ガスの供給停止を実行する。このとき、遮断弁２８を閉じてしまうと、遮断弁２８と元弁２６との間の配管部分からの水素ガスの漏れを電圧挙動により検知することができない。このため、元弁２６のみを閉弁し、元弁２６の下流側の空間全域を密閉空間にするとよい。なお、遮断弁２８は水素ガス漏洩の有無の判定後に閉じればよい。
【００４９】
次に、このようにして反応ガスの供給を停止した後、電圧センサ６６により総電圧Ｖtotalを検出して、制御装置７で総電圧Ｖtotalを監視する。そして、制御装置７を判定装置として機能させ、総電圧Ｖtotalの挙動に基づいて、燃料ガス配管系４からの水素ガス漏れの有無を判定する。すなわち、図２に示す曲線Ｍ１に示す挙動となる場合には、水素ガス漏れが無いと判定する一方、図２に示す曲線Ｍ２に示す挙動となる場合には、燃料ガス漏れが「有り」と判定する。水素ガス漏れが「有り」と判定された場合の処置としては、その旨を運転者等に報知することで、メンテナンス、燃料電池システム１の停止又は車両１００の停止などを促すことができる。
【００５０】
ここで、水素ガス漏れについて「有り」と判定する基準としては、時間Ｔ１までの総電圧Ｖtotalの降下率を用いることもできるが、実際に計測される総電圧Ｖtotalの値を用いるとよい。例えば、総電圧Ｖtotalが負電圧になったことをもって、水素ガス漏れが「有り」と判定するとよい。こうすることで、水素ガス漏洩の誤判定を抑制することができる。また、０Ｖよりもある程度小さい値Ｖｓ（例えば−１０Ｖ）を基準に設定すれば、より一層水素ガス漏洩の誤判定を抑制することができる。
【００５１】
このような水素ガス漏れ検知方法は、システム運転の終了指令から次の運転開始までの間（燃料電池２の停止後の期間）に行えばよいが、これ以外に、例えば燃料電池２の起動時に行ってもよい。すなわち、起動時に、反応ガスの供給を停止して、総電圧Ｖtotalを監視し、その挙動に基づいて水素ガス漏れを判定してもよい。また、燃料電池システム１又は車両１００のメンテナンス時にも、上記同様の手順により、上記した水素ガス漏れ検知方法を実行することができる。要するに、水素ガス漏洩の判定を開始する前に、アノード８５への水素ガスの供給を停止し、その停止時（好ましくは酸化ガスの供給停止中）の総電圧Ｖtotalを監視するのであれば、本実施形態の水素ガス漏れ検知方法を実行することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、水素ガスの供給停止中に、燃料電池２の出力電圧として総電圧Ｖtotalを監視するので、燃料ガス配管系３からの燃料ガス漏れを検知することができる。特に、本実施形態による水素ガス漏れ検知方法は、水素ガス漏れがクロスリークによるものか燃料ガス配管系３の損傷等によるものかを区別しようとするものではなく、クロスリークという現象を踏まえて燃料ガス配管系３の水素ガス漏れを検知しようとするものであるため、水素ガスの漏れが微小であっても、これを精度良く検知することができる。
【００５３】
＜検知精度を向上する方法＞
ここで、水素ガス漏れ検知の精度を向上する方法について、いくつかの例を説明する。
第１の例は、水素ガス漏れ検知のために水素ガスを供給停止する前に、水素ガスの供給圧力を上昇させておくというものである。例えば、インジェクタ２７によって、システム運転の終了指令後に水素ガスの供給圧力を上昇させ、その後、アノード８５への水素ガスの供給を停止する。こうすることで、図３（ａ）に示す反応ガスの供給停止中のクロスリークにおいて、アノード８５側からカソード８４側へと水素ガスの移動を促進することができる。これにより、水素ガス漏れの検知精度を向上できると共に、そのための検知時間を短縮できる。なお、インジェクタ２７に代えて、電気制御式の調圧弁を用いた燃料電池システム１でも同様に、この第１の例を適用することができる。
【００５４】
第２の例は、水素ガス漏れ検知のための総電圧Ｖtotalの監視前に、カソード８４側を封止するというものである。例えば、酸化ガス配管系３の供給路１１及び排出路１２に遮断弁を設け、これらを閉じることで、カソード８４側の空間を密閉空間に設定する。こうすることで、総電圧Ｖtotalの挙動の監視中に、カソード８４側への酸化ガスの流入を阻止して、カソード８４側の雰囲気を水素ガス雰囲気に保つことができる。これにより、水素ガス漏れの検知精度を向上することができる。なお、カソード８４側に設定する密閉空間はできるだけ小さい方が、酸化ガスの残留量を減らすことができる。そのため、燃料電池２の酸化ガス供給口及び酸化オフガス排出口の近傍を閉塞することがより好ましい。
【００５５】
第３の例は、総電圧Ｖtotalの挙動の監視前、できれば水素ガス漏れ検知のために水素ガス及び酸化ガスを供給停止直後に、カソード８４側の酸化ガス雰囲気を水素ガス雰囲気に置換するというものである。例えば、カソード８４側に水素ガスを供給し、カソード側８４の空間を水素ガス雰囲気に設定する。こうすることで、総電圧Ｖtotalの挙動の監視中に（アノード８５への水素ガスの供給停止中に）、カソード８４側で水素ガスの残留を確保できる。よって、総電圧Ｖtotalの挙動の監視を開始する際に、図３（ａ）に示す状態を抜かして、図３（ｂ）の状態へと設定することができ、総電圧Ｖtotalの逆電位が発生するまでの時間を短縮、ひいては検知時間を短縮することができる。
【００５６】
ここで、第３の例において、カソード８４側で水素ガスの残留を確保できるのであれば、どのような手段でもかまわない。一例を挙げると、燃料ガス配管系４の供給路２２の一部を分岐させ、供給路１１に接続してもよい。あるいは、メンテナンス時を想定すれば、燃料電池システム１外の配管を供給路１１に接続し、その配管から燃料電池２内の酸化ガス流路２ａに水素ガスを供給してもよい。
【００５７】
なお、上記した第１〜第３の例は、適宜組み合わせることが可能である。
【００５８】
＜第２実施形態＞
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、水素ガスの漏洩検知の際に、燃料電池２の出力電圧として総電圧Ｖtotalを監視するのではなく、セルモニタ９０により検出されるセル電圧Ｖsingleを監視することである。なお、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
セルモニタ９０は、回路基板を有するものであり、燃料電池２の一部又は全部の単セル８０について、セル電圧Ｖsingleを検出するものである。セルモニタ９０による検出結果は、制御装置７に出力される。燃料ガス配管系４からの水素ガス漏れがある場合、セル電圧Ｖsingleの挙動は、図２に示す曲線Ｍ２と同様の挙動となる。水素ガスの漏洩検知を行う場合には、このセル電圧Ｖsingleの挙動に基づいて、制御装置７は燃料ガス配管系４からの水素ガス漏れの有無を判定する。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施形態によれば、複数の単セル８０の一部又は全部について個々にセル電圧Ｖsingleを監視することで、燃料ガス配管系３からの燃料ガス漏れを精度良く検知することができる。第１実施形態と比べて有利となるのは、水素ガス漏れ検知の実行中（水素ガスの供給停止中）にリレー６７を閉じることができることである。
【００６１】
なお、本実施形態では、上記した検知精度を向上する方法（第１〜第３の例）を適用することもできる。また、セルモニタ９０は、一つの単セル８０のセル電圧Ｖsingleを検出する場合だけでなく、複数セル郡毎のセル電圧を検出するものであってもよい。具体的には、各セル郡が二以上の単セル８０を含むように複数の単セル８０を郡分けし、その郡分けされた一つ又は全てのセル郡のセル電圧を検出し、これを監視するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【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運転終了後の放置時間と燃料電池の総電圧との関係を示す図である。
【図３】図２の曲線Ｍ２に示す総電圧の電圧挙動の原理を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：燃料電池システム、２：燃料電池、３：酸化ガス配管系、４：燃料ガス配管系、７：制御装置（判定装置）、６６：電圧センサ（電圧検出装置）、８０：単セル、８４：カソード、８５：アノード、９０：セルモニタ（電圧検出装置）
【図１】
2009146658.tif 000003
【図２】
2009146658.tif 000004
【図３】
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【図４】
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