JP2008198440A

JP2008198440A - 燃料電池システム

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Publication number: JP2008198440A
Application number: JP2007031117A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Naganuma; 良明長沼; Goji Katano; 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP5066929B2

Abstract

【課題】燃料ガス流路と循環経路との合流部における凍結による閉鎖状態を確実に検出すること。
【解決手段】圧力センサ４４の検出値から水素インジェクタ４５の閉塞後の圧力変化速度を求め、この圧力変化速度に基づいて合流部５８における管の有効径を求め、この有効径が合流部５８における凍結による閉鎖状態を示すと推定されるときには、水素ポンプ５５を強制的に駆動して合流部４８に燃料ガスを供給し、合流部５８で閉塞された小さい有効径を抜ける空気の断熱膨張によって合流部を加熱して合流部５８の凍結を解除する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガス供給路に戻す循環経路を有する燃料電池システムに関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池としては、例えば、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層して構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォンサン基を有する固体高分子電解質膜が介在している。

アノードには燃料ガス（水素ガスまたは炭化水素を改質して水素リッチにした改質水素）を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス（酸化剤ガス）、一例として、空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気反応を起こす。この電気化学反応によって発電が行われる構成となっている。

ところで、固体高分子型燃料電池を動力源とする燃料電池システムにおいて、システムの運転を停止すると、燃料電池の温度が下がり、高温多湿の状態にあった燃料電池内部の水分が凝結して結露したり、凍結したりすることがある。このため、システムの運転を停止するに際して、燃料電池の反応ガス流路から水を排出するための掃気が行われている。

また、氷点下始動時には、燃料電池への酸化剤ガスの供給量を少なくして発熱量を増加させる暖機運転が実施されている。暖機運転では、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガス供給路に戻す循環経路との合流部において、燃料ガス供給路からの燃料ガスは外気温によって低くなっており、合流部における燃料ガスの温度が０℃を下回ることがある。このような状況下では、循環経路からの水蒸気を含むガスが合流部において凍結して氷が生成され、氷の成長に伴って合流部内の有効径が低下し、場合によっては合流部における流路が閉塞される虞がある。合流部における流路が閉塞されると、燃料電池に燃料ガスが供給されなくなり、燃料電池は発電不能となる。

そこで、水素供給路と循環路との合流部で凍結が生じる虞があるときには、循環ガスに含まれる熱量を増加させて、合流部で凍結が生じるのを抑制するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−３３２６７６号公報

しかし、特許文献１に記載されているものは、合流部における凍結を温度によって検出しているので、合流部が凍結していないにも拘わらず、循環ガスに含まれる熱量を増加させる対策が施されることが危惧され、この対策が施されたときにはエネルギーが無駄に消費されることなる。

そこで、本発明は、燃料ガス流路と循環経路との合流部における凍結による閉鎖状態を確実に検出することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、燃料電池に燃料ガスを供給する開閉手段が設けられた燃料ガス流路と、該開閉手段の下流側の合流部で該燃料電池から排出された燃料オフガスが合流する循環経路とを有する燃料電池システムであって、該開閉手段と該合流部との間の圧力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部の検出による圧力の状態に基づいて該合流部における凍結による閉鎖状態を推測する制御部と、を備えてなることを特徴とする燃料電池システムを構成したものである。

係る構成によれば、開閉手段と合流部との間の圧力の状態に基づいて合流部における凍結による閉鎖状態を推測するようにしたので、凍結に伴って合流部が閉鎖状態になるのを確実に検出することができる。従って、合流部が凍結していないにも拘らず、燃料ガスに含まれる熱量を増加させる対策が施されることを防止することが可能になる。

前記燃料電池システムを構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。

好適には、前記制御部は、前記開閉手段の閉鎖後の圧力変化速度に基づいて前記合流部の閉鎖状態を推測してなる。

係る構成によれば、開閉手段の閉鎖後の圧力変化速度に基づいて合流部の閉鎖状態を推測しているため、凍結に伴って合流部が閉鎖状態になるのを確実に検出することができる。

好適には、前記制御部は、前記開閉手段の開放後の圧力変化量に基づいて前記合流部の閉鎖状態を推測してなる。

好適には、前記燃料ガスを強制循環させる駆動部を備え、前記制御部は、前記合流部の閉鎖状態から前記合流部に凍結ありと推測した場合に、該駆動部を駆動して循環する燃料ガスの熱量を増大させて凍結を解除してなる。

係る構成によれば、合流部の閉鎖状態から合流部に凍結ありと推測した場合に、駆動部を駆動して循環する燃料ガスの熱量を増大させることで、合流部の凍結を確実に解除することができる。

好適には、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記燃料電池の出力電流を検出する電流センサと、を備え、前記制御部は、前記合流部の閉鎖状態から前記合流部に凍結ありと推測した場合であっても、前記温度センサの検出による温度と前記電流センサの検出による出力電流との関係から凍結があり得ない条件であったときには前記開閉手段の異常と判断してなる。

係る構成によれば、合流部の閉鎖状態から合流部に凍結ありと推測した場合でも、燃料電池の温度と燃料電池の出力電流との関係から凍結があり得ない条件のときには開閉手段の異常と判定することで、合流部が凍結していないにも拘らず、合流部が凍結していると誤判断をするのを防止することができる。

本発明によれば、燃料ガス供給路に設けられた開閉手段と合流部との間の圧力の状態に基づいて該合流部における凍結による閉鎖状態を推測するので、凍結に伴って合流部が閉鎖状態になるのを確実に検出することができる。

次に本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図である。
図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統４と、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統７と、燃料電池２０を冷却するための冷却液供給系統３と、燃料電池２０からの発電電力を充放電する電力系統９とを備えて構成されている。

燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。

アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ・・・（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ・・・（３）

なお、図１では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続したスタック構造を備えている。

燃料電池システム１０の冷却液供給系統３には、冷却液を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却液の温度を検出する温度センサ３２、冷却液の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）３３、ラジエータ３３へ流入する冷却液の水量を調整するバルブ３４、冷却液を加圧して循環させる冷却液ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却液の温度を検出する温度センサ３６などが設けられている。

燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統４には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス（アノードガス）、例えば、水素ガスをアノードガスチャンネル２５に供給するための燃料ガス流路４０と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４０に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。

燃料ガス流路４０には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス流出を制御する遮断弁（元弁）４３、燃料ガス流路４０と循環流路（循環経路）５１との合流部５８近傍の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、遮断弁４３から排出される燃料ガスをオンオフ動作に従って燃料電池２０に供給する開閉手段としての水素インジェクタ４５、燃料電池２０への燃料ガス供給を制御する遮断弁４６が設置されている。

燃料ガス供給装置４２は、例えば高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。循環流路５１には、燃料電池２０から循環流路５１への燃料オフガス供給を制御する遮断弁５２、燃料オフガスに含まれる水分を除去する気液分離器５３および排出弁５４、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス流路４０に還流させる水素ポンプ（循環ポンプ）５５、燃料ガス流路４０の燃料ガスが合流部５８から循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６が設置されている。水素ポンプ５５をモータによって駆動することで、水素ポンプ５５の駆動による燃料オフガスは、燃料ガス流路４０で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流部５８で合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。

なお、水素ポンプ５５には、水素ポンプ５５の回転数を検出する回転数センサ５７が設置されている。

また、循環流路５１には、燃料電池２０から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１にはパージ弁６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。パージ弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。

一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統７には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガス（カソードガス）を供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２が配管されている。酸化ガス流路７１には、大気からエアを取り込むエアクリーナ７４、および、取り込んだエアを圧縮し、圧縮したエアを酸化剤ガスとして、カソードガスチャンネル２６に送給するエアコンプレッサ７５が設定されており、エアコンプレッサ７５には、エアコンプレッサ７５の回転数を検出する回転数センサ７３が設置されている。酸化ガス流路７１とカソードオフガス流路７２との間には湿度交換を行う加湿器７６が設けられている。カソードオフガス流路７２には、カソードオフガス流路７２の排気圧力を調整する調圧弁７７、カソードオフガス中の水分を除去する気液分離器７８、カソードオフガスの排気音を吸収するマフラー７９が設けられている。気液分離器７８から排出されたカソードオフガスは分流され、一方は、希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスと混合希釈され、また分流された他方のカソードオフガスは、マフラー７９にて吸音され、希釈器６２により混合希釈されたガスと混合されて、車外に排出される。

また、燃料電池システム１０の電力系統９には、一次側にバッテリ９１の出力端子が接続され、二次側に燃料電池２０の出力端子が接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ９０、二次電池として余剰電力を蓄電するバッテリ９１、バッテリ９１の充電状況を監視するバッテリコンピュータ９２、燃料電池２０の負荷または駆動対象となる車両走行用モータ９４に交流電力を供給するインバータ９３、燃料電池システム１０の各種高圧補機９６に交流電力を供給するインバータ９５、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧センサ９７、および出力電流を測定する電流センサ９８が接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、燃料電池２０の余剰電力または車両走行用モータ９４への制動動作により発生する回生電力を電圧変換してバッテリ９１に供給して充電させる。また、車両走行用モータ９４の要求電力に対する、燃料電池２０の発電電力の不足分を補填するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、バッテリ９１からの放電電力を電圧変換して二次側に出力する。

インバータ９３および９５は、直流電流を三相交流電流に変換して、車両走行用モータ９４および高圧補機９６にそれぞれ出力する。車両走行用モータ９４には、モータ９４の回転数を検出する回転数センサ９９が設置されている。モータ９４は、ディファレンシャルを介して車輪１００が機械的に結合されており、モータ９４の回転力を車両の推進力に変換可能となっている。

電圧センサ９７および電流センサ９８は、電力系統に重畳された交流信号に電圧に対する電流の位相と振幅とに基づいて交流インピーダンスを測定するためのものである。交流インピーダンスは、燃料電池２０の含水量に対応している。

さらに、燃料電池システム１０には、燃料電池１２の発電を制御するための制御部８０が設置されている。

制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、温度センサ３２、３６、圧力センサ４４、回転数センサ５７、７３、９９からのセンサ信号や電圧センサ９７、電流センサ９８、イグニッションスイッチ８２からの信号を取り込み、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ５５およびエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、さらに、各種の弁の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。

また、制御部８０は、水素インジェクタ４５と合流部５８との間の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ４４の検出による圧力の状態に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測するように構成されている。

例えば、制御部８０は、水素インジェクタ４５の閉鎖後（オフ後）の圧力変化速度に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測したり、あるいは水素インジェクタ４５の開放後（オン後）の圧力変化量に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測したりするようになっている。

合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測した場合、制御部８０は、燃料ガスを強制循環させる駆動部としての水素ポンプ５５を駆動して、燃料ガスの熱量を増大させて、合流部５８における凍結を解除することとしている。一方、制御部８０は、合流部５８に凍結ありと推測した場合であっても、燃料電池２０の温度と出力電流との関係から凍結があり得ない条件であるときには、圧力変化の異常を生み出す水素インジェクタ４５の異常と判断することとしている。

具体的には、水素インジェクタ４５は、開閉手段として、図２（ａ）に示すように、オンオフを繰り返して必要量の燃料ガス（水素ガス）を燃料ガス流路４０および合流部５８に供給するようになっている。水素インジェクタ４５のオンオフに伴う合流部５８上流側における圧力を圧力センサ４４で検出すると、圧力センサ４４の検出出力は、合流部５８の正常時には、図２（ｂ）に示すような特性を示し、合流部５８が凍結により閉鎖されたときには、図２（ｃ）に示すような特性を示す。図２（ｂ）、（ｃ）から、圧力センサ４４の検出に伴う圧力変化速度は、水素インジェクタ４５の閉鎖後の単位時間ΔＴ当たりの圧力変化量ΔＰで表される。すなわち水素インジェクタ４５の閉鎖後の圧力変化速度（圧力変化率）ΔＰ／ΔＴは、正常時と閉鎖時ではその値が異なり、正常時よりも閉鎖時の方が大きくなるので、閉鎖後の圧力変化速度（圧力変化率）ΔＰ／ΔＴを基に合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測することが可能となる。

また、本実施形態においては、合流部５８における氷の付着状態は合流部５８における管の有効径に相関関係があることに着目し、合流部５８における管の有効径を凍結に伴う管の隙間面積として、合流部の閉塞状態を次の（１）式に従って判定することとしている。具体的には、（１）式を満たさないときには合流部５８が正常状態にあると推定し、（１）式を満たすときには合流部５８が凍結による閉鎖状態にある推定することとしている。

ΔＰ×（スタック容積＋循環容積）／大気圧 − 消費水素量（ｌ／Ｓ）×ΔＴ＞判定しきい値…（１）

ここで、（１）式左辺のスタック容積と循環容積は水素インジェクタ４５下流の容積であって、燃料電池２０のスタック容量＋循環経路５１の容量として予め求めることができ、大気圧は、例えば１０１．３である。また、水素消費量は燃料電池２０の発電電圧から推定することができる。（１）式の右辺の判定しきい値は、システムに応じて任意に設定することができる値であり、合流部の閉塞状態が「異常」と判断される場合に（１）式の左辺が示す値の最小値を設定する。

なお、（１）式は、水素インジェクタ４５の閉鎖後の単位時間ΔＴ当たりの圧力変化量ΔＰに基づいて合流部５８における管の有効径の大小を判定しているが、単純に合流部の有効径を直接的に演算することにし、その有効径と閉塞状態判定のしきい値との大小関係で判定するようにしてもよい。

また、（１）式に代えて、水素インジェクタ４５の開放後の圧力変化（上昇）を用いて合流部５８における管の有効径の大小を判定することもできる。すなわち、水素インジェクタ４５の開放時の圧力変化に基づいて氷の付着状態を推測することも可能である。

（動作説明）
次に、実施形態１における作用を図３のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップＳ１において、制御部８０は、合流部５８の閉鎖状態（閉塞状態）を監視するために、圧力センサ４４の検出出力を取り込み、前回からの圧力変化量ΔＰと経過時間ΔＴに基づいて、（１）式が満たされるか否かを判定する。

制御部８０は、ステップＳ１において、（１）式が満たされない場合（ＮＯ）、すなわち合流部には閉塞状態がなく正常であると判断できるときには、処理を終了するが、（１）式が満たされている場合（ＹＥＳ）、すなわち合流部の閉塞状態が推測でき異常であると判断できるときには、凍結による閉塞状態の解消処理に移行する。

まずステップＳ２において、制御部８０は、合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測する。すなわち、制御部８０は、（１）式の判定に用いたΔＰおよびΔＴから水素インジェクタ４５の閉鎖後の圧力変化速度（圧力変化率）ΔＰ／ΔＴを算出し、算出した圧力変化速度ΔＰ／ΔＴに基づいて、合流部５８における有効径として、凍結に伴う管の隙間面積を算出する。

次いでステップＳ３において、制御部８０は、供給可能水素量Ｑ１の算出処理を行う。例えば、水素インジェクタ４５による供給可能な水素量であって、水素インジェクタ４５の開放時における単位時間当たりの流量Δｑ×開弁時間を供給可能水素量Ｑとして求める。次にステップＳ４において、制御部８０は、必要水素流量Ｑｒｅｑを算出する。この必要水素流量Ｑｒｅｑは、システム全体で要求される要求パワー量と現時点における発電電力との差分を補うために、燃料電池２０に供給すべき水素ガス量として求めることができる。

次にステップＳ５において、制御部８０は、供給可能水素量Ｑ１が必要水素流量Ｑｒｅｑを下回ったか否かを判定する。この判定の結果、Ｑ１がＱｒｅｑよりも小さいと判定されたときには（ＹＥＳ）、制御部８０は、ステップＳ６に移行し、温度センサ３２、３６の検出温度と電流センサ９８の検出電流を取り込む。次いでステップＳ７に移行し、制御部８０は、図３に示すように、水温と発電電流Ｉ１、Ｉ２との関係から、ゾーンＺ１に属し、凍結があり得る条件か否かを判定する。この判定の結果、凍結があり得る条件でないと判定したときには（ＮＯ）、制御部８０は、ステップＳ８に移行し、合流部５８に凍結ありと推測された条件下であっても、合流部５８に圧力変化に伴う異常を生じさせるのは水素インジェクタ４５の異常と判定し、このルーチンでの処理を終了する。

なお、ステップＳ５において、供給可能水素量Ｑ１が必要水素流量Ｑｒｅｑ以上であると判定されたときには（ＮＯ）、制御部８０は、燃料ガス不足は生じないと判定して、このルーチンでの処理を終了する。

一方、ステップＳ７において凍結があり得る条件であると判定したときには（ＹＥＳ）、制御部８０は、ステップＳ９に移行し、合流部５８の凍結と判定する。この場合、制御部８０は、合流部５８が凍結したことの判定結果として、その旨を表示パネル（図示せず）に表示したり、音声で報知したり、システムを停止するための処理を行ったりすることができる。

次にステップＳ１０に移行し、制御部８０は、合流部５８の凍結に伴って、水素ポンプ５５を駆動し、合流部５８に強制的に燃料ガスを供給し、合流部５８で閉塞された小さい有効径を抜ける空気の断熱膨張によって合流部５８を加熱して合流部５８内の氷を解凍し、このルーチンでの処理を終了する。

本実施形態によれば、水素インジェクタ４５の閉鎖後の圧力変化速度に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測するようにしたため、合流部５８の凍結による閉鎖状態を確実に検出することができる。従って、合流部５８が凍結していないにも拘らず、燃料ガスに含まれる燃料を増加させる対策が施されるのを防止することができ、エネルギーが無駄に消費されるのを防止することが可能になる。

また本実施形態によれば、合流部５８に凍結ありと判定されたときには水素ポンプ５５を駆動して合流部５８に強制的に燃料ガスを供給するようにしたため、合流部５８の氷を確実に解凍することができ、燃料電池２０の信頼性を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、合流部５８に凍結ありと推測された場合でも、温度と出力電流との関係から凍結があり得ない条件のときには水素インジェクタ４５の異常と判断するようにしたため、合流部５８が凍結していないにも拘らず、合流部５８が凍結していると誤判断するのを防止することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２を図４に基づいて説明する。本実施形態は、水素インジェクタ４５の開放後の圧力変化量に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を推測するようにしたものであり、他の構成は実施形態１と同様である。

具体的には、図４に示すように、水素インジェクタ４５が開弁（オン）状態にあるときには、合流部５８における圧力は正常時には圧力Ｐ１であっても、閉塞時には圧力Ｐ２となり、両者は、Ｐ２＜Ｐ１の関係がある。Ｐ１を合流部５８の正常時における目標圧力とし、Ｐ２を合流部５８の閉塞時における目標圧力とし、水素インジェクタ４５下流側における圧力を圧力センサ４４で検出し、検出圧力が圧力Ｐ１または圧力Ｐ２となるか否かを制御部８０によって判定することで、水素インジェクタ４５の開放後の圧力変化量に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を確実に検出することができる。

本実施形態によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する他、水素インジェクタ４５の開放後の圧力変化量に基づいて合流部５８における凍結による閉鎖状態を確実に検出することができる。

本発明に係る燃料電池システムのシステム構成図である。実施形態１における水素インジェクタの閉鎖後の圧力変化速度を説明するための波形図である。実施形態１における作用を説明するためのフローチャートである。実施形態２における水素インジェクタの開放後の圧力変化量を説明するための波形図である。

符号の説明

１０燃料電池システム、２０燃料電池、４０燃料ガス流路、４４圧力センサ、４５水素インジェクタ、５５水素ポンプ、５８合流部、８０制御部

Claims

燃料電池に燃料ガスを供給する開閉手段が設けられた燃料ガス流路と、該開閉手段の下流側の合流部で該燃料電池から排出された燃料オフガスが合流する循環経路とを有する燃料電池システムであって、
該開閉手段と該合流部との間の圧力を検出する圧力検出部と、
該圧力検出部の検出による圧力の状態に基づいて該合流部における凍結による閉鎖状態を推測する制御部と、を備えてなることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記開閉手段の閉鎖後の圧力変化速度に基づいて前記合流部の閉鎖状態を推測してなることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記開閉手段の開放後の圧力変化量に基づいて前記合流部の閉鎖状態を推測してなることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスを強制循環させる駆動部を備え、
前記制御部は、前記合流部の閉鎖状態から前記合流部に凍結ありと推測した場合に、該駆動部を駆動して循環する燃料ガスの熱量を増大させて凍結を解除してなることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池の出力電流を検出する電流センサと、を備え、
前記制御部は、前記合流部の閉鎖状態から前記合流部に凍結ありと推測した場合であっても、前記温度センサの検出による温度と前記電流センサの検出による出力電流との関係から凍結があり得ない条件であったときには前記開閉手段の異常と判断してなることを特徴とする燃料電池システム。