JP4603427B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池スタックは、一般に、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれアノード極（燃料極）とカソード極（空気極）を配置して接合される接合体をセパレータによって挟持することにより形成された単セルを複数積層して構成されている。燃料電池スタックの発電時には、主としてカソード極（空気極）側で水が生成される。生成された水の一部は、前記単セルを構成する固体高分子電解質膜内を拡散し、アノード極（燃料極）側に透過する。また、前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を維持するために、加湿した空気（酸化剤ガス）をカソード極側に供給する方法などが一般に採用されている。

このように、燃料電池スタックの発電時には、生成された水や加湿によって、燃料電池スタック内を流通するガス（燃料ガス、酸化剤ガス）の含水量が高くなる。そして、燃料電池スタックの発電停止後に燃料電池スタック内を流通するガス（燃料ガス、酸化剤ガス）の温度が低下すると、このガスに含まれていた水分が凝縮する。このため、特に、冬季や寒冷地などの低温環境下で前記燃料電池スタックを運転して発電を行い、その後所定時間停止した場合に、燃料電池スタック内を流通するガスに含まれていた水分が凍結することがある。これにより、この状態から次にこの燃料電池スタックを起動したときの起動性が低下する。

そこで、燃料電池スタックのアノード極とカソード極を空気で掃気して、燃料電池スタック内に残存する水分を除去するようにした燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池スタックの上流側に接続した燃料ガス経路と酸化剤ガス経路との間に連流路を設け、さらに、この連通路に開閉弁を設けている。そして、燃料電池スタックの発電停止時などに前記開閉弁を開くとともに、エアポンプを作動させて、酸化剤ガス経路から燃料電池スタックのカソード極に掃気ガス（非加湿の空気）を供給するとともに、酸化剤ガス経路から前記連流路、燃料ガス経路を通して燃料電池スタックのアノード極に掃気ガス（非加湿の空気）を供給して、燃料電池スタック内に残存する水分を除去するようにしている。
特開２００１−３５１６６６号公報（段落番号［００２６］、［００２７］、図２）

ところで、前記特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池システムの通常の発電時に、この開閉弁に不具合等が生じて開弁する故障が生じると、この開いた開閉弁を通して、例えば、燃料ガス経路側の圧力が酸化剤ガス経路側の圧力よりも高い場合には、燃料電池スタックのカソード極側に燃料ガスとしての水素ガスが混入し、燃料電池スタックの性能が低下する。そのため、前記開閉弁の故障の有無を容易に判定できるようにすることが望まれている。

また、発電時に燃料電池スタックのアノード極側とカソード極側との間でクロスリークが生じた場合も同様に、例えば、燃料電池スタックのカソード極側に燃料ガスとしての水素ガスが混入し、燃料電池スタックの性能が低下する。そのため、燃料電池スタックのアノード極側とカソード極側との間でのクロスリークの発生の有無を容易に判定できるようにすることが望まれている。

そこで、本発明は、燃料ガス経路（燃料ガス供給通路）と酸化剤ガス経路（酸化剤ガス供給流路）とを連結する連通路（連結流路）に設けられた開閉弁（空気導入弁）の故障の有無の判定、および燃料電池スタックのアノード極側とカソード側との間でのクロスリークの発生の有無の判定を容易に行なう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。

前記目的を達成するための本発明は、アノード極に燃料ガスが、カソード極に酸化剤ガスが、それぞれ供給され、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電をする燃料電池と、前記アノード極に供給される燃料ガスが流通する燃料ガス供給流路と、前記カソード極に供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給流路と、前記燃料ガス供給流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連結する連結流路と、前記連結流路に設けた開閉弁と、前記燃料電池の発電時における発電電圧の値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧情報に基づいて、システムに異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、を備えた燃料電池システムであって、前記判定手段は、前記開閉弁が閉弁状態で、外部の負荷と電気的に接続された前記燃料電池が発電し前記負荷に電力を供給しているときにおいて、前記電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定したときに、前記開閉弁が開弁している故障状態、及び、前記燃料電池の前記アノード極と前記カソード極との間でクロスリークが発生している状態、の少なくとも一方である、と判定し、前記所定値は、前記燃料電池から取り出されている現在の電流値に基づいて設定されることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、燃料電池で発電しているときに、電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定手段が判定することによって、開閉弁が開弁している故障状態であると容易に判定することができる。

また、燃料電池で発電しているときに、電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定手段が判定することによって、燃料電池のアノード極とカソード極との間でクロスリークが発生していると容易に判定することができる。

本発明によれば、燃料電池で発電しているときに、電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定手段が判定することによって、開閉弁が開弁している故障状態であると容易に判定することができるので、この故障判定に基づいて適切な処置を迅速に行なうことが可能となる。

また、燃料電池で発電しているときに、電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定手段が判定することによって、燃料電池のアノード極とカソード極との間でクロスリークが発生していると容易に判定することができるので、この故障判定に基づいて適切な処置を迅速に行なうことが可能となる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池自動車に搭載されたシステムであって、燃料電池としての燃料電池スタック１０と、この燃料電池スタック１０のアノード極１２に燃料ガスとしての水素ガスを供給・排出するアノード系２０と、燃料電池スタック１０のカソード極１３に酸化剤ガスとしての加湿空気を供給・排出するカソード系３０と、燃料電池スタック１０の上流側でアノード系２０とカソード系３０とを連結し、燃料電池スタック１０の掃気時に掃気ガス（非加湿の空気）をカソード系３０からアノード系２０側に導入する掃気ガス導入系４０と、これらを制御する制御装置（ＥＣＵ）５０と、を主に備えている。

なお、前記した燃料電池スタック１０の掃気時とは、燃料電池スタック１０の発電開始（運転開始）前や発電停止（運転停止）時である。すなわち、燃料電池自動車の場合、燃料電池スタック１０の掃気時とは、イグニッションスイッチ（不図示）のＯＮ時やＯＦＦ時である。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、主として、一価の陽イオン交換型の高分子電解質膜（以下、「電解質膜」という）１１の両面をアノード極１２（燃料極）およびカソード極１３（空気極）で挟持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体）と、この膜電極接合体を挟持するセパレータ（不図示）とからなる単セルが、複数積層されることで構成されている。なお、図１では、前記単セルの構成を示しているが、実際にはこの単セルを直列に複数接続して所定の電圧が得られるように構成されている。

前記セパレータには、電解質膜１１の全面に水素ガス、加湿空気（酸素）を、それぞれ供給するための溝や、各単セルに供給するための貫通孔などが形成されている。そして、アノード極１２に供給される水素ガスと、カソード極１３に供給される加湿空気との電気化学反応によって発電するようになっている。

＜アノード系＞
アノード系２０は、燃料電池スタック１０のアノード極１２に水素ガスを供給・排出する系である。以下、アノード系２０の水素ガス供給側、水素ガス排出側の順で説明する。

＜アノード系−水素供給側＞
アノード系２０の水素供給側は、下流側（燃料電池スタック１０側）に向かって、水素ガスが貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２と、エゼクタ２３とを主に備えている。水素タンク２１は、配管２１ａを介して遮断弁２２に接続しており、遮断弁２２は配管２２ａを介してエゼクタ２３に接続している。そして、エゼクタ２３は、配管２３ａを介して燃料電池スタック１０のアノード極１２に通じる燃料供給口１２ａに接続している。遮断弁２２は、制御装置５０と電気的に接続しており、制御装置５０からの信号により遮断弁２２を所望に開／閉するようになっている。なお、配管２２ａには減圧弁（不図示）が設けられている。

このような構成により、制御装置５０からの開信号により遮断弁２２を開くと、水素タンク２１から、水素ガスが所定に減圧された後、燃料電池スタック１０のアノード極１２に供給されるようになっている。なお、本実施形態において、アノード極１２に供給される水素ガス（燃料ガス）が流通する水素ガス供給流路としての燃料ガス供給流路は、配管２１ａと、遮断弁２２と、配管２２ａと、エゼクタ２３と、配管２３ａとによって構成されている。

＜アノード系−水素排出側＞
アノード系２０の水素排出側は、気液分離器２４と、水素パージ弁（掃気弁）２５と、未反応の水素ガスを希釈する希釈器２６とを主に備えている。

気液分離器２４は、燃料電池スタック１０のアノード極１２から排出されたガス（以下、アノードオフガス）を気液分離し、このアノードオフガス中の水を除去するための機器である。この気液分離器２４は、燃料電池スタック１０のアノード極１２に通じる燃料排出口１２ｂの下流側に、配管２４ａを介して接続している。また、気液分離器２４は、冷媒が流通する冷媒配管（不図示）などを備えており、配管２４ａを介して内部に導入されたアノードオフガスを所定に冷却し、未反応の水素ガスと水とに気液分離するようになっている。なお、気液分離器２４の気液分離方式はこれに限定されず、例えば遠心力により分離する方式であってもよい。

気液分離器２４の下流側は、配管２４ｂを介して前記エゼクタ２３と、配管２４ｃ，２４ｄを介して希釈器２６とに、それぞれ接続している。配管２４ｂは、分離された未反応の水素ガスをエゼクタ２３に戻し、水素ガスが循環するように、気液分離器２４の適所（上壁など）に設けられている。配管２４ｃは、分離された水（液体）が排出されるように、気液分離器２４の適所（底壁など）に設けられている。また、配管２４ｃ，２４ｄの間にはドレイン弁２８が設けられており、このドレイン弁２８を適宜に開閉することで、気液分離器２４に溜まった水がドレイン水として希釈器２６に送られるようになっている。

水素パージ弁２５の上流側は、配管２５ａを介して前記配管２４ｂの途中位置に接続している。また、水素パージ弁２５の下流側は、配管２５ｂを介して希釈器２６に接続している。水素パージ弁２５は、循環する水素ガス中の不純物（水や窒素ガスなど）の量が多くなったとき（水素パージ時）や、カソード系３０から掃気ガス導入系４０を介してアノード系２０に掃気ガス（非加湿の空気）を導入し燃料電池スタック１０内を掃気する掃気時に、開かれる。

希釈器２６は、内部に希釈空間を有する機器であり、水素パージ弁２５が開かれる水素パージ時などに、配管２５ｂから供給される未反応の水素ガスを含むアノードオフガスを希釈するようになっている。希釈器２６の上流側は、前記配管２５ｂの他、前記配管２４ｄと、配管３１ｂとに接続している。また、希釈器２６の下流側には、希釈された水素ガスや、気液分離器２４により分離され希釈器２６に導入された水を含むドレン水を、外部に排出する配管２６ａが、適所に設けられている。

＜カソード系＞
カソード系３０は、燃料電池スタック１０のカソード極１３に加湿空気（掃気時は非加湿空気）を供給・排出する系である。以下、カソード系３０の空気供給側、空気排出側の順で説明する。

＜カソード系−空気供給側＞
カソード系３０の空気供給側は、下流側（燃料電池スタック側）に向かって、コンプレッサ３１と、配管３１ａとを主に備えている。コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して燃料電池スタック１０のカソード極１３に通じる空気供給口１３ａに接続している。コンプレッサ３１で圧縮された外気（空気）は、配管３１ａと空気供給口１３ａを通して燃料電池スタック１０のカソード極１３に供給されるようになっている。また、配管３１ａには、加湿器（不図示）が設けられており、燃料電池スタック１０の通常発電時は空気を加湿可能となっている。なお、本実施形態において、カソード極１３に供給される加湿空気（酸化剤ガス）が流通する加湿空気供給流路としての酸化剤ガス供給流路は、配管３１ａによって構成されている。

＜カソード系−空気排出側＞
カソード系３０の空気排出側である、燃料電池スタック１０のカソード極１３に連通する空気排出口１３ｂは、前記配管３１ｂを介して希釈器２６に接続している。これにより、空気排出口１３ｂから排出されたカソードオフガス（通常発電時は加湿空気＋生成された水、掃気時は掃気ガス（非加湿の空気）＋押し出された水）が、配管３１ｂを介して希釈器２６に供給されるようになっている。また、配管３１ｂには、背圧弁（不図示）が設けられており、その背圧を調整することで、燃料電池スタック１０におけるアノード極１２側に供給される水素ガスの圧力と、カソード極１３側に供給される空気の圧力とをバランスさせるようになっている。これにより、電解質膜１１の寿命を延ばすことができる。

＜掃気ガス導入系＞
掃気ガス導入系４０は、アノード系２０の前記配管２３ａとカソード系３０の前記配管３１ａとを連結する連結流路としての配管４１ａ，４１ｂと、これらの配管４１ａ，４１ｂの間に設けられた開閉弁としての空気導入弁４２とを備えている。空気導入弁４２は、制御装置５０と電気的に接続しており、制御装置５０からの信号により開／閉するようになっている。なお、燃料電池スタック１０の通常発電時は、この空気導入弁４２は閉じられているが、燃料電池スタック１０の掃気時は、この空気導入弁４２は開弁し、カソード系３０から配管４１ａ，４１ｂを介してアノード系２０に掃気ガス（非加湿の空気）が導入されるようになっている。

＜制御装置＞
判定手段としての制御装置５０は、前記した遮断弁２２、水素パージ弁２５、ドレイン弁２８、空気導入弁４２のそれぞれの開／閉制御と、コンプレッサ３１の運転／停止制御を含む燃料電池システム１全体の動作を制御し、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス等で構成されている。また、この制御装置５０は、燃料電池スタック１０の発電時における総発電電圧（出力電圧）を検出する電圧検出手段としての電圧計５１から入力される電圧情報に基づいて、空気導入弁４２の故障の有無を診断する機能を有しており、燃料電池スタック１０の通常発電時に、電圧計５１からの電圧情報に基づいて空気導入弁４２に故障が発生したと判定した場合は、前記遮断弁２２を閉弁するとともに前記コンプレッサ３１の運転を停止し、さらに、空気導入弁４２用の警告ランプ５２ａをＯＮ（点灯）する等の制御を実行する（詳細は後記する）。なお、警告ランプ５２ｂは、後記する実施形態２において、燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークが発生したときにＯＮ（点灯）される警告ランプである。

なお、電圧計５１は、本実施形態では燃料電池スタック１０の全体としての電圧（総電圧）を検出する構成であるが、各単セルの電圧を各単セルごとに検出するセル電圧計でもよい。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の燃料電池スタック１０の通常発電時における動作を、図１および図２を参照して説明する。図２は、燃料電池スタック１０の通常発電時における制御装置５０の動作を示すフローチャートである。

まず、燃料電池システム１の起動時（イグニッションＯＮ時）には、制御装置５０からの信号により、空気導入弁４２、ドレイン弁２８を開弁するとともに、コンプレッサ３１を運転して、掃気する。なお、遮断弁２２、水素パージ弁２５は閉弁する。これにより、コンプレッサ３１からの空気（非加湿空気）が、配管３１ａ、配管４１ａ空気導入弁４２、配管４１ｂ、配管２３ａ、燃料供給口１２ａを介して燃料電池スタック１０のアノード極１２に供給されるとともに、配管３１ａ、空気供給口１３ａを介して燃料電池スタック１０のカソード極１３に供給される。これにより、燃料電池スタック１０のアノード極１２とカソード極１３内が掃気（空気パージ）され、燃料電池スタック１０のアノード極１２とカソード極１３内に残っていた水や不純物等が排出される。

そして、所定時間の前記掃気動作が終了すると、燃料電池スタック１０の発電動作を開始する。燃料電池スタック１０の発電時には、制御装置５０からの信号により、遮断弁２２を開弁するとともに、空気導入弁４２を閉弁する。なお、ドレイン弁２８は開弁状態、水素パージ弁２５は閉弁状態であり、また、コンプレッサ３１は運転状態である。

これにより、水素タンク２１内の水素ガスが、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、配管２３ａ、燃料供給口１２ａを介して燃料電池スタック１０のアノード極１２に供給される。一方、コンプレッサ３１の運転により、配管３１ａ、加湿器（不図示）、空気供給口１３ａを介して加湿空気（酸化剤ガス）が燃料電池スタック１０のカソード極１３に供給されることによって、燃料電池スタック１０内で供給された前記水素ガスと加湿空気中の酸素ガスとの電気化学反応により発電が行われ、モータ等の負荷に電力が供給される。

なお、この発電時にアノード極１２の燃料排出口１２ｂから排出されたアノードオフガスは、配管２４ａを介して気液分離器２４に入り、気液分離器２４で分離された未反応の水素ガスは配管２４ｂを介してエゼクタ２３に戻される。また、気液分離器２４で分離された水は、配管２４ｃ、ドレイン弁２８、配管２４ｄを介して希釈器２６に送られる。また、この発電時にカソード極１３の空気排出口１３ｂから排出されたカソードオフガス（加湿空気＋生成された水）は、配管３１ｂを介して希釈器２６に送られ、前記カソードオフガスおよび前記気液分離器２４で分離された水等が希釈器２６から配管２６ａを介して外部に排出される。

そして、前記した燃料電池スタック１０の発電時においては、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて空気導入弁４２の故障の有無を判定している。すなわち、図２に示すように、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて、発電時の総電圧値が予め設定した所定電圧値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１）、この判定から空気導入弁４２の故障の有無を容易に判定する。なお、前記所定電圧値は、前記燃料電池スタック１０から電力供給を受けているモータ等が正常に作動できなくなる作動下限電圧値である。

なお、燃料電池スタック１０の発電電圧は、この燃料電池スタック１０から取り出す電流が多くなると、正常に発電している場合でも低下するので、取り出し電流を考慮して、前記所定電圧値を設定する。

燃料電池スタック１０の発電時において、正常時は空気導入弁４２が閉弁しているが、この空気導入弁４２に何らかの不具合等によって故障が発生すると、空気導入弁４２が開弁する。燃料電池スタック１０の発電時にこの空気導入弁４２が開弁すると、例えば、アノード系２０の水素供給経路側の圧力がカソード系３０の空気供給経路側の圧力よりも高い場合には、燃料電池スタック１０のカソード極１３側に空気導入弁４２を介して水素ガスが混入し、燃料電池スタック１０の性能が低下する。これにより、図３に示すように、空気導入弁４２の故障発生（図３の時刻Ｔ１）とほぼ同時に燃料電池スタック１０の発電時の総電圧値Ａが低下する。なお、図３において、Ｂは予め設定した所定電圧値であり、図３の時刻Ｔ２で、発電時の総電圧値Ａが所定電圧値Ｂ以下に低下している。

そして、制御装置５０は、発電時の総電圧値が所定電圧値以下（発電時の総電圧値＜所定電圧値）であると判定した場合（ステップＳ１のＹｅｓ）は、前記したように空気導入弁４２が開弁する故障が発生したと判定し、ステップＳ２に進む。なお、ステップＳ１で、発電時の総電圧値≧所定電圧値であると判定している場合（ステップＳ１のＮｏ）は、リターンに進み、このステップＳ１の判定を繰り返す。
ステップＳ２において、制御装置５０は、以下のような空気導入弁４２の故障判定時の処理を行う。すなわち、警告ランプ５２ａをＯＮ（点灯）させ、運転者（乗員）に空気導入弁４２が故障していることを報知する。さらに、これと同時に、制御装置５０は、遮断弁２２を閉弁するとともに、コンプレッサ３１の運転を停止し、燃料電池スタック１０の発電動作を停止させる。

このように、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック１０の発電時において、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて空気導入弁４２の故障の有無を判定しており、発電時の総電圧値が所定電圧値以下（発電時の総電圧値＜所定電圧値）となって空気導入弁４２が故障していると判定された場合は、遮断弁２２を閉弁するとともに、コンプレッサ３１の運転を停止し、燃料電池スタック１０の発電動作を停止させることにより、燃料電池スタック１０を構成する単セルの電解質膜１１等の劣化を防止することができる。

なお、前記した実施形態では、燃料電池スタック１０の発電時において、アノード系２０の水素供給流路側の圧力がカソード系３０の加湿空気供給流路側の圧力よりも高い場合であったが、逆に燃料電池スタック１０の発電時において、アノード系２０の水素供給流路側の圧力がカソード系３０の加湿空気供給流路側の圧力よりも低い場合には、空気導入弁４２が故障して開弁すると、燃料電池スタック１０のアノード極１２側に空気導入弁４２を介して空気が混入し、燃料電池スタック１０の性能が低下する。この場合も前記同様に、発電時の総電圧値が所定電圧値以下（発電時の総電圧値＜所定電圧値）となって空気導入弁４２が故障していると判定された場合は、遮断弁２２を閉弁するとともに、コンプレッサ３１の運転を停止し、燃料電池スタック１０の発電動作を停止させることにより、燃料電池スタック１０を構成する単セルの電解質膜１１等の劣化を防止することができる。

〈実施形態２〉
本実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示した実施形態１の燃料電池システムと同様に構成されており、重複する説明は省略する。

前記した燃料電池スタック１０の発電時において、本実施形態では、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークの発生の有無を判定している。以下、燃料電池スタック１０の通常発電時における、本実施形態に係る制御装置５０の動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

前記した燃料電池スタック１０の発電時においては、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークの発生の有無を容易に判定している。すなわち、図４に示すように、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて、発電時の総電圧値が予め設定した所定電圧値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１１）、この判定から燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でのクロスリークの発生の有無を検知する。なお、前記所定電圧値は、前記燃料電池スタック１０から電力供給を受けているモータ等が正常に作動できなくなる作動下限電圧値である。また、燃料電池スタック１０の発電電圧は、この燃料電池スタック１０から取り出す電流が多くなると、正常に発電している場合でも低下するので、取り出し電流を考慮して、前記所定電圧値を設定する。

燃料電池スタック１０の発電時において、燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークが発生すると、燃料電池スタック１０の性能が低下する。これにより、図３に示した空気導入弁４２に故障が発生した場合と同様に、前記クロスリークの発生（図３の時刻Ｔ１）とほぼ同時に燃料電池スタック１０の発電時の総電圧値Ａが低下する。

そして、制御装置５０は、発電時の総電圧値が前記所定電圧値以下（発電時の総電圧値＜所定電圧値）であると判定した場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）は、燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークが発生したと判定し、ステップＳ１２に進む。なお、ステップＳ１１で、発電時の総電圧値≧所定電圧値であると判定している場合（ステップＳ１１のＮｏ）は、リターンに進み、このステップＳ１１の判定を繰り返す。

ステップＳ１２において、制御装置５０は、以下のような燃料電池スタック１０のクロスリーク発生時における処理を行う。すなわち、警告ランプ５２ｂをＯＮ（点灯）させ、運転者（乗員）に燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でクロスリークが発生していることを報知する。さらに、これと同時に、制御装置５０は、遮断弁２２を閉弁するとともに、コンプレッサ３１の運転を停止し、燃料電池スタック１０の発電動作を停止させる。

このように、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック１０の発電時において、制御装置５０は、電圧計５１からの電圧情報に基づいて燃料電池スタック１０のアノード極１２側とカソード極１３側との間でのクロスリークの発生の有無を判定しており、発電時の総電圧値が所定電圧値以下（発電時の総電圧値＜所定電圧値）となって前記クロスリークが発生していると判定された場合は、遮断弁２２を閉弁するとともに、コンプレッサ３１の運転を停止し、燃料電池スタック１０の発電動作を停止させることにより、燃料電池スタック１０を構成する単セルの電解質膜１１等の劣化を防止することができる。

本発明の実施形態１，２に係る燃料電池システムを示す概略構成図。 本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの発電時におけるにおける制御装置５０の動作を示すフローチャート。 発電時における総電圧値が所定電圧値以下に低下した状況を示す図。 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの発電時におけるにおける制御装置５０の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１ 電解質膜
１２ アノード極
１３ カソード極
２２ 遮断弁
３１ コンプレッサ
４２ 空気導入弁（開閉弁）
５０ 制御装置（判定手段）
５１ 電圧計（電圧検出手段）
５２ａ，５２ｂ 警告ランプ

Claims (2)

1. アノード極に燃料ガスが、カソード極に酸化剤ガスが、それぞれ供給され、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電をする燃料電池と、
   前記アノード極に供給される燃料ガスが流通する燃料ガス供給流路と、
   前記カソード極に供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給流路と、
   前記燃料ガス供給流路と前記酸化剤ガス供給流路とを連結する連結流路と、
   前記連結流路に設けた開閉弁と、
   前記燃料電池の発電時における発電電圧の値を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段からの電圧情報に基づいて、システムに異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記判定手段は、前記開閉弁が閉弁状態で、外部の負荷と電気的に接続された前記燃料電池が発電し前記負荷に電力を供給しているときにおいて、前記電圧検出手段からの電圧情報に基づいて発電電圧の値が所定値以下になったと判定したときに、前記開閉弁が開弁している故障状態、及び、前記燃料電池の前記アノード極と前記カソード極との間でクロスリークが発生している状態、の少なくとも一方である、と判定し、
   前記所定値は、前記燃料電池から取り出されている現在の電流値に基づいて設定される
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料ガス供給流路に設けられた遮断弁と、
   前記酸化剤ガス供給流路を介して前記カソード極に酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、
   警告ランプと、
   を備え、
   前記判定手段は、
   前記開閉弁が開弁している故障状態、及び、前記燃料電池の前記アノード極と前記カソード極との間でクロスリークが発生している状態、の少なくとも一方である、と判定した場合、
   前記警告ランプを点灯し、前記遮断弁を閉弁し、前記コンプレッサを停止し、前記燃料電池の発電を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

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