JP2005190824A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 ケミカルショート（燃料ガスのカソード側へのリーク）の発生を防止すると共に燃料消費効率を改善した燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池システムは、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池20と、燃料ガス及び酸化ガスの上記燃料電池への供給が停止しているときに燃料電池におけるケミカルショートの発生を推定する推定手段（アノード側のガス圧力低下が基準値より大を検出する手段、あるいはカソードガス側の酸化ガス濃度が基準値より低化を検出する手段）と、ケミカルショートの発生が推定されたときに、カソード側に掃気ガスを暫時供給する掃気手段と、を備える。燃料電池の運転を停止したときにケミカルショートの発生の蓋然性があると、掃気ガスを短時間流してカソード側にリークした燃料ガスを燃料電池外部に排出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料ガスと酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムの運転効率の向上に関する。
水素燃料電池では、燃料ガスとしての水素ガスと酸化ガスとしての酸素ガスとを化学反応させて電力を発生する。燃料電池の運転開始は水素ガスと酸化ガスとをそれぞれ燃料電池の水素極（アノード）及び酸素極（カソード）に供給することによって行われ、その運転停止は水素ガスと酸化ガスの燃料電池への供給を停止することによって行われる。ここで、燃料電池内に燃料ガス及び酸化ガスを残留したまま燃料電池の運転を停止すると、残留ガスが圧力差によって水素極及び酸素極間の電解質を移動して化学反応を起こし、高温状態となって電解質にダメージを与えることがある（ケミカルショート）。このため、例えば、燃料電池の運転停止時には不活性ガスを燃料電池内に供給して電池内部の残留ガスを掃気する。また、特開平４−４５７０号公報に開示されているように、燃料電池の運転を比較的に短時間停止して外部への電力供給を実質的に停止するスタンバイ状態とする場合に、その間も燃料電池に少量の水素ガスと酸素ガスの供給を継続して燃料電池内におけるガスの電解質内の移動現象を防止している。
特開平４−４５７０号公報
しかしながら、燃料電池の運転停止の際に不活性ガスで残留ガスを掃気する場合には必要な量の不活性ガスを予め貯留すると共に掃気のための掃気機構やタンクを燃料ガス・酸化ガス供給系とは別途に設ける必要がある。これは燃料電池の小型化や製造コスト低減に好ましくない。また、燃料電池のスタンバイ状態でも燃料電池に少量の水素ガスと酸素ガスの供給を継続して燃料電池内にガスを循環させる構成とした場合には、負荷への電力供給を行っていない場合にもコンプレッサなどの補機類を作動させるために燃料消費効率を低下させる。これは車載型の燃料電池等を得るために好ましくない。
よって、本発明はケミカルショートの発生を防止すると共に燃料消費効率を改善した燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の燃料電池システムは、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、上記燃料電池のアノード側における上記燃料ガスのガス圧を検出するガス圧検出手段と、上記燃料電池への燃料ガス及び酸化ガスの供給が停止しているときに上記燃料電池のアノード側を閉鎖する閉鎖手段と、上記閉鎖によって上記アノード側に封止された燃料ガスのガス圧低下の程度が基準値よりも大きいときに上記カソード側に掃気ガス（小流量空気）を供給してカソード側の残留ガスを掃出する掃気手段と、を備える。
かかる構成とすることによって、封止された燃料ガスの減少状態からケミカルショート発生の蓋然性があるかどうかを推定し、ケミカルショート発生の蓋然性があるときに掃気ガス（例えば、小流量の空気）を短時間流してアノード側からカソード側にリークした水素ガスを燃料電池の外部に排出する。それにより、ケミカルショートの発生を回避することが可能となる。また、掃気手段の動作時間も短いので掃気に要するエネルギ消費が少ない。掃気ガスとして空気を使用することによって掃気手段には燃料電池システムに常備しているエアコンプレッサを活用することが出来る。更に、このエアコンプレッサを低速で動作させることによって少流量あるいは微流量の空気を得ることが出来、掃気に伴うエネルギ損失をより減らすことが出来る。
また、本発明の燃料電池システムは、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、上記カソード側における上記酸化ガスのガス濃度を検出する酸化ガス濃度検出手段と、上記燃料ガス及び上記酸化ガスの上記燃料電池への供給が停止しているときに上記燃料電池のカソード側に残留する酸化ガスのガス濃度が基準値よりも低下すると上記カソード側に掃気ガスを供給してカソード側の残留ガスを掃気する掃気手段と、を備える。
かかる構成とすることによって、残留酸化ガスのガス濃度の低下からケミカルショートの発生の蓋然性があるかどうかを推定し、ケミカルショート発生の蓋然性があるときに掃気ガス（例えば、少量の空気）を短時間流してアノード側からカソード側にリークした水素ガスを燃料電池の外部に排出する。それにより、ケミカルショートの発生を回避することが可能となる。また、掃気手段の動作時間も短いので掃気に要するエネルギ消費が少ない。掃気ガスとして空気を使用することによって掃気手段には常備しているエアコンプレッサを活用することが出来る。更に、このエアコンプレッサを低速で動作させることによって少流量あるいは微流量の空気を得ることが出来、掃気に伴うエネルギ損失をより減らすことが出来る。
また、本発明の燃料電池システムは、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、上記燃料ガス及び上記酸化ガスの上記燃料電池への供給が停止しているときに上記燃料電池におけるケミカルショートの発生を推定する推定手段と、上記ケミカルショートの発生が推定されたときに、上記カソード側に掃気ガスを供給する掃気手段と、を備える。
かかる構成とすることによって、燃料電池の運転を停止したときにケミカルショートの発生の蓋然性があるかどうかを推定し、ケミカルショート発生の蓋然性があるときに掃気ガス（例えば、少量の空気）を短時間流してアノード側からカソード側にリークした水素ガスを燃料電池の外部に排出する。それにより、ケミカルショートの発生を回避することが可能となる。また、掃気手段の動作時間も短いので掃気に要するエネルギ消費が少ない。掃気ガスとして空気を使用することによって掃気手段には常備しているエアコンプレッサを活用することが出来る。更に、このエアコンプレッサを低速で動作させることによって少流量あるいは微流量の空気を得ることが出来、掃気に伴うエネルギ損失をより減らすことが出来る。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池において、上記燃料ガス及び上記酸化ガスの上記燃料電池への供給が停止しているときに上記燃料電池におけるケミカルショートの発生を推定し、上記ケミカルショートの発生が推定されたときに、上記カソード側に掃気ガスを供給することを特徴とする。ケミカルショートの発生の推定は、アノード側に封止された燃料ガス圧の低下傾向、カソード側の酸化ガス濃度の減少等をモニタすることによって行われる。
好ましくは、上述した燃料電池システムにおいて、上記燃料ガスは水素ガス、上記酸化ガスは空気、上記掃気ガスは少量（あるいは微量）の空気である。少量とは通常運転時と比較しての表現であり具体的な装置構成に依存するが、例えば、ストイキ値０より大きく１以下の状態が挙げられる。
好ましくは、燃料ガスの漏れを判定した場合には、再度燃料ガスの漏れの有無を判定する。それにより、判定の精度が高まり、ＥＭＩ（電磁ノイズ）等の影響による圧力センサの誤検知などの不具合を回避することも可能となる。
好ましくは、上記燃料電池の運転の停止は間欠運転状態における燃料電池の運転の停止を含む。間欠運転は燃料電池の負荷が燃料消費効率が低下する低負荷となったときに燃料電池によって充電された二次電池から負荷に電気を供給し、燃料電池の運転は必要となるまで停止する運転状態である。間欠運転を行うことによって燃料電池を燃料証拠効率の良い状態で使用することができ、燃料電池の運転効率を向上することが可能である。燃料電池の運転が間欠的に行われるときに、燃料電池の運転の停止期間を活用して水素ガスのリーク判別などを行うものである。なお、燃料電池停止の際の負荷への電力供給は二次電池からの供給に限定されない。例えば、大容量キャパシタや商用電源等であってもよい。
本発明の燃料電池システムは、ケミカルショートの虞のある状態を判断して掃気を実施するので、ケミカルショート等を回避するために必要限度でエアコンプレッサ等の駆動が行われる。エアコンプレッサ等の無駄な動きによるエネルギ消費がなくなって燃料消費効率が改善される。
本発明の実施の形態では、燃料電池の停止状態、例えば、燃料電池の間欠運転時における停止状態や強制的な燃料電池の停止状態において燃料電池内でケミカルショートが生じていないか判定を行う。例えば、燃料電池に封止された水素ガス（燃料ガス）のリークの程度から、あるいは燃料電池内に残留する空気の酸素ガス（酸化ガス）の濃度の低下からケミカルショートの発生を推定する。水素ガス漏れの判定は誤判定を防止するために、一度漏れを検知した場合には再度時間をかけて漏れ判定を行うことが出来る。
ケミカルショート発生の蓋然性がある程度認められると、燃料電池のカソード側に掃気ガスとして少量（あるいは微量）の空気を流してリークした水素を残留空気と共に燃料電池外に排出（掃気）する。微量空気は、エアコンプレッサのモータのオンオフ制御（ＰＷＭ制御）を行うことによって通常回転数よりも低い回転数で動作させ、エアコンプレッサに微量空気を供給させることが可能である。例えば、エアコンプレッサのモータの最低安定回転状態では３５０［ＮＬ／ｍｉｎ］であるものを２０〜８０［ＮＬ／ｍｉｎ］とすることができる。
空気による掃気を行うと、ケミカルショートを防止することが出来ると共に、発生した熱を持ち去ってＭＥＡ（膜電極構造体）に対する熱疲労を防ぐことが出来る。また、次回起動時の酸素ガス供給遅れによるセル電圧低下を防止することが出来る利点もある。
なお、上述したように水素ガス漏れを定期的に実施するために間欠運転状態のみならず、燃料電池の負荷が所定値以下になったときに燃料電池を停止することとしても良い。この場合二次電池から所要の電力を供給することが出来る。
図１は本発明の第１の実施例を示している。第１の実施例では、燃料運転停止時のアノードガス圧を観察し、アノードガス圧の低下状態から燃料ガスのカソード側へのリーク、ケミカルショートの発生を推定する。ケミカルショート発生の虞があるときに少量のガス（空気）を燃料電池に供給し、滞留ガスを掃気してケミカルショートを回避する。また、必要なときだけエアコンプレッサを動作させて少量のガスを燃料電池に供給することによって可及的に燃費を改善する。
同図に示されるように、酸化ガスとしての空気（外気）は空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には空気から微粒子を除去するエアフィルタ１１、空気を加圧するコンプレッサ１２、供給空気圧を検出する圧力センサ５１及び空気に所要の水分を加える加湿器１３が設けられている。コンプレッサ１２は後述の制御部５０の制御プログラムと共に掃気手段を構成する。なお、掃気手段として、別体の小流量のガスを供給できるエアコンプレッサを設けても良い。エアフィルタ１１には空気流用を検出するエアフローメータ（流量計）が設けられる。
燃料電池２０から排出される空気オフガスは排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサ５２、圧力調整弁１４及び加湿器１３の熱交換器が設けられている。圧力調整弁（減圧弁）１４は燃料電池２０への供給空気の圧力（空気圧）を設定する調圧器として機能する。圧力センサ５１及び５２の図示しない検出信号は制御部５０に送られる。制御部５０はコンプレッサ１２及び圧力調整弁１４を調整することによって供給空気圧や供給流量を設定する。
燃料ガスとしての水素ガスは水素供給源３１から燃料供給路７５を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。燃料供給路７５には、水素供給源の圧力を検出する圧力センサ５４、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を調整する水素調圧弁３２、遮断弁４１、燃料供給路７５の異常圧力時に開放するリリーフ弁３９、遮断弁３３及び水素ガスの入口圧力を検出する圧力センサ５５が設けられている。圧力センサ５５はガス圧検出手段に対応する。圧力センサ５４及び５５の図示しない検出信号は制御部５０に供給される。
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは水素オフガスとして水素循環路７６に排出され、燃料供給路７５の遮断弁４１の下流側に戻される。水素循環路７６には、水素オフガスの温度を検出する温度センサ６３、水素オフガスを排出する遮断弁３４、水素オフガスから水分を回収する気液分離器３５、回収した水を図示しないタンクに回収する排水弁３６、水素オフガスを加圧する水素ポンプ３７及び逆流阻止弁４０が設けられている。遮断弁３３及び３４は燃料電池のアノード側を閉鎖する閉鎖手段に対応する。温度センサ６３の図示しない検出信号は制御部５０に供給される。水素ポンプ３７は制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは燃料供給路７５で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。逆流阻止弁４０は燃料供給路７５の水素ガスが水素循環路７６側に逆流することを防止する。
水素循環路７６はパージ弁３８を介してパージ流路７７によって排気路７２に接続される。パージ弁３８は電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより水素オフガスを外部に放出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。
更に、燃料電池２０の冷却水出入口には冷却水を循環させる冷却路７４が設けられる。冷却路７４には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサ６１、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）２１、冷却水を加圧して循環させるポンプ２２及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ６２が設けられている。
制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システムの各部のセンサなどから制御情報を受け取り、各種の弁類やモータ類の運転を制御する。制御部５０は図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。制御コンピュータシステムは公知の入手可能なシステムによって構成することが出来る。
次に、図２に示すフローチャートを参照して制御部５０の動作について説明する。
制御部５０は上述のように制御用コンピュータによって構成され、図示しない制御プログラムに従って燃料電池システムの各部動作の制御を実行する。
まず、制御部５０は、燃料電池２０の発電効率が低下する低負荷状態において燃料電池２０の運転を停止して二次電池から電力供給を行う。また、制御部５０は、二次電池の蓄電量が低下すると燃料電池２０を動作させて負荷への電力供給と二次電池の充電を行う。二次電池の充電が完了すると燃料電池を停止し、負荷への電力供給を二次電池から行う。制御部５０は低負荷状態においてこのような動作を繰り返して間欠運転状態を行う。
上述のように制御部５０は燃料電池の間欠運転モードにおいても動作している。そして、燃料電池２０を停止し、二次電池から電力を供給する条件において所定周期あるいは特定イベントの発生で生ずる割り込みによって図２に示すケミカルショート判定プログラムを実行する（Ｓ２０）。
まず、制御部５０はエアコンプレッサ１２、水素ポンプ３７、遮断弁４１等の補機類を停止し、水素ガス及び空気の供給を停止する（Ｓ２２）。また、制御部５０は遮断弁３３及び３４を動作させて水素ガスの流路７５及び７６と燃料電池２０とを遮断して水素ガスを燃料電池２０内に封止する（Ｓ２４）。ステップＳ２４は遮断弁３３及び３４と共に閉鎖手段を構成する。この供給水素ガス遮断による圧力変動が収まる所定時間ｔ0の経過を待って（Ｓ２６）、アノード側の水素ガス圧力Ｐ1を圧力計５５の出力から読取る（Ｓ２８）。次に、水素ガスのクロスリークを判別するに適当な判別時間ｔ1の経過を待って（Ｓ３０）、アノード側の水素ガス圧力Ｐ2を圧力計５５の出力から読取る（Ｓ３２）。判別時間ｔ1における水素ガス圧力の低下分ΔＰ＝Ｐ1−Ｐ2を計算する（Ｓ３４）。
この低下分ΔＰが実験結果や計算式などに基づいて定められたクロスリークの第１の判別基準値Ｐsを越えるかどうかを判別する（Ｓ３６）。水素ガス圧の低下分ΔＰが第１の判別基準値Ｐsを越えない場合には、水素ガスのカソード（酸素極）側への移動（リーク）は少ないと判断する（Ｓ３６；ＮＯ）。この場合には、クロスリークによる不具合は生じないので漏れフラグ１をリセットして（Ｓ４０）、本判定プログラムを終了して元のプログラムの実行位置（割り込み位置）に戻る（Ｓ４２）。また、制御部５０は低下分ΔＰが第１の判別基準値Ｐsを越えた合には、水素ガスのカソード（酸素極）側への移動（リーク）は多いと判断する（Ｓ３６；ＹＥＳ）。この場合には、水素漏れの蓋然性が有ることを示す漏れフラグ１をオンにセットする（Ｓ３８）。その後、本判定プログラムを終了して元のプログラムの実行位置（割り込み位置）に戻る（Ｓ４２）。
制御部５０は漏れフラグ１がセットされる（Ｓ３８）と、より確度の高い判定を行うべく、第２のケミカルショート判定プログラム（Ｓ５０）を実行することができる。これにより、例えば、ＥＭＩ（電磁波妨害）の影響による圧力計５５の出力エラーではないことが確認される。
まず、制御部５０は再度水素ガスの漏れ測定を行うべく、遮断弁３３及び４１を開放して燃料電池２０のアノード側に水素ガスを供給してリーク測定により適当な圧力まで加圧する（Ｓ５２）。次に、遮断弁３３、３４及び４１を遮断して水素ガスを燃料電池内に封止する。水素ガス供給の遮断によるガス圧力変動が安定する時間ｔ0を経過したことを確認して（Ｓ５６）、圧力計５５の出力Ｐ3を読取る（Ｓ５８）。次に、水素ガスのクロスリークを判別するに適当な判別時間ｔ2の経過を待って（Ｓ６０）、アノード側の水素ガス圧力Ｐ4を圧力計５５の出力から読取る（Ｓ５２）。判別時間ｔ2は判別時間ｔ1よりも長い時間に設定される。判別時間ｔ2における水素ガス圧力の低下分ΔＰ＝Ｐ3−Ｐ4を計算する（Ｓ６４）。
この低下分ΔＰが実験結果や計算式などに基づいて定められたクロスリークの第２の判別基準値Ｐｔを越えるかどうかを判別する。第２の判別基準値Ｐｔは第１の判別基準値Ｐｓよりも小さい値に設定され、リークの蓋然性がより広い範囲で判断される（Ｓ６６）。水素ガス圧の低下分ΔＰが第２の判別基準値Ｐｔを越えない場合には、水素ガスのカソード（酸素極）側への移動は少ないと判断する（Ｓ６６；ＮＯ）。この場合には、クロスリークにより不具合の生じる蓋然性は低いと判断して漏れフラグ２をリセットし（Ｓ７０）、本判定プログラムを終了して元のプログラムの実行位置（割り込み位置）に戻る（Ｓ７２）。
一方、制御部５０は低下分ΔＰが第２の判別基準値Ｐｔを越えた場合には、水素ガスのカソード（酸素極）側への移動（リーク）が存在し、それによりケミカルショートの発生する蓋然性が高いと判断する（Ｓ６６；ＹＥＳ）。この場合には、水素漏れの蓋然性が高いことを示す漏れフラグ２をオンにセットする（Ｓ６８）。その後、本判定プログラムを終了して元のプログラムの実行位置（割り込み位置）に戻る（Ｓ７２）。
制御部５０は漏れフラグ２がセットされたときに、図示しない水素漏れ警告表示器を点灯し、ブザーを鳴らして燃料電池車両の運転者や燃料電池システムの管理者に注意を喚起することが出来る。
また、制御部５０は図４に示すような水素ガスと酸素ガスとが直接反応するケミカルショートの発生を回避する機能（Ｓ１００）を有しており、漏れフラグ２のセットに対応してこの機能を実行することが出来る。カソード側に微量の空気を流すことによってアノード側からカソード側にリークして滞留している水素ガスを外部に排出する。
制御部５０は上記漏れフラグ２がセットされると（Ｓ１０２；ＹＥＳ）、図示しないコンピュータシステムが内蔵するタイマを起動する。このタイマはエアコンプレッサの動作時間を設定している（Ｓ１０４）。制御部５０はエアコンプレッサ１２を低速で動作させ、アイドル状態の発電の場合よりも少ない微量の空気をカソード側に送風させる。それにより、カソード側に残留する水素ガスを排気する。ケミカルショートによって発生した熱を冷却しＭＥＡ（膜電極構造体）のダメージを減らす。また、ケミカルショートによって発生した水滴のＭＥＡへの付着を除去して触媒を活性化させる（Ｓ１０６）。ここで、エアコンプレッサ１２の送風する空気量は通常の送風量に比べて、例えば、１／４〜１／１０とする。これはエアコンプレッサ１２の通常運転の範囲外ともなる。このため、例えば、エアコンプレッサ１２のモータの回転をＰＷＭ（デューティ比）制御によって調整して低速回転を行い、微量の送風を可能としている。
なお、大流量を流すことの出来るエアコンプレッサ１２を用いると最低回転数が高いために必要以上にカソードに空気を流して効率を低下させる。そこで、エアコンプレッサ１２とは別に小容量のエアコンプレッサを用意してこれを動作させることとしても良い。ステップＳ３６，Ｓ６６及びＳ１０６は掃気手段を構成する。
次に、制御部５０は上記タイマの出力フラグを確認する（Ｓ１０８）。所定時間を経過（タイムアウト）していない場合には（Ｓ１０８；ＮＯ）、エアコンプレッサ１２の低速動作を継続する。制御部５０はエアコンプレッサ１２を所定時間動作させて燃料電池２０の残留水素ガスの排気を行う（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。
所定時間を経過した場合には（Ｓ１０８；ＹＥＳ）、エアコンプレッサ１２又はこれと別途設けられた小容量エアコンプレッサの動作を停止する（Ｓ１１０）。制御部５０は元の制御プログラムに復帰する（Ｓ１１２）。ケミカルショート処理を行う起因となる漏れフラグのセットは、ケミカルショート処理後にリセットすることができる。
なお、次回のケミカルショート判別においても再度漏れフラグがセットされた場合には本ケミカルショート処理を実行するが、これを繰り返す場合には燃料電池２０の異常が考えられるので別途の異常処理にて対応がなされる。
また、実施例１では図２及び図３に示す２つの判定によってケミカルショートの発生をより確実に判断している。これを図２に示す第１のケミカルショート判定のみで判断してケミカルショート回避処理（図４）を行うようにしても良い。
図２は本発明の第２の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
第２の実施例においては燃料電池２０から排出される空気オフガス中の酸素濃度を検出してケミカルショート発生の蓋然性を判断している。このため、図２に示すように、燃料電池２０の空気排出口近傍の排気路７２に酸素濃度センサ５３が配置されている。酸素濃度センサ５３は空気オフガス中の残留酸素濃度を検出して検出信号を制御部５０に送る。送信する。他の構成は、図１と同様である。
次に、図６に示すフローチャートを参照して制御部５０の動作について説明する。
まず、制御部５０は、燃料電池２０の発電効率が低下する低負荷状態において燃料電池２０の運転を停止して二次電池から電力供給を行う。また、制御部５０は、二次電池の蓄電量が低下すると燃料電池２０を動作させて負荷への電力供給と二次電池の充電を行う。二次電池の充電が完了すると燃料電池を停止し、負荷への電力供給を二次電池から行う。制御部５０は低負荷状態においてこのような動作を繰り返えす（間欠運転）。
上述のように制御部５０は燃料電池の間欠運転モードにおいても動作している。そして、燃料電池２０を停止し、二次電池から電力を供給する条件において所定周期あるいは特定イベントの発生で生ずる割り込みによって図２に示すケミカルショート判定プログラムを実行する（Ｓ８０）。上述したように燃料電池２０の間欠運転では、エアコンプレッサ１２及び水素ポンプ３５等の補機類を停止して燃料電池の発電を停止している。この状態では、燃料電池２０のカソード側における残留酸素ガス濃度は一定となるが、ＭＥＡのアノード側からカソード側に水素ガスのリークが生じ、あるいはそれによってケミカルショートが生じて酸素ガスが消費される。それにより、カソード側残留空気の酸素ガス濃度は減少する。制御部５０は残留空気の酸素ガス濃度を酸素濃度センサ５３の出力によって検出する（Ｓ８２）。
この酸素ガス濃度が予め実験や計算によって定められた基準値Ｋを下回るかどうかを判別する（Ｓ８４）。酸素ガス濃度が基準値Ｋを下回る場合には（Ｓ８４；ＹＥＳ）、ケミカルショートの発生の蓋然性が有る（高い）と判断して漏れフラグ３をセットする（Ｓ８６）。また、酸素ガス濃度が基準値Ｋよりも大きい場合は（Ｓ８４；ＮＯ）、水素ガスリークは生じていないと判別し、漏れフラグ３をリセットする（Ｓ８８）。制御部５０は漏れフラグ３のセット又はリセットを行った後、本判定処理を終えて元の制御プログラムに戻る。
このケミカルショート判定の結果に従って前述したケミカルショート処理（図４参照）を実行する。
なお、上述した酸素濃度センサ５３で酸素ガス濃度を検出する代わりに、第１の実施例で説明したアノードの水素ガス圧低下から酸素ガスの消費分を計算（推定）し、所定量の酸素ガスが減少した場合にカソード側に空気を掃気することとしても良い。
このようにして燃料電池２０の間欠運転においてケミカルショート発生の蓋然性のあるとき（あるいは蓋然性がある程度まで高いとき）に、少量の空気を燃料電池２０に供給することによってケミカルショートの発生を回避する共に、エアコンプレッサ１２の必要限度の使用によってエネルギ効率を高めることが出来る。
本発明の燃料電池システムの第１の実施例を説明するブロック図である。 ケミカルショートの第１の判定例を説明するフローチャートである。 ケミカルショートの第２の判定例を説明するフローチャートである。 ケミカルショート対策を説明するフローチャートである。 本発明の燃料電池システムの第２の実施例を説明するブロック図である。 ケミカルショートの第３の判定例を説明するフローチャートである。
符号の説明
１２ エアコンプレッサ、２０ 燃料電池、３１ 水素供給源、３３，３４，４１ 遮断弁、５３ 酸素濃度センサ、５５ 圧力計


Claims (4)

  1. アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、
    前記燃料電池のアノード側における前記燃料ガスのガス圧を検出するガス圧検出手段と、
    前記燃料電池への燃料ガス及び酸化ガスの供給が停止しているときに前記燃料電池のアノード側を閉鎖する閉鎖手段と、
    前記閉鎖によって前記アノード側に封止された燃料ガスのガス圧低下の程度が基準値よりも大きいときに前記カソード側に掃気ガスを供給してカソード側の残留ガスを掃出する掃気手段と、
    を備える燃料電池システム。
  2. アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、
    前記カソード側における前記酸化ガスのガス濃度を検出する酸化ガス濃度検出手段と、
    前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記燃料電池への供給が停止しているときに前記燃料電池のカソード側に残留する酸化ガスのガス濃度が基準値よりも低下すると前記カソード側に掃気ガスを供給してカソード側の残留ガスを掃気する掃気手段と、
    を備える燃料電池システム。
  3. アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの化学反応によって電気を発生する燃料電池と、
    前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記燃料電池への供給が停止しているときに前記燃料電池におけるケミカルショートの発生を推定する推定手段と、
    前記ケミカルショートの発生が推定されたときに、前記カソード側に掃気ガスを供給する掃気手段と、
    を備える燃料電池システム。
  4. 前記燃料ガスは水素ガス、前記酸化ガスは空気、前記掃気ガスは少量の空気である請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システム。
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