特開 2025-5039 異常判断システム及び燃料電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005039

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】異常判断システム及び燃料電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04664 20160101AFI20250108BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20250108BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04664

H01M8/0438

H01M8/04858

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105024

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】中根 浩貴

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AB02

5H127AB04

5H127AB29

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA57

5H127BA58

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127DB03

5H127DB09

5H127DB13

5H127DB19

5H127DC42

5H127EE18

(57)【要約】

【課題】燃料電池モジュールに備えられる水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障を検出する。
【解決手段】水素供給流路ＳＰ内の圧力を検出する第１圧力センサＳ１と、水素循環流路ＣＰ内の圧力を検出する第２圧力センサＳ２と、第１圧力センサＳ１により検出される圧力Ｐ１と第２圧力センサＳ２により検出される圧力Ｐ１との圧力差ΔＰを算出する算出部３と、所定期間Ｔｃにおいて算出部３により算出された複数の圧力差ΔＰを記憶する記憶装置Ｓｔｒ２と、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに基づいて、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かを判断する判断部４とを備えて異常判断システム１を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池モジュールと、情報処理装置とを備える異常判断システムであって、
前記燃料電池モジュールは、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給流路と、
前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素ガスを水素循環流路を介して吸入し前記水素供給流路に吐出する水素循環ポンプと、
前記水素供給流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記水素循環流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記第２圧力センサにより検出される圧力との圧力差を算出する算出部と、
前記算出部により算出される圧力差を前記情報処理装置に送信する第１通信装置と、
を備え、
前記情報処理装置は、
前記燃料電池モジュールから送信される圧力差を受信する第２通信装置と、
所定期間において前記算出部により算出された複数の圧力差を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する判断部と、
を備える異常判断システム。

【請求項2】

請求項１に記載の異常判断システムであって、
前記判断部は、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に閾値以下の圧力差が含まれている場合、前記水素循環ポンプに異常が発生していると判断する
異常判断システム。

【請求項3】

請求項１に記載の異常判断システムであって、
前記算出部は、前記燃料電池スタックの発電電力が最大目標発電電力及び最小目標発電電力以外の目標発電電力に追従するように前記水素循環ポンプの動作が制御されているとき、前記圧力差を算出する
異常判断システム。

【請求項4】

請求項１に記載の異常判断システムであって、
前記判断部は、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に閾値以下の圧力差が含まれている場合で、かつ、前記閾値以下の各圧力差により求められる近似直線が前記閾値と交わらない場合、前記水素循環ポンプに異常が発生していると判断する
異常判断システム。

【請求項5】

請求項１に記載の異常判断システムであって、
前記判断部は、前記水素循環ポンプに異常が発生していないときに前記算出部により算出される複数の圧力差を用いた機械学習の結果と、前記水素循環ポンプに破損が発生しているときに前記算出部により算出される複数の圧力差を用いた機械学習の結果とに基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する
異常判断システム。

【請求項6】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給流路と、
前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素ガスを水素循環流路を介して吸入し前記水素供給流路に吐出する水素循環ポンプと、
前記水素供給流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記水素循環流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記第２圧力センサにより検出される圧力との圧力差を算出する算出部と、
所定期間において前記算出部により算出された複数の圧力差を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する判断部と、
を備える燃料電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池モジュールに備えられる水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

水素循環ポンプの異常判断技術として、水素循環ポンプの回転数を増加させる前の水素供給流路の圧力と、水素循環ポンプの回転数を増加させた後の水素供給流路の圧力との圧力差が所定値以下である場合、水素循環ポンプに異常（回転方向の異常検知）が発生していると判断するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

ところで、メンテナンスの観点から水素循環ポンプが正常に機能しているかを判定し、異常が発生することを未然に検出したいという要望がある。

【0004】

上記異常判断技術では、センサレスの電動機で水素循環ホンプを駆動させた際に、回転方向の異常を検出する技術であるが、水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障が発生する予兆を把握することができず、水素循環ポンプが故障するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１５２２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面に係る目的は、燃料電池モジュールに備えられる水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障を検出することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一つの形態である異常判断システムは、燃料電池モジュールと、情報処理装置とを備える異常判断システムである。

【0008】

前記燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給流路と、前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素ガスを水素循環流路を介して吸入し前記水素供給流路に吐出する水素循環ポンプと、前記水素供給流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、前記水素循環流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記第２圧力センサにより検出される圧力との圧力差を算出する算出部と、前記算出部により算出される圧力差を前記情報処理装置に送信する第１通信装置とを備える。

【0009】

前記情報処理装置は、前記燃料電池モジュールから送信される圧力差を受信する第２通信装置と、所定期間において前記算出部により算出された複数の圧力差を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する判断部とを備える。

【0010】

このように、本発明に係る一つの形態である異常判断システムでは、水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する構成であり、水素循環ポンプに少なくとも破損が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。

【0011】

また、前記判断部は、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に閾値以下の圧力差が含まれている場合、前記水素循環ポンプに異常が発生していると判断するように構成してもよい。

【0012】

また、前記算出部は、前記燃料電池スタックの発電電力が最大目標発電電力及び最小目標発電電力以外の目標発電電力に追従するように前記水素循環ポンプの動作が制御されているとき、前記圧力差を算出するように構成してもよい。

【0013】

これにより、記憶装置に記憶される複数の圧力差が変動することを抑えることができるため、水素循環ポンプに異常が発生しているか否かの判断精度を向上させることができる。

【0014】

また、前記判断部は、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に閾値以下の圧力差が含まれている場合で、かつ、前記閾値以下の各圧力差により求められる近似直線が前記閾値と交わらない場合、前記水素循環ポンプに異常が発生していると判断するように構成してもよい。

【0015】

また、前記判断部は、前記水素循環ポンプに異常が発生していないときに前記算出部により算出される複数の圧力差を用いた機械学習の結果と、前記水素循環ポンプに破損が発生しているときに前記算出部により算出される複数の圧力差を用いた機械学習の結果とに基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断するように構成してもよい。

【0016】

また、本発明に係る一つの形態である燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給流路と、前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素ガスを水素循環流路を介して吸入し前記水素供給流路に吐出する水素循環ポンプと、前記水素供給流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、前記水素循環流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサにより検出される圧力と前記第２圧力センサにより検出される圧力との圧力差を算出する算出部と、所定期間において前記算出部により算出された複数の圧力差を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶されている複数の圧力差に基づいて、前記水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する判断部とを備える。

【0017】

このように、本発明に係る一つの形態である燃料電池モジュールでは、水素循環ポンプに異常が発生しているか否かを判断する構成であり、水素循環ポンプに少なくとも破損が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、燃料電池モジュールに備えられる水素循環ポンプの吐出能力が低下する故障を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態の異常判断システムの一例を示す図である。

【図2】水素循環ポンプを模式的に示す図である。

【図3】所定期間Ｔｃにおいて算出部により算出される複数の圧力差の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0021】

図１は、実施形態の異常判断システムの一例を示す図である。

【0022】

図１に示す異常判断システム１は、燃料電池モジュールＦＣＭと、情報処理装置ＳＶとを備え、燃料電池モジュールＦＣＭと情報処理装置ＳＶとがネットワークＮを介して互いにデータを送受信することが可能とする。

【0023】

燃料電池モジュールＦＣＭは、例えば、フォークリフト、トーイングトラクタ、または無人搬送車（AGV:Automatic Guided Vehicle）などの車両に搭載され、その車両に搭載される負荷Ｌｏに電力を供給する。このように構成する場合、図１に示す負荷Ｌｏは、例えば、荷役装置や走行用モータを駆動するインバータ回路などとする。

【0024】

なお、燃料電池モジュールＦＣＭは、工業用定置式発電機、家庭用定置式発電機、または非常用定置式発電機などの定置式発電機に備えられていてもよい。このように構成する場合、図１に示す負荷Ｌｏは、例えば、産業機械や家電製品などとする。

【0025】

また、燃料電池モジュールＦＣＭは、燃料ガス系補機として、水素タンクＨＴと、インジェクタＩＮＪと、気液分離機ＧＬＳと、インバータ回路ＩＮＶと、モータＭと、水素循環ポンプＨＰと、第１圧力センサＳ１と、第２圧力センサＳ２と、排気排水弁ＥＤＶと、希釈器ＤＩＬとを備える。

【0026】

また、燃料電池モジュールＦＣＭは、酸化剤ガス系補機として、エアコンプレッサＡＣＰと、エア調圧弁ＡＲＶとを備える。

【0027】

また、燃料電池モジュールＦＣＭは、電気系補機として、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂとを備える。

【0028】

また、燃料電池モジュールＦＣＭは、燃料電池スタックＦＣＳと、記憶装置Ｓｔｒ１と、通信装置Ｃｏｍ１（第１通信装置）と、制御装置Ｃｎｔとを備える。

【0029】

燃料電池スタックＦＣＳは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成され、水素ガスに含まれる水素と空気に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

【0030】

水素タンクＨＴは、水素ガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵された水素ガスはインジェクタＩＮＪ及び水素供給流路ＳＰを介して燃料電池スタックＦＣＳに供給される。

【0031】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池スタックＦＣＳに供給される水素ガスの流量を調整する。

【0032】

気液分離機ＧＬＳは、燃料電池スタックＦＣＳから水素循環流路ＣＰを介して排出される未反応の水素を含む水素ガスと液水とを分離する。

【0033】

インバータ回路ＩＮＶは、複数のスイッチング素子により構成され、制御装置Ｃｎｔから各スイッチング素子に出力される駆動信号により各スイッチング素子が繰り返しオン、オフすることで、互いに位相が異なる複数の交流電力がモータＭに供給され、モータＭが駆動する。モータＭが駆動すると水素循環ポンプＨＰが駆動する。

【0034】

水素循環ポンプＨＰは、気液分離機ＧＬＳにより分離された水素ガスを水素供給流路ＳＰを介して燃料電池ＦＣに再度供給する。すなわち、水素循環ポンプＨＰは、燃料電池スタックＦＣＳから排出される未反応の水素ガスを水素循環流路ＣＰを介して吸入し水素供給流路ＳＰに吐出する。

【0035】

第１圧力センサＳ１は、水素供給流路ＳＰ内の圧力Ｐ１を検出し、その検出した圧力Ｐ１を制御装置Ｃｎｔに送る。

【0036】

第２圧力センサＳ２は、水素循環流路ＣＰ内の圧力Ｐ２を検出し、その検出した圧力Ｐ２を制御装置Ｃｎｔに送る。なお、第２圧力センサＳ２は、図１に示す例では、気液分離機ＧＬＳと水素循環ポンプＨＰとの間の水素循環流路ＣＰ内の圧力Ｐ２を検出する構成であるが、燃料電池スタックＦＣＳと気液分離機ＧＬＳとの間の水素循環流路ＣＰ内の圧力Ｐ２を検出するように構成してもよい。

【0037】

排気排水弁ＥＤＶは、気液分離機ＧＬＳにより分離された液水を希釈器ＤＩＬに送る。希釈器ＤＩＬに送られた液水は、希釈器ＤＩＬ内のタンクに溜まる。また、燃料電池スタックＦＣＳから排出された水素ガスと空気は希釈器ＤＩＬで合流し、燃料電池モジュールＦＣＭの外部または内部に排出される。

【0038】

エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池モジュールＦＣＭの周囲に存在する空気を圧縮し燃料電池スタックＦＣＳに供給する。

【0039】

エア調圧弁ＡＲＶは、燃料電池スタックＦＣＳに供給される空気の圧力や流量を調整する。

【0040】

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池スタックＦＣＳから出力される電圧を所定電圧に変換する。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、負荷Ｌｏの他に、水素循環ポンプＨＰなどの補機や蓄電装置Ｂに供給される。

【0041】

蓄電装置Ｂは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと負荷Ｌｏとの間に接続されている。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、各補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池モジュールＦＣＭの外部（例えば、負荷Ｌｏの動作を制御する不図示の制御部）から要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうち、要求電力分の電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに、残りの電力が蓄電装置Ｂに供給される。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電率（蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合［％］）が増加する。また、負荷Ｌｏから燃料電池モジュールＦＣＭに供給される回生電力が蓄電装置Ｂに供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電率が増加する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、各補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池モジュールＦＣＭの外部から要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに、足りない分の電力が蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに供給される。蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの充電率が減少する。

【0042】

記憶装置Ｓｔｒ１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述する圧力差などを記憶する。

【0043】

通信装置Ｃｏｍ１は、例えば、携帯電話やスマートフォンなどの携帯端末により構成され、インターネットなどのネットワークＮを介して情報処理装置ＳＶ（サーバ）とデータを送受信する。

【0044】

制御装置Ｃｎｔは、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成され、発電制御部２と、算出部３とを備える。なお、マイクロコンピュータが記憶装置Ｓｔｒ１に記憶されているプログラムを実行することで発電制御部２及び算出部３が実現される。

【0045】

発電制御部２は、燃料電池スタックＦＣＳの発電を制御するために各補機の動作を制御する。すなわち、発電制御部２は、蓄電装置Ｂの充電率に応じて目標発電電力Ｐｔを段階的に変化させるとともに、ＰＩ（Proportional-Integral）制御などにより燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が目標発電電力Ｐｔに追従するように、各補機の動作を制御する。

【0046】

例えば、発電制御部２は、蓄電装置Ｂの充電率に応じて目標発電電力Ｐｔを３［ｋＷ］、５［ｋＷ］、８［ｋＷ］の３種類の目標発電電力の何れかに変化させる。このように、蓄電装置Ｂの充電率に応じて燃料電池スタックＦＣＳの発電電力を段階的に変化させることにより、燃料電池スタックＦＣＳの出力電圧の単位時間あたりの変動回数を抑えることができるため、燃料電池スタックＦＣＳの劣化を抑制することができる。なお、目標発電電力Ｐｔが大きくなるほど、燃料電池ＦＣの発電電力が大きくなり、目標発電電力Ｐｔが小さくなるほど、燃料電池ＦＣの発電電力が小さくなるものとする。

【0047】

算出部３は、第１圧力センサＳ１により検出される圧力Ｐ１と第２圧力センサＳ２により検出される圧力Ｐ１との圧力差ΔＰを算出する。

【0048】

通信装置Ｃｏｍ１は、算出部３により算出された圧力差ΔＰ（稼働データ）をネットワークＮを介して情報処理装置ＳＶに送信する。

【0049】

情報処理装置ＳＶは、通信装置Ｃｏｍ２（第２通信装置）と、記憶装置Ｓｔｒ２と、プロセッサＰｒｏとを備える。

【0050】

通信装置Ｃｏｍ２は、例えば、ルーターなどにより構成され、燃料電池モジュールＦＣＭから送信される圧力差ΔＰ（稼働データ）をネットワークＮを介して受信する。

【0051】

記憶装置Ｓｔｒ２は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭなどにより構成され、圧力差ΔＰや後述する閾値などを記憶する。

【0052】

プロセッサＰｒｏは、判断部４を備える。なお、プロセッサＰｒｏが記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されているプログラムを実行することで判断部４が実現される。

【0053】

判断部４は、通信装置Ｃｏｍ２により受信される複数の圧力差ΔＰ（稼働データ）を記憶装置Ｓｔｒ２に記憶させるとともに、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶させた複数の圧力差に基づいて、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断する。なお、異常判断システム１に複数の燃料電池モジュールＦＣＭを備える場合で、かつ、複数の燃料電池モジュールＦＣＭから情報処理装置ＳＶに圧力差ΔＰ（稼働データ）が送信される場合、判断部４は、燃料電池モジュールＦＣＭ毎に、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かを判断する。また、判断部４は、水素循環ポンプＨＰに異常が発生していると判断すると、その旨を不図示のディスプレイなどに表示させるように構成してもよい。

【0054】

このように、判断部４では、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かを判断する構成であり、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプＨＰの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。

【0055】

例えば、算出部３は、予め決められている所定期間Ｔｃにおいて、所定期間Ｔｃより短い一定期間ｔｃ経過毎に圧力差ΔＰを算出するとともに、その算出した圧力差ΔＰを記憶装置Ｓｔｒ１に記憶させる。次に、算出部３は、所定期間Ｔｃ経過後、記憶装置Ｓｔｒ１に記憶させた複数の圧力差ΔＰを通信装置Ｃｏｍ１により情報処理装置ＳＶの通信装置Ｃｏｍ２へ送信させる。判断部４は、通信装置Ｃｏｍ２により受信される複数の圧力差ΔＰを記憶装置Ｓｔｒ２に記憶させ、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶させた複数の圧力差ΔＰに基づいて、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かを判断する。

【0056】

または、算出部３は、判断部４と同期を行った後、所定期間Ｔｃにおいて、一定期間ｔｃ経過毎に圧力差ΔＰを算出するとともに、その算出した圧力差ΔＰを通信装置Ｃｏｍ１により通信装置Ｃｏｍ２へ送信させる。判断部４は、所定期間Ｔｃにおいて、通信装置Ｃｏｍ２により受信される複数の圧力差ΔＰを記憶装置Ｓｔｒ２に順次記憶させる。次に、判断部４は、所定期間Ｔｃが経過すると、所定期間Ｔｃにおいて記憶装置Ｓｔｒ２に記憶させた複数の圧力差ΔＰに基づいて、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かを判断する。

【0057】

なお、所定期間Ｔｃ及び一定期間ｔｃは特に限定されないが、例えば、所定期間Ｔｃを３［年］とし、一定期間ｔｃを１［日］とする。また、算出部３により算出される圧力差ΔＰは特に限定されないが、サンプリング周期（例えば、１［秒］）毎に第１圧力センサＳ１により検出される圧力Ｐ１と第２圧力センサＳ２により検出される圧力Ｐ１との差の絶対値を圧力差ΔＰとしてもよいし、１日においてサンプリング周期毎に算出部３により算出される各圧力差ΔＰの平均値を圧力差ΔＰとしてもよい。

【0058】

また、算出部３は、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が最大目標発電電力及び最小目標発電電力以外の目標発電電力に追従するように水素循環ポンプＨＰの動作が制御されているとき、圧力差ΔＰを算出するように構成してもよい。

【0059】

例えば、蓄電装置Ｂの充電率に応じて目標発電電力Ｐｔが３［ｋＷ］、５［ｋＷ］、８［ｋＷ］の３種類の目標発電電力（３段階の目標発電電力）の何れかに変化する場合、算出部３は、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が５［ｋＷ］の目標発電電力に追従するように水素循環ポンプＨＰの動作が制御されているとき、圧力差ΔＰを算出する。

【0060】

または、蓄電装置Ｂの充電率に応じて目標発電電力Ｐｔが３［ｋＷ］、４［ｋＷ］、５［ｋＷ］、６［ｋＷ］、８［ｋＷ］の５種類の目標発電電力（５段階の目標発電電力）の何れかに変化する場合、算出部３は、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が４［ｋＷ］、５［ｋＷ］、及び６［ｋＷ］の目標発電電力（２～４段階目の目標発電電力）のうちの１つの目標発電電力に追従するように水素循環ポンプＨＰの動作が制御されているとき、圧力差ΔＰを算出する。

【0061】

または、蓄電装置Ｂの充電率に応じて目標発電電力Ｐｔが３［ｋＷ］、４［ｋＷ］、５［ｋＷ］、６［ｋＷ］、８［ｋＷ］の５種類の目標発電電力（５段階の目標発電電力）の何れかに変化する場合、算出部３は、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が５［ｋＷ］の目標発電電力（３段階目の目標発電電力）に追従するように水素循環ポンプＨＰの動作が制御されているとき、圧力差ΔＰを算出する。

【0062】

一般に、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が最大目標発電電力（例えば、８［ｋＷ］）または最小目標発電電力（例えば、３［ｋＷ］）に追従するように各補機（水素循環ポンプＨＰなど）の動作が制御されているとき、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が上限値または下限値に達し易くなるため、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が上限値または下限値に達しないように各補機の動作が頻繁に制御され、圧力Ｐ１や圧力Ｐ２の変動回数が比較的多くなる。一方、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が最大目標発電電力及び最小目標発電電力以外の目標発電電力に追従するように各補機の動作が制御されているとき、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が上限値または下限値に達し難くなるため、各補機の動作制御が安定し、圧力Ｐ１や圧力Ｐ２の変動回数が比較的少なくなる。

【0063】

そこで、算出部３は、燃料電池スタックＦＣＳの発電電力が最大目標発電電力及び最小目標発電電力以外の目標発電電力に追従するように各補機（水素循環ポンプＨＰなど）の動作が制御されているとき、圧力差ΔＰを算出する。これにより、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶される複数の圧力差ΔＰが変動することを抑えることができるため、水素循環ポンプＨＰに異常が発生しているか否かの判断精度を向上させることができる。

【0064】

＜第１実施例＞
第１実施例の判断部４では、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに閾値以下の圧力差ΔＰが含まれている場合、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生していると判断する。

【0065】

ここで、図２は、水素循環ポンプＨＰを模式的に示す図である。

【0066】

図２に示す水素循環ポンプＨＰは、いわゆる、ダイヤフラムポンプであり、室Ｃ１～Ｃ３と、逆止弁Ｖ１～Ｖ４と、ダイヤフラムＤとを備える。なお、逆止弁Ｖ１～Ｖ４は、例えば、ゴムにより構成される。また、逆止弁Ｖ１は、水素循環流路ＣＰから室Ｃ１への水素ガスの移動を許可し、室Ｃ１から水素循環流路ＣＰへの水素ガスの移動を禁止する。また、逆止弁Ｖ２は、室Ｃ１から室Ｃ２への水素ガスの移動を許可し、室Ｃ２から室Ｃ１への水素ガスの移動を禁止する。また、逆止弁Ｖ３は、室Ｃ２から室Ｃ３への水素ガスの移動を許可し、室Ｃ３から室Ｃ２への水素ガスの移動を禁止する。また、逆止弁Ｖ４は、室Ｃ３から水素供給流路ＳＰへの水素ガスの移動を許可し、水素供給流路ＳＰから室Ｃ３への水素ガスの移動を禁止する。

【0067】

モータＭが駆動すると、モータＭの一方向回転運動が水素循環ポンプＨＰ内で往復直線運動に変換され、その往復直線運動によりダイヤフラムＤが振動する。ダイヤフラムＤの振動によりダイヤフラムＤが室Ｃ２から離れる方向に移動し室Ｃ２の容積が増加すると、室Ｃ２内の水素ガスの圧力が低下し、水素ガスが水素循環流路ＣＰから逆止弁Ｖ１、室Ｃ１、逆止弁Ｖ２を介して室Ｃ２へ吸入される。一方、ダイヤフラムＤの振動によりダイヤフラムＤが室Ｃ２側へ移動し室Ｃ２の容積が減少すると、室Ｃ２内の水素ガスの圧力が上昇し、水素ガスが室Ｃ２から逆止弁Ｖ３、室Ｃ３、及び逆止弁Ｖ４を介して水素供給流路ＳＰに排出される。これにより、水素循環ポンプＨＰを駆動させることで、燃料電池スタックＦＣＳと水素循環ポンプＨＰとの間で水素ガスを循環させることができる。

【0068】

ところで、逆止弁Ｖ１～Ｖ４のうちの１つの逆止弁が破損しただけでは、水素ガスを水素循環ポンプＨＰに吸入させる能力や水素ガスを水素循環ポンプＨＰから排出させる能力が低下するものの、燃料電池スタックＦＣＳと水素循環ポンプＨＰとの間で水素ガスを継続して循環させることができる場合がある。しかしながら、１つの逆止弁が破損した状態で水素循環ポンプＨＰを駆動し続けると、他の逆止弁にかかる負荷が大きくなり、他の逆止弁も破損し水素ガスを循環させることができなくなるまで水素循環ポンプＨＰが故障するおそれがある。そのため、１つの逆止弁だけが破損する場合など、水素循環ポンプＨＰに破損が発生したことを判断することができれば、その時点で水素循環ポンプＨＰを修理することができるため、水素ガスを循環させることができなくなるような故障の発生を未然に防ぐきっかけとなる。

【0069】

例えば、水素循環ポンプＨＰに異常が発生していないときに算出部３により算出される各圧力差ΔＰが圧力差ΔＰ１より大きくなる場合で、かつ、水素循環ポンプＨＰに破損（例えば、１つの逆止弁だけが破損し燃料ガスを継続して循環させることが可能な状態の異常）が発生しているときに算出部３により算出される各圧力差ΔＰが圧力差ΔＰ１以下になる場合を想定する。

【0070】

図３は、所定期間Ｔｃにおいて算出部３により算出される複数の圧力差ΔＰの一例を示す図である。なお、図３に示す二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は圧力を示している。また、図３に示す各点は、所定期間Ｔｃにおいて一定期間ｔｃ経過毎に算出部３により算出される圧力差ΔＰを示している。また、閾値を圧力差ΔＰ１とする。

【0071】

図３に示す例では、所定期間Ｔｃのうち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間Ｔ１において算出された各圧力差ΔＰが閾値より大きく、時刻ｔ１の次の時刻ｔ２において算出された圧力差ΔＰが閾値以下になっている。

【0072】

そのため、判断部４は、所定期間Ｔｃにおいて算出された各圧力差ΔＰと閾値とを時系列順に比較する場合、期間Ｔ１において算出された各圧力差ΔＰが閾値より大きいと判断し、時刻ｔ２において圧力差ΔＰが閾値以下であると判断する。そのため、判断部４は、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに閾値以下の圧力差ΔＰが含まれていると判断し、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生していると判断する。

【0073】

このように、第１実施例の異常判断システム１によれば、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプＨＰの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。また、破損が発生している時点で水素循環ポンプＨＰを修理することができれば、燃料ガスを循環させることができなくなるような故障の発生を未然に防ぐことができる。

【0074】

＜第２実施例＞
第２実施例の判断部４では、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに閾値以下の圧力差ΔＰが含まれている場合で、かつ、閾値以下の各圧力差ΔＰにより求められる近似直線が閾値と交わらない場合、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生していると判断する。

【0075】

例えば、第１実施例と同様に、水素循環ポンプＨＰに異常が発生していないときに算出部３により算出される各圧力差ΔＰが圧力差ΔＰ１より大きくなる場合で、かつ、水素循環ポンプＨＰに破損が発生しているときに算出部３により算出される各圧力差ΔＰが圧力差ΔＰ１以下になる場合を想定する。

【0076】

上述したように、図３に示す例では、所定期間Ｔｃのうちの期間Ｔ１において算出された各圧力差ΔＰが閾値より大きく、時刻ｔ２において算出された圧力差ΔＰが閾値以下になっている。また、図３に示す例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ２において算出された各圧力差ΔＰにより求められる近似直線Ｌ（回帰直線）が閾値と交わっていない。

【0077】

そのため、判断部４は、所定期間Ｔｃにおいて算出された各圧力差ΔＰと閾値とを時系列順に比較する場合、期間Ｔ１において算出された各圧力差ΔＰが閾値より大きいと判断する。また、判断部４は、時刻ｔ２以降において閾値以下の各圧力差ΔＰにより求められる近似直線Ｌが閾値と交わらないと判断する。そのため、判断部４は、記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに閾値以下の圧力差が含まれ、かつ、近似直線Ｌが閾値と交わらないと判断し、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損が発生していると判断する。例えば、判断部４は、最小二乗法などを用いて、閾値以下の各圧力差ΔＰから近似直線Ｌを求める。

【0078】

このように、第２実施例の異常判断システム１によれば、第１実施例の異常判断システム１と同様に、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプＨＰの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。また、破損が発生している時点で水素循環ポンプＨＰを修理することができれば、燃料ガスを循環させることができなくなるような故障の発生を未然に防ぐことができる。

【0079】

＜第３実施例＞
第３実施例の判断部４では、水素循環ポンプＨＰに異常が発生していないときに算出部３により算出される複数の圧力差ΔＰを用いた機械学習の結果と、水素循環ポンプＨＰに破損が発生しているときに算出部３により算出される複数の圧力差ΔＰを用いた機械学習の結果とに基づいて、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断する。

【0080】

第３実施例の異常判断システム１によれば、第１実施例の異常判断システム１や第２実施例の異常判断システム１と同様に、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断することができるため、水素循環ポンプＨＰの吐出能力が低下する故障が発生することを未然に検出することができる。また、破損が発生している時点で水素循環ポンプＨＰを修理することができれば、燃料ガスを循環させることができなくなるような故障の発生を未然に防ぐことができる。

【0081】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【0082】

＜変形例１＞
上記実施形態では、判断部４が情報処理装置ＳＶのプロセッサＰｒｏに備えられる構成であるが、判断部４が燃料電池モジュールＦＣＭの制御装置Ｃｎｔに備えられるように構成してもよい。このように構成される場合、判断部４は、記憶装置Ｓｔｒ１に記憶されている複数の圧力差に基づいて、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断する。

【0083】

＜変形例２＞
上記実施形態では、閾値や近似直線や機械学習を用いて、水素循環ポンプＨＰに少なくとも破損を含む異常が発生しているか否かを判断する構成であるが、記憶装置Ｓｔｒ１または記憶装置Ｓｔｒ２に記憶されている複数の圧力差ΔＰに、水素循環ポンプＨＰの破損に対応する減少幅で減少した圧力差ΔＰが含まれていると判断することができれば、その判断方法は特に限定されない。

【符号の説明】

【0084】

１ 異常判断システム
２ 発電制御部
３ 算出部
４ 判断部
ＦＣＭ 燃料電池モジュール
Ｌｏ 負荷
ＦＣＳ 燃料電池スタック
ＨＴ 水素タンク
ＩＮＪ インジェクタ
ＧＬＳ 気液分離機
ＩＮＶ インバータ回路
Ｍ モータ
ＨＰ 水素循環ポンプ
ＥＤＶ 排気排水弁
ＤＩＬ 希釈器
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＡＲＶ エア調圧弁
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
Ｂ 蓄電装置
Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２ 記憶装置
Ｃｏｍ１、Ｃｏｍ２ 通信装置
Ｃｎｔ 制御装置
ＳＶ 情報処理装置
Ｐｒｏ プロセッサ

【図1】

【図2】

【図3】