特許 7498687 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-04

(45)【発行日】2024-06-12

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04664 20160101AFI20240605BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20240605BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240605BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20240605BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240605BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04664

H01M8/0438

H01M8/04746

H01M8/04313

H01M8/04 N

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021145432

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2023038620

(43)【公開日】2023-03-17

【審査請求日】2023-10-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【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】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100221729

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭介

(72)【発明者】

【氏名】立川 克之

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００６３４９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１０１５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６５２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１７５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックと、
並列に３個以上設けられ、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給するインジェクタと、
制御部と、
前記インジェクタが設けられた燃料供給流路内の前記インジェクタよりも下流側の圧力を測定する圧力測定部と
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記圧力測定部が測定した前記燃料供給流路内の圧力が、第１圧力値に到達した後に前記インジェクタを開弁し、前記燃料供給流路内の圧力が第２圧力値に到達した後に前記インジェクタを閉弁する噴射制御を前記各インジェクタに対して順次行い、前記各インジェクタの前記開弁から前記閉弁までの開時間を計測し、前記各インジェクタの前記開時間の平均値を計算し、前記各インジェクタの前記開時間と前記平均値との差が閾値時間差以上である場合に該インジェクタの閉故障を検知する、燃料電池システム。

【請求項2】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給するインジェクタと、
制御部と、
前記インジェクタが設けられた燃料供給流路内の前記インジェクタよりも下流側の圧力を測定する圧力測定部と
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記圧力測定部が測定した前記燃料供給流路内の圧力が、第１圧力値に到達した後に前記インジェクタを開弁し、前記燃料供給流路内の圧力が第２圧力値に到達した後に前記インジェクタを閉弁する噴射制御を行い、前記インジェクタの前記開弁から前記閉弁までの開時間を計測し、前記開時間が閾値時間以上である場合に前記インジェクタの閉故障を検知する、燃料電池システム。

【請求項3】

前記インジェクタが並列に複数設けられ、
前記制御部は、前記各インジェクタに対して順次前記噴射制御を行う請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記インジェクタの前記開時間がタイムアウト時間以上である場合に、該インジェクタをその後閉弁した状態で維持する請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックに燃料を噴射するインジェクタの、閉故障を検知する手段を有する燃料電池システムとしては、例えば特許文献１に記載されているような燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムにおいては、インジェクタの閉故障を検知するときに、燃料電池スタックへの燃料供給流路の目標圧力を通常の駆動時よりも高圧にして複数のインジェクタから順次燃料を噴射し、燃料供給流路内の圧力が閾値を下回った場合に、直前に燃料を噴射したインジェクタを閉故障であると検知するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０１５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、インジェクタの閉故障を検知する目的で燃料供給流路の目標圧力を通常の駆動時よりも高圧にするため、燃料の消費量が増加するという問題があった。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃料消費を抑制しつつインジェクタの閉故障を検知する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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、並列に３個以上設けられ、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するインジェクタと、制御部と、インジェクタが設けられた燃料供給流路内のインジェクタよりも下流側の圧力を測定する圧力測定部とを有する燃料電池システムであって、制御部は、圧力測定部が測定した燃料供給流路内の圧力が、第１圧力値に到達した後にインジェクタを開弁し、燃料供給流路内の圧力が第２圧力値に到達した後にインジェクタを閉弁する噴射制御を各インジェクタに対して順次行い、各インジェクタの開弁から閉弁までの開時間を計測し、各インジェクタの開時間の平均値を計算し、各インジェクタの開時間と平均値との差が閾値時間差以上である場合に該インジェクタの閉故障を検知する。

【0007】

また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するインジェクタと、制御部と、インジェクタが設けられた燃料供給流路内のインジェクタよりも下流側の圧力を測定する圧力測定部とを有する燃料電池システムであって、制御部は、圧力測定部が測定した燃料供給流路内の圧力が、第１圧力値に到達した後にインジェクタを開弁し、燃料供給流路内の圧力が第２圧力値に到達した後にインジェクタを閉弁する噴射制御を行い、インジェクタの開弁から閉弁までの開時間を計測し、開時間が閾値時間以上である場合にインジェクタの閉故障を検知する。

【0008】

また、インジェクタが並列に複数設けられ、制御部は、各インジェクタに対して順次前記噴射制御を行ってもよい。
また、制御部は、インジェクタの開時間が所定のタイムアウト時間以上である場合に、該インジェクタをその後閉弁した状態で維持してもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、燃料電池システムの制御部は、圧力測定部が測定した燃料供給流路内の圧力が、第１圧力値に到達した後にインジェクタを開弁し、燃料供給流路内の圧力が第２圧力値に到達した後にインジェクタを閉弁する噴射制御を各インジェクタに対して順次行い、各インジェクタの開弁から閉弁までの開時間を計測し、各インジェクタの開時間の平均値を計算し、各インジェクタの開時間と平均値との差が閾値時間差以上である場合に該インジェクタの閉故障を検知するため、燃料消費を抑制してインジェクタの閉故障を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１の燃料電池システムの概略図である。

【図2】本発明の実施の形態１の各インジェクタの噴射制御の動作を示すタイムチャートである。

【図3】本発明の実施の形態１の燃料電池システムのインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施の形態２の燃料電池システムのインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施の形態３の燃料電池システムのインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。

【図6】本発明の実施の形態４の各インジェクタの燃料噴射制御を示すタイムチャートである。

【図7】本発明の実施の形態４の燃料電池システムのインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１の燃料電池システムについて図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略図である。燃料電池システム１には、図示しない複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタック２０と、燃料電池スタック２０に燃料である水素ガスを供給するための燃料供給系３０が設けられている。燃料供給系３０の水素タンク３１と燃料電池スタック２０のアノード側の燃料供給部とは、内部を水素ガスが流通する水素供給管３２により接続されている。水素供給管３２には、水素タンク３１の下流に設けられ水素ガスの供給及び停止を切り替えるメインバルブ３３と、メインバルブの下流に設けられた水素の圧力を調整するレギュレータである減圧バルブ３４と、減圧バルブ３４の下流に設けられたインジェクタ３５とが設けられている。インジェクタ３５は、第１インジェクタ３５ａ、第２インジェクタ３５ｂ及び第３インジェクタ３５ｃの合計３個のインジェクタが並列に配置されて構成されている。なお、水素供給管３２は燃料供給流路を構成している。

【0012】

燃料電池スタック２０には、気液分離器３６が接続されている。気液分離器３６は、燃料電池スタック２０から排出された、燃料電池セル内の未反応水素ガスと水との混合物を、水素ガスと水とに分離する。気液分離器３６には、開閉により未反応水素ガス、不純物を含むガス及び水との混合物の流通を制御する排気排水バルブ３７が接続されている。排気排水バルブ３７には排気排水管３８が接続されており、この排気排水管３８は排気排水バルブ３７が開いたときに、気液分離器３６によって分離された水及び不純物を含むガスを排出する。

【0013】

気液分離器３６と水素供給管３２との間には、気液分離器３６で分離された水素ガスを水素供給管３２に戻すための循環流路４１が接続されている。循環流路４１には、気液分離器３６の水素ガスを水素供給管３２に圧送する水素ポンプ４２が設けられている。

【0014】

インジェクタ３５と燃料電池スタック２０との間の水素供給管３２、すなわちインジェクタ３５よりも下流側の水素供給管３２には、インジェクタ３５から噴射された水素圧力を測定するための圧力センサ３９が設けられている。なお、圧力センサ３９は圧力測定部を構成している。

【0015】

燃料電池システム１の制御部５０が、インジェクタ３５及び圧力センサ３９に接続されている。制御部５０はインジェクタ３５の第１インジェクタ３５ａ、第２インジェクタ３５ｂ及び第３インジェクタ３５ｃの開弁及び閉弁を制御し、また圧力センサ３９の測定値を読み取る。

【0016】

次に、本実施の形態１の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作を説明する。燃料電池システム１の運転時には、図１に示す制御部５０によりメインバルブ３３、減圧バルブ３４及び排気排水バルブ３７が開弁される。次に、燃料電池スタック２０を通常駆動させるため、制御部５０が第１インジェクタ３５ａ、第２インジェクタ３５ｂ、第３インジェクタ３５ｃの順に燃料である水素ガスを噴射するように制御して、燃料電池スタック２０に水素ガスを供給する噴射制御を行う。

【0017】

図２は、噴射制御における第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃの動作を示すタイムチャートである。噴射制御における第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃの動作について図２を参照してより詳細に説明すると、燃料電池システム１（図１参照）の運転開始時には第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃは図２の符号Ｃで示すように閉弁状態である。このときの、圧力センサ３９により測定されるインジェクタ３５の下流側の水素供給管３２内の測定圧力Ｐは、初期値である下限圧力値Ｌである。この下限圧力値Ｌは、制御部５０による噴射制御における所定の第１圧力値である。

【0018】

次に、制御部５０により図２の符号Ｏで示すように第１インジェクタ３５ａが開弁するように指令され、その後水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。測定圧力Ｐが、水素供給管３２の圧力の目標値である目標圧力値Ｈまで上昇したことを制御部５０が検知すると、制御部５０により第１インジェクタ３５ａが閉弁するように指令され、第１インジェクタ３５ａからの水素ガスの噴射が停止する。また、第１インジェクタ３５ａが水素ガスを噴射しているときに、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの開弁から閉弁までの開時間Ｔ１を測定する。なお、この目標圧力値Ｈは燃料電池スタック２０の通常駆動に必要な圧力であり、制御部５０による噴射制御における所定の第２圧力値である。

【0019】

次に、時間経過により水素供給管３２内の測定圧力Ｐが下限圧力値Ｌまで低下したことを制御部５０が検知すると、制御部５０により第２インジェクタ３５ｂが符号Ｏで示すように開弁するように指令され、その後水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。測定圧力Ｐが、水素供給管３２の圧力の目標値である目標圧力値Ｈまで上昇したことを制御部５０が検知すると、制御部５０により第２インジェクタ３５ｂが閉弁するように指令され、第２インジェクタ３５ｂからの水素ガスの噴射が停止する。また、第２インジェクタ３５ｂが水素ガスを噴射しているときに、制御部５０は第２インジェクタ３５ｂの開弁から閉弁までの開時間Ｔ２を測定する。

【0020】

次に、時間経過により水素供給管３２内の測定圧力Ｐが下限圧力値Ｌまで低下したことを制御部５０が検知すると、制御部５０により第３インジェクタ３５ｃが符号Ｏで示すように開弁するように指令され、その後水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。測定圧力Ｐが、水素供給管３２の圧力の目標値である目標圧力値Ｈまで上昇したことを制御部５０が検知すると、制御部５０により第３インジェクタ３５ｃが閉弁するように指令され、第３インジェクタ３５ｃからの水素ガスの噴射が停止する。また、第３インジェクタ３５ｃが水素ガスを噴射しているときに、制御部５０は第３インジェクタ３５ｃの開弁から閉弁までの開時間Ｔ３を測定する。

【0021】

図３は、本実施の形態１の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。インジェクタ閉故障検知動作のステップＳ１においては、図２に示すように第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃが水素ガスを順次噴射して燃料電池スタック２０（図１参照）に水素ガスを供給する噴射制御が制御部５０により行われている。このときに、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１、第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２、第３インジェクタ３５ｃの開時間Ｔ３を測定する。

【0022】

次に、ステップＳ２において、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１、第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２及び第３インジェクタ３５ｃの開時間Ｔ３の平均値である平均開時間Ｔａｖｅを算出する。

【0023】

次に、ステップＳ３及びステップＳ４において、制御部５０は１番目のインジェクタである第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１と平均開時間Ｔａｖｅとの差が、予め決められた閾値時間差Ｔｔｈ未満であるかを判定する。このとき、もし第１インジェクタ３５ａに閉故障が発生している場合には、水素ガス噴射量が低下するため、測定圧力Ｐが初期値である下限圧力値Ｌから目標値である目標圧力値Ｈまで昇圧する時間までの時間が正常なインジェクタよりも長い。

【0024】

ステップＳ４において、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１が閾値時間差Ｔｔｈ未満である場合には、第１インジェクタ３５ａに関しては測定圧力Ｐが初期値である下限圧力値Ｌから目標値である目標圧力値Ｈまで昇圧する時間が十分に短いため、制御部５０はステップＳ５において第１インジェクタ３５ａを正常なインジェクタであると判定する。

【0025】

一方、ステップＳ４において、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１が閾値時間差Ｔｔｈ以上である場合には、第１インジェクタは水素ガス噴射量が低下している閉故障の状態にあるため、制御部５０はステップＳ６において第１インジェクタ３５ａを閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。

【0026】

次に、制御部５０はステップＳ７及びステップＳ８において閉故障の検知対象を２番目の第２インジェクタ３５ｂとし、ステップＳ４において第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２と平均開時間Ｔａｖｅとの差が、予め決められた閾値時間差Ｔｔｈ未満であるかを判定する。第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２が閾値時間差Ｔｔｈ未満である場合には、制御部５０はステップＳ５において第２インジェクタ３５ｂを正常なインジェクタであると判定する。一方、ステップＳ４において、第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２が閾値時間差Ｔｔｈ以上である場合には、制御部５０はステップＳ６において第２インジェクタ３５ｂを閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。

【0027】

次に、制御部５０はステップＳ７及びステップＳ８において閉故障の検知対象を３番目の第３インジェクタ３５ｃとし、ステップＳ４において第３インジェクタ３５ｃの開時間Ｔ３と平均開時間Ｔａｖｅとの差が、予め決められた閾値時間差Ｔｔｈ未満であるかを判定する。第３インジェクタ３５ｃの開時間Ｔ３が閾値時間差Ｔｔｈ未満である場合には、制御部５０はステップＳ５において第３インジェクタ３５ｃを正常なインジェクタであると判定する。一方、ステップＳ４において、第３インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ３が閾値時間差Ｔｔｈ以上である場合には、制御部５０はステップＳ６において第３インジェクタ３５ｃを閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。次に、制御部５０はステップＳ７及びステップＳ８において第３インジェクタ３５ｃの閉故障検知が完了したと判定し、インジェクタ閉故障検知動作を終了する。なお 、各インジェクタに閉故障が発生している場合は、インジェクタ閉故障検知動作を終了した後に、燃料電池システム１の図示しない操作パネルに設けられたディスプレイや、スピーカー等で、故障が発生している旨の通知を行なってもよい。

【0028】

本実施の形態１において、図２に示す第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの燃料噴射制御は、燃料電池システム１（図１参照）の燃料電池スタック２０を通常駆動させるときの燃料噴射制御である。そのため、従来の燃料電池システムのように、インジェクタの閉故障を検知する目的で水素供給管３２内の目標圧力を通常の駆動時よりも高圧にする必要がない。これにより、本実施の形態１の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作では燃料である水素の消費量を低減し燃費を向上させることができるとともに、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの部品の摩耗を抑制することができる。

【0029】

また、本実施の形態１においては、水素供給管３２内の目標圧力を通常の駆動時よりも高圧にする必要がないため、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃからの水素噴射後の水素供給管３２内の圧力低下に要する時間が低減され、水素噴射後のインジェクタの次の順番のインジェクタから水素が噴射可能になる時間が短縮されて燃料電池スタック２０への水素供給効率とインジェクタの閉故障検知動作の効率が向上する。

【0030】

また、本実施の形態１の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作は、燃料電池スタック２０の通常駆動中における第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの燃料噴射制御によりインジェクタの閉故障検知を行う。このため、本実施の形態１の燃料電池システム１は従来の燃料電池システムのようにインジェクタの閉故障を検知する目的のみでインジェクタから燃料を噴射する工程が不必要であり、閉故障検知に要する時間が低減される。また、本実施の形態１の燃料電池システム１は、燃料電池スタック２０の駆動中に常時第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障を監視することが可能である。

【0031】

また、本実施の形態１の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作においては、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃから水素を順次噴射して第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３と平均開時間Ｔａｖｅとの差に基づいて閉故障検知を行う。このため、本実施の形態１の燃料電池システム１は、閉故障検知時の第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの温度及び第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの上流と下流との圧力差（差圧）が略同じ条件で閉故障検知を行うことができる。これにより、閉故障検知時に各第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの温度及び差圧等の差異による外乱の影響がほとんど除外され、精度良く第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障検知を実施することが可能である。

【0032】

このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料電池スタック２０と、並列に３個設けられ、燃料電池スタック２０に燃料ガスを供給する第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃと、制御部５０と、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃが設けられた水素供給管３２内の圧力を測定する圧力センサ３９とを有する。制御部５０は、圧力センサ３９が測定した水素供給管３２内の圧力が、下限圧力値Ｌに到達した後に第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃを開弁し、水素供給管３２内の圧力が目標圧力値Ｈに到達した後に第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃを閉弁する噴射制御を第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃに対して順次行う。さらに制御部５０は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開弁から閉弁までの開時間Ｔ１～Ｔ３を計測し、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの平均開時間Ｔａｖｅを計算し、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３と平均開時間Ｔａｖｅとの差が閾値時間差Ｔｔｈ以上である場合に該当する第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障を検知する。このため、燃料消費を抑制しつつインジェクタの閉故障を検知することができる。

【0033】

なお、本実施の形態１の燃料電池システム１には、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの合計３個のインジェクタが設けられていたが、少なくとも３個のインジェクタが設けられていればこれ以上の任意の数のインジェクタが並列に設けられてもよい。

【0034】

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２の燃料電池システムについて説明する。なお、以下の実施の形態において、実施の形態１の図１～図３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるのでその詳細な説明は省略する。本実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態に対してインジェクタの開時間を用いた閉故障判定に所定のタイムアウト時間を導入したものである。
図４は、本実施の形態２の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部５０は第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３を測定する。

【0035】

次に、ステップＳ９において、制御部５０は開時間Ｔ１が予め決められたタイムアウト時間Ｔｏｕｔ未満か否かを判定する。同様に、制御部５０は開時間Ｔ２が予め決められたタイムアウト時間Ｔｏｕｔ未満か否かと、開時間Ｔ３が予め決められたタイムアウト時間Ｔｏｕｔ未満か否かを判定する。

【0036】

開時間Ｔ１～Ｔ３の全てがタイムアウト時間Ｔｏｕｔ未満である場合には、制御部５０は実施の形態１と同様にステップＳ２において開時間Ｔ１～Ｔ３の平均開時間Ｔａｖｅを算出し、その後は実施の形態１と同様にステップＳ３～Ｓ８の動作を実施する。

【0037】

また、ステップＳ９において開時間Ｔ１～Ｔ３のうち少なくとも１つがタイムアウト時間Ｔｏｕｔ以上である場合には、この条件に該当するインジェクタは、開弁はされていても水素ガス噴射量が極端に低下しているか又は開弁不能な閉故障の状態であると考えられる。そのため、ステップＳ１０において制御部５０は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５のうち該当するインジェクタを閉故障により使用できないインジェクタであると判定して、その後は該当するインジェクタの使用を中止する制御を行い、インジェクタ閉故障検知動作を終了する。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0038】

このように、本実施の形態２に係る燃料電池システム１の制御部５０は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３が所定のタイムアウト時間Ｔｏｕｔ以上である場合に、該インジェクタをその後閉弁した状態で維持する。このため、水素ガス噴射量が極端に低下しているか又は開弁不能な閉故障の状態であるインジェクタが存在する場合に、燃料電池システム１の動作を停止させることができる。

【0039】

なお、本実施の形態２の燃料電池システム１は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃのうち１個又は２個のインジェクタの水素ガス噴射量が極端に低下しているか又は開弁不能な閉故障の状態である場合に、該インジェクタの使用を中止した状態で、残りのインジェクタにより燃料噴射を継続して燃料電池スタック２０に水素ガスを供給することができる。

【0040】

また、本実施の形態２のステップＳ９において第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３が所定のタイムアウト時間Ｔｏｕｔ未満である場合であっても、ステップＳ４において、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３と平均開時間Ｔａｖｅとの差が閾値時間差Ｔｔｈ以上である場合には、ステップＳ６において該当するインジェクタ３５の閉故障を検知する。これにより、水素ガス噴射量が極端に低下しているか又は開弁不能な閉故障の状態ではないが、水素ガス噴射量が低下している閉故障の状態のインジェクタ３５を、使用を継続しつつ閉故障を検知して、燃料電池システム１の停止時又はメンテナンス時に該当するインジェクタ３５を修理又は交換することが可能である。

【0041】

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３の燃料電池システムについて説明する。本実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態１に対してインジェクタの閉故障判定を各インジェクタの開時間に対する所定の閾値時間により判定するものである。
図５は、本実施の形態３の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部５０が第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３を測定する。次に、制御部５０はステップＳ３において判定対象を第１インジェクタ３５ａとし、ステップＳ４ａにおいて、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１が、予め決められた閾値時間Ｔｔｈ２未満であるかを判定する。

【0042】

ステップＳ４ａにおいて、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１が閾値時間Ｔｔｈ２未満である場合には、第１インジェクタ３５ａの測定圧力Ｐが初期値である下限圧力値Ｌから目標値である目標圧力値Ｈまで昇圧する時間が十分に短いため、ステップＳ５において制御部５０は第１インジェクタ３５ａが正常なインジェクタであると判定する。

【0043】

一方、ステップＳ４ａにおいて、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔ１が閾値時間Ｔｔｈ２以上である場合には、第１インジェクタ３５ａは水素ガス噴射量が低下している閉故障の状態にあるため、ステップＳ６において制御部５０は、第１インジェクタ３５ａが閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。

【0044】

同様に、ステップＳ４ａにおいて制御部５０は第２インジェクタ３５ｂの開時間Ｔ２が予め決められた閾値時間Ｔｔｈ２未満であるかと、第３インジェクタ３５ｃの開時間Ｔ３が予め決められた閾値時間Ｔｔｈ２未満であるかを判定し、この判定結果に応じて制御部５０は該当するインジェクタをステップＳ５において正常なインジェクタであると判定するか、ステップＳ６において閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0045】

このように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１は、燃料電池スタック２０と、燃料電池スタック２０に燃料ガスを供給する第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃと、制御部５０と、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃが設けられた水素供給管３２内の第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃよりも下流側の圧力を測定する圧力センサ３９と
を有する。制御部５０は、圧力センサ３９が測定した水素供給管３２内の圧力が、下限圧力値Ｌに到達した後に第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃを開弁し、水素供給管３２内の圧力が目標圧力値Ｈに到達した後に第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃを閉弁する噴射制御を行い、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開弁から閉弁までの開時間Ｔ１～Ｔ３を計測し、開時間Ｔ１～Ｔ３が閾値時間Ｔｔｈ２以上である場合に第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障を検知する。このため、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３の平均開時間Ｔａｖｅを算出することなく、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障検知を実施することが可能である。

【0046】

また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃが並列に複数設けられ、制御部５０は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃに対して順次噴射制御を行うため、例えば本実施の形態３では第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの合計３個設けられているように、複数設けられているインジェクタについて開故障検知を個々に実施することが可能である。

【0047】

なお、本実施の形態３では、燃料電池システム１のインジェクタ３５は第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃのインジェクタを含んでいたが、少なくとも１個のインジェクタが含まれていればよい。

【0048】

また、本実施の形態３の燃料電池システム１に、実施の形態２の第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間Ｔ１～Ｔ３が所定のタイムアウト時間Ｔｏｕｔ以上である場合に、該インジェクタをその後閉弁した状態で維持する制御を導入してもよい。

【0049】

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４の燃料電池システムについて説明する。本実施の形態４の燃料電池システムは、実施の形態１に対してインジェクタの閉故障判定を、各インジェクタが同じ開時間燃料を噴射したときの圧力上昇値により行うものである。
図６は、第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃの燃料噴射動作を示すタイムチャートである。第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃの動作について図６を参照してより詳細に説明すると、燃料電池システム１（図１参照）の運転開始時には第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃは図２の符号Ｃで示すように閉弁状態である。このときの、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐは、初期値である下限圧力値Ｌである。

【0050】

次に、制御部５０により第１インジェクタ３５ａが図２の符号Ｏで示すように開弁する開弁するように指令され、水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。開時間Ｔａの経過後、制御部５０により第１インジェクタ３５ａが閉弁するように指令され、水素ガスの噴射が停止する。制御部５０は、このときの測定圧力Ｐの値である測定圧力Ｐ１を記録する。

【0051】

次に、時間経過により測定圧力Ｐが下限圧力値Ｌまで低下したときに、制御部５０より第２インジェクタ３５ｂが符号Ｏで示すように開弁するように指令され、水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。開時間Ｔａの経過後、制御部５０により第２インジェクタ３５ｂが閉弁するように指令され、水素ガスの噴射が停止する。制御部５０は、このときの測定圧力Ｐの値である測定圧力Ｐ２を記録する。

【0052】

次に、時間経過により測定圧力Ｐが下限圧力値Ｌまで低下したときに、制御部５０より第３インジェクタ３５ｃが符号Ｏで示すように開弁するように指令され、水素ガスの噴射を開始する。噴射開始後には、圧力センサ３９により測定される水素供給管３２内の測定圧力Ｐが上昇する。開時間Ｔａの経過後、制御部５０により第３インジェクタ３５ｃが閉弁するように指令され、水素ガスの噴射が停止する。制御部５０は、このときの測定圧力Ｐの値である測定圧力Ｐ３を記録する。

【0053】

図７は、本実施の形態４の燃料電池システム１のインジェクタ閉故障検知動作を示すフローチャートである。上記の通り第１インジェクタ３５ａ～第３インジェクタ３５ｃが水素ガスを順次噴射して燃料電池スタック２０（図１参照）に供給しているときに、ステップＳ１ｂにおいて制御部５０は第１インジェクタ３５ａ噴射時の測定圧力Ｐ１、第２インジェクタ３５ｂの噴射時の測定圧力Ｐ２及び第３インジェクタ３５ｃの噴射時の測定圧力Ｐ３を測定する。

【0054】

次に、ステップＳ２ｂにおいて、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの測定圧力Ｐ１、第２インジェクタ３５ｂの測定圧力Ｐ２及び第３インジェクタ３５ｃの測定圧力Ｐ３の平均測定圧力Ｐａｖｅを算出する。

【0055】

次に、ステップＳ３及びステップＳ４ｂにおいて、制御部５０は第１インジェクタ３５ａの測定圧力Ｐ１と平均測定圧力Ｐａｖｅとの差が、予め決められた閾値圧力Ｐｔｈ未満であるかを判定する。

【0056】

このとき、第１インジェクタ３５ａに閉故障が発生している場合には、水素ガス噴射量が低下するため、同じ開時間Ｔａにおける測定圧力Ｐが正常なインジェクタよりも小さくなる。

【0057】

ステップＳ４ｂにおいて、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔａにおける測定圧力Ｐ１と平均測定圧力Ｐａｖｅとの差が閾値圧力Ｐｔｈ未満である場合には、第１インジェクタ３５ａは開時間Ｔａにおいて測定圧力Ｐが十分に昇圧しているため、制御部５０はステップＳ４ｂにおいて第１インジェクタ３５ａが正常なインジェクタであると判定する。

【0058】

一方、ステップＳ４ｂにおいて、第１インジェクタ３５ａの開時間Ｔａにおける測定圧力Ｐ１と平均測定圧力Ｐａｖｅとの差が閾値圧力Ｐｔｈ以上である場合には、第１インジェクタ３５ａは水素ガス噴射量が低下している閉故障の状態にあるため、制御部５０はステップＳ６ｂにおいて、第１インジェクタ３５ａを閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。

【0059】

同様に、ステップＳ４ｂにおいて制御部５０は、第２インジェクタ３５ｂの測定圧力Ｐ２と平均測定圧力Ｐａｖｅとの差が予め決められた閾値圧力Ｐｔｈ未満であるかと、第３インジェクタ３５ｃの測定圧力Ｐ３と平均測定圧力Ｐａｖｅとの差が予め決められた閾値圧力Ｐｔｈ未満であるかを判定し、この判定結果に応じて制御部５０は該当するインジェクタをステップＳ５ｂにおいて正常なインジェクタであると判定するか、ステップＳ６ｂにおいて閉故障が発生しているインジェクタであると判定する。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0060】

このように、本実施の形態４に係る燃料電池システム１は、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの開時間を一定の開時間Ｔａとして、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの測定圧力Ｐ１～Ｐ３と平均測定圧力Ｐａｖｅを得ることにより、第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの閉故障検知を実施することが可能である。

【0061】

なお、本発明の実施の形態１の閾値時間差Ｔｔｈ、本発明の実施の形態２のタイムアウト時間Ｔｏｕｔ、本発明の実施の形態３の閾値時間Ｔｔｈ２、本発明の実施の形態４の開時間Ｔａ及び閾値圧力Ｐｔｈは、それぞれ燃料電池システム１の設計、実験及び第１～第３インジェクタ３５ａ～３５ｃの基準流量等により予め決められた任意の値である。

【符号の説明】

【0062】

２０ 燃料電池スタック、３２ 水素供給管（燃料供給流路）、３５ インジェクタ、３５ａ 第１インジェクタ、３５ｂ 第２インジェクタ、３５ｃ 第３インジェクタ、３９ 圧力センサ（圧力測定部）、５０ 制御部、Ｈ 目標圧力値（第２圧力値）、Ｌ 下限圧力値（第１圧力値）、Ｐ 測定圧力、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 開時間、Ｔａｖｅ 平均開時間、Ｔｏｕｔ タイムアウト時間、Ｔｔｈ 閾値時間差、Ｔｔｈ２ 閾値時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】