以下、添付図面を参照して、本発明に係� ��燃料電池システムおよび燃料電池の起動方� ��の好適な実施形態について説明する。本実� ��形態では、本発明に係る燃料電池システム� ��燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車 載発電システムとして用いた場合について説 明する。

 本発明に係る燃料電池システムは、燃料� ��池を起動させるときに、燃料電池に燃料ガ� ��の供給が開始されてから酸化ガスの供給が� ��始されるまでの間に、燃料ガス漏れの有無� ��判定させることによって、簡易な構成で、� ��度良くガス漏れの有無を判定させる点に特� ��がある。燃料電池を起動させるときとして� ��、例えば、エンジンの始動時や、間欠運転� ��ードから通常運転モードに復帰するときが� ��当する。つまり、燃料電池への反応ガス(酸 化ガスおよび燃料ガス)の供給が停止または� �止している状態から反応ガスの供給が開始� �たは再開されるときが該当する。

 まず、図1を参照して、本実施形態におけ る燃料電池システムの構成について説明する 。図1は、本実施形態における燃料電池シス� �ムを模式的に示した構成図である。

 同図に示すように、燃料電池システム1は 、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスの 供給を受けて電気化学反応により電力を発生 する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を� �料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料 ガスとしての水素を燃料電池2に供給する水� �ガス配管系4と、システム全体を統括制御す� ��制御部5とを有する。

 燃料電池2は、反応ガスの供給を受けて発 電する複数の単セルを積層したスタック構造 により構成される。燃料電池2で発電された� �流電力の一部は、DC/DCコンバータ91によって� ��圧され、二次電池92(バッテリー)に充電され る。トラクションインバータ93は、燃料電池2 と二次電池92の双方またはいずれか一方から� ��給される直流電力を交流電力に変換し、ト� ��クションモータ94に交流電力を供給する。� �料電池2には、発電中の電流を検出する電流� ��ンサ21が取り付けられている。

 酸化ガス配管系3は、フィルタ30を介して� ��気中の酸化ガスを取り込んで圧縮してから� ��出するコンプレッサ31(酸化ガス供給源)と、 酸化ガスを燃料電池2に供給するための空気� �給流路32と、燃料電池2から排出された酸化� �フガスを排出するための空気排出流路33とを 有する。空気供給流路32および空気排出流路3 3には、コンプレッサ31から圧送された酸化ガ スを燃料電池2から排出された酸化オフガス� �用いて加湿する加湿器34が設けられている。 この加湿器34で水分交換等された酸化オフガ� ��は、最終的に排ガスとしてシステム外の大� ��中に排気される。

 水素ガス配管系4は、高圧(例えば、70MPa)� �水素ガスを貯留した燃料供給源としての水� �タンク40と、水素タンク40の水素ガスを燃料� ��池2に供給するための燃料供給流路としての 水素供給流路41と、燃料電池2から排出された 水素オフガスを水素供給流路41に戻すための� ��環流路42とを有する。なお、水素ガス配管� �4は、本発明における燃料供給系の一実施形� ��である。本実施形態における水素タンク40� �代えて、例えば、水蒸気を利用して炭化水� �系燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する� �質器と、この改質器で改質された燃料ガス� �高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと� �燃料供給源として採用することができる。� �た、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供� �源として採用することもできる。

 水素供給流路41には、水素タンク40からの 水素ガスの供給を遮断または許容する主止弁 43(弁)と、水素ガスの圧力を予め設定した二� �圧に調圧するレギュレータ44と、水素供給流 路41から燃料電池2への水素ガスの供給を遮断 または許容する第一遮断弁45(弁)とが設けら� �ている。また、第一遮断弁45の下流側には、 水素供給流路41内の水素ガスの圧力を検出す� ��圧力センサP1が設けられている。

 循環流路42には、燃料電池2から循環流路4 2への水素オフガスの流出を遮断または許容� �る第二遮断弁46(弁)と、循環流路42内の水素� �フガスを加圧して水素供給流路41側へ送り出 す水素ポンプ47とが設けられている。また、� ��環流路42には、気液分離器48及び排気排水弁 49を介して排出流路50が接続されている。気� �分離器48は、水素オフガスから水分を回収す る。排気排水弁49は、制御部5からの指令に従 って、気液分離器48で回収された水分と循環� ��路42内の不純物を含む水素オフガスとを排� �(パージ)する。排気排水弁49から排出された� ��素オフガスは、希釈器51によって希釈され� �空気排出流路33内の酸化オフガスと合流する 。

 制御部5は、燃料電池車両に設けられた加 速操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、� ��速要求値(例えば、トラクションモータ94等� ��電力消費装置からの要求発電量)等の制御情 報を受けて、システム内の各種機器の動作を 制御する。なお、電力消費装置には、トラク ションモータ94の他に、例えば、燃料電池2を 作動させるために必要な補機装置(例えばコ� �プレッサ31や水素ポンプ47のモータ等)、車両 の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制� �装置、操舵装置、懸架装置等)で使用される� ��クチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコ ン)、照明、オーディオ等が含まれる。

 制御部5は、燃料電池2が起動されるとき� �、燃料電池2に水素ガスを供給させてガス漏� ��の有無を判定し、この判定が終了してから� ��化ガスを燃料電池2に供給させる「燃料電池 の起動処理」を制御する。具体的には、まず 、燃料電池2が起動されるときに、主止弁43を 開いて水素タンク40から燃料電池2への水素ガ スの供給を開始させる。続いて、水素ガス配 管系4におけるガス漏れ判定処理(後述)を実行 する。このガス漏れ判定処理の結果、ガス漏 れが発生していないと判定された場合に、コ ンプレッサ31を起動させて燃料電池2への酸化 ガスの供給を開始させる。これにより、燃料 電池システム1の運転が開始される。

 ここで、燃料電池2を起動させる手順とし ては、本実施形態で採用する水素ガスの供給 を開始してから酸化ガスの供給を開始させる 手順の他に、酸化ガスの供給を開始してから 水素ガスの供給を開始させる手順や、酸化ガ スと水素ガスの供給を同時に開始させる手順 もある。しかしながら、これらの手順では、 水素ガスの供給を開始した直後に燃料電池2� �発電が行われるため、燃料電池2内に電流が� ��生し、燃料電池2に供給された水素ガスが消 費されてしまう。したがって、これらの手順 で燃料電池2を起動させてガス漏れの有無を� �定する場合には、水素ガスの消費量を考慮� �なければならない。

 これに対して、本実施形態における制御� ��5は、燃料電池2が起動されるときに、水素� �スの供給を開始させてから酸化ガスの供給� �開始させ、さらに、水素ガスの供給開始か� �酸化ガスの供給開始までの間にガス漏れの� �無を判定している。水素ガスの供給開始か� �酸化ガスの供給開始までの間は、燃料電池2� ��発電が行われないため、燃料電池2内に電流 が発生しない。つまり、本実施形態における 燃料電池システム1では、燃料電池2の起動時� ��ガス漏れの有無を判定する際に、水素ガス� ��消費量を考慮する必要がなく、これにより� ��度の高いガス漏れ判定を行うことが可能と� ��る。

 前述したガス漏れ判定処理としては、従� ��の燃料電池システムで採用されている各種� ��ガス漏れ判定処理を適用することができる� ��例えば、以下のガス漏れ判定処理を適用す� ��ことができる。まず、第一遮断弁45および� �二遮断弁46を閉じることで第一遮断弁45と第� ��遮断弁46との間で形成される閉空間の圧力� �化を圧力センサP1によって検出させ、この検 出結果を用いてガス漏れ量を測定する。そし て、測定したガス漏れ量が、予め登録されて いる閾値よりも大きい場合には、水素ガス配 管系4で水素ガスのガス漏れが発生している� �判定する。一方、ガス漏れ量が、予め登録� �れている閾値以下である場合には、水素ガ� �配管系4で水素ガスのガス漏れが発生してい� ��いと判定する。

 ここで、制御部5は、物理的には、例えば 、CPUと、CPUで処理される制御プログラムや制 御データを記憶するROMやHDDと、主として制御 処理のための各種作業領域として使用される RAMと、入出力インターフェースとを有する。 これらの要素は、互いにバスを介して接続さ れている。入出力インターフェースには、圧 力センサP1等の各種センサが接続されている� ��ともに、コンプレッサ31、主止弁43、第一遮 断弁45、第二遮断弁46、水素ポンプ47および排 気排水弁49等を駆動させるための各種ドライ� ��が接続されている。

 CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに� ��って、入出力インターフェースを介して圧� ��センサP1での検出結果を受信し、RAM内の各� �データ等を用いて処理することで、水素ガ� �配管系4におけるガス漏れの有無を判定する� ��また、CPUは、入出力インターフェースを介� ��て各種ドライバに制御信号を出力すること� ��より、燃料電池システム1全体を制御する。

 次に、図2に示すフローチャートを用いて 、本実施形態における燃料電池2の起動処理� �ついて説明する。

 まず、例えば、イグニッションスイッチ� ��オンになったときや、間欠運転時に所定の� ��帰条件を満たしたときに、制御部5は、燃料 電池2の起動要求を受信する(ステップS1)。続� ��て、制御部5は、主止弁43を開いて水素タン� ��40から燃料電池2への水素ガスの供給を開始� ��せる(ステップS2)。

 続いて、制御部5は、水素ガス配管系4に� �けるガス漏れ判定処理を実行する(ステップS 3)。このガス漏れ判定処理において、ガス漏� ��が発生していると判定された(ステップS4;YES )場合に、制御部5は、ガス漏れ警報を出力し� ��燃料電池2の起動を中止させる(ステップS5)� �

 一方、上記ガス漏れ判定処理において、� ��ス漏れが発生していないと判定された(ステ ップS4;NO)場合に、制御部5は、コンプレッサ31 を起動させて燃料電池2への酸化ガスの供給� �開始させ(ステップS6)、燃料電池2の運転を継 続させる(ステップS7)。

 なお、上述した燃料電池の起動処理では� ��ガス漏れが発生していると判定された(ステ ップS4;YES)場合に、燃料電池2の起動を中止さ� ��ているが、必ずしも起動を中止させる必要� ��ない。例えば、ガス漏れ量に応じた点検処� ��等を実行し、燃料電池2を起動・運転するた めの所定項目の確認を行ったうえで、問題が なければ燃料電池2の運転を継続させること� �してもよい。

 上述してきたように、実施形態における� ��料電池システム1によれば、燃料電池2を起� �させるときに、燃料電池2に水素ガスの供給� ��開始されてから酸化ガスの供給が開始され� ��までの間に、ガス漏れの有無を判定させる� ��とができる。つまり、燃料電池2で水素ガス が消費される前に、ガス漏れの有無を判定さ せることができる。したがって、燃料電池2� �の水素ガスの消費量を考慮することなくガ� �漏れの有無を判定させることができるため� �簡易な構成で、精度良くガス漏れの有無を� �定させることが可能となる。

 なお、上述した実施形態においては、本� ��明に係る燃料電池システムを燃料電池車両� ��搭載した場合について説明しているが、燃� ��電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶 、航空機等)にも本発明に係る燃料電池シス� �ムを適用することができる。また、本発明� �係る燃料電池システムを、建物(住宅、ビル� ��)用の発電設備として用いられる定置用発電 システムに適用することもできる。