燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种燃料电池系统，具体涉及到一种检测供给到燃 料电池的氢气泄漏的技术。
背景技术：
在向燃料电池供给氢气和氢气以进行发电的燃料电池系统中，为 了提高其安全性，对检知向燃料电池阳极供给的氢气的泄漏的技术进 行了各种研究。
例如，在特开2003-148252号公报所述的技术中，根据相当于由 燃料电池发电而消耗的氢气量及从燃料电池排出的未利用的氢气量的 和的总氢气量，推测氢气供给流路内的压力下降量，通过比较该推测 量及由压力传感器实测的压力下降量，检知氢气供给流路内的氢气泄漏。
此外，作为检测氢气泄漏的公知技术，还包括特开平11-108730 号公报、特开2003-308868号公报、特开2003-308866号公报等。
在这种氢气供给流路中， 一般具有用于对从氢气罐供给的高压氢 气进行减压的调压阀。在燃料电池的发电中，在调压阀的上游侧和下 游侧压力状态不同，因此根据氢气泄漏的发生场所的不同，有时难于 通过压力传感器检测出氢气的压力下降量。例如，在调压阀的上游侧 设有压力传感器、在调压阀的下游侧产生氢气泄漏时，伴随下游侧发 生氢气泄漏的压力变化被调压阀妨碍，难于通过调压阀上游侧设置的 传感器高精度地检测其变化。这是因为，调压阀下游侧的氢气泄漏继 续进行使调压阀的下游侧的压力下降一定压力以上，调压阀无法变为 打开状态时，下游侧的影响无法传递至上游侧。

发明内容
鉴于以上情况，本发明要解决的课题是，即使是在氢气供给流路 中设有调压阀的燃料电池系统，也可高精度地进行氢气泄漏的检测。
鉴于上述课题，本发明的燃料电池系统具有以下构造。即， 一种 具有燃料电池的燃料电池系统，其具有以下各单元中至少任意一个单 元
氢气供给单元，向上述燃料电池供给氢气； 氢气供给流路，连接上述氢气供给单元和上述燃料电池； 截止阀，截止从上述氢气供给单元向上述氢气供给流路的氢气供
々A
调压阀，设置在上述氢气供给流路中，对从上述氢气供给单元供 给的氢气进行减压；
状态量检测单元，作为上述氢气供给流路内的氢气的状态量，检 测出压力及流量中的至少一个状态量；
状态控制单元，使上述燃料电池系统为可检知泄漏状态，该状态 是关闭上述截止阀，并且打开上述调压阀，保持为非调压状态；和
泄漏检知单元，在上述可检知泄漏状态下，通过分析由上述状态 量检测单元检测出的上述状态量的举动，检知上述氢气供给单元下游 侧所发生的氢气泄漏。
根据这种构造的本发明的燃料电池系统，在将调压阀保持为打开 状态以成为非调压状态的基础上进行氢气泄漏的检测，因此即使氢气 泄漏发生在隔着调压阀的状态量检测单元的相反侧，也可高精度地检 测伴随该泄漏的压力变化、流量变化。因此可高精度地进行氢气泄漏 的检测。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述状态量检测单元是检测流量而作为上述氢气的状态量的单
元；
上述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个 在上述可检知泄漏状态下，作为上述举动，
当由上述状态量检测单元检测出上述氢气向下游方向流动时，判 断为在上述状态量检测单元下游侧发生氢气泄漏的单元；和
当由上述状态量检测单元检测出上述氢气向上游方向流动时，判 断为在上述状态量检测单元上游侧发生氢气泄漏的单元。
如果是这种构造，则可根据伴随氢气泄漏的流量变化，推测发生 氢气泄漏的位置。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述状态量检测单元是检测压力而作为上述氢气的状态量的单
元；
上述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个 在上述可检知泄漏状态下，作为上述举动，
当由上述状态量检测单元检测出上述压力上升时，检知从上述关 闭后的截止阀向上述氢气供给流路内发生氢气泄漏的单元；和
当由上述状态量检测单元检测出上述压力下降时，检知在上述截 止阀下游侧发生氢气泄漏的单元。
如果是这种构造，则可根据伴随氢气泄漏的压力变化，推测发生 氢气泄漏的位置。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述状态量检测单元是同时检测上述流量和上述压力而作为上述 氢气的状态量的单元；
上述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个
在上述可检知泄漏状态下，作为上述举动，
当由上述状态量检测单元检测出上述压力上升并且上述氢气向下 游方向流动时，判断为从上述截止阀向上述氢气供给流路内发生氢气 泄漏的单元；
当由上述状态量检测单元检测出上述压力上升并且上述氢气向上 游方向流动时，判断为上述状态量检测单元发生异常的单元；
当由上述状态量检测单元检测出上述压力下降并且上述氢气向下 游方向流动时，判断为在上述流量检测单元下游侧发生氢气泄漏的单 元；和
当由上述状态量检测单元检测出上述压力下降并且上述氢气向上 游方向流动时，判断为在上述流量检测单元上游侧发生氢气泄漏的单 元。
如果是这种构造，则可根据伴随氢气泄漏的流量变化和压力变化 的组合，推测发生氢气泄漏的位置。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述状态量检测单元是检测上述流量而作为上述氢气的状态量的
单元，
上述泄漏检知单元具有以下单元作为上述举动，当由上述状态 量检测单元检测出的流量大于从阳极透过上述燃料电池内的电解质膜 而到达阴极的标准氢气流量时，判断为发生氢气泄漏的单元。
如果是这种构造，则可考虑氢气从阳极透过燃料电池内的电解质 膜到达阴极的交叉泄漏(cross leak)现象而检测氢气泄漏的发生。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述泄漏检知单元，测量从上述状态控制单元关闭上述截止阀到 上述调压阀打开而变为非调压状态的时间，作为上述举动； 上述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个-当该时间比未发生氢气泄漏时所需的标准时间短时，判断为发生氢气泄漏的单元；和
当该时间比上述标准时间长时， 上述氢气供给流路的单元。
说明书第5/29页
判断为氢气从上述截止阀泄漏到
如果是这种构造，则可根据调压阀打开变为非调压状态为止所需 的时间，推测氢气泄漏的发生位置。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述状态量检测单元是检测上述流量而作为上述氢气的状态量的
单元；
上述泄漏检知单元具有以下单元求出上述调压阀打开而变为非 调压状态以后的上述流量的时间变化率，作为上述举动；当该时间变 化率小于未发生氢气泄漏时的标准时间变化率时，判断为发生氢气泄 漏的单元。
如果是这种构造，则可根据调压阀全开以后的氢气流量的时间变 化率，检测氢气泄漏的发生。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
具有压力传感器，检测上述调压阀下游侧的上述氢气供给流路中 的氢气压力；
上述状态控制单元，在打开上述截止阔而向上述氢气供给流路供 给氢气后，当由上述压力传感器检测出的上述调压阀下游侧的压力达 到上述调压阀打开而维持非调压状态的预定目标值时，关闭上述截止 阀，从而使上述燃料电池系统为上述可检知泄漏状态。
如果是这种构造，则可在系统起动时等使截止阀打开的定时下， 使调压阀为打开状态，进行氢气泄漏的检测。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
具有压力传感器，检测上述调压阀下游侧的上述氢气供给流路中 的氢气压力；
上述状态控制单元，在关闭上述截止阀后，消耗上述氢气供给流 路内存在的氢气，直至由上述压力传感器检测出的上述调压阀下游侧 的压力达到上述调压阀打开而维持非调压状态的预定目标值，从而使 上述燃料电池系统为上述可检知泄漏状态。
如果是这种构造，则可在系统停止时、间歇运转时等关闭截止阀 的定时下，使调压阀为打开状态，进行氢气泄漏的检测。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
具有下游侧压力传感器，检测上述调压阀下游侧的上述氢气供 给流路中的氢气压力；和
上游侧压力传感器，检测上述调压阀上游侧的上述氢气供给流路 中的氢气压力；
上述状态控制单元，在关闭上述截止阀后，消耗上述氢气供给流 路内存在的氢气，直至由上述下游侧压力传感器检测出的压力与由上 述上游侧压力传感器检测出的压力达到相同压力，从而使上述调压阀 打开，使上述燃料电池系统为上述可检知泄漏状态。
如果是这种构造，则可通过使调压阀的上游侧和下游侧的压力相 同，使调压阀为打开状态，进行氢气泄漏的检测。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述泄漏检知单元具有通过由上述燃料电池进行发电而消耗上述 氢气的单元，并且具有通过从上述燃料电池排出上述氢气而消耗上述
氢气的单元。
如果是这种构造，则在调压阀下游侧的氢气压力较高时，也可降 低其压力并使调压阀打开。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
上述调压阀是能够根据来自外部的控制而直接调整开度的可变调
压阀；
上述状态控制单元通过控制上述调压阀使上述调压阀打开而保持 非调压状态。
如果是这种构造，则不用进行氢气消耗就可使调压阀打开。 在上述构造的燃料电池系统中也可是，
在上述氢气供给流路中，在上述截止阀和上述状态量检测单元之 间，连接暂时贮存从上述氢气供给单元供给的氢气的缓冲箱。
如果是这种构造，则在截止阀关闭后氢气也从缓冲箱供给氢气供 给流路，因此可有时间进行氢气泄漏的检测，提高其检测精度。
在上述构造的燃料电池系统中也可是，
作为上述调压阀，在上述氢气供给流路内的不同部位，从下游侧 开始依次设有第一调压阀和第二调压阀；
还具有设置在上述第一调压阀和第二调压阀之间的第二截止阀；
上述状态量检测单元设置在上述第二截止阀和上述第二调压阀之
间；
上述状态控制单元，在关闭上述截止阀并使上述第一调压阀和第 二调压阀保持打开状态之后，通过关闭上述第二截止阀，使上述燃料 电池系统为可检知泄漏状态；
上述泄漏检知单元具有以下单元根据由上述状态量检测单元检 测出的上述状态量，检知从上述氢气供给单元通过上述截止阀而泄漏 到上述氢气供给流路内的氢气的单元。
如果是这种构造，则可利用二个调压阀之间设置的状态量捡测单
元检测来自截止阀的氢气泄漏。上述位置上设置的状态量检测单元不 苛求耐压性能，因此可采用精度较高的传感器，高精度地检测来自截 止阀的氢气泄漏。
并且，本发明也可构成如下燃料电池系统。即， 一种具有燃料电 池的燃料电池系统，其具有
氢气供给单元，向上述燃料电池供给氢气； 氢气供给流路，连接上述氢气供给单元和上述燃料电池；
截止阀，截止从上述氢气供给单元向上述氢气供给流路的氢气供
给；
调压阀，设置在上述氢气供给流路中，对由上述氢气供给单元供 给的氢气进行减压；
状态量检测单元，检测压力及流量中的至少一个而作为上述氢气 供给流路内的氢气的状态量；
状态控制单元，使上述燃料电池系统为可检知泄漏状态，该状态 是关闭上述截止阀，并且打开上述调压阀，使该调压阀的上游侧和 下游侧的压力状态相同；和
泄漏检知单元，在上述可检知泄漏状态下，通过分析由上述状态 量检测单元检测出的上述状态量的举动，检知在上述氢气供给单元下 游侧所发生的氢气泄漏。
如果是这种构造的燃料电池系统，则可使调压阀的上游恻和下游 侧为相同压力状态，因此即使氢气泄漏发生在隔着调压阀的位置，伴 随该泄漏的压力变化、流量变化也可迅速地传递到状态量检测单元。 因此，可高精度地检测氢气泄漏。
并且，本发明也可以是一种燃料电池系统中的氢气泄漏的检测方法。


图1是表示作为本发明的第一实施例的燃料电池系统100的整体 构造的说明图。
图2是燃料电池系统100起动时控制计算机400执行的异常检知
程序的流程图。
图3是表示异常判断表的一个例子的说明图。
图4是表示图2所示的异常检知程序的其他方式的流程图。
图5是燃料电池系统100停止时控制计算机400执行的异常检知
程序的流程图。
图6是调压阀210为可变调压阀时的异常检知程序的流程图。 图7是表示作为第二变形例的燃料电池系统100b的整体构造的说 明图。
图8是表示作为第三变形例的燃料电池系统100c的整体构造的说 明图。
图9是用于检测主停气阀泄漏的异常检知程序的流程图。
图10是表示作为第二实施例的燃料电池系统100d的整体构造的 说明图。 '
图11是表示在燃料电池系统100d中未发生氢气泄漏的正常状态 下的各状态量的变化的说明图。
图12是表示在氢气流量计300的下游侧发生氢气泄漏时的氢气流 量变化的说明图。
图13是表示在氢气流量计300的上游侧发生氢气泄漏时的氢气流 量变化的说明图。
图14是在第二实施例中燃料电池系统100d停止时执行的异常检 知程序的流程图。
图15是表示燃料电池系统100d停止时执行的异常检知程序的其 他方式的流程图。
具体实施例方式
以下为了进一步明确上述本发明的作用、效果，根据实施例按以 下顺序说明本发明的实施方式
A. 第一实施例-
(Al)燃料电池系统的整体构造；
(A2)系统起动时的异常检知处理；
(A3)系统起动时的异常检知处理的其他方式；
(A4)系统停止时的异常检知处理；
(A5)第一实施例的变形例；
B. 第二实施例
(Bl)燃料电池系统的整体构造；
(B2)系统停止时的异常检知处理；
(B3)系统停止时的异常检知处理的其他方式。
A.第一实施例 (Al)燃料电池系统的整体构造
图1是表示作为本发明的第一实施例的燃料电池系统100的整体 构造的说明图。如图所示，本实施例的燃料电池系统100搭载于车辆 90，具有通过氢气与氧的电气化学反应进行发电的燃料电池10;贮 存高压状态的氢气的氢气罐20;向燃料电池10供给空气的气体压縮机 30;通过由燃料电池10发电的电力充电的二次电池40;通过由燃料电
池10发电的电力、来自二次电池40的电力驱动车轴55的马达50;进 行燃料电池系统100、车辆卯的运转控制的控制计算机400等。
燃料电池IO是固体高分子电解质型的燃料电池，具有层积多个作 为构成单位的单电池(未图示)的堆叠构造。各单电池隔着电解质膜 配置氢极(以下称为阳极)和氧极(以下称为阴极)。通过向各单电 池的阳极侧供给氢气、向阴极侧供给含有氧的空气，进行电气化学反 应，产生电动势。燃料电池10产生的电力供给与燃料电池10连接的 二次电池40、马达50。
气体压縮机30通过空气供给流路34连接到燃料电池IO的阴极，
向燃料电池IO的阴极侧供给空气。供于电气化学反应后的空气(阴极 废气)通过阴极废气流路36排出到外部。
氢气罐20中贮存具有数十MPa压力的高压氢气。该氢气罐20相 当于发明内容所述的氢气供给单元，通过氢气供给流路24连接到燃料 电池10的阳极。氢气箱20和氢气供给流路24之间设有主停气阀200。 该主停气阀200相当于发明内容所述的截止阀，通过控制计算机400 控制其开关。主停气阀200通过所述控制，在变为打开状态时，从氢 气箱200通过氢气供给流路24向燃料电池10供给氢气，在变为关闭 状态时，截止氢气供给。在氢气供给流路24的流路中，按照接近氢气 罐20的顺序设有作为状态量检测单元的氢气流量计300、调压阀210。
从氢气罐20供给氢气供给流路24的高压的氢气通过调压阀210 减压为预定压力。该减压后的压力设定为适于燃料电池10的发电的压 力。在以下说明中，将通过调压阀210变为不同压力状态的氢气供给 流路24的区间分别如图所示称为低压部LS及高压部HS。在低压部 LS和高压部HS上，分别设置用于检测在对应区间流动的氢气压力的 压力传感器310、 330作为状态量检测单元。
氢气流量计300检测出在调压阀210的上游侧、即在高压部HS 流动的氢气的流量。氢气流量计300连接到控制计算机400。该氢气流 量计300在检测到向燃料电池IO侧(下游侧)的氢气流动时，输出正 的电压，在检测到向氢气箱20侧(上游侧)的氢气流动时，输出负的 电压。S卩，控制计算机400根据从氢气流量计300输入的电压的正负， 可判断氢气的流动方向。
燃料电池10的阳极侧的出口上连接阳极废气流路26。该阳极废 气流路26分支为二， 一个通过循环装置70连接到氢气供给流路24的 低压部LS，另一个通过排气阀240连接到阳极废气排出流路27。循环 装置70例如可使用喷射器、泵。阳极废气中，有时会残留未供于燃料
电池10的发电的氢气，用循环装置70使该阳极废气循环，再次供给 燃料电池IO，从而可有效地利用氢气。
排气阀240根据控制计算机400的控制，以预定的定时打开。由 于阳极废气中除了上述残留氢气外，还含有通过燃料电池10内的电解 质膜从阴极侧透过的空气中的氮、水分等杂质，因此需要定期将其排 出到外部。例如，控制计算机400根据燃料电池的发电量等推测阳极 废气中的杂质浓度，可调整使排气阀240打开的定时。
控制计算机400相当于发明内容所述的状态控制单元及泄漏检知 单元，具有CPU、 ROM、 RAM、输入输出端口。 ROM中贮存用于进 行下述异常检知处理的程序、用于控制车辆90、燃料电池系统100的 运转的程序。CPU将这些程序在RAM中扩展并执行。输入输出端口上 连接氢气流量计300、压力传感器310、 330等，并且也连接主停气陶 200、排气阀240、气体压縮机30、未图示的点火开关等。
(A2)系统起动时的异常检知处理
图2是通过点火开关的接通操作起动燃料电池系统100时控制计 算机400所执行的异常检知程序的流程图。该异常检知程序是为了检 测供给燃料电池10的氢气是否正从某处泄漏而执行的处理。
当执行该程序时，控制计算机400首先打开主停气阀20 (步骤 S100)，将氢气从氢气罐20供给至氢气供给流路24内。并且，通过 压力传感器310检测调压阀210的下游侧、即低压部LS的压力Pl (步 骤SllO)，判断检测出的压力P1是否达到预定目标值(步骤S120)。 该目标值是比调压阀210设定的设定压力小的值，调压阀210变为全 开，设定为保持非调压状态的值。
在上述步骤S120中，如果压力Pl未达到目标值(步骤S120: No) 时，使处理返回到上述步骤SllO，继续从氢气箱20供给氢气。另一方
面，如果压力Pl到达目标值(步骤S120: YES)，则关闭主停气阀
200和排气阀240 (步骤S130)。这样一来，调压阀210变为全开状态， 并且与燃料电池IO的阴极侧连接的配管变为关闭状态。这样一来，打 开调压阀210并保持为非调压状态，使阳极侧的配管为关闭状态，将 调压阀210的上游侧和下游侧变为相同压力状态称为"可检知泄漏状 态"。在可检知泄漏状态下，如果未发生氢气泄漏，则配管内的氢气 压力、流量不变化。而从燃料电池10的阳极侧氢气可能会通过燃料电 池10内的电解质膜透过到阴极侧(以下将现象称为"交叉泄漏")， 在本实施例中，假设这种交叉泄漏产生的泄漏是微量的，不考虑。
这样一来，控制计算机400在将系统设为可检知泄漏状态时，通 过氢气流量计300检测氢气的流量Q，并且通过压力传感器330检测 氢气供给流路24内的压力P3 (步骤SH0)。并且，根据检测出的流 量Q和压力P3的状态，参照预定的异常判断表，判断有无异常(步骤 S150)。此外，在上述步骤S140中，利用高压部HS的压力传感器330 检测氢气供给流路24内的压力，但由于调压阀210为全开，因此在低 压部LS和高压部HS中，压力状态相同。因此，也可利用低压部LS 的压力传感器310检测出氢气供给流路24内的压力。
图3是表示异常判断表的一个例子的说明图。如图所示，该异常 判断表中，根据可检知泄漏状态下的流量Q和压力P3的举动，预先设 定有无异常及异常位置。以下根据压力P3的可获得状况具体说明基于 所述异常判断表的异常判断方法。
(压力P3上升时) 控制计算机400检测出压力P3上升并且检测出向下游方向的流量 Q时，判断为氢气从主停气阀200相对氢气供给流路24泄漏(以下将 该现象称为"主停气阀泄漏")。并且，即使未检测出流量Q，如果 检测到压力P3的上升，则判断为发生了主停气阀泄漏。因为如果泄漏 量为微量，则存在通过氢气流量计300未检测到流量的情况。此外，
控制计算机检测到压力P3的上升并且检测到向上游方向的流量Q时， 判断为传感器异常。因为这种情况无法设想。并且，在上述异常检知
程序的步骤S140中省略了流量Q的检测时，如果检测出压力P3的上 升，则也可判断为发生了主停气阀泄漏。
(压力P3没有变化时) 控制计算机400在压力P3的值不变化、Q也基本为零时，判断为 未发生氢气泄漏等，没有异常。但是，虽然压力P3没有变化、但检测 到向下游方向的流量Q或向上游方向的流量Q时，由于这种情况无法 设想，因此判断为传感器发生异常。此外，在上述异常检知程序的步 骤S140中省略了流量Q的检测时，如果压力P3没有变化，则可判断 为没有异常。
(压力P3下降时) 检测到压力P3下降并检测到向下游方向的流量Q时，控制计算 机400判断为在氢气流量计300的下游侧发生泄漏。另一方面，检测 到压力P3下降并检测到向上游方向的流量Q时，则判断为在氢气流量 计300的上游侧发生泄漏。此外，虽然压力P3下降，但流量Q基本为 零时，则判断为在主停气阀200的下游的某个部位发生氢气泄漏。因 为当泄漏为微量时，有时无法检测到流量。并且，在上述异常检知程 序的步骤S140中省略了流量Q的检测时，如果检测到压力P3的下降， 则可判断为在主停气阀200的下游的某个部位发生氢气泄漏。
(省略压力P3的检测时) 在上述步骤S140中，省略压力P3的检测，仅通过流量Q判断泄 漏时，控制计算机400如果检测到向下游方向的流量Q，则判断为在 氢气流量计300的下游侧发生氢气泄漏，如果检测到向上游方向的流 量Q，则判断为在氢气流量计300的上游侧发生氢气泄漏。如果流量Q 基本为零，则判断为没有异常。
返回到图2进行说明。作为基于上述异常判断表的异常判断结果，
当控制计算机400判断为发生了异常时(步骤S160: YES)，通过向
测量仪器板显示警告、或发出警报音等，向操作者报告发生异常(步
骤S170)，结束异常检知程序。另一方面，当判断为没有异常时(步 骤S160: NO),通过打开主停气阀200 (步骤S180)，开始燃料电池 IO的发电，结束异常检知程序。
在以上说明的异常检知处理中，在向系统起动时的燃料电池10供^ 给氢气的过程中，在低压部LS内的氢气压力低于设定压力的阶段，由 于调压阀210全开，因此由调压阀210划分的低压部LS和高压部HS 的压力状态变得相同，如果在低压部LS侧发生伴随氢气泄漏的流量变 化、压力变化，则该影响立刻传递到高压部HS侧。因此，仅通过在调 压阀210的上游侧设置的氢气流量计300、压力传感器330就可高效地 检测在氢气罐20的下游侧所产生的氢气泄漏。
(A3)系统起动时的异常检知处理的其他方式 图4是表示图2所示的异常检知程序的其他方式的流程图。在图 2所示的异常检知程序中，在开始供给氢气后，在压力P1变为预定目 标值的阶段，关闭主停气阀200和排气阀240进行异常判断，但在图4 所示的程序中，直到压力Pl变为调压阀210的设定压力为止继续进行 氢气的供给，之后直到调压阀210变为全开的压力为止，降低压力P1， 进行异常判断。
当执行该程序时，控制计算机400首先打开主停气阀200 (步骤 S200)，将氢气供给氢气供给至流路24内。并且，通过压力传感器310 检测出调压阀210下游侧的压力P1 (步骤S210)，判断检测出的压力 Pl是否达到调压阀210设定的设定压力、即是否达到适于燃料电池10 的发电的压力(步骤S220)。该判断结果是压力P1未达到设定压力时 (步骤S220: NO)，处理也返回到上述步骤S210,继续进行氢气供 给。
在上述步骤S220中，当判断为压力Pl达到设定压力时(步骤 S220: YES)，控制计算机400关闭主停气阀200及排气阀240 (步骤 S230)，使阳极侧的配管成为关闭状态。在该阶段，由于压力P1达到 设.定压力，因此调压阀210关闭，氢气供给流路24的低压部LS和高 压部HS变为不同的压力状态。
接着，控制计算机400执行氢气消耗处理(步骤S240)。氢气消 耗处理是指消耗氢气供给流路24中存在的氢气的处理。具体而言，例 如通过燃料电池IO的发电、排气阀240的打开，可消耗氢气。
如果执行氢气消耗处理，控制计算机400检测低压部LS的压力 Pl (步骤S250)，判断检测出的压力P1是否下降到预定的目标值(步 骤S260)。该目标值和图2说明的目标值相同。即，是比调压阀210 设定的设定压力低的值，是调压阀210为全开且保持非调压状态的压 力值。在该步骤S260中，当判断为压力Pl未下降到目标值时(步骤 S260: NO)，处理返回到上述步骤S240，继续氢气消耗处理。
在上述步骤S260中，当判断压力Pl下降到目标值时(步骤S260: YES)，调压阀210变为全开而成为非调压状态，可判断为系统变为可 检知泄漏状态。接着，控制计算机400通过氢气流量计300检测氢气 的流量Q，并且通过压力传感器330检测高压部HS的压力(步骤S270)， 根据图3所示的异常判断表进行异常判断(步骤S280)。该判断结果 如果为存在异常时(步骤S290: YES)，向操作者报告这一情况(步 骤S300)。当判断为没有异常时(步骤S290: YES)，通过打开主停 气阀200开始燃料电池的发电(步骤S310)，结束一系列的异常检知 程序。
根据以上说明的异常检知程序，使氢气供给流路24的低压部LS 暂时升压到调压阀210的设定压力，之后通过进行氢气消耗处理，使
该压力下降到调压阀210变为全开的目标值。通过该方法，利用高压
部HS上设置的氢气流量计300、压力传感器330也可高效地检测出低 压部LS侧发生的氢气泄漏。
并且，在上述步骤S260中，在氢气消耗处理后的低压部LS的压 力P1变为目标值时，判断为系统变为可检知泄漏状态，除此之外例如 也可以是检测低压部LS的压力Pl和高压部HS的压力P3并比较， 当两个压力相同时，判断为调压阀210打开，系统变为可检知泄漏状 态。
(A4)系统停止时的异常检知处理
图5是是燃料电池系统100停止时控制计算机400执行的异常检 知程序的流程图。控制计算机400例如在断开点火开关使车辆完全停 止时，所谓间歇运转时、即停止燃料电池IO的发电并仅通过二次电池 40中贮存的电力驱动车辆90时，执行该异常检知程序。
当执行该程序时，控制计算机400首先关闭主停气阀200和排气 阀240 (步骤S400),使阳极侧的配管成为关闭状态。并且，执行氢 气消耗处理(步骤S410)，使氢气供给流路24的低压部LS的压力降 低。接着，控制计算机400检测到低压部LS的压力Pl时(步骤S420)， 判断该压力P1是否减压到预定的目标值(步骤S430)，如果未减压到 目标值(步骤S430: NO),则使处理返回到上述步骤S410，继续进 行氢气消耗处理。
在上述步骤S430中，如果判断为压力Pl下降到目标值(步骤 S430: YES)，则调压阀210变为全开，系统变为可检知泄漏状态。于 是控制计算机400通过氢气流量计300检测到氢气的流量Q，并且通 过压力传感器330检测到高压部HS的压力P3 (步骤S440)，根据图 3所示的异常判断表，进行异常判断(步骤S450)。该异常判断结果 是存在异常时(步骤S460: YES)，则向操作者报告这一情况(步骤
S470)，结束异常检知程序。
此外，在间歇运转状态下，如果判断为存在异常，则抑制或禁止
燃料电池IO的发电，设为仅允许基于二次电池40的运转的运转模式。
并且，在断开点火开关使车辆完全停止的状态下，当判断为存在异常
时，可禁止车辆90的再起动、燃料电池10的再运转。
在以上说明的异常检知程序中，进行氢气消耗处理，通过对氢气 供给流路24的低压部LS进行减压，可使调压阀210为全开状态。因 此，在停车时、间歇运转时等停止系统的情况下，与系统起动时的异 常检知处理一样，可仅通过高压部HS侧设置的氢气流量计300、压力 传感器330有效地检测低压部LS侧发生的氢气泄漏。
并且，在上述步骤S430中，当氢气消耗处理后的低压部LS的压 力P1变为目标值时，判断为系统变为可检知泄漏状态，除此之外，例 如也可以检测低压部LS的压力Pl和高压部HS的压力P3并比较，当 两个压力相同时，判断为调压阀210打开，系统变为可检知泄漏状态。
(A5)第一实施例的变形例 (第一变形例)
在上述第一实施例中，调压阀210的设定压力是固定的，以其开 度无法自动调整为前提进行了说明。但在本变形例中，调压阀210是 可变调压阀，通过控制计算机400的控制可调整其开度。
图6是使调压阀210为可变调压阀时的异常检知程序的流程图。 该异常检知程序，作为在系统停止时执行的程序进行说明。执行该程 序时，控制计算机400首先关闭主停气阀200和排气阀240(步骤S500)， 使阳极侧的配管成为关闭状态。并且，控制可变调压阀强制性地使其 全开(步骤S510)。
接着，控制计算机400利用压力传感器310检测低压部LS的压力 Pl (步骤S520)，判断检测的压力Pl是否稳定(步骤S530)。具体 而言，在预定期间内压力P1的值收敛于一定范围内时，可判断为压力 稳定。所述判断结果如果是压力P1不稳定，则使处理返回到上述步骤 S520，直到压力Pl稳定为止进行循环。此外，在步骤S520和步骤S530 中，检测出低压部LS的压力P1和高压部HS的压力P3，当两个压力 相同时，判断为压力稳定。
在上述步骤S530中如果判断为压力Pl稳定(步骤S530: YES)， 则氢气供给流路24的高压部HS和低压部LS变为相同的压力状态，可 判断为系统变为可检知泄漏状态。接着，控制计算机400通过氢气流 量计300检测出氢气的流量Q，并且通过压力传感器330检测出高压 部HS的压力P3 (步骤S540)，根据图3所示的异常判断表，进行异 常判断(步骤S550)。该判断结果如果是存在异常(步骤S560: YES), 则向操作者报告这一情况(步骤S570)，结束异常检知程序。
如上所述，如果使调压阀210为可变调压阀，则不用通过氢气消 耗处理对低压部LS的压力进行减压，而可使调压阀210全开，因此易 于进行氢气泄漏的检测。并且可降低氢气的消耗量。
(第二变形例)
图7是表示作为第二变形例的燃料电池系统100b的整体构造的说 明图。图示的燃料电池系统100b和图l所示的燃料电池系统100具有 基本相同的构造，但在氢气供给流路24的主停气阀200和氢气流量计 300之间，连接缓冲箱21。氢气从氢气罐20供给至氢气供给流路24 时，在该缓冲箱21中暂时贮存该氢气。
这样，如果使缓冲箱21连接到氢气供给流路24，则关闭主停气 阀200和排气阀240进行异常检测时，氢气从该缓冲箱供给至氢气供 给流路24。因此，当发生氢气泄漏时，可有较长时间进行氢气泄漏检知，可提高泄漏检知的精度。 (第三变形例)
图8是表示作为第三变形例的燃料电池系统IOOC的整体构造的说 明图。在上述第一实施例的燃料电池系统100中，其目的在于通过在
调压阀210上游侧设置的氢气流量计300高效地检测出在调压阀210 下游侧产生的氢气泄漏，而本变形例的燃料电池系统100c的目的在于 检知主停气阀泄漏。
本变形例的燃料电池系统100c采用向图1所示的燃料电池系统 100的氢气供给流路24追加第二调压阀220和断流阀(shut valve) 230 的构造。具体而言，在氢气流量计300和主停气阀200之间设置第二 调压阀220，在调压阀210和氢气流量计300之间设置断流阀230。此 外在本变形例中，将上述第一实施例中的调压阀210称为第一调压阀 210。并且，断流阀230相当于发明内容所述的第二截止阀。
本变形例的氢气供给流路24具有二个调压阀(第一调压阀210和 第二调压阀220)，因此从氢气罐20供给的氢气压力阶段性地减压。 因此通过这些调压阀划分的区间分别如图所示称为高压部HS、中压部 MS、低压部LS。在本变形例中，为了检测中压部MS的压力P2，在 氢气流量计300和断流阀230之间设置压力传感器320。此外，中压部 MS上设置的压力传感器320不象高压部HS上设置的压力传感器330 那样要求耐压性能，因此可采用比高压部HS的压力传感器330的测量 精度好的装置。
图9是用于检知主停气阀泄漏的异常检知程序的流程图。该异常 检知程序在系统停止时执行，在初始状态下，断流阀230打开。
当执行该程序时，控制计算机400首先关闭主停气阀200和排气 阀240 (步骤S600),使阳极侧的配管为关闭状态，执行氢气消耗处 理(步骤S610)。并且，控制计算机400利用压力传感器320检测中 压部MS的压力P2时(步骤S620)，判断该压力P2是否减压到预定 的目标值(步骤S630),如果未减压到目标值(步骤S630: NO)， 使处理返回到上述步骤S610，继续氢气消耗处理。该压力P2的目标值 设定为第二调压阀220全开的压力。
在上述步骤S630中，如果判断压力P2下降到目标值(步骤S630: YES)，由于第二调压阀220及第一调压阀210为全开，因此低压部 LS、中压部MS、髙压部HS的压力状态全部相同。于是控制计算机400 使断流阀230关闭(步骤S640)，使由主停气阀200和断流阀230划 分的区间为关闭状态。
这样一来，使由主停气阀200和断流阀230划分的区间为关闭状 态时，控制计算机400通过氢气流量计300检测出流量Q，并通过压 力传感器320检测出压力P2(步骤S650),进行异常判断(步骤S660)。 在该异常判断中，当压力P2的值上升时，可判断为发生主停气阀泄漏。 并且，当压力P2的值减少时，可判断为从断流阀230、或主停气阀200 与断流阀230之间的氢气供给流路24产生泄漏。这种情况下，根据由 氢气流量计300检测出的流量Q的符号，可确定是从氢气流量计300 的上游侧或下游侧的哪侧发生泄漏。控制计算机400在上述步骤S660 的异常判断结果为存在异常时(步骤S660)，向操作者报告这一情况 (步骤S670)，结束异常检知程序。
根据以上说明的第三变形例，和高压部HS上设置的压力传感器 330相比，可使用测量精度较高的中压部MS的压力传感器320，因此 可高精度地检知主停气阀泄漏。
此外，在上述步骤S630中，当氢气消耗处理后的中压部MS的压 力P2变为目标值时，判断为各调压阀全开，但除此以外例如也可检测 出中压部MS的压力P2和高压部HS的压力P3并比较，在两个压力相
同时判断为各调压阀全开。
B.第二实施例 (Bl)燃料电池系统的整体构造
在上述第一实施例中，对不考虑燃料电池10内的电解质膜的交叉 泄漏而进行氢气泄漏检测的各种处理进行了说明。与之相对，在以下 说明的第二实施例中，考虑交叉泄漏时的氢气透过量的同时进行氢气 泄漏的检测。
图10是表示作为第二实施例的燃料电池系统100d的整体构造的 说明图。本实施例的燃料电池系统100d采用了对图1所示的燃料电池 系统100追加第二调压阀220和压力传感器320的构造。即，采用和 图8所示的燃料电池系统100c类似的构造。但是未设置断流阔230， 氢气流量计300设置在第一调压阀210的下游侧。本实施例的燃料电 池系统100d具有二个调压阀210、 220,因此由其划分的区间和图8 — 样，分别称为高压部HS、中压部MS、低压部LS。
图11是表示在燃料电池系统100d中未发生氢气泄漏的正常状态 下的各状态量的变化的说明图。如图所示，在某一定时sl下，主停气 阀200打开，将氢气供给燃料电池10时，高压部HS、中压部MS、低 压部LS的压力分别采用从氢气罐20输出的压力、由第二调压阀220 设定的设定压力、由第一调压阀210设定的设定压力的值。并且，设 有氢气流量计300的低压部LS中流动预定流量Q的氢气。
之后，在定时s2下，当关闭主停气阔200及排气阀240时，氢气 的流量仅为通过交叉泄漏而透过到阴极侧的流量QO (<Q)。这样一来， 当通过交叉泄漏氢气透过到阴极侧时，低压部LS的压力P1减少，但 当低压部LS的压力Pl减少时，第一调压阀210打开，氢气从中压部 MS供给到低压部LS。因此，只要中压部MS的压力P2大于低压部LS 的压力P1，低压部LS的压力Pl就保持一定。同样，当中压部MS内
的氢气移动到低压部LS时，中压部MS的压力P2减少，因此第二调
压阀220打开，氢气从高压部HS供给到中压部MS。 S卩，随着时间的 经过，氢气从中压部MS及高压部HS供给到低压部LS，因此直到预 定的定时s3为止，低压部LS的压力保持一定。
在定时s3下，当各压力部的压力状态相同时，第一高压阀210及 第二高压阀220变为全开的状态，成为非调压状态。这样一来，随着 因交叉泄漏的氢气透过，各压力部的压力同时逐渐减少，最终变为大 气压程度。并且，交叉泄漏时的氢气流量也随着压力的减少而减少， 最终变为零。在以下说明中，将关闭主停气阀200及排气阀240后各 调压阀全开变为非调压状态、各压力部的压力状态变得相同且流量开 始减少的时点称为流量变化点，将关闭主停气阀200及排气阀240开 始到流量变化点为止的时间设为Tl。
此外，在处于氢气流量计300下游侧的低压部LS的体积及其减压 前的压力分别为VO、 PO，处于氢气流量计300上游侧的低压部LS的 体积及其减压前的压力分别为VI、 PI (=P0)，中压部MS的体积及 减压前的压力分别为V2、 P2，高压部HS的体积及减压前的压力分别 为V3、 P3，时间T1内的交叉泄漏所产生的流量为QO时，时间T1可 通过下述公式(1)或公式(lb)表示。
Tl- (P2V2+P3V3) /Q0— (P0V2+P0V3) /Q0 …(1)
Tl=SPnVn/QO …(lb) (其中，n-l，2,3)
图12是表示在氢气流量计300的下游侧发生氢气泄漏时的氢气流 量变化的说明图。图中所示的实线曲线表示发生氢气泄漏时的流量变 化，虚线曲线表示未泄漏的正常时的流量变化。
在氢气流量计300的下游侧发生氢气泄漏时，如图所示，由氢气
流量计300检测出的氢气流量Q比交叉泄漏所产生的氢气流量Q0多△ Ql。因此，氢气较快地从氢气供给流路24流出，到达流量变化点为止 的时间T和没有泄漏时的时间T1相比变短。进一步，发生泄漏时的流 量变化点以后的曲线的倾斜，由于和一般情况下相比氢气流出较快， 因此比没有泄漏时的倾斜大。
图13是表示在氢气流量计300的上游侧发生氢气泄漏时的氢气流 量变化的说明图。图中所示的实线曲线表示发生下游泄漏时的流量变 化，虚线曲线表示没有泄漏的正常时的流量变化。
在氢气流量计300的上游侧发生氢气泄漏时，如图所示，由氢气 流量计300检测出的氢气流量Q直到流量变化点为止，和交叉泄漏所 产生的氢气流量QO相同。但是，由于在上游侧氢气泄漏，因此氢气比 一般情况下较快流出，到达流量变化点为止的时间T和没有泄漏时的 时间T1相比变短。并且，到达流量变化点后，上游侧泄漏引起的向反 方向的氢气流动，由氢气流量计300检测出的流量以AQ2急剧减少。 此时，从上游侧的泄漏量如果大于交叉泄漏所产生的泄漏量QO,则由 氢气流量计300检测出的流量Q的值为负。进一步，发生泄漏时的流 量变化点以后的曲线的倾斜，由于和一般情况下相比氢气流出较快， 因此和图12—样，比没有泄漏时的倾斜大。
以下根据图12及图13所示的氢气流量的变化、到达流量变化点 为止的时间，说明检知氢气泄漏的处理。
(B2)系统停止时的异常检知处理
图14是在第二实施例中燃料电池系统100d停止时执行的异常检 知程序的流程图。该异常检知程序和第一实施例一样，例如在断开点 火开关使车辆完全停止时、所谓间歇运转时、即停止燃料电池10的发 电而仅通过二次电池40中贮存的电力驱动车辆90时，由控制计算机
当执行该程序时，控制计算机400首先关闭主停气阀200及排气 阀240 (步骤S700)。并且，通过氢气流量计300检测出氢气的流量Q， 并且由控制计算机400内置的计时器等计测关闭主停气阀200及排气 阀240后的经过时间T (步骤S710)。之后，利用压力传感器310及 压力传感器330检测低压部LS的压力Pl和高压部HS的压力P3 (步 骤S720)，控制计算机400判断为压力Pl和压力P3是否一致(步骤 S730)。该判断结果是压力Pl和压力P3—致时(步骤S730: YES)， 第一调压阀210和第二调压阀220全开，到达流量变化点，可判断为 系统变为可检知泄漏状态，因此使处理前进到下一步骤S740。另一方 面，如果压力P1和压力P3不一致(步骤S730: NO)，则处理返回到 上述步骤S710，直到到达流量变化点循环上述处理。
在上述步骤S730中，如果压力Pl和压力P3 —致并到达流量变化 点，则控制计算机400判断在上述步骤S710中检测的流量Q的变化是 否大于未泄漏时的标准的流量QO (步骤S740)。流量QO可以试验性、 实验性求得其值并预先贮存在ROM中。上述步骤S740的判断结果如 图12所示是流量Q大于流量QO时(步骤S740: YES)，与时间T无 关，判断为发生了氢气泄漏，前进到下述步骤S770之后的处理。另一 方面，当流量Q不大于流量QO时(步骤S740: NO)，进一步判断时 间T是否与不泄漏时的时间Tl 一致(步骤S750)。该判断结果是时 间T和时间Tl 一致时(步骤S750: YES)，判断为没有异常(步骤 S760)，结束异常检知程序。另一方面，如图13所示，虽然流量Q和 流量Q0—致但时间T和时间T1不一致时(步骤S750: NO)，判断 为未发生氢气泄漏，前进到步骤S770以后的处理。此外，时间T1通 过上述公式(1)、公式(lb)求得其值，可预先贮存到ROM中。
在上述步骤S740中判断为流量Q大于流量Q0时(步骤S740: YES)、在上述步骤S750中判断为时间T与时间Tl不一致时(步骤
3 S750: NO)，控制计算机400进一步判断为时间T是否小于没有泄漏 时的时间Tl(步骤S770)。其结果是时间T大于时间Tl时(步骤S770: NO)，判断为发生了主停气阀泄漏(步骤S780)。另一方面，如果时 间T小于没有泄漏时的时间T1时(步骤S770: YES)，可判断为在氢 气供给流路24的某一处发生氢气泄漏，因此为了确定在氢气流量计300 的上游侧及下游侧的哪侧发生泄漏，通过氢气流量计300再次检测流 量Q，在流量变化点求得急剧变化的流量的大小AQ2(参照图13)(步 骤S790)。其结果是AQ2大于预定值时(步骤S800: YES)，判断为 在氢气流量计300的上游侧发生氢气泄漏(步骤S810)。另一方面， 当AQ2小于预定值时(步骤S800: NO)，判断为在氢气流量计300 的下游侧发生氢气泄漏(步骤S820)。在上述步骤S800中用以比较的 预定值理论上可以是零，但为了排除测量误差，可设定为比零大的值。
最后，控制计算机400通过上述步骤S780、 S810、 S820判断出发 生主停气阀泄漏、上游泄漏、下游泄漏之一时，向操作者报告这一情 况(步骤S830)，结束一系列的异常通知程序。
根据以上说明的第二实施例的异常检知程序，可考虑交叉泄漏所 产生的氢气流量而进行异常检测，因此可高精度地检测出氢气泄漏。 并且，通过流量Q的状态、到流量变化点为止所需的时间T等进行异 常判断，从而易于确定发生异常的位置。
并且，在上述步骤S790中求得厶Q2的值时，利用该AQ2的值可 计算出上游侧的泄漏量Q1。具体而言，从各调压阀全开前的交叉泄漏 多产生的氢气流量QO中，减去各调压阀全开时的交叉泄漏所产生的氢 气流量Q0，进一步加上各调压阀全开时的由上游泄漏Ql引起的流量 (逆流成分)，则成为AQ2。下述公式(2)表示这一关系。其中 V=V0+V1+V2+V3。
△ Q2-Q0 —Q0 (Vl+V2+V3) /V + Q1V0/V …公式(2)
此外，该公式(2)可表示如下
△ Q2=Q0 —Q0 (V—V0) /V+Q1V0/V …公式(2b)
控制计算机400把既定值(AQ2、 QO、 V0 V3)代入到该公式 (2)或公式(2b)的各参数，从而可计算出在氢气流量计300的上游 侧发生的氢气泄漏量Q1。在上述步骤S800中，也可替代AQ2，根据 这样计算出的有无来自上游侧的泄漏量Q1判断氢气泄漏的位置。
(B3)系统停止时的异常检知处理的其他方式 图15是表示燃料电池系统100d停止时执行的异常检知程序的其 他方式的流程图。在以下说明的异常检知程序中，相对于上述异常检 知程序，通过进行氢气消耗处理来縮短泄漏判断所需的时间。
当执行该程序时，控制计算机400首先关闭主停气阀200及排气 阀240 (步骤S900)，执行水消耗处理(步骤S910)。并且，检测低 压部LS的压力Pl和高压部HS的压力P3的压力，并且计测关闭主停 气阀200及排气阀240后的经过时间Tc (步骤$920)，判断压力Pl 和压力P3是否一致(步骤S930)。当压力Pl和压力P3不一致时， 可判断为氢气消耗尚不充分、未到达流量变化点，因此使处理返回到 上述步骤S910，直到两个压力一致为止进行循环。
在上述步骤S930中，当判断为压力Pl和压力P3 —致时，控制计 算机400判断为系统变为可检知泄漏状态，比较氢气消耗处理所需时 间Tc和氢气消耗处理所需的标准时间Td，判断时间Tc是否小于等于 时间Td (步骤S940)。该判断结果是时间Tc大于时间Td时(步骤 S940: NO)，判断为发生了主停气阀泄漏(步骤S950)。此外，时间 Td，可以试验性或实验性求得氢气消耗处理所需时间，预先贮存在 ROM中。当然，也可根据外部气体温度等其他参数通过预定的函数、 映射求得。
另一方面，在上述歩骤S940中，当判断为时间Tc小于等于时间 Td时(步骤S940: YES)，为了检测主停气阀200以外的部分是否发 生泄漏，控制计算机400通过氢气流量计300检测出单位时间内的流 量Q的时间变化率dQ/dt(步骤S960)。并且，判断该时间变化率dQ/dt 是否小于未发生泄漏时的时间变化率dQO/dt (步骤S970)。该判断结 果是dQ/dt小于dQO/dt时(步骤S970: YES)，如图12、图13所示， 可判断为流量变化点之后的曲线的倾斜大于标准时的倾斜，因此判断 为从主停气阀200到排气阀240之间的某个部位发生了氢气泄漏(步 骤S980)。另一方面，当dQ/dt小于dQO/dt时(步骤S970: NO)， 判断为没有异常(步骤S990)。
最后，控制计算机400，在上述步骤S950中判断为主停气阔泄漏 时、及在上述步骤S980中判断为发生了氢气泄漏时，向操作者报告(步 骤SIOOO)，结束异常检知程序。
根据以上说明的异常检知程序，通过执行氢气消耗处理，可缩短 进行泄漏判断之前的时间。并且，可利用流量变化点之后的曲线的倾 斜判断有无泄漏。
此外，在上述异常检知程序的步骤S970中，通过下述公式(3) 可计算流量Q的时间变化率dQ/dt。并且，通过下述公式(4)可求得 未发生氢气泄漏时的流量Q0的时间变化率dQ0/dt。其中，Pl是各调 压阀全开的压力，V=V0+V1+V2+V3。
dQ/dt=-Q2/ (Pl' V) …公式(3) dQ0/dt=—Q02/ (Pl' V) …公式(2)
以上说明了本发明的各种实施例。根据上述各种实施例，在氢气 供给流路24中存在一个以上调压阀时，也可通过一个氢气流量计300 或压力传感器高效检测出从主停气阀200到排气阀240的阳极侧的所 有区间中的氢气泄漏。
此外，本发明不限于上述实施例，在不脱离其主旨的范围内当然 可采用各种构造。例如在上述各种实施例中，使调压阀全开后进行氢 气泄漏的检测，但调压阀不是全开而是保持一定开度时，也可进行氢 气泄漏的检测。这是因为即使调压阀不全开，随着时间的经过调压阀 前后的压力也会变得相同。
权利要求
1.一种具有燃料电池的燃料电池系统，其具有氢气供给单元，向所述燃料电池供给氢气；氢气供给流路，连接所述氢气供给单元和所述燃料电池；截止阀，截止从所述氢气供给单元向所述氢气供给流路的氢气供给；调压阀，设置在所述氢气供给流路中，对从所述氢气供给单元供给的氢气进行减压；状态量检测单元，作为所述氢气供给流路内的氢气的状态量，检测出压力及流量中的至少一个状态量；状态控制单元，使所述燃料电池系统为可检知泄漏状态，该状态是关闭所述截止阀，并且打开所述调压阀，保持为非调压状态；和泄漏检知单元，在所述可检知泄漏状态下，通过分析由所述状态量检测单元检测出的所述状态量的举动，检知所述氢气供给单元下游侧所发生的氢气泄漏。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中， 所述状态量检测单元是检测流量而作为所述氢气的状态量的单元；所述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个 在所述可检知泄漏状态下，作为所述举动，当由所述状态量检测单元检测出所述氢气向下游方向流动时，判 断为在所述状态量检测单元下游侧发生氢气泄漏的单元；和当由所述状态量检测单元检测出所述氢气向上游方向流动时，判 断为在所述状态量检测单元上游侧发生氢气泄漏的单元。
3. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中， 所述状态量检测单元是检测压力而作为所述氢气的状态量的单元； 所述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个 在所述可检知泄漏状态下，作为所述举动，当由所述状态量检测单元检测出所述压力上升时，检知从所述关 闭后的截止阀向所述氢气供给流路内发生氢气泄漏的单元；和当由所述状态量检测单元检测出所述压力下降时，检知在所述截 止阀下游侧发生氢气泄漏的单元。
4. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中，所述状态量检测单元是同时检测所述流量和所述压力而作为所述 氢气的状态量的单元；所述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个 在所述可检知泄漏状态下，作为所述举动，当由所述状态量检测单元检测出所述压力上升并且所述氢气向下 游方向流动时，判断为从所述截止阀向所述氢气供给流路内发生氢气 泄漏的单元；当由所述状态量检测单元检测出所述压力上升并且所述氢气向上 游方向流动时，判断为所述状态量检测单元发生异常的单元；当由所述状态量检测单元检测出所述压力下降并且所述氢气向下 游方向流动时，判断为在所述流量检测单元下游侧发生氢气泄漏的单元；禾口当由所述状态量检测单元检测出所述压力下降并且所述氢气向上 游方向流动时，判断为在所述流量检测单元上游侧发生氢气泄漏的单 元。
5. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中， 所述状态量检测单元是检测所述流量而作为所述氢气的状态量的单元，所述泄漏检知单元具有以下单元作为所述举动，当由所述状态 量检测单元检测出的流量大于从阳极透过所述燃料电池内的电解质膜 而到达阴极的标准氢气流量时，判断为发生氢气泄漏的单元。
6. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中，所述泄漏检知单元，测量从所述状态控制单元关闭所述截止阀到 所述调压阀打开而变为非调压状态的时间，作为所述举动； 所述泄漏检知单元具有以下单元中的至少一个当该时间比未发生氢气泄漏时所需的标准时间短时，判断为发生 氢气泄漏的单元；和当该时间比所述标准时间长时，判断为氢气从所述截止阀泄漏到 所述氢气供给流路的单元。
7. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中，所述状态量检测单元是检测所述流量而作为所述氢气的状态量的单元；所述泄漏检知单元具有以下单元求出所述调压阔打开而变为非 调压状态以后的所述流量的时间变化率，作为所述举动；当该时间变 化率小于未发生氢气泄漏时的标准时间变化率时，判断为发生氢气泄漏的单元。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其中， 具有压力传感器，检测所述调压阀下游侧的所述氢气供给流路中的氢气压力；所述状态控制单元，在打开所述截止阀而向所述氢气供给流路供 给氢气后，当由所述压力传感器检测出的所述调压阀下游侧的压力达 到所述调压阀打开而维持非调压状态的预定目标值时，关闭所述截止 阔，从而使所述燃料电池系统为所述可检知泄漏状态。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其中， 具有压力传感器，检测所述调压阀下游侧的所述氢气供给流路中的氢气压力；所述状态控制单元，在关闭所述截止阀后，消耗所述氢气供给流 路内存在的氢气，直至由所述压力传感器检测出的所述调压阀下游侧 的压力达到所述调压阀打开而维持非调压状态的预定目标值，从而使 所述燃料电池系统为所述可检知泄漏状态。
10. 根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其中， 具有下游侧压力传感器，检测所述调压阀下游侧的所述氢气供给流路中的氢气压力；和上游侧压力传感器，检测所述调压阀上游侧的所述氢气供给流路 中的氢气压力；所述状态控制单元，在关闭所述截止阀后，消耗所述氢气供给流 路内存在的氢气，直至由所述下游侧压力传感器检测出的压力与由所 述上游侧压力传感器检测出的压力达到相同压力，从而使所述调压阀 打开，使所述燃料电池系统为所述可检知泄漏状态。
11. 根据权利要求9或IO所述的燃料电池系统，其中， 所述泄漏检知单元具有通过由所述燃料电池进行发电而消耗所述氢气的单元。
12. 根据权利要求9或IO所述的燃料电池系统，其中， 所述泄漏检知单元具有通过从所述燃料电池排出所述氢气而消耗所述氢气的单元。
13. 根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其中， 所述调压阀是能够根据来自外部的控制而直接调整开度的可变调压阀；所述状态控制单元通过控制所述调压阀使所述调压阀打开而保持 非调压状态。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的燃料电池系统，其中， 在所述氢气供给流路中，在所述截止阀和所述状态量检测单元之 间，连接暂时贮存由所述氢气供给单元供给的氢气的缓冲箱。
15. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中， 作为所述调压阀，在所述氢气供给流路内的不同部位，从下游侧开始依次设有第一调压阀和第二调压阀；还具有设置在所述第一调压阀和第二调压阀之间的第二截止阀； 所述状态量检测单元设置在所述第二截止阀和所述第二调压阀之间；所述状态控制单元，在关闭所述截止阀并使所述第一调压阀和第 二调压阀保持打开状态之后，通过关闭所述第二截止阀，使所述燃料 电池系统为可检知泄漏状态；所述泄漏检知单元具有以下单元根据由所述状态量检测单元检 测出的所述状态量，检知从所述氢气供给单元通过所述截止阀而泄漏 到所述氢气供给流路内的氢气的单元。
16. —种具有燃料电池的燃料电池系统，其具有-氢气供给单元，向所述燃料电池供给氢气； 氢气供给流路，连接所述氢气供给单元和所述燃料电池； 截止阀，截止从所述氢气供给单元向所述氢气供给流路的氢气供给；调压阀，设置在所述氢气供给流路中，对由所述氢气供给单元供 给的氢气进行减压；状态量检测单元，检测压力及流量中的至少一个而作为所述氢气 供给流路内的氢气的状态量；状态控制单元，使所述燃料电池系统为可检知泄漏状态，该状态 是关闭所述截止阀，并且打开所述调压阀，使该调压阀的上游侧和 下游侧的压力状态相同；和泄漏检知单元，在所述可检知泄漏状态下，通过分析由所述状态 量检测单元检测出的所述状态量的举动，检知在所述氢气供给单元下 游侧所发生的氢气泄漏。
17. —种检测燃料电池系统中的氢气泄漏的方法，所述燃料电池 系统具有通过氢气供给流路向燃料电池供给氢气的氢气供给单元，其 中，截止从所述氢气供给单元向所述氢气供给流路的氢气供给，并且 打开设置在所述氢气供给流路中的调压阀，使所述氢气供给流路内保 持非调压状态，成为可检知泄漏状态；检测出压力及流量中的至少一个，作为该可检知泄漏状态下的所述氢气供给流路内的氢气的状态量；分析所述检测出的状态量在所述可检知泄漏状态下的举动，检知 在所述氢气供给单元下游侧所发生的氢气泄漏。
18. —种检测燃料电池系统中的氢气泄漏的方法，所述燃料电池 系统具有通过氢气供给流路向燃料电池供给氢气的氢气供给单元，其 中，截止从所述氢气供给单元向所述氢气供给流路的氢气供给，并且 打开设置在所述氢气供给流路中的调压阀，使该调压阀的上游侧和下 游侧的压力状态相同，成为可检知泄漏状态；检测压力及流量中的至少一个，作为该可检知泄漏状态下的所述 氢气供给流路内的氢气的状态量；分析所述检测的状态量在所述可检知泄漏状态下的举动，检知在 所述氢气供给单元下游侧所发生的氢气泄漏。
全文摘要
在本发明的燃料电池系统中，在检测氢气泄漏时，关闭用于截止氢气从氢气供给单元向氢气供给流路供给的截止阀，并且使对氢气供给流路内的氢气压力进行减压的调压阀打开，保持为非调压的状态；将该状态称为可检知泄漏状态；在该状态下，作为向燃料电池供给氢气的氢气供给流路内的氢气的状态量，检测出压力及流量中的至少一个；通过分析该状态量在可检知泄漏状态下的变化，检知在氢气供给单元下游侧所产生的氢气泄漏；其结果，在氢气供给流路中设有调压阀的燃料电池系统中，也可高精度地进行氢气泄漏的检测。
文档编号H01M8/04GK101194389SQ20068002084
公开日2008年6月4日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年7月27日
发明者友定伸浩, 末松启吾, 横山龙昭, 片野刚司 申请人:丰田自动车株式会社