本發(fā)明涉及一種使從燃料電池排出的氣體循環(huán)到燃料電池的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

在日本JP2010-3493A中公開了如下一種燃料電池系統(tǒng)：當(dāng)在燃料電池系統(tǒng)的停止過程中從燃料電池排出的負(fù)極排氣的溫度低于規(guī)定溫度時(shí)，掃除負(fù)極氣體的流路中的氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

搭載于車輛的燃料電池系統(tǒng)根據(jù)使用燃料電池系統(tǒng)的環(huán)境不同，有時(shí)例如在負(fù)30℃的零下被啟動(dòng)。在這種情況下，在使負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池的燃料電池系統(tǒng)中，在從高壓罐供給的負(fù)極氣體與負(fù)極排氣合流時(shí)，負(fù)極排氣中的水蒸氣結(jié)冰而在流路內(nèi)生成冰。

因此，即使如上所述那樣在燃料電池系統(tǒng)停止時(shí)掃除負(fù)極氣體的流路中的氣體，在流路內(nèi)形成的冰也會(huì)殘留而不被去除。當(dāng)在殘留有冰的狀態(tài)下再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)時(shí)，存在以下?lián)鷳n：在殘留的冰之上進(jìn)一步生成冰，流路堵塞而不再能夠向燃料電池供給氣體。

本發(fā)明是著眼于這種問題而完成的，其目的在于提供一種防止在零下啟動(dòng)時(shí)燃料電池中循環(huán)的氣體的流路凍結(jié)的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)方式，向燃料電池供給負(fù)極氣體和正極氣體并且根據(jù)負(fù)載使燃料電池發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)包括使從燃料電池排出的負(fù)極氣體和正極氣體中的某一個(gè)排出氣體循環(huán)到燃料電池的部件。該燃料電池系統(tǒng)包括：發(fā)電控制部，其基于負(fù)載來控制燃料電池的發(fā)電狀態(tài)；凍結(jié)預(yù)測部，其基于燃料電池系統(tǒng)的溫度來預(yù)測部件的凍結(jié)；以及運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部，在預(yù)測出部件的凍結(jié)時(shí)，該運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部在接收到燃料電池系統(tǒng)的停止指令時(shí)不進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)的停止，或者，在停止燃料電池系統(tǒng)之后執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示對(duì)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制器的功能結(jié)構(gòu)的框圖。

圖3是表示燃料電池系統(tǒng)的停止方法的流程圖。

圖4是表示凍結(jié)防止處理的流程圖。

圖5是表示運(yùn)算冰量的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖6是表示對(duì)向燃料電池堆供給的正極氣體的壓力進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖7是表示對(duì)從壓縮機(jī)噴出的正極氣體的流量進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖8是表示對(duì)向燃料電池堆供給的正極氣體的壓力進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖9是表示干燥要求壓力對(duì)應(yīng)表的圖。

圖10是表示對(duì)加熱燃料電池堆的冷卻水的加熱器的輸出進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的圖。

圖11是表示對(duì)燃料電池堆的電力進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖12是在燃料電池系統(tǒng)的停止處理中執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)序圖。

圖13是表示干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的正極氣體的控制狀態(tài)的時(shí)序圖。

圖14是本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的在燃料電池系統(tǒng)停止后執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)序圖。

圖15是表示對(duì)噴射泵的暖機(jī)完成閾值進(jìn)行校正的對(duì)應(yīng)表的圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

(第一實(shí)施方式)

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。

燃料電池系統(tǒng)100構(gòu)成從外部對(duì)燃料電池供給發(fā)電所需的燃料氣體、根據(jù)電負(fù)載使燃料電池發(fā)電的電源系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)100由控制器101來控制。

燃料電池系統(tǒng)100包括燃料電池堆1、蓄電池2、DC/DC轉(zhuǎn)換器3、電負(fù)載4、正極(Cathode)氣體供排裝置10、負(fù)極(Anode)氣體供排裝置20、堆冷卻裝置30以及堆電阻測定裝置45。正極氣體供排裝置10、負(fù)極氣體供排裝置20以及堆冷卻裝置30分別是為了使燃料電池堆1發(fā)電而使用的輔機(jī)。

蓄電池2是輔助燃料電池堆1的電源。蓄電池2例如輸出數(shù)百V的電壓。

DC/DC轉(zhuǎn)換器3是將燃料電池堆1的電壓和蓄電池2的電壓相互調(diào)整的雙向性的電壓變換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器3連接于燃料電池堆1與蓄電池2之間。DC/DC轉(zhuǎn)換器3由控制器101來控制，使用從蓄電池2輸出的電力來調(diào)整燃料電池堆1的電壓。

例如，從電負(fù)載4要求的電力越大，則DC/DC轉(zhuǎn)換器3使燃料電池堆1的電壓越低使得從燃料電池堆1取出的輸出電流越大。

利用從燃料電池堆1和蓄電池2供給的電力來驅(qū)動(dòng)電負(fù)載4。作為電負(fù)載4，例如能夠列舉出對(duì)車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)馬達(dá)、燃料電池堆1的輔機(jī)的一部分等。

在本實(shí)施方式中，電負(fù)載4連接于將燃料電池堆1與DC/DC轉(zhuǎn)換器3之間連接的電源線。此外，也可以是以下結(jié)構(gòu)：在燃料電池堆1與DC/DC轉(zhuǎn)換器3之間的電源線上連接電動(dòng)馬達(dá)，在蓄電池2與DC/DC轉(zhuǎn)換器3之間的電源線上連接輔機(jī)的一部分。

燃料電池堆1是層疊數(shù)百塊電池單元而成的，例如產(chǎn)生數(shù)百V(伏特)的直流電壓。

燃料電池由負(fù)極電極(燃料極)、正極電極(氧化劑極)以及夾在負(fù)極電極與正極電極之間的電解質(zhì)膜構(gòu)成。在燃料電池中，負(fù)極電極中含氫的負(fù)極氣體(燃料氣體)與正極電極中含氧的正極氣體(氧化劑氣體)在電解質(zhì)膜中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(發(fā)電反應(yīng))。在負(fù)極電極和正極電極處，進(jìn)行以下的電化學(xué)反應(yīng)。

負(fù)極電極：2H₂→4H⁺+4e^-…(1)

正極電極：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O…(2)

通過上述(1)和(2)所示的電化學(xué)反應(yīng)，在產(chǎn)生電動(dòng)勢的同時(shí)生成水。層疊成燃料電池堆1的各燃料電池串聯(lián)連接，因此各燃料電池所產(chǎn)生的單元電壓的總和即為燃料電池堆1的輸出電壓。

從正極氣體供排裝置10向燃料電池堆1供給正極氣體，并且從負(fù)極氣體供排裝置20向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。

正極氣體供排裝置10是向燃料電池堆1供給正極氣體、并且將從燃料電池堆1排出的正極排氣排出到大氣的裝置。正極排氣包括未被燃料電池堆1消耗的剩余的正極氣體、發(fā)電所伴有的生成水等雜質(zhì)。

正極氣體供排裝置10具備正極氣體供給通路11、壓縮機(jī)12、正極氣體排出通路13、正極壓力調(diào)節(jié)閥14、旁路通路15以及旁路閥16。

正極氣體供給通路11是用于向燃料電池堆1供給正極氣體的通路。正極氣體供給通路11的一端與用于從外部大氣取入含氧的空氣的通路連通，另一端與燃料電池堆1的正極氣體入口孔連接。

壓縮機(jī)12設(shè)置于正極氣體供給通路11。壓縮機(jī)12從外部大氣向正極氣體供給通路11取入空氣，將該空氣作為正極氣體供給到燃料電池堆1。壓縮機(jī)12由控制器101來控制。

正極氣體排出通路13是用于從燃料電池堆1排出正極排氣的通路。正極氣體排出通路13的一端與燃料電池堆1的正極氣體出口孔連接，另一端成為開口。

正極壓力調(diào)節(jié)閥14設(shè)置于正極氣體排出通路13。作為正極壓力調(diào)節(jié)閥14，在本實(shí)施方式中，使用能夠階段性地變更閥的開度的電磁閥。正極壓力調(diào)節(jié)閥14由控制器101來控制開閉。通過該開閉控制來將向燃料電池堆1供給的正極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。

旁路通路15是用于將從壓縮機(jī)12噴出的正極氣體的一部分直接排出到正極氣體排出通路13而不供給到燃料電池堆1的通路。

旁路通路15的一端連接于壓縮機(jī)12與燃料電池堆1之間的正極氣體供給通路11，另一端連接于比正極壓力調(diào)節(jié)閥14更靠上游的正極氣體排出通路13。即，旁路通路15從比壓縮機(jī)12更靠下游的正極氣體供給通路11分支出來，與比正極壓力調(diào)節(jié)閥14更靠上游的正極氣體排出通路13合流。

旁路閥16設(shè)置于旁路通路15。作為旁路閥16，在本實(shí)施方式中，使用能夠階段性地變更閥的開度的電磁閥。旁路閥16由控制器101來控制。

例如，在稀釋從燃料電池堆1排出的氫所需的正極氣體的流量(以下稱為“氫稀釋要求流量”。)變得大于燃料電池堆1的發(fā)電所需的正極氣體的流量的情況下，旁路閥16被打開。

或者，在避免壓縮機(jī)12中產(chǎn)生的浪涌所需的正極氣體的流量(以下稱為“浪涌避免要求流量”。)變得大于燃料電池堆1的發(fā)電所需的正極氣體的流量的情況下，旁路閥16被打開。

此外，在燃料電池堆1的發(fā)電所需的正極氣體的流量大于氫稀釋要求流量、浪涌避免要求流量等的值時(shí)，旁路閥16被閉合。

負(fù)極氣體供排裝置20是向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體、并且使從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池堆1并去除負(fù)極排氣中的雜質(zhì)的裝置。雜質(zhì)是指從正極經(jīng)由電解質(zhì)膜向負(fù)極透過來的空氣中的氮、發(fā)電所伴有的生成水等。

負(fù)極氣體供排裝置20具備高壓罐21、負(fù)極氣體供給通路22、熱交換器23、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24、噴射泵25、負(fù)極氣體循環(huán)通路26、氣液分離裝置27、放氣通路28以及放氣閥29。

高壓罐21將要向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體保持為高壓狀態(tài)來貯存。

負(fù)極氣體供給通路22是用于向燃料電池堆1供給高壓罐21中貯存的負(fù)極氣體的通路。負(fù)極氣體供給通路22的一端與高壓罐21連接，另一端與燃料電池堆1的負(fù)極氣體入口孔連接。

熱交換器23設(shè)置于比負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24更靠上游的負(fù)極氣體供給通路22。熱交換器23在被燃料電池堆1升溫的冷卻水與從高壓罐21供給的負(fù)極氣體之間交換熱。冷卻水是用于冷卻燃料電池堆1的冷卻介質(zhì)。

在燃料電池系統(tǒng)100低溫啟動(dòng)時(shí)，熱交換器23具有通過在燃料電池堆1中循環(huán)的冷卻水來加熱向負(fù)極氣體供給通路22供給的負(fù)極氣體的功能。

負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24設(shè)置于熱交換器23與噴射泵25之間的負(fù)極氣體供給通路22。作為負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24，在本實(shí)施方式中，使用能夠階段性地變更閥的開度的電磁閥。負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24由控制器101來控制開閉。通過該開閉控制來調(diào)節(jié)向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體的壓力。

在負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24與噴射泵25之間的負(fù)極氣體供給通路22上，設(shè)置有對(duì)從高壓罐21供給的負(fù)極氣體的溫度(以下稱為“供給氣體溫度”。)進(jìn)行檢測的溫度傳感器41。溫度傳感器41將表示檢測出的溫度的檢測信號(hào)輸出到控制器101。

此外，在本實(shí)施方式中，溫度傳感器41設(shè)置于負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24與噴射泵25之間的負(fù)極氣體供給通路22，但是也可以設(shè)置于熱交換器23與負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24之間的負(fù)極氣體供給通路22。

噴射泵25設(shè)置于負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24與燃料電池堆1之間的負(fù)極氣體供給通路22。噴射泵25是使負(fù)極氣體循環(huán)通路26與負(fù)極氣體供給通路22合流的泵或引射器。通過使用噴射泵25，能夠以簡易的結(jié)構(gòu)使負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池堆1。

噴射泵25通過加快由負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24供給的負(fù)極氣體的流速來吸引從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣從而使該負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池堆1。

噴射泵25例如由噴嘴(Nozzle)和擴(kuò)散器(Diffuser)構(gòu)成。噴嘴用于加快負(fù)極氣體的流速來向擴(kuò)散器噴射負(fù)極氣體。噴嘴形成為圓筒狀，開口隨著接近噴嘴的頂端部而變窄。因此，負(fù)極氣體的流速在頂端部變快而向擴(kuò)散器噴射負(fù)極氣體。

擴(kuò)散器用于利用從噴嘴噴射的負(fù)極氣體的流速來吸引負(fù)極排氣。擴(kuò)散器使從噴嘴噴射的負(fù)極氣體與吸引到的負(fù)極排氣合流，將該合流后的氣體向燃料電池堆1噴出。在擴(kuò)散器中在與噴嘴相同的軸上形成有合流通路。合流通路的開口形成為隨著接近噴出口而變大。擴(kuò)散器中形成有從吸引口延伸至噴嘴的頂端部分的圓筒狀的吸引腔，吸引腔與合流通路連通。

在噴射泵25與燃料電池堆1之間的負(fù)極氣體供給通路22上設(shè)置有壓力傳感器42。壓力傳感器42對(duì)向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體的壓力(以下稱為“堆入口氣體壓力”。)進(jìn)行檢測。壓力傳感器42將表示檢測出的壓力的檢測信號(hào)輸出到控制器101。

負(fù)極氣體循環(huán)通路26是用于使從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣循環(huán)到負(fù)極氣體供給通路22的通路。負(fù)極氣體循環(huán)通路26的一端與燃料電池堆1的負(fù)極氣體出口孔連接，另一端與噴射泵25的吸引口(循環(huán)口)連接。

氣液分離裝置27設(shè)置于負(fù)極氣體循環(huán)通路26。氣液分離裝置27將負(fù)極排氣所包含的生成水、氮?dú)獾入s質(zhì)從剩余的負(fù)極氣體中分離出來。氣液分離裝置27使負(fù)極排氣所包含的水蒸氣凝結(jié)來使其成為液態(tài)水。

經(jīng)氣液分離裝置27去除了雜質(zhì)的負(fù)極氣體通過負(fù)極氣體循環(huán)通路26后經(jīng)由噴射泵25再次被供給到負(fù)極氣體供給通路22。另外，在氣液分離裝置27的下部形成有將雜質(zhì)排出到放氣通路28的排出孔。

放氣通路28是用于排出由氣液分離裝置27分離出的雜質(zhì)的通路。放氣通路28的一端與氣液分離裝置27的排出孔連接，另一端與比正極壓力調(diào)節(jié)閥14更靠下游的正極氣體排出通路13連接。

放氣閥29設(shè)置于放氣通路28。放氣閥29由控制器101來控制開閉。通過該開閉控制來向正極氣體排出通路13排出氮?dú)狻⒁簯B(tài)水等雜質(zhì)。

堆冷卻裝置30是使用作為冷卻介質(zhì)的冷卻水來將燃料電池堆1調(diào)整為適于發(fā)電的溫度的裝置。堆冷卻裝置30包括冷卻水循環(huán)通路31、冷卻水泵32、散熱器33、旁路通路34、加熱器35、恒溫器36、分支通路37、堆入口水溫傳感器43以及堆出口水溫傳感器44。

冷卻水循環(huán)通路31是用于使冷卻水循環(huán)到燃料電池堆1的通路。冷卻水循環(huán)通路31的一端與燃料電池堆1的冷卻水入口孔連接，另一端與燃料電池堆1的冷卻水出口孔連接。

冷卻水泵32設(shè)置于冷卻水循環(huán)通路31。冷卻水泵32將冷卻水供給到燃料電池堆1和熱交換器23。冷卻水泵32由控制器101來控制。

散熱器33設(shè)置于冷卻水泵32的冷卻水吸入口側(cè)的冷卻水循環(huán)通路31。散熱器33對(duì)被燃料電池堆1加熱的冷卻水進(jìn)行冷卻。

旁路通路34是繞過散熱器33的通路。旁路通路34的一端與燃料電池堆1的冷卻水出口側(cè)的冷卻水循環(huán)通路31連接，另一端與恒溫器36連接。

加熱器35設(shè)置于旁路通路34。加熱器35在對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)時(shí)被通電來對(duì)冷卻水進(jìn)行加熱。在本實(shí)施方式中，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器3從燃料電池堆1對(duì)加熱器35供給電力來使加熱器35發(fā)熱。

恒溫器36設(shè)置于旁路通路34與冷卻水循環(huán)通路31合流的部分處。恒溫器36是三通閥。恒溫器36根據(jù)在恒溫器36的內(nèi)部流動(dòng)的冷卻水的溫度來自動(dòng)地開閉。

例如，恒溫器36在冷卻水的溫度低于規(guī)定的開閥溫度時(shí)為關(guān)閉的狀態(tài)，僅將經(jīng)由旁路通路34過來的冷卻水供給到燃料電池堆1。由此，燃料電池堆1中流通比經(jīng)由散熱器33過來的冷卻水高溫的冷卻水。

另一方面，當(dāng)冷卻水的溫度變?yōu)殚_閥溫度以上時(shí)，恒溫器36開始逐漸打開。然后，恒溫器36將經(jīng)由旁路通路34過來的冷卻水與經(jīng)由散熱器33過來的冷卻水混合后供給到燃料電池堆1。由此，比經(jīng)由旁路通路34過來的冷卻水低溫的冷卻水流到燃料電池堆1。

分支通路37從冷卻水泵32與燃料電池堆1的冷卻水入口孔之間的冷卻水循環(huán)通路31分支，經(jīng)由熱交換器23來與比旁路通路34更靠上游的冷卻水循環(huán)通路31合流。

堆入口水溫傳感器43設(shè)置于位于燃料電池堆1的冷卻水入口孔的附近的冷卻水循環(huán)通路31。堆入口水溫傳感器43對(duì)向燃料電池堆1流入的冷卻水的溫度(以下稱為“堆入口水溫”。)進(jìn)行檢測。堆入口水溫傳感器43將表示檢測出的溫度的檢測信號(hào)輸出到控制器101。

堆出口水溫傳感器44設(shè)置于位于燃料電池堆1的冷卻水出口孔的附近的冷卻水循環(huán)通路31。堆出口水溫傳感器44對(duì)從燃料電池堆1排出的冷卻水的溫度(以下稱為“堆出口水溫”。)進(jìn)行檢測。堆出口水溫傳感器44將表示檢測出的溫度的檢測信號(hào)輸出到控制器101。

堆電阻測定裝置45測定燃料電池堆1的內(nèi)部電阻(HFR：High Frequency Resistance(高頻電阻))，以估計(jì)構(gòu)成層疊成燃料電池堆1的燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤度。電解質(zhì)膜的濕潤度越小、即電解質(zhì)膜中的水分越少而感覺越干，則內(nèi)部電阻越大。另一方面，電解質(zhì)膜的濕潤度越大、即電解質(zhì)膜中的水分越多而感覺越濕，則內(nèi)部電阻越小。

例如，堆電阻測定裝置45向燃料電池堆1的正極端子提供交流電流，檢測交流電流所引起的正極端子與負(fù)極端子之間的交流電壓。然后，堆電阻測定裝置45通過將交流電壓的振幅除以交流電流的振幅來計(jì)算內(nèi)部電阻，將計(jì)算出的該內(nèi)部電阻的值、即HFR輸出到控制器101。

控制器101由具備中央運(yùn)算裝置(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)以及輸入輸出接口(I/O接口)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

從溫度傳感器41、壓力傳感器42、堆入口水溫傳感器43、堆出口水溫傳感器44以及堆電阻測定裝置45輸出的檢測值被輸入到控制器101。

控制器101基于所輸入的值、對(duì)燃料電池堆1要求的要求電力以及針對(duì)輔機(jī)的指令值來控制壓縮機(jī)12、正極壓力調(diào)節(jié)閥14、旁路閥16、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24以及放氣閥29。由此，良好地維持燃料電池堆1的發(fā)電狀態(tài)。

控制器101在燃料電池系統(tǒng)100被啟動(dòng)時(shí)，執(zhí)行將燃料電池堆1暖機(jī)到適于發(fā)電的溫度的控制(以下稱為“暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)”)。

在暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，控制器101對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行控制，使得從燃料電池堆1對(duì)壓縮機(jī)12、冷卻水泵32、加熱器35等輔機(jī)供給電力。

由此，利用燃料電池堆1發(fā)出驅(qū)動(dòng)輔機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)電力，因此燃料電池堆1自身進(jìn)一步發(fā)熱。除此以外，通過加熱器35的發(fā)熱(輸出)，燃料電池堆1的冷卻水被加熱而對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行加熱。

此時(shí)，使燃料電池堆1的發(fā)電量越大，則燃料電池堆1的發(fā)熱量越大，因此控制器101將壓縮機(jī)12的轉(zhuǎn)速、加熱器35的輸出設(shè)定為可變范圍的上限值。由此，促進(jìn)燃料電池堆1的暖機(jī)。

在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，還設(shè)想以下的情況：在零下的溫度環(huán)境下啟動(dòng)時(shí)，從高壓罐21向噴射泵25供給的負(fù)極氣體的溫度變?yōu)樨?fù)30℃。

在這種狀況下，在向噴射泵25供給的負(fù)極氣體與由噴射泵25吸引的負(fù)極排氣合流的部分處，負(fù)極排氣中的水蒸氣成為液態(tài)水，該液態(tài)水結(jié)冰而生成冰。因此，直到負(fù)極氣體與負(fù)極排氣的合流氣體的溫度超過冰點(diǎn)為止，噴射泵25中形成的冰的量增加。

例如，在合流氣體達(dá)到冰點(diǎn)之前停止燃料電池系統(tǒng)100時(shí)，噴射泵25內(nèi)會(huì)保持為形成有冰的狀態(tài)。當(dāng)在該狀態(tài)下再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)，會(huì)在形成于噴射泵25內(nèi)的冰之上進(jìn)一步生成冰。因此，存在以下?lián)鷳n：在燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)中負(fù)極氣體與負(fù)極排氣的合流部分的流路堵塞，不再能夠向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。在此，將流路因冰而堵塞的情況稱為凍結(jié)。

因此，在本實(shí)施方式中，控制器101在接收到停止燃料電池堆1的發(fā)電的停止指令時(shí)，執(zhí)行燃料電池堆1的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的控制器101的基本結(jié)構(gòu)的圖。

控制器101具備對(duì)燃料電池系統(tǒng)100進(jìn)行控制的系統(tǒng)控制部102。系統(tǒng)控制部102包括發(fā)電控制部200、停止控制部300以及指令部400。

發(fā)電控制部200基于要求電力來控制燃料電池堆1的發(fā)電狀態(tài)。要求電力是指從電動(dòng)馬達(dá)等電負(fù)載4對(duì)燃料電池堆1要求的電力。

例如，發(fā)電控制部200參照燃料電池堆1的電流電壓(IV)特性，基于要求電力來計(jì)算從燃料電池堆1取出的電流的目標(biāo)值(以下稱為“目標(biāo)電流”。)。

發(fā)電控制部200基于該目標(biāo)電流來計(jì)算向燃料電池堆1供給的正極氣體的目標(biāo)壓力和目標(biāo)流量，并且基于目標(biāo)電流來計(jì)算向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體的目標(biāo)壓力。并且，發(fā)電控制部200基于目標(biāo)電流來計(jì)算向燃料電池堆1供給的冷卻水的目標(biāo)流量。

這樣，發(fā)電控制部200基于電負(fù)載4的要求電力來求出正極氣體的目標(biāo)壓力及目標(biāo)流量、負(fù)極氣體的目標(biāo)壓力以及冷卻水的目標(biāo)流量，使用這些參數(shù)來使燃料電池堆1發(fā)電。

停止控制部300基于燃料電池系統(tǒng)100的停止指令來將燃料電池系統(tǒng)100控制為預(yù)先決定的停止?fàn)顟B(tài)。

停止控制部300包括凍結(jié)預(yù)測處理部310和運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311。

凍結(jié)預(yù)測處理部310構(gòu)成基于燃料電池系統(tǒng)100的溫度來預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)的凍結(jié)預(yù)測部。

燃料電池系統(tǒng)100的溫度是預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)的參數(shù)，例如使用外部氣溫、燃料電池堆1的溫度、被噴射泵25循環(huán)(吸引)的負(fù)極排氣的溫度(循環(huán)氣體溫度)、供給氣體溫度等。

在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令時(shí)，凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)，判斷是否需要將燃料電池堆1控制為預(yù)先決定的狀態(tài)。

凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷是否需要將燃料電池堆1的電解質(zhì)膜控制為預(yù)先決定的干燥狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，凍結(jié)預(yù)測處理部310基于從堆電阻測定裝置45輸出的內(nèi)部電阻(HFR)的值，來判斷是否需要將電解質(zhì)膜控制為干燥狀態(tài)。

另外，凍結(jié)預(yù)測處理部310基于燃料電池系統(tǒng)100的溫度來判斷是否需要去除在噴射泵25內(nèi)生成的冰。

在本實(shí)施方式中，凍結(jié)預(yù)測處理部310基于燃料電池堆1的溫度(以下稱為“堆溫度”。)來判斷是否需要去除冰。例如，在堆溫度低于能夠去除噴射泵25內(nèi)的冰的溫度的情況下，凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測為噴射泵25凍結(jié)。

在本實(shí)施方式中，凍結(jié)預(yù)測處理部310估計(jì)噴射泵25內(nèi)的冰量，基于該冰量來預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)。

在通過凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測出噴射泵25的凍結(jié)時(shí)，在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311不進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)100的停止而執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311包括干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320和暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330。

在通過凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷為需要將電解質(zhì)膜控制為干燥狀態(tài)的情況下，干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320執(zhí)行以下的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)：以使電解質(zhì)膜從濕的狀態(tài)變?yōu)轭A(yù)先決定的干燥狀態(tài)的方式控制燃料電池系統(tǒng)100。

例如，干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320提高正極氣體的目標(biāo)流量，降低正極氣體的目標(biāo)壓力，以增加由正極氣體從燃料電池堆1帶出的水蒸氣的排出量。

另外，在堆溫度低于冰點(diǎn)的情況下，干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)。由此，燃料電池堆1的溫度上升，燃料電池堆1內(nèi)的飽和水蒸氣量增加，因此能夠增加由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量。

通過像這樣執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠避免以下事態(tài)：在燃料電池系統(tǒng)100停止之后燃料電池堆1被外部大氣冷卻，保持于電解質(zhì)膜的水凍結(jié)而電解質(zhì)膜劣化。

另一方面，在通過凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷為不需要將電解質(zhì)膜控制為干燥狀態(tài)的情況下，干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320停止干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行。由此，能夠防止執(zhí)行無用的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

在判斷為需要去除噴射泵25中形成的冰的情況下、即在預(yù)測出噴射泵25的凍結(jié)時(shí)，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330執(zhí)行對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330對(duì)加熱器35通電來對(duì)燃料電池堆1的冷卻水進(jìn)行加熱。除此以外，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330以使輔機(jī)的消耗電力變大的方式增大例如壓縮機(jī)12的轉(zhuǎn)速來使燃料電池堆1發(fā)電。由此，能夠使燃料電池堆1的溫度迅速上升。

具體地說，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330基于用于對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的輔機(jī)消耗電力來計(jì)算目標(biāo)電流，基于該目標(biāo)電流來計(jì)算正極氣體的目標(biāo)壓力及目標(biāo)流量以及負(fù)極氣體的目標(biāo)壓力。

通過像這樣執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，堆溫度上升，并且隨之被噴射泵25吸引的負(fù)極排氣的溫度上升，因此能夠融化噴射泵25內(nèi)的冰。

另一方面，在通過凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷為不需要去除噴射泵25內(nèi)的冰的情況下，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330停止暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行。即，凍結(jié)預(yù)測處理部310在預(yù)測為噴射泵25不凍結(jié)的情況下，限制暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行。由此，能夠防止執(zhí)行無用的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

指令部400基于從發(fā)電控制部200或停止控制部300輸出的參數(shù)，來向燃料電池系統(tǒng)100的各控制部件輸出指令信號(hào)。

例如，指令部400基于正極氣體的目標(biāo)壓力及目標(biāo)流量，來運(yùn)算壓縮機(jī)12的目標(biāo)轉(zhuǎn)速以及正極壓力調(diào)節(jié)閥14的目標(biāo)開度。并且，指令部400以使向燃料電池堆1供給的正極氣體的流量為目標(biāo)流量的方式運(yùn)算旁路閥16的目標(biāo)開度。然后，指令部400將表示運(yùn)算結(jié)果的指令信號(hào)輸出到壓縮機(jī)12、正極壓力調(diào)節(jié)閥14以及旁路閥16。

并且，指令部400基于負(fù)極氣體的目標(biāo)壓力來運(yùn)算負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24的開度，將指定該目標(biāo)開度的指令信號(hào)輸出到負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24。另外，指令部400基于加熱器35的目標(biāo)輸出來運(yùn)算向加熱器35供給的電力，根據(jù)該目標(biāo)電力來控制DC/DC轉(zhuǎn)換器3。

根據(jù)發(fā)明的第一實(shí)施方式，燃料電池系統(tǒng)100具有使負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池堆1的噴射泵25。而且，控制器101包括基于要求電力來控制燃料電池堆1的發(fā)電狀態(tài)的發(fā)電控制部200以及基于燃料電池系統(tǒng)100的溫度來預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

而且，在通過凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測出凍結(jié)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311在燃料電池系統(tǒng)100的停止時(shí)或停止后，對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)。作為預(yù)測凍結(jié)的參數(shù)，例如能夠列舉出與負(fù)極排氣的溫度有相關(guān)性的燃料電池堆1的溫度、噴射泵25內(nèi)的冰量的估計(jì)值、燃料電池堆1的HFR等。

像這樣在接收到停止指令之后，基于噴射泵25的凍結(jié)預(yù)測來對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)，由此能夠可靠地去除在負(fù)極氣體所循環(huán)的流路中形成的冰。

例如，還設(shè)想了如下的狀況：在如在負(fù)30℃的零下啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100這樣的環(huán)境下，在燃料電池堆1的暖機(jī)中在噴射泵25內(nèi)形成冰，在該狀態(tài)下燃料電池系統(tǒng)100被停止。當(dāng)在這種狀況下再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)，存在以下?lián)鷳n：在殘留于噴射泵25的冰之上進(jìn)一步逐漸堆積在暖機(jī)中新生成的冰，噴射泵25凍結(jié)，不再能夠向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。

與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，在接收到停止指令之后對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)，由此被噴射泵25吸引的負(fù)極排氣的溫度上升，因此負(fù)極氣體與負(fù)極排氣的合流氣體的溫度上升到冰點(diǎn)。由此，噴射泵25內(nèi)的冰被融解，因此能夠防止當(dāng)在零下再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)負(fù)極氣體所循環(huán)的流路因殘留的冰的原因而堵塞。

此外，作為負(fù)極氣體所循環(huán)的流路上設(shè)置的部件，除了噴射泵25以外，還有壓力傳感器42、氣液分離裝置27等。另外，在負(fù)極氣體循環(huán)通路26上設(shè)置有循環(huán)泵的燃料電池系統(tǒng)中，循環(huán)泵符合所述部件。這種部件也有可能在暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中凍結(jié)，因此通過在停止處理中執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠去除這些部件的冰。

另外，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100使負(fù)極排氣循環(huán)到燃料電池堆1，但是即使使正極排氣循環(huán)到燃料電池堆1也能夠得到與本實(shí)施方式同樣的作用效果。

如以上那樣，在使負(fù)極排氣和正極排氣中的至少一方的排出氣體循環(huán)到燃料電池堆1的燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)停止指令時(shí)的排出氣體所循環(huán)的流路的凍結(jié)狀態(tài)來執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由此能夠防止在下一次啟動(dòng)時(shí)流路凍結(jié)而堵塞。

(第二實(shí)施方式)

圖3是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的燃料電池系統(tǒng)的停止方法的流程圖。

本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)與圖1所示的燃料電池系統(tǒng)100之間基本結(jié)構(gòu)相同。下面，對(duì)與燃料電池系統(tǒng)100相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同標(biāo)記并省略詳細(xì)的說明。

在步驟S101中，控制器101的發(fā)電控制部200基于電負(fù)載4的要求電力來控制燃料電池堆1的發(fā)電狀態(tài)。

在步驟S102中，控制器101的凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷是否接收到停止燃料電池堆1的發(fā)電的停止指令。例如在燃料電池系統(tǒng)100中設(shè)置的操作開關(guān)從啟動(dòng)狀態(tài)被設(shè)定為停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，對(duì)停止控制部300輸出停止指令。

在步驟S103中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令的情況下，判斷是否需要使燃料電池的電解質(zhì)膜干燥。

在步驟S104中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在判斷為需要使電解質(zhì)膜干燥的情況下將干燥標(biāo)志設(shè)定為ON。在該情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311增多向燃料電池堆1供給的正極氣體的流量、或降低正極氣體的壓力、或在燃料電池堆1的溫度低時(shí)對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)，使得電解質(zhì)膜成為干燥狀態(tài)。

在步驟S105中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在將干燥標(biāo)志設(shè)定為ON的情況下，將干燥要求溫度Td設(shè)定為暖機(jī)完成閾值Th_e。干燥要求溫度Td被設(shè)定為正極氣體中含有的水蒸氣變多的溫度、例如40℃。

在步驟S106中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在判斷為不需要使電解質(zhì)膜干燥的情況下，將干燥標(biāo)志設(shè)定為OFF。在該情況下，停止控制部300不執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟S107中，凍結(jié)預(yù)測處理部310基于形成于噴射泵25的內(nèi)部的冰的量，來預(yù)測是否在燃料電池系統(tǒng)100再次啟動(dòng)時(shí)噴射泵25凍結(jié)而堵塞。

在本實(shí)施方式中，凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷噴射泵25內(nèi)的冰量是否大于凍結(jié)防止閾值Th_j。

凍結(jié)防止閾值Th_j是用于預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)的閾值，是考慮再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)在噴射泵25內(nèi)新生成的冰量后為了使噴射泵25不堵塞而決定的。凍結(jié)防止閾值Th_j被設(shè)定為噴射泵25堵塞的冰量的例如50％左右的值。

在步驟S108中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在噴射泵25內(nèi)的冰量大于凍結(jié)防止閾值Th_j的情況下，將暖機(jī)標(biāo)志設(shè)定為ON。在該情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟S109中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在將暖機(jī)標(biāo)志設(shè)定為ON的情況下，將解凍要求溫度Tw設(shè)定為暖機(jī)完成閾值Th_e。解凍要求溫度Tw被設(shè)定為能夠去除噴射泵25的冰的溫度，在本實(shí)施方式中被設(shè)定為60℃。

在步驟S110中，凍結(jié)預(yù)測處理部310在噴射泵25內(nèi)的冰量為凍結(jié)防止閾值Th_j以下的情況下將暖機(jī)標(biāo)志設(shè)定為OFF。在該情況下，凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測為在下一次啟動(dòng)時(shí)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中噴射泵25不凍結(jié)，不執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟S120中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311根據(jù)干燥標(biāo)志和暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)來執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)100的凍結(jié)防止處理。

在步驟S111中，停止控制部300在凍結(jié)防止處理完成之后將連接于燃料電池堆1與電負(fù)載4之間的切斷器(未圖示)設(shè)定為切斷狀態(tài)，停止燃料電池系統(tǒng)100。

圖4是表示圖3的步驟S120中執(zhí)行的凍結(jié)防止處理的處理過程例的流程圖。

在步驟S121中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷暖機(jī)標(biāo)志是否被設(shè)定為OFF。

在步驟S122中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下，判斷干燥標(biāo)志是否被設(shè)定為OFF。運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311在暖機(jī)標(biāo)志和干燥標(biāo)志均被設(shè)定為OFF的情況下，既不執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)也不執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入步驟123的處理。

在步驟S123中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)100的停止處理。例如，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行以下處理：將燃料電池堆1的電壓降低至規(guī)定的值以抑制電解質(zhì)膜的高電位劣化，之后停止向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體和正極氣體。

在步驟S124中，在步驟S121中暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷干燥標(biāo)志是否被設(shè)定為OFF。

在步驟S125中，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON且干燥標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟S126中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否已完成。例如，在堆溫度變得高于暖機(jī)完成閾值Th_e的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)已完成，進(jìn)入步驟S123的處理。此外，暖機(jī)完成閾值Th_e被設(shè)定為噴射泵25的冰融解的溫度Tw。

作為堆溫度，使用在燃料電池堆1中循環(huán)的冷卻水的溫度。在本實(shí)施方式中，將冷卻水的堆入口水溫與堆出口水溫的平均值用作堆溫度。此外，也可以將堆入口水溫或堆出口水溫用作堆溫度?；蛘?，也可以在燃料電池堆1中直接設(shè)置溫度傳感器，使用從溫度傳感器輸出的檢測信號(hào)。

在步驟S127中，在通過步驟S124判斷為干燥標(biāo)志被設(shè)為ON的情況下、即在暖機(jī)標(biāo)志和干燥標(biāo)志均被設(shè)定為ON的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和干燥運(yùn)轉(zhuǎn)這雙方。

在步驟S128中，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否已完成。例如，在堆溫度低于暖機(jī)完成閾值Th_e的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)未完成，進(jìn)入步驟S129的處理。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，暖機(jī)完成閾值Th_d被設(shè)定為解凍要求溫度Tw，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，暖機(jī)完成閾值Th_d被設(shè)定為比解凍要求溫度Tw低的干燥要求溫度Td。

在步驟S129中，凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷干燥運(yùn)轉(zhuǎn)是否已完成。在本實(shí)施方式中，在由堆電阻測定裝置45測定出的HFR為預(yù)先決定的基準(zhǔn)值以上的情況下、即在電解質(zhì)膜比規(guī)定的干燥狀態(tài)干的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷為干燥運(yùn)轉(zhuǎn)已完成，通過步驟S125來僅執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

另一方面，在HFR低于基準(zhǔn)值的情況下、即在電解質(zhì)膜比規(guī)定的干燥狀態(tài)濕的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311返回到步驟S127的處理，執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和干燥運(yùn)轉(zhuǎn)這雙方。

在步驟S130中，在通過步驟S122判斷為干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷堆溫度是否低于被設(shè)定為暖機(jī)完成閾值Th_e的干燥要求溫度Td。

然后，在堆溫度低于干燥要求溫度Td的情況下，進(jìn)入步驟S127的處理，在堆溫度為干燥要求溫度Td以上的情況下，進(jìn)入步驟S131的處理。

在步驟S131中，在通過步驟S128判斷為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)已完成的情況下、或者在通過步驟S130判斷為堆溫度為干燥要求溫度Td以上的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311僅執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟S132中，凍結(jié)預(yù)測處理部310判斷干燥運(yùn)轉(zhuǎn)是否已完成。例如，在HFR低于目標(biāo)值的情況下、即在電解質(zhì)膜比規(guī)定的干燥狀態(tài)濕潤的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311判斷為干燥運(yùn)轉(zhuǎn)未完成，返回到步驟S131的處理來繼續(xù)干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311在判斷為干燥運(yùn)轉(zhuǎn)已完成的情況下，在步驟S123中執(zhí)行停止處理，結(jié)束凍結(jié)防止處理，返回到圖3所示的燃料電池系統(tǒng)100的停止方法。

接著，說明估計(jì)在噴射泵25內(nèi)生成的冰的量的方法。

圖5是表示本實(shí)施方式中的凍結(jié)預(yù)測處理部310的結(jié)構(gòu)的一部分的框圖。凍結(jié)預(yù)測處理部310具備運(yùn)算噴射泵25內(nèi)的冰量的冰量運(yùn)算部340。

冰量運(yùn)算部340包括供給氣體流量運(yùn)算部341、循環(huán)氣體流量運(yùn)算部342、合流前供給氣體焓運(yùn)算部343以及循環(huán)氣體焓運(yùn)算部344。并且，冰量運(yùn)算部340包括循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345、合流后氣體溫度運(yùn)算部346以及冰量累計(jì)部347。

供給氣體流量運(yùn)算部341基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流來運(yùn)算向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體的流量(以下稱為“供給氣體流量”。)。

目標(biāo)電流是基于從電動(dòng)馬達(dá)、輔機(jī)等負(fù)載要求的電力而計(jì)算出的。例如，加速踏板的踏下量越大，則從電動(dòng)馬達(dá)要求的電力越大，因此目標(biāo)電流越大。

循環(huán)氣體流量運(yùn)算部342基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流和放氣流量來運(yùn)算從燃料電池堆1向噴射泵25循環(huán)的負(fù)極排氣的流量(以下稱為“循環(huán)氣體流量”。)。此外，放氣流量是基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流、放氣閥29的開度而計(jì)算出的。

合流前供給氣體焓運(yùn)算部343基于從高壓罐21向噴射泵25供給的負(fù)極氣體的流量(以下稱為“合流前供給氣體流量”。)以及供給氣體溫度來運(yùn)算合流前供給氣體的焓。合流前供給氣體流量是從供給氣體流量減去循環(huán)氣體中的氫氣流量而得到的值。供給氣體溫度是向噴射泵25供給的負(fù)極氣體的溫度，是基于從溫度傳感器41輸出的檢測信號(hào)而計(jì)算出的。

循環(huán)氣體焓運(yùn)算部344基于循環(huán)氣體流量和堆溫度來運(yùn)算被噴射泵25循環(huán)的負(fù)極排氣(循環(huán)氣體)的焓。在此，堆溫度被用作被噴射泵25吸引的負(fù)極排氣的溫度(堆出口氣體溫度)。

循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345運(yùn)算循環(huán)氣體中的氫氣、氮?dú)庖约八魵獾捏w積比。

具體地說，循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流，根據(jù)預(yù)先決定的對(duì)應(yīng)表來運(yùn)算循環(huán)氣體中的氫氣的體積比。另外，循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345從堆入口氣體壓力減去燃料電池堆1中的壓力損耗來計(jì)算堆出口氣體壓力，從根據(jù)堆溫度求出的飽和水蒸氣壓力減去堆出口氣體壓力來運(yùn)算水蒸氣的體積比。然后，循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345根據(jù)循環(huán)氣體中的氫氣和水蒸氣的體積比來計(jì)算氮?dú)獾捏w積比。

合流后氣體溫度運(yùn)算部346運(yùn)算在噴射泵25中合流前供給氣體與循環(huán)氣體合流后的合流后氣體的溫度。

具體地說，合流后氣體溫度運(yùn)算部346將合流前供給氣體和循環(huán)氣體的焓相加來計(jì)算針對(duì)合流前氣體的總焓。

接著，合流后氣體溫度運(yùn)算部346基于循環(huán)氣體的體積比，對(duì)供給氣體流量與氫氣的比熱相乘而得到的熱容、循環(huán)氣體中的氮?dú)饬髁颗c氮?dú)獾谋葻嵯喑硕玫降臒崛菀约把h(huán)氣體中的水蒸氣流量與水蒸氣比熱相乘而得到的熱容進(jìn)行累計(jì)。合流后氣體溫度運(yùn)算部346將合流前的總焓除以該累計(jì)得到的熱容來計(jì)算合流后的氣體溫度。

冰量累計(jì)部347使用合流前供給氣體流量Q₀、合流前供給氣體中的水蒸氣流量Q_{0_H2O}、循環(huán)氣體流量Q₁、循環(huán)氣體中的水蒸氣流量Q_{1_H2O}、合流后的飽和水蒸氣壓力P_{2_sat}以及合流后的壓力P₂，如下式那樣對(duì)噴射泵25內(nèi)的冰量V進(jìn)行累計(jì)。

[式1]

此外，循環(huán)氣體中的水蒸氣流量Q_{1_H2O}是基于循環(huán)氣體流量Q₁以及在循環(huán)氣體體積比運(yùn)算部345中運(yùn)算出的水蒸氣體積比而計(jì)算出的。合流后的飽和水蒸氣壓力P_{2_sat}是基于在合流后氣體溫度運(yùn)算部346中運(yùn)算出的合流后氣體溫度而計(jì)算出的。合流后壓力P₂是指由壓力傳感器42檢測出的堆入口壓力。另外，在本實(shí)施方式中，供給氣體中水蒸氣流量Q_{0_H2O}小到能夠忽視的程度，因此被設(shè)定為零。

這樣，冰量運(yùn)算部340使用目標(biāo)電流、供給氣體溫度、堆溫度、堆入口壓力等參數(shù)運(yùn)算噴射泵25內(nèi)的冰量，來作為預(yù)測凍結(jié)的參數(shù)。

接著，參照?qǐng)D6至圖11的各附圖來說明本實(shí)施方式中的系統(tǒng)控制部102的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制部102包括堆流量控制部500、壓縮機(jī)流量控制部600、堆壓力控制部700、加熱器輸出控制部800以及堆電力控制部900。

圖6是表示堆流量控制部500的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

堆流量控制部500對(duì)向燃料電池堆1供給的正極氣體的流量(以下稱為“堆流量”。)進(jìn)行控制。

堆流量控制部500包括發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A、濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B、切換器310A、干燥要求流量保持部320A以及堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。

發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流來運(yùn)算燃料電池堆1的發(fā)電所需的堆流量(以下稱為“發(fā)電要求流量”。)。此外，發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A構(gòu)成圖2所示的發(fā)電控制部200。

燃料電池堆1的目標(biāo)電流越大，則發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A使發(fā)電要求流量越大，使得燃料電池堆1的發(fā)電量越多。

例如，發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A中預(yù)先存儲(chǔ)有表示燃料電池堆1的目標(biāo)電流與正極氣體的發(fā)電要求流量的關(guān)系的發(fā)電要求對(duì)應(yīng)表。然后，發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A當(dāng)獲取到目標(biāo)電流時(shí)，參照發(fā)電要求對(duì)應(yīng)表，將與該目標(biāo)電流相對(duì)應(yīng)的發(fā)電要求流量輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。

濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B基于燃料電池堆1的HFR(內(nèi)部電阻)和目標(biāo)電流，以使電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)成為目標(biāo)狀態(tài)的方式運(yùn)算堆流量(以下稱為“濕潤調(diào)整流量”。)。此外，濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B構(gòu)成圖2所示的發(fā)電控制部200。

濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B根據(jù)HFR與預(yù)先決定的基準(zhǔn)值之差(偏差)來計(jì)算濕潤調(diào)整流量。例如，在HFR小于基準(zhǔn)值的情況下、即在電解質(zhì)膜處于比目標(biāo)狀態(tài)濕的狀態(tài)的情況下，濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B增大濕潤調(diào)整流量，以增加由正極氣體帶出的水蒸氣的流量。

HFR的基準(zhǔn)值被設(shè)定成在電解質(zhì)膜不劣化的范圍內(nèi)使電解質(zhì)膜的保水量變少。即，基準(zhǔn)值被設(shè)定成電解質(zhì)膜處于比適于發(fā)電的濕潤狀態(tài)干的狀態(tài)。由此，能夠防止在燃料電池系統(tǒng)100停止后保持于電解質(zhì)膜的水結(jié)冰而電解質(zhì)膜凍結(jié)。

另外，燃料電池堆1的目標(biāo)電流越大，則通過發(fā)電而產(chǎn)生的水蒸氣的產(chǎn)生量越多而電解質(zhì)膜越容易變?yōu)闈竦臓顟B(tài)，因此濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B使?jié)駶櫿{(diào)整流量越大。另一方面，目標(biāo)電流越小，則水蒸氣的產(chǎn)生量越少，因此濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B使?jié)駶櫿{(diào)整流量越小。

例如，在濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B中，按預(yù)先決定的目標(biāo)電流而預(yù)先存儲(chǔ)有表示HFR與濕潤調(diào)整流量的關(guān)系的濕潤調(diào)整對(duì)應(yīng)表。而且，濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B當(dāng)接收到目標(biāo)電流和HFR時(shí)，參照根據(jù)該目標(biāo)電流而確定出的濕潤調(diào)整對(duì)應(yīng)表，計(jì)算與該HFR相關(guān)聯(lián)的濕潤調(diào)整流量。濕潤調(diào)整流量運(yùn)算部200B將該計(jì)算出的濕潤調(diào)整流量輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。

干燥要求流量保持部320A在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令之后保持為了使電解質(zhì)膜干燥而決定的堆流量(以下稱為“干燥要求流量”。)。即，干燥要求流量保持部320A輸出干燥要求流量以執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，干燥要求流量保持部320A構(gòu)成圖2所示的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320。

干燥要求流量被設(shè)定為比濕潤調(diào)整流量大的值，使得由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量增加。此外，干燥要求流量不限于固定值，例如也可以根據(jù)燃料電池堆1的溫度狀態(tài)而變更。

切換器310A根據(jù)干燥標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸入到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510的值切換為濕潤調(diào)整流量或干燥要求流量。此外，切換器310A構(gòu)成圖2所示的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

在干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下、即在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310A將干燥要求流量輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。另一方面，在干燥標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下，即在不執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310A將濕潤調(diào)整流量輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。

堆目標(biāo)流量設(shè)定部510將從發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A輸出的值和從切換器310A輸出的值中的較大一方的值作為堆目標(biāo)流量輸出到指令部400。

這樣，在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，從濕潤調(diào)整流量切換為干燥要求流量，正極氣體的流量上升。由此，由正極氣體從燃料電池堆1帶出的水蒸氣的流量增加，因此能夠使燃料電池堆1的電解質(zhì)膜迅速地干燥。

圖7是表示壓縮機(jī)流量控制部600的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

壓縮機(jī)流量控制部600對(duì)從壓縮機(jī)12噴出的正極氣體的流量(以下稱為“壓縮機(jī)流量”。)進(jìn)行控制。

壓縮機(jī)流量控制部600包括發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A、暖機(jī)解除信息保持部310B、切換器310C、暖機(jī)要求流量保持部330A以及堆要求流量設(shè)定部610。另外，壓縮機(jī)流量控制部600包括過干燥防止要求流量運(yùn)算部620、堆流量限制部630、氫稀釋要求流量運(yùn)算部640以及壓縮機(jī)目標(biāo)流量設(shè)定部650。

發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A與圖6所示的發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A結(jié)構(gòu)相同，因此在此省略說明。

暖機(jī)要求流量保持部330A在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令之后保持為了對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)而決定的壓縮機(jī)流量(以下稱為“暖機(jī)要求流量”。)。即，暖機(jī)要求流量保持部330A輸出暖機(jī)要求流量以執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，暖機(jī)要求流量保持部330A構(gòu)成圖2所示的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330。

暖機(jī)要求流量被設(shè)定為比發(fā)電要求流量大的值，使得由壓縮機(jī)12消耗的電力變大。例如，暖機(jī)要求流量被設(shè)定為壓縮機(jī)12的轉(zhuǎn)速的上限值、即能夠利用壓縮機(jī)12噴出的正極氣體流量的最大值。此外，暖機(jī)要求流量不限于固定值，例如也可以根據(jù)燃料電池堆1的溫度狀態(tài)而變更。

暖機(jī)解除信息保持部310B保持零來作為解除暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的值。

切換器310C根據(jù)暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸出到堆要求流量設(shè)定部610的值切換為暖機(jī)要求流量或零。此外，切換器310C構(gòu)成圖2所示的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下、即在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310C將暖機(jī)要求流量輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。另一方面，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下、即在不執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310C將零作為解除暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的值輸出到堆目標(biāo)流量設(shè)定部510。

堆要求流量設(shè)定部610將從發(fā)電要求流量運(yùn)算部200A輸出的值和從切換器310A輸出的值中的較大一方的值作為堆要求流量來輸出。

例如，在停止燃料電池系統(tǒng)100時(shí)暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，堆目標(biāo)流量設(shè)定部510將作為比發(fā)電要求流量大的值的暖機(jī)要求流量輸出到堆流量限制部630。

過干燥防止要求流量運(yùn)算部620基于由堆電阻測定裝置45測定出的HFR來運(yùn)算壓縮機(jī)流量(以下稱為“過干燥防止要求流量”。)，以防止電解質(zhì)膜過于干燥。

HFR越大，則過干燥防止要求流量運(yùn)算部620使過干燥防止要求流量越小，使得由正極氣體從燃料電池堆1帶出的水蒸氣的流量越少。

在過干燥防止要求流量運(yùn)算部620中預(yù)先存儲(chǔ)有表示HFR與過干燥防止要求流量的關(guān)系的過干燥防止對(duì)應(yīng)表。過干燥防止對(duì)應(yīng)表是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等而預(yù)先生成的。過干燥防止要求流量運(yùn)算部620將運(yùn)算結(jié)果輸出到堆流量限制部630。

堆流量限制部630將堆要求流量和過干燥防止要求流量中的較小一方的值作為堆流量來輸出。例如，在過干燥防止要求流量小于堆要求流量的情況下，堆流量限制部630將過干燥防止要求流量輸出到壓縮機(jī)目標(biāo)流量設(shè)定部650。

氫稀釋要求流量運(yùn)算部640基于放氣流量來以使被正極氣體稀釋的負(fù)極氣體中的氫的濃度為規(guī)定值以下的方式運(yùn)算壓縮機(jī)流量(以下稱為“氫稀釋要求流量”。)。

放氣流量是指從放氣閥29放出的負(fù)極排氣的排出量。例如，放氣流量是基于放氣閥29的開度而計(jì)算出的。

例如，放氣流量越多，則氫稀釋要求流量運(yùn)算部640使氫稀釋要求流量越大，使得氫濃度不超過規(guī)定值。氫稀釋要求流量運(yùn)算部640將其運(yùn)算結(jié)果輸出到壓縮機(jī)目標(biāo)流量設(shè)定部650。

壓縮機(jī)目標(biāo)流量設(shè)定部650將堆流量和氫稀釋要求流量中的較大一方的值作為壓縮機(jī)目標(biāo)流量來輸出。例如，在氫稀釋要求流量大于堆流量的情況下，壓縮機(jī)目標(biāo)流量設(shè)定部650將氫稀釋要求流量輸出到指令部400。

像這樣在在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下暖機(jī)要求流量小于過干燥防止要求流量且大于氫稀釋要求流量時(shí)，暖機(jī)要求流量被設(shè)定為壓縮機(jī)目標(biāo)流量。由此，在燃料電池堆1停止時(shí)從壓縮機(jī)12向燃料電池堆1供給正極氣體，并通過負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體，因此能夠使燃料電池堆1發(fā)電來進(jìn)行暖機(jī)。

圖8是表示堆壓力控制部700的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

堆壓力控制部700對(duì)向燃料電池堆1供給的正極氣體的壓力(以下稱為“堆壓力”。)進(jìn)行控制。

堆壓力控制部700包括發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C、濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D、切換器310D、暖機(jī)解除信息保持部310B、切換器310E、干燥要求壓力運(yùn)算部320B以及暖機(jī)要求壓力保持部330B。并且，堆壓力控制部700包括堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。

發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流來運(yùn)算燃料電池堆1的發(fā)電所需的堆壓力(以下稱為“發(fā)電要求壓力”。)。此外，發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C構(gòu)成圖2所示的發(fā)電控制部200。

目標(biāo)電流越大，則發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C使發(fā)電要求壓力越大，使得燃料電池堆1的發(fā)電量越多。例如，在發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C中預(yù)先存儲(chǔ)有表示目標(biāo)電流與發(fā)電要求壓力的關(guān)系的發(fā)電要求壓力對(duì)應(yīng)表。發(fā)電要求壓力對(duì)應(yīng)表是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等而設(shè)定的。

另外，發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C也可以根據(jù)正極氣體中的水蒸氣、氮等雜質(zhì)氣體的分壓的變化來校正發(fā)電要求壓力。例如，大氣壓或堆溫度越高，則發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C使發(fā)電要求壓力越高。發(fā)電要求壓力運(yùn)算部200C將其運(yùn)算結(jié)果輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。

濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D基于燃料電池堆1的HFR和目標(biāo)電流，以使電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)成為目標(biāo)狀態(tài)的方式運(yùn)算堆壓力(以下稱為“濕潤調(diào)整壓力”。)。此外，濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D構(gòu)成圖2所示的發(fā)電控制部200。

濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D根據(jù)HFR與預(yù)先決定的基準(zhǔn)值之差來計(jì)算濕潤調(diào)整壓力。例如，在HFR小于基準(zhǔn)值的情況下、即在電解質(zhì)膜處于比目標(biāo)的濕潤狀態(tài)濕的狀態(tài)的情況下，濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D使?jié)駶櫿{(diào)整壓力小，使得由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量增加。

上述的HFR的基準(zhǔn)值被設(shè)定成在電解質(zhì)膜不劣化的范圍內(nèi)使電解質(zhì)膜的保水量變少。即，基準(zhǔn)值被設(shè)定成電解質(zhì)膜處于比適于發(fā)電的濕潤狀態(tài)干的狀態(tài)。由此，能夠防止在燃料電池系統(tǒng)100停止后保持于電解質(zhì)膜的水結(jié)冰而電解質(zhì)膜凍結(jié)。

另外，目標(biāo)電流越大，則通過發(fā)電產(chǎn)生的水蒸氣的產(chǎn)生量越多，因此濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D使?jié)駶櫿{(diào)整壓力越小，而目標(biāo)電流越小，則水蒸氣的產(chǎn)生量越少，因此濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D使?jié)駶櫿{(diào)整壓力越大。

在濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D中，按預(yù)先決定的目標(biāo)電流而預(yù)先存儲(chǔ)有表示HFR與濕潤調(diào)整壓力的關(guān)系的濕潤調(diào)整壓力對(duì)應(yīng)表。而且，濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D當(dāng)接收到目標(biāo)電流和HFR時(shí)，參照根據(jù)該目標(biāo)電流而確定出的濕潤調(diào)整壓力對(duì)應(yīng)表，計(jì)算出與該HFR相關(guān)聯(lián)的濕潤調(diào)整壓力。濕潤調(diào)整壓力運(yùn)算部200D將該濕潤調(diào)整壓力輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。

干燥要求壓力運(yùn)算部320B基于燃料電池堆1的HFR來運(yùn)算向燃料電池堆1供給的正極氣體的壓力(以下稱為“干燥要求壓力”。)，以使電解質(zhì)膜為規(guī)定的干燥狀態(tài)。即，干燥要求壓力運(yùn)算部320B輸出干燥要求壓力以執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，干燥要求壓力運(yùn)算部320B構(gòu)成圖2所示的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320。

HFR越大、即電解質(zhì)膜越接近規(guī)定的干燥狀態(tài)，則干燥要求壓力運(yùn)算部320B使干燥要求壓力越大，使得由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量越少。

在本實(shí)施方式中，在干燥要求壓力運(yùn)算部320B中預(yù)先存儲(chǔ)有表示HFR與干燥要求壓力的關(guān)系的干燥要求壓力對(duì)應(yīng)表。關(guān)于干燥要求壓力對(duì)應(yīng)表，參照?qǐng)D9在后面敘述。

切換器310D根據(jù)干燥標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710的值切換為濕潤調(diào)整壓力或干燥要求壓力。此外，切換器310D構(gòu)成圖2所示的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

在干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下、即在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310D將干燥要求壓力輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。另一方面，在干燥標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下、即在不執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310D將濕潤調(diào)整壓力輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。

暖機(jī)要求壓力保持部330B在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令之后，保持燃料電池堆1的暖機(jī)所需的正極氣體的壓力(以下稱為“暖機(jī)要求壓力”。)以融化噴射泵25中形成的冰。即，暖機(jī)要求壓力保持部330B輸出暖機(jī)要求壓力以執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，暖機(jī)要求壓力保持部330B構(gòu)成圖2所示的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330。

暖機(jī)要求壓力被設(shè)定成使壓縮機(jī)12的消耗電力變高，被設(shè)定為比干燥要求壓力大的值。此外，暖機(jī)要求壓力不限于固定值，例如也可以設(shè)定成燃料電池堆1的溫度越高則其值越小。

暖機(jī)解除信息保持部310B保持零來作為解除暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的值。

切換器310E根據(jù)暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710的值切換為暖機(jī)要求壓力或零。此外，切換器310E構(gòu)成圖2所示的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下、即在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310E將暖機(jī)要求壓力輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。另一方面，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下、即在不執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310E將零作為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的解除值輸出到堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710。

堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710將發(fā)電要求壓力、從切換器310E輸出的濕潤調(diào)整壓力或干燥要求壓力以及從切換器310E輸出的暖機(jī)要求壓力或零中的最大的值作為堆目標(biāo)壓力輸出到指令部400。

例如，在接收到停止指令時(shí)干燥標(biāo)志和暖機(jī)標(biāo)志均被設(shè)定為ON的情況下，堆目標(biāo)壓力設(shè)定部710將比干燥要求壓力大的暖機(jī)要求壓力輸出到指令部400。即，優(yōu)先執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

該理由如下：在燃料電池堆1的溫度低于0℃時(shí)，燃料電池堆1內(nèi)的飽和水蒸氣量極小，因此即使使正極氣體的壓力降低，由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量也不怎么增加。

相反，通過使正極氣體的壓力高，壓縮機(jī)12的消耗電力變高而燃料電池堆1的發(fā)電量增加，因此能夠促進(jìn)燃料電池堆1的溫度上升。由此，燃料電池堆1內(nèi)的飽和水蒸氣量上升，因此與使正極氣體的壓力降低的情況相比，能夠增加水蒸氣的排出量，從而能夠使燃料電池盡快干燥。

圖9是表示干燥要求壓力運(yùn)算部320B中設(shè)定的干燥要求壓力對(duì)應(yīng)表的圖。在此，橫軸表示燃料電池堆1的HFR，縱軸表示干燥要求壓力。

在干燥要求壓力對(duì)應(yīng)表中，HFR越小、即燃料電池的電解質(zhì)膜越濕，則干燥要求壓力被設(shè)定得越低。由此，HFR越小，則由正極氣體從燃料電池堆1帶出的水蒸氣的排出量越多。另外，干燥要求壓力被設(shè)定為比暖機(jī)要求壓力小的值。

圖10是表示加熱器輸出控制部800的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

加熱器輸出控制部800對(duì)從加熱器35輸出的發(fā)熱量(以下稱為“加熱器輸出”。)進(jìn)行控制。

加熱器輸出控制部800包括暖機(jī)解除信息保持部310B、切換器310F、暖機(jī)要求輸出保持部330C、部件保護(hù)要求輸出運(yùn)算部810以及加熱器輸出限制部820。

暖機(jī)要求輸出保持部330C在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令之后，保持為了對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)而決定的加熱器輸出(以下稱為“暖機(jī)要求輸出”。)。即，暖機(jī)要求輸出保持部330C輸出暖機(jī)要求輸出以執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，暖機(jī)要求輸出保持部330C構(gòu)成圖2所示的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330。

暖機(jī)要求輸出例如被設(shè)定為加熱器輸出的可變范圍的最大值，以去除噴射泵25的冰。此外，暖機(jī)要求輸出不限于固定值，例如也可以根據(jù)燃料電池堆1的溫度狀態(tài)而變更。

暖機(jī)解除信息保持部310B保持零來作為解除暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的值。

切換器310F根據(jù)暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸出到加熱器輸出限制部820的值切換為暖機(jī)要求輸出或零。此外，切換器310F構(gòu)成圖2所示的凍結(jié)預(yù)測處理部310。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下、即在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310F將暖機(jī)要求輸出輸出到加熱器輸出限制部820。另一方面，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下、即不執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，切換器310F將零作為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的解除值輸出到加熱器輸出限制部820。

部件保護(hù)要求輸出運(yùn)算部810運(yùn)算用于保護(hù)設(shè)置于冷卻水循環(huán)通路31的部件免受冷卻水的過熱的傷害的加熱器輸出(以下稱為“部件保護(hù)要求輸出”。)。例如，堆溫度越高，則部件保護(hù)要求輸出運(yùn)算部810使部件保護(hù)要求輸出越小，使得不超過加熱器35的耐熱溫度。部件保護(hù)要求輸出運(yùn)算部810將運(yùn)算結(jié)果輸出到加熱器輸出限制部820。

加熱器輸出限制部820將從切換器310F輸出的暖機(jī)要求輸出或零以及部件保護(hù)要求輸出中的較小一方的值作為加熱器目標(biāo)輸出來進(jìn)行輸出。

例如，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下暖機(jī)要求輸出小于部件保護(hù)要求輸出時(shí)，加熱器輸出限制部820將暖機(jī)要求輸出輸出到指令部400。由此，在燃料電池堆1停止時(shí)對(duì)加熱器35供給電力，因此能夠?qū)θ剂想姵囟?進(jìn)行暖機(jī)。

圖11是表示堆電力控制部900的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

堆電力控制部900對(duì)利用蓄電池2來使燃料電池堆1發(fā)出的電力(以下稱為“堆電力”。)進(jìn)行控制。

堆電力控制部900包括放電電力設(shè)定部911、切換器912及913、減法器921、目標(biāo)充電電力運(yùn)算部922、充電電力設(shè)定部923、切換器924、堆電力運(yùn)算器931以及目標(biāo)電流運(yùn)算部932。

放電電力設(shè)定部911將蓄電池最大放電電力和輔機(jī)消耗電力中的較小一方的值作為放電電力輸出到切換器912。蓄電池最大放電電力是基于蓄電池2的SOC(State Of Charge(充電狀態(tài)))而計(jì)算出的。

輔機(jī)消耗電力是基于壓縮機(jī)12的消耗電力、加熱器35的消耗電力以及其它輔機(jī)的消耗電力而計(jì)算出的。壓縮機(jī)12的消耗電力是基于壓縮機(jī)目標(biāo)流量和目標(biāo)壓力而計(jì)算出的，加熱器35的消耗電力是根據(jù)加熱器目標(biāo)輸出而計(jì)算出的。例如，在暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)12和加熱器35的消耗電力均被設(shè)定為最大值，在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，加熱器35的消耗電力被切換為零。

切換器912根據(jù)從切換器913輸出的控制信號(hào)，將輸出到堆電力運(yùn)算器931的值切換為來自蓄電池2的放電電力或零。當(dāng)從切換器913輸出H(High：高)電平的控制信號(hào)時(shí)，切換器912將蓄電池2的放電電力輸出到堆電力運(yùn)算器931，當(dāng)輸出L(Low：低)電平的控制信號(hào)時(shí)，切換器912將零輸出到堆電力運(yùn)算器931。

切換器913根據(jù)暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)來切換輸出到切換器912的控制信號(hào)的電平。在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，切換器913輸出L電平的控制信號(hào)。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下，切換器913輸出與干燥標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)相應(yīng)的控制信號(hào)。在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，切換器913輸出H電平的控制信號(hào)，在干燥標(biāo)志被設(shè)定為OFF時(shí)，切換器913輸出L電平的控制信號(hào)。

即，在干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，從蓄電池2向輔機(jī)放出電力，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，無論干燥標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)如何，都停止從蓄電池2向輔機(jī)供給電力。

減法器921從在燃料電池堆1中循環(huán)的冷卻水的目標(biāo)值(目標(biāo)冷卻水溫度)減去冷卻水溫度的檢測值，由此計(jì)算冷卻水溫度的偏差ΔT。

目標(biāo)充電電力運(yùn)算部922基于HFR和冷卻水溫度的偏差ΔT，來運(yùn)算從燃料電池堆1向蓄電池2的目標(biāo)充電電力。HFR越大，則目標(biāo)充電電力運(yùn)算部922使目標(biāo)充電電力越大。另外，冷卻水溫度的偏差ΔT越大，則目標(biāo)充電電力運(yùn)算部922使目標(biāo)電力越大。

充電電力設(shè)定部923將蓄電池最大充電電力和目標(biāo)充電電力中的較小一方的值作為充電電力設(shè)定到切換器924。蓄電池最大充電電力是基于蓄電池2的SOC而計(jì)算出的。

切換器924根據(jù)暖機(jī)標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)，將輸出到堆電力運(yùn)算器931的值切換為來自充電電力設(shè)定部923的充電電力或零。

在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，切換器924將由充電電力設(shè)定部923設(shè)定的充電電力輸出到堆電力運(yùn)算器931，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下，切換器924將零輸出到堆電力運(yùn)算器931。

堆電力運(yùn)算器931使輔機(jī)消耗電力減去從切換器912輸出的放電電力、并且加上從切換器924輸出的充電電力，由此計(jì)算燃料電池堆1的目標(biāo)電力。

例如，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON的情況下，無論干燥標(biāo)志的設(shè)定狀態(tài)如何，堆電力運(yùn)算器931都計(jì)算出輔機(jī)消耗電力與充電電力相加而得到的值來作為燃料電池堆1的目標(biāo)電力。由此，在暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，不僅從燃料電池堆1對(duì)輔機(jī)供給電力、還從燃料電池堆1對(duì)蓄電池2供給電力，因此燃料電池堆1的發(fā)電電力增加，能夠促進(jìn)暖機(jī)。

另外，在暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF的情況下干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，堆電力運(yùn)算器931計(jì)算出輔機(jī)消耗電力減去放電電力而得到的值來作為燃料電池堆1的目標(biāo)電力。由此，在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中，從蓄電池2對(duì)輔機(jī)供給電力，因此能夠抑制與燃料電池堆1的發(fā)電相伴的水蒸氣的產(chǎn)生。

目標(biāo)電流運(yùn)算部932參照燃料電池堆1的IV特性，基于燃料電池堆1的目標(biāo)電力來運(yùn)算目標(biāo)電流。

如以上那樣，在接收到停止指令的情況下暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，通常，壓縮機(jī)目標(biāo)流量、堆目標(biāo)壓力以及加熱器目標(biāo)輸出被分別設(shè)定為為了對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)而決定的暖機(jī)要求值。另外，在蓄電池2的容量有余裕的情況下，從燃料電池堆1對(duì)輔機(jī)供給電力并且還對(duì)蓄電池2充入電力。這樣，燃料電池系統(tǒng)100執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，在接收到停止指令的情況下干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON時(shí)，堆目標(biāo)流量通常被設(shè)定為為了使電解質(zhì)膜干燥而決定的干燥要求流量。由此，執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

并且，在接收到停止指令的情況下干燥標(biāo)志和暖機(jī)標(biāo)志均被設(shè)定為ON時(shí)，僅堆目標(biāo)流量被設(shè)定為干燥要求流量，堆目標(biāo)壓力、壓縮機(jī)目標(biāo)流量以及加熱器目標(biāo)輸出被分別設(shè)定為暖機(jī)要求值。即，執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

接著，參照附圖來說明本實(shí)施方式中的燃料電池系統(tǒng)100的控制方法。

圖12是表示在停止燃料電池系統(tǒng)100時(shí)執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方法的一例的時(shí)序圖。

圖12的(a)是表示燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化的圖。圖12的(b)是表示噴射泵25中形成的冰量的變化的圖。在圖12的(b)中，通過實(shí)線來表示在噴射泵25內(nèi)形成的冰量的運(yùn)算結(jié)果，通過虛線來表示實(shí)際的冰量。

圖12的(c)是表示循環(huán)到燃料電池堆1的冷卻水的溫度的圖。冷卻水溫度被用作燃料電池堆1的溫度，在本實(shí)施方式中是將堆入口水溫與堆出口水溫進(jìn)行平均后得到的值。圖12的(d)是表示從噴射泵25噴出的負(fù)極氣體的噴出溫度(合流后氣體溫度)的變化的圖。

圖12的(e)是表示由堆電阻測定裝置45測定的HFR的變化的圖。HFR是與電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)有相關(guān)性的參數(shù)。圖12的(f)是表示從燃料電池堆1輸出到負(fù)載的電流(堆輸出電流)的變化的圖。在圖12的(f)中，通過實(shí)線來表示堆輸出電流，通過虛線來表示蓄電池2的充放電。

圖12的(g)是表示從加熱器35輸出的發(fā)熱量的變化的圖。另外，圖12的(a)至圖12的(g)的各附圖的橫軸是相互共同的時(shí)間軸。

在時(shí)刻t0，如圖12的(c)所示，在冷卻水溫度低于0℃的溫度環(huán)境下啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100。由此，向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體和正極氣體，如圖12的(f)所示，燃料電池堆1發(fā)電，能夠從燃料電池堆1取出電流。

燃料電池堆1的溫度低于0℃，因此控制器101在發(fā)出從電動(dòng)馬達(dá)要求的電力的同時(shí)，執(zhí)行對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，控制器101將壓縮機(jī)12的轉(zhuǎn)速設(shè)定為可變范圍的上限值，并且將加熱器35的輸出設(shè)定為可變范圍的上限值，以增加燃料電池堆1的發(fā)電量來使自發(fā)熱量增加。

另外，隨著燃料電池堆1的發(fā)電而生成水蒸氣，因此如圖12的(f)所示，HFR變小。另外，通過自發(fā)熱和加熱器35的散熱，如圖12的(c)所示，冷卻水溫度上升。隨之，被噴射泵25吸引的負(fù)極排氣的溫度上升，因此如圖12的(d)所示，噴射泵25的噴出溫度上升。

此時(shí)，如圖12的(d)所示，噴射泵25的噴出溫度低于0℃。因此，被噴射泵25吸引的負(fù)極排氣中的水蒸氣在噴射泵25的內(nèi)部結(jié)冰，如圖12的(b)所示，噴射泵25的冰量逐漸增加。

在時(shí)刻t1，輸出停止燃料電池堆1的發(fā)電的停止指令，執(zhí)行用于停止燃料電池系統(tǒng)100的停止處理。

此時(shí)，如圖12的(b)所示，噴射泵25的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j少，因此暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為OFF。

另一方面，如圖12的(e)所示，HFR小于基準(zhǔn)值，電解質(zhì)膜處于濕的狀態(tài)，因此干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON。另外，如圖12的(c)所示，冷卻水溫度超過了干燥要求溫度Td，因此不執(zhí)行用于干燥運(yùn)轉(zhuǎn)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而僅執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。

在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中，圖6所示的堆流量控制部500將干燥要求流量設(shè)定為堆目標(biāo)流量。同時(shí)，控制器101打開放氣閥29來從燃料電池堆1排出水蒸氣。由此，從燃料電池堆1帶出水蒸氣，電解質(zhì)膜干燥。

另外，為了抑制發(fā)電所伴有的生成水的產(chǎn)生，圖11所示的堆電力控制部900如圖12的(f)的虛線所示那樣，使蓄電池2放出壓縮機(jī)12的驅(qū)動(dòng)電力。

在時(shí)刻t2，如圖12的(e)所示，HFR增大到基準(zhǔn)值，電解質(zhì)膜達(dá)到了規(guī)定的干燥狀態(tài)，因此控制器101閉合正極壓力調(diào)節(jié)閥14并且停止壓縮機(jī)12，將負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24和放氣閥29均閉合。由此，燃料電池系統(tǒng)100成為停止?fàn)顟B(tài)。

之后，燃料電池堆1被外部大氣冷卻，因此如圖12的(c)所示，冷卻水溫度與時(shí)刻t0時(shí)同樣地降低到低于冰點(diǎn)的溫度。因此，噴射泵25內(nèi)的冰量不減少而仍殘留。

接著在時(shí)刻t3，再次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100，如圖12的(f)所示，燃料電池堆1發(fā)電而能夠從燃料電池堆1取出電流。隨著燃料電池堆1的發(fā)電，與時(shí)刻t0至?xí)r刻t1的期間同樣地，如圖12的(c)所示，冷卻水溫度上升，并且如圖12的(e)所示，HFR降低。

在時(shí)刻t4，輸出燃料電池堆1的停止指令，執(zhí)行用于停止燃料電池系統(tǒng)100的停止處理。

此時(shí)，如圖12的(b)所示，噴射泵25內(nèi)的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j多，因此暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON，并且如圖12的(e)所示，HFR比基準(zhǔn)值小，因此干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON。由此，執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，圖7所示的壓縮機(jī)流量控制部600將暖機(jī)要求流量設(shè)定為壓縮機(jī)目標(biāo)流量，圖8所示的堆壓力控制部700將暖機(jī)要求壓力設(shè)定為堆目標(biāo)壓力。同時(shí)，圖10所示的加熱器輸出控制部800將加熱器目標(biāo)輸出設(shè)定為暖機(jī)要求輸出。

由此，如圖12的(f)所示，燃料電池堆1發(fā)電而發(fā)熱，并且如圖12的(g)所示，燃料電池堆1還通過加熱器35的發(fā)熱被加熱。因此，如圖12的(c)所示，冷卻水溫度上升，隨之如圖12的(d)所示，噴射泵25的噴出溫度上升。然后，當(dāng)噴出溫度變得高于0℃時(shí)，如圖12的(b)的虛線所示，噴射泵25中形成的冰融化而冰量減少。

另外，在干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，圖6所示的堆流量控制部500將干燥要求流量設(shè)定為堆目標(biāo)流量，并且控制器101打開放氣閥29來從燃料電池堆1排出水蒸氣。

由此，從燃料電池堆1帶出的水蒸氣的排出量增加，因此燃料電池的電解質(zhì)膜變?yōu)楦稍锏臓顟B(tài)。因此，如圖12的(e)所示，HFR上升。

并且，在干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于蓄電池2的充電容量有余裕，因此如圖12的(f)的虛線所示，圖11所示的堆電力控制部900不僅從燃料電池堆1對(duì)輔機(jī)供給電力，還對(duì)蓄電池2充入電力。由此，燃料電池堆1的發(fā)熱量增加，因此能夠促進(jìn)燃料電池堆1的暖機(jī)。

這樣，在對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的同時(shí)執(zhí)行增加正極氣體的流量的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，由此能夠高效地使電解質(zhì)膜為干燥狀態(tài)，并且能夠盡快融化噴射泵25內(nèi)的冰。

在時(shí)刻t5，如圖12的(e)所示，HFR增大到基準(zhǔn)值，干燥標(biāo)志切換為OFF。隨之堆流量控制部500將堆目標(biāo)流量從干燥要求流量切換為濕潤調(diào)整流量，并且堆壓力控制部700將堆目標(biāo)壓力從干燥要求壓力切換為暖機(jī)要求壓力。因此，停止干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，僅執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過從干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)切換為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，堆目標(biāo)壓力變高，因此由壓縮機(jī)12消耗的電力變高，燃料電池堆1的發(fā)電電力變大。因此，燃料電池堆1的發(fā)熱量增加，因此能夠使燃料電池堆1的溫度更迅速地上升。

在時(shí)刻t6，如圖12的(c)所示，冷卻水溫度達(dá)到被設(shè)定為暖機(jī)完成閾值Th_e的解凍要求溫度Tw，如圖12的(b)所示，噴射泵25的冰量變?yōu)榱?，因此停止暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，之后停止燃料電池系統(tǒng)100。

這樣，控制器101在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令的情況下噴射泵25的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j多時(shí)，判斷為在再次啟動(dòng)時(shí)噴射泵25的流路有可能堵塞。此時(shí)，在燃料電池堆1的暖機(jī)未完成的情況下，控制器101繼續(xù)燃料電池堆1的暖機(jī)直到冷卻水溫度達(dá)到暖機(jī)完成閾值Th_e為止。

由此，噴射泵25中形成的冰被去除，因此能夠防止在下一次啟動(dòng)時(shí)噴射泵25凍結(jié)而流路堵塞。

另外，在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令的情況下噴射泵25內(nèi)的冰量未超過凍結(jié)防止閾值Th_j時(shí)，控制器101禁止(停止)燃料電池堆1的暖機(jī)。由此，能夠減少在停止燃料電池系統(tǒng)100時(shí)進(jìn)行的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行次數(shù)。

圖13是表示執(zhí)行圖12所示的控制時(shí)的正極氣體的狀態(tài)的流程圖。

圖13的(h)是表示從壓縮機(jī)12噴出的正極氣體的流量(壓縮機(jī)流量)的變化的圖。圖13的(i)是表示向燃料電池堆1供給的正極氣體的流量(堆流量)的變化的圖。圖13的(j)是表示向燃料電池堆1供給的正極氣體的壓力(堆壓力)的變化的圖。

圖13的(h)至圖13的(j)的各附圖的橫軸是與圖12的(a)至圖12的(g)的各附圖的橫軸相互共同的時(shí)間軸。

在時(shí)刻t1至?xí)r刻t2的期間，僅執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，因此如圖13的(i)所示，堆流量被設(shè)定為干燥要求流量，并且如圖13的(j)所示，堆壓力被設(shè)定為干燥要求壓力。

在時(shí)刻t4至?xí)r刻t5的期間，執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此如圖13的(h)所示，壓縮機(jī)流量被設(shè)定為暖機(jī)要求流量，如圖13的(i)所示，堆流量被設(shè)定為干燥要求流量，如圖13的(j)所示，堆壓力被設(shè)定為暖機(jī)要求壓力。

在此，如圖13的(j)所示，堆壓力不是被設(shè)定為干燥要求壓力而是被設(shè)定為暖機(jī)要求壓力。該理由如下：使壓縮機(jī)12的消耗電力高來對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的話，正極氣體中的水蒸氣量會(huì)增加，因此與設(shè)定為干燥要求壓力的情況相比，能夠使由正極氣體帶出的水蒸氣的排出量增加。

在時(shí)刻t5至?xí)r刻t6的期間，僅執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此如圖13的(i)所示，堆流量從干燥要求流量被切換為濕潤調(diào)整流量。此時(shí)，從旁路閥16向正極氣體排出通路13排出從干燥要求流量減去濕潤調(diào)整流量而得到的流量。

根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，在接收到燃料電池系統(tǒng)100的停止指令的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311基于燃料電池堆1的溫度來執(zhí)行對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，與燃料電池堆1的溫度有相關(guān)性的冷卻水溫度被用作預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)的參數(shù)(燃料電池系統(tǒng)100的溫度)。

另外，在本實(shí)施方式中，在接收到停止指令的情況下，在冷卻水溫度未上升到暖機(jī)完成閾值Th_e時(shí)，凍結(jié)預(yù)測處理部310預(yù)測為噴射泵25凍結(jié)。因此，在接收到停止指令的情況下，在冷卻水溫度未上升到暖機(jī)完成閾值Th_e時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行繼續(xù)燃料電池堆1的暖機(jī)的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。暖機(jī)完成閾值Th_e是能夠去除噴射泵25中生成的冰的溫度，例如被設(shè)定為60℃。

由此，能夠可靠地去除噴射泵25內(nèi)的冰，因此能夠避免以下事態(tài)：在下一次啟動(dòng)時(shí)流路因噴射泵25中生成的冰而堵塞，不再能夠向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。

另外，在本實(shí)施方式中，凍結(jié)預(yù)測處理部310基于燃料電池系統(tǒng)100的溫度來計(jì)算噴射泵25中生成的冰的量。噴射泵25內(nèi)的冰量例如如圖5所示那樣，是基于燃料電池堆1的目標(biāo)電流、供給氣體溫度、堆溫度、堆入口壓力等而計(jì)算出的。

而且，在計(jì)算出的冰量為規(guī)定的凍結(jié)防止閾值Th_j以下的情況下，凍結(jié)預(yù)測處理部310限制燃料電池堆1的暖機(jī)。

由此，削減了在燃料電池系統(tǒng)100的停止指令后進(jìn)行的無用的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行，因此能夠抑制負(fù)極氣體的無用的消耗。另外，使用對(duì)噴射泵25內(nèi)的冰量進(jìn)行運(yùn)算而得到的值來判斷是否需要暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此能夠準(zhǔn)確地限制暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，在本實(shí)施方式中，在接收到停止指令的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)使得燃料電池堆1成為規(guī)定的干燥狀態(tài)，之后繼續(xù)燃料電池堆1的暖機(jī)直到燃料電池堆1的冷卻水溫度上升到暖機(jī)完成閾值Th_e為止。

通過像這樣一邊執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一邊執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)，在使正極排氣中的水蒸氣流量增加的同時(shí)增加正極氣體的流量，因此能夠從燃料電池堆1有效地排出水蒸氣。

并且，在本實(shí)施方式中，在接收到停止指令的情況下，在噴射泵25內(nèi)的冰量大于凍結(jié)防止閾值Th_j且冷卻水溫度低于暖機(jī)完成閾值Th_e時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)。在暖機(jī)完成之后，停止控制部300進(jìn)行壓縮機(jī)12的停止和正極壓力調(diào)節(jié)閥14的閉合、以及負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥24和放氣閥29的閉合，使燃料電池系統(tǒng)100為停止?fàn)顟B(tài)。

這樣，不僅使用噴射泵25內(nèi)的冰量、還使用冷卻水溫度來判斷是否需要執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，在本實(shí)施方式中，在執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330通過使燃料電池堆1向蓄電池2充入電力來增大目標(biāo)電流從而使燃料電池堆1發(fā)電。由此，能夠促進(jìn)燃料電池堆1的暖機(jī)。

此外，在本實(shí)施方式中，說明了運(yùn)算噴射泵25內(nèi)的冰量、基于該冰量來執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的例子，但是不限于此。

例如，凍結(jié)預(yù)測處理部310也可以對(duì)在噴射泵25中殘留有冰的狀態(tài)下停止燃料電池系統(tǒng)100的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。具體地說，凍結(jié)預(yù)測處理部310具備計(jì)數(shù)器，每當(dāng)在與循環(huán)氣體溫度有相關(guān)性的冷卻水溫度低于冰點(diǎn)的狀態(tài)下停止燃料電池系統(tǒng)100時(shí)使計(jì)數(shù)器增加1。在該計(jì)數(shù)得到的次數(shù)超過規(guī)定的值、例如5次的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過像這樣估計(jì)噴射泵25內(nèi)的冰量，能夠省略冰量運(yùn)算部340，因此能夠減少運(yùn)算負(fù)荷并削減無用的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

或者，凍結(jié)預(yù)測處理部310也可以對(duì)在噴射泵25內(nèi)供給氣體與循環(huán)氣體合流后的合流后氣體的溫度低于規(guī)定的溫度、例如0℃時(shí)的時(shí)間進(jìn)行累計(jì)。然后，在該累計(jì)時(shí)間經(jīng)過了規(guī)定的時(shí)間、例如數(shù)分鐘的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在該情況下，凍結(jié)預(yù)測處理部310也可以如下那樣校正：對(duì)燃料電池堆1要求的要求電力(目標(biāo)電流)越大，則燃料電池堆1的升溫越快，因此使累計(jì)時(shí)間越短。

具體地說，在凍結(jié)預(yù)測處理部310中事先存儲(chǔ)以要求電力越大則校正量越大的方式生成的校正對(duì)應(yīng)表，凍結(jié)預(yù)測處理部310參照校正對(duì)應(yīng)表，運(yùn)算與要求電力相對(duì)應(yīng)的校正量，從累計(jì)時(shí)間減去校正量。由此，能夠高精度地判定是否需要暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

(第三實(shí)施方式)

接著，說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)基本相同。因此，對(duì)與第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的標(biāo)記來進(jìn)行說明。

在本實(shí)施方式中，控制器101具備運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311，該運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行部311不是在剛接收到停止指令后而是在停止燃料電池系統(tǒng)100之后，監(jiān)視作為預(yù)測凍結(jié)的參數(shù)的冷卻水溫度，在執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一并對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)。

圖14是表示在燃料電池系統(tǒng)100停止之后執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法的時(shí)序圖。

圖14的(a)至圖14的(g)的各附圖的縱軸分別與圖12的(a)至圖12的(g)的各附圖的縱軸相同。另外，圖14的(a)至圖14的(g)的各附圖的橫軸是相互共同的時(shí)間軸。

時(shí)刻t10至?xí)r刻t11與圖12的(a)至圖12的(g)所示的時(shí)刻t0至?xí)r刻t1的動(dòng)作相同，因此在此省略說明。

在時(shí)刻t11，輸出停止指令，在停止燃料電池堆1的發(fā)電之后停止燃料電池系統(tǒng)100。此時(shí)，如圖14的(b)所示，噴射泵25的冰量大于凍結(jié)防止閾值Th_j，因此暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON，如圖14的(e)所示，HFR小于基準(zhǔn)值而電解質(zhì)膜處于濕的狀態(tài)，因此干燥標(biāo)志被設(shè)定為ON。

在本實(shí)施方式中，控制器101在剛接收到停止指令后不執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)和暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而是停止燃料電池系統(tǒng)100，之后對(duì)冷卻水溫度降低到凍結(jié)防止閾值Th_s進(jìn)行監(jiān)視。

凍結(jié)防止閾值Th_s是基于冰點(diǎn)溫度而決定的值。凍結(jié)防止閾值Th_s例如被設(shè)定為大于0℃的值，以防止在燃料電池堆1的內(nèi)部水蒸氣結(jié)冰。

在時(shí)刻t12，如圖14的(c)所示，冷卻水溫度降低到凍結(jié)防止閾值Th_s。此時(shí)，暖機(jī)標(biāo)志被設(shè)定為ON，因此控制器101執(zhí)行干燥/暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在時(shí)刻t13，如圖14的(e)所示，HFR增大到基準(zhǔn)值，因此控制器101停止干燥運(yùn)轉(zhuǎn)而僅執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。然后，如圖14的(d)所示，噴射泵25的噴出溫度變得高于0℃，如圖14的(b)所示，噴射泵25的冰量減少。

在時(shí)刻t14，如圖14的(c)所示，冷卻水溫度上升到暖機(jī)完成閾值Th_e。由此，如圖14的(b)所示，噴射泵25內(nèi)的冰被去除。然后，停止控制部300停止暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使燃料電池系統(tǒng)100為停止?fàn)顟B(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式，在燃料電池系統(tǒng)100被停止之后，在與燃料電池堆1的溫度有相關(guān)性的冷卻水溫度降低到凍結(jié)防止閾值Th_s時(shí)，控制器101的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)部320執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，在執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噴射泵25內(nèi)的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j多的情況下，暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部330對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行暖機(jī)。此外，用于燃料電池堆1的凍結(jié)防止閾值Th_s不限于固定值，也可以根據(jù)預(yù)測凍結(jié)的參數(shù)而變更。

通過像這樣在燃料電池系統(tǒng)100停止后的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠防止燃料電池的凍結(jié)，并且還防止噴射泵25的凍結(jié)。

另外，從熱交換器23向噴射泵25供給的負(fù)極氣體(供給氣體)的溫度與冰點(diǎn)溫度相比越低，則在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中形成于噴射泵25的冰量越多。因此，也可以是，供給氣體的溫度越低，則凍結(jié)預(yù)測處理部310將用于燃料電池的凍結(jié)防止閾值Th_s設(shè)定得越高。

通過使用于燃料電池的凍結(jié)防止閾值Th_s高，被噴射泵25吸引的循環(huán)氣體的溫度變高，因此在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中新生成的冰量變少。因而，能夠避免在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中噴射泵25凍結(jié)而流路堵塞。

或者，也可以是，在噴射泵25內(nèi)的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j少的情況下，冰量與凍結(jié)防止閾值Th_j之差越小，則凍結(jié)預(yù)測處理部310將燃料電池的凍結(jié)防止閾值Th_s設(shè)定得越高。

在噴射泵25內(nèi)的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j少的情況下，不執(zhí)行用于去除噴射泵25內(nèi)的冰的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而僅執(zhí)行干燥運(yùn)轉(zhuǎn)。即使處于這種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，也會(huì)由于在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中為了使燃料電池的電解質(zhì)膜干燥而進(jìn)行的燃料電池堆1的暖機(jī)而在噴射泵25內(nèi)新生成冰。隨之，噴射泵25內(nèi)的冰量變得比凍結(jié)防止閾值Th_j多，噴射泵25的流路有可能堵塞。

作為其對(duì)策，如上所述，在噴射泵25內(nèi)的冰量比凍結(jié)防止閾值Th_j少的情況下，冰量越接近凍結(jié)防止閾值Th_j，則將凍結(jié)防止閾值Th_s設(shè)定得越高，由此，在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)中生成的冰量減少，因此能夠避免噴射泵25的堵塞。

以上，說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是上述實(shí)施方式不過示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，其宗旨并不是將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定于上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。

例如，在本實(shí)施方式中說明了使用固定值來作為噴射泵25的暖機(jī)完成閾值(解凍溫度)Th_j的例子，但是也可以如下圖那樣使用閾值校正對(duì)應(yīng)表來變更暖機(jī)完成閾值Th_j。

圖15是表示對(duì)噴射泵25的暖機(jī)完成閾值Th_j進(jìn)行校正的方法的圖。在圖15中，示出了按噴射泵25中的合流后氣體溫度來表示冰量累計(jì)值與暖機(jī)完成閾值的關(guān)系的閾值校正對(duì)應(yīng)表。

冰量累計(jì)值越大，則冰完全融化越需要時(shí)間，因此暖機(jī)完成閾值Th_j越高。另外，冰量累計(jì)值越大，合流后氣體溫度越低，則冰越難以融化，因此暖機(jī)完成閾值Th_j越低。

通過像這樣使用閾值校正對(duì)應(yīng)表，能夠可靠地融解噴射泵25中形成的全部冰。

另外，在本實(shí)施方式中，基于噴射泵25內(nèi)的冰量來判斷是否執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是也可以對(duì)噴射泵25的供給氣體、循環(huán)氣體以及合流氣體的焓的收支進(jìn)行累計(jì)，基于該累計(jì)值來執(zhí)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，在本實(shí)施方式中，基于冷卻水溫度來判斷暖機(jī)是否已完成，但是也可以使用負(fù)極排氣的溫度來代替冷卻水溫度。由此，能夠更準(zhǔn)確地判斷是否需要暖機(jī)。在該情況下，也可以在負(fù)極氣體循環(huán)通路26上設(shè)置溫度傳感器，使用從溫度傳感器輸出的檢測信號(hào)，還可以使用通過運(yùn)算而求出的估計(jì)值。

另外，作為燃料電池系統(tǒng)100的溫度，也可以使用從噴射泵25噴出的合流后的氣體的溫度(噴出氣體溫度)。在該情況下，例如，能夠基于噴出氣體溫度是否已超過0℃來預(yù)測噴射泵25的凍結(jié)。噴出氣體溫度是基于循環(huán)氣體溫度和供給氣體溫度而計(jì)算出的。或者，也可以在噴射泵25與燃料電池堆1之間的負(fù)極氣體供給通路22上設(shè)置溫度傳感器，使用從該溫度傳感器輸出的檢測信號(hào)。

此外，上述實(shí)施方式能夠適當(dāng)組合。

本申請(qǐng)基于2014年7月24日向日本專利局申請(qǐng)的特愿2014-151272要求優(yōu)先權(quán)，通過參照將這些申請(qǐng)的全部內(nèi)容引入本說明書中。