技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池系統(tǒng)使用各種閥。這些閥在燃料電池系統(tǒng)的停止中，有時(shí)在關(guān)閉的狀態(tài)下結(jié)冰。結(jié)冰的閥難以開閥，因此會(huì)給燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)帶來障礙。JP2005-285686A公開了反復(fù)進(jìn)行電磁閥的開閉動(dòng)作這樣的方法作為消除閥的結(jié)冰的技術(shù)。

在上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的情況下，以電磁閥為對象，在開閉時(shí)產(chǎn)生的力比較大，因此能夠在一定程度上期待基于開閉動(dòng)作的結(jié)冰的消除。相對于此，在通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對電動(dòng)閥的開閉進(jìn)行控制的情況下，僅進(jìn)行開閉動(dòng)作的話，結(jié)冰難以消除。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩比較小的緣故。本發(fā)明立足于上述現(xiàn)有技術(shù)，其解決課題在于通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)容易使在關(guān)閉的狀態(tài)下結(jié)冰的電動(dòng)閥開閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明用于解決上述課題，可以作為以下的方式實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)，具備：壓縮機(jī)，設(shè)于用于向燃料電池供給陰極氣體的供給流路；第一電動(dòng)閥，在所述供給流路中設(shè)于所述燃料電池與所述壓縮機(jī)之間；第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 設(shè)于所述第一電動(dòng)閥；第二電動(dòng)閥，設(shè)于用于從所述燃料電池排出陰極氣體的排出流路；第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，設(shè)于所述第二電動(dòng)閥；以及控制部，控制所述燃料電池的發(fā)電，向所述第一及第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入驅(qū)動(dòng)脈沖，從而使所述第一及第二電動(dòng)閥在所述燃料電池的啟動(dòng)時(shí)開閥，在所述燃料電池的停止時(shí)閉閥。所述第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過所述驅(qū)動(dòng)脈沖的輸入進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所述第一電動(dòng)閥通過所述第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行開閉。所述第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過所述驅(qū)動(dòng)脈沖的輸入進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所述第二電動(dòng)閥通過所述第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行開閉。在所述燃料電池的啟動(dòng)時(shí)，所述控制部判定所述第一及第二電動(dòng)閥中的至少一方是否處于結(jié)冰的結(jié)冰狀態(tài)。所述控制部在判定為所述第一及第二電動(dòng)閥都不處于所述結(jié)冰狀態(tài)時(shí)，開始所述燃料電池的發(fā)電。所述控制部在判定為所述第一及第二電動(dòng)閥中的至少一方處于所述結(jié)冰狀態(tài)時(shí)，對于所述第一及第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中的至少設(shè)于所述結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)執(zhí)行如下處理：反復(fù)進(jìn)行多次交替地輸入第一驅(qū)動(dòng)脈沖和第二驅(qū)動(dòng)脈沖的操作，所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖是產(chǎn)生使開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩的脈沖，所述第二驅(qū)動(dòng)脈沖是具有比所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖大的脈沖速度且產(chǎn)生使開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩的脈沖。

根據(jù)該方式，開閥的方向的轉(zhuǎn)矩和閉閥的方向的轉(zhuǎn)矩交替地作用于結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥。第一驅(qū)動(dòng)脈沖與第二驅(qū)動(dòng)脈沖相比，脈沖速度慢，因此在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性上，開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩與開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩相比變大。因此，通過開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩容易消除結(jié)冰狀態(tài)。此外，若向結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥包含的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入第二驅(qū)動(dòng)脈沖，則產(chǎn)生開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以依賴于驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度的振動(dòng)頻率進(jìn)行變動(dòng)。通過該振動(dòng)施加于結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥，結(jié)冰狀態(tài)容易消除。而且，第二驅(qū)動(dòng)脈沖與第一驅(qū)動(dòng)脈沖相比，脈沖速度大。因此，第二驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的振動(dòng)頻率增大，因此結(jié)冰狀態(tài)容易消除。

在上述方式中，可以的是，所述控制部在判定為所述第一及第二 電動(dòng)閥中的至少一方處于所述結(jié)冰狀態(tài)時(shí)，對于所述第一及第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雙方執(zhí)行所述處理。根據(jù)該方式，可以不用區(qū)分哪個(gè)電動(dòng)閥處于結(jié)冰狀態(tài)。

在上述方式中，可以的是，所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖是獲得如下開度的脈沖：比所述第一電動(dòng)閥及所述第二電動(dòng)閥的閥座與閥芯之間的有效截面積為零的開度大的開度。根據(jù)該方式，在通過將上述的第一驅(qū)動(dòng)脈沖向與結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥對應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入而結(jié)冰狀態(tài)被消除時(shí)，有效截面積大于零的可能性升高。

在上述方式中，可以的是，所述第二驅(qū)動(dòng)脈沖是獲得如下開度的脈沖：比所述第一電動(dòng)閥及所述第二電動(dòng)閥的有效截面積為零的開度小的開度。根據(jù)該方式，通過將上述的第二驅(qū)動(dòng)脈沖向與結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥對應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入，閥芯容易與閥座碰撞，因此結(jié)冰狀態(tài)容易消除。在結(jié)冰狀態(tài)的電動(dòng)閥中，雖然由于結(jié)冰而閥芯的移動(dòng)受到限制，但是在閥芯稍微移動(dòng)的情況下就能產(chǎn)生閥芯與閥座的抵碰。

在上述方式中，可以的是，所述控制部驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)而使從所述排出流路排出的氣體的氫濃度為規(guī)定值以下。根據(jù)該方式，在結(jié)冰狀態(tài)剛消除之后馬上向燃料電池供給陰極氣體，能夠?qū)⒋嬖谟谌剂想姵氐年帢O的陽極氣體稀釋。

在上述方式中，可以的是，所述第一電動(dòng)閥具備作為分流閥的機(jī)構(gòu)，所述燃料電池系統(tǒng)具備將所述第一電動(dòng)閥與所述排出流路連接的旁通路，所述排出流路在比所述第二電動(dòng)閥靠下游側(cè)處與所述旁通路連接，該燃料電池系統(tǒng)在所述第一電動(dòng)閥將所述供給流路與所述旁通路連通的狀態(tài)下停止。根據(jù)該方式，即使在第一電動(dòng)閥處于結(jié)冰狀態(tài)的情況下壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓縮的空氣也向大氣排出，因此能避免供給流路的壓力過度升高。

在上述方式中，可以的是，所述燃料電池系統(tǒng)具備二次電池，該二次電池蓄積通過所述燃料電池發(fā)電的電力，為了所述處理的執(zhí)行而將所述蓄積的電力向所述第一及第二電動(dòng)閥以及所述控制部供給，在所述二次電池的剩余容量低于基準(zhǔn)的情況下，所述控制部中止所述處理。根據(jù)該方式，能夠防止二次電池的剩余容量過度變小。

在上述方式中，可以的是，所述控制部為了基于所述燃料電池的發(fā)電是否已正常開始來判定是否所述第一及第二電動(dòng)閥中的至少一方處于所述結(jié)冰狀態(tài)，而在所述燃料電池的啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行所述壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)、將用于使所述第一電動(dòng)閥開閥的驅(qū)動(dòng)脈沖向所述第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入、以及將用于使所述第二電動(dòng)閥開閥的驅(qū)動(dòng)脈沖向所述第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入。根據(jù)該方式，通過發(fā)電用的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)是否處于結(jié)冰狀態(tài)的判定。

在上述方式中，可以的是，向所述第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入的所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖與向所述第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入的所述第一驅(qū)動(dòng)脈沖彼此脈沖速度不同，向所述第一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入的所述第二驅(qū)動(dòng)脈沖與向所述第二步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入的所述第二驅(qū)動(dòng)脈沖彼此脈沖速度不同。根據(jù)該方式，能夠在第一及第二電動(dòng)閥分別實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖。

本發(fā)明能夠以上述以外的各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，能夠以結(jié)冰狀態(tài)消除方法、用于實(shí)現(xiàn)該方法的計(jì)算機(jī)程序、存儲(chǔ)有該計(jì)算機(jī)程序的非暫時(shí)性的存儲(chǔ)介質(zhì)等方式來實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是表示燃料電池汽車的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是表示燃料電池系統(tǒng)的電氣性結(jié)構(gòu)的概略圖。

圖3是表示燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)處理的流程圖。

圖4是表示基本處理的流程圖。

圖5是表示基本處理中的參數(shù)的時(shí)間變化的時(shí)間圖。

圖6是概略性地表示調(diào)壓閥的有效截面積與開度的關(guān)系的坐標(biāo)圖。

圖7是結(jié)冰狀態(tài)消除處理的執(zhí)行時(shí)的時(shí)間圖。

圖8是表示開度指令值、推定開度、脈沖電壓、轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。

圖9是表示第一驅(qū)動(dòng)脈沖與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。

圖10是表示第二驅(qū)動(dòng)脈沖與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。

圖11是表示停止處理的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1是表示燃料電池汽車20的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。燃料電池汽車20是四輪汽車，如圖1所示，具備燃料電池系統(tǒng)30。

燃料電池系統(tǒng)30采用固體高分子型燃料電池，通過氫與氧的反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)30具備燃料電池組40、氫供給排出機(jī)構(gòu)50、陰極氣體供給排出機(jī)構(gòu)60、冷卻水循環(huán)機(jī)構(gòu)70及控制部100。

燃料電池組40通過層疊多個(gè)單電池41而形成。單電池41由陽極、陰極、電解質(zhì)、分隔件等構(gòu)成。以下，也將多個(gè)單電池41的陽極統(tǒng)一簡稱為“陽極”，也將多個(gè)單電池41的陰極統(tǒng)一簡稱為“陰極”。

向燃料電池組40進(jìn)行氫的供給及排出的氫供給排出機(jī)構(gòu)50具備氫罐51、調(diào)節(jié)器52、氫循環(huán)泵53、吹掃閥(purge valve)54、排出路徑55、氣液分離部57。

氫罐51貯藏氫。調(diào)節(jié)器52將貯藏于氫罐51的氫在調(diào)整了壓力和供給量的基礎(chǔ)上，向陽極供給。氣液分離部57將從陽極排出的氣體與液體分離。氫循環(huán)泵53將通過氣液分離部57分離出的氣體向單電池41再次供給。通過氣液分離部57分離出的氣體主要是未消耗而排出的 氫。

排出路徑55是將氣液分離部57與陰極氣體供給排出機(jī)構(gòu)60具備的陰極氣體排出流路66(后述)連結(jié)的路徑。吹掃閥54設(shè)置在排出路徑55上。吹掃閥54為了將通過氣液分離部57分離出的液體排出而打開。

向燃料電池組40進(jìn)行陰極氣體的供給及排出的陰極氣體供給排出機(jī)構(gòu)60具備陰極氣體供給流路61、第一電動(dòng)閥11、第二電動(dòng)閥12、空氣壓縮機(jī)62、流量計(jì)65、陰極氣體排出流路66、旁通路69。第一電動(dòng)閥11具備分流閥63和分流閥用電動(dòng)機(jī)64。第二電動(dòng)閥12具備調(diào)壓閥67和調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68。

陰極氣體供給流路61及陰極氣體排出流路66是將燃料電池組40與自身的大氣開放口連接的流路。在陰極氣體供給流路61的大氣開放口設(shè)有空氣濾清器。

空氣壓縮機(jī)62設(shè)置在陰極氣體供給流路61的中途，從陰極氣體供給流路61的大氣開放口側(cè)吸入空氣而進(jìn)行壓縮。設(shè)置空氣壓縮機(jī)62的位置是比陰極氣體供給流路61與旁通路69的連接部位更接近大氣開放口的位置。流量計(jì)65計(jì)測通過空氣壓縮機(jī)62吸入的陰極氣體(空氣)的流量。

分流閥63在陰極氣體供給流路61中，設(shè)置在空氣壓縮機(jī)62的下游側(cè)即空氣壓縮機(jī)62與燃料電池組40之間。分流閥63將從空氣壓縮機(jī)62流來的陰極氣體向陰極氣體供給流路61的下游側(cè)和旁通路69分流。這樣的閥也稱為三通閥。

分流閥用電動(dòng)機(jī)64與分流閥63連接，產(chǎn)生用于調(diào)整分流閥63的開度的轉(zhuǎn)矩。分流閥用電動(dòng)機(jī)64是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

旁通路69是將分流閥63與陰極氣體排出流路66連接的流路。在本實(shí)施方式中所說的“關(guān)閉分流閥63”是將陰極氣體供給流路61的上游和下游的流路隔斷，并使旁通路69和陰極氣體供給流路61的上游的流路開放。在輸入了用于關(guān)閉分流閥63的驅(qū)動(dòng)脈沖的情況下，分流閥63的閥芯與閥座被比簡單接觸強(qiáng)的力壓緊，從而分流閥63的閥芯與閥座被密封。

調(diào)壓閥67設(shè)于陰極氣體排出流路66。調(diào)壓閥67根據(jù)開度來調(diào)整陰極氣體排出流路66的流路截面積。在輸入了用于調(diào)壓閥67關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖的情況下，調(diào)壓閥67的閥芯與閥座被比簡單接觸強(qiáng)的力壓緊，從而調(diào)壓閥67的閥芯與閥座被密封。調(diào)壓閥67具備先導(dǎo)閥(未圖示)。先導(dǎo)閥是在陰極氣體排出流路66的開度為零的狀態(tài)下用于減小陰極氣體排出流路66的上游與下游的壓力差的機(jī)構(gòu)。

調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68與調(diào)壓閥67連接，產(chǎn)生用于調(diào)整調(diào)壓閥67的開度的轉(zhuǎn)矩。調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

通過了調(diào)壓閥67的陰極氣體在通過了與旁通路69的連接部位之后，從大氣開放口向大氣排出。

對燃料電池組40進(jìn)行冷卻的冷卻水循環(huán)機(jī)構(gòu)70具備散熱器71及冷卻水循環(huán)泵72。冷卻水循環(huán)機(jī)構(gòu)70為了控制單電池41的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度而在單電池41與散熱器71之間使冷卻水循環(huán)。冷卻水通過這樣循環(huán)而執(zhí)行單電池41的吸熱和散熱器71的散熱。

控制部100具體而言是ECU(Electronic Control Unit：電子控制單元)?？刂撇?00根據(jù)發(fā)電的要求，輸出用于控制燃料電池系統(tǒng)30的發(fā)電的信號(hào)。例如，向空氣壓縮機(jī)62、分流閥用電動(dòng)機(jī)64、調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸出信號(hào)。

圖2是表示燃料電池系統(tǒng)30的電氣性結(jié)構(gòu)的概略圖。燃料電池系統(tǒng)30具備二次電池81、FDC82、DC/AC變換器83、BDC85、單電池電壓計(jì)測部91、電流計(jì)測部92。

單電池電壓計(jì)測部91與燃料電池組40的各單電池41連接，計(jì)測各單電池41的電壓(單電池電壓)。單電池電壓計(jì)測部91將其計(jì)測結(jié)果向控制部100發(fā)送。電流計(jì)測部92計(jì)測燃料電池組40的輸出電流的值，并向控制部100發(fā)送。

FDC82及BDC85是構(gòu)成為DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路。FDC82基于從控制部100發(fā)送的電流指令值，控制燃料電池組40的輸出電流。電流指令值是作為燃料電池組40的輸出電流的目標(biāo)值的值，通過控制部100來決定。此外，F(xiàn)DC82對輸出電壓進(jìn)行變壓而向DC/AC變換器83供給，測定輸出電壓的值而向控制部100發(fā)送。

BDC85基于控制部100的控制來控制二次電池81的充放電。BDC85測定二次電池81的SOC(State Of Charge：剩余容量)，并向控制部100發(fā)送。二次電池81由鋰離子電池構(gòu)成，作為輔助電源起作用。

DC/AC變換器83與燃料電池組40和負(fù)載110連接。DC/AC變換器83將從燃料電池組40和二次電池81輸出的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，向負(fù)載110供給。

在負(fù)載110中產(chǎn)生的再生電力由DC/AC變換器83轉(zhuǎn)換成直流電流，通過BDC85向二次電池81充電?？刂撇?00除了考慮負(fù)載110之外，還將二次電池81的SOC加入考慮而算出輸出指令值。

圖3是表示燃料電池系統(tǒng)30的啟動(dòng)處理的流程圖。該啟動(dòng)處理由 控制部100執(zhí)行?？刂撇?00在啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)30的情況下，開始該啟動(dòng)處理。啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)30的情況例如是在燃料電池汽車20駐車的狀態(tài)下，一邊踩踏制動(dòng)器踏板(未圖示)，一邊按下設(shè)于燃料電池汽車20的動(dòng)力開關(guān)(未圖示)的情況。

首先，執(zhí)行基本處理(S200)。圖4是表示基本處理的流程圖。圖5是表示基本處理中的參數(shù)的時(shí)間變化的時(shí)間圖。以下，參照圖4及圖5，說明基本處理。

首先，使空氣壓縮機(jī)62啟動(dòng)(S210)。由此，如圖5所示，在t0時(shí)刻，由流量計(jì)65測定的陰極氣體的流量開始增大，確保規(guī)定值以上的流量。此時(shí)，分流閥63及調(diào)壓閥67關(guān)閉，因此陰極氣體經(jīng)由旁通路69從陰極氣體排出流路66向大氣排出。

接下來，使調(diào)壓閥67的先導(dǎo)閥工作(S220)。在通過分流閥63和調(diào)壓閥67從大氣隔斷的流路內(nèi)，在駐車中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。若這樣產(chǎn)生負(fù)壓，則為了打開調(diào)壓閥67而需要較大的轉(zhuǎn)矩。因此，以通過調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68的轉(zhuǎn)矩能夠開閥的方式使先導(dǎo)閥工作，由此減小調(diào)壓閥67的上下游的壓力差。

接下來，打開調(diào)壓閥67(S230)。更準(zhǔn)確來說，以產(chǎn)生調(diào)壓閥67打開的方向的轉(zhuǎn)矩的方式向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸入驅(qū)動(dòng)脈沖。調(diào)壓閥67在從調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68接受到轉(zhuǎn)矩的情況下，若未結(jié)冰則開閥，若結(jié)冰則不開閥。調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68在即使向調(diào)壓閥67輸入轉(zhuǎn)矩也未開閥的情況下失步。以下，只要沒有特別說明，調(diào)壓閥67就設(shè)為未結(jié)冰而根據(jù)驅(qū)動(dòng)脈沖的輸入進(jìn)行開閉的結(jié)構(gòu)。關(guān)于分流閥63也一樣。

在圖5中示出了從t1時(shí)刻至推定開度達(dá)到開度a1為止，開度指令值維持為開度a1，推定開度向開度a1接近。開度指令值是作為開度的目標(biāo)值的值。推定開度是基于輸入的驅(qū)動(dòng)脈沖而推定的開度。作為步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68不具有檢測位置的機(jī)構(gòu)，因此開度作為推定值來掌握。若調(diào)壓閥67未結(jié)冰，則推定開度成為接近實(shí)際的開度的值。在此說明的開度指令值及推定開度的內(nèi)容對于分流閥63及分流閥用電動(dòng)機(jī)64也一樣。

圖6是概略性地表示調(diào)壓閥67的閥芯及閥座的有效截面積、以及開度的關(guān)系的坐標(biāo)圖。在基于閥芯和閥座的密封的構(gòu)造上，如圖6所示，即使開度從零開始稍變大，有效截面積也維持為零。上述密封被解除而有效截面積開始增大時(shí)的開度設(shè)為開度a0。并且，上述的開度a1確定為比開度a0大且比作為開度的最大值的開度amax小的開度。開度a1時(shí)的有效截面積如圖6所示設(shè)為面積Sa。而且，開度零比開度a0小。控制部100在S230中，向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸入用于實(shí)現(xiàn)開度a1的驅(qū)動(dòng)脈沖。

而且，關(guān)于分流閥63，有效截面積開始增大時(shí)的開度設(shè)為開度b0，開度的最大值設(shè)為開度bmax，作為比開度b0大且比開度bmax小的開度而確定的開度設(shè)為開度b1(后述)，開度b1時(shí)的有效截面積設(shè)為面積Sb。但是，在此說明的內(nèi)容是分別關(guān)于分流閥63及調(diào)壓閥67的有效截面積與開度的概略性的關(guān)系。例如，開度a0及開度b0、開度a1及開度b1、面積Sa及面積Sb分別在本實(shí)施方式中為不同的值。

當(dāng)調(diào)壓閥67打開時(shí)，陰極的壓力變得與陰極氣體排出流路66內(nèi)的壓力接近。其結(jié)果是，分流閥63的上下游的壓力差減小，為了打開分流閥63不再需要大的轉(zhuǎn)矩。

接下來，關(guān)閉調(diào)壓閥67(S240)。更準(zhǔn)確來說，以產(chǎn)生調(diào)壓閥67關(guān)閉的方向的轉(zhuǎn)矩的方式向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸入驅(qū)動(dòng)脈沖。圖5示出了推定開度達(dá)到開度a1之后，開度指令值成為零，推定開度收斂為零的情況。

接下來，打開分流閥63(S250)。圖5示出了t3時(shí)刻以后的開度指令值為開度b1，推定開度達(dá)到b1的情況。其結(jié)果是，陰極氣體向陰極流入。當(dāng)陰極氣體向陰極流入時(shí)，存在于陰極的氫被稀釋。

接下來，逐漸打開調(diào)壓閥67(S260)。圖5示出了在t4時(shí)刻，開度指令值設(shè)定為比開度a1小的值，在t5時(shí)刻以后，開度指令值逐漸增大的情況。而且，圖5示出了推定開度根據(jù)開度指令值而增大的情況。

在t4時(shí)刻以后，存在于陰極的氫以被稀釋的狀態(tài)從陰極氣體排出流路66逐漸排出。其結(jié)果是，從陰極氣體排出流路66排出的氣體中的氫濃度成為規(guī)定值(例如8％)以下。并且，成為向燃料電池組40供給發(fā)電所需的陰極氣體的狀態(tài)。

在開始逐漸打開調(diào)壓閥67的t4時(shí)刻之后，如圖3所示，判定陰極側(cè)閥是否結(jié)冰(S300)。“陰極側(cè)閥結(jié)冰”是指分流閥63和調(diào)壓閥67中的至少一方結(jié)冰的狀態(tài)。結(jié)冰的分流閥63通過在基本處理中產(chǎn)生的分流閥用電動(dòng)機(jī)64的轉(zhuǎn)矩?zé)o法開閥。同樣，結(jié)冰的調(diào)壓閥67通過在基本處理中產(chǎn)生的調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68的轉(zhuǎn)矩?zé)o法開閥。

在本實(shí)施方式中，S300中的關(guān)于結(jié)冰的判定基于輸出電流及輸出電壓的值來執(zhí)行。具體而言，分別針對輸出電流及輸出電壓，判定是否為燃料電池系統(tǒng)30的發(fā)電已正常開始的情況下的值。更具體而言，在輸出電流比基于陰極的殘氧的發(fā)電時(shí)得到的電流值即下限電流值Imin大和輸出電壓比預(yù)先確定的下限電壓值Vmin大中的至少一情況未滿足時(shí)，判定為陰極側(cè)閥結(jié)冰。這樣判定是因?yàn)?，若陰極側(cè)閥結(jié)冰，則基本處理(S200)失敗，發(fā)電未正常開始的可能性高。

作為陰極側(cè)閥的結(jié)冰，例如在分流閥63結(jié)冰的情況下，基本處理失敗的理由是在S250中分流閥63無法開閥的緣故。

另一方面，在調(diào)壓閥67結(jié)冰的情況下，基本處理失敗的理由是在S230中調(diào)壓閥67無法開閥，甚至即便分流閥63未結(jié)冰在S250中分流閥63也無法開閥的緣故。若調(diào)壓閥67結(jié)冰，則即便分流閥63未結(jié)冰而分流閥63也無法開閥是因?yàn)樵诃h(huán)境像調(diào)壓閥67結(jié)冰那樣低溫的情況下，在通過分流閥63和調(diào)壓閥67從大氣隔斷的流路內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓的可能性高。如前述那樣利用調(diào)壓閥67未消除負(fù)壓時(shí)，分流閥用電動(dòng)機(jī)64的轉(zhuǎn)矩下難以打開分流閥63。

對上述進(jìn)行總結(jié)的話，如下所述。在分流閥63結(jié)冰而調(diào)壓閥67未結(jié)冰的情況下，分流閥63無法開閥，調(diào)壓閥67能夠開閥。在分流閥63未結(jié)冰而調(diào)壓閥67結(jié)冰的情況下，分流閥63及調(diào)壓閥67都無法開閥。在分流閥63及調(diào)壓閥67結(jié)冰的情況下，分流閥63及調(diào)壓閥67都無法開閥。

在陰極側(cè)閥未結(jié)冰的情況下(S300為“否”)，開始通常運(yùn)轉(zhuǎn)(S310)，結(jié)束啟動(dòng)處理。在此所說的通常運(yùn)轉(zhuǎn)是指根據(jù)要求電力進(jìn)行發(fā)電。即，若判定為陰極側(cè)閥未結(jié)冰，則燃料電池系統(tǒng)30的發(fā)電開始。

作為陰極側(cè)閥未結(jié)冰的情況，圖5示出了在t4時(shí)刻以后，輸出電壓超過下限電壓值Vmin，輸出電流超過下限電流值Imin的情況。需要說明的是，在開始通常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，分流閥63的開度設(shè)定為全開。

另一方面，在陰極側(cè)閥結(jié)冰的情況下(S300為“是”)，取得二次電池81的SOC(S320)。取得的SOC在后述的S350中使用。接下來，執(zhí)行結(jié)冰狀態(tài)消除處理(S330)。

圖7表示結(jié)冰狀態(tài)消除處理的執(zhí)行時(shí)的時(shí)間圖。結(jié)冰狀態(tài)消除處理從分流閥63的推定開度達(dá)到開度a1的t6時(shí)刻開始。

若結(jié)冰狀態(tài)消除處理開始，則如圖7所示一邊使流量下降，一邊 持續(xù)進(jìn)行空氣壓縮機(jī)62對陰極氣體的壓縮。

另一方面，分流閥63的開度指令值以推定開度反復(fù)減小和增大的方式設(shè)定。推定開度的最大值為開度a1，推定開度的最低值為零。在推定開度的增減的1周期中，推定開度減小的時(shí)間是時(shí)間Tac，在該時(shí)間中，開度指令值維持為零。在1周期中，推定開度增大的時(shí)間是時(shí)間Tao，在該時(shí)間中，開度指令值維持為開度a1。由此，推定開度的增減的1周期是時(shí)間(Tac+Tao)。時(shí)間Tao比時(shí)間Tac長。因此，推定開度的變化率的絕對值在推定開度減小的情況下，比推定開度增大的情況大。

關(guān)于調(diào)壓閥67也一樣，結(jié)冰狀態(tài)消除處理中的開度指令值以推定開度反復(fù)減小和增大的方式設(shè)定。推定開度的最大值為開度b1，推定開度的最低值為零。在1周期中，開度指令值減小的時(shí)間為時(shí)間Tbc，在該時(shí)間中，開度指令值維持為零。在1周期中，開度指令值增大的時(shí)間是時(shí)間Tbo，在該時(shí)間中，開度指令值維持為開度b1。由此，推定開度的增減的1周期是時(shí)間(Tbc+Tbo)。時(shí)間Tbo比時(shí)間Tbc長。因此，推定開度的變化率的絕對值在推定開度減小的情況下，比推定開度增大的情況大。

圖8是關(guān)于調(diào)壓閥67，表示開度指令值及推定開度、脈沖電壓(驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓)、以及調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。

在本實(shí)施方式中，用于使開度增大的驅(qū)動(dòng)脈沖由正值表示，用于使開度減小的驅(qū)動(dòng)脈沖(以下，稱為第二驅(qū)動(dòng)脈沖)由負(fù)值表示。以下，將在結(jié)冰狀態(tài)消除處理中用于使開度增大的驅(qū)動(dòng)脈沖稱為第一驅(qū)動(dòng)脈沖，將在結(jié)冰狀態(tài)消除處理中用于使開度減小的驅(qū)動(dòng)脈沖稱為第二驅(qū)動(dòng)脈沖。在本實(shí)施方式中，使開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩由正值表示，使開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩由負(fù)值表示。圖8僅示出了推定開度增減的1周期。

以下說明的內(nèi)容對于分流閥63也一樣。但是，向分流閥用電動(dòng)機(jī)64輸入的第一驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度與向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸入的第一驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度未必非要一致，在本實(shí)施方式中為不同的值。同樣，向分流閥用電動(dòng)機(jī)64輸入的第二驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度與向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68輸入的第二驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度未必非要一致，在本實(shí)施方式中為不同的值。

第一驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度是脈沖速度P1(pulse per second)。由此，如圖8所示，第一驅(qū)動(dòng)脈沖的周期為(1/P1)秒。第二驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖速度為脈沖速度P2。由此，如圖8所示，第二驅(qū)動(dòng)脈沖的周期為(1/P2)秒。如圖8所示，(1/P1)秒比(1/P2)秒長。即，脈沖速度P2比脈沖速度P1大。脈沖速度P2設(shè)定為比發(fā)生回彈的脈沖速度小的值。

圖8所示的轉(zhuǎn)矩是通過將脈沖速度應(yīng)用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性而求出的值，是忽視了細(xì)微的時(shí)間變化的值。通常，脈沖速度越大，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩越小。由此，使開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩即開閥轉(zhuǎn)矩Tr1的絕對值大于使開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩即閉閥轉(zhuǎn)矩Tr2的絕對值。

圖9是表示第一驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖電壓與調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。圖9與圖8不同，表示與脈沖電壓的變化相伴的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)。以下說明的內(nèi)容對于分流閥用電動(dòng)機(jī)64也一樣。

如圖9所示，轉(zhuǎn)矩的絕對值在脈沖電壓開始輸入時(shí)開始增大，不久之后收斂于開閥最大轉(zhuǎn)矩Tr1max。并且，如圖9所示，轉(zhuǎn)矩的絕對值在脈沖的輸入結(jié)束時(shí)開始減少，不久之后成為零。開閥轉(zhuǎn)矩Tr1是將上述的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)大致平均后的值，是絕對值比開閥最大轉(zhuǎn)矩Tr1max小的值。

圖10是表示第二驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖電壓與調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的時(shí)間圖。如圖10所示，轉(zhuǎn)矩的絕對值在脈沖開始輸入時(shí)開始增大。但是，轉(zhuǎn)矩的絕對值在收斂之前轉(zhuǎn)為減小。其原因是，在轉(zhuǎn)矩的絕對值增大期間，脈沖的輸入結(jié)束。轉(zhuǎn)矩的絕對值在脈沖的輸入結(jié)束之后，不久之后成為零。

通過第二驅(qū)動(dòng)脈沖的輸入而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的絕對值成為最大時(shí)的轉(zhuǎn)矩值稱為閉閥最大轉(zhuǎn)矩Tr2max。閉閥轉(zhuǎn)矩Tr2是將上述的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)大致平均后的值，是絕對值比閉閥最大轉(zhuǎn)矩Tr2max小的值。最大開閥轉(zhuǎn)矩Tr1max的絕對值大于最大閉閥轉(zhuǎn)矩Tr2max的絕對值。

當(dāng)圖9、圖10一起說明的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生時(shí)，在調(diào)壓閥67不處于結(jié)冰狀態(tài)的情況下，開度根據(jù)輸入的脈沖數(shù)而變化，由此實(shí)際的開度與推定開度成為接近的值。在調(diào)壓閥67處于結(jié)冰狀態(tài)的情況下，實(shí)際的開度與推定開度背離，因此調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68發(fā)生失步。這樣失步的同時(shí)，與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)相伴的振動(dòng)施加于結(jié)冰部位。

關(guān)于本實(shí)施方式的結(jié)冰狀態(tài)消除處理，如圖7所示，針對調(diào)壓閥67，在4次使開度指令值為開度a1之后，將開度指令值設(shè)定為零而結(jié)束。然后，如圖7所示，在t7時(shí)刻，推定開度成為零。針對分流閥63，4次使開度指令值為開度b1后結(jié)束。第四次的開度b1結(jié)束是如圖7所示比t7時(shí)刻晚的t8時(shí)刻。然后，開度指令值維持為開度b1。

通過結(jié)冰狀態(tài)消除處理消除了結(jié)冰的情況下，在t7時(shí)刻至t8時(shí)刻，在調(diào)壓閥67仍關(guān)閉的狀態(tài)下，對分流閥63進(jìn)行開閉。因此，陰極氣體向陰極流入，存在于陰極的氫被稀釋。

當(dāng)1周期的結(jié)冰狀態(tài)消除處理結(jié)束時(shí)，判定陰極側(cè)閥是否結(jié)冰(S340)。S340的方法與S300一樣。即，如圖7的t8時(shí)刻以后所示，使陰極氣體的流量增大，然后，將調(diào)壓閥67開閥，實(shí)施基于電流值及 電壓值的判定。在陰極側(cè)閥未結(jié)冰的情況下(S340為“否”)，進(jìn)入前述的S310。

另一方面，在陰極側(cè)閥結(jié)冰的情況下(S340為“是”)，判定二次電池81的剩余容量的下降幅度是否達(dá)到基準(zhǔn)值(例如5％)(S350)。在二次電池81的剩余容量的下降幅度未達(dá)到基準(zhǔn)值的情況下(S350為“否”)，再次執(zhí)行S330。

另一方面，在二次電池81的剩余容量的下降幅度達(dá)到基準(zhǔn)值的情況下(S350為“是”)，燃料電池系統(tǒng)30的啟動(dòng)中止(S360)，結(jié)束啟動(dòng)處理。

圖11是表示燃料電池系統(tǒng)30的停止處理的流程圖。該停止處理由控制部100執(zhí)行?？刂撇?00在使燃料電池系統(tǒng)30停止的情況下，開始該停止處理。使燃料電池系統(tǒng)30停止的情況是例如燃料電池汽車20結(jié)束行駛而駐車時(shí)動(dòng)力開關(guān)被按壓的情況。

首先，將分流閥63及調(diào)壓閥67關(guān)閉(S410)。S410通過向分流閥用電動(dòng)機(jī)64及調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68分別輸入開度指令值為零的驅(qū)動(dòng)脈沖來實(shí)現(xiàn)。接下來，使空氣壓縮機(jī)62停止(S420)，結(jié)束停止處理。其結(jié)果是，燃料電池系統(tǒng)30在第一電動(dòng)閥11將陰極氣體供給流路61與旁通路69連通的狀態(tài)下停止。

根據(jù)本實(shí)施方式，至少能夠得到如下的效果。

在分流閥63和調(diào)壓閥67中的至少一方結(jié)冰的情況下，對于該結(jié)冰，可以通過作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分流閥用電動(dòng)機(jī)64及調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)68的開閉動(dòng)作來嘗試消除。而且，該開閉動(dòng)作通過第一及第二驅(qū)動(dòng)脈沖而帶有特征，分別通過開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩和開度減小的方向的轉(zhuǎn)矩，結(jié)冰容易消除。

分流閥63和調(diào)壓閥67雙方結(jié)冰的情況自不必說，即使在僅一方結(jié)冰的情況下，也對于分流閥63和調(diào)壓閥67雙方執(zhí)行結(jié)冰狀態(tài)消除處理中的開閉動(dòng)作，由此不再需要判定哪一個(gè)結(jié)冰。因此，可以采用基于電壓值及電流值的判定。

第二驅(qū)動(dòng)脈沖設(shè)定為即使向未結(jié)冰的閥輸入的情況下也不會(huì)產(chǎn)生回彈的脈沖速度，不會(huì)產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不具有位置檢測機(jī)構(gòu)所引起的問題。

第一驅(qū)動(dòng)脈沖是用于實(shí)現(xiàn)與作為有效截面積的面積Sa、Sb(>零)對應(yīng)的開度指令值的脈沖，因此能夠期待通過開度增大的方向的轉(zhuǎn)矩而將結(jié)冰消除為確保流路的程度。

第二驅(qū)動(dòng)脈沖帶來基于高振動(dòng)頻率的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，因此基于高振動(dòng)頻率的振動(dòng)施加于結(jié)冰的部位。由此，能夠期待結(jié)冰狀態(tài)的消除。

第二驅(qū)動(dòng)脈沖是用于實(shí)現(xiàn)與開度零對應(yīng)的開度指令值的脈沖，能夠期待閥芯與閥座碰撞所產(chǎn)生的結(jié)冰的消除。

第一驅(qū)動(dòng)脈沖是用于實(shí)現(xiàn)與作為有效截面積的面積Sa、Sb對應(yīng)的開度指令值的脈沖，且，在結(jié)冰狀態(tài)消除處理的執(zhí)行中，繼續(xù)進(jìn)行空氣壓縮機(jī)62對空氣的壓縮，因此在結(jié)冰消除的時(shí)刻，向陰極供給陰極氣體。因此，在結(jié)冰消除的時(shí)刻，能夠發(fā)電，且能夠稀釋存在于陰極的氫。

在二次電池81的SOC過度減少之前，中止結(jié)冰狀態(tài)消除處理，而且中止燃料電池系統(tǒng)30的啟動(dòng)，因此能夠確保下次啟動(dòng)時(shí)用的電力。

本發(fā)明并不局限于本說明書的實(shí)施方式、實(shí)施例、變形例，在不 脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠以各種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。例如，與發(fā)明內(nèi)容一欄記載的各方式中的技術(shù)特征對應(yīng)的實(shí)施方式、實(shí)施例、變形例中的技術(shù)特征為了解決前述的課題的一部分或全部，或者為了實(shí)現(xiàn)前述的效果的一部分或全部，可以適當(dāng)進(jìn)行更換或組合。該技術(shù)特征在本說明書中只要不是作為必須的特征進(jìn)行說明，就可以適當(dāng)刪除。例如，例示以下的情況。

陰極側(cè)閥的結(jié)冰是否被消除的判定方法例如可以基于燃料電池的溫度來判定。即，若燃料電池的溫度上升了規(guī)定幅度以上，則可以判定為通過結(jié)冰的消除而發(fā)電開始。

可以針對分流閥和調(diào)壓閥分別判定是否結(jié)冰。這種情況下，可以僅對結(jié)冰的閥輸入第一及第二驅(qū)動(dòng)脈沖。

在針對分流閥和調(diào)壓閥分別判定是否結(jié)冰的情況下，例如，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步發(fā)生的情況下可以判定為結(jié)冰發(fā)生，也可以測定分流閥和調(diào)壓閥的各自的溫度，若為規(guī)定溫度(例如零℃)以下，則判定為結(jié)冰。

上述失步的檢測例如可以通過在分流閥用電動(dòng)機(jī)或調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)設(shè)置位置檢測機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

向分流閥輸入的第一驅(qū)動(dòng)脈沖與向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)輸入的第一驅(qū)動(dòng)脈沖也可以具有相同的脈沖速度。

向分流閥輸入的第二驅(qū)動(dòng)脈沖與向調(diào)壓閥用電動(dòng)機(jī)輸入的第二驅(qū)動(dòng)脈沖也可以具有相同的脈沖速度。

第一驅(qū)動(dòng)脈沖可以與全開的開度指令值對應(yīng)。

第二驅(qū)動(dòng)脈沖可以與比零大的開度指令值對應(yīng)。

在結(jié)冰處理中，可以不驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。

可以取代分流閥而使用調(diào)壓閥(以下，稱為替代調(diào)壓閥)。

在使用替代調(diào)壓閥的情況下，可以將旁通路連接于替代調(diào)壓閥的上游，也可以將旁通路廢棄。

在將旁通路廢棄的情況下，為替代調(diào)壓閥結(jié)冰的情況作準(zhǔn)備，可以將在高壓時(shí)工作的安全閥設(shè)于空氣壓縮機(jī)或陰極氣體供給流路。

可以執(zhí)行結(jié)冰狀態(tài)消除處理直至成為二次電池的實(shí)際使用區(qū)域的下限值為止。

作為二次電池，可以使用鎳氫電池。

燃料電池系統(tǒng)可以不是汽車用，可以是搭載于其他的運(yùn)輸用設(shè)備(二輪車、電車等)的結(jié)構(gòu)或安置的結(jié)構(gòu)。