專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
以往，公知有通過(guò)使供應(yīng)到燃料極的燃料氣體(例如，氫氣)和供應(yīng)到氧化劑極的 氧化劑氣體(例如，空氣)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。在具有該燃料電池的 燃料電池系統(tǒng)中，在起動(dòng)時(shí)，有時(shí)在氧化劑極及燃料極這兩者處都存在空氣。在該情況下存 在如下可能性在燃料極側(cè)存在的空氣與新供應(yīng)的氫氣的界面、也就是在所謂的氫氣前線 處導(dǎo)致燃料電池劣化。具體而言，可引起承載有鉬等催化劑的碳載體腐蝕。例如，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有燃料電池的停止方法。在該方法中，停止空氣流向 氧化劑極，使燃料電池中的氧氣和氫氣進(jìn)行反應(yīng)。由此，使氧化劑極中殘留的氧氣的濃度 下降并使燃料電池中的氫氣的濃度上升，直至在燃料極和氧化劑極中不殘留氧氣，并且，燃 料極與氧化劑極中的氣體組成達(dá)到由至少0.0001%的氫氣和殘留的燃料電池惰性氣體形 成的平衡氣體組成。而且，一旦達(dá)到平衡氣體組成，則在系統(tǒng)處于停止的期間，維持由至少 0. 0001%的氫氣和殘留的燃料電池惰性氣體形成的氣體組成。具體而言，在從系統(tǒng)停止到 再次起動(dòng)的期間(擱置期間)，監(jiān)視燃料電池中的氫氣濃度，根據(jù)需要向燃料電池供應(yīng)氫 氣。專利文獻(xiàn)1 日本特表2005-518632號(hào)公報(bào)根據(jù)專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的技術(shù)，能夠抑制由氫氣前線引起的起動(dòng)時(shí)的劣化。但是， 在擱置期間，需要進(jìn)行氫氣濃度的監(jiān)視并控制氫氣的供應(yīng)動(dòng)作，存在系統(tǒng)效率下降這樣的 不良情況。另外，在擱置期間，從密封部進(jìn)入的空氣與燃料電池中的氫氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生過(guò) 氧化氫。該過(guò)氧化氫也是使燃料電池劣化的原因之一。該擱置時(shí)的劣化隨著擱置期間增長(zhǎng) 而累積，因此存在擱置期間越長(zhǎng)越推進(jìn)劣化的傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于該情況而做出來(lái)的，其目的在于均衡地抑制起動(dòng)時(shí)的劣化和擱置 時(shí)的劣化。為了解決該問(wèn)題，在本發(fā)明中，當(dāng)停止系統(tǒng)時(shí)，控制部件進(jìn)行停止處理，該停止處 理是在向燃料極供應(yīng)燃料氣體的同時(shí)進(jìn)行氣體消耗控制，該氣體消耗控制是在切斷了向氧 化劑極供應(yīng)氧化劑氣體的狀態(tài)下消耗在氧化劑極中存在的氧化劑氣體。而且，控制部件進(jìn) 行在停止處理結(jié)束后且經(jīng)過(guò)預(yù)定期間后結(jié)束對(duì)燃料極供應(yīng)燃料氣體的控制。因?yàn)榕c短期性系統(tǒng)停止對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度呈現(xiàn)較高的傾向，所以在系統(tǒng)停止期間為 短期停止的范圍時(shí)，優(yōu)選的是，抑制住劣化程度依賴于起動(dòng)頻度的起動(dòng)時(shí)劣化。根據(jù)本發(fā) 明，在停止處理結(jié)束后，能夠在預(yù)定期間內(nèi)向燃料極供應(yīng)燃料氣體，因此在系統(tǒng)停止期間為 短期停止的范圍時(shí)，抑制燃料極處的氧化劑氣體濃度上升。在該情況下，即使起動(dòng)了系統(tǒng)， 由于抑制了所謂的氫氣前線問(wèn)題，因此也能夠抑制起動(dòng)時(shí)劣化。
另一方面，因?yàn)榕c長(zhǎng)期性系統(tǒng)停止對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度呈現(xiàn)較低的傾向，所以在系統(tǒng) 停止期間為長(zhǎng)期的范圍時(shí)，優(yōu)選的是，抑制住劣化程度依賴于系統(tǒng)停止期間的擱置時(shí)劣化。 根據(jù)本發(fā)明，在經(jīng)過(guò)預(yù)定期間后使燃料氣體的供應(yīng)結(jié)束，并且，燃料極中的燃料氣體被所進(jìn) 入的大氣消耗，因此在系統(tǒng)停止期間為長(zhǎng)期的范圍時(shí)，阻止在燃料極中存在燃料氣體。在該 情況下，可抑制產(chǎn)生過(guò)氧化氫，因此能夠抑制擱置時(shí)劣化。因此，通過(guò)根據(jù)系統(tǒng)停止期間來(lái)抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化中的劣化原因較大 的要素，能夠均衡地抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化。


圖1是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是表示燃料電池系統(tǒng)的控制方法的過(guò)程的流程圖；圖3是表示擱置期間Ts與氣體濃度、劣化程度之間的關(guān)系的說(shuō)明圖；圖4是表示系統(tǒng)的擱置期間與起動(dòng)頻度的說(shuō)明圖；圖5是表示電荷消耗量Cc、燃料電池堆棧1中的氧氣濃度Co及燃料極中的氫氣濃 度Ch的變遷的說(shuō)明圖；圖6是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的變形例的框圖；圖7是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的另一變形例的框圖；圖8是示意性地表示第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示意性地表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。燃料 電池系統(tǒng)例如安裝在作為移動(dòng)體的車輛上，該車輛由從燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)。燃料電池系統(tǒng)具有隔著分隔件層組多個(gè)燃料電池構(gòu)造體而構(gòu)成的燃料電池堆棧 (燃料電池)1，該燃料電池構(gòu)造體隔著固體高分子電解質(zhì)膜成對(duì)設(shè)置有燃料極和氧化劑 極。該燃料電池堆棧1向燃料極供應(yīng)燃料氣體并且向氧化劑極供應(yīng)氧化劑氣體，從而使燃 料氣體和氧化劑氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力。在本實(shí)施方式中說(shuō)明的是，采用氫氣作 為燃料氣體、采用空氣作為氧化劑氣體的情況。燃料電池系統(tǒng)包括用于向燃料電池堆棧1供應(yīng)氫氣的氫氣系統(tǒng)和用于向燃料電 池堆棧1供應(yīng)空氣的空氣系統(tǒng)。在氫氣系統(tǒng)中，作為燃料氣體的氫氣從燃料氣體供應(yīng)部件經(jīng)由氫氣供應(yīng)流路Ll 向燃料電池堆棧1供應(yīng)。具體而言，氫氣例如貯存在稱作高壓氫氣瓶的燃料罐(燃料氣體 供應(yīng)部件)10中，被從該燃料罐10經(jīng)由氫氣供應(yīng)流路Ll向燃料電池堆棧1供應(yīng)。在氫氣供應(yīng)流路Ll上，在燃料罐10的下游設(shè)有罐主閥11，并且在罐主閥11的下 游設(shè)有減壓閥12。燃料罐10中的氫氣是通過(guò)使罐主閥11成為開(kāi)啟狀態(tài)，向氫氣供應(yīng)流路 Ll供應(yīng)，并利用減壓閥12機(jī)械減壓至規(guī)定的壓力。另外，在氫氣供應(yīng)流路Ll上，在減壓閥 12的下游側(cè)設(shè)有中壓氫氣閥13，并且在中壓氫氣閥13的下游側(cè)設(shè)有氫氣調(diào)壓閥14。該氫 氣調(diào)壓閥14被后述的控制部30控制開(kāi)度(即，是開(kāi)口面積，被包含在開(kāi)閉狀態(tài)的一個(gè)狀 態(tài))，由此調(diào)整氫氣的壓力，使得燃料電池堆棧1的燃料極中的氫氣壓力成為期望的壓力。另外，在氫氣供應(yīng)流路Ll上設(shè)有旁路流路L2。旁路流路L2的一端部連接于中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的氫氣供應(yīng)流路Li，旁路流路L2的另一端部連接于氫氣調(diào) 壓閥14與燃料電池堆棧1之間的氫氣供應(yīng)流路Li。在旁路流路L2上設(shè)有用于限制經(jīng)由該 旁路流路L2供應(yīng)的氫氣的流量的流量限制部件15。作為流量限制部件15，例如可采用縮 小旁路流路L2的流路直徑的節(jié)流孔。流量限制部件15允許通過(guò)的氫氣流量被設(shè)定為在系 統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間燃料電池堆棧1所消耗的氫氣的最低流量以下。來(lái)自燃料電池堆棧1中的各個(gè)燃料極的排氣(包含未使用的氫氣的氣體)被排出 到氫氣循環(huán)流路L3。氫氣循環(huán)流路L3的另一端部連接于氫氣供應(yīng)流路Ll上的比旁路流 路L2的下游側(cè)的連接端靠向下游側(cè)的位置。在該氫氣循環(huán)流路L3上，例如設(shè)有稱作氫氣 循環(huán)泵16的氫氣循環(huán)部件。來(lái)自該燃料電池堆棧1的排出氣體被通過(guò)氫氣循環(huán)部件再次 循環(huán)到燃料電池堆棧1。在作為氧化劑氣體采用空氣的情況下，包含在供應(yīng)給氧化劑極的空氣中的雜質(zhì) (例如，氮?dú)?有時(shí)滲透到燃料極側(cè)。因此，包含燃料極及氫氣循環(huán)流路L3在內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng) 中的雜質(zhì)濃度增加，成為氫氣分壓減少的傾向。在雜質(zhì)濃度較高時(shí)，產(chǎn)生燃料電池堆棧1的 輸出功率下降等不良情況，因此需要管理循環(huán)系統(tǒng)中的雜質(zhì)濃度。因此，在氫氣循環(huán)流路L3上設(shè)有用于從循環(huán)系統(tǒng)中凈化雜質(zhì)的凈化流路L4。在凈 化流路L4上設(shè)有凈化閥17，通過(guò)控制該凈化閥17的開(kāi)閉狀態(tài)，能夠?qū)⒃跉錃庋h(huán)流路L3 中流動(dòng)的循環(huán)氣體排出到外部。由此，能夠進(jìn)行雜質(zhì)的凈化。通過(guò)該雜質(zhì)凈化，能夠調(diào)整循 環(huán)系統(tǒng)中的雜質(zhì)濃度。在空氣系統(tǒng)中，作為氧化劑氣體的空氣從空氣供應(yīng)部件經(jīng)由空氣供應(yīng)流路L5供 應(yīng)到燃料電池堆棧1。具體而言，在空氣供應(yīng)流路L5上設(shè)有壓縮機(jī)20。壓縮機(jī)20吸入大 氣(空氣)，并且對(duì)其進(jìn)行加壓并送出。加壓后的空氣被供應(yīng)到燃料電池堆棧1中。來(lái)自燃料電池堆棧1中的各個(gè)氧化劑極的排出氣體(被消耗了氧氣的空氣)經(jīng)由 空氣排出流路L6排出到外部。在空氣排出流路L6上設(shè)有空氣調(diào)壓閥21。該空氣調(diào)壓閥 21調(diào)整燃料電池堆棧1的氧化劑極處的空氣壓力。另外，在空氣供應(yīng)流路L5上的燃料電池堆棧1的入口側(cè)設(shè)有在關(guān)閉狀態(tài)下切斷流 路的截止閥22。另一方面，在空氣排出流路L6上的燃料電池堆棧1的出口側(cè)設(shè)有在關(guān)閉狀 態(tài)下切斷流路的截止閥23。如后所述，這些截止閥22、23雖然在系統(tǒng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被控制為 開(kāi)啟狀態(tài)，但能根據(jù)需要被控制為關(guān)閉狀態(tài)。通過(guò)該關(guān)閉狀態(tài)控制，限制大氣進(jìn)入燃料電池 堆棧1中。在燃料電池堆棧1上連接有輸出取出裝置2，該輸出取出裝置2對(duì)從燃料電池堆 棧1取出的輸出(例如，電流)進(jìn)行控制。在燃料電池堆棧1中發(fā)電的電力經(jīng)由輸出取出 裝置2供應(yīng)到用于車輛驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)等載荷?？刂撇?控制部件)30承擔(dān)對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行統(tǒng)一控制的功能，通過(guò)按照控制程序 進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行控制。作為控制部30，可采用以CPU、ROM、RAM、I/O接口 為主體而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。該控制部30根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行各種計(jì)算，將該計(jì)算結(jié)果作為 控制信號(hào)輸出到各種致動(dòng)器(未圖示)。由此，控制各種閥11 14、17、21 23的狀態(tài)、氫 氣循環(huán)泵16和壓縮機(jī)20的轉(zhuǎn)速、以及輸出取出裝置2的取出電流。為了檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，向控制部30輸入來(lái)自各種傳感器等的傳感器信號(hào)。例如，控 制部30根據(jù)傳感器信號(hào)，能夠確定供應(yīng)到燃料電池堆棧中的氫氣及空氣的流量或壓力。另外，控制部30根據(jù)傳感器信號(hào)，能夠確定從燃料電池堆棧1實(shí)際取出的取出電流、燃料電池 堆棧1的總電壓及構(gòu)成燃料電池堆棧1的單位發(fā)電單元的單元電壓。在與本實(shí)施方式的關(guān)系上，控制部30執(zhí)行在系統(tǒng)停止時(shí)執(zhí)行的停止處理。在本說(shuō) 明書(shū)中，系統(tǒng)停止是指與燃料電池堆棧1的發(fā)電動(dòng)作相關(guān)的實(shí)質(zhì)性控制處于結(jié)束的狀態(tài)， 具體而言，是指結(jié)束停止處理后直至再次起動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的期間的狀態(tài)。作為停止處理， 控制部30使在燃料電池堆棧1的氧化劑極處存在的空氣、具體為氧氣被消耗掉。而且，控 制部30將中壓氫氣閥13及氫氣調(diào)壓閥14控制為關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行該一連串的停止處理 并過(guò)渡到系統(tǒng)停止時(shí)，將氫氣保持在中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的流路內(nèi)(保持 中壓氫氣)。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制方法的過(guò)程的流程圖。該圖 所示的處理是表示在燃料電池系統(tǒng)停止時(shí)所執(zhí)行的停止處理的一連串過(guò)程，例如將點(diǎn)火開(kāi) 關(guān)的關(guān)閉信號(hào)作為觸發(fā)條件，由控制部30執(zhí)行。在執(zhí)行停止處理之前，對(duì)燃料極進(jìn)行氫氣 供應(yīng)，而且，對(duì)氧化劑極進(jìn)行空氣供應(yīng)。首先，在步驟I(Sl)中，指示停止供應(yīng)空氣。具體而言，控制部30使壓縮機(jī)20的 工作停止。由此，切斷向氧化劑極供應(yīng)空氣。另外，在該步驟1中，僅停止空氣的供應(yīng)，氫氣 的供應(yīng)繼續(xù)。在步驟2(S2)中，判斷空氣供應(yīng)是否停止?？刂撇?0單獨(dú)或綜合利用壓縮機(jī)20 的轉(zhuǎn)速、空氣流量、空氣壓力、從供應(yīng)停止的指示時(shí)刻起所經(jīng)過(guò)的時(shí)間這樣的要素，判斷空 氣供應(yīng)是否停止。當(dāng)在該步驟2中判斷為肯定時(shí)、即停止了空氣供應(yīng)時(shí)，進(jìn)入步驟3 (S3)。另一方面， 當(dāng)在步驟2中判斷為否定時(shí)、即未停止空氣供應(yīng)時(shí)，在規(guī)定時(shí)間后再次進(jìn)行步驟2的判斷。在步驟3中，開(kāi)始氧氣消耗控制。作為執(zhí)行氧氣消耗控制(氣體消耗控制)的前 提，控制部30將空氣系統(tǒng)中的截止閥22、23控制為關(guān)閉狀態(tài)。另外，控制部30將氫氣系統(tǒng) 中的凈化閥17控制為關(guān)閉狀態(tài)。氧氣消耗控制是通過(guò)借助輸出取出裝置2從燃料電池堆棧1取出電流而執(zhí)行的控 制。通過(guò)執(zhí)行該氧氣消耗控制，消耗燃料電池堆棧1的氧化劑極(廣義上也包含與氧化劑 極相連通的空氣系統(tǒng))中的空氣(氧氣)?？刂撇?0決定作為輸出取出裝置2的取出電流 的控制指令值的電流設(shè)定值，根據(jù)該電流設(shè)定值對(duì)輸出取出裝置2進(jìn)行控制，從而從燃料 電池堆棧1取出電流。電流設(shè)定值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)或模擬而預(yù)先設(shè)定了最佳值。在步驟4(S4)中，判斷電荷消耗量是否為判定值以上?？筛鶕?jù)由輸出取出裝置2 取出的電流量的積分值來(lái)計(jì)算伴隨氧氣消耗控制的電荷消耗量。另一方面，判定值是用于 判定氧氣消耗控制的結(jié)束時(shí)刻的值，表示在氧氣消耗控制中應(yīng)消耗的電荷量。在本實(shí)施方 式中，判定值為可變值，如后所述，根據(jù)在系統(tǒng)停止期間經(jīng)由旁路流路L2供應(yīng)的中壓氫氣 的總量而設(shè)定。具體而言，以中壓氫氣的總流量越大電荷消耗量越小的方式設(shè)定判定值。當(dāng)在步驟4中判斷為肯定時(shí)、即電荷消耗量為判定值以上時(shí)，進(jìn)入步驟5 (S5)。另 一方面，當(dāng)在步驟4中判斷為否定時(shí)、即電荷消耗量未達(dá)到判定值時(shí)，在規(guī)定時(shí)間后再次進(jìn) 行步驟4的判斷。在步驟5(S5)中，結(jié)束氧氣消耗控制。具體而言，控制部30結(jié)束輸出取出裝置2 的電流取出。
在步驟6(S6)中，進(jìn)行氫氣系統(tǒng)中的各個(gè)閥的閉閥處理。具體而言，控制部30將 罐主閥11、中壓氫氣閥13及氫氣調(diào)壓閥14控制為關(guān)閉狀態(tài)。另外，通過(guò)錯(cuò)開(kāi)氫氣調(diào)壓閥 14的閉閥時(shí)刻，能夠調(diào)整保持在中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的中壓氫氣的總量。一旦由這一連串的處理構(gòu)成的停止處理結(jié)束，就過(guò)渡到系統(tǒng)停止?fàn)顟B(tài)。即，在本實(shí) 施方式中，如圖2的流程圖所示，通過(guò)步驟6中所示的將罐主閥11、中壓氫氣閥13及氫氣調(diào) 壓閥14全部控制為關(guān)閉狀態(tài)，來(lái)結(jié)束停止處理，之后過(guò)渡到系統(tǒng)停止?fàn)顟B(tài)。另外，步驟5和 步驟6的處理即可以按時(shí)間上相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻執(zhí)行，也可以倒轉(zhuǎn)順序進(jìn)行。在后者的情況下， 通過(guò)進(jìn)行步驟5的處理，結(jié)束停止處理。這樣，在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，在氫氣供應(yīng)流路Ll上設(shè)有中壓氫氣閥13 和氫氣調(diào)壓閥14，這些閥13、14作為對(duì)流路的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行切換的開(kāi)閉部件發(fā)揮作用。另 外，旁路流路L2的一端部連接于氫氣供應(yīng)流路Ll中的中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之 間的部位，旁路流路L2的另一端部連接于氫氣供應(yīng)流路Ll的氫氣調(diào)壓閥14與燃料電池堆 棧1之間的部位。換言之，氫氣供應(yīng)流路Ll是借助旁路流路L2將中壓氫氣閥13與氫氣調(diào) 壓閥14之間的流路連通于氫氣調(diào)壓閥14與燃料電池堆棧1之間的流路。在旁路流路L2 上設(shè)有流量限制部件15，該流量限制部件15對(duì)在流路中流動(dòng)的氣體的流量進(jìn)行限制。在這種構(gòu)成中，作為系統(tǒng)的停止處理，控制部30借助輸出取出裝置2從燃料電池 堆棧1取出電流，從而使在燃料電池堆棧1的氧化劑極處存在的空氣(氧氣)被消耗掉(氧 氣消耗控制)。另外，控制部30在結(jié)束氧氣消耗控制后將中壓氫氣閥13及氫氣調(diào)壓閥14 控制為關(guān)閉狀態(tài)，從而將氫氣保持在中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的流路內(nèi)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)停止期間，能夠經(jīng)由旁路流路L2向燃料電池堆棧1的燃料極 側(cè)供應(yīng)保持在氫氣供應(yīng)流路Ll中的位于中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的規(guī)定容量 的氫氣(中壓氫氣)。通過(guò)供應(yīng)與中壓氫氣閥13和氫氣調(diào)壓閥14之間的流路的容積相當(dāng) 的容量的氫氣，結(jié)束該中壓氫氣的供應(yīng)。在燃料電池系統(tǒng)中，在系統(tǒng)停止期間，空氣從外部經(jīng)由在各種閥、容納燃料電池堆 棧1的堆棧殼體的密封部等中存在的細(xì)小的間隙進(jìn)入，或者氧氣從氧化劑極滲透，都會(huì)導(dǎo) 致氧氣進(jìn)入燃料電池堆棧1的燃料極。在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，在氧化劑極和燃料極這兩者中存在 有空氣(氧氣)的情況下，有可能由于在燃料極側(cè)存在的空氣與新供應(yīng)的氫氣的界面即氫 氣前線的存在而導(dǎo)致燃料電池堆棧劣化(所謂的起動(dòng)時(shí)劣化)。具體而言，當(dāng)在燃料極側(cè)存 在氫氣前線時(shí)，在與燃料極側(cè)中的不存在氫氣的區(qū)域相對(duì)的氧化劑極側(cè)，發(fā)生以下反應(yīng)。C+2H20 — C02+4H++4e"…(1)2H20 ^ 02+4H++4e" . . . (2)在這些反應(yīng)中，(1)所示的反應(yīng)，會(huì)引起承載有鉬等催化劑的碳載體的腐蝕，導(dǎo)致 燃料電池堆棧劣化。因?yàn)樵撈饎?dòng)時(shí)劣化產(chǎn)生在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，所以劣化的程度依賴于起動(dòng)次 數(shù)，其起動(dòng)次數(shù)越多，劣化程度越大。鑒于起動(dòng)時(shí)劣化的原因?yàn)樵谘趸瘎O和燃料極這兩者中存在氧氣這一點(diǎn)，可考慮 為了下次的系統(tǒng)起動(dòng)，通過(guò)在作為其前一階段的系統(tǒng)停止時(shí)采取一些措施來(lái)抑制起動(dòng)時(shí)劣 化。因此，為了抑制空氣在系統(tǒng)停止期間從氧化劑極向燃料極滲透，在系統(tǒng)停止處理中對(duì)在 燃料電池堆棧的氧化劑極中存在的空氣進(jìn)行消耗的控制是周知的。另外，公知有如下以往 技術(shù)為了在系統(tǒng)停止期間使燃料電池堆棧的燃料極處于氫氣氛圍，在系統(tǒng)停止期間，以燃料電池堆棧的燃料極處的氫氣濃度下降了為條件，向燃料極供應(yīng)氫氣。但是，在后者的技術(shù)中，在系統(tǒng)停止期間，需要根據(jù)燃料電池堆棧的燃料極的氫氣 濃度供應(yīng)氫氣。因此，需要使控制部、監(jiān)視氫氣濃度的檢測(cè)部工作，存在系統(tǒng)效率下降這樣 的問(wèn)題。另外，由于根據(jù)氫氣濃度的下降來(lái)供應(yīng)氫氣，因此存在氫氣消耗量增加這樣的不良 情況。而且，存在若系統(tǒng)停止期間長(zhǎng)則擱置時(shí)劣化大這樣的問(wèn)題。在此，擱置時(shí)劣化是指如下劣化在系統(tǒng)停止期間在燃料極中存在氫氣的狀態(tài)下， 當(dāng)氧氣進(jìn)入燃料極時(shí)，由氧氣和氫氣發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生過(guò)氧化氫，由該過(guò)氧化氫引起的燃料 電池堆棧的劣化。具體而言，在氫氣的電極氧化反應(yīng)推進(jìn)的燃料極的電極催化劑(鉬)上 存在許多分解出來(lái)并被吸附過(guò)來(lái)的氫種子。在氧氣作用于此的情況下，如以下的反應(yīng)所示 那樣產(chǎn)生過(guò)氧化氫。2Pt-H+02 — H202+2Pt該過(guò)氧化氫與存在極微量的雜質(zhì)的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，變?yōu)檠趸芰O強(qiáng)的自由 基化學(xué)種子。Fe2+H202+H+ — Fe3++ · 0Η+Η20如果該自由基化學(xué)種子(·0Η)與電解質(zhì)膜長(zhǎng)時(shí)間接觸，則存在電解質(zhì)膜劣化的可 能性。該擱置時(shí)劣化是擱置時(shí)間、即從系統(tǒng)停止起的經(jīng)過(guò)時(shí)間越長(zhǎng)劣化的程度越大。圖3是表示擱置期間(即，與系統(tǒng)停止對(duì)應(yīng)的期間)Ts與氣體濃度、劣化程度的關(guān) 系的說(shuō)明圖。在該圖中，La表示燃料電池堆棧1中的氫氣濃度的變遷，Lb表示燃料電池堆 棧1中的氧氣濃度。Al表示擱置時(shí)劣化的程度，Α2表示起動(dòng)時(shí)劣化的程度。另外，Lc表示 以往技術(shù)的擱置時(shí)劣化的程度。根據(jù)本實(shí)施方式，在從系統(tǒng)的停止時(shí)刻、即結(jié)束停止處理的時(shí)刻起的規(guī)定時(shí)間 (在該圖中，為直到時(shí)刻ta的時(shí)間)，中壓氫氣經(jīng)由旁路流路L2供應(yīng)到燃料電池堆棧1的 燃料極。由此，進(jìn)入燃料極中的氧氣通過(guò)與氫氣發(fā)生反應(yīng)而被消耗，因此在供應(yīng)被保持在中 壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的中壓氫氣的期間，可抑制燃料極處的氧氣濃度上升。由 此，在該期間內(nèi)起動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生氫氣前線問(wèn)題，因此能夠抑制起動(dòng)時(shí)劣化。另外，燃料極中的氫氣被從外部進(jìn)入的氧氣逐漸消耗掉，因此燃料極處的氫氣濃 度慢慢下降，不久氧氣濃度開(kāi)始增加。然后，一旦供應(yīng)了與中壓氫氣閥13和氫氣調(diào)壓閥14 之間的流路的容積相當(dāng)?shù)娜萘康臍錃?，就結(jié)束向燃料極供應(yīng)氫氣(時(shí)刻ta)。之后，氫氣濃 度達(dá)到零，之后從外部進(jìn)入的空氣被導(dǎo)入燃料極，從而燃料極置換成空氣。如此，結(jié)束供應(yīng) 中壓氫氣以后，通過(guò)從外部進(jìn)入的空氣和結(jié)束供應(yīng)氫氣，阻止在燃料極處存在氫氣，因此可 抑制由自由基化學(xué)種子(· 0H)引起的劣化。因此，在時(shí)刻ta以后，即使停止期間長(zhǎng)期化， 與像以往技術(shù)那樣持續(xù)供應(yīng)氫氣的情況相比，能夠抑制擱置時(shí)劣化。在此，圖4是表示系統(tǒng)的擱置期間與起動(dòng)頻度的說(shuō)明圖。在該圖中，Ts是擱置期 間，表示朝向箭頭方向前進(jìn)擱置期間變長(zhǎng)。另外，Hs是起動(dòng)次數(shù)，表示朝向箭頭方向前進(jìn)起 動(dòng)次數(shù)變多。如該圖所示，與如休息、購(gòu)物、吃飯這樣的短期性擱置期間相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度 較高。與如工作或夜間泊車這樣的長(zhǎng)期性擱置期間相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度較低。由于起動(dòng)時(shí)劣化依賴于起動(dòng)次數(shù)，因此在起動(dòng)頻度高的短期性擱置期間(系統(tǒng)停 止期間為短期范圍)下，通過(guò)抑制燃料極中的氧氣濃度的增加來(lái)抑制起動(dòng)時(shí)劣化是有效 的。話雖如此，即使是短期性擱置期間也需要抑制擱置時(shí)劣化，但在短期性擱置期間是擱置時(shí)劣化的程度較小，因此可認(rèn)為與擱置時(shí)劣化相比，還是抑制起動(dòng)時(shí)劣化較有益的。另一方 面，由于擱置時(shí)劣化依賴于擱置期間的長(zhǎng)短，因此在長(zhǎng)期性擱置期間(系統(tǒng)停止期間為長(zhǎng) 期的范圍)下，通過(guò)阻止在燃料極中存在氫氣來(lái)達(dá)到抑制擱置時(shí)劣化是有效的。話雖如此， 即使是在長(zhǎng)期性擱置期間下，如果考慮下次的起動(dòng)，還是有必要抑制起動(dòng)時(shí)劣化。但是，由 于與長(zhǎng)期性擱置期間對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度較低且在長(zhǎng)期性擱置期間下起動(dòng)時(shí)劣化的程度較小， 因此可認(rèn)為與起動(dòng)時(shí)劣化相比，還是抑制擱置時(shí)劣化較有益的。從這種劣化原因的觀點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)按時(shí)間序列追尋系統(tǒng)停止后的燃料電池堆棧 1(燃料極)的內(nèi)部環(huán)境時(shí)，優(yōu)選的是，當(dāng)系統(tǒng)停止期間為短期的范圍時(shí)，抑制氧氣濃度增 加，當(dāng)系統(tǒng)停止期間為長(zhǎng)期的范圍時(shí)，阻止氫氣存在。因此，在本實(shí)施方式中，如在上述結(jié)構(gòu) 及動(dòng)作的說(shuō)明中所示那樣，當(dāng)系統(tǒng)停止期間為短期的范圍時(shí)供應(yīng)中壓氫氣，與長(zhǎng)期性系統(tǒng) 停止期間的始期(換言之，短期性系統(tǒng)停止期間的結(jié)期)對(duì)應(yīng)地結(jié)束供應(yīng)中壓氫氣。由此， 能夠根據(jù)系統(tǒng)停止期間來(lái)抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化中劣化原因較大的要素，因此能夠 均衡地抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化。在此，中壓氫氣保持有僅在從系統(tǒng)停止時(shí)刻起的規(guī)定期間從旁路流路L2供應(yīng)氫 氣那樣的總量。該規(guī)定期間是根據(jù)中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的流路的容積(氫 氣保持容積)而決定的。該氫氣保持容積(預(yù)定時(shí)間)是根據(jù)與系統(tǒng)停止期間(擱置期 間)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)頻度而決定的。即，出于在起動(dòng)頻度高的區(qū)域(系統(tǒng)停止期間為短期的范 圍)抑制起動(dòng)時(shí)劣化、并且在起動(dòng)頻度低的區(qū)域(系統(tǒng)停止期間為長(zhǎng)期的范圍)抑制擱置 時(shí)劣化的觀點(diǎn)，根據(jù)圖4所示的起動(dòng)頻度與擱置期間的傾向來(lái)設(shè)定氫氣保持容積。換言之， 將從系統(tǒng)停止起到視為系統(tǒng)停止期間為短期的范圍中能夠供應(yīng)中壓氫氣的程度的氫氣容 量設(shè)定為氫氣保持容量。由此，能夠均衡地抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，在旁路流路L2上設(shè)有流量限制部件15。能夠利用該流量 限制部件15將經(jīng)由旁路流路L2供應(yīng)的氫氣的流量控制為少量。因此，能夠降低系統(tǒng)擱置 期間的燃料電池堆棧1中的氫氣濃度的峰值。通過(guò)降低氫氣濃度的峰值，能夠抑制在系統(tǒng) 停止期間從燃料極側(cè)向氧化劑極側(cè)滲透的氫氣量。由此，能夠抑制起動(dòng)時(shí)所需的用于稀釋 的空氣流量，因此能夠抑制壓縮機(jī)20所消耗的電力并抑制噪音、振動(dòng)。另外，由流量限制部件15允許的氫氣流量設(shè)定為成為在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間燃料電池 堆棧1所消耗的氫氣的最低流量以下。由此，能夠抑制在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間多余的氫氣經(jīng)由旁 路流路L2供應(yīng)到燃料極這樣的情況。因此，能夠抑制燃料費(fèi)上升、氫氣調(diào)壓閥14的調(diào)壓性 能的惡化。圖5是表示電荷消耗量Ce、燃料電池堆棧1中的氧氣濃度Co及燃料極中的氫氣濃 度Ch的變遷的說(shuō)明圖。在本實(shí)施方式中，在氧氣消耗控制中，在系統(tǒng)擱置期間供應(yīng)的中壓 氫氣的總量越大，用于判定電流取出的結(jié)束時(shí)刻的電荷消耗量(判定值)被設(shè)定為越小的 值。例如，中壓氫氣的總量大的場(chǎng)景Lcl下的電荷消耗量Ccl被設(shè)定為比中壓氫氣的總量 小的場(chǎng)景Lc2下的電荷消耗量Cc2小的值。這是因?yàn)?，在中壓氫氣的總量大時(shí)，即使作為氧 氣消耗控制沒(méi)有完全地消耗掉氧化劑極的氧氣，并且氧氣向燃料極側(cè)滲透，也通過(guò)與氫氣 的反應(yīng)而被消耗掉，因此不會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)時(shí)劣化的問(wèn)題。而且，即使通過(guò)該反應(yīng)消耗了氫氣， 只要確保有充分總量的中壓氫氣，就能夠向燃料極側(cè)供應(yīng)抑制起動(dòng)時(shí)劣化所需的氫氣。由此，中壓氫氣的總量越大，在氧氣消耗控制中消耗的電荷量越少，因此能夠縮短氧氣消耗控制所需的時(shí)間。因此，能夠縮短停止處理帶來(lái)的時(shí)間。另外，中壓氫氣的總量越 大，越能夠使開(kāi)始供應(yīng)中壓氫氣的時(shí)刻提前。因此，能夠與中壓氫氣的總量大小無(wú)關(guān)地統(tǒng)一 結(jié)束供應(yīng)中壓氫氣的時(shí)刻。另外，中壓氫氣的總量越大，越能夠?qū)⑷剂蠘O中的氫氣濃度Ch 的峰值從濃度Chl向濃度Ch2降低。由此，能夠抑制起動(dòng)時(shí)所需的用于稀釋的空氣流量，因 此能夠抑制壓縮機(jī)20所消耗的電力并抑制噪音、振動(dòng)。如此，本實(shí)施方式中的氧氣消耗控制的結(jié)束是根據(jù)電荷消耗量而判定的。因而，是 在最大限度地進(jìn)行了氧氣消耗控制的情況下，以將氧化劑極的氧氣完全消耗掉了的狀態(tài)結(jié) 束氧氣消耗控制的，但也包含在比此更靠前的時(shí)刻、即以在氧化劑極中殘留了氧氣的狀態(tài) 結(jié)束氧氣消耗控制的情況。圖6是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的變形例的框圖。該圖所示的 燃料電池系統(tǒng)與上述結(jié)構(gòu)不同的點(diǎn)在于用于保持中壓氫氣的結(jié)構(gòu)。首先，在本變形例中，省 略了中壓氫氣閥13。即，在本實(shí)施方式中，罐主閥11承擔(dān)作為上述實(shí)施方式所示的中壓氫 氣閥13的功能。即使是該結(jié)構(gòu)，也能夠起到與第1實(shí)施方式相同的效果并減少零部件個(gè)數(shù)。圖7是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的另一變形例的框圖。該圖所 示的燃料電池系統(tǒng)與上述結(jié)構(gòu)不同的點(diǎn)在于用于保持中壓氫氣的結(jié)構(gòu)。首先，在本變形例 中，旁路流路L2的一端部連接于氫氣供應(yīng)流路Ll的減壓閥12與中壓氫氣閥13之間的部 位，旁路流路L2的另一端部連接于氫氣供應(yīng)流路Ll的中壓氫氣閥13與燃料電池堆棧1之 間的部位。即，在本實(shí)施方式中，罐主閥11承擔(dān)作為第1實(shí)施方式所示的中壓氫氣閥13的 功能，并且中壓氫氣閥13承擔(dān)作為第1實(shí)施方式所示的氫氣調(diào)壓閥14的功能。另外，在該 情形下，在步驟6的閉閥處理中，不將氫氣調(diào)壓閥14控制為關(guān)閉狀態(tài)而控制為開(kāi)啟狀態(tài)。即使是該結(jié)構(gòu)，也能夠起到與第1實(shí)施方式相同的效果并減少零部件個(gè)數(shù)的減 少。(第2實(shí)施方式)圖8是示意性地表示第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。第2實(shí)施方式 的燃料電池系統(tǒng)與第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)不同的點(diǎn)在于具有用于保持中壓氫氣的 緩沖部件。另外，對(duì)于與第1實(shí)施方式重復(fù)的結(jié)構(gòu)，引用附圖標(biāo)號(hào)而省略其說(shuō)明，下面以不 同點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式的氫氣系統(tǒng)中，省略了第1實(shí)施方式所示的中壓氫氣閥13。S卩，在本 實(shí)施方式中，罐主閥11承擔(dān)用作第1實(shí)施方式所示的中壓氫氣閥13的功能。另外，在旁路 流路L2上經(jīng)由連接流路L7連接有具有貯存氫氣的容積部的罐19 (緩沖部件)。在該連接 流路L7上設(shè)有切換流路的開(kāi)閉狀態(tài)的開(kāi)閉閥18。在該結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)中，控制部30與上述第1實(shí)施方式相比，在以下點(diǎn)上不 同。具體而言，控制部30在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間將開(kāi)閉閥18控制為關(guān)閉狀態(tài)。而且，控制部30 根據(jù)需要將開(kāi)閉閥18僅在預(yù)定時(shí)間內(nèi)切換為開(kāi)啟狀態(tài)而向罐19補(bǔ)充氫氣。優(yōu)選的是，向 罐19補(bǔ)充氫氣的時(shí)刻為不妨礙向燃料電池堆棧1供應(yīng)氫氣那樣的時(shí)刻，例如負(fù)載變動(dòng)小的 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻等。另外，控制部30在步驟6的閉閥處理中，與將罐主閥11及氫氣調(diào)壓閥14控制為 關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)刻對(duì)應(yīng)地將開(kāi)閉閥18控制為開(kāi)啟狀態(tài)。
如此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠起到與第1實(shí)施方式相同的效果，并且與第1實(shí)施方 式相比，能夠保持與罐19相當(dāng)?shù)娜萘康闹袎簹錃?。由此，不用延長(zhǎng)氫氣供應(yīng)流路Ll的長(zhǎng)度， 就能夠保持所需量的中壓氫氣。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，但是本發(fā)明并不 限于上述實(shí)施方式，在其發(fā)明范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形。在上述實(shí)施方式中，設(shè)為經(jīng)由旁路流路L2供應(yīng)中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之 間的氫氣的結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明并不限定于此。即，只要是在系統(tǒng)停止期間，能夠以上述限 制流量、即限制為在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間燃料電池堆棧1所消耗的氫氣的最低流量以下的流量， 供應(yīng)中壓氫氣閥13與氫氣調(diào)壓閥14之間的中壓氫氣的結(jié)構(gòu)即可。在氫氣供應(yīng)流路Ll上， 比中壓氫氣閥13靠向下游側(cè)的位置設(shè)有能夠任意設(shè)定其開(kāi)口面積的燃料調(diào)整閥(例如，氫 氣調(diào)壓閥14)，以允許限制流量以下的流量的方式限制該燃料調(diào)整閥的最低開(kāi)度，從而能夠 將系統(tǒng)停止期間也包含在內(nèi)地從氫氣調(diào)壓閥14的開(kāi)口部供應(yīng)氫氣。換言之，在使系統(tǒng)停止 的情況下，控制部30將中壓氫氣閥13控制為關(guān)閉狀態(tài)，將氫氣調(diào)壓閥14控制為預(yù)定的開(kāi) 口面積(即，允許限制流量以下的流量那樣的最低開(kāi)度)。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，中壓氫氣的供應(yīng)是通過(guò)供應(yīng)與中壓氫氣閥13和氫氣調(diào)壓 閥14之間的流路的容積相當(dāng)?shù)娜萘康臍錃舛Y(jié)束的，不是由控制部30自己進(jìn)行控制而主 動(dòng)地使其結(jié)束的。但是，在本發(fā)明中，即使是這種依賴于容量的、氣體供應(yīng)的結(jié)束方式，即是 在使氣體供應(yīng)結(jié)束時(shí)不進(jìn)行任何控制的方式，即使是預(yù)想氣體供應(yīng)將來(lái)結(jié)束而在停止處理 中保持預(yù)定容量的中壓氫氣這樣的控制，在廣義上也都是由控制部件進(jìn)行結(jié)束燃料氣體的 供應(yīng)的控制。另外，鑒于這一點(diǎn)，在本發(fā)明中，結(jié)束燃料氣體的供應(yīng)的控制還包含如下情況在 停止處理結(jié)束后并經(jīng)過(guò)預(yù)定期間后，由控制部件主動(dòng)地結(jié)束向燃料極供應(yīng)燃料氣體的情 況。即，也可以在系統(tǒng)停止期間，通過(guò)采用計(jì)時(shí)器等，將經(jīng)過(guò)預(yù)定期間作為觸發(fā)條件而由控 制部件主動(dòng)地結(jié)束燃料氣體的供應(yīng)。即使是該方式，也不需要進(jìn)行氫氣濃度的監(jiān)視，或根據(jù) 氫氣濃度進(jìn)行供應(yīng)和切斷氫氣這樣的動(dòng)作等復(fù)雜處理，因此與以往技術(shù)相比，能夠抑制系 統(tǒng)效率下降。另外，在利用控制部件主動(dòng)地結(jié)束氫氣的供應(yīng)時(shí)，能夠通過(guò)在流量限制部件15 的下游設(shè)置開(kāi)閉部件并將其控制為關(guān)閉狀態(tài)來(lái)進(jìn)行氫氣供應(yīng)。另外，通過(guò)采用能夠任意設(shè) 定開(kāi)口面積的燃料調(diào)整閥，只要是在系統(tǒng)停止期間供應(yīng)中壓氫氣那樣的方式，就能夠通過(guò) 將該燃料調(diào)整閥控制為完全關(guān)閉狀態(tài)來(lái)進(jìn)行氫氣供應(yīng)。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法不僅作為能量源安裝在車輛上而使用，例 如，還能夠如固定型的燃料電池系統(tǒng)那樣用于廣泛的用途。附圖標(biāo)記說(shuō)明1、燃料電池堆棧2、輸出取出裝置10、燃料罐11、罐主閥12、減壓閥13、中壓氫氣閥
14、氫氣調(diào)壓閥
15、流量限制部件
16、氫氣循環(huán)泵
17、凈化閥
18、開(kāi)閉閥
19、罐
20、壓縮機(jī)
21、空氣調(diào)壓閥
22、截止閥
23、截止閥
30、控制部
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括燃料電池，其通過(guò)使供應(yīng)到燃料極的燃料氣體和供應(yīng)到氧化劑極的氧化劑氣體進(jìn)行電 化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電；以及控制部件，當(dāng)停止系統(tǒng)時(shí)，該控制部件進(jìn)行停止處理，并進(jìn)行在該停止處理結(jié)束后且經(jīng) 過(guò)預(yù)定期間后結(jié)束對(duì)燃料極供應(yīng)燃料氣體的控制，上述停止處理是在向上述燃料電池的燃 料極供應(yīng)燃料氣體的同時(shí)進(jìn)行氣體消耗控制，該氣體消耗控制是在切斷了向上述燃料電池 的氧化劑極供應(yīng)氧化劑氣體的狀態(tài)下消耗上述氧化劑極處的氧化劑氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料電池系統(tǒng)還包括燃料氣體供應(yīng)部件，其經(jīng)由燃料氣體供應(yīng)流路向上述燃料極供應(yīng)燃料氣體； 第1開(kāi)閉部件，其設(shè)置在上述燃料氣體供應(yīng)流路上，對(duì)流路的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行切換；以及 第2開(kāi)閉部件，其設(shè)置在上述燃料氣體供應(yīng)流路的比上述第1開(kāi)閉部件靠向下游側(cè)的 位置，并任意設(shè)定開(kāi)口面積；在上述停止處理中，上述控制部件在上述氣體消耗控制結(jié)束后，將上述第1開(kāi)閉部件 控制為關(guān)閉狀態(tài)，并將上述第2開(kāi)閉部件控制為預(yù)定的開(kāi)口面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料電池系統(tǒng)還包括燃料氣體供應(yīng)部件，其經(jīng)由燃料氣體供應(yīng)流路向上述燃料極供應(yīng)燃料氣體； 第1開(kāi)閉部件，其設(shè)置在上述燃料氣體供應(yīng)流路上，對(duì)流路的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行切換； 第2開(kāi)閉部件，其設(shè)置在上述燃料氣體供應(yīng)流路上的比上述第1開(kāi)閉部件靠向下游側(cè) 的位置，并對(duì)流路的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行切換；旁路流路，其一端部連接于上述燃料氣體供應(yīng)流路的上述第1開(kāi)閉部件與上述第2開(kāi) 閉部件之間的部位，另一端部連接于上述燃料氣體供應(yīng)流路的上述第2開(kāi)閉部件與上述燃 料電池之間的部位；以及流量限制部件，其設(shè)置在上述旁路流路上，并對(duì)在上述旁路流路中流動(dòng)的氣體的流量 進(jìn)行限制；在上述停止處理中，上述控制部件在上述氣體消耗控制結(jié)束后，將上述第1開(kāi)閉部件 和上述第2開(kāi)閉部件控制為關(guān)閉狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述燃料電池系統(tǒng)還包括電流取出部件，該電流取出部件用于從上述燃料電池取出電流，上述控制部件通過(guò)借助上述電流取出部件從上述燃料電池取出電流來(lái)進(jìn)行上述氣體 消耗控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述控制部件將判定電流取出的結(jié)束時(shí)刻的電荷消耗量設(shè)定為，在上述第1開(kāi)閉部件 與上述第2開(kāi)閉部件之間保持的燃料氣體的總量越大，該電荷消耗量的值越小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述燃料電池系統(tǒng)還包括緩沖部件，其連接于上述旁路流路，并具有貯存上述燃料氣體的容積部；以及第3開(kāi)閉部件，其設(shè)置在連接上述旁路流路和上述緩沖部件的流路上，并對(duì)流路的開(kāi) 閉狀態(tài)進(jìn)行切換；上述控制部件在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)上述第3開(kāi)閉部件的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行切換而向上述緩 沖部件補(bǔ)充燃料氣體，在上述氣體消耗控制結(jié)束后，與將上述第1開(kāi)閉部件和上述第2開(kāi)閉 部件控制為關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)刻相對(duì)應(yīng)地將上述第3開(kāi)閉部件控制為開(kāi)啟狀態(tài)。
7. 一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池，該燃料電池通過(guò)使 供應(yīng)到燃料極的燃料氣體和供應(yīng)到氧化劑極的氧化劑氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電，其 特征在于，當(dāng)停止系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行停止處理，該停止處理是在向上述燃料電池的燃料極供應(yīng)燃料氣 體的同時(shí)進(jìn)行氣體消耗控制，該氣體消耗控制是在切斷了向上述燃料電池的氧化劑極供應(yīng) 氧化劑氣體的狀態(tài)下使在上述氧化劑極中存在的氧化劑氣體被消耗，在上述停止處理結(jié)束后且經(jīng)過(guò)預(yù)定期間后，結(jié)束對(duì)燃料極供應(yīng)燃料氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。均衡地抑制起動(dòng)時(shí)劣化和擱置時(shí)劣化。在系統(tǒng)的停止處理中，控制部(30)使在燃料電池堆棧(1)的氧化劑極中存在的空氣(氧氣)被消耗(氧氣消耗控制)。另外，控制部(30)在氧氣消耗控制結(jié)束后，將中壓氫氣閥(13)和氫氣調(diào)壓閥(14)控制為關(guān)閉狀態(tài)，從而將氫氣保持在中壓氫氣閥(13)與氫氣調(diào)壓閥(14)之間的流路內(nèi)。在系統(tǒng)停止期間，能夠?qū)⒃跉錃夤?yīng)流路(L1)中的中壓氫氣閥(13)與氫氣調(diào)壓閥(14)之間保持的預(yù)定容量的氫氣(中壓氫氣)經(jīng)由旁路流路(L2)供應(yīng)到燃料電池堆棧(1)的燃料極側(cè)。
文檔編號(hào)H01M8/10GK102138239SQ200980134169
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者下井亮一, 熊田光德, 筑后隼人, 青山尚志 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社