燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】燃料電池系統(tǒng)(100)具有：燃料電池(10)、陰極氣體供給系統(tǒng)(30)、供給閥(34)、排出閥(43)、以及控制部(20)。燃料電池(10)具有：供給用歧管(M1)、排出用歧管(M2)、與上述歧管(M1、M2)連接的發(fā)電部(GA)。陰極氣體供給系統(tǒng)(30)使氣體流入供給用歧管(M1)。供給閥(34)可以密封供給用歧管(M1)，排出閥(43)可以密封排出用歧管(M2)。在燃料電池(10)的運轉(zhuǎn)停止后，控制部(20)關(guān)閉供給閥(34)以及排出閥(43)，在具有規(guī)定的壓力的狀態(tài)下密封燃料電池(10)而待機規(guī)定的時間。接著，打開供給閥(34)，借助此時的氣體流動，使殘留在發(fā)電部(GA)中的水分向發(fā)電部(GA)的外部移動。
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體高分子型燃料電池（以下，也簡稱為"燃料電池"）利用電解質(zhì)膜中的質(zhì)子移 動進(jìn)行發(fā)電。電解質(zhì)膜在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性，因此，優(yōu)選為，在燃料電池 的運轉(zhuǎn)中，燃料電池內(nèi)部被保持在濕潤狀態(tài)，以使電解質(zhì)膜處于適當(dāng)?shù)臐駶櫊顟B(tài)。
[0003] 相比之下，在燃料電池的運轉(zhuǎn)停止后，燃料電池的內(nèi)部或其連接配管中存在的水 分有可能在冰點下等低溫環(huán)境下凍結(jié)而成為導(dǎo)致燃料電池的起動性降低的原因。于是，以 往，在燃料電池的運轉(zhuǎn)結(jié)束時，對燃料電池內(nèi)部和其連接配管進(jìn)行掃氣（也稱為"吹掃"）， 以使殘留在燃料電池內(nèi)部和其連接配管中的水分量降低（下述專利文獻(xiàn)1等）。
[0004] 但是，在以往的吹掃方法中，有時不能將燃料電池內(nèi)部（尤其是配置于發(fā)電部的 氣體流路）中的水分充分排出。另外，由于運轉(zhuǎn)停止后的吹掃成為系統(tǒng)效率降低的原因，因 此，要求將其執(zhí)行抑制在最小限度。
[0005] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2007-073328號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008-010348號公報
[0009] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2008-078111號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2006-190616號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 發(fā)明要解決的課題
[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種通過與以往不同的方法而能夠使在運轉(zhuǎn)結(jié)束后的燃 料電池中的發(fā)電部、配置于該發(fā)電部的氣體流路中殘留的水分量高效地降低的技術(shù)。
[0013] 用于解決課題的方案
[0014] 本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而作出的，可以作為以下的形態(tài)或應(yīng)用 例來實現(xiàn)。
[0015] [應(yīng)用例1]
[0016] 一種燃料電池系統(tǒng)，具有：燃料電池，所述燃料電池具有供給氣體歧管、排出氣體 歧管、以及配置有與所述供給氣體歧管和所述排出氣體歧管連接的氣體流路的發(fā)電部；氣 體供給部，所述氣體供給部使氣體流入所述供給氣體歧管；供給閥，所述供給閥能夠密封所 述供給氣體歧管；排出閥，所述排出閥能夠密封所述排出氣體歧管；以及控制部，所述控制 部執(zhí)行殘留水分排出處理，在所述殘留水分排出處理中：在所述燃料電池的運轉(zhuǎn)停止后，關(guān) 閉所述供給閥以及所述排出閥，在所述燃料電池內(nèi)以規(guī)定的壓力密封來自所述氣體供給部 的氣體，在待機規(guī)定的時間之后，打開所述供給閥或所述排出閥，以使殘留在所述發(fā)電部的 所述氣體流路中的水分向所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管移動。
[0017] 根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)，可以利用來自燃料電池的壓力釋放，使滯留于發(fā)電部的氣 體流路中的水分向其外部移動。因此，可以通過簡單的方法高效地降低燃料電池的發(fā)電部 的氣體流路中的殘留水分，可以抑制因低溫環(huán)境下的殘留水分的凍結(jié)而導(dǎo)致燃料電池的起 動性降低。
[0018] [應(yīng)用例2]
[0019] 在應(yīng)用例1所述的燃料電池系統(tǒng)中，所述燃料電池使所述供給氣體歧管處于重力 方向下側(cè)、使所述排出氣體歧管處于重力方向上側(cè)地配置，以使所述氣體流路的上游側(cè)成 為重力方向下側(cè)、所述氣體流路的下游側(cè)成為重力方向上側(cè)，所述殘留水分排出處理是打 開所述供給閥以使殘留在所述發(fā)電部的所述氣體流路中的水分移動到所述供給氣體歧管 的處理。
[0020] 根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)，在殘留水分排出處理中，可以利用針對水分的重力作用，使 水分更可靠地從發(fā)電部的氣體流路向外部移動。
[0021] [應(yīng)用例3]
[0022] 在應(yīng)用例1或2所述的燃料電池系統(tǒng)中，在所述燃料電池的運轉(zhuǎn)停止后，所述控制 部利用來自所述氣體供給部的氣體，執(zhí)行對所述燃料電池內(nèi)部進(jìn)行掃氣的掃氣處理，在執(zhí) 行所述掃氣處理之后，所述控制部執(zhí)行所述殘留水分排出處理。
[0023] 若為該燃料電池系統(tǒng)，則可以通過殘留水分排出處理，使通過掃氣處理未排完的 殘留在發(fā)電部的氣體流路中的水分向外部移動，從而可以抑制發(fā)電部的氣體路徑因水分的 凍結(jié)而堵塞。
[0024] [應(yīng)用例4]
[0025] 在應(yīng)用例3所述的燃料電池系統(tǒng)中，還具有水分量檢測部，所述水分量檢測部在 運轉(zhuǎn)停止時檢測殘留在所述燃料電池內(nèi)部的水分量，所述控制部根據(jù)所述水分量決定是 (i)執(zhí)行所述掃氣處理和所述殘留水分排出處理雙方、還是（ii)執(zhí)行所述殘留水分排出處 理而不執(zhí)行所述掃氣處理。
[0026] 根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)，由于根據(jù)殘留在燃料電池內(nèi)部的水分量選擇適當(dāng)?shù)奶幚恚?因此，徒勞無益地執(zhí)行掃氣處理的情況被抑制，系統(tǒng)效率提高。
[0027] [應(yīng)用例5]
[0028] 在應(yīng)用例1?4中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)中，所述控制部多次重復(fù)地執(zhí)行所 述殘留水分排出處理。
[0029] 若為該燃料電池系統(tǒng)，則可以通過殘留水分排出處理，使殘留在發(fā)電部的氣體流 路中的水分更可靠地降低。
[0030] [應(yīng)用例6]
[0031] 一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池，該燃料電池具有 供給氣體歧管、排出氣體歧管、以及配置有與所述供給氣體歧管和所述排出氣體歧管連接 的氣體流路的發(fā)電部，所述燃料電池系統(tǒng)的控制方法具有：(a)在所述燃料電池的運轉(zhuǎn)停 止后，將所述供給氣體歧管和所述排出氣體歧管密封，使所述燃料電池內(nèi)保持在規(guī)定的壓 力而待機規(guī)定的時間的步驟；以及（b)打開所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管，以使 殘留在所述發(fā)電部的所述氣體流路中的水分向所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管移 動的步驟。
[0032] 根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)的控制方法，可以通過能量消耗量較少的方法使殘留在燃料 電池的發(fā)電部的氣體流路中的水分可靠地降低。
[0033] 另外，本發(fā)明能夠以各種形態(tài)來實現(xiàn)，例如能夠以燃料電池系統(tǒng)以及搭載該燃料 電池系統(tǒng)的車輛、在上述系統(tǒng)或車輛中執(zhí)行的燃料電池的掃氣方法、上述系統(tǒng)或車輛的控 制方法、控制裝置、用于實現(xiàn)上述掃氣方法、控制方法或控制裝置的功能的計算機程序、存 儲了該計算機程序的存儲介質(zhì)等形態(tài)來實現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 圖1是表示燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0035] 圖2是用于說明燃料電池中的反應(yīng)氣體的流動和水分的移動的概略圖。
[0036] 圖3是表示在運轉(zhuǎn)停止后的燃料電池中執(zhí)行了吹掃時的陰極氣體流路中的壓力 損失隨著時間的變化的說明圖。
[0037] 圖4是示意性表示吹掃氣體從供給用歧管流動時的燃料電池的內(nèi)部情形的概略 圖。
[0038] 圖5是表示在燃料電池的運轉(zhuǎn)結(jié)束后執(zhí)行的吹掃處理的處理順序的說明圖。
[0039] 圖6是用于說明在吹掃處理中執(zhí)行的殘留水排出處理的示意圖。
[0040] 圖7是表示由殘留水排出處理排出的水分的排出量的說明圖。
[0041] 圖8是表示第二實施例的吹掃處理的處理順序的說明圖。
[0042] 圖9是表示第三實施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0043] 圖10是表示第二實施例的吹掃處理的處理順序的說明圖。
[0044] 圖11是表示凍結(jié)防止處理的處理順序的說明圖。
【具體實施方式】
[0045] A.第一實施例：
[0046] 圖1是表示作為本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略圖。該燃料電池系 統(tǒng)1〇〇搭載于燃料電池車輛，根據(jù)駕駛員的要求，輸出被用作驅(qū)動力的電力。燃料電池系統(tǒng) 100具有：燃料電池10、控制部20、陰極氣體供給系統(tǒng)30、陰極氣體排出系統(tǒng)40、陽極氣體 供給系統(tǒng)50、陽極氣體循環(huán)排出系統(tǒng)60、以及制冷劑循環(huán)供給系統(tǒng)70。
[0047] 燃料電池10是接收氫（陽極氣體）和空氣（陰極氣體）的供給而作為反應(yīng)氣體進(jìn) 行發(fā)電的固體高分子型燃料電池。燃料電池10具有層疊有作為發(fā)電體的多個單電池 （unit cell) 11的堆疊構(gòu)造。燃料電池10具有用于供反應(yīng)氣體和制冷劑流動的歧管（未圖示）， 該歧管是與各單電池11連接且沿著燃料電池10的層疊方向的流路。關(guān)于燃料電池10的 結(jié)構(gòu)將在后面論述。
[0048] 控制部20可以由具有中央處理裝置和主存儲裝置的微型計算機構(gòu)成?？刂撇?0 具有作為發(fā)電控制部的功能，該發(fā)電控制部控制以下說明的各構(gòu)成部以使燃料電池10發(fā) 出與輸出要求相應(yīng)的電力。另外，控制部20具有作為吹掃處理執(zhí)行部21的功能。
[0049] 吹掃處理執(zhí)行部21在燃料電池10的運轉(zhuǎn)停止后，控制燃料電池系統(tǒng)100的各構(gòu) 成部以便執(zhí)行掃氣處理（吹掃處理），該掃氣處理（吹掃處理）用于使殘留在燃料電池10 中的水分和附著于燃料電池系統(tǒng)100的配管、閥等的水分降低。關(guān)于由吹掃處理執(zhí)行部21 執(zhí)行的吹掃處理的執(zhí)行順序?qū)⒃诤竺嬲撌觥?br>
[0050] 陰極氣體供給系統(tǒng)30具有：陰極氣體配管31、空氣壓縮機32、空氣流量計33、以 及供給閥34。陰極氣體配管31是與燃料電池10的陰極側(cè)的供給用歧管連接的配管?？諝?壓縮機32經(jīng)由陰極氣體配管31與燃料電池10的陰極側(cè)的供給用歧管連接，將取入外部空 氣并壓縮后的空氣，作為陰極氣體供給到燃料電池10中。
[0051] 空氣流量計33在空氣壓縮機32的上游側(cè)計測空氣壓縮機32取入的外部空氣的 量并發(fā)送到控制部20。控制部20基于該計測值驅(qū)動空氣壓縮機32,從而控制向燃料電池 10供給的空氣的供給量。
[0052] 供給閥34設(shè)置在空氣壓縮機32與燃料電池10之間。供給閥34根據(jù)控制部20 的指令進(jìn)行開閉，從而控制向燃料電池10的空氣流動。另外，在陰極氣體供給系統(tǒng)30中， 也可以設(shè)置用于對向燃料電池10供給的空氣進(jìn)行加濕的加濕部。
[0053] 陰極氣體排出系統(tǒng)40具有：陰極排氣配管41、排出閥43、以及壓力計測部44。陰 極排氣配管41是與燃料電池10的陰極側(cè)的排出用歧管連接的配管，可以將陰極排氣向燃 料電池系統(tǒng)100的外部排出。
[0054] 排出閥43是用于調(diào)節(jié)陰極排氣配管41中的陰極排氣的壓力（燃料電池10的陰 極側(cè)的背壓）的調(diào)壓閥。排出閥43由控制部20調(diào)節(jié)其開度。壓力計測部44設(shè)置在排出 閥43的上游側(cè)，計測陰極排氣的壓力并將其計測值發(fā)送到控制部20。
[0055] 陽極氣體供給系統(tǒng)50具有：陽極氣體配管51、儲氫罐52、開閉閥53、調(diào)節(jié)器54、氫 供給裝置55、以及壓力計測部56。儲氫罐52經(jīng)由陽極氣體配管51與燃料電池10的陽極 側(cè)的供給用歧管連接。由此，加注在儲氫罐52中的氫作為陽極氣體供給到燃料電池10中。
[0056] 開閉閥53、調(diào)節(jié)器54、氫供給裝置55、以及壓力計測部56,從上游側(cè)（儲氫罐52 偵D起依此順序設(shè)置于陽極氣體配管51。開閉閥53由來自控制部20的指令進(jìn)行開閉，從 而控制從儲氫罐52向氫供給裝置55上游側(cè)的氫的流入。調(diào)節(jié)器54是用于調(diào)節(jié)氫供給裝 置55上游側(cè)的氫的壓力的減壓閥，其開度由控制部20控制。
[0057] 氫供給裝置55例如可以由作為電磁驅(qū)動式的開閉閥的噴射器構(gòu)成。壓力計測部 56計測氫供給裝置55下游側(cè)的氫的壓力并發(fā)送到控制部20。控制部20基于壓力計測部 56的計測值控制氫供給裝置55,從而控制向燃料電池10供給的氫量。
[0058] 陽極氣體循環(huán)排出系統(tǒng)60具有：陽極排氣配管61、氣液分離部62、陽極氣體循環(huán) 配管63、氫循環(huán)用泵64、陽極排水配管65、排水閥66、以及壓力計測部67。陽極排氣配管 61是將燃料電池10的陽極側(cè)的排出用歧管與氣液分離部62連接的配管，將包括未用于發(fā) 電反應(yīng)的未反應(yīng)氣體（氫、氮等）在內(nèi)的陽極排氣向氣液分離部62引導(dǎo)。
[0059] 氣液分離部62與陽極氣體循環(huán)配管63和陽極排水配管65連接。氣液分離部62 將陽極排氣中含有的氣體成分和水分分離，關(guān)于氣體成分，將其向陽極氣體循環(huán)配管63引 導(dǎo)，關(guān)于水分，將其向陽極排水配管65引導(dǎo)。
[0060] 陽極氣體循環(huán)配管63與陽極氣體配管51的氫供給裝置55的下游連接。在陽極 氣體循環(huán)配管63上設(shè)置有氫循環(huán)用泵64,通過該氫循環(huán)用泵64,將在氣液分離部62中分 離后的氣體成分中含有的氫，向陽極氣體配管51送出。這樣，在該燃料電池系統(tǒng)100中，在 燃料電池10的運轉(zhuǎn)中，使陽極排氣中含有的氫循環(huán)而再次供給到燃料電池10中，從而提高 了氫的利用效率。
[0061] 陽極排水配管65是用于將在氣液分離部62中分離后的水分向燃料電池系統(tǒng)100 的外部排出的配管。排水閥66設(shè)置于陽極排水配管65,根據(jù)來自控制部20的指令進(jìn)行開 閉。在燃料電池系統(tǒng)100的運轉(zhuǎn)中，通常關(guān)閉排水閥66,控制部20在預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的排 水時機或陽極排氣中的惰性氣體的排出時機打開排水閥66。
[0062] 陽極氣體循環(huán)排出系統(tǒng)60的壓力計測部67設(shè)置于陽極排氣配管61。壓力計測 部67在燃料電池10的氫歧管的出口附近計測陽極排氣的壓力（燃料電池10的陽極側(cè)的 背壓）并發(fā)送到控制部20。
[0063] 制冷劑循環(huán)供給系統(tǒng)70具有：制冷劑用配管71、散熱器72、三通閥73、制冷劑循 環(huán)用泵75、第一制冷劑溫度計測部76a、以及第二制冷劑溫度計測部76b。制冷劑用配管71 是用于使用于冷卻燃料電池10的制冷劑循環(huán)的配管，由上游側(cè)配管71a、下游側(cè)配管71b、 以及旁通配管71c構(gòu)成。
[0064] 上游側(cè)配管71a將設(shè)置于燃料電池10的制冷劑用的出口歧管與散熱器72的入口 連接。下游側(cè)配管71b將設(shè)置于燃料電池10的制冷劑用的入口歧管與散熱器72的出口連 接。旁通配管71c的一端經(jīng)由三通閥73與上游側(cè)配管71a連接，另一端與下游側(cè)配管71b 連接。控制部20通過控制三通閥73的開閉，從而調(diào)節(jié)向旁通配管71c流入的制冷劑的流 入量，以控制向散熱器72流入的制冷劑的流入量。
[0065] 散熱器72設(shè)置于制冷劑用配管71，通過使流經(jīng)制冷劑用配管71的制冷劑與外部 空氣之間進(jìn)行熱交換，從而冷卻制冷劑。制冷劑循環(huán)用泵75在下游側(cè)配管71b上設(shè)置在與 旁通配管71c連接的連接部位的下游側(cè)（燃料電池10的制冷劑入口側(cè)），基于控制部20的 指令進(jìn)行驅(qū)動。
[0066] 第一制冷劑溫度計測部76a和第二制冷劑溫度計測部76b分別設(shè)置于上游側(cè)配管 71a和下游側(cè)配管71b，將各自的計測值向控制部20發(fā)送?？刂撇?0根據(jù)各制冷劑溫度計 測部76a、76b各自的計測值之差來檢測燃料電池10的運轉(zhuǎn)溫度，并基于該運轉(zhuǎn)溫度，控制 制冷劑循環(huán)用泵75的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)燃料電池10的運轉(zhuǎn)溫度。
[0067] 燃料電池系統(tǒng)100還具有能夠計測燃料電池車輛外部的氣溫（外部氣溫）的外部 氣溫傳感器80。外部氣溫傳感器80將檢測結(jié)果發(fā)送到控制部20。另外，吹掃處理執(zhí)行部 21將外部氣溫傳感器80的檢測溫度用于判定是否需要執(zhí)行吹掃處理（后述）。
[0068] 另外，燃料電池系統(tǒng)100具有省略了圖示和詳細(xì)說明的二次電池、以及DC/DC轉(zhuǎn)換 器。二次電池對燃料電池10輸出的電力、再生電力進(jìn)行蓄電，并與燃料電池10-同作為電 力源發(fā)揮作用。DC/DC轉(zhuǎn)換器可以控制二次電池的充放電和燃料電池10的輸出電壓。另 夕卜，上述燃料電池系統(tǒng)100的各構(gòu)成部通過使用二次電池的電力，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)停 止后也可以進(jìn)行驅(qū)動。
[0069] 圖2是用于說明燃料電池系統(tǒng)100所具有的燃料電池10的結(jié)構(gòu)的概略圖。在圖 2中，為便于說明，僅圖示出燃料電池10的任意一個單電池11，而省略了其他單電池11的 圖示。而且，在圖2中，圖示出與燃料電池10連接的各氣體配管31、41、51、61。并且，在圖 2中，圖示出表示燃料電池10被搭載于燃料電池車輛時的重力方向的箭頭G、表示發(fā)電中的 單電池11中的氣體流動的虛線箭頭、以及表示水分的移動路徑的實線箭頭。
[0070] 燃料電池10的單電池11具有在電解質(zhì)膜1的雙面配置有第一電極2和第二電極 3的膜電極接合體5。電解質(zhì)膜1例如可以由氟類的離子交換樹脂構(gòu)成，在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn) 出良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性。第一電極2和第二電極3可以作為將載置有鉬等催化劑的導(dǎo)電性粒 子和與電解質(zhì)膜1種類相同或類似的電解質(zhì)混合并使其分散而形成的溶液即催化劑墨液 (catalyst ink)的涂敷膜而形成。
[0071] 在膜電極接合體5的兩側(cè)，分別配置具有導(dǎo)電性的板狀基材即分隔件（未圖示）。 在膜電極接合體5的第一電極2和第二電極3與分隔件之間，形成有供反應(yīng)氣體流通的第 一氣體流路12和第二氣體流路13。具體來說，第一氣體流路12和第二氣體流路13可以由 形成在分隔件表面的流路槽構(gòu)成，或由配置在分隔件與電極2、3之間的金屬板網(wǎng)等流路部 件構(gòu)成，或由配置在電極2、3的表面的碳纖維等多孔部件構(gòu)成。
[0072] 在此，燃料電池10具有：用于向各發(fā)電體11供給反應(yīng)氣體的供給用歧管Ml、M3、 以及用于將各單電池11的排氣排出的排出用歧管M2、M4。供給用歧管Ml、M3和排出用歧 管M2、M4配置成隔著在各單電池11中配置有膜電極接合體5的區(qū)域而相向，并分別經(jīng)由連 通路14與第一氣體流路12和第二氣體流路13的入口或出口連接。具體而言，如下所述。
[0073] 供給用歧管Ml與第一氣體流路12的入口連接并且與陰極氣體配管31連接。排 出用歧管M2與第一氣體流路12的出口連接并且與陰極排氣配管41連接。供給用歧管M3 與第二氣體流路13的入口連接并且與陽極氣體配管51連接。排出用歧管M4與第二氣體 流路13的出口連接并且與陽極排氣配管61連接。
[0074] 以后，在本說明書中，將第一電極2也稱為"陰極2"，將第一氣體流路12也稱為 "陰極氣體流路12"。另外，將第二電極3也稱為"陽極3"，將第二氣體流路13也稱為"陽極 氣體流路13 "。并且，在各單電池11中，將配置有膜電極接合體5并且處于供給用歧管Ml、 M3和排出用歧管M2、M4之間的包括第一氣體流路12和第二氣體流路13在內(nèi)的區(qū)域稱為 "發(fā)電部GA"。
[0075] 在此，在燃料電池10中，陰極2用的供給用歧管Ml以及排出用歧管M2的排列與 陽極3用的供給用歧管M3以及排出用歧管M4的排列相反地構(gòu)成。而且，在燃料電池系統(tǒng) 100中，燃料電池10配置成，與供給用歧管Ml連接的發(fā)電部GA的陰極2側(cè)的入口成為重力 方向下側(cè)、與排出用歧管M2連接的發(fā)電部GA的陰極2側(cè)的出口成為重力方向上側(cè)。
[0076] 根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，在各單電池11的發(fā)電部GA中，在陰極2偵彳，空氣沿與重力 方向相反的方向流動，并且，在陽極3側(cè)，氫與空氣相向地沿重力方向流動（虛線箭頭）。另 夕卜，在陰極2生成的水分如下所述移動。
[0077] 在陰極2生成的水分借助陰極氣體流路12中的空氣流動，從供給用歧管Ml側(cè)（上 游側(cè)）向排出用歧管M2側(cè)（下游側(cè)）移動。因此，在陰極2側(cè)，與陰極氣體流路12的上游 側(cè)相比，下游側(cè)的水分量變得更多。但是，由于陰極氣體流路12的入口側(cè)配置在重力方向 下側(cè)，因此，向陰極氣體流路12下游側(cè)的水分移動借助重力的作用被抑制，與此相應(yīng)地，陰 極氣體流路12的上游側(cè)過度干燥這種情況被抑制。
[0078] 另外，在陰極2生成的水分經(jīng)由電解質(zhì)膜1向陽極3側(cè)移動。尤其是，在陰極2側(cè)， 由于陰極氣體流路12下游側(cè)的水分量多，因此，越處于陽極氣體流路13的上游側(cè)，從陰極2 側(cè)向陽極3側(cè)移動的水分量越多。相比之下，在陰極氣體流路12的上游側(cè)，存在水分量減 少的傾向，因此，在陽極氣體流路13的下游側(cè)，從陽極3側(cè)向陰極2側(cè)移動的水分量反而增 多。
[0079] 這樣，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)中，在陰極2側(cè)和陽極3側(cè)，形成各自的氣體流路12、 13下游側(cè)的水分量增多的水分量梯度，從而在整個發(fā)電區(qū)域GA形成水分的循環(huán)路徑。因 此，燃料電池10運轉(zhuǎn)中的膜電極接合體5的濕潤狀態(tài)被良好地保持。
[0080] 但是，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后，有時在燃料電池10的內(nèi)部、與其連接的氣體 配管31、41、51、61的內(nèi)部殘留大量的水分。在冰點下等低溫環(huán)境下，上述殘留水分凍結(jié)而 導(dǎo)致燃料電池10的內(nèi)部或氣體配管31、41、51、61中的反應(yīng)氣體的流路產(chǎn)生堵塞，成為燃料 電池10的起動性降低的原因。
[0081] 因此，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后，希望執(zhí)行用于除去或降低如上所述的殘留水 分的掃氣（吹掃）。另外，在本說明書中，"燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后"指的是駕駛員使車 輛的運轉(zhuǎn)停止后的狀態(tài)（所謂熄火的狀態(tài)），而且指的是燃料電池10停止了與來自駕駛員 的要求相應(yīng)的電力輸出的狀態(tài)。
[0082] 但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：即便對燃料電池10執(zhí)行了時間足夠的吹掃，在燃料 電池10的內(nèi)部仍殘留未排完的水分。而且，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：如上所述的殘留水分的 凍結(jié)有可能成為導(dǎo)致冰點下的燃料電池10的起動性降低的原因。
[0083] 圖3是本發(fā)明的發(fā)明人通過實驗而得到的曲線圖，是表示在運轉(zhuǎn)停止后的燃料電 池10中執(zhí)行了吹掃時的陰極氣體流路12中的壓力損失隨著時間的變化的曲線圖。本發(fā)明 的發(fā)明人在使燃料電池10發(fā)電后，針對該燃料電池10的陰極側(cè)的吹掃，隔著間隔執(zhí)行兩 次，對陰極氣體流路12的壓力損失隨著時間的變化進(jìn)行了計測。
[0084] 另外，在該實驗中，燃料電池10也使陰極側(cè)的供給用歧管Ml成為重力方向下側(cè)、 使排出用歧管M2成為重力方向上側(cè)地配置。另外，在該實驗中，通過計測執(zhí)行吹掃前后的 燃料電池10的重量變化，從而確認(rèn)了從燃料電池10的水分的排出。
[0085] 實線曲線圖匕表示：在從供給用歧管Ml供給了吹掃氣體時（即在發(fā)電部GA中吹 掃氣體沿著與重力方向相反的方向流動了時）的壓力損失隨著時間的變化。另外，虛線曲 線圖G 2表示：在從排出用歧管M2供給了吹掃氣體時（即在發(fā)電部GA中吹掃氣體沿著重力 方向流動了時）的壓力損失隨著時間的變化。在實驗中，在時刻h開始吹掃，在時刻&暫 時停止吹掃。接著，在時刻1 2再次開始吹掃。
[0086] 在開始了第一次吹掃時，無論是在哪個曲線圖中，壓力損失在初始階段都臨時增 大至峰值Pi，此后急劇降低并收斂于某一值Pc。該第一次吹掃中的、峰值Pi的壓力損失的 臨時增大因陰極側(cè)的水分被吹掃氣體臨時擠出而產(chǎn)生。另外，此后的壓力損失向收斂值Pc 的收斂表示阻礙吹掃氣體的流動那樣的水分大部分被排出了。
[0087] 在開始了第二次吹掃時，實線曲線圖匕所示的壓力損失在初始階段臨時增大至比 第一次的峰值Pi小的峰值？2$2 < Pi)后，再次收納于收斂值Pc。但是，在第二次吹掃時， 未檢測到第一次吹掃時那樣的、水分向燃料電池10外部的排出。
[0088] 另外，在執(zhí)行第二次吹掃之后仍重復(fù)地執(zhí)行了多次吹掃，雖未確認(rèn)到來自燃料電 池10的水分的排出，但觀測到了與第二次吹掃相同的示出峰值己的壓力損失的臨時增大。 另一方面，即便在執(zhí)行了第二次吹掃的情況下，虛線曲線圖G 2所示的壓力損失也未示出臨 時增大地再次收納于收斂值Pc。
[0089] 如上所述，在燃料電池10的發(fā)電部GA中，在使吹掃氣體沿與重力方向相反的方向 流動了時，與沿重力方向流動了時不同，在第二次吹掃中產(chǎn)生了壓力損失的臨時增大。該第 二次吹掃中的壓力損失的臨時增大因燃料電池10內(nèi)部的如下所示的水分移動而產(chǎn)生。
[0090] 圖4(A)、（B)是示意性表示吹掃氣體從供給用歧管Ml流動了時的燃料電池10的 內(nèi)部情形的概略圖。在圖4(A)、（B)中，分別在與圖2相同的燃料電池10的示意圖中追加 水分Μ的移動情形進(jìn)行圖示。圖4(A)表示剛完成第一次吹掃之后的燃料電池10的內(nèi)部狀 態(tài)，圖4(B)表示開始執(zhí)行第二次吹掃時的燃料電池10的內(nèi)部狀態(tài)。
[0091] 在吹掃氣體從供給用歧管Ml流動到運轉(zhuǎn)停止后的燃料電池10中的情況下，在一 定程度的量的水分被排出到燃料電池10的外部之后，在發(fā)電部GA的下游側(cè)（重力方向上 偵U)產(chǎn)生未被排出而仍滯留的水分Μ(圖4(A))。此后，在開始第二次吹掃時，滯留于發(fā)電 部GA的下游側(cè)的水分Μ借助重力的作用而向上游側(cè)移動，成為陰極氣體流路12的入口側(cè) 的壓力損失高的狀態(tài)（圖4(B))。
[0092] 因此，在執(zhí)行第二次吹掃時，產(chǎn)生圖3的實線曲線圖匕所示那樣的壓力損失的臨 時增大。而且，在該第二次吹掃中，滯留于其上游側(cè)的水分Μ再次被推回到下游側(cè)，回到圖 4(Α)的狀態(tài)。這樣，在重復(fù)地執(zhí)行了與重力方向相反的吹掃的情況下，即便能夠借助重力的 作用使水分Μ在發(fā)電部GA的內(nèi)部移動，仍難以使其向外部移動。
[0093] 另外，在使吹掃氣體從排出用歧管M2流入并在發(fā)電部GA中使吹掃氣體沿重力方 向流動了的情況下，不會產(chǎn)生圖4(A)那樣的因重力作用而形成的水分Μ的滯留。因此，如 圖3的虛線曲線圖G 2所示，不會產(chǎn)生第二次吹掃中的臨時的壓力損失。
[0094] 在本實施例的燃料電池系統(tǒng)100中，在將陰極氣體作為吹掃氣體執(zhí)行了運轉(zhuǎn)停止 后的燃料電池10的掃氣的情況下，如圖4(B)所示，有可能導(dǎo)致水分滯留在發(fā)電部GA的上 游側(cè)。若該水分凍結(jié)，則空氣流動被阻礙，因此，有可能導(dǎo)致燃料電池10的起動變得困難。 于是，在本實施例的燃料電池系統(tǒng)100中，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后，吹掃處理執(zhí)行部21 執(zhí)行以下說明的吹掃處理，從而以較少的能量消耗量可靠地降低如上所述的殘留水分。
[0095] 圖5是表示在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后執(zhí)行的吹掃處理的處理順序的流程圖。 在步驟S10中，吹掃處理執(zhí)行部21執(zhí)行用于判定是否存在吹掃的必要性的外部氣溫判定。 具體而言，在由外部氣溫傳感器80檢測到的外部氣溫為規(guī)定的溫度（例如10°C)以下時， 吹掃處理執(zhí)行部21判定存在外部氣溫達(dá)到冰點下而使得燃料電池10內(nèi)的水分凍結(jié)的可能 性，從而判定為吹掃是必要的。
[0096] 當(dāng)在步驟S10中判定為外部氣溫高而使得吹掃的必要性低時，吹掃處理執(zhí)行部21 不開始吹掃而結(jié)束該吹掃處理。由此，在外部氣溫高而使得燃料電池10內(nèi)部凍結(jié)的可能性 低時徒勞無益地執(zhí)行吹掃這種情況被抑制，因此，系統(tǒng)效率的降低被抑制。
[0097] 當(dāng)在步驟S10中判定為吹掃的必要性高時，在步驟S20中，吹掃處理執(zhí)行部21開 始燃料電池10的陰極側(cè)的流路的吹掃。具體而言，吹掃處理執(zhí)行部21將供給閥34和排出 閥43打開，并且，使空氣壓縮機32驅(qū)動，以使作為吹掃氣體的壓縮空氣從陰極氣體配管31 流通到燃料電池10中。
[0098] 直至經(jīng)過規(guī)定的時間（例如，數(shù)秒?數(shù)十秒左右）為止，吹掃處理執(zhí)行部21使步 驟S20的吹掃持續(xù)（步驟S30)。另外，在步驟S20、S30中，吹掃處理執(zhí)行部21也可以同時 執(zhí)行燃料電池10的陽極側(cè)的吹掃。具體而言，也可以在停止從儲氫罐52供給氫的狀態(tài)下 驅(qū)動氫循環(huán)用泵64,從而使殘留在系統(tǒng)內(nèi)的氫和惰性氣體循環(huán)，來對燃料電池10的陽極側(cè) 進(jìn)行吹掃。
[0099] 在步驟S40?S60中，吹掃處理執(zhí)行部21執(zhí)行殘留水排出處理，該殘留水排出處 理用于將通過步驟S20、S30的吹掃仍未排出而殘留在燃料電池10內(nèi)部的水分排出。具體 而言，如下所述。
[0100] 圖6⑷?（C)是用于說明步驟S60?S60的殘留水排出處理的示意圖。在圖 6(A)?（C)中，按照步驟順序示意性地圖示出執(zhí)行殘留水排出處理時的燃料電池10的內(nèi)部 狀態(tài)。另外，在圖6(A)?（C)中，分別由與圖2相同的示意圖示出燃料電池10。另外，在圖 6㈧?（C)中，追加了供給閥34以及排出閥43的圖示。
[0101] 在緊接著步驟S20、S30之后的燃料電池10中，如圖4(A)已說明的那樣，在燃料電 池10的內(nèi)部，處于水分Μ滯留在陰極氣體流路12的下游側(cè)（重力方向上側(cè)）的狀態(tài)（圖 6(A))。在步驟S40中，在使規(guī)定的壓力殘留在燃料電池10內(nèi)部的同時密封燃料電池10。 具體而言，在關(guān)閉陰極排氣配管41的排出閥43之后，使為了進(jìn)行吹掃而驅(qū)動的空氣壓縮機 32停止，并關(guān)閉陰極氣體配管31的供給閥34。
[0102] 在步驟S50中，在燃料電池10的內(nèi)壓高的狀態(tài)下待機規(guī)定的時間直至移動到了陰 極氣體流路12的下游側(cè)的水分Μ移動到上游側(cè)（重力方向下側(cè)）（圖6 (Β))。另外，作為該 步驟S50中的待機時間，優(yōu)選為足以使水分Μ移動到陰極氣體流路12的上游側(cè)的時間，具 體而言，例如可以為數(shù)秒?數(shù)分鐘左右。
[0103] 在步驟S60中，打開陰極氣體配管31的供給閥34,使燃料電池10的陰極氣體流路 12內(nèi)的壓縮空氣向陰極氣體配管31流出（圖6(C))。根據(jù)伴隨著該壓力的釋放而產(chǎn)生的 向陰極氣體配管31的空氣流動，使滯留在陰極氣體流路12上游側(cè)的水分Μ通過發(fā)電部GA 外部的連通路14,使其至少移動至供給用歧管Ml。另外，為了防止供給閥34的凍結(jié)，優(yōu)選 將水分Μ的移動限制為最多移動至供給閥34的跟前。
[0104] 在步驟S70中，直至殘留水分被排出到發(fā)電部GA的外部為止，吹掃處理執(zhí)行部21 在打開了供給閥34的狀態(tài)下待機規(guī)定的時間（例如，1秒?數(shù)秒左右）。接著，在步驟S80 中，關(guān)閉供給閥34,結(jié)束吹掃處理。
[0105] 另外，在執(zhí)行該吹掃處理之后，通過殘留水排出處理從發(fā)電部GA被排出的水分殘 留在供給用歧管Ml和陰極氣體配管31中。但是，在本實施例中，由于在殘留水排出處理之 前在步驟S20、S30中執(zhí)行了吹掃，因此，通過殘留水排出處理被排出的水分量并非是引起 供給用歧管Ml和陰極氣體配管31堵塞這種程度的量。
[0106] 圖7是本發(fā)明的發(fā)明人通過實驗而得到的圖表，是表示通過殘留水排出處理排出 的水分的排出量的圖表。本發(fā)明的發(fā)明人在對運轉(zhuǎn)停止后的燃料電池10執(zhí)行吹掃之后，執(zhí) 行上述殘留水排出處理，在該殘留水排出處理中，對從發(fā)電部GA排出的排水量進(jìn)行了計測 (柱狀圖A)。
[0107] 另外，對于殘留水排出處理的前段的吹掃而言，從供給用歧管Ml供給吹掃氣體， 以使吹掃氣體在發(fā)電部GA中向與重力方向相反的方向流動，并且進(jìn)行上述吹掃直至水 分的排出不再被檢測到這種程度為止。接著，在殘留水排出處理中，在將燃料電池10的 內(nèi)壓保持在200kPa(abs)并待機60秒之后，釋放壓力以使燃料電池10的內(nèi)壓降低至 lOOkPa(abs)。
[0108] 另外，作為比較例，本發(fā)明的發(fā)明人對使吹掃氣體的流動反向地對上述吹掃后的 燃料電池 10執(zhí)行了 60秒的第二次吹掃時的排水量進(jìn)行了計測（柱狀圖B)。并且，本發(fā)明 的發(fā)明人對作為殘留水排出處理而打開陰極排氣配管41的排出閥43以便向重力方向上側(cè) 釋放了壓力時的排水量進(jìn)行了計測（柱狀圖0。另外，該柱狀圖C的殘留水排出處理除打 開了排出閥43這方面之外，在與柱狀圖A的殘留水排出處理相同的條件下執(zhí)行。
[0109] 如柱狀圖A所示，通過執(zhí)行一次殘留水排出處理，可以使通過第一次吹掃未被排 出的發(fā)電部GA的水分向發(fā)電部GA的外部排出。另外，雖然該柱狀圖A所示的排水量為吹 掃氣體在發(fā)電部GA中沿重力方向流動了時的排水量（柱狀圖B)的一半左右，但該柱狀圖 A所示的排水量是足以抑制陰極氣體流路12的堵塞的量。并且，柱狀圖A所示的排水量是 與重力方向相反地釋放壓力以使殘留水分排出時的排水量（柱狀圖C)的兩倍以上的量。
[0110] 如上所述，在本實施例的燃料電池系統(tǒng)1〇〇中，在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束后，進(jìn)行 吹掃并且使能量消耗量小的殘留水排出處理執(zhí)行一次，從而使殘留在燃料電池10的發(fā)電 部GA中的水分向外部可靠地移動。因此，因如上所述的殘留水分的凍結(jié)而導(dǎo)致燃料電池10 的起動性降低的情況高效地被抑制。
[0111] B.第二實施例：
[0112] 圖8是表示作為本發(fā)明第二實施例的吹掃處理的處理順序的流程圖。圖8除替換 步驟S60而設(shè)置有步驟S60A以及追加了步驟S85這兩方面之外，與圖5大致相同。另外， 第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第一實施例的燃料電池系統(tǒng)100相同（圖1)。
[0113] 在第二實施例的燃料電池系統(tǒng)中，作為吹掃后的殘留水排出處理，執(zhí)行如下的處 理：打開陰極排氣配管41的排出閥43 (步驟S60A)，向陰極排氣配管41釋放燃料電池10內(nèi) 的壓力，以便向重力方向上側(cè)進(jìn)行排水。而且，在使該殘留水處理重復(fù)規(guī)定的次數(shù)之后，結(jié) 束吹掃處理（步驟S85)。
[0114] 如參照圖7已說明的那樣，即便在作為殘留水排出處理而打開排出閥43以便向重 力方向上側(cè)的陰極排氣配管41釋放了燃料電池10的壓力的情況下，也可以從發(fā)電部GA排 出殘留水分（柱狀圖C)。但是，該情況下的排水量比打開供給閥34以便向重力方向下側(cè)的 陰極氣體配管31釋放了燃料電池10的壓力的情況下的排水量（柱狀圖A)少。于是，在第 二實施例的燃料電池系統(tǒng)中，通過多次重復(fù)地執(zhí)行殘留水排出處理，從而可靠地降低燃料 電池10內(nèi)部的滯留水分。
[0115] 如上所述，若為第二實施例的燃料電池系統(tǒng)，貝1J與第一實施例同樣地，能夠可靠地 降低燃料電池10內(nèi)部的滯留水分。另外，在第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的情況下，通過殘 留水排出處理向發(fā)電部GA的出口側(cè)排出水分，因此，在燃料電池10再起動時，該水分直接 從陰極排氣配管41被排出，效率好。
[0116] C.第三實施例：
[0117] 圖9是表示作為本發(fā)明第三實施例的燃料電池系統(tǒng)100B的結(jié)構(gòu)的概略圖。圖9 除在燃料電池10上連接有阻抗計測部81、以及在控制部20中追加了作為殘留水量檢測部 22的功能和作為凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23的功能這兩方面之外，與圖1大致相同。
[0118] 阻抗計測部81通過交流阻抗法，對運轉(zhuǎn)停止后的燃料電池10中的各單電池11的 電阻進(jìn)行檢測并輸出到控制部20中。殘留水量檢測部22利用預(yù)先準(zhǔn)備的、各單電池11的 電阻與存在于各單電池11內(nèi)部的水分量之間的關(guān)系，利用阻抗計測部81的計測結(jié)果，對存 在于各單電池11內(nèi)部的水分量進(jìn)行檢測。凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23執(zhí)行用于防止燃料電池 10凍結(jié)的凍結(jié)防止處理（后述）。
[0119] 圖10是表示在第三實施例的燃料電池系統(tǒng)100B中、在燃料電池10的運轉(zhuǎn)結(jié)束時 執(zhí)行的吹掃處理的處理順序的流程圖。圖10除追加了步驟S15的判定處理以及步驟S90 的凍結(jié)防止處理這方面之外，與圖5大致相同。
[0120] 在步驟S10中，吹掃處理執(zhí)行部21執(zhí)行作為判定是否需要對燃料電池10執(zhí)行吹 掃的第一判定處理的外部氣溫判定。具體而言，如在第一實施例中已說明的那樣，基于當(dāng)前 的外部氣溫，判定是否存在外部氣溫達(dá)到冰點的可能性。當(dāng)在步驟S10中判定為外部氣溫 比規(guī)定的溫度高而使得達(dá)到冰點的可能性低時，吹掃處理執(zhí)行部21不對燃料電池10執(zhí)行 吹掃地結(jié)束該吹掃處理。
[0121] 當(dāng)在步驟S10中判定為外部氣溫為規(guī)定的溫度以下而使得達(dá)到冰點的可能性高 時，吹掃處理執(zhí)行部21在步驟S15中執(zhí)行對是否需要執(zhí)行吹掃進(jìn)行判定的第二判定處理。 在此，在燃料電池10內(nèi)部的水分量少的情況下，即便執(zhí)行燃料電池10的吹掃，也幾乎不存 在被排出的水分，吹掃的執(zhí)行沒有效率。于是，在第三實施例的燃料電池系統(tǒng)100中，在步 驟S15中基于殘留在燃料電池10內(nèi)部的水分量來判定是否需要執(zhí)行吹掃。
[0122] 吹掃處理執(zhí)行部21使用殘留水量檢測部22檢測到的各單電池11內(nèi)部的水分量， 判定在各單電池11中是否存在比規(guī)定量多的水分量、即是否存在通過吹掃能夠排出的水 分量。具體而言，例如，當(dāng)在至少一個單電池11中檢測到規(guī)定量以上的水分量時，吹掃處理 執(zhí)行部21可以判定為吹掃的必要性高。
[0123] 當(dāng)在步驟S15中判定為在燃料電池10中存在通過吹掃能夠排出的水分量時，在步 驟S20、S30中，吹掃處理執(zhí)行部21執(zhí)行燃料電池10的吹掃。接著，在執(zhí)行步驟S20、S30的 吹掃之后，執(zhí)行與在第一實施例中已說明的殘留水排出處理相同的殘留水排出處理，之后 結(jié)束吹掃處理的執(zhí)行（步驟S40?S80)。
[0124] 另一方面，當(dāng)在步驟S15中未檢測到存在通過吹掃能夠排出的水分量時，吹掃處 理執(zhí)行部21不執(zhí)行吹掃而使凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23開始執(zhí)行步驟S90的凍結(jié)防止處理。 步驟S90的凍結(jié)防止處理是用于抑制在燃料電池10的運轉(zhuǎn)停止中外部氣溫達(dá)到冰點而在 燃料電池10的內(nèi)部產(chǎn)生使燃料電池10的起動性降低的凍結(jié)這種情況的處理。
[0125] 圖11是表示凍結(jié)防止處理的處理順序的流程圖。即便是在吹掃處理（圖10)的 步驟S15中判定為在燃料電池10的內(nèi)部不存在通過吹掃被排出那樣的水分量的情況，在發(fā) 電部GA中仍有可能存在能夠因凍結(jié)而堵塞氣體的擴散路徑這種程度的水分。在該凍結(jié)防 止處理中，通過執(zhí)行與在吹掃處理中執(zhí)行的殘留水排出處理相同的殘留水排出處理，使如 上所述有可能堵塞發(fā)電部GA中的氣體的擴散路徑的水分向發(fā)電部GA的外部移動，從而抑 制發(fā)電部GA中產(chǎn)生凍結(jié)。
[0126] 在直至再次開始燃料電池10的運轉(zhuǎn)為止的期間，凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23通過外 部氣溫傳感器80定期檢測外部氣溫（步驟S100、S110)。而且，在外部氣溫達(dá)到冰點下的 情況下或降低至比冰點高數(shù)°C左右的溫度的情況下，執(zhí)行步驟S120以后的處理，在檢測到 燃料電池10的起動要求的情況下，結(jié)束凍結(jié)防止處理。
[0127] 在步驟S120中，凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23開始向燃料電池10中封入壓縮空氣。具 體而言，凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23在關(guān)閉了陰極排氣配管41的排出閥43的狀態(tài)下，打開陰 極氣體配管31的供給閥34,使空氣壓縮機32驅(qū)動。在步驟S130中，在檢測到燃料電池10 的內(nèi)部壓力達(dá)到了規(guī)定的壓力時，凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23執(zhí)行步驟S140?S160的殘留水 排出處理。
[0128] 在步驟S140中，凍結(jié)防止處理執(zhí)行部23使空氣壓縮機32的驅(qū)動停止，并且，關(guān)閉 供給閥34,將燃料電池10密封。另外，在步驟S120?S140中，優(yōu)選以比執(zhí)行吹掃時的能量 小的能量來驅(qū)動空氣壓縮機32。
[0129] 在步驟S150中，在保持燃料電池10的內(nèi)壓不變的狀態(tài)下待機規(guī)定的時間。在步 驟S160中，打開供給閥34,以便向陰極氣體配管31釋放壓力，使發(fā)電部GA的水分向供給用 歧管Ml移動。在自步驟S160的壓力釋放起經(jīng)過了規(guī)定的時間（例如數(shù)秒左右）時，凍結(jié) 防止處理執(zhí)行部23關(guān)閉供給閥34 (步驟S170、S180)，結(jié)束凍結(jié)防止處理。
[0130] 如上所述，若為第三實施例的燃料電池系統(tǒng)，則在規(guī)定量以上的水分存在于燃料 電池10的內(nèi)部時，執(zhí)行吹掃和殘留水排出處理，在僅存在比規(guī)定量少的水分時，僅執(zhí)行殘 留水排出處理。因此，可以抑制因執(zhí)行徒勞無益的吹掃而導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低，并且可以使存 在于運轉(zhuǎn)停止后的燃料電池10內(nèi)部的水分量可靠地降低，從而可以高效地抑制燃料電池 10的起動性降低。
[0131] D.變形例：
[0132] 另外，本發(fā)明并不限于上述實施例和實施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠以 各種形態(tài)來實施，例如也可以進(jìn)行如下所述的變形。
[0133] D1.變形例 1 :
[0134] 在上述實施例中，燃料電池10使陰極側(cè)的供給用歧管Ml處于重力方向下側(cè)、使排 出用歧管M2處于重力方向上側(cè)地配置。但是，燃料電池10并不限于該配置方向，也能夠以 其他的配置方向來配置。
[0135] D2.變形例 2 :
[0136] 在上述實施例中，在殘留水排出處理前的吹掃中，使作為吹掃氣體的壓縮空氣在 發(fā)電部GA中沿與重力方向相反的方向流動。但是，在殘留水排出處理前的吹掃中，也可以 使吹掃氣體在發(fā)電部GA中沿重力方向流動。在該情況下，在執(zhí)行吹掃之后，通過執(zhí)行殘留 水排出處理，也可以使通過吹掃未被排出的水分向發(fā)電部GA的外部移動。
[0137] D3.變形例 3 :
[0138] 在上述實施例中，對燃料電池10的陰極側(cè)執(zhí)行殘留水排出處理。但是，殘留水排 出處理也可以對燃料電池10的陽極側(cè)執(zhí)行。
[0139] D4.變形例 4 :
[0140] 在上述第一實施例中，在步驟S10中，基于外部氣溫判定是否需要執(zhí)行吹掃。但 是，是否需要執(zhí)行吹掃也可以通過其他的判定基準(zhǔn)來執(zhí)行。例如，既能夠以殘留在運轉(zhuǎn)停止 后的燃料電池10內(nèi)部的水分量為基準(zhǔn)來進(jìn)行判定，也能夠根據(jù)燃料電池10運轉(zhuǎn)中的發(fā)電 量等、燃料電池10的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的履歷來進(jìn)行判定。
[0141] D5.變形例 5:
[0142] 在上述第二實施例中，多次重復(fù)地執(zhí)行打開排出閥43以便向陰極排氣配管41釋 放燃料電池10的壓力的殘留水排出處理。但是，在上述第二實施例中，也可以多次重復(fù)地 執(zhí)行打開供給閥34以便向陰極氣體配管31釋放燃料電池10的壓力的、與第一實施例相同 的殘留水排出處理。
[0143] D6.變形例 6 :
[0144] 在上述第三實施例中，吹掃處理執(zhí)行部21基于阻抗計測部10的計測值，檢測殘留 在燃料電池10內(nèi)部的水分量。但是，吹掃處理執(zhí)行部21也可以通過其他方法來檢測殘留 在燃料電池10內(nèi)部的水分量。例如，吹掃處理執(zhí)行部21也可以基于依據(jù)燃料電池10的發(fā) 電量生成的水量以及從燃料電池10排出的液體水的排出量，計算燃料電池10內(nèi)部的水分 量。
[0145] D7.變形例 7 :
[0146] 在上述第三實施例中，執(zhí)行了打開供給閥34以便向供給用歧管Ml釋放壓力的殘 留水排出處理。但是，在第三實施例的殘留水排出處理中，也可以如第二實施例那樣打開排 出閥43以便向排出用歧管M2釋放壓力。另外，在上述第三實施例中，也可以如第二實施例 那樣多次重復(fù)地執(zhí)行殘留水排出處理。
[0147] 附圖標(biāo)記說明
[0148] 1電解質(zhì)膜
[0149] 2陰極（第一電極）
[0150] 3陽極（第二電極）
[0151] 5膜電極接合體
[0152] 10阻抗計測部
[0153] 10燃料電池
[0154] 11單電池
[0155] 12陰極氣體流路
[0156] 13陽極氣體流路
[0157] 14連通路
[0158] 20控制部
[0159] 21吹掃處理執(zhí)行部
[0160] 22殘留水量檢測部
[0161] 23凍結(jié)防止處理執(zhí)行部
[0162] 30陰極氣體供給系統(tǒng)
[0163] 31陰極氣體配管
[0164] 32空氣壓縮機
[0165] 33空氣流量計
[0166] 34供給閥
[0167] 40陰極氣體排出系統(tǒng)
[0168] 41陰極排氣配管
[0169] 43排出閥
[0170] 44壓力計測部
[0171] 50陽極氣體供給系統(tǒng)
[0172] 51陽極氣體配管
[0173] 52儲氫罐
[0174] 53開閉閥
[0175] 54調(diào)節(jié)器
[0176] 55氫供給裝置
[0177] 56壓力計測部
[0178] 60陽極氣體循環(huán)排出系統(tǒng)
[0179] 61陽極排氣配管
[0180] 62氣液分離部
[0181] 63陽極氣體循環(huán)配管
[0182] 64氫循環(huán)用泵
[0183] 65陽極排水配管
[0184] 66排水閥
[0185] 67壓力計測部
[0186] 70制冷劑循環(huán)供給系統(tǒng)
[0187] 71制冷劑用配管
[0188] 71a上游側(cè)配管
[0189] 71b下游側(cè)配管
[0190] 71c旁通配管
[0191] 72散熱器
[0192] 73三通閥
[0193] 75制冷劑循環(huán)用泵
[0194] 76a、76b制冷劑溫度計測部
[0195] 80外部氣溫傳感器
[0196] 81阻抗計測部
[0197] 100、100B燃料電池系統(tǒng)
[0198] GA發(fā)電部
[0199] Μ 水分
[0200] Ml供給用歧管
[0201] M2排出用歧管
[0202] M3供給用歧管
[0203] M4排出用歧管
【權(quán)利要求】
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有： 燃料電池，所述燃料電池具有供給氣體歧管、排出氣體歧管、以及配置有與所述供給氣 體歧管和所述排出氣體歧管連接的氣體流路的發(fā)電部； 氣體供給部，所述氣體供給部使氣體流入所述供給氣體歧管； 供給閥，所述供給閥能夠密封所述供給氣體歧管； 排出閥，所述排出閥能夠密封所述排出氣體歧管；以及 控制部，所述控制部執(zhí)行殘留水分排出處理，在所述殘留水分排出處理中：在所述燃料 電池的運轉(zhuǎn)停止后，關(guān)閉所述供給閥以及所述排出閥，在所述燃料電池內(nèi)以規(guī)定的壓力密 封來自所述氣體供給部的氣體，在待機規(guī)定的時間之后，打開所述供給閥或所述排出閥，以 使殘留在所述發(fā)電部的所述氣體流路中的水分向所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管 移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃料電池使所述供給氣體歧管處于重力方向下側(cè)、使所述排出氣體歧管處于重力 方向上側(cè)地配置，以使所述氣體流路的上游側(cè)成為重力方向下側(cè)、所述氣體流路的下游側(cè) 成為重力方向上側(cè)， 所述殘留水分排出處理是打開所述供給閥以使殘留在所述發(fā)電部的所述氣體流路中 的水分移動到所述供給氣體歧管的處理。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在所述燃料電池的運轉(zhuǎn)停止后，所述控制部利用來自所述氣體供給部的氣體，執(zhí)行對 所述燃料電池內(nèi)部進(jìn)行掃氣的掃氣處理， 在執(zhí)行所述掃氣處理之后，所述控制部執(zhí)行所述殘留水分排出處理。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還具有水分量檢測部，所述水分量檢測部在運轉(zhuǎn)停止時檢測殘留在所述燃料電池內(nèi)部 的水分量， 所述控制部根據(jù)所述水分量決定是（i)執(zhí)行所述掃氣處理和所述殘留水分排出處理 雙方、還是（ii)執(zhí)行所述殘留水分排出處理而不執(zhí)行所述掃氣處理。
5. 如權(quán)利要求1?4中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制部多次重復(fù)地執(zhí)行所述殘留水分排出處理。
6. -種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池，該燃料電池具有供 給氣體歧管、排出氣體歧管、以及配置有與所述供給氣體歧管和所述排出氣體歧管連接的 氣體流路的發(fā)電部，所述燃料電池系統(tǒng)的控制方法的特征在于，具有： (a) 在所述燃料電池的運轉(zhuǎn)停止后，將所述供給氣體歧管和所述排出氣體歧管密封，使 所述燃料電池內(nèi)保持在規(guī)定的壓力而待機規(guī)定的時間的步驟；以及 (b) 打開所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管，以使殘留在所述發(fā)電部的所述氣體 流路中的水分向所述供給氣體歧管或所述排出氣體歧管移動的步驟。
【文檔編號】H01M8/04GK104160538SQ201280071185
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月8日
【發(fā)明者】荒木康, 浜田仁, 竹內(nèi)弘明 申請人:豐田自動車株式會社