燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)，具備：控制閥，其控制燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力；緩沖部，其蓄積從燃料電池排出的負(fù)極排氣；排氣排出通路，其將燃料電池與緩沖部進(jìn)行連接；放氣通路，其與排氣排出通路連接；放氣閥，其設(shè)置于放氣通路；放氣單元，其打開放氣閥來將緩沖部的氣體排出到燃料電池系統(tǒng)的外部；以及壓力控制單元，其使燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力從第一規(guī)定壓力下降到第二規(guī)定壓力來使緩沖部的氣體反流到燃料電池側(cè)。
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日本JP2007-517369A中，作為以往的燃料電池系統(tǒng)，公開了一種在負(fù)極 (anode)氣體供給通路上設(shè)置有常閉電磁閥、并且在負(fù)極氣體排出通路上從上游起依次設(shè) 置有常開電磁閥和緩沖罐（回收罐）的燃料電池系統(tǒng)。該以往的燃料電池系統(tǒng)是不使被排 出到負(fù)極氣體排出通路的未使用的負(fù)極氣體返回到負(fù)極氣體供給通路的負(fù)極氣體非循環(huán) 型的燃料電池系統(tǒng)，通過實施周期性地開閉常閉電磁閥和常開電磁閥的脈動運轉(zhuǎn)，使蓄積 在緩沖罐中的未使用的負(fù)極氣體反流到燃料電池堆從而再利用。然后，將積存在緩沖罐內(nèi) 的氮等雜質(zhì)經(jīng)由設(shè)置于比緩沖罐更靠下游的負(fù)極氣體排出通路的第二常開電磁閥排出到 系統(tǒng)外部。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 發(fā)明要解決的問是頁
[0004] 在實施脈動運轉(zhuǎn)的情況下，在燃料電池系統(tǒng)啟動時、之后的通常運轉(zhuǎn)中，需要將積 存在緩沖罐內(nèi)的氮等雜質(zhì)快速地從緩沖罐內(nèi)排出到系統(tǒng)外部。
[0005] 當(dāng)前設(shè)計出了以下系統(tǒng)：將用于將緩沖罐內(nèi)的氣體排出到系統(tǒng)外部的通路（放氣 通路）連接在燃料電池堆與緩沖罐之間。在這種系統(tǒng)的情況下，已知若不適當(dāng)?shù)乜刂曝?fù)極 系統(tǒng)內(nèi)的壓力，就無法將緩沖罐內(nèi)的氣體從放氣通路排出到系統(tǒng)外部，反之，從燃料電池堆 排出的濃度比較高的負(fù)極氣體會從放氣通路排出到系統(tǒng)外部。因此，已知存在以下的問題： 無法將積存在緩沖罐內(nèi)的氮等雜質(zhì)快速地排出到系統(tǒng)外部，無法使緩沖罐內(nèi)的負(fù)極氣體濃 度（氫濃度）快速地升高。
[0006] 本發(fā)明是著眼于這種問題而完成的，其目的在于將積存在緩沖罐內(nèi)的氮等雜質(zhì)快 速地排出到系統(tǒng)外部，使緩沖罐內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）快速地升高。
[0007] 用于解決問題的方案
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的某個方式，提供了一種將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來進(jìn) 行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。而且，該燃料電池系統(tǒng)的特征在于，具備：控制閥，其控制燃料電 池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力；緩沖部，其蓄積從燃料電池排出的負(fù)極排氣；排氣排出通路，其將 燃料電池與緩沖部進(jìn)行連接；放氣通路，其與排氣排出通路連接；放氣閥，其設(shè)置于放氣通 路；放氣單元，其打開放氣閥來將緩沖部的氣體排出到燃料電池系統(tǒng)的外部；以及壓力控 制單元，其使燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力從第一規(guī)定壓力下降來使緩沖部的氣體反流到 燃料電池側(cè)。
[0009] 下面參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式、本發(fā)明的優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1A是本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池的概要立體圖。
[0011] 圖1Β是圖1Α的燃料電池的ΙΒ-ΙΒ剖視圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的第一實施方式的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu) 圖。
[0013] 圖3是說明燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)為固定的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的脈動運轉(zhuǎn)的圖。
[0014] 圖4是說明本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的流程圖。
[0015] 圖5是說明啟動放氣運轉(zhuǎn)處理的流程圖。
[0016] 圖6是說明啟動放氣準(zhǔn)備處理的流程圖。
[0017] 圖7是說明啟動放氣處理的流程圖。
[0018] 圖8是基于代表溫度和大氣壓來計算啟動放氣結(jié)束時間ttp的對應(yīng)圖。
[0019] 圖9是說明減壓處理的流程圖。
[0020] 圖10是說明壓力保持處理的流程圖。
[0021] 圖11是說明升壓處理的流程圖。
[0022] 圖12是說明啟動放氣結(jié)束處理的流程圖。
[0023] 圖13是表示本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制動作的時序圖。
[0024] 圖14是本發(fā)明的第二實施方式的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu) 圖。
[0025] 圖15是說明穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的脈動運轉(zhuǎn)的圖。
[0026] 圖16是說明本發(fā)明的第二實施方式的脈動控制的流程圖。
[0027] 圖17是基于目標(biāo)輸出電力來設(shè)定負(fù)極壓力的上限壓力和下限壓力的表。
[0028] 圖18是說明本發(fā)明的第二實施方式的放氣控制的流程圖。
[0029] 圖19是說明本發(fā)明的第二實施方式的放氣時間計算處理的流程圖。
[0030] 圖20是基于電解質(zhì)膜的溫度和含水率來計算氮透過量的對應(yīng)圖。
[0031] 圖21是基于氮濃度來計算目標(biāo)放氣總流量的表。
[0032] 圖22是基于負(fù)極壓力和目標(biāo)放氣總流量來計算放氣時間的對應(yīng)圖。
[0033] 圖23是說明本發(fā)明的第二實施方式的放氣控制的動作的時序圖。
【具體實施方式】
[0034](第一實施方式）
[0035] 燃料電池通過用負(fù)極（anode)電極（燃料極）和正極（cathode)電極（氧化劑 極）將電解質(zhì)膜夾在中間并向負(fù)極電極供給含氫的負(fù)極氣體（燃料氣體）、向正極電極供給 含氧的正極氣體（氧化劑氣體）來進(jìn)行發(fā)電。在負(fù)極電極和正極電極這兩個電極處進(jìn)行的 電極反應(yīng)如下。
[0036] 負(fù)極電極：2H2 - 4H++4e- …（1)
[0037] 正極電極：4H++4e、02 - 2H20 …（2)
[0038] 通過該（1)和（2)的電極反應(yīng)，燃料電池產(chǎn)生1伏特左右的電動勢。
[0039] 圖1A和圖1B是說明本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池10的結(jié)構(gòu)的圖。圖1A是 燃料電池10的概要立體圖。圖1B是圖1A的燃料電池10的IB-IB剖視圖。
[0040] 燃料電池10構(gòu)成為在膜電極組件（Membrane Electrode Assembly,以下稱為 "MEA"）11的表面和背面兩面配置負(fù)極隔板12和正極隔板13。
[0041] MEA11具備電解質(zhì)膜111、負(fù)極電極112以及正極電極113。MEA11在電解質(zhì)膜111 的其中一面具有負(fù)極電極112,在另一面具有正極電極113。
[0042] 電解質(zhì)膜111是由氟系樹脂形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜。電解質(zhì)膜111在濕 潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的電傳導(dǎo)性。
[0043] 負(fù)極電極112具備催化劑層112a和氣體擴(kuò)散層112b。催化劑層112a與電解質(zhì)膜 111接觸。催化劑層112a由鉬或承載有鉬等的炭黑粒子形成。氣體擴(kuò)散層112b設(shè)置于催 化劑層112a的外側(cè)（電解質(zhì)膜111的相反側(cè)），與負(fù)極隔板12接觸。氣體擴(kuò)散層112b由 具有足夠的氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性的構(gòu)件形成，例如由碳布形成，該碳布是用由碳纖維形成 的線織成的。
[0044] 正極電極113也與負(fù)極電極112同樣地具備催化劑層113a和氣體擴(kuò)散層113b。
[0045] 負(fù)極隔板12與氣體擴(kuò)散層112b接觸。負(fù)極隔板12在與氣體擴(kuò)散層112b接觸的 一側(cè)具有用于向負(fù)極電極112供給負(fù)極氣體的多個槽狀的負(fù)極氣體流路121。
[0046] 正極隔板13與氣體擴(kuò)散層113b接觸。正極隔板13在與氣體擴(kuò)散層113b接觸的 一側(cè)具有用于向正極電極113供給正極氣體的多個槽狀的正極氣體流路131。
[0047] 在負(fù)極氣體流路121中流動的負(fù)極氣體和在正極氣體流路131中流動的正極氣體 相互平行地流向相反方向。也可以相互平行地流向相同方向。
[0048] 在將這種燃料電池10用作汽車用動力源的情況下，由于所要求的電力大，因此作 為將數(shù)百塊燃料電池10層疊而得到的燃料電池堆來使用。然后，構(gòu)成向燃料電池堆供給負(fù) 極氣體和正極氣體的燃料電池系統(tǒng)，取出用于驅(qū)動車輛的電力。
[0049] 圖2是本發(fā)明的第一實施方式的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)1的概要結(jié)構(gòu) 圖。
[0050] 燃料電池系統(tǒng)1具備燃料電池堆2、正極氣體供排裝置3、負(fù)極氣體供排裝置4、堆 冷卻裝置6以及控制器7。
[0051] 燃料電池堆2是層疊多塊燃料電池10而得到的，接受負(fù)極氣體和正極氣體的供給 來進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生驅(qū)動車輛所需的電力（例如驅(qū)動電動機(jī)所需的電力）。
[0052] 正極氣體供排裝置3具備正極氣體供給通路31、過濾器32、正極壓縮機(jī)33、氣流傳 感器34以及正極氣體排出通路35。
[0053] 正極氣體供給通路31是流通向燃料電池堆2供給的正極氣體的通路。正極氣體 供給通路31 -端連接于過濾器32,另一端連接于燃料電池堆2的正極氣體入口孔21。
[0054] 過濾器32去除取入到正極氣體供給通路31的正極氣體中的異物。
[0055] 正極壓縮機(jī)33設(shè)置于正極氣體供給通路31。正極壓縮機(jī)33經(jīng)由過濾器32將作 為正極氣體的空氣（外部大氣）取入到正極氣體供給通路31，供給到燃料電池堆2。
[0056] 氣流傳感器34設(shè)置于比正極壓縮機(jī)33更靠上游的正極氣體供給通路31。氣流傳 感器34檢測在正極氣體供給通路31中流動的正極氣體的流量（以下稱為"正極流量"。）。
[0057] 正極氣體排出通路35是流通從燃料電池堆2排出的正極排氣的通路。正極氣體 排出通路35 -端連接于燃料電池堆2的正極氣體出口孔22,另一端為開口端。
[0058] 負(fù)極氣體供排裝置4具備高壓罐41、負(fù)極氣體供給通路42、壓力調(diào)節(jié)閥43、壓力傳 感器44、第一負(fù)極氣體排出通路45、第二負(fù)極氣體排出通路46、第一放氣通路47、第二放氣 通路48、第一放氣閥49、第二放氣閥50以及緩沖罐51。
[0059] 高壓罐41將要向燃料電池堆2供給的負(fù)極氣體保持為高壓狀態(tài)來貯存。
[0060] 負(fù)極氣體供給通路42是用于將從高壓罐41排出的負(fù)極氣體供給到燃料電池堆2 的通路，一端部連接于高壓罐41，另一端部連接于燃料電池堆2的負(fù)極氣體入口孔23。
[0061] 壓力調(diào)節(jié)閥43設(shè)置于負(fù)極氣體供給通路42。壓力調(diào)節(jié)閥43將從高壓罐41排出 的負(fù)極氣體調(diào)節(jié)為期望的壓力并供給到燃料電池堆2。壓力調(diào)節(jié)閥43是能夠連續(xù)地或階段 地調(diào)節(jié)開度的電磁閥，其開度由控制器7來進(jìn)行控制。
[0062] 壓力傳感器44設(shè)置于比壓力調(diào)節(jié)閥43更靠下游的負(fù)極氣體供給通路42。壓力傳 感器44檢測比壓力調(diào)節(jié)閥43更靠下游的負(fù)極氣體供給通路42的壓力。在本實施方式中， 將利用該壓力傳感器44檢測出的負(fù)極氣體的壓力代用作包括燃料電池堆內(nèi)部的各負(fù)極氣 體流路121和緩沖罐51在內(nèi)的負(fù)極系統(tǒng)整體的壓力（以下稱為"負(fù)極壓力"。）。
[0063] 第一負(fù)極氣體排出通路45-端部連接于燃料電池堆2的第一負(fù)極氣體出口孔24， 另一端部連接于緩沖罐51。電極反應(yīng)中未被使用的剩余的負(fù)極氣體與從正極側(cè)向負(fù)極氣體 流路121透過來的氮、水蒸氣等惰性氣體的混合氣體（以下稱為"負(fù)極排氣"。）被排出到 第一負(fù)極氣體排出通路45。
[0064] 第二負(fù)極氣體排出通路46-端部連接于燃料電池堆2的第二負(fù)極氣體出口孔25， 另一端部連接于緩沖罐51。負(fù)極排氣被排出到第二負(fù)極氣體排出通路46。
[0065] 第一放氣通路47 -端部連接于第一負(fù)極氣體排出通路45,另一端部連接于正極 氣體排出通路35。
[0066] 第二放氣通路48 -端部連接于第二負(fù)極氣體排出通路46,另一端部連接于正極 氣體排出通路35。
[0067] 第一放氣閥49設(shè)置于第一放氣通路47。第一放氣閥49是能夠?qū)㈤_度調(diào)節(jié)成完 全打開或完全閉合的電磁閥，由控制器7來進(jìn)行控制。第一放氣閥49的內(nèi)部形成有水套 (water jacket)(未圖示），使對燃料電池堆2進(jìn)行冷卻的冷卻水循環(huán)。由此，防止由于凍 結(jié)而固著。
[0068] 第二放氣閥50設(shè)置于第二放氣通路48。第二放氣閥50是能夠?qū)㈤_度調(diào)節(jié)成完全 打開或完全閉合的電磁閥，由控制器7來進(jìn)行控制。第二放氣閥50的內(nèi)部形成有水套（未 圖示），使對燃料電池堆2進(jìn)行冷卻的冷卻水循環(huán)。由此，防止由于凍結(jié)而固著。
[0069] 通過開閉第一放氣閥49和第二放氣閥50,來調(diào)節(jié)從緩沖罐51經(jīng)由放氣通路37向 外部大氣排出的負(fù)極排氣的量，從而調(diào)節(jié)成緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度為期望的濃度。若 緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）過低，則存在以下?lián)鷳n：在后述的脈動運轉(zhuǎn)時要在 電極反應(yīng)中使用的負(fù)極氣體不足，因此發(fā)電效率下降并且燃料電池劣化。另一方面，若緩沖 罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）過高，則經(jīng)由放氣通路47與負(fù)極排氣中的惰性氣體一 起向外部大氣排出的負(fù)極氣體的量變多，因此燃燒消耗率惡化。因而，考慮發(fā)電效率和燃燒 消耗率，將緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度控制為適當(dāng)?shù)闹怠?br>
[0070] 緩沖罐51暫時蓄積經(jīng)第一負(fù)極氣體排出通路45和第二負(fù)極氣體排出通路46流 過來的負(fù)極排氣。積存在緩沖罐51中的負(fù)極排氣在第一放氣閥49和第二放氣閥50被打 開時，經(jīng)第一放氣通路47和第二放氣通路48排出到正極氣體排出通路35。其結(jié)果，負(fù)極排 氣與正極排氣的混合氣體（以下稱為"外部大氣排出氣體"。）從正極氣體排出通路35的 開口端向外部大氣排出。通過像這樣將負(fù)極排氣與正極排氣混合后排出到外部大氣，會使 外部大氣排出氣體中的負(fù)極氣體濃度變得低于規(guī)定的可燃濃度。
[0071] 堆冷卻裝置6是對燃料電池堆2進(jìn)行冷卻以將燃料電池堆2保持為適于發(fā)電的溫 度的裝置。堆冷卻裝置6具備冷卻水循環(huán)通路61、散熱器62、旁路通路63、三通閥64、循 環(huán)泵65、PTC加熱器66、第一放氣閥循環(huán)通路67、第二放氣閥循環(huán)通路68、第一水溫傳感器 69、第二水溫傳感器70以及第三水溫傳感器71。
[0072] 冷卻水循環(huán)通路61是循環(huán)用于冷卻燃料電池堆2的冷卻水的通路，一端連接于燃 料電池堆2的冷卻水入口孔26,另一端連接于燃料電池堆2的冷卻水出口孔27。下面。以 冷卻水循環(huán)通路61中的冷卻水出口孔27側(cè)為上游側(cè)、以冷卻水入口孔26側(cè)為下游側(cè)來進(jìn) 行說明。
[0073] 散熱器62設(shè)置于冷卻水循環(huán)通路61。散熱器62對從燃料電池堆2排出的冷卻水 進(jìn)行冷卻。
[0074] 旁路通路63 -端連接于冷卻水循環(huán)通路61，另一端連接于三通閥64,使得冷卻水 能夠繞過散熱器62地循環(huán)。
[0075] 三通閥64設(shè)置于比散熱器62更下游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路61。三通閥64根據(jù)冷 卻水的溫度來切換冷卻水的循環(huán)路徑。具體地說，在冷卻水的溫度相對高時，以使從燃料電 池堆2排出的冷卻水經(jīng)由散熱器62再次供給到燃料電池堆2的方式切換冷卻水的循環(huán)路 徑。反之，在冷卻水的溫度相對低時，以使從燃料電池堆2排出的冷卻水不經(jīng)由散熱器62 而流過旁路通路63來再次供給到燃料電池堆2的方式切換冷卻水的循環(huán)路徑。
[0076] 循環(huán)泵65設(shè)置于比三通閥64更靠下游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路61，使冷卻水循環(huán)。
[0077] PTC加熱器66設(shè)置于旁路通路63。PTC加熱器66在燃料電池堆2暖機(jī)時等被通 電，使冷卻水的溫度上升。
[0078] 第一放氣閥循環(huán)通路67是用于將冷卻水導(dǎo)入在第一放氣閥49的內(nèi)部形成的水套 (未圖示）以防止凍結(jié)引起第一放氣閥49發(fā)生固著的通路。第一放氣閥循環(huán)通路67具備 第一導(dǎo)入通路671和第一返回通路672,該第一導(dǎo)入通路671從循環(huán)泵65下游側(cè)的冷卻水 循環(huán)通路61分支出來，將冷卻水導(dǎo)入第一放氣閥49的水套，該第一返回通路672使從第一 放氣閥49的水套排出的冷卻水再次返回到循環(huán)泵65上游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路61。
[0079] 第二放氣閥循環(huán)通路68是用于將冷卻水導(dǎo)入在第二放氣閥50的內(nèi)部形成的水套 (未圖示）以防止凍結(jié)引起第二放氣閥50發(fā)生固著的通路。第二放氣閥循環(huán)通路68具備 第二導(dǎo)入通路681和第二返回通路682,該第二導(dǎo)入通路681從循環(huán)泵65下游側(cè)的冷卻水 循環(huán)通路61分支出來，將冷卻水導(dǎo)入第二放氣閥50的水套，該第二返回通路682使從第二 放氣閥50的水套排出的冷卻水再次返回到循環(huán)泵65上游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路61。
[0080] 第一水溫傳感器69設(shè)置于燃料電池堆2的冷卻水出口孔27附近的冷卻水循環(huán) 通路61。第一水溫傳感器69檢測從燃料電池堆2排出的冷卻水的溫度（以下稱為"堆溫 度"。）。
[0081] 第二水溫傳感器70設(shè)置于第一返回通路672。第二水溫傳感器70檢測從第一放 氣閥49的水套排出的冷卻水的溫度（以下稱為"第一放氣閥溫度"。）。
[0082] 第三水溫傳感器71設(shè)置于第二返回通路682。第三水溫傳感器71檢測從第二放 氣閥50的水套排出的冷卻水的溫度（以下稱為"第二放氣閥溫度"。）。
[0083] 控制器7由具備中央運算裝置（CPU)、只讀存儲器（ROM)、隨機(jī)存儲器（RAM)以及 輸入輸出接口（I/O接口）的微計算機(jī)構(gòu)成。
[0084] 除了來自前述的氣流傳感器34、壓力傳感器44、第一水溫傳感器69、第二水溫傳 感器70、第三水溫傳感器71的信號以外，來自檢測燃料電池堆2的輸出電流的電流傳感器 72、檢測燃料電池堆2的輸出電壓的電壓傳感器73、檢測加速踏板的踏下量（以下稱為"加 速操作量"。）的加速行程傳感器74、檢測大氣壓的大氣壓傳感器75等檢測燃料電池系統(tǒng) 1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的各種傳感器的信號也被輸入到控制器7。
[0085] 控制器7基于這些輸入信號來周期性地開閉壓力調(diào)節(jié)閥43,進(jìn)行使負(fù)極壓力周期 性地增減的脈動運轉(zhuǎn)，并且，控制器7調(diào)節(jié)放氣閥38的開度來調(diào)節(jié)從緩沖罐51排出的負(fù)極 排氣的流量，將緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度保持為期望的濃度。
[0086] 通過進(jìn)行脈動運轉(zhuǎn)，能夠?qū)⒔?jīng)由電解質(zhì)膜111從正極氣體流路131向負(fù)極氣體流 路121透過來的氮等的雜質(zhì)氣體壓入緩沖罐51，因此能夠抑制雜質(zhì)氣體蓄積在負(fù)極氣體流 路121內(nèi)而阻礙電極反應(yīng)，從而能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的發(fā)電。
[0087] 圖3是說明燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)為固定的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的脈動運轉(zhuǎn)的圖。
[0088] 如圖3的（A)所示，控制器7基于燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來計算燃料電池堆2 的目標(biāo)輸出，計算與目標(biāo)輸出相應(yīng)的負(fù)極壓力的基準(zhǔn)壓力和脈動幅度來設(shè)定負(fù)極壓力的上 限值和下限值。然后，使負(fù)極壓力在所設(shè)定的負(fù)極壓力的上限值與下限值之間周期性地增 減。
[0089] 具體地說，如果在時刻til負(fù)極壓力達(dá)到下限值，則上限值被設(shè)定為負(fù)極壓力的 目標(biāo)壓力，實施向目標(biāo)壓力的反饋控制。由此，如圖3的（B)所示，將壓力調(diào)節(jié)閥43打開到 至少能夠使負(fù)極壓力增加到上限值的開度。在該狀態(tài)時，負(fù)極氣體從高壓罐41供給到燃料 電池堆2,排出到緩沖罐51。
[0090] 如果在時刻tl2負(fù)極壓力達(dá)到上限值，則下限值被設(shè)定為負(fù)極壓力的目標(biāo)壓力， 實施向目標(biāo)壓力的反饋控制。由此，如圖3的（B)所示那樣，將壓力調(diào)節(jié)閥43設(shè)為完全閉 合，停止從高壓罐41向燃料電池堆2供給負(fù)極氣體。這樣一來，通過前述的（1)的電極反 應(yīng)，殘留在燃料電池堆2內(nèi)部的負(fù)極氣體流路121中的負(fù)極氣體隨著時間的推移而被消耗， 因此負(fù)極壓力降低了與負(fù)極氣體的消耗量相當(dāng)?shù)牟糠帧?br>
[0091] 另外，當(dāng)殘留在負(fù)極氣體流路121中的負(fù)極氣體被消耗時，緩沖罐51的壓力會暫 時高于負(fù)極氣體流路121的壓力，因此負(fù)極排氣從緩沖罐51反流到負(fù)極氣體流路121。其 結(jié)果，殘留在負(fù)極氣體流路121中的負(fù)極氣體和反流到負(fù)極氣體流路121的負(fù)極排氣中的 負(fù)極氣體隨著時間的推移而被消耗，負(fù)極壓力進(jìn)一步降低。
[0092] 如果在時刻tl3負(fù)極壓力達(dá)到下限值，則與時刻tl時同樣地打開壓力調(diào)節(jié)閥43。 然后，如果在時刻tl4負(fù)極壓力再次達(dá)到上限值，則使壓力調(diào)節(jié)閥43完全閉合。
[0093] 在實施這種脈動運轉(zhuǎn)的情況下，若緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）過低， 則存在以下?lián)鷳n：在負(fù)極壓力減少時負(fù)極排氣反流時，在負(fù)極氣體流路的下游域要在電極 反應(yīng)中使用的負(fù)極氣體不足，從而使發(fā)電效率下降，并且使燃料電池劣化。
[0094] 在燃料電池系統(tǒng)1啟動時，由于在燃料電池系統(tǒng)1停止期間侵入到負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)來 的大氣中的空氣，而成為負(fù)極氣體流路、緩沖罐51中充滿了空氣的狀態(tài)。
[0095] 因而，在燃料電池系統(tǒng)1啟動時，作為實施脈動運轉(zhuǎn)之前的準(zhǔn)備運轉(zhuǎn)，需要實施以 下的啟動放氣運轉(zhuǎn)：打開放氣閥49、50來將緩沖罐51內(nèi)的空氣排出到外部大氣，并且向緩 沖罐51供給負(fù)極氣體來使緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）上升到期望的濃度。
[0096] 下面，說明該本實施方式的啟動放氣運轉(zhuǎn)。
[0097] 圖4是說明本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1的控制的流程圖。當(dāng)啟動燃料電池系統(tǒng) 1時，控制器7以規(guī)定的運算周期At(例如10[ms])執(zhí)行本例程。
[0098] 在步驟S1中，控制器7讀取前述的各種傳感器的檢測值。
[0099] 在步驟S2中，控制器7判斷啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束標(biāo)志是否被設(shè)定成了 1。啟動放氣 運轉(zhuǎn)結(jié)束標(biāo)志是在啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束后被設(shè)定為1的標(biāo)志，在燃料電池系統(tǒng)啟動時被設(shè)定 為0。如果啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束標(biāo)志被設(shè)定成了 0,則控制器7進(jìn)行步驟S3的處理。另一方 面，如果啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束標(biāo)志被設(shè)定成了 1，則控制器7進(jìn)行步驟S4的處理。
[0100] 在步驟S3中，控制器7實施啟動放氣運轉(zhuǎn)處理。關(guān)于啟動放氣運轉(zhuǎn)處理的詳情， 參照圖5在后面敘述。
[0101] 在步驟S4中，控制器7實施通常處理。在通常處理中，如參照圖3在前面敘述的 那樣，根據(jù)燃料電池堆2的目標(biāo)輸出來設(shè)定負(fù)極壓力的上限值和下限值，實施使負(fù)極壓力 在所設(shè)定的負(fù)極壓力的上限值與下限值之間周期性地增減的脈動運轉(zhuǎn)。此外，脈動運轉(zhuǎn)的 控制內(nèi)容本身并不是本發(fā)明的主要部分，因此在此省略詳細(xì)的流程圖。
[0102] 圖5是說明啟動放氣運轉(zhuǎn)處理的流程圖。
[0103] 在步驟S31中，控制器7判斷啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志是否被設(shè)定成了 1。啟動放氣 準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志是在啟動放氣運轉(zhuǎn)的準(zhǔn)備結(jié)束時被設(shè)定為1的標(biāo)志，初始值被設(shè)定為0。如果 啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志被設(shè)定成了 〇,則控制器7進(jìn)行步驟S32的處理。另一方面，如果啟 動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志被設(shè)定成了 1，則控制器7進(jìn)行步驟S33的處理。
[0104] 在步驟S32中，控制器7實施啟動放氣準(zhǔn)備處理。關(guān)于啟動放氣準(zhǔn)備處理的詳情， 參照圖6在后面敘述。
[0105] 在步驟S33中，控制器7實施啟動放氣處理。關(guān)于啟動放氣處理的詳情，參照圖7 在后面敘述。
[0106] 圖6是說明啟動放氣準(zhǔn)備處理的流程圖。
[0107] 在步驟S321中，控制器7將啟動放氣運轉(zhuǎn)中的正極流量的目標(biāo)值設(shè)定為規(guī)定的啟 動目標(biāo)正極流量Qs。在啟動放氣運轉(zhuǎn)中，為了提高緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）， 向緩沖罐51供給負(fù)極氣體。此時，向緩沖罐51供給的負(fù)極氣體的一部分經(jīng)放氣通路排出 到正極氣體排出通路35。因而，啟動目標(biāo)正極流量Qs被設(shè)定為使外部大氣排出氣體中的負(fù) 極氣體濃度低于規(guī)定的可燃濃度的值。啟動目標(biāo)正極流量Qs是預(yù)先通過實驗等決定的值。
[0108] 在步驟S322中，控制器7對正極壓縮機(jī)33進(jìn)行反饋控制使得正極流量變?yōu)閱?目標(biāo)正極流量Qs。
[0109] 在步驟S323中，控制器7將負(fù)極壓力的目標(biāo)值設(shè)定為規(guī)定的啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓 力Pau。啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau被設(shè)定為能夠?qū)⒄龢O氣體流路內(nèi)的空氣與負(fù)極氣體一 起壓入緩沖罐51的值。啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau是預(yù)先通過實驗等決定的值。
[0110] 在步驟S324中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制，使得負(fù)極壓力變?yōu)閱?目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau。
[0111] 在步驟S325中，控制器7判斷正極流量是否已變?yōu)閱幽繕?biāo)正極流量Qs以上。如 果正極流量低于啟動目標(biāo)正極流量Qs，則控制器7結(jié)束本次的處理，如果正極流量為啟動 目標(biāo)正極流量Qs以上，則控制器7進(jìn)行步驟S326的處理。
[0112] 在步驟S326中，如果負(fù)極壓力低于啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau，則控制器7結(jié)束本 次的處理。另一方面，如果負(fù)極壓力為啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau以上，則控制器7判斷為 啟動放氣運轉(zhuǎn)的準(zhǔn)備完成，進(jìn)行步驟S327的處理。
[0113] 在步驟S327中，控制器7將啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志設(shè)定為1。
[0114] 在步驟S328中，控制器7打開第一放氣閥49和第二放氣閥50。
[0115] 在步驟S329中，控制器7將減壓標(biāo)志設(shè)定為1。減壓標(biāo)志是在使負(fù)極壓力上升到 啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau之后將負(fù)極壓力減少到規(guī)定壓力（后述的啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓 力Pad)時被設(shè)定為1的標(biāo)志，初始值被設(shè)定為0。
[0116] 圖7是說明啟動放氣處理的流程圖。
[0117] 在步驟S331中，控制器7選擇堆溫度、第一放氣閥溫度以及第二放氣閥溫度中的 最大的溫度作為代表溫度。
[0118] 在步驟S332中，控制器7參照圖8的對應(yīng)圖，基于代表溫度和大氣壓來計算啟動 放氣結(jié)束時間ttp。啟動放氣結(jié)束時間是能夠判斷為緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃 度）通過啟動放氣運轉(zhuǎn)已上升到能夠開始脈動運轉(zhuǎn)的期望的濃度的時間。換言之，啟動放 氣結(jié)束時間是能夠判斷為已將存在于負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的空氣中的規(guī)定量的空氣通過啟動放氣 運轉(zhuǎn)排出到外部大氣的時間。
[0119] 如圖8的對應(yīng)圖所示，代表溫度越高，另外大氣壓越高，則啟動放氣結(jié)束時間越 長。
[0120] 這是由于，通過第一放氣閥49和第二放氣閥50的氣體的流量是根據(jù)所通過的氣 體的溫度以及第一放氣閥49和第二放氣閥50各自的上游側(cè)與下游側(cè)的前后壓力差而變化 的。具體地說，所通過的氣體的溫度越高，另外前后壓力差越小，則通過第一放氣閥49和第 二放氣閥50的氣體的流量越少。
[0121] 在本實施方式中，將通過第一放氣閥49和第二放氣閥50的氣體的溫度假定為堆 溫度、第一放氣閥溫度以及第二放氣閥溫度中的最大的溫度，由此設(shè)想出通過第一放氣閥 49和第二放氣閥50的氣體的流量最少的情況來計算啟動放氣結(jié)束時間。由此，在脈動運轉(zhuǎn) 開始時，已可靠地使緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）上升到期望的濃度。
[0122] 另外，在本實施方式中，使用大氣壓作為用于計算啟動放氣結(jié)束時間的參數(shù)。第一 放氣閥49和第二放氣閥50的前后壓力差是負(fù)極壓力與大氣壓的壓力差，因此只要知道大 氣壓就能夠估計出第一放氣閥49和第二放氣閥50的前后壓力差。也就是說，能夠檢測出 由于大氣壓下降、第一放氣閥49和第二放氣閥50的前后壓力差變大而所需的放氣時間變 短。
[0123] 在步驟S333中，控制器7判斷放氣計時tl是否已變?yōu)閱臃艢饨Y(jié)束時間ttp以 上。放氣計時tl是積存在緩沖罐51中的氣體（空氣或空氣與負(fù)極氣體的混合氣體）經(jīng)第 一放氣通路47和第二放氣通路48排出到外部大氣的時間的累積值。如果放氣計時tl未 達(dá)到啟動放氣結(jié)束時間ttp，則控制器7進(jìn)行步驟S334的處理。另一方面，如果放氣計時 tl為啟動放氣結(jié)束時間ttp以上，則控制器7進(jìn)行步驟S339的處理。
[0124] 在步驟S334中，控制器7判斷減壓標(biāo)志是否被設(shè)定成了 1。如果減壓標(biāo)志被設(shè)定 成1，則控制器7進(jìn)行步驟S335的處理，如果被設(shè)定成0則進(jìn)行步驟S336的處理。
[0125] 在步驟S335中，控制器7實施減壓處理。關(guān)于減壓處理，參照圖9在后面敘述。
[0126] 在步驟S336中，控制器7判斷壓力保持標(biāo)志是否被設(shè)定成了 1。壓力保持標(biāo)志是 在通過減壓處理使負(fù)極壓力減少到規(guī)定壓力（后述的啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad)之后保 持為該規(guī)定壓力時被設(shè)定為1的標(biāo)志，初始值被設(shè)定為0。如果壓力保持標(biāo)志被設(shè)定成1， 則控制器7進(jìn)行步驟S337的處理，如果被設(shè)定成0則進(jìn)行步驟S338的處理。
[0127] 在步驟S337中，控制器7實施壓力保持處理。關(guān)于壓力保持處理，參照圖10在后 面敘述。
[0128] 在步驟S338中，控制器7實施升壓處理。關(guān)于升壓處理，參照圖11在后面敘述。
[0129] 在步驟S339中，控制器7實施啟動放氣結(jié)束處理。關(guān)于啟動放氣結(jié)束處理，參照 圖12在后面敘述。
[0130] 圖9是說明減壓處理的流程圖。
[0131] 減壓處理是用于在將負(fù)極氣體供給到緩沖罐51內(nèi)之后、為了將緩沖罐51內(nèi)的負(fù) 極氣體與空氣的混合氣體從第一放氣通路47和第二放氣通路48排出到正極氣體排出通路 35而減少負(fù)極壓力來使緩沖罐51內(nèi)的混合氣體反流到第一負(fù)極氣體排出通路45和第二氣 體排出通路的處理。
[0132] 在步驟S3351中，控制器7將負(fù)極壓力的目標(biāo)值設(shè)定為規(guī)定的啟動目標(biāo)負(fù)極下限 壓力Pad。啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad被設(shè)定為將緩沖罐51內(nèi)的混合氣體至少壓回比第一 負(fù)極氣體排出通路45與第一放氣通路47的連接部和第二負(fù)極氣體排出通路46與第二放 氣通路48的連接部更靠上游側(cè)（燃料電池堆2側(cè)）的值。啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad是 比啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau低規(guī)定壓力的值，是預(yù)先通過實驗等決定的值。此外，如果在 負(fù)極氣體流路121流路內(nèi)負(fù)極氣體并非不足，則也可以設(shè)定為使緩沖罐51內(nèi)的混合氣體反 流到負(fù)極氣體流路121為止的值。
[0133] 在步驟S3352中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制，使得負(fù)極壓力變?yōu)閱?動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad。
[0134] 在步驟S3353中，控制器7判斷負(fù)極壓力是否已變?yōu)閱幽繕?biāo)負(fù)極下限壓力以下。 如果負(fù)極壓力高于啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力，則控制器7進(jìn)行步驟S3354的處理。另一方面， 如果負(fù)極壓力為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力以下，則控制器7進(jìn)行步驟S3355的處理。
[0135] 在步驟S3354中，控制器7將減壓標(biāo)志設(shè)定為1。即，使減壓標(biāo)志仍維持為1。
[0136] 在步驟S3355中，控制器7將減壓標(biāo)志設(shè)定為0。
[0137] 步驟S3356中，控制器7將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為1。
[0138] 圖10是說明壓力保持處理的流程圖。
[0139] 在壓力保持處理中，將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad。即，維持以下 的狀態(tài)：緩沖罐51內(nèi)的混合氣體至少被壓回到比第一負(fù)極氣體排出通路45與第一放氣通 路47的連接部和第二負(fù)極氣體排出通路46與第二放氣通路48的連接部更靠上游側(cè)（燃 料電池堆2側(cè)）。由此，能夠?qū)⒕彌_罐51內(nèi)的混合氣體從第一放氣通路47和第二放氣通 路48排出到正極氣體排出通路35,從而通過在之后的升壓時從上游供給負(fù)極氣體來提高 緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）。
[0140] 在步驟S3371中，控制器7將負(fù)極壓力的目標(biāo)值設(shè)定為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力 Pad。也就是說，使負(fù)極壓力的目標(biāo)值仍保持為減壓處理時設(shè)定的啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力 Pad。
[0141] 在步驟S3372中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制，使得負(fù)極壓力被保持 為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad。
[0142] 在步驟S3373中，控制器7更新放氣計時tl。具體地說，將放氣計時tl更新為使 放氣計時tl的上次值與運算周期At相加所得的值。
[0143] 在步驟S3374中，控制器7更新壓力保持計時t2。具體地說，將壓力保持計時t2 更新為使壓力保持計時t2的上次值與運算周期At相加所得的值。
[0144] 在步驟S3375中，控制器7判斷壓力保持計時t2是否已變?yōu)橐?guī)定的壓力保持結(jié)束 時間tkd以上。如果壓力保持計時t2未達(dá)到壓力保持結(jié)束時間tkd，則控制器7進(jìn)行步驟 S3376的處理。另一方面，如果壓力保持計時t2為壓力保持結(jié)束時間tkd以上，則控制器7 進(jìn)行步驟S3377的處理。
[0145] 在步驟S3376中，控制器7將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為1。即，使壓力保持標(biāo)志維持為 1〇
[0146] 在步驟S3377中，控制器7將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為0。
[0147] 在步驟S3378中，控制器7將壓力保持計時tl的值更新為0。
[0148] 在步驟S3379中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為1。升壓標(biāo)志是在通過壓力保持處理 在規(guī)定時間內(nèi)將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad之后使負(fù)極壓力再次上升到 啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau時被設(shè)定為1的標(biāo)志，初始值被設(shè)定為0。
[0149] 圖11是說明升壓處理的流程圖。
[0150] 升壓處理是用于在壓力保持處理結(jié)束之后使負(fù)極壓力再次上升到啟動目標(biāo)負(fù)極 上限壓力Pau并供給緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體、使緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度） 上升的處理。
[0151] 在步驟S3381中，控制器7將負(fù)極壓力的目標(biāo)值設(shè)定為啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力 Pau〇
[0152] 在步驟S3382中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制，使得負(fù)極壓力上升到 啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau。
[0153] 在步驟S3383中，控制器7判斷負(fù)極壓力是否已變?yōu)閱幽繕?biāo)負(fù)極上限壓力以上。 如果負(fù)極壓力低于啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力，則控制器7進(jìn)行步驟S3384的處理。另一方面， 如果負(fù)極壓力為啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力以上，則控制器7進(jìn)行步驟S3385的處理。
[0154] 在步驟S3384中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為1。即，使升壓標(biāo)志維持為1。
[0155] 在步驟S3385中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為0。
[0156] 在步驟S3386中，控制器7將減壓標(biāo)志設(shè)定為1。
[0157] 圖12是說明啟動放氣結(jié)束處理的流程圖。
[0158] 在步驟S3391中，控制器7將放氣計時tl的值更新為0。
[0159] 在步驟S3392中，控制器7將啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束標(biāo)志設(shè)定為1。
[0160] 在步驟S3393中，控制器7將啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志設(shè)定為0。
[0161] 在步驟S3394中，控制器7將壓力保持計時t2的值更新為0。
[0162] 在步驟S3395中，控制器7將減壓標(biāo)志設(shè)定為0。
[0163] 在步驟S3396中，控制器7將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為0。
[0164] 在步驟S3397中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為0。
[0165] 圖13是表示本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制動作的時序圖。在以下的說明中， 為了明確與圖4至圖12的流程圖的對應(yīng)關(guān)系，一并記載流程圖的步驟號來進(jìn)行說明。
[0166] 當(dāng)在時刻tl啟動了燃料電池系統(tǒng)時，在燃料電池系統(tǒng)啟動時啟動放氣運轉(zhuǎn)結(jié)束 標(biāo)志和啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志分別被設(shè)定成了 〇(圖13的（F)、圖13的（G) ;S2中"否"、 S31中"否"），因此實施啟動放氣準(zhǔn)備處理（S32)。
[0167] 當(dāng)實施啟動放氣準(zhǔn)備處理時，對正極壓縮機(jī)33進(jìn)行反饋控制使得正極流量以規(guī) 定的變化率上升到啟動目標(biāo)正極流量Qs (圖13的（B) ;S321、S322)，對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行 反饋控制使得負(fù)極壓力以規(guī)定的變化率上升到啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau(圖13的（A); S323、S324)。
[0168] 當(dāng)在時刻t2正極流量上升到啟動目標(biāo)正極流量、且負(fù)極壓力上升到啟動目標(biāo)負(fù) 極上限壓力時（圖13的（A)、圖13的（B) ;S325中"是"、S326中"是"），將啟動放氣準(zhǔn)備結(jié) 束標(biāo)志設(shè)定為1 (圖13的（G) ;S327)，打開第一放氣閥49和第二放氣閥50(圖13的（D)、 圖13的（E) ;S328)。另外，將減壓標(biāo)志設(shè)定為1 (圖13的⑶；S329)。
[0169] 當(dāng)將啟動放氣準(zhǔn)備結(jié)束標(biāo)志設(shè)定為1時，接著實施啟動放氣處理（S31中"是"、 S33)。在啟動放氣處理開始時，放氣計時tl的值為初始值0(圖13的（K) ;S333中"否"） 且減壓標(biāo)志被設(shè)定成了 1 (圖13的（H) ;S334中"是"），因此實施減壓處理（S335)。
[0170] 當(dāng)實施減壓處理時，對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力下降到啟動目 標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad (圖13的（A) ;S3351、S3352)。
[0171] 當(dāng)在時刻t3負(fù)極壓力下降到啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad時（圖13的㈧；S3353 中"是"），將減壓標(biāo)志設(shè)定為〇 (圖13的（H) ;S3355)，將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為1 (圖13的 (I) ;S3356)。
[0172] 當(dāng)將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為1、實施壓力保持處理時（S334中"否"、S336中"是"、 S337)，將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad(圖13的（A))。然后，通過壓力保持 計時t2對將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad的時間進(jìn)行計時（圖13的（L); S3374)。
[0173] 另外，緩沖罐51內(nèi)的混合氣體在負(fù)極壓力被保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad時 經(jīng)第一放氣通路47和第二放氣通路48向正極氣體排出通路35排出。因此，通過放氣計時 tl對將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad的時間進(jìn)行計時（圖13的（K) ;S3373)。
[0174] 當(dāng)在時刻t4將負(fù)極壓力保持為啟動目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad后的經(jīng)過時間達(dá)到壓 力保持結(jié)束時間tkd時（圖13的（L) ;S3375中"是"），將壓力保持標(biāo)志設(shè)定為0(圖13的 (I) ;S3373)，將壓力保持計時t2復(fù)位為0(圖13的（L) ;S3378)。另外，將升壓標(biāo)志設(shè)定為 1(圖 13 的（J) ;S3379)。
[0175] 在升壓標(biāo)志被設(shè)定為1、且壓力保持處理中計時得到的放氣計時tl未達(dá)到啟動放 氣結(jié)束時間ttp時（S333中"否"、S334中"否"、S336中"否"），實施升壓處理（S338)。
[0176] 當(dāng)實施升壓處理時，對壓力調(diào)節(jié)閥43進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力再次上升到啟 動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau (圖I3的（A) ;S3381、S3382)。
[0177] 當(dāng)在時刻t5負(fù)極壓力上升到啟動目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau時（圖13的（A) ;S3383 中"是"），使升壓標(biāo)志恢復(fù)為ο (圖13的（J) ;S3385)，將減壓標(biāo)志再次設(shè)定為1 (圖13的 (H) ;S3386)。
[0178] 之后，反復(fù)進(jìn)行減壓處理、壓力保持處理以及升壓處理直到在時刻t6放氣計時tl 達(dá)到啟動放氣結(jié)束時間ttp為止（圖13的（K) ;S333中"是"），使緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體 濃度（氫濃度）上升到期望的濃度。
[0179] 根據(jù)以上說明的本實施方式，在燃料電池系統(tǒng)1啟動時，使負(fù)極壓力上升到啟動 目標(biāo)負(fù)極上限壓力Pau，由此將在燃料電池系統(tǒng)1停止期間侵入到負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)來的空氣與 負(fù)極氣體一起壓入緩沖罐51內(nèi)。之后，使負(fù)極壓力下降到目標(biāo)負(fù)極下限壓力Pad，由此使緩 沖罐51內(nèi)的混合氣體反流到第一負(fù)極氣體排出通路45和第二負(fù)極氣體排出通路46。
[0180] 另外，配合上述的控制，在燃料電池系統(tǒng)1啟動時打開第一放氣閥49和第二放氣 閥50。
[0181] 由此，能夠在燃料電池系統(tǒng)1啟動時將緩沖罐51內(nèi)的混合氣體經(jīng)由第一放氣通路 47和第二放氣通路48排出到正極氣體排出通路35,使緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃 度）逐漸上升。因而，在實施脈動運轉(zhuǎn)時，即使緩沖罐內(nèi)的負(fù)極排氣反流到負(fù)極氣體流路 121，也能夠抑制在負(fù)極氣體流路121的下游域要在電極反應(yīng)中使用的負(fù)極氣體不足。因 此，能夠抑制發(fā)電效率下降，并且還能夠抑制燃料電池的劣化。
[0182] 另外，在本實施方式中，僅在緩沖罐51內(nèi)的混合氣體實際正在經(jīng)由第一放氣通路 47和第二放氣通路48排出到正極氣體排出通路35時、即僅在處于壓力保持處理中時對放 氣計時tl進(jìn)行計時。
[0183] 這是由于在減壓處理中、升壓處理中存在以下可能性：不是緩沖罐51內(nèi)的混合氣 體而是從高壓罐41供給的負(fù)極氣體經(jīng)由第一放氣通路47和第二放氣通路48被排出到了 正極氣體排出通路35。
[0184] 通過如本實施方式那樣僅在壓力保持處理中對放氣計時tl進(jìn)行計時，能夠高精 度地判斷出緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度（氫濃度）上升到了期望的濃度。
[0185] (第二實施方式）
[0186] 接著，說明本發(fā)明的第二實施方式。在以下示出的各實施方式中，對實現(xiàn)了與前述 的第一實施方式同樣的功能的部分，使用同一標(biāo)記并適當(dāng)省略重復(fù)的說明。
[0187] 圖14是本發(fā)明的第二實施方式的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)1的概要結(jié) 構(gòu)圖。在圖2中，為了簡便而記載了以下的燃料電池系統(tǒng)：省略正極氣體供排裝置3和堆冷 卻裝置6,并且只具備一個放氣閥54。
[0188] 本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)1的負(fù)極氣體供排裝置4具備高壓罐41、 負(fù)極氣體供給通路42、壓力調(diào)節(jié)閥43、壓力傳感器44、緩沖罐51、負(fù)極氣體排出通路52、放 氣通路53以及放氣閥54。
[0189] 高壓罐41、負(fù)極氣體供給通路42、壓力調(diào)節(jié)閥43、壓力傳感器44以及緩沖罐51的 功能與第一實施方式相同。
[0190] 負(fù)極氣體排出通路52-端部連接于燃料電池堆2的負(fù)極氣體出口孔26,另一端部 連接于緩沖罐51。
[0191] 放氣通路53-端部連接于負(fù)極氣體排出通路52,另一端部為開口端。積存在緩沖 罐51中的負(fù)極排氣在暫時反流到負(fù)極氣體排出通路52之后，經(jīng)放氣通路53從開口端向外 部大氣排出。
[0192] 放氣閥54設(shè)置于放氣通路53。放氣閥54是由控制器來進(jìn)行開閉控制的電磁閥。 通過打開放氣閥54,積存在緩沖罐51中的負(fù)極排氣經(jīng)放氣通路53從開口端向外部大氣排 出。
[0193] 圖15是說明燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)為固定的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的脈動運轉(zhuǎn)的圖。
[0194] 如圖15的（A)所示，控制器7基于燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來計算燃料電池堆 2的目標(biāo)輸出，計算與目標(biāo)輸出相應(yīng)的負(fù)極壓力的基準(zhǔn)壓力和脈動幅度來設(shè)定負(fù)極壓力的 上限值和下限值。然后，使負(fù)極壓力在所設(shè)定的負(fù)極壓力的上限值與下限值之間周期性地 增減。
[0195] 具體地說，如果在時刻til負(fù)極壓力達(dá)到下限壓力，則如圖15的（B)所示，對壓力 調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變?yōu)樯舷迚毫?。由此，如圖15的（A)所示，負(fù) 極壓力從下限壓力向上限壓力上升。在該狀態(tài)時，負(fù)極氣體從高壓罐41供給到燃料電池堆 2,負(fù)極排氣會被壓入到緩沖罐51。
[0196] 如果在時刻tl2負(fù)極壓力達(dá)到上限壓力，則如圖15的（B)所示，對壓力調(diào)節(jié)閥43 的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變?yōu)橄孪迚毫?。該反饋控制的結(jié)果通常是壓力調(diào)節(jié)閥43 的開度變?yōu)橥耆]合，停止從高壓罐41向燃料電池堆2供給負(fù)極氣體。這樣一來，通過前 述的（1)的電極反應(yīng)，殘留在燃料電池堆內(nèi)部的負(fù)極氣體流路121中的負(fù)極氣體隨著時間 的推移而被消耗，因此如圖15的（A)所示，負(fù)極壓力降低了與負(fù)極氣體的消耗量相當(dāng)?shù)牟?分。
[0197] 然后，殘留在負(fù)極氣體流路121中的負(fù)極氣體被消耗，由此緩沖罐51的壓力會暫 時高于負(fù)極氣體流路121的壓力，因此負(fù)極排氣從緩沖罐51反流到燃料電池堆2側(cè)。在本 實施方式中，在該定時打開放氣閥54,由此將蓄積在緩沖罐51中的負(fù)極排氣排出到外部。
[0198] 這是由于，在負(fù)極壓力升高時從燃料電池堆2側(cè)經(jīng)放氣閥54的上游、即負(fù)極氣體 排出通路52流向緩沖罐51側(cè)的負(fù)極排氣的負(fù)極氣體濃度相對高，若在此定時打開放氣閥 54則會將負(fù)極氣體徒勞地排出到外部。另一方面，在負(fù)極壓力降低時從緩沖罐51側(cè)經(jīng)負(fù)極 氣體排出通路52向燃料電池堆2側(cè)反流的負(fù)極排氣是蓄積在緩沖罐51中的負(fù)極氣體濃度 相對低的（換言之氮濃度高的）氣體。因而，通過在此定時打開放氣閥54,能夠抑制負(fù)極氣 體的徒勞的排出，并且將從正極側(cè)向負(fù)極氣體流路121透過來的氮高效地排出到外部。
[0199] 另外，在負(fù)極壓力降低時，若負(fù)極氣體濃度低的負(fù)極排氣流入到燃料電池堆2的 內(nèi)部，則在負(fù)極氣體流路121的下游部負(fù)極氣體濃度的下降變大而發(fā)電效率下降，但是通 過在負(fù)極壓力降低時打開放氣閥54,能夠抑制因負(fù)極氣體濃度低的負(fù)極排氣流入到燃料電 池堆2的內(nèi)部而導(dǎo)致的發(fā)電效率的下降。
[0200] 下面，說明該本實施方式的脈動控制和放氣控制。
[0201] 圖16是說明本實施方式的脈動控制的流程圖。
[0202] 在步驟S11中，控制器7讀取前述的各種傳感器的檢測值。
[0203] 在步驟S12中，控制器7基于燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來計算燃料電池堆2的 目標(biāo)輸出電力。
[0204] 在步驟S13中，控制器7參照圖17的表，基于目標(biāo)輸出電力來設(shè)定負(fù)極壓力的上 限壓力和下限壓力。
[0205] 在步驟S14中，控制器7判斷升壓標(biāo)志是否被設(shè)定成了 1。升壓標(biāo)志是在負(fù)極壓力 升高時被設(shè)定為1的標(biāo)志，初始值被設(shè)定為1。如果升壓標(biāo)志被設(shè)定成1，則控制器7進(jìn)行 步驟S5的處理，如果升壓標(biāo)志被設(shè)定成0,則控制器7進(jìn)行步驟S9的處理。此外，在升壓標(biāo) 志被設(shè)定成〇時，即為正在使負(fù)極壓力降低時。
[0206] 在步驟S15中，控制器7判斷由壓力傳感器44檢測出的負(fù)極壓力是否低于上限壓 力。如果負(fù)極壓力低于上限壓力，則控制器7進(jìn)行步驟S16的處理，如果負(fù)極壓力為上限壓 力以上，則控制器7進(jìn)行步驟S17的處理。
[0207] 在步驟S16中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變?yōu)?上限壓力。
[0208] 在步驟S17中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為0。
[0209] 在步驟S18中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變?yōu)?下限壓力。
[0210] 在步驟S19中，控制器7判斷由壓力傳感器44檢測出的負(fù)極壓力是否高于下限壓 力。如果負(fù)極壓力高于下限壓力，則控制器7進(jìn)行步驟S18的處理，如果負(fù)極壓力為下限壓 力以下，則控制器7進(jìn)行步驟S20的處理。
[0211] 在步驟S20中，控制器7將升壓標(biāo)志設(shè)定為1。
[0212] 在步驟S21中，控制器7對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變?yōu)?上限壓力。
[0213] 圖18是說明本實施方式的放氣控制的流程圖。
[0214] 在步驟S101中，控制器7讀取前述的各種傳感器的檢測值。
[0215] 在步驟S102中，控制器7實施用于計算打開放氣閥54的時間（以下稱為"放氣時 間"。）的處理（以下稱為"放氣時間計算處理"。）。關(guān)于放氣時間計算處理的詳情，參照 圖19在后面敘述。
[0216] 在步驟S103中，控制器7判斷放氣閥54是否處于被打開的狀態(tài)。如果放氣閥54 處于閉合則控制器7進(jìn)行步驟S104的處理，如果放氣閥54處于被打開的狀態(tài)則控制器7 進(jìn)行步驟S110的處理。
[0217] 在步驟S104中，控制器7判斷升壓標(biāo)志是否被設(shè)定成了 0、即是否為負(fù)極壓力降低 時。如果是升壓標(biāo)志為〇時、即負(fù)極壓力降低時，則控制器7進(jìn)行步驟S106的處理。另一 方面，如果是升壓標(biāo)志為1時、即負(fù)極壓力升高時，則控制器7進(jìn)行步驟S105的處理。
[0218] 在步驟S105中，控制器7使放氣閥54仍維持閉合的狀態(tài)。
[0219] 在步驟S106中，控制器7計算升壓標(biāo)志被設(shè)定為0后的經(jīng)過時間T1。也就是說， 經(jīng)過時間T1是從負(fù)極壓力開始降低起的經(jīng)過時間。
[0220] 在步驟S107中，控制器7判斷經(jīng)過時間T1是否已變?yōu)榈谝灰?guī)定時間以上。如果經(jīng) 過時間T1已變?yōu)榈谝灰?guī)定時間以上，則控制器7進(jìn)行步驟S108的處理，否則進(jìn)行步驟S105 的處理。
[0221] 在步驟S108中，控制器7打開放氣閥54,并且使經(jīng)過時間T1恢復(fù)為零。像這樣在 負(fù)極壓力開始降低起經(jīng)過第一規(guī)定時間之后打開放氣閥54是由于，從負(fù)極壓力開始降低 到負(fù)極排氣從緩沖罐內(nèi)反流到放氣閥54的上游為止的期間內(nèi)，會產(chǎn)生規(guī)定的時間延遲。
[0222] 在步驟S109中，控制器7計算從放氣閥54被打開起的經(jīng)過時間T2。
[0223] 在步驟S110中，控制器7判斷升壓標(biāo)志是否被設(shè)定成了 0。如果升壓標(biāo)志被設(shè)定 成0,則控制器7進(jìn)行步驟S111的處理，如果升壓標(biāo)志被設(shè)定成1，則控制器7進(jìn)行步驟S113 的處理。
[0224] 在步驟S111中，控制器7判斷經(jīng)過時間T2是否已變?yōu)榉艢鈺r間以上。如果經(jīng)過 時間T2未達(dá)到放氣時間，則控制器7結(jié)束本次的處理并使放氣閥54仍打開。另一方面，如 果經(jīng)過時間T2為放氣時間以上，則控制器7進(jìn)行步驟S112的處理。
[0225] 在步驟S112中，控制器7閉合放氣閥54,并且使經(jīng)過時間T2和后述的經(jīng)過時間 T3恢復(fù)為零。
[0226] 在步驟S113中，控制器7計算從升壓標(biāo)志被設(shè)定為1起的經(jīng)過時間T3。該經(jīng)過時 間T3是在放氣閥54保持打開的狀態(tài)且升壓標(biāo)志被設(shè)定為1時計算出的時間。
[0227] 在步驟S114中，控制器7判斷經(jīng)過時間T3是否已變?yōu)榈诙?guī)定時間以上。如果 經(jīng)過時間T3未達(dá)到第二規(guī)定時間，則控制器7進(jìn)行步驟S111的處理，如果為第二規(guī)定時間 以上，則控制器7進(jìn)行步驟S115的處理。
[0228] 在步驟S115中，控制器7閉合放氣閥54,并且使經(jīng)過時間T2和經(jīng)過時間T3恢復(fù) 為零。這樣，在放氣閥54保持打開的狀態(tài)且升壓標(biāo)志被設(shè)定為1的情況下，當(dāng)負(fù)極壓力開始 升高起經(jīng)過第二規(guī)定時間時，即使打開放氣閥54的時間（經(jīng)過時間T2)未達(dá)到放氣時間， 也強(qiáng)制性地閉合放氣閥54。
[0229] 這是由于，當(dāng)負(fù)極壓力開始升高時，從高壓罐41向燃料電池堆2供給負(fù)極氣體，因 此在放氣閥54的上游，會有負(fù)極氣體濃度相對高的負(fù)極排氣從燃料電池堆2向緩沖罐51 流動。因此，在這種負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極排氣到達(dá)放氣閥54的上游之前閉合放氣閥54， 從而抑制負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極排氣被排出。
[0230] 圖19是說明放氣時間計算處理的流程圖。
[0231] 在步驟S1021中，控制器7參照圖20的對應(yīng)圖，基于電解質(zhì)膜111的溫度和含水率 來計算從正極側(cè)向負(fù)極氣體流路121透過來的氮量（以下稱為"氮透過量"。）。此外，在本實 施方式中，使用冷卻水溫作為電解質(zhì)膜111的溫度。另外，基于以公知的各種手法（例如交 流阻抗法等）計算出的燃料電池堆2的內(nèi)部高頻電阻（HFR;High Frequency Resistance) 來計算電解質(zhì)膜111的含水率。
[0232] 在步驟S1022中，控制器7判斷放氣閥54是否處于打開的狀態(tài)。如果放氣閥54 處于閉合，則控制器7進(jìn)行步驟S1023的處理，如果放氣閥54處于打開的狀態(tài)，則控制器7 進(jìn)行步驟S1024的處理。
[0233] 在步驟S1023中，控制器7計算負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)整體的氮量（以下稱為"總氮量"。）。 在此，計算出總氮量的上次值與氮透過量相加所得的值來作為總氮量。
[0234] 在步驟S1024中，控制器7計算總氮量。在此，計算出從總氮量的上次值與氮透過 量相加所得的值減去每單位時間的放氣流量所得的值來作為總氮量，該每單位時間的放氣 流量是基于由壓力傳感器44檢測出的負(fù)極壓力而計算出的。此外，放氣流量是根據(jù)放氣閥 54的前后壓力差、即負(fù)極壓力減去大氣壓所得的差以及放氣閥54的開度而決定的。在本實 施方式中放氣閥54的開度是固定的，因此只要知道負(fù)極壓力就能夠計算出放氣流量。
[0235] 在步驟S1025中，控制器7基于總氮量來計算負(fù)極系統(tǒng)整體的氮濃度。
[0236] 在步驟S1026中，控制器7參照圖21的表，基于氮濃度來計算目標(biāo)放氣總流量。如 圖21所示，氮濃度越高，則目標(biāo)放氣總流量越多。
[0237] 在步驟S1027中，控制器7參照圖22的對應(yīng)圖，基于由壓力傳感器44檢測出的負(fù) 極壓力以及目標(biāo)放氣總流量來計算放氣時間。如圖22所示，如果負(fù)極壓力相同，則目標(biāo)放 氣總流量越多那么放氣時間就越長。另外，如果目標(biāo)放氣總流量相同，則負(fù)極壓力越低那么 放氣時間就越長。這是由于，每單位時間的放氣流量是由放氣閥54的開度以及負(fù)極壓力與 大氣壓的壓力差決定的，負(fù)極壓力越低時，每單位時間的放氣流量越少。
[0238] 這樣，在本實施方式中，負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的氮濃度越高時，目標(biāo)放氣總流量越多，根據(jù) 負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的氮濃度來改變放氣時間，使得負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的氮濃度變?yōu)橐?guī)定濃度以下。
[0239] 圖23是說明本實施方式的放氣控制的動作的時序圖。在以下的說明中，為了明確 與圖16和圖18的流程圖的對應(yīng)關(guān)系，一并記載流程圖的步驟號來進(jìn)行說明。
[0240] 當(dāng)在時刻t21負(fù)極壓力變?yōu)樯舷迚毫r（圖23的（A) ;S15中"否"），將升壓標(biāo)志 設(shè)定為〇(圖23的（D) ;S17)，并且對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變 為下限壓力（圖23的（B) ;S18)。另外，開始計算經(jīng)過時間T1 (S104中"是"、S106)。
[0241] 當(dāng)在時刻t22經(jīng)過時間T1變?yōu)榈谝灰?guī)定時間以上時，打開放氣閥54,將蓄積在緩 沖罐51的內(nèi)部的負(fù)極排氣排出到外部（圖23的（C) ;S107中"是"、S108)。另外，打開放 氣閥54,由此開始計算經(jīng)過時間T2 (S103中"是"、S109)。
[0242] 當(dāng)在時刻t23負(fù)極壓力降低過程中經(jīng)過時間T2變?yōu)榉艢鈺r間以上時，閉合放氣閥 54(圖 23 的（C) ;S110 中"是"、S111 中"是"、S112)。
[0243] 通過像這樣在負(fù)極壓力降低過程中打開放氣閥54,能夠?qū)⑿罘e在緩沖罐51中的 負(fù)極氣體濃度相對低的（氮濃度高的）負(fù)極排氣排出到外部。另外，通過在負(fù)極壓力開始 降低起經(jīng)過第一規(guī)定時間之后打開放氣閥54,能夠?qū)木彌_罐內(nèi)反流回來的負(fù)極氣體濃度 相對低的負(fù)極排氣排出，而不將在負(fù)極壓力升高后存在于負(fù)極氣體排出通路52中的負(fù)極 氣體濃度相對高的負(fù)極排氣排出到外部。
[0244] 當(dāng)在時刻t24負(fù)極壓力變?yōu)橄孪迚毫r（圖23的（A) ;S19中"否"），將升壓標(biāo)志 設(shè)定為1 (圖23的（D) ;S20)，并且對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓力變 為上限壓力（圖23的（B) ;S21)。
[0245] 當(dāng)在時刻t25負(fù)極壓力再次變?yōu)樯舷迚毫r（圖23的（A) ;S15中"否"），將升壓 標(biāo)志設(shè)定為〇(圖23的（D) ;S17)，并且對壓力調(diào)節(jié)閥43的開度進(jìn)行反饋控制使得負(fù)極壓 力變?yōu)橄孪迚毫Γ▓D23的（B) ;S18)。另外，開始計算經(jīng)過時間T1 (S104中"是"、S106)。
[0246] 當(dāng)在時刻t26經(jīng)過時間T1變?yōu)榈谝灰?guī)定時間以上時，打開放氣閥54(圖23的（C); S107中"是"、S108)，開始計算經(jīng)過時間T2 (S103中"是"、S109)。
[0247] 當(dāng)在時刻t27負(fù)極壓力降低過程中經(jīng)過時間T2未達(dá)到放氣時間而保持放氣閥54 打開的狀態(tài)且負(fù)極壓力下降到下限壓力時（圖23的（A) (C))，開始計算經(jīng)過時間T3(S110 中"否"、S113)。
[0248] 然后，當(dāng)在時刻t28經(jīng)過時間T2達(dá)到放氣時間之前經(jīng)過時間T3已變?yōu)榈诙?guī)定 時間以上時（S114中"是"），閉合放氣閥54(圖23的（C) ;S115)
[0249] 這樣，在放氣閥54保持打開狀態(tài)且負(fù)極壓力下降到下限壓力而開始升高負(fù)極壓 力時，即使處于經(jīng)過時間T2達(dá)到放氣時間之前也閉合放氣閥54。
[0250] 由此，能夠在由于負(fù)極壓力的升高而負(fù)極氣體濃度相對高的負(fù)極排氣從燃料電池 堆2經(jīng)負(fù)極氣體排出通路52向緩沖罐51流過來之前，排出緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度低 的負(fù)極排氣。而且，能夠抑制從燃料電池堆2向緩沖罐51流過來的負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極 排氣被排出。
[0251] 根據(jù)以上說明的本實施方式，在實施脈動運轉(zhuǎn)的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系 統(tǒng)1中，在將燃料電池堆2與緩沖罐51進(jìn)行連接的負(fù)極氣體排出通路52上連接具備放氣 閥54的放氣通路53,在負(fù)極壓力降低過程中打開放氣閥54。
[0252] 在負(fù)極壓力降低過程中，暫時蓄積在緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度相對低的（氮濃 度高的）負(fù)極排氣從緩沖罐51側(cè)向燃料電池堆2側(cè)反流過來。因此，通過在負(fù)極壓力降低 過程中打開放氣閥54,能夠?qū)⒌獫舛雀叩呢?fù)極排氣排出到外部。由此，能夠抑制負(fù)極氣體的 徒勞的排出，并且將從正極側(cè)向負(fù)極氣體流路121透過來的氮高效地排出到外部。
[0253] 另外，在負(fù)極壓力降低時，當(dāng)負(fù)極氣體濃度低的負(fù)極排氣流入到燃料電池堆2的 內(nèi)部時，在負(fù)極氣體流路121的下游部負(fù)極氣體濃度的下降變大而發(fā)電效率下降，但是通 過在負(fù)極壓力降低時打開放氣閥54,能夠抑制因負(fù)極氣體濃度低的負(fù)極排氣流入到燃料電 池堆2的內(nèi)部而導(dǎo)致的發(fā)電效率的下降。
[0254] 另外，根據(jù)本實施方式，在負(fù)極壓力開始降低起經(jīng)過第一規(guī)定時間之后打開放氣 閥54。
[0255] 在負(fù)極壓力剛降低時，由于負(fù)極壓力的升壓，而在負(fù)極氣體排出通路52存在負(fù)極 氣體濃度相對高的負(fù)極排氣。因而，通過在負(fù)極壓力開始降低起經(jīng)過第一規(guī)定時間之后打 開放氣閥54,能夠?qū)木彌_罐51內(nèi)反流回來的負(fù)極氣體濃度低的負(fù)極排氣排出，而不將這 種負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極排氣排出到外部。
[0256] 另外，根據(jù)本實施方式，根據(jù)負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的氮濃度來計算放氣時間，使得負(fù)極系統(tǒng) 內(nèi)的氮濃度變?yōu)橐?guī)定濃度以下。
[0257] 由此，能夠?qū)恼龢O側(cè)向負(fù)極氣體流路121透過來的氮適當(dāng)?shù)嘏懦龅酵獠?，能?而抑制負(fù)極氣體徒勞地與負(fù)極排氣一起被排出。
[0258] 另外，根據(jù)本實施方式，在負(fù)極壓力開始升高起經(jīng)過第二規(guī)定時間之后放氣閥54 仍打開時，即使打開放氣閥54后的經(jīng)過時間T2未達(dá)到放氣時間也閉合放氣閥54。
[0259] 由此，能夠在由于負(fù)極壓力的升高而負(fù)極氣體濃度相對高的負(fù)極排氣從燃料電池 堆2經(jīng)負(fù)極氣體排出通路52向緩沖罐51流過來之前，排出緩沖罐51內(nèi)的負(fù)極氣體濃度低 的負(fù)極排氣。而且，在負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極排氣從燃料電池堆2向緩沖罐51流過來之前 閉合放氣閥54,因此能夠抑制負(fù)極氣體濃度高的負(fù)極排氣的排出。
[0260] 以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但是上述實施方式不過是示出了本發(fā)明的應(yīng)用 例的一部分，其宗旨并不在于將本發(fā)明的技術(shù)范圍限定于上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0261] 例如，在上述的第一實施方式中，在啟動放氣處理中保持打開第一放氣閥49和第 二放氣閥50,但是也可以僅在壓力保持處理中打開。由此，能夠抑制在減壓處理中、升壓處 理中負(fù)極氣體排出到正極氣體排出通路35,而僅將緩沖罐51內(nèi)的混合氣體排出到正極氣 體排出通路35。
[0262] 另外，在上述的第二實施方式中，也可以在負(fù)極壓力下降到下限壓力的情況下放 氣閥54仍打開時、即在經(jīng)過時間T2變?yōu)榉艢鈺r間以上之前負(fù)極壓力下降到下限壓力時，使 負(fù)極壓力的下限壓力暫時下降，在經(jīng)過時間T2已變?yōu)榉艢鈺r間以上的階段開始升高負(fù)極 壓力。
[0263] 另外，在上述的第一實施方式中使用具備兩個放氣閥的燃料電池系統(tǒng)來進(jìn)行說 明，在第二實施方式中使用具備一個放氣閥的燃料系統(tǒng)來進(jìn)行說明，但是兩個實施方式都 是既可以具備一個放氣閥，也可以具備一個以上的放氣閥。
[0264] 本申請基于2012年3月12日向日本專利局申請的特愿2012-54733號和2012年 9月18日向日本專利局申請的特愿2012-204177號要求優(yōu)先權(quán)，通過參照將該申請的全部 內(nèi)容引入本說明書中。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來進(jìn)行發(fā)電，該燃料電 池系統(tǒng)具備： 控制閥，其控制上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力； 緩沖部，其蓄積從上述燃料電池排出的負(fù)極排氣； 排氣排出通路，其將上述燃料電池與上述緩沖部進(jìn)行連接； 放氣通路，其與上述排氣排出通路連接； 放氣閥，其設(shè)置于上述放氣通路； 放氣單元，其打開上述放氣閥來將上述緩沖部的氣體排出到上述燃料電池系統(tǒng)的外 部；以及 壓力控制單元，其使上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力從第一規(guī)定壓力下降到第二規(guī) 定壓力來使上述緩沖部的氣體反流到上述燃料電池側(cè)。
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，上述壓力控制單元具備： 升壓單元，其使上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力升高到上述第一規(guī)定壓力； 減壓單元，其使上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力在升高到上述第一規(guī)定壓力之后， 下降到低于上述第一規(guī)定壓力的上述第二規(guī)定壓力；以及 壓力保持單元，其在上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力下降到上述第二規(guī)定壓力之 后，在規(guī)定期間內(nèi)將上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力保持為上述第二規(guī)定壓力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述壓力控制單元在實施上述壓力保持單元之后再次實施上述升壓單元，來反復(fù)實施 上述升壓單元、上述減壓單元以及上述壓力保持單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備： 放氣持續(xù)時間計算單元，其根據(jù)通過上述放氣閥的上述緩沖部的氣體的流量，來計算 上述放氣單元的所需持續(xù)時間；以及 放氣時間計算單元，其計算將上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力保持為上述第二規(guī)定 壓力的時間，來作為將上述緩沖部的氣體排出到上述燃料電池系統(tǒng)的外部的放氣時間， 其中，在上述放氣時間為上述所需持續(xù)時間以上時，結(jié)束上述放氣單元和上述壓力控 制單元的實施。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2?4中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在將上述燃料電池內(nèi)的負(fù)極氣體的壓力保持為上述第二規(guī)定壓力時，上述放氣單元打 開上述放氣閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述第一規(guī)定壓力是能夠?qū)⑸鲜鋈剂想姵氐呢?fù)極氣體流路和上述排氣排出通路內(nèi)的 氣體壓入上述緩沖部內(nèi)的壓力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述第二規(guī)定壓力是上述緩沖部的氣體至少反流到比上述排氣排出通路與上述放氣 通路的連接部更靠上述燃料電池側(cè)的壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在使上述負(fù)極氣體的壓力下降時，上述放氣單元打開上述放氣閥來開始將負(fù)極排氣排 出到外部的放氣控制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在從負(fù)極氣體的壓力開始下降起經(jīng)過了第一規(guī)定時間之后，上述放氣單元開始放氣控 制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述放氣單元根據(jù)包括上述燃料電池和上述緩沖部在內(nèi)的負(fù)極系統(tǒng)內(nèi)的氮濃度，來計 算在上述放氣控制中打開上述放氣閥的放氣時間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在從開始上述放氣控制起的經(jīng)過時間為上述放氣時間以上時，上述放氣單元結(jié)束上述 放氣控制。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述放氣單元在從上述負(fù)極氣體的壓力開始升高起經(jīng)過了第二規(guī)定時間之后上述放 氣閥仍被打開時，即使從開始上述放氣控制起的經(jīng)過時間少于上述放氣時間，也結(jié)束上述 放氣控制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述放氣單元具備： 透過氮量計算單元，其基于上述燃料電池的電解質(zhì)膜的溫度和含水率來計算從正極側(cè) 透過電解質(zhì)膜到達(dá)負(fù)極側(cè)的透過氮量； 氮濃度計算單元，其基于上述透過氮量來計算包括上述燃料電池和上述緩沖部在內(nèi)的 負(fù)極系統(tǒng)的氮濃度； 目標(biāo)放氣總流量計算單元，其基于上述氮濃度來計算在放氣控制中排出的負(fù)極排氣的 流量的目標(biāo)值，來作為目標(biāo)放氣總流量；以及 放氣時間計算單元，其基于上述目標(biāo)放氣總流量來計算在放氣控制中打開放氣閥的時 間，來作為放氣時間。
【文檔編號】H01M8/10GK104160542SQ201380014146
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】筑后隼人, 市川靖, 西村英高 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社