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)所包含的燃料電池接受燃料氣體(例如氫氣)和含氧氣體(例如，空氣)的供給而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，進行發(fā)電。電化學(xué)反應(yīng)中沒使用的氣體從燃料電池排出。該排出氣體中包含水分，所以在車輛被置于冰點下的環(huán)境時，擔(dān)心在排出氣體的流路設(shè)置的流路開閉用的電磁閥等電動設(shè)備產(chǎn)生凍結(jié)。在電磁閥等電動設(shè)備產(chǎn)生了凍結(jié)的情況下，可能會招致氣體向燃料電池的供給不良。因此，提出了如下控制(例如，日本特開2005-285686號公報)：判斷閥的凍結(jié)的可能性，在判斷為有可能因凍結(jié)而產(chǎn)生閥的粘連的情況下，在驅(qū)動或加熱閥芯而消除了凍結(jié)或粘連后，起動燃料電池。該控制方法在能夠在消除電磁閥的凍結(jié)之后起動燃料電池這一點上是優(yōu)異的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

對于燃料電池系統(tǒng)的冷起動，關(guān)于設(shè)置于循環(huán)流路的燃料氣體泵(以下，稱為氣體泵)發(fā)現(xiàn)了其他課題。燃料電池中的燃料氣體的排出口連接有排出流路。在向排出流路排出的排出氣體中殘留有未消耗的燃料，所以在將該排出流路和燃料氣體供給流路連接的循環(huán)流路配設(shè)氣體泵，使排出氣體向燃料電池循環(huán)。氣體泵通常具備旋轉(zhuǎn)體，通過該旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)來送出排出氣體。在燃料電池的溫度為低溫的情況下，在燃料電池中被過冷卻后的過冷卻水會被引導(dǎo)至氣體泵。在此，氣體泵根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)而使轉(zhuǎn)速變化。因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了，過冷卻水可能會因旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)所引起的沖擊而凍結(jié)，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)體發(fā)生粘連。

本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了燃料電池系統(tǒng)中的循環(huán)流路的氣體泵的凍結(jié)這一新的課題，并完成了以下所述的發(fā)明。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)具備：燃料電池，通過燃料氣體的燃料和含氧氣體的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電；燃料氣體供給流路，連接于所述燃料電池的所述燃料氣體的供給口；排出氣體排出流路，連接于所述燃料電池的所述燃料氣體的排出口；循環(huán)流路，將所述排出氣體排出流路連接于所述燃料氣體供給流路；氣體泵，配設(shè)于所述循環(huán)流路，通過旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)來使從所述燃料電池排出的排出氣體向所述燃料氣體供給流路循環(huán)；氣體泵控制部，控制所述氣體泵的所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速；以及溫度取得部，在所述燃料電池起動時取得生成經(jīng)過所述循環(huán)流路而被引導(dǎo)至所述氣體泵的水的所述燃料電池的溫度。并且，所述氣體泵控制部取得對于所述燃料電池的要求發(fā)電量，在所述燃料電池的溫度比在攝氏零度以下預(yù)先設(shè)定的基準溫度高的情況下，將所述氣體泵的所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速控制成與所述要求發(fā)電量相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)速，在所述燃料電池的溫度為所述基準溫度以下的情況下，將所述氣體泵的所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速控制成第二轉(zhuǎn)速，所述第二轉(zhuǎn)速是比所述第一轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速。在該情況下，所述基準溫度是被引導(dǎo)至所述氣體泵的水會在過冷卻狀態(tài)下被引導(dǎo)至所述氣體泵的溫度，所述第二轉(zhuǎn)速是能夠?qū)⒃谒鲞^冷卻狀態(tài)下被引導(dǎo)至所述氣體泵的過冷卻水在所述旋轉(zhuǎn)體與旋轉(zhuǎn)體周圍殼體壁之間延展的低轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)速。

本方式的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池起動時，若生成被引導(dǎo)至氣體泵的水的燃料電池的溫度(以下，稱作燃料電池溫度)為攝氏零度以下的基準溫度以下，則將氣體泵的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速控制成第二轉(zhuǎn)速，該第二轉(zhuǎn)速是比燃料電池溫度比該基準溫度高的情況下的第一轉(zhuǎn)速低，且能夠?qū)⒃谶^冷卻狀態(tài)下被引導(dǎo)至氣體泵的過冷卻水在旋轉(zhuǎn)體與旋轉(zhuǎn)體周圍殼體壁之間延展的低轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)速。若燃料電池溫度為攝氏零度以下的基準溫度以下，則在燃料電池中被過冷卻后的過冷卻水會被引導(dǎo)至氣體泵，但此時的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速是上述的低轉(zhuǎn)速范圍的低轉(zhuǎn)速(第二轉(zhuǎn)速)。因而，根據(jù)本方式的燃料電池系統(tǒng)，即使過冷卻水被引導(dǎo)至氣體泵，也能夠通過過冷卻水的延展而抑制過冷卻水因旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)所引起的沖擊而凍結(jié)從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)體粘連這一不良情況的產(chǎn)生。另外，即使假設(shè)過冷卻水產(chǎn)生了凍結(jié)，由于該凍結(jié)是在旋轉(zhuǎn)體與旋轉(zhuǎn)體周圍殼體壁之間被延展后的過冷卻水的凍結(jié)，所以即使旋轉(zhuǎn)體正在以低轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，也能夠通過旋轉(zhuǎn)體而刮除凍結(jié)部分。其結(jié)果，根據(jù)本方式的燃料電池系統(tǒng)，能夠更切實地抑制循環(huán)流路中的氣體泵的燃料電池起動時的凍結(jié)。

另外，本方式的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池起動時，若燃料電池溫度比基準溫度高，則不會出現(xiàn)過冷卻水向氣體泵的流入，所以能夠通過與要求發(fā)電量相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)，來確保排出氣體的循環(huán)量。

(2)在上述的方式的燃料電池系統(tǒng)中，也可以是，在所述循環(huán)流路中，在所述氣體泵的上游側(cè)具備氣液分離部，若所述氣體泵的溫度為與附著于所述旋轉(zhuǎn)體的水的冰點相近的溫度以下，則所述氣體泵控制部將所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速設(shè)定為比所述氣液分離部中積存的水分經(jīng)過所述循環(huán)流路而被吸起到所述氣體泵的轉(zhuǎn)速小。這樣一來，不會將氣液分離部中積存的水分吸起到氣體泵，所以能夠抑制由水分向氣體泵的旋轉(zhuǎn)體的附著引起的凍結(jié)。另外，若燃料電池隨著其起動而升溫，則由燃料電池加溫后的排出氣體經(jīng)過氣液分離部的氣液分離而被吸引至氣體泵，由此，能夠使氣體泵升溫而實現(xiàn)凍結(jié)的抑制或凍結(jié)部分的化冰。

此外，本發(fā)明能夠以各種方式實現(xiàn)。例如，除了作為燃料電池系統(tǒng)的控制方法、搭載有燃料電池系統(tǒng)的車輛的方式之外，還能夠以車輛的控制方法等方式實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是示出燃料電池汽車的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2使示出氫循環(huán)泵的結(jié)構(gòu)的概略圖。

圖3是示出控制部所執(zhí)行的燃料電池系統(tǒng)的起動處理的處理例程的流程圖。

圖4是用于對抑制由轉(zhuǎn)子內(nèi)的水分凍結(jié)引起的轉(zhuǎn)子的粘連的機理進行說明的概略圖。

圖5是與從啟動開關(guān)的打開操作(STON)起的燃料電池溫度、泵溫度的推移相匹配地以時間序列示出泵控制的概略的說明圖。

圖6是示出控制部所執(zhí)行的其他實施方式中的起動處理的處理例程的流程圖。

圖7是以時間序列示出進行圖6所示的起動處理的實施方式中的泵控制的概略的說明圖。

具體實施方式

圖1是示出燃料電池汽車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具備燃料電池40、氫供給排出機構(gòu)50、陰極氣體供給排出機構(gòu)60、冷卻水循環(huán)機構(gòu)70以及控制部100。

燃料電池40是固體高分子形的燃料電池，接受作為燃料氣體的氫氣和作為含氧氣體的空氣的供給，產(chǎn)生氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)而進行發(fā)電。如圖1所示，燃料電池40具有層疊多個單電池41而成的堆疊構(gòu)造，單電池41由陽極、陰極、電解質(zhì)、分隔件等構(gòu)成。以下，也將多個單電池41的陽極合起來簡稱為“陽極”、“陽極流路”，也將多個單電池41的陰極合起來簡稱為“陰極”、“陰極流路”。

為了進行氫氣相對于燃料電池40的供給以及排出，氫供給排出機構(gòu)50具備氫罐51、調(diào)節(jié)器52、供給流路53、循環(huán)流路54、氫循環(huán)泵55、放氣閥56、排出流路57以及氣液分離部58。

氫罐51儲藏氫氣。供給流路53是從氫罐51延伸而連接于燃料電池40中的陽極的供給口的氫氣供給流路(燃料氣體供給流路)。設(shè)置于該供給流路53的調(diào)節(jié)器52在對儲藏于氫罐51的氫氣調(diào)整了壓力和供給量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過供給流路53而供給到燃料電池40，詳細而言是供給到單電池41的陽極。此外，向燃料電池40供給的氫氣的壓力和供給量的調(diào)整經(jīng)過控制部100對調(diào)節(jié)器52的驅(qū)動控制而進行。

循環(huán)流路54將連接于燃料電池40、詳細而言是連接于燃料電池40中的陽極的氣體排出口的排出氣體排出流路部與供給流路53連接，將從陽極排出的排出氣體向供給流路53引導(dǎo)。在該循環(huán)流路54的流路中途從上游側(cè)起配設(shè)有氣液分離部58和氫循環(huán)泵55。氣液分離部58形成為中空容器狀，通過遮蔽板58a對從陽極排出而流入到氣液分離部58的排出氣體進行氣液分離，使氣液分離出的氣體經(jīng)過循環(huán)流路54而流出到氫循環(huán)泵55。另外，氣液分離部58積存氣液分離出的水分，將該水分經(jīng)過排出流路57而排出。

氫循環(huán)泵55構(gòu)成為輸送氫氣的氣體泵，將排出氣體混合于供給流路53的氫氣而向燃料電池40循環(huán)供給。在該情況下，氫循環(huán)泵55吸引通過氣液分離部58分離出的排出氣體，將其吸引出的排出氣體向單電池41的陽極再次供給(循環(huán)供給)。通過氣液分離部58分離出的排出氣體主要是未被消耗而排出的氫氣。此外，關(guān)于氫循環(huán)泵55的詳細結(jié)構(gòu)將在后面敘述。

排出流路57從氣液分離部58延伸到陰極氣體供給排出機構(gòu)60的后述的陰極氣體排出流路66。配設(shè)于排出流路57的流路中途的放氣閥56接受控制部100的控制而開閥，將通過氣液分離部58分離出的液體(水分)向陰極氣體排出流路66引導(dǎo)。此外，也可以將通過氣液分離部58分離出的液體從排出流路57直接向外部排出。

為了進行空氣相對于燃料電池40的供給以及排出，陰極氣體供給排出機構(gòu)60具備陰極氣體供給流路61、第一電動閥11、第二電動閥12、空氣壓縮機62、流量計65、陰極氣體排出流路66以及旁通路69。第一電動閥11具備分流閥63和分流閥用電動機64。第二電動閥12具備調(diào)壓閥67和調(diào)壓閥用電動機68。

陰極氣體供給流路61以及陰極氣體排出流路66是將燃料電池40和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)置有空氣濾清器(省略圖示)。

空氣壓縮機62設(shè)置于陰極氣體供給流路61的中途，從陰極氣體供給流路61的大氣開放口側(cè)吸入空氣并壓縮。設(shè)置空氣壓縮機62的位置是比陰極氣體供給流路61和旁通路69之間的連接部位靠近大氣開放口的位置。流量計65計測通過空氣壓縮機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)置于空氣壓縮機62的下游側(cè)、即空氣壓縮機62與燃料電池40之間。分流閥63將從空氣壓縮機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。這樣的閥也稱作三通閥。

分流閥用電動機64連接于分流閥63，產(chǎn)生用于調(diào)整分流閥63的開度的轉(zhuǎn)矩。分流閥用電動機64是步進電動機。

旁通路69是將分流閥63和陰極氣體排出流路66連接的流路。本實施方式中所說的“關(guān)閉分流閥63”是指，切斷陰極氣體供給流路61的上游和下游的流路，并且開放旁通路69和陰極氣體供給流路61的上游的流路。在輸入了用于關(guān)閉分流閥63的驅(qū)動脈沖的情況下，分流閥63的閥芯和閥座被比僅僅接觸要強的力壓緊，分流閥63的閥芯和閥座被密封。

調(diào)壓閥67設(shè)置于陰極氣體排出流路66。調(diào)壓閥67根據(jù)開度而調(diào)整陰極氣體排出流路66的流路截面積。在輸入了用于關(guān)閉調(diào)壓閥67的驅(qū)動脈沖的情況下，調(diào)壓閥67的閥芯和閥座被比僅僅接觸要強的力壓緊，與分流閥63的閥芯和閥座被密封同樣地，調(diào)壓閥67關(guān)閉。調(diào)壓閥67具備導(dǎo)閥(未圖示)。導(dǎo)閥是用于在陰極氣體排出流路66的開度為零的狀態(tài)下減小陰極氣體排出流路66的上游與下游之間的壓力差的機構(gòu)。

調(diào)壓閥用電動機68連接于調(diào)壓閥67，產(chǎn)生用于調(diào)整調(diào)壓閥67的開度的轉(zhuǎn)矩。調(diào)壓閥用電動機68是步進電動機。

通過了調(diào)壓閥67的空氣在通過與旁通路69之間的連接部位之后，從大氣開放口向大氣排出。

冷卻燃料電池40的冷卻水循環(huán)機構(gòu)70在冷卻水循環(huán)流路73中具備散熱器71以及冷卻水循環(huán)泵72。冷卻水循環(huán)機構(gòu)70為了控制單電池41的運轉(zhuǎn)溫度而使冷卻水在單電池41與散熱器71之間循環(huán)。冷卻水通過這樣循環(huán)而執(zhí)行單電池41處的吸熱和散熱器71處的散熱。另外，冷卻水循環(huán)機構(gòu)70在冷卻水循環(huán)流路73中具備溫度傳感器74，將由該傳感器檢測到的溫度向控制部100輸出?？刂撇?00將溫度傳感器74的檢測溫度作為燃料電池40的溫度而用作各種控制的參數(shù)。此外，也可以直接檢測燃料電池40的溫度。

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)針對燃料電池40的發(fā)電要求來執(zhí)行用于控制燃料電池系統(tǒng)30的發(fā)電的各種控制。要求發(fā)電量由設(shè)置于控制部100的要求量取得部102基于來自加速器傳感器91的傳感器信號和來自車速傳感器92的車速信號等而取得。此外，要求量也可以通過與控制部100相獨立的電路結(jié)構(gòu)、例如其他ECU來求出?？刂撇?00以能夠通過燃料電池40的發(fā)電得到該要求發(fā)電量的方式，通過進行氫供給排出機構(gòu)50中的供給流路53的調(diào)節(jié)器52的驅(qū)動控制、陰極氣體供給排出機構(gòu)60中的陰極氣體供給流路61的空氣壓縮機62和第一電動閥11的驅(qū)動控制以及陰極氣體排出流路66的第二電動閥12的驅(qū)動控制，來控制向燃料電池40的氫氣供給量和空氣供給量。除此之外，控制部100通過進行氫供給排出機構(gòu)50中的循環(huán)流路54的氫循環(huán)泵55的驅(qū)動控制、詳細而言是后述的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)控制，來控制經(jīng)由循環(huán)流路54的排出氣體的循環(huán)供給量。因而，控制部100構(gòu)成控制氫循環(huán)泵55的作為上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速的氣體泵控制部。并且，控制部100在進行這樣的控制時，將各種驅(qū)動信號向上述的氫循環(huán)泵55和空氣壓縮機62等輸出。此外，也可以與控制部100相獨立地設(shè)置氣體泵控制部而構(gòu)成為僅進行氫循環(huán)泵55的轉(zhuǎn)速控制的控制部。

圖2是示出氫循環(huán)泵55的結(jié)構(gòu)的概略圖。在圖2的紙面左側(cè)，圖示了與氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)軸RXa、RXb的軸向垂直的切斷面下的氫循環(huán)泵55的概略截面。另外，在圖2的紙面右側(cè)，圖示了包含氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)軸RXa、RXb的切斷面下的氫循環(huán)泵55的概略截面。氫循環(huán)泵55具備轉(zhuǎn)子收納部80和轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81。轉(zhuǎn)子收納部80相當于氫循環(huán)泵55的殼體，在內(nèi)部具有是密閉空間的泵室82。在泵室82的內(nèi)部收納有第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84這兩個轉(zhuǎn)子。第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84相當于本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)體的下位概念。第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84具有大致相同的形狀，具有使大致橢圓形狀的長軸LX方向上的中央部分彎曲地變細而成的截面形狀(所謂的繭形的截面形狀)。第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84具有二重對稱的旋轉(zhuǎn)對稱性，收納各轉(zhuǎn)子的泵室82的內(nèi)壁面82s成為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)體周圍殼體壁。

在第一轉(zhuǎn)子83的中心連結(jié)有主旋轉(zhuǎn)軸83x，在第二轉(zhuǎn)子84的中心連結(jié)有從旋轉(zhuǎn)軸84x。轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81具備電動機(圖示省略)，經(jīng)由主旋轉(zhuǎn)軸83x向第一轉(zhuǎn)子83傳遞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，使第一轉(zhuǎn)子83旋轉(zhuǎn)。另外，轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81通過齒輪(圖示省略)使從旋轉(zhuǎn)軸84x以從動于主旋轉(zhuǎn)軸83x的方式旋轉(zhuǎn)，從而使第二轉(zhuǎn)子84與第一轉(zhuǎn)子83一起旋轉(zhuǎn)?？刂撇?00(圖1)能夠通過控制轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81的電動機來控制第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速。

在泵室82內(nèi)，第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84具有以下那樣的位置關(guān)系。在第一轉(zhuǎn)子83的長軸LX和第二轉(zhuǎn)子84的長軸LX正交時，第一轉(zhuǎn)子83的長軸LX方向上的端部83t與形成于第二轉(zhuǎn)子84的長軸LX方向上的中央的變細部84c嵌合。或者，第二轉(zhuǎn)子84的長軸LX方向上的端部84t與第一轉(zhuǎn)子83的變細部83c嵌合。

泵室82具有以主旋轉(zhuǎn)軸83x為中心的圓C1和以從旋轉(zhuǎn)軸84x為中心的圓C2以一部分重合的方式連結(jié)的截面形狀(紙面左側(cè))。在泵室82的兩個圓C1、C2重合的中央部位以彼此相對的方式設(shè)置有吸入口85和排出口86。

第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84通過轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力而如箭頭所圖示那樣，以相同的旋轉(zhuǎn)速度向彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)。由此，氣體從吸入口85的吸入和壓縮氣體從排出口86的排出反復(fù)進行。吸入口85連接于圖1的氣液分離部58，排出口86連接于圖1的供給流路53。具有上述結(jié)構(gòu)的氫循環(huán)泵55通過轉(zhuǎn)子驅(qū)動部81和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)而使從燃料電池40排出的排出氣體(氫氣)向供給流路53循環(huán)。

在此，泵室82的內(nèi)壁面82s與第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的長軸LX方向上的端部83t、84t之間的距離Da優(yōu)選處于20～50μm的范圍內(nèi)。沿第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)軸RXa、RXb的方向上的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的端面83p、84p與和該端面83p、84p相對的泵室82的內(nèi)壁面82s之間的距離Db優(yōu)選處于10～60μm的范圍內(nèi)(紙面右側(cè))。距離Db更優(yōu)選處于15～25μm的范圍內(nèi)。由此，在后述的結(jié)冰時起動控制中，能夠更切實地發(fā)現(xiàn)泵室82內(nèi)的殘留水分或經(jīng)過循環(huán)流路54而流入到氫循環(huán)泵55的水分沿內(nèi)壁面82s被延展的狀態(tài)，能夠有助于抑制低溫環(huán)境下的氫循環(huán)泵55的粘連(詳情后述)。

圖3是示出控制部100所執(zhí)行的燃料電池系統(tǒng)30的起動處理的處理例程的流程圖。該起動處理是進行與氫循環(huán)泵55相關(guān)聯(lián)的設(shè)備控制的處理，接受燃料電池汽車20的未圖示的啟動開關(guān)的打開操作(STON)而由控制部100執(zhí)行。在啟動開關(guān)的打開操作(STON)后，控制部100首先根據(jù)溫度傳感器74的傳感器輸出來讀入燃料電池40的溫度Tf(以下，稱作燃料電池溫度Tf)(步驟S100)。因而，參與燃料電池溫度Tf的讀入的溫度傳感器74和控制部100構(gòu)成在起動時取得燃料電池40的溫度的溫度取得部。該燃料電池溫度Tf是確定經(jīng)過循環(huán)流路54而被引導(dǎo)至氫循環(huán)泵55的水的溫度的溫度，所以能夠直接或間接地根據(jù)燃料電池溫度Tf確定被引導(dǎo)至氫循環(huán)泵55的水的溫度。

接下來，控制部100將燃料電池溫度Tf與閾值溫度T0進行對比(步驟S110)。該閾值溫度T0是攝氏零度以下的規(guī)定的溫度，且是會出現(xiàn)以下狀況的溫度(基準溫度)：在燃料電池40中、詳細而言是在單電池41的陽極流路中殘留的殘留水因環(huán)境溫度以及燃料電池溫度Tf的下降而成為過冷卻狀態(tài)從而成為過冷卻水，該過冷卻水從燃料電池40經(jīng)過循環(huán)流路54而流入氫循環(huán)泵55?？刂撇?00將通過使用實際的燃料電池系統(tǒng)30進行實驗、模擬而得到的閾值溫度T0(例如，-10℃～0℃)預(yù)先存儲于規(guī)定的存儲區(qū)域。此外，水在單電池41的陽極流路中殘留這一狀況會因以下情況而出現(xiàn)：在低溫環(huán)境下進行發(fā)電運轉(zhuǎn)的燃料電池40停止了其運轉(zhuǎn)，所以在快要停止運轉(zhuǎn)之前生成的生成水作為殘留水而殘留。

當在步驟S110中判定為燃料電池溫度Tf比閾值溫度T0高時，控制部100認為不會出現(xiàn)過冷卻水向氫循環(huán)泵55的流入，從而開始通常起動控制(步驟S120)，結(jié)束本例程。在該通常起動控制中，控制部100根據(jù)用于進行暖機的怠速要求發(fā)電量、與加速器操作和車速對應(yīng)的要求發(fā)電量這樣的系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量來進行氫氣供給以及空氣供給，使燃料電池40進行起動運轉(zhuǎn)。此時，氫循環(huán)泵55以與供給流路53中的調(diào)節(jié)器52的調(diào)整流量相匹配的方式由控制部100進行驅(qū)動控制，以進行與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量相應(yīng)的氫氣供給量下的氣體供給。并且，這樣控制的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速被設(shè)定為與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量對應(yīng)的規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)。該規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)成為本申請的第一轉(zhuǎn)速。此外，在開始步驟S120的通常起動控制后，控制部100跳出本例程，向進行與對應(yīng)于加速器操作等的要求發(fā)電量相應(yīng)的氣體供給的未圖示的發(fā)電控制推移。

當在步驟S110中判定為燃料電池溫度Tf為閾值溫度T0以下時，控制部100認為會出現(xiàn)過冷卻水向氫循環(huán)泵55的流入，從而執(zhí)行結(jié)冰時起動控制(步驟S140)。

在步驟S140的結(jié)冰時起動控制中，控制部100進行經(jīng)過調(diào)節(jié)器52的控制的氫氣供給和經(jīng)過氫循環(huán)泵55的控制的排出氣體的循環(huán)供給。調(diào)節(jié)器控制與步驟S120中的通常起動時沒有什么不同，進行與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量相應(yīng)的氫氣供給。泵控制是使用系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量和燃料電池溫度Tf來設(shè)定結(jié)冰時起動中的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)泵驅(qū)動的控制。在進行該泵控制時，控制部100算出系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量。接著，使用所算出的系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量和燃料電池溫度Tf，將結(jié)冰起動時的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速(結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt)設(shè)定為規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，550～650rpm左右)。該規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，550～650rpm左右)成為本申請的第二轉(zhuǎn)速。然后，控制部100以這樣設(shè)定的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt對氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84進行規(guī)定的時間(例如，10～15秒左右)的旋轉(zhuǎn)控制(步驟S140)。從開始該步驟S140的結(jié)冰時起動控制的時刻起，因為向燃料電池40供給氫氣和空氣，所以燃料電池40發(fā)電，但因為氫循環(huán)泵55的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速被限制為低轉(zhuǎn)速而循環(huán)供給量減少，所以發(fā)電量比步驟S120中的通常起動時控制的情況下少。

上述的步驟S140的結(jié)冰時起動控制中的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt使用系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量和燃料電池溫度Tf來設(shè)定，燃料電池溫度Tf越低，則越被設(shè)定為上述的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的低轉(zhuǎn)速側(cè)。另外，該結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)是在燃料電池溫度Tf為閾值溫度T0以下時設(shè)定的轉(zhuǎn)速，在系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量與步驟S120中的通常起動控制時相同的情況下，被設(shè)定為比燃料電池溫度Tf高于閾值溫度T0的通常起動控制的情況下的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)小。并且，在燃料電池溫度Tf不超過閾值溫度T0時設(shè)定的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)是能夠?qū)娜剂想姵?0流入氫循環(huán)泵55的過冷卻水在第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的各轉(zhuǎn)子與內(nèi)壁面82s之間延展的低轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)速，通過使用實際的燃料電池系統(tǒng)30進行的實驗、模擬而預(yù)先規(guī)定，并存儲于控制部100。通過伴隨著這樣的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt下的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的結(jié)冰時起動控制(步驟S140)，能夠更切實地發(fā)現(xiàn)泵室82內(nèi)的殘留水分或經(jīng)過循環(huán)流路54而流入到氫循環(huán)泵55的水分沿內(nèi)壁面82s被延展的狀態(tài)，能夠抑制由水分凍結(jié)引起的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的粘連。使用氫循環(huán)泵55的結(jié)構(gòu)對該機理進行說明。

圖4是用于說明抑制由轉(zhuǎn)子內(nèi)的水分凍結(jié)引起的轉(zhuǎn)子的粘連的機理的概略圖。在氫循環(huán)泵55中，除了會出現(xiàn)在燃料電池40的運轉(zhuǎn)結(jié)束后在泵室82內(nèi)殘留有水分的情況之外，還會出現(xiàn)因與調(diào)節(jié)器52的控制相伴的氣體供給而導(dǎo)致水分(過冷卻水)從燃料電池40經(jīng)過循環(huán)流路54與排出氣體一起流入的情況。因而，這樣的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL有可能進入第一轉(zhuǎn)子83與內(nèi)壁面82s之間以及第二轉(zhuǎn)子84與泵室82的內(nèi)壁面82s之間。在氫循環(huán)泵55的溫度比冰點低且轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL處于過冷卻的狀態(tài)時，若使氫循環(huán)泵55驅(qū)動而使第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84以上述的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL會成為沿泵室82的內(nèi)壁面82s被延展成薄膜狀的狀態(tài)。

泵室82的內(nèi)壁面82s比第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84靠外側(cè)，在低溫環(huán)境下，暴露于低溫外氣的轉(zhuǎn)子收納部80的溫度低，所以被延展后的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL在轉(zhuǎn)子收納部80的內(nèi)壁面82s成為過冷卻。這樣，在氫循環(huán)泵55內(nèi)的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL為過冷卻的情況下，氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的旋轉(zhuǎn)會對氫循環(huán)泵55內(nèi)的過冷卻的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL施加沖擊，該沖擊成為凍結(jié)的契機，在溫度比轉(zhuǎn)子低的內(nèi)壁面82s側(cè)，轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL凍結(jié)成膜狀。因此，不會招致轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL以將內(nèi)壁面82s與上述的兩轉(zhuǎn)子之間堵塞的方式凍結(jié)的事態(tài)，所以可抑制第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84在因凍結(jié)的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL而連結(jié)于內(nèi)壁面82s的狀態(tài)下粘連。另外，內(nèi)壁面82s側(cè)的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL的凍結(jié)部位也能夠通過以上述的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84來刮除。因而，可確保第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的能夠旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在本實施方式中，氫循環(huán)泵55是魯茲式，所以上述的兩轉(zhuǎn)子的端面83p、84p的面積大，在該端面83p、84p與內(nèi)壁面82s之間能夠存在大量的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL。即使在這樣的情況下，若在低溫環(huán)境下執(zhí)行步驟S140的泵控制，則也能夠抑制由轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL的凍結(jié)引起的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的粘連。

接著上述的步驟S140的結(jié)冰時起動控制，控制部100再次讀入燃料電池溫度Tf(步驟S150)，將讀入的燃料電池溫度Tf與閾值溫度T1進行對比(步驟S160)。該閾值溫度T1是比步驟S110的閾值溫度T0高且能夠消除燃料電池40中的水分的過冷卻狀態(tài)的溫度。控制部100將通過使用實際的燃料電池系統(tǒng)30進行實驗、模擬而得到的閾值溫度T1(例如，2℃～5℃)與閾值溫度T0一起預(yù)先存儲于規(guī)定的存儲區(qū)域。

當在步驟S160中判定為燃料電池溫度Tf比閾值溫度T1(>T0)小時，控制部100認為依然會出現(xiàn)過冷卻水從燃料電池40流入氫循環(huán)泵55的情況，從而轉(zhuǎn)移到步驟S140。另一方面，當在步驟S160中判定為燃料電池溫度Tf為閾值溫度T1(>T0)以上時，控制部100認為從燃料電池40向氫循環(huán)泵55的過冷卻水的流入已經(jīng)消除，從而結(jié)束本例程。在這樣結(jié)束本例程后，與經(jīng)過了步驟S120的情況同樣，向發(fā)電控制推移。

具有以上說明的結(jié)構(gòu)的本實施方式的搭載于燃料電池汽車20的燃料電池系統(tǒng)30，在燃料電池40的起動時，若因為燃料電池溫度Tf為閾值溫度T0以下而擔(dān)心過冷卻水從燃料電池40經(jīng)過循環(huán)流路54而流入氫循環(huán)泵55(圖3：步驟S110：否定判定)，則執(zhí)行已述的結(jié)冰時起動控制(步驟S140)，所以存在如下的優(yōu)點。圖5是與從啟動開關(guān)的打開操作(STON)起的燃料電池溫度Tf、泵溫度Tp的推移相匹配地以時間序列示出泵控制的概略的說明圖。

在進行了啟動開關(guān)的打開操作(STON)的時刻，若燃料電池溫度Tf比閾值溫度T0(-10℃～0℃)低，則因為燃料電池40為低溫，所以擔(dān)心因之后的氫氣供給而導(dǎo)致過冷卻水從燃料電池40經(jīng)過循環(huán)流路54而流入氫循環(huán)泵55。首先，對在這樣的狀況不進行任何應(yīng)對的情況進行說明。若不進行任何應(yīng)對，則氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84以與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量對應(yīng)的比較高速的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)旋轉(zhuǎn)。因而，流入到氫循環(huán)泵55的過冷卻水會從兩轉(zhuǎn)子受到?jīng)_擊而在受到了該沖擊的部位局部地凍結(jié)，擔(dān)心會招致轉(zhuǎn)子的粘連。

與此相對，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)30中，若因為燃料電池40為低溫(燃料電池溫度Tf＜閾值溫度T0(-10℃～0℃))而擔(dān)心過冷卻水從燃料電池40經(jīng)過循環(huán)流路54流入氫循環(huán)泵55，則以使用系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量和燃料電池溫度Tf設(shè)定的低轉(zhuǎn)速的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)使氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84旋轉(zhuǎn)(步驟S140)。在系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量與通常起動控制(步驟S120)時相同的情況下，該結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)比燃料電池溫度Tf超過閾值溫度T0的通常起動控制的情況下的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)小。因而，通過以結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)這一低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的兩轉(zhuǎn)子，將流入到氫循環(huán)泵55的過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)在兩轉(zhuǎn)子與內(nèi)壁面82s之間延展(參照圖4)。

因此，根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，第一，能夠不易引起過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)與高速旋轉(zhuǎn)的第一轉(zhuǎn)子83、第二轉(zhuǎn)子84接觸的事態(tài)。第二，通過過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)的延展，能夠抑制或避免過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)局部凍結(jié)的事態(tài)和過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)以將內(nèi)壁面82s與上述的兩轉(zhuǎn)子之間堵塞的方式凍結(jié)的事態(tài)。除此之外，即使流入到氫循環(huán)泵55的過冷卻水發(fā)生了凍結(jié)，因為該凍結(jié)是過冷卻水在上述的各轉(zhuǎn)子與內(nèi)壁面82s之間被延展而在內(nèi)壁面82s一側(cè)凍結(jié)成膜狀的凍結(jié)，所以也能夠通過以結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)這一低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84來刮除內(nèi)壁面82s側(cè)的過冷卻水(轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL)的凍結(jié)部位。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，能夠抑制氫循環(huán)泵55的低溫環(huán)境下的燃料電池起動時的凍結(jié)。

接著，對于其他實施方式中的起動處理進行說明。該起動處理的特征在于，將陰極氣體供給排出機構(gòu)60的閥控制和向氫循環(huán)泵55的水分吸起應(yīng)對與已述的氫循環(huán)泵55的關(guān)聯(lián)控制一并使用。圖6是示出控制部100所執(zhí)行的其他實施方式中的起動處理的處理例程的流程圖。該起動處理接受燃料電池汽車20的未圖示的啟動開關(guān)的打開操作(STON)而由控制部100執(zhí)行，如已述那樣，控制部100根據(jù)來自溫度傳感器74的傳感器輸出來讀入燃料電池溫度Tf(步驟S100)，并進行燃料電池溫度Tf和閾值溫度T0的對比(步驟S110)。

當在步驟S110中判定為燃料電池溫度Tf超過閾值溫度T0時，控制部100認為不會出現(xiàn)過冷卻水向氫循環(huán)泵55的流入，從而開始已述的通常起動控制(步驟S120)，結(jié)束本例程。如已述那樣，此時的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速是與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量對應(yīng)的規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)，在跳出本例程后，向進行與加速器操作等對應(yīng)的要求發(fā)電量相應(yīng)的氣體供給的未圖示的發(fā)電控制推移。

當在步驟S110中判定為燃料電池溫度Tf為閾值溫度T0以下時，控制部100在已述的結(jié)冰時起動控制(步驟S140)之前先執(zhí)行閥的結(jié)冰消除處理(步驟S130)。

步驟S130的閥結(jié)冰消除處理是為結(jié)冰時起動控制(步驟S140)做準備的處理，且是消除設(shè)想在陰極氣體供給排出機構(gòu)60(參照圖1)的第一電動閥11和第二電動閥12已經(jīng)出現(xiàn)的凍結(jié)的處理。具體而言，控制部100每隔規(guī)定時間(例如，周期約1秒)對構(gòu)成第一電動閥11的分流閥用電動機64和構(gòu)成第二電動閥12的調(diào)壓閥用電動機68進行正反旋轉(zhuǎn)控制，從而對上述的電動閥進行開閉驅(qū)動。該步驟S130的閥結(jié)冰消除處理執(zhí)行通過使用實際的燃料電池系統(tǒng)30進行的實驗、模擬而得到的電動閥的結(jié)冰消除所需的時間(例如，約3秒)，由此，上述的電動閥中的凍結(jié)通過凍結(jié)部位的冰的破碎而消除。

在步驟S130的閥結(jié)冰消除處理后，進行已述的步驟S140的結(jié)冰時起動控制、步驟S150的燃料電池溫度Tf的再讀入、以及步驟S160的氫循環(huán)泵55中的結(jié)冰消除判定。并且，當在步驟S160中判定為燃料電池溫度Tf為閾值溫度T1(>T0)以上時，控制部100認為過冷卻水從燃料電池40向氫循環(huán)泵55的流入已經(jīng)消除，從而向氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp的推定算出(步驟S170)轉(zhuǎn)移。在泵溫度Tp的推定中能夠應(yīng)用各種方法，例如，能夠基于通過步驟S150的再讀入而取得的燃料電池40的燃料電池溫度Tf來推定。更具體而言，控制部100具有預(yù)先通過實驗等而得到的表示將運轉(zhuǎn)結(jié)束后的燃料電池40的溫度變化和氫循環(huán)泵55的溫度變化唯一地進行了關(guān)聯(lián)的關(guān)系的映射?？刂撇?00參照該映射來取得相對于燃料電池40的燃料電池溫度Tf的氫循環(huán)泵55的溫度的推定值。此外，除了使用所述映射的方法之外，例如，也可以通過下面的方法，基于燃料電池40的燃料電池溫度Tf來推定氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp。首先，取得表示燃料電池40的出口溫度的溫度傳感器74的計測值作為燃料電池40的燃料電池溫度Tf，對該燃料電池溫度Tf乘以規(guī)定的系數(shù)來取得氫循環(huán)泵55所具有的第一熱量的推定值。接著，基于環(huán)境溫度取得從氫循環(huán)泵55向外部移動的第二熱量的推定值。然后，通過從第一熱量減去第二熱量來取得氫循環(huán)泵55的溫度的變化量的推定值，推定當前的氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp。或者，也可以在作為氫循環(huán)泵55的外部輪廓的轉(zhuǎn)子收納部80安裝溫度傳感器，直接求出泵溫度Tp。

在此，特別希望的是，在步驟S170中取得的氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp的推定值表示氫循環(huán)泵55中的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的溫度或氫循環(huán)泵55中的泵室82的內(nèi)壁面82s的溫度。氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp的推定值優(yōu)選表示氫循環(huán)泵55中的上述的兩轉(zhuǎn)子83、84的溫度。由此，氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp的推定值與由氫循環(huán)泵55中的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL的凍結(jié)引起的兩轉(zhuǎn)子83、84的粘連的產(chǎn)生可能性之間的關(guān)聯(lián)性進一步提高。氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp的推定值更優(yōu)選表示氫循環(huán)泵55的泵室82的溫度。由此，能夠使泵室82內(nèi)的轉(zhuǎn)子內(nèi)水分RL以延展的狀態(tài)凍結(jié)于泵室82的內(nèi)壁面82s的環(huán)境條件更適當?shù)胤从秤跉溲h(huán)泵55的泵溫度Tp的推定值。

接著步驟S170，控制部100將所取得的氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp與閾值溫度TP0進行對比(步驟S180)。該閾值溫度TP0是在進入到氫循環(huán)泵55的水附著于第一轉(zhuǎn)子83、第二轉(zhuǎn)子84的情況下(將該情況下的水稱作轉(zhuǎn)子附著水)，因為轉(zhuǎn)子溫度(泵溫度Tp)為低溫，所以轉(zhuǎn)子附著水會在附著部位凍結(jié)的溫度。這樣的閾值溫度TP0一般是轉(zhuǎn)子附著水的冰點附近的溫度?？刂撇?00將通過使用實際的燃料電池系統(tǒng)30進行的實驗、模擬而得到的閾值溫度TP0(例如，-10℃～0℃)預(yù)先存儲于規(guī)定的存儲區(qū)域。

當在步驟S180中判定為泵溫度Tp溫度為比閾值溫度TP0高時，控制部100認為不會產(chǎn)生進入氫循環(huán)泵55而附著于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子附著水的凍結(jié)，從而結(jié)束本例程。當這樣結(jié)束本例程后，與經(jīng)過了步驟S120的情況同樣，向發(fā)電控制推移。

當在步驟S180中判定為泵溫度Tp為閾值溫度TP0以下時，控制部100認為會在氫循環(huán)泵55中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子附著水的凍結(jié)，從而執(zhí)行泵凍結(jié)抑制控制(步驟S190)。

在氫循環(huán)泵55中，會因來自燃料電池40的水分的流入和氣液分離部58的水分吸入而存留水分。然而，因為步驟S190的泵凍結(jié)抑制控制是接著步驟S160中的肯定判定(Tf≥T1：過冷卻水的流入消除)的控制，所以只要抑制與氣液分離部58的水分吸入相伴的水分凍結(jié)就足夠了。因而，步驟S190的泵凍結(jié)抑制控制是將氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速設(shè)定為比氣液分離部58中積存的水分經(jīng)過循環(huán)流路54而被吸起到氫循環(huán)泵55的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速，來實現(xiàn)泵驅(qū)動的控制。在進行該泵凍結(jié)抑制控制時，控制部100以不會引起水分吸引的凍結(jié)抑制轉(zhuǎn)速(例如，1500rpm左右)對氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84進行規(guī)定的時間(例如，10～20秒左右)的旋轉(zhuǎn)控制，在該規(guī)定時間的泵控制之后結(jié)束本例程。在這樣結(jié)束本例程后，與經(jīng)過了步驟S120的情況同樣，向發(fā)電控制推移。此外，在執(zhí)行步驟S190后，可以再次推定算出泵溫度Tp，將該算出的泵溫度Tp再次與閾值溫度TP0進行對比，并根據(jù)該結(jié)果而使步驟S190繼續(xù)或者結(jié)束本例程。

根據(jù)進行圖6所示的起動處理的實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，存在如下優(yōu)點。圖7是以時間序列示出進行圖6所示的起動處理的實施方式中的泵控制的概略的說明圖。

在進行了啟動開關(guān)的打開操作(STON)的時刻，若燃料電池溫度Tf為閾值溫度T0(-10℃～0℃)以下(步驟S110：否定判定)，則在該實施方式中，對陰極氣體供給排出機構(gòu)60(圖1)中的第一電動閥11和第二電動閥12進行開閉驅(qū)動(步驟S130)。因而，該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30在燃料電池溫度Tf比閾值溫度T0(-10℃～0℃)低的情況下，能夠為這樣的低溫時的燃料電池起動做準備而預(yù)先消除上述的電動閥中的凍結(jié)。

在該實施方式中，因為在結(jié)冰時起動控制(步驟S140)之前先進行步驟S130的閥結(jié)冰消除處理，所以能夠?qū)溲h(huán)泵55的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制在陰極氣體供給排出機構(gòu)60中的空氣供給為系統(tǒng)起動時的規(guī)定狀況下執(zhí)行。因而，在步驟S140中的結(jié)冰時起動控制中，能夠提高氫循環(huán)泵55的低溫環(huán)境下的凍結(jié)抑制這一效果的實效性。

該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30在循環(huán)流路54中的氫循環(huán)泵55的上游側(cè)具備氣液分離部58。并且，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)30在使氫循環(huán)泵55吸引由氣液分離部58氣液分離出的氣體(排出氣體)時，若氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp為轉(zhuǎn)子附著水會在附著部位凍結(jié)的閾值溫度TP0以下(步驟S180：否定判定)，則將氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的轉(zhuǎn)速設(shè)定為比氣液分離部58中積存的水分不會經(jīng)過循環(huán)流路54而被吸起到氫循環(huán)泵55的凍結(jié)抑制轉(zhuǎn)速Rr(例如，1500rpm左右)小(步驟S190)。因而，根據(jù)該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，若氫循環(huán)泵55的泵溫度Tp為上述的閾值溫度TP0，則不會將氣液分離部58中積存的水分吸起到氫循環(huán)泵55，所以能夠抑制由水分向氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的附著引起的凍結(jié)。另外，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速被設(shè)定為比上述的凍結(jié)抑制轉(zhuǎn)速Rr(例如，1500rpm左右)小以前，燃料電池40隨著起動而升溫(Tf≥T1)。因而，根據(jù)該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，通過使由燃料電池40加溫后的排出氣體經(jīng)過氣液分離部58處的氣液分離而吸引至氫循環(huán)泵55，能夠使氫循環(huán)泵55升溫而實現(xiàn)凍結(jié)的抑制或凍結(jié)部分的化冰。

該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30在結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt下的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的控制的持續(xù)期間(步驟S140-150)，當燃料電池溫度Tf達到閾值溫度T1(>T0)時，停止上述的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的控制。因而，根據(jù)該實施方式的燃料電池系統(tǒng)30，能夠避免不小心長時間進行結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt這一低轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子的控制。

本發(fā)明不限于上述的實施方式、實施例、變形例，能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)以各種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。例如，與發(fā)明內(nèi)容一欄中所記載的各方式中的技術(shù)特征對應(yīng)的實施方式、實施例、變形例中的技術(shù)特征能夠為了解決上述課題的一部分或全部或者達成上述效果的一部分或全部而適當進行替換、組合。另外，若該技術(shù)特征在本說明書中沒有作為必要技術(shù)特征來說明，則能夠適當刪除。

在上述的實施方式中，將氫循環(huán)泵55設(shè)為了具有蠶形的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的魯茲式的泵構(gòu)造，但不限于此。例如，可以將氫循環(huán)泵55設(shè)為具有所謂的三葉型的轉(zhuǎn)子的魯茲式的泵構(gòu)造，或者設(shè)為魯茲式以外的泵構(gòu)造。氫循環(huán)泵55只要是具備旋轉(zhuǎn)體的類型的泵即可，例如也可以是螺旋式的泵。另外，對于與系統(tǒng)起動時的要求發(fā)電量對應(yīng)的規(guī)定的轉(zhuǎn)速(例如，800～2000rpm左右)和結(jié)冰起動時的氫循環(huán)泵55的第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的結(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt(例如，550～650rpm左右)，也能夠根據(jù)氫循環(huán)泵55的設(shè)備結(jié)構(gòu)而設(shè)定。例如，也能夠?qū)⒔Y(jié)冰解除轉(zhuǎn)速Rt設(shè)為200～300rpm左右這一更低的轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)速。除此之外，對于氣液分離部58中積存的水分不會經(jīng)過循環(huán)流路54而被吸起到氫循環(huán)泵55的轉(zhuǎn)速，也可以具有一個范圍而設(shè)為1400～1600rpm左右。

在圖6所示的實施方式中的起動處理中，也可以省略步驟S130中的閥結(jié)冰消除處理和步驟S170～步驟S190的與泵凍結(jié)抑制相關(guān)的處理的任一方。

另外，圖6所示的實施方式中的步驟S170～步驟S190的與泵凍結(jié)抑制相關(guān)的處理是在氫循環(huán)泵55的溫度為會因水向第一轉(zhuǎn)子83和第二轉(zhuǎn)子84的附著而導(dǎo)致該附著的水凍結(jié)的溫度以下時，將上述的兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速設(shè)定為比氣液分離部58中積存的水分經(jīng)過循環(huán)流路54被吸起到氫循環(huán)泵55的轉(zhuǎn)速小的結(jié)構(gòu)，也可以僅具有該結(jié)構(gòu)。

附圖標記說明

11…第一電動閥

12…第二電動閥

20…燃料電池汽車

30…燃料電池系統(tǒng)

40…燃料電池

41…單電池

50…氫供給排出機構(gòu)

51…氫罐

52…調(diào)節(jié)器

53…供給流路

54…循環(huán)流路

55…氫循環(huán)泵

56…放氣閥

57…排出流路

58…氣液分離部

58a…遮蔽板

60…陰極氣體供給排出機構(gòu)

61…陰極氣體供給流路

62…空氣壓縮機

63…分流閥

64…分流閥用電動機

65…流量計

66…陰極氣體排出流路

67…調(diào)壓閥

68…調(diào)壓閥用電動機

69…旁通路

70…冷卻水循環(huán)機構(gòu)

71…散熱器

72…冷卻水循環(huán)泵

73…冷卻水循環(huán)流路

74…溫度傳感器

80…轉(zhuǎn)子收納部

81…轉(zhuǎn)子驅(qū)動部

82…泵室

82s…內(nèi)壁面

83…第一轉(zhuǎn)子

83c…變細部

83p…端面

83t…端部

83x…主旋轉(zhuǎn)軸

84…第二轉(zhuǎn)子

84c…變細部

84t…端部

84x…從旋轉(zhuǎn)軸

85…吸入口

86…排出口

100…控制部

RXa、RXb…旋轉(zhuǎn)軸