CN105609812A - 氧化气体的流量调整阀的控制方法及流量调整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化气体的流量调整阀的控制方法及流量调整装置，所述燃料电池中的氧化气体的流量调整阀的控制方法在与负载之间的电连接被切断的负载切断状况下，将向燃料电池的阴极供给氧化气体的流量调整阀从全闭或全开一侧每次以规定开度进行逐步开阀或闭阀，而使被导向阴极的氧化气体的供给量逐步地变化，使从燃料电池的阳极一侧向阴极一侧透过的氢氧化。此时，计测伴随着氢的氧化的燃料电池的开路电压，存储包含计测的电压上升或下降的定时在内的规定数量的定时下流量调整阀的开度中的至少一个开度作为调整基准开度。

Description

氧化气体的流量调整阀的控制方法及流量调整装置
本申请主张基于在2014年11月15日提出申请的申请编号2014-232252号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及氧化气体的流量调整阀的控制方法和流量调整装置。
背景技术
在具备接受燃料气体和氧化气体的供给而发电的燃料电池的燃料电池系统中，并不局限于燃料气体供给系统，在氧化气体供给系统或废气的排气系统中，也使用经由管路的开度调整来进行流量调整的各种流量调整阀。流量调整阀的故障会给燃料电池的运转造成影响，因此提出了将燃料电池的发电电压的行迹与流量调整阀的动作建立关联，利用燃料电池的电压行迹来判定阀故障的手法(例如，日本特开2006-269128号公报)。在该专利文献中，预先掌握流量调整阀的一方式的排气系统的流放阀正常开阀时的燃料电池的电压行迹，当流放阀的开阀指令的输出时的实际的电压行迹与已掌握的电压行迹不同时，判定为发生了流放阀的故障。
发明内容
利用了燃料电池的电压行迹的故障判定手法也可以应用于流放阀以外的流量调整阀。然而，燃料电池的性能维持用的研究进展，在调整氧化气体的流量的流量调整阀中，如以下说明那样，在低流量下要求微细的流量调整。
在燃料电池的发电停止时，燃料电池的阳极侧流路内残留有氢且阴极侧流路内残留有氧时，燃料电池表现出极高的开路电压(Opencircuitvoltage：OCV)。当燃料电池的开路电压过度升高时，燃料电池具备的电极(阴极)的电极电位过度升高，在电极处催化剂的溶出(劣化)进展，由此燃料电池的发电性能及耐久性下降。
而且，即使在燃料电池的发电停止后，由于通常进行低流量的燃料气体循环，因此氢也会残留于阳极侧流路内。该残留氢经由燃料电池的电解质膜向阴极侧流路透过，在阴极处，由于残留的氧而透过氢氧化的反应进展。其结果是，燃料电池的发电停止后的一段时间，残留于阴极侧流路的氧被消耗，由此开路电压下降(阴极电位下降)。在这样的情况下，阴极催化剂被还原，由此在之后阴极电位再上升时，阴极催化剂的溶出更容易发生。由于这样的情况，在燃料电池的发电停止时，需要能够将燃料电池的开路电压保持为低电压的氧化气体的流量调整，因此要求能够进行利用了燃料电池的电压行迹的氧化气体的微细的流量调整的流量调整阀的控制手法。
【用于解决课题的方案】
为了实现上述的课题的至少一部分，本发明可以作为以下的方式来实施。
(1)根据本发明的一方式，提供一种氧化气体的流量调整阀的控制方法。该氧化气体的流量调整阀的控制方法包括：第一工序，在从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接被切断的负载切断状况下，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化；第二工序，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，对伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压进行计测；及第三工序，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即：包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下所述第一工序中进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度；及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下在所述第一工序中进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
根据上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，具有如下的优点。在计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时，在实现逐步开阀以前从阳极侧向阴极侧透过了电解质膜的氢(以下，称为透过氢)的全部由残存于阴极的氧化气体的氧进行了氧化之后，由于逐步开阀的继续而在阴极侧成为氧化气体增加的定时。在透过氢全部被氧化的状态下，氧化气体中的氧与透过氢以当量比1被导向阴极。并且，逐步开阀在负载切断状况下进行，因此透过氢量，即向阳极残存或供给的氢量也为少量，因此与透过氢以当量比1将氧导向阴极的氧化气体的流量也称为低流量。该低流量的氧化气体的流量由计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时和其前后的规定数量的定时进行的逐步开阀的流量调整阀的开度中的至少一个开度来规定，并存储作为调整基准开度。以规定数量的定时进行的各个逐步开阀下的流量调整阀的开度虽说与计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时其本身的时刻的流量调整阀的开度稍有不同，但是其相差程度小。由此，只要将在规定数量的定时进行的各个逐步开阀下的流量调整阀的开度同等地处理而规定至少一个即可。
计测电压伴随着逐步开阀的继续、伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时由于事先逐步闭阀以前被导向阴极的氧化气体中的氧伴随着透过氢的氧化逐渐被消耗而减少，成为阴极的氧与透过氢减少至当量比1的定时。并且，在逐步闭阀中，也是在负载切断状况下进行，因此透过氢量，即向阳极残存或供给的氢量也为少量，因此与透过氢以当量比1地使氧残存于阴极的氧化气体的流量也成为低流量。该低流量下的氧化气体的流量由计测电压伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时和其前后的规定数量的定时进行的逐步闭阀的流量调整阀的开度中的至少一个开度来规定，并存储作为调整基准开度。在规定数量的定时进行的各个逐步闭阀下的流量调整阀的开度虽说与计测电压伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时其本身的时刻的流量调整阀的开度稍有不同，但是其相差程度小。由此，只要将在规定数量的定时进行的各个逐步闭阀下的流量调整阀的开度同等地处理而规定至少一个即可。这样的话，根据上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，以存储的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，由此能够进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
(2)在上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，在所述第一工序中，以使所述计测电压不会下降至规定的低电压的方式，对进行所述逐步开阀时的每次打开所述规定开度的开阀量或开阀间隔进行调整。这样的话，具有如下的优点。在计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时之前的逐步开阀的执行时，计测电压朝向转为上升的电压而处于下降推移的过程。当关于开阀量或开阀间隔未作出特别的考虑而执行该如下应执行的逐步开阀时，会担心开路电压下降至对于燃料电池而言不优选的低电压(例如0电压)。然而，根据该方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，能够抑制使作为开路电压的计测电压下降至不优选的低电压的情况。
(3)在上述任一方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，在所述第三工序中，以在规定时间维持作为所述调整基准开度而存储的所述流量调整阀的开度的方式控制所述流量调整阀。这样的话，能够抑制与负载之间的电连接被切断的不发电状况下的阴极催化剂的溶出或还原，实现催化剂的稳定化，不会给之后的发电运转带来障碍。
(4)在上述任一方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，所述氧化气体的流量调整阀的控制方法包括第四工序，所述第四工序对在所述第三工序中存储的所述调整基准开度进行更新并存储，在所述第三工序中，将存储所述调整基准开度时的伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为对比基准开路电压，而与所述调整基准开度一起存储。并且，所述第四工序可以包括：比较工序，在将所述燃料电池形成为所述负载切断状况后，将所述流量调整阀的开度设定成在所述第三工序中存储完毕的存储调整基准开度，将伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为比较开路电压而进行计测，并将该比较开路电压与所述对比基准开路电压进行比较；及校正工序，向通过该比较工序中的比较结果而得到的所述比较开路电压与所述对比基准开路电压之间的差分电压减小的一侧校正所述存储调整基准开度，并将该校正后的开度作为新的调整基准开度而进行更新并存储。这样的话，即使流量调整阀的开闭功能因经时变化等而发生变化，也能够以抵消该开闭功能变化的方式新存储调整基准开度。由此，能够以新的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，能够继续进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
(5)根据本发明的另一方式，提供一种流量调整装置。该流量调整装置具备：流量调整阀，调整向燃料电池的阴极供给的氧化气体的流量；连接切断部，将从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接切断，而将所述燃料电池形成为负载切断状况；电压计测部，计测所述燃料电池的开路电压；及阀控制部，在所述负载切断状况下，对所述流量调整阀进行开闭驱动控制。并且，该阀控制部具备：第一控制部，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化；第二控制部，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，从所述电压计测部获得伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压；及第三控制部，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即：包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度；及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
根据上述方式的流量调整装置，通过以存储的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，能够进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，也可以应用作为向燃料电池的阴极供给氧化气体的氧化气体供给装置、一并具备该氧化气体供给装置和燃料电池的燃料电池系统、向燃料电池的氧化气体供给方法。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池车辆2概略结构的框图。
图2是示意性地表示燃料电池的输出电流与输出电压的关系及输出电流与输出电力的关系的说明图。
图3是示意性地表示向阴极侧流路供给的氧量与燃料电池的OCV的关系的说明图。
图4是表示作为间歇运转模式选择时的动作而在控制部中执行的间歇运转控制处理例程的流程图。
图5是表示反应场的全闭开度的设定处理的流程图。
图6是表示当量比1相当的背压阀开阀开度Xb与逐步开阀步数的关系因背压阀的个体差异而不同的情况的说明图。
图7是概略性地表示与背压阀的逐步开阀相伴的VMEi的行迹的说明图。
图8是表示反应场的全闭开度的学习设定处理的流程图。
【标号说明】
20…燃料电池车辆
22…车身
30…燃料电池系统
100…燃料电池
102…电压传感器
104…DC/DC转换器
110…氢罐
120…氢气供给部
121…氢供给流路
122…循环流路
123…氢放出流路
124…开闭阀
125…减压阀
126…氢供给设备
127…循环泵
128…压力传感器
129…开闭阀
130…压缩器
140…空气供给部
141…第一空气流路
142…空气放出流路
143…背压阀
144…分配阀
145…第二空气流路
146…第三空气流路
147…流量传感器
170…电动机
172…二次电池
174…DC/DC转换器
178…配线
180…油门开度传感器
200…控制部
具体实施方式
A.燃料电池系统的整体结构：
图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池车辆20的概略结构的框图。燃料电池车辆20在车身22上搭载燃料电池系统30。燃料电池系统30通过配线178而与燃料电池车辆20的驱动用的电动机170连接，经由配线178，将燃料电池系统30的发电电力向电动机170供给。
燃料电池系统30具备燃料电池100、包含氢罐110的氢气供给部120、包含压缩器130的空气供给部140、二次电池172、DC/DC转换器104、DC/DC转换器174、控制部200。需要说明的是，燃料电池系统30还具备使为了将燃料电池100的温度保持为规定范围而对燃料电池进行冷却的制冷剂向燃料电池内流通的未图示的制冷剂循环部。在燃料电池系统30中，燃料电池100及二次电池172分别单独，或者燃料电池100及二次电池172这双方对于包含电动机170的负载能够供给电力。
燃料电池100具有层叠多个单电池而成的堆叠结构。本实施方式的燃料电池100是固体高分子型燃料电池。在构成燃料电池100的各单电池中，将电解质膜介于之间，在阳极侧形成供氢流动的流路即阳极侧流路，在阴极侧形成供含氧的空气流动的流路即阴极侧流路。燃料电池100经由DC/DC转换器104及配线178而与包含电动机170的负载连接。燃料电池100的电压由电压传感器102检测。电压传感器102的检测信号向控制部200输出。
DC/DC转换器104具有接受控制部200的控制信号而变更燃料电池100的输出状态的功能。具体而言，DC/DC转换器104具有设定燃料电池100发电时的输出电压的功能。而且，DC/DC转换器104具有在将燃料电池100发电的电力向负载供给时，使输出电压升压成所希望的电压的功能。而且，DC/DC转换器104具备未图示的二极管。通过在DC/DC转换器104设置二极管，由此在从燃料电池100的输出电流成为了规定值以下时，燃料电池100与负载之间之间的电连接被切断。在本实施方式中，DC/DC转换器104具备的二极管发挥作用，由此成为燃料电池与负载之间的电连接被切断的负载切断状况。
氢气供给部120具备的氢罐110例如在内部具备贮存高压的氢气的氢瓶或者储氢合金，通过使储氢合金吸留氢而能够成为贮存氢的罐。氢气供给部120具备从氢罐110到达燃料电池100的氢供给流路121、使未消耗的氢气(阳极废气)向氢供给流路121循环的循环流路122、用于将阳极废气进行大气放出的氢放出流路123。在氢气供给部120中，贮存于氢罐110的氢气经由氢供给流路121的开闭阀124的流路开闭、减压阀125的减压，从减压阀125的下游的氢供给设备126例如喷射器，向形成在燃料电池100的各单电池内的阳极侧的流路供给。在循环流路122中循环的氢的流量由设于循环流路122的循环泵127调节。氢供给设备126及循环泵127的驱动量参照压力传感器128检测到的循环氢的压力，根据负载要求由控制部200调节。
需要说明的是，在循环流路122内流动的氢气的一部分经由从循环流路122分支的氢放出流路123的开闭阀129的开闭调整，以规定的定时进行大气放出。由此，能够将在循环流路122内循环的氢气中的氢以外的杂质(水蒸气或氮等)向流路外排出，能够抑制向燃料电池100供给的氢气中的杂质浓度的上升。上述的开闭阀129的开闭的定时由控制部200调节。
空气供给部140除了压缩器130之外，还具备第一空气流路141、第二空气流路145、第三空气流路146、分配阀144、空气放出流路142、背压阀143、及流量传感器147。第一空气流路141供压缩器130取入的空气流动。第二空气流路145及第三空气流路146从第一空气流路141分支设置。分配阀144设置在第一空气流路141分支成第二空气流路145及第三空气流路146的部位，接受控制部200的控制来调整从第一空气流路141向第二空气流路145或第三空气流路146流动的空气的分配量。第二空气流路145的一部分路径在燃料电池100中，作为形成在各单电池内的阴极侧的流路。第三空气流路146是不经由燃料电池100而将空气向空气放出流路142引导的旁通流路。在通过分配阀144暂时分支的第二空气流路145和第三空气流路146都与空气放出流路142连接。背压阀143是在第二空气流路145上设于比与第三空气流路146的合流部位靠上游侧处的节流阀。空气放出流路142是用于将通过了第二空气流路145的作为阴极废气的空气与通过了第三空气流路146的空气一起进行大气放出的流路。在空气放出流路142上连接有已述的氢放出流路123，经由氢放出流路123放出的氢在大气放出之前，由在空气放出流路142中流动的空气稀释。流量传感器147设于第一空气流路141，检测经由第一空气流路141取入的空气的总流量。
背压阀143具备未图示的步进电动机，通过控制步进电动机的步数，能够高精度地将背压阀143的阀开度调节成任意的开度。并且，背压阀143经由开度调节，变更燃料电池100的阴极侧流路的背压，通过该背压调整，经由第二空气流路145来调整向燃料电池100的阴极侧流路流入的空气量。压缩器130的驱动量、分配阀144的空气的分配量、及背压阀143的开度由控制部200调节。
二次电池172经由DC/DC转换器174而与配线178连接，DC/DC转换器174与DC/DC转换器104通过配线178而并联连接。作为二次电池172，可以采用例如铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。在二次电池172并设有用于检测二次电池172的充电量(StateofCharge)的未图示的残存容量监视器。二次电池172的充电量也称为残存容量(SOC)。通过残存容量监视器检测到的残存容量向控制部200输出。残存容量监视器可以构成作为对二次电池172的充电/放电的电流值与时间进行累计的SOC计。或者，残存容量监视器也可以取代SOC计，而由检测二次电池172的电压的电压传感器构成。
DC/DC转换器174具有对二次电池172的充/放电进行控制的充放电控制功能，接受控制部200的控制信号来控制二次电池172的充/放电。此外，DC/DC转换器174在控制部200的控制下设定输出侧的目标电压，由此进行蓄积于二次电池172的电力的引出和向电动机170的电压施加，可变地调整电力引出状态和向电动机170施加的电压等级。需要说明的是，DC/DC转换器174在二次电池172中无需进行充放电时，将二次电池172与配线178的连接切断。
控制部200由具备执行逻辑运算的CPU、ROM、RAM等的所谓微型计算机构成。控制部200除了氢气供给部120或空气供给部140具备的已述的传感器之外，还从油门开度传感器180、档位传感器、车速传感器、及外气温传感器等各种传感器取得检测信号，进行燃料电池车辆20的各种控制。例如，控制部200基于油门开度传感器180的检测信号等来求出负载要求的大小，以从燃料电池100和二次电池172中的至少一方得到与负载要求对应的电力的方式，向燃料电池系统30的各部输出驱动信号。具体而言，在从燃料电池100得到电力的情况下，以从燃料电池100得到所希望的电力的方式控制氢气供给部120或空气供给部140的气体供给量。而且，控制部200以向电动机170供给所希望的电力的方式控制DC/DC转换器104和DC/DC转换器174。需要说明的是，控制部200还具备计时器，能够计测输入各种信号或执行各种处理起的经过时间。
B.间歇运转模式和目标电压：
在本实施方式的燃料电池车辆20中，在燃料电池系统30的运行中，切换包含通常运转模式和间歇运转模式的多个运转模式。通常运转模式是在对燃料电池系统30的负载要求超过预先设定的基准值的情况下选择的运转模式，即通过燃料电池100发电的电力来提供包含电动机170的要求电力的负载要求的至少一部分的运转模式。间歇运转模式是在对燃料电池系统30的负载要求为预先设定的基准值以下时使燃料电池100的发电停止的运转模式。
在此，作为从燃料电池系统30接受电力供给的负载，除了对燃料电池车辆20进行驱动的电动机170之外，还包括车辆辅机及燃料电池辅机。因此，在本实施方式的燃料电池系统30中，负载要求包括电动机170的要求电力、车辆辅机的要求电力、燃料电池辅机的要求电力。车辆辅机包括例如空调设备、照明装置、警示灯及方向指示器等。燃料电池辅机包括例如压缩器130、循环泵127、分配阀144、空气放出流路142、背压阀143等的各种阀、用于使已述的制冷剂循环的制冷剂泵、用于对制冷剂进行冷却的散热器风扇。而且，在二次电池172的残存容量SOC下降时，二次电池172也成为负载的一部分。在本实施方式中，作为上述的各负载的要求电力的总量，求出负载要求，在该负载要求为基准值以下时，选择间歇运转模式。并且，在间歇运转模式的选择时，将发电停止中的燃料电池100的电压控制成规定的范围。
图2是示意性地表示燃料电池100的输出电流与输出电压的关系及输出电流与输出电力的关系的说明图。以下，简单地说明通常运转模式的选择时的控制，而且，说明不发电状况下保守控制模式的控制的情况。
在本实施方式中，通常运转模式的燃料电池100的发电量通过确定燃料电池100的输出电压来控制。从图2所示的输出电流与输出电力的关系可知，在燃料电池100中，若应输出的电力PFC确定，则此时的燃料电池100的输出电流的大小IFC确定。并且，从图2所示的电流-电压特性(IV特性)可知，若燃料电池100的输出电流IFC确定，则此时的燃料电池100的输出电压VFC确定。在选择通常运转模式时，控制部200对DC/DC转换器174指令如此求出的输出电压VFC作为目标电压，由此将燃料电池100的发电量控制成为所希望量。
在间歇运转模式的选择时使燃料电池100的发电停止之际，燃料电池100的输出电流成为0。在燃料电池100的发电停止时，即，为了发电而将充分的氢和氧向燃料电池100供给的状态下，将燃料电池100与负载的连接切断而输出电流为0时，燃料电池100如图2所示表现出极高的开路电压(Opencircuitvoltage：以下，将开路电压也简称为OCV)。这种情况是指燃料电池100的阴极的电极电位非常高。已知当燃料电池100的电极电位升高时，电极具备的铂等催化剂金属溶出，燃料电池100的性能下降。因此，为了抑制燃料电池100的性能下降，在燃料电池100中希望抑制电极电位的过度上升。在本实施方式中，在燃料电池100的发电停止中，通过控制向阴极侧流路供给的氧量，能抑制阴极的电极电位的过度上升。
图3是示意性地表示向阴极侧流路供给的氧量与燃料电池100的OCV的关系的说明图。该图3的电压的推移轨迹示意性地表示在燃料电池100的发电停止中，在为了进行通常运转模式的发电而向向阳极侧流路供给充分量的氢的状态下，变更了向阴极侧流路供给的氧量时的供给氧量与燃料电池100的开路电压(OCV)的关系。在向阴极侧流路供给的氧量极少时，成为即使供给氧量变化而OCV也为极低的等级且不变化的状态。在图3中，这样的供给氧量的范围作为氧缺乏域A，由带有A的箭头表示。当使供给氧量进一步增加时，伴随着供给氧量的增加而OCV急剧上升。在图3中，这样的供给氧量的范围作为当量比1相当域B，由带B的箭头表示。当使供给氧量进一步增加时，成为即使供给氧量变化而OCV也为极高的等级且不变化的状态。在图3中，这样的供给氧量的范围作为氧过度域C，由带C的箭头表示。在本实施方式中，在间歇运转模式选择时，以使OCV表示当量比1相当域B内的规定的电压的方式控制供给氧量。即，在本实施方式中，在间歇运转模式选择时，预先设定当量比1相当域B内的包含特定的电压的电压作为OCV的目标电压Vmark，以使燃料电池100的OCV成为上述目标电压Vmark的方式调节向燃料电池100供给的氧量。
如已述那样，在本实施方式的空气供给部140中，向燃料电池100的阴极侧流路供给的空气量即氧量通过压缩器130的驱动量、分配阀144的空气的分配状态、背压阀143的开度来确定。在本实施方式中，在间歇运转模式选择时，在这些参数中，将压缩器130的驱动量及分配阀144的空气的分配状态固定，并变更背压阀143的开度，由此以使燃料电池100的OCV成为目标电压Vmark的方式进行控制。因此，在本实施方式中，将用于向燃料电池供给得到目标电压Vmark的氧的背压阀143的开度(背压阀143的驱动量)与已述的目标电压Vmark一起作为初始值而预先存储于控制部200的存储器。并且，在本实施方式的燃料电池系统30中，在后述的间歇运转控制模式中，根据需要来设定或更新设定用于实现目标电压Vmark的背压阀143的开度。
需要说明的是，在停止了燃料电池100的发电之后，在各单电池中，氢从阳极侧流路向阴极侧流路透过电解质膜，透过的氢的氧化反应在阴极处进展。其结果是，通过透过了电解质膜的氢的氧化反应，阴极侧流路内的氧被消耗。因此，在发电停止中的燃料电池100中，为了得到属于当量比1相当域的所希望的开路电压，除了根据所希望的开路电压从图3求出的氧量(电动势产生所需的氧量)之外，还需要供给由透过的氢的氧化反应而消耗的氧量(透过氢的消耗氧量)。即，在间歇运转模式选择时为了得到所希望的开路电压而向燃料电池100应供给的氧量(单电池电压维持氧量)由以下的(1)式表示。
单电池电压维持氧量＝电动势产生所需的氧量+透过氢产生的消耗氧量…(1)
在将背压阀143的开度调节成为存储于控制部200的存储器的开度时，若向燃料电池100供给的氧量正好满足(1)式，则燃料电池100的开路电压成为目标电压Vmark。然而，透过电解质膜的氢量根据阳极侧流路的氢压、燃料电池100的内部温度、燃料电池100的内部湿度而变动。因此，例如由于这些要因而供给氧量不足的情况下，燃料电池100的开路电压比目标电压Vmark降低，在供给氧量变得过度的情况下，燃料电池100的开路电压比目标电压Vmark升高。在本实施方式中，基于将燃料电池100的开路电压的检测值与目标电压Vmark进行了比较的结果，增减向燃料电池100的供给氧量，进行使燃料电池100的开路电压接近目标电压Vmark的控制。关于详细的控制的内容在后文叙述。
需要说明的是，在间歇运转模式选择时设定的OCV的目标电压Vmark(如后所述，在本实施方式中为平均单电池电压)从抑制以高电位为起因的电极催化剂的劣化(溶出)的观点出发，优选使各单电池的电压为0.9V以下，更优选为0.85V以下，进一步优选为0.8V以下。
相对于此，阴极的单电池电压越低，即，阴极侧流路的氧分压越低，可认为阴极的电极催化剂越容易还原(催化剂表面的氧化覆膜消失)。若阴极的电极催化剂被还原，则下次向阴极侧流路内供给氧而阴极的电位上升时，会产生阴极的电极催化剂的溶出容易进展这样的不良情况。因此，在间歇运转模式选择时，构成燃料电池100的各单电池电压均优选不下降为0V。因此，从抑制以单电池电压的下降为起因的上述不良情况的观点出发，在间歇运转模式选择时设定的OCV的目标电压Vmark(平均单电池电压)优选为0.1V以上，更优选为0.2V以上。
而且，在间歇运转模式选择时，负载要求成为基准值以下，但是由于燃料电池系统30为运行中(使用者的系统停止的指示未输入)，因此在短时间内存在负载要求再次增大的可能性。因此，在负载要求再次增大时，从迅速地得到所希望的电力的观点出发，优选仅减少阴极侧流路内的氧量。即，从下次负载要求增大时的响应性的观点出发，在间歇运转模式选择时设定的OCV的目标电压Vmark(平均单电池电压)优选为高。因此，为了确保对负载要求的响应性，各单电池的目标电压Vmark优选为例如0.6V以上，更优选为0.7V以上。
需要说明的是，即使在间歇运转模式选择时，在燃料电池100内的阳极侧流路中，也能维持能够直接发出超过作为选择间歇运转模式的基准的负载要求的电力的量的氢存在的状态。即，即使是间歇运转模式选择时，循环泵127的驱动也继续，并且为了弥补经由电解质膜向阴极侧流路透过的失去的氢而进行从氢供给设备126的氢供给。
而且，即使是间歇运转模式选择时，在循环流路122中流动的氢的一部分也经由设于氢放出流路123的开闭阀129，向燃料电池车辆20的外部放出，抑制在循环流路122中流动的氢中的杂质浓度(氮及水蒸气的浓度)。在间歇运转模式选择时，空气中的氮经由电解质膜从阴极侧流路向阳极侧流路流入。而且，在间歇运转模式选择时，从阳极侧流路向阴极侧流路透过的氢在阴极上被氧化而产生水，产生的水的一部分作为水蒸气向阳极侧流路透过。因此，在判断为阳极侧流路内的杂质浓度超过了基准浓度时，通过控制部200执行将开闭阀129打开规定时间的处理。氮或氢的透过量依赖于时间，因此判断为阳极侧流路内的杂质浓度超过了基准浓度时例如可以设为上次进行打开开闭阀129的处理起的经过时间超过了预先确定的基准时间时。需要说明的是，执行打开开闭阀129的处理的定时除了基于上述的经过时间之外，也可以直接测定循环流路122内的杂质浓度(氮浓度及/或水蒸气浓度)来判断。
C.间歇运转模式选择时的控制：
图4是表示在控制部200中执行的间歇运转控制处理例程作为间歇运转模式选择时的动作的流程图。本例程在燃料电池系统30起动之后，在燃料电池系统30的运行中反复执行至使用者的系统停止的指示输入为止。需要说明的是，反复执行本例程时的间隔设定比在按照本例程变更背压阀143的开度时，结果是向阴极侧流路供给的氧量实际变化为止所需的时间长的时间(例如20～30秒)。
当执行本例程时，控制部200导出负载要求(步骤S100)。负载要求如已述那样是电动机170的要求电力与车辆辅机及燃料电池辅机的要求电力的总和。电动机170的要求电力基于油门开度传感器180及车速传感器的检测信号来求出。车辆辅机及燃料电池辅机的要求电力基于向各辅机输出的驱动信号来求出。
然后，控制部200判断导出的负载要求是否为预先确定的基准值以下(步骤S110)。在判断为负载要求不是基准值以下的情况下，不选择间歇运转模式，CPU结束本例程。
在步骤S110中，在判断为负载要求为基准值以下的情况下，继续进行间歇运转模式用的处理。在步骤S110中一单判断为负载要求为基准值以下时，在图4的间歇运转控制处理例程反复执行直至在步骤S110中判断为负载要求超过基准值为止期间，燃料电池系统30的运转模式为间歇运转模式的状态继续。
在步骤S110中判断为负载要求为基准值以下时，控制部200判定反应场的全闭开度在规定的存储器区域中是否存储完(步骤S115)。该反应场的全闭开度是指以能够供给图3的氧缺乏域A与当量比1相当域B的交界所相当的氧量的方式背压阀143开阀的状态的开度。即，该反应场的全闭开度是燃料电池100停止发电时透过电解质膜的氢(透过氢)的氧化所需的量的氧对燃料电池100供给那样的背压阀143的开度。因此，当在后述的步骤S170中将背压阀143设定为反应场的全闭开度时，向燃料电池100供给的氧量较大地减少。在本实施方式中，将背压阀143的反应场的全闭开度如后所述设定(步骤S200)，或者每当必要时更新设定(步骤S300)，并存储于控制部200内的存储器中。
在该步骤S115中，当否定判定为反应场的全闭开度未存储时，控制部200执行该反应场的全闭开度的设定处理(步骤S200)。该反应场的全闭开度的设定处理为了将背压阀143的开度设定为对燃料电池100进行运转控制的基础上的一个控制目标参数而进行。需要说明的是，反应场的全闭开度未存储的否定判定如下作出。例如，在出厂前检修、保守检修、或者事故复原作业等中，为了各种的设备检修，将向ECU供给电力的电源(例如12V电源，未图示)拆下，将从此得到电力的ECU的存储重置。燃料电池100的各种控制所需的控制目标参数在这样的电源切断状况下暂时消去，因此需要对这样的控制目标参数进行设定或再设定。在步骤S115中，控制部200在出厂前检修、保守检修、或事故复原作业等中，作业员通过未图示的双列式封装开关等的操作而指示将控制目标参数消去时，通过对其进行读取，能够否定判定为反应场的全闭开度未存储。或者，当读入规定的存储器区域的数据且其值为0(null)时，可以否定判定为反应场的全闭开度未存储。
图5是表示反应场的全闭开度的设定处理(步骤S200)的流程图。在该反应场的全闭开度的设定处理中，首先，控制部200利用DC/DC转换器104(参照图1)切断与电动机170等各种负载之间的电连接(步骤S210)，使燃料电池100为负载切断状况。接着，控制部200以使各单电池的发电电压的暂定的目标值(以下，称为暂定目标电压Vz)成为0.8V左右的方式，以与该电压对应的气体量实现氢气供给和空气供给(步骤S215)，待机至气体供给稳定为止(步骤S220)。步骤S210中的负载切断状态和步骤S215中的气体供给同时并行地进行。
然后，控制部200以使燃料电池100的背压阀143成为全闭的方式进行驱动(步骤S225)。控制部200将对背压阀143进行步进驱动的步进电动机的驱动步数存储于存储器并掌握，因此在步骤S225中，将步进电动机向全闭一侧反转驱动与步骤S215的为了空气供给而将背压阀143从全闭状态驱动成开阀侧的步数相同数的步数。此状态的背压阀143的开度是设计上的全闭开度，开度的值成为机械性地为0的机械的全闭开度。接着步骤S225之后，控制部200从电压传感器102(图1)读入在背压阀143的全闭后即设为机械的全闭开度而断绝向燃料电池100的阴极的空气供给起的燃料电池100的开路电压VME0(步骤S230)。需要说明的是，在以下的说明中，步数是指进行步进驱动的步进电动机的驱动步数。燃料电池100的电压VME0是背压阀143全闭时的电压。下标“0”表示初始值。
接下来，控制部200将全闭状态的背压阀143向开阀侧驱动1步数(步骤S235)，从电压传感器102(图1)读入1步数开阀驱动后的燃料电池100的电压VMEi(步骤S240)。该下标“i”表示步骤S235的步数开阀驱动的步数。接着传感器读入之后，控制部200判定背压阀143的1步数开阀驱动后的电压VMei是否推移为电压上升(步骤S245)，当否定判定为未上升推移时，向步骤S235转移，重复进行背压阀143的1步数的开阀驱动、之后的电压VMEi的读入(步骤S240)、电压上升推移判定(步骤S245)。由此，在燃料电池100与电动机170等负载电切断的负载切断状况下，进行将背压阀143从上述的机械的全闭开度每次打开相当于1步数的开度的逐步开阀(步骤S235)，每当进行该逐步开阀时，计测电压VMEi(步骤S240)。该电压VMei成为由于燃料电池100处于负载切断状况，因此伴随着由于向阴极透过的氢因阴极的氧被氧化而各单电池发电的电压。
控制部200伴随着每次打开与驱动背压阀143的步进电动机的1步数相当的开度的逐步开阀，在步骤S245中肯定判定为电压VMei推移为电压上升时，将作出该肯定判定时的逐步开阀时的步骤S235中的累计开阀步数所对应的开度，或者作出肯定判定的前一个的逐步开阀时的步骤S235中的累计开阀步数所对应的开度存储作为当量比1相当的背压阀开阀开度Xb(步骤S250)。并且，在将背压阀143维持该背压阀开阀开度Xb的状态下，在规定时间向燃料电池100继续供给空气之后(步骤S255)，结束本例程。需要说明的是，在步骤S255中的空气供给时，控制部200对于氢气也以步骤S215中供给的供给量继续气体供给。以下，关于步骤S235～S250的处理产生的现象，使用附图进行说明。图6是表示当量比1相当的背压阀开阀开度Xb与逐步开阀步数的关系因背压阀143的个体差异而不同的情况的说明图，图7是概略性地表示与背压阀143的逐步开阀相伴的电压VMEi的行迹的说明图。
首先，关于使背压阀143为设计上的全闭开度的机械的全闭开度，使用图6进行说明。当将背压阀143的开度为机械的全闭开度的情况与背压阀143的步进电动机的步数建立关联时，机械的全闭开度包含于在图6中属于记为“开度0范围”的区域的步数。该范围作为从步进电动机的步数换算的开度，成为比图示的开度Xa小的范围。即使背压阀143从该机械的全闭开度(步骤S225)继续每次打开与步进电动机的1步数相当的开度的逐步开阀(步骤S235)，如图6所示，在“开度0范围”中，氧供给量也保持0的状态。在该范围中，即使对背压阀143从机械的全闭开度向开方向驱动，背压阀143的气体通过有效截面积也保持为0的状态。这是因为，背压阀143内置密封构件，由于该密封构件还未被压缩，因此气体通过截面积实质上等于0。当逐步开阀的执行次数(步数Si)增加而成为开度Xa时，密封构件的压缩解除，气体通过有效截面积成为0以上而氧供给开始。此时的开度Xa是实际向燃料电池100的阴极供给氧的开度，虽然是从机械的全闭开度脱离的开度，但仅是步进电动机的1步数程度的差异，与机械的全闭开度大致相等。当以成为该开度Xa以上的方式逐步开阀的执行次数(步数Si)增加时，向阴极供给的氧量也增加。这样的供给量的增加当初在步骤S225中与背压阀143被全闭驱动时相比会带来氧量的增加，但是该增加量相当于图3所示的属于氧缺乏域A的少量的氧量，该供给增加氧量未达到能够使透过氢的总部氧化的当量比1相当的氧量。然而，向阴极的氧供给虽然逐渐但是继续，因此如图7所示，OCV保持步骤S230中计测的电压VME0的状态进行推移，但是伴随着残留氢的氧化的进展而氧不足时，电压VME0逐渐下降。
并且，当以成为开度Xa以上的方式逐步开阀的执行次数(步数Si)增加一定程度的步数时，供给增加氧量达到能够使透过氢的总部氧化的当量比1相当的氧量，在这以后，如图7所示，OCV伴随着逐步开阀的继续而转为上升。OCV转为上升的定时的开度Xb产生能够使透过氢的总部氧化的当量比1相当的氧量的供给，因此称为反应场的全闭开度。图6、图7所示的开度Xb相当于图5的反应场的全闭开度设定处理中的步骤S250的当量比1相当的背压阀开阀开度Xb。然而，逐步开阀使背压阀143每次打开相当于1步数的开度，但是开阀后的开度除了有时与带来OCV的上升推移的定时的开度Xb完全一致之外，如图6概略所示，也存在开度Xb由第Si次的逐步开阀的开度与第Si+1次的逐步开阀的开度夹着的情况。考虑到这种情况，在步骤S250中，如已述那样，将累计至肯定判定为OCV转为上升的定时的累计开阀步数(Si+1)所对应的开度，或者作出肯定判定的下一个之前的逐步开阀时的累计开阀步数(Si)所对应的开度存储作为当量比1相当的背压阀开阀开度Xb。存储的背压阀开阀开度Xb在以下说明的间歇运转模式的控制中，根据需要而使用于背压阀143的控制。在步骤S250中，关于与该背压阀开阀开度Xb一起得到背压阀开阀开度Xb时的电压VME0，将该电压VME0作为对比基准开路电压OCMs，与背压阀开阀开度Xb一起存储。需要说明的是，累计开阀步数(Si+1)所对应的开度与其前一个的累计开阀步数(Si)所对应的开度相差1步数量的开度之差，但是其相差开度小，因此存储上述的任一个开度。这样存储的当量比1相当的背压阀开阀开度Xb相当于“摘要”记载的“调整基准开度”。
作为这样求出当量比1相当的背压阀开阀开度Xb的前提，在本实施方式的燃料电池系统30中，在步骤S225中将背压阀143关闭至已述的机械的全闭开度为止，但也可以将作为反应场的全闭开度的背压阀开阀开度Xb以设计或试验等预想一定程度。在这样的情况下，也可以取代机械的全闭开度，在比预想的反应场的全闭开度(以下，称为预想反应场的全闭开度)靠闭侧，将背压阀143调整成图6的记为开度0范围的区域包含的规定的闭阀侧开度。此时，实际的反应场的全闭开度也存在与预想反应场的全闭开度相差较大的可能性，因此在考虑到这样的可能性的情况下，优先闭侧的规定的开度设为比预想反应场的全闭开度远靠闭侧处。以背压阀143的步进电动机的步数来说明这种情况时，将背压阀143向闭阀侧驱动比图6所示的步数S0～S3多的步数，且与预想反应场的全闭开度相比远靠闭侧的开度所对应的步数。
在图4的步骤S115中，当肯定判定为存储反应场的全闭开度时，控制部200执行存储完反应场的全闭开度的学习设定处理(步骤S300)。图8是表示反应场的全闭开度的学习设定处理的流程图。在该存储完反应场的全闭开度的学习设定处理中，首先，控制部200将用于设定学习执行跨距的计数值n增加值1(步骤S302)，判定增加后的计数值n是否大于学习执行跨距规定计数值Mn(步骤S304)。在此进行否定判定时，在当前时刻，作为不是存储完反应场的全闭开度的学习设定的定时，不进行任何反应场的全闭开度的学习处理，向步骤S120转移。另一方面，在步骤S304中作出肯定判定时，为了学习设定存储完反应场的全闭开度，与已述的步骤S200同样，利用DC/DC转换器104(参照图1)将与电动机170等各种负载之间的电连接切断，使燃料电池100为负载切断状况(步骤S305)。接下来，控制部200读入图5所示的反应场的全闭开度的设定处理的步骤S250中存储的背压阀开阀开度Xb和得到该背压阀开阀开度Xb时的电压VME0即对比基准开路电压OCMs(步骤S310)，将背压阀143的开度设定为背压阀开阀开度Xb(步骤S320)。此时，控制部200将当前时刻的背压阀143的步进电动机驱动至与背压阀开阀开度Xb对应的步骤。
接下来，控制部200从电压传感器102(图1)读入设定为背压阀开阀开度Xb时的燃料电池100的各单电池的开路电压OCVXb(步骤S330)，将该电压OCVXb和对比基准开路电压OCMs之间的差分电压的绝对值与规定的阈值电压β进行对比(步骤S340)。该阈值电压β估计在规定期间由于背压阀143允许的驱动状况差异而产生的气体供给的偏差来设定。并且，在步骤S340中，当肯定判定为上述的差分电压的绝对值为阈值电压β以下时，背压阀开阀开度Xb没有偏差，认为其学习无用，向后述的步骤S370转移。
另一方面，在步骤S340中，当判定为电压OCVXb比对比基准开路电压OCMs超过阈值电压β地增大时，控制部200认为由于某些原因而背压阀143的有效截面积增大且过度打开，将背压阀开阀开度Xb更新为减少1步数的开度并存储(步骤S350)。而且，在步骤S340中判定为电压OCVXb比对比基准开路电压OCMs超过阈值电压β地减小时，控制部200认为由于某些原因而背压阀143的有效截面积减少且过度关闭，将背压阀开阀开度Xb更新为增加1步数的开度并存储(步骤S360)。即，通过步骤S350和步骤S360，控制部200将存储完的背压阀开阀开度Xb向设定为存储完的背压阀开阀开度Xb时的OCVXb与对比基准开路电压OCMs的差分电压减小的一侧校正，并将校正后的开度更新为新的背压阀开阀开度Xb并存储。在步骤S340至步骤S360的处理之后，控制部200将计数值n重置为值0而将其清除(步骤S370)，向后述的步骤S120转移。
接着上述的步骤S300之后，控制部200向图4所示的步骤S120的处理转移，判断当前时刻执行中的间歇运转控制处理是否为燃料电池系统30在未图示的点火开关的操作后首次执行的间歇运转控制处理例程。当判断为是成为本次的间歇运转模式后首次执行的处理时，控制部200将背压阀143的开度设为与在步骤S250中设定的背压阀开阀开度Xb或在步骤S350、S360中更新存储的背压阀开阀开度Xb一致的开度，使背压阀143为反应场的全闭状态(步骤S170)。并且，从电压传感器102取得燃料电池100的电压值Vme(步骤S175)。
反应场的全闭状态是能够供给图3的氧缺乏域A与当量比1相当域B的交界所相当的氧量的背压阀143的开阀状态。即，在燃料电池100停止发电时，是透过电解质膜的氢的氧化所需的量的氧向燃料电池100供给的背压阀143的开阀状态。因此，在步骤S170中将背压阀143形成为反应场的全闭状态时，向燃料电池100供给的氧量较大地减少。在本实施方式中，成为反应场的全闭状态的背压阀143的开度如已述那样预先设定，而且根据需要进行学习，并存储在控制部200内的存储器中。
在步骤S120中，在判断为成为本次的间歇运转模式起首次执行的处理时，即，在从通常运转模式即将切换成间歇运转模式之前，对燃料电池100供给过度量的氧。因此，在步骤S170之后直接停止燃料电池100的发电时，存在燃料电池100的OCV增大为无法允许的程度的可能性。因此，在步骤S170之后，例如，可以在燃料电池100的输出电压成为能够允许的上限值以下的状态下，继续燃料电池100的发电。在使燃料电池100的发电继续的情况下，燃料电池100的阴极侧流路内的氧量因发电被消耗而急剧减少。因此，燃料电池100的输出电流逐渐减小。当这样燃料电池100的输出电流减小一定程度时，在DC/DC转换器104具备的二极管的作用下，切断从燃料电池100向负载的电力供给，燃料电池100停止发电。
在步骤S170之后，在燃料电池100停止发电的情况下，透过了电解质膜的氢在阴极上被氧化，由此燃料电池100的阴极侧流路内的氧量迅速减少。由于这样燃料电池100内的氧量减少，发电停止后的燃料电池100的OCV下降至能够允许的上限值的附近，当燃料电池100的发电停止状态进一步继续时，燃料电池100的OCV下降至上述上限值以下。
在步骤S175中，若燃料电池100为发电中，则控制部200取得燃料电池100的输出电压，若燃料电池100为发电停止中，则控制部200取得燃料电池100的OCV。需要说明的是，在本实施方式中，上述电压值Vme是电压传感器102检测到的电池组整体的电压值除以电池组具备的单电池数所得到的平均单电池电压。
在步骤S175中当取得燃料电池100的电压值Vme时，控制部200将取得的电压值Vme与目标电压Vmark+α进行比较(步骤S180)。目标电压Vmark如已述那样预先存储于控制部200的存储器。而且，α是正值，是为了抑制向阴极侧流路的供给氧量的增加来不及而燃料电池100的SOC比目标电压Vmark下降所设置的值。如已述那样，电压值Vme在燃料电池100的发电停止后逐渐下降，因此在本实施方式中，反复进行步骤S175的电压值Vme的取得和步骤S180的判断直至电压值Vme成为目标电压Vmark+α以下为止。
在步骤S180中，当判断为电压值Vme成为目标电压Vmark+α以下时，控制部200以使背压阀143的开度成为用于实现Vmark的开度而预先存储的开度的方式，向背压阀143的步进电动机输出驱动信号(步骤S190)，结束本例程。即，将向燃料电池100供给的氧量从与反应场的全闭状态对应的氧量增加为与用于实现上述目标电压Vmark的开度对应的氧量。
在此，当电压值Vme下降而到达目标电压Vmark之后使供给氧量增加时，燃料电池100的电压进一步下降至所希望量的氧到达阴极为止，存在低于Vmark的可能性。在本实施方式中，在与平均单电池电压相当的电压Vme下降至目标电压Vmark+α的定时使供给氧量增加，因此能够抑制燃料电池100的电压比目标电压Vmark下降的情况。上述α的值只要考虑驱动背压阀143时的响应性、供给量增加的氧到达阴极为止的时间而适当设定即可。氧到达阴极为止的时间例如受到阴极侧流路的流路阻力或流路长的影响。
在步骤S120中，当判断为不是成为本次的间歇运转模式起首次执行的处理，即，背压阀143的开度控制已经开始时，控制部200从电压传感器102取得燃料电池100的电压值Vme(步骤S130)。在步骤S130中取得电压值Vme时，燃料电池100已经停止发电，因此在步骤S130中取得燃料电池100的开路电压OCV。
在步骤S130中取得了电压值Vme之后，控制部200将取得的电压值Vme与目标电压Vmark进行比较(步骤S150)。在比较的结果是电压值Vme比目标电压Vmark高出第一值以上而对应于电压上升状态的情况下，控制部200在不发电状态下，通过减小背压阀143的开度而使向阴极侧流路供给的氧的流量减少(步骤S160)，之后结束本例程。步骤S150的比较的结果是电压值Vme比目标电压Vmark低出第二值以上且对应于电压下降状态的情况下，控制部200在不发电状态下，通过增大背压阀143的开度而使向阴极侧流路供给的氧的流量增加(步骤S162)，之后结束本例程。比较的结果是既不对应于上述的电压上升状态，也不对应于电压下降状态，而对应于电压维持状态的情况下，控制部200在不发电状态下，维持当前的背压阀143的开度，由此维持向阴极侧流路供给的氧量(步骤S164)，之后结束本例程。
在本实施方式中，在步骤S160中减小背压阀143的开度时，及，在步骤S162中增大背压阀143的开度时，将背压阀143的步进电动机的驱动量设为开度变更1步数量的量。即，通过变更背压阀143的开度时的最小单位，对开度进行变更。由此，抑制燃料电池100的电压变动。本来，背压阀143的每1次的开度的变更量也可以设定为2步数量以上。
而且，在步骤S160中使氧量减少的判断所使用的第一值与在步骤S162中使氧量增加的判断所使用的第二值可以是不同的值，也可以是相同的值。第一及第二值只要是正值即可，可以考虑与向背压阀143输入的驱动信号相对的氧流量变化的响应性等而任意设定。
如以上说明那样，本实施方式的燃料电池系统30在与电动机170等负载之间的电连接切断的负载切断状况下，每当使燃料电池100运转时，通过使背压阀143全闭而暂时停止向阴极的空气供给(氧供给)，然后，进行使背压阀143每次打开1步数的逐步开阀处理(步骤S235)。并且，每次该逐步开阀计测到的燃料电池100的开路电压VMei如图7例示那样，若伴随着逐步开阀的继续而转为上升，则将判定为电压VMei转为上升时的逐步开阀时的累计开阀步数Si+1所对应的开度、或者作出肯定判定的前一个的逐步开阀时的累计开阀步数Si所对应的开度存储作为当量比1相当的背压阀开阀开度Xb(步骤S250)。该背压阀开阀开度Xb带来能够将从阳极向阴极透过的透过氢没有过与不足地氧化的当量比1相当的氧量的供给。
本实施方式的燃料电池系统30对于这样的当量比1相当的背压阀开阀开度Xb，以在不发电状况下使燃料电池100运转时的开路电压OCV成为目标电压Vmark的方式，调节向燃料电池100供给的氧量。以该背压阀开阀开度Xb利用背压阀143控制阴极侧的流量的状况是燃料电池100为不发电状况，向阳极侧残存或供给的氢量也为少量，因此与透过氢以当量比1将氧向阴极引导的空气流量也成为低流量。由此，根据本实施方式的燃料电池系统30，使用目标电压Vmark，将背压阀143控制成存储的当量比1相当的背压阀开阀开度Xb，由此能够实现利用了燃料电池100的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
本实施例的燃料电池系统30每当求出当量比1相当的背压阀开阀开度Xb时，使背压阀143以每次打开步进电动机的1步数的方式逐步开阀(步骤S235)。由此，根据本实施例的燃料电池系统30，在燃料电池100的开路电压VMei以伴随着逐步开阀的继续而转为上升的方式逐步开阀时，能够避免燃料电池100的开路电压VMei下降至例如0伏这样的低电压，因此能够避免燃料电池100的催化剂的劣化。这种情况下，逐步开阀也可以设为每2步数或每3步数的逐步开阀，即使是这样的多步数的逐步开阀，也能够避免燃料电池100的开路电压VMEi的过度下降。需要说明的是，在多步数的逐步开阀的情况下，对应于开阀速度进行调整等，由此能够更可靠地避免燃料电池100的开路电压VMEi的过度的下降。
本实施例的燃料电池系统30以使当量比1相当的背压阀开阀开度Xb维持规定时间的方式控制背压阀143(步骤S255)。由此，根据本实施例的燃料电池系统30，能够抑制与电动机170等负载之间的电连接切断的负载切断状况的阴极催化剂的溶出或还原，实现催化剂的稳定化，能够避免给之后的燃料电池100的发电运转带来障碍。
本实施例的燃料电池系统30为了求出当量比1相当的背压阀开阀开度Xb而使背压阀143每次1步数地逐步开阀，该每1步数的开阀以确保利用电压传感器102检测到与透过氢的氧化相伴的电压变化的时间的间隔进行。由此，根据本实施例的燃料电池系统30，能够避免在通过电压传感器120计测与背压阀143逐步开阀相伴的电压变化以前而进行了如下的逐步开阀的事态，能够准确地掌握燃料电池100的开路电压VMEi的行迹，控制背压阀开阀开度Xb时的精度也提高。
本实施例的燃料电池系统30除了在保守检修时等的开度设定处理中设定当量比1相当的背压阀开阀开度Xb之外，在车辆行驶过程的间歇运转控制处理中，也学习并更新。由此，存在如下的优点。背压阀143等机械部品通常在功能确保上存在允许的个体差异，并且关于其功能，也会产生经年变化。对于背压阀143进行说明的话，如图6所示，机械的全闭开度即开度Xa或当量比1相当的背压阀开阀开度Xb在图示的范围内存在个体差异，在相同的背压阀143中，由于经年变化，也会产生图示的范围的偏差。本实施例的燃料电池系统30在保守检修时等的开度设定处理中设定当量比1相当的背压阀开阀开度Xb，并且在车辆行驶过程的间歇运转控制处理中，也学习并再设定当量比1相当的背压阀开阀开度Xb(步骤S300)，因此能够实现考虑了基于个体差异的控制的偏差、经年变化的影响的背压阀143的驱动控制。
本实施方式的燃料电池系统30在图4所示的间歇运转模式的执行过程中，对背压阀开阀开度Xb进行学习校正(图8的步骤S350～S360)，但是关于伴随着背压阀143的驱动的该学习校正，在计数值n达到规定执行学习校正的跨距的计数值Mn的定时进行。由此，在间歇运转模式的执行时，能够适当地调整将背压阀143驱动成背压阀开阀开度Xb的频度。
根据本实施方式的燃料电池系统30，在负载要求成为预先设定的基准值以下的低负载状态时，不使燃料电池100发电，能够避免燃料电池100的高电位状态。因此，无需仅为了避免高电位状态而进行未要求的过度的发电，能够抑制以将发电的电力暂时蓄积于二次电池的情况等为起因而燃料电池系统30的能量效率下降的情况。
从如图2所示的IV特性可知，作为避免由于燃料电池100的发电停止而燃料电池表现出高开路电压OCV的方法，可考虑以使燃料电池100的输出电压成为能够允许的程度的高电压V1的方式进行输出电流成为I1的低输出的发电的方法。这样得到的剩余的电力能够向二次电池172充电，但是在一旦对二次电池172进行了充电之后从二次电池172向负载输出电力的情况下，与从燃料电池100直接向负载供给电力的情况相比，能量效率下降。而且，由于二次电池172的容量存在限度，因此当高电位回避用的发电量增多时，存在高电位回避用的低输出发电无法继续，或者无法回收车辆的制动时的再生电力的可能性。其结果是，有时难以适当地维持燃料电池系统的能量收支。在本实施方式中，在规定的低负载状态时能够使发电停止且避免高电位状态，因此能够避免上述那样的不良情况。
而且，根据本实施方式，在向阴极侧流路供给为了电压维持所需的量的氧时，通过基于当前的燃料电池100的开路电压OCV来调节背压阀143的开度而使供给氧量增减。在此，作为调节向燃料电池100供给的空气量、甚至氧量的方法，也可考虑直接检测供给氧量而以使供给氧量成为所希望量的方式变更供给氧量的方法。然而，这种情况下，需要设置用于检测向阴极侧流路供给的氧量的流量计、例如用于检测空气量的气流计。在本实施方式中，无需设置这样的气流计，能够简化装置结构。
而且，根据本实施方式，使向阴极侧流路供给的空气的流路分流，通过背压阀143的开度来控制供给氧量，因此能够高精度地进行供给氧量的控制。需要说明的是，也可考虑通过压缩器130的驱动量的增减来进行供给氧量的增减的方法。这样的情况下，压缩器130可以使用能够应对从负载要求最小时到负载要求最大时的流量范围的大的压缩器，但也可以另行设置应对微小流量的压缩器来进行调整。在本实施方式中，不用再设置这样的压缩器，能高精度地实现微小的空气流量的控制。也可以通过原本那样另行设置应对微小流量的压缩器等不同的方法来调节供给氧量，进行使电压值Vme接近目标电压Vmark的控制。或者可以使分配阀144的空气的分配状态可变而进行上述的控制。这种情况下，也能得到使发电停止并能够避免高电位这样的与本实施方式同样的效果。
本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。
本实施方式的燃料电池系统30经由基于背压阀143的开闭驱动的背压调整进行实现向燃料电池100的阴极的空气供给时的流量调整，但并不局限于此。例如，除了并用分配阀144的分配量调整，或者在向燃料电池100的入口侧流路即第二空气流路145设置作为流量调整阀的节流阀之外，也可以在出口部和入口部这双方设置节流阀。只要设置能够调节向阴极供给的氧量的流量调整阀，就能够得到与实施方式同样的效果。
本实施方式的燃料电池系统30将当量比1相当的背压阀开阀开度Xb设为判定为燃料电池100的电压VMei伴随着逐步开阀的继续而转为上升时的累计开阀步数(Si+1)所对应的开度、或者其前一个的累计开阀步数(Si)所对应的开度中的任一个，但没有局限于此。例如，也可以将判定为燃料电池100的电压VMei伴随着逐步开阀的继续而转为上升时的累计开阀步数(Si+1)的后一个的累计开阀步数(Si+2)所对应的开度存储作为当量比1相当的背压阀开阀开度Xb。即，若在包含了燃料电池100的电压VMei伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时在内的前后的规定数量的定时进行的逐步开阀的流量调整阀的开度中，与电压VMEi伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时其本身的时刻的背压阀143的开度之差收敛于规定的范围，则可以将在任意的定时进行的逐步开阀的背压阀143的开度规定作为背压阀开阀开度Xb。
本实施方式的燃料电池系统30每当规定当量比1相当的背压阀开阀开度Xb时，将背压阀143驱动至全闭为止，但是若能够掌握与逐步开阀的继续相伴的OCV的上升推移，则可以将背压阀143闭阀驱动至全闭跟前的规定的开度，然后，进行逐步开阀。
本实施方式的燃料电池系统30每当规定当量比1相当的背压阀开阀开度Xb时，使背压阀143逐步开阀，但也可以在先将背压阀143开阀驱动成全开一侧之后，进行每次1步数的逐步闭阀。在这样进行逐步闭阀时，只要将燃料电池100的开路电压VMei伴随着逐步闭阀的继续而转为下降/上升时的步进电动机的累计开阀步数、其前一个、或其后一个的累计开阀步数所对应的开度存储作为当量比1相当的背压阀开阀开度Xb即可。即使在这种情况下，只要与开路电压VMei伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时其本身的时刻的背压阀143的开度之差收敛于规定的范围，就可以将在任意的定时进行的逐步闭阀的背压阀143的开度规定作为背压阀开阀开度Xb。
本实施方式的燃料电池系统30当在图4所示的间歇运转模式的执行过程中来自负载要求的条件成立时(步骤S110为肯定判定)，设定背压阀开阀开度Xb(图5的步骤S200)，但也可以如下进行。例如，可以是即使来自负载要求的条件成立，在图4所示的间歇运转模式的执行过程中对背压阀开阀开度Xb进行学习校正起的经过时间短的情况下，也不进行背压阀开阀开度Xb的再设定。若该经过时间短，则背压阀143的密封构件难以发生经时的硬化等，因此可认为背压阀开阀开度Xb不会产生大的差异。在这样的情况下若省略开度再设定，则能够减轻控制部200的运算负载。
本实施方式的燃料电池系统30在图4所示的间歇运转模式的执行过程中来自负载要求的条件成立(步骤S110肯定判定)且对于反应场的全闭开度也存储完时，利用步骤S300的一连串的处理来学习并更新背压阀开阀开度Xb，但也可以如下进行。在图4所示的间歇运转模式的执行过程的步骤S150中，根据电压值Vme与目标电压Vmark的比较结果，将背压阀143每次1步数地逐步开阀或闭阀。由此，掌握这样的逐步开阀或逐步闭阀的每次的电压值Vme的推移，并且在步骤S150及其以后的步骤S160～步骤S162中，可以对背压阀开阀开度Xb进行学习并存储、即更新设定。

Claims (8)

1.一种氧化气体的流量调整阀的控制方法，是调整向燃料电池的阴极供给氧化气体时的流量的流量调整阀的控制方法，包括：
第一工序，在从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接被切断的负载切断状况下，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化；
第二工序，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，对伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压进行计测；及
第三工序，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即：包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下所述第一工序中进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度；及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下在所述第一工序中进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
2.根据权利要求1所述的氧化气体的流量调整阀的控制方法，其中，
在所述第一工序中，以使所述计测电压不会下降至规定的低电压的方式，对进行所述逐步开阀时的每次打开所述规定开度的开阀量或开阀间隔进行调整。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的氧化气体的流量调整阀的控制方法，其中，
在所述第三工序中，以在规定时间维持作为所述调整基准开度而存储的所述流量调整阀的开度的方式控制所述流量调整阀。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的氧化气体的流量调整阀的控制方法，其中，
所述氧化气体的流量调整阀的控制方法包括第四工序，所述第四工序对在所述第三工序中存储的所述调整基准开度进行更新并存储，
在所述第三工序中，将存储所述调整基准开度时的伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为对比基准开路电压，而与所述调整基准开度一起存储，
所述第四工序包括：
比较工序，在将所述燃料电池形成为所述负载切断状况后，将所述流量调整阀的开度设定成在所述第三工序中存储完毕的存储调整基准开度，将伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为比较开路电压而进行计测，并将该比较开路电压与所述对比基准开路电压进行比较；及
校正工序，向通过该比较工序中的比较结果而得到的所述比较开路电压与所述对比基准开路电压之间的差分电压减小的一侧校正所述存储调整基准开度，并将该校正后的开度作为新的调整基准开度而进行更新并存储。
5.一种流量调整装置，具备：
流量调整阀，调整向燃料电池的阴极供给的氧化气体的流量；
连接切断部，将从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接切断，而将所述燃料电池形成为负载切断状况；
电压计测部，计测所述燃料电池的开路电压；及
阀控制部，在所述负载切断状况下，对所述流量调整阀进行开闭驱动控制，
该阀控制部具备：
第一控制部，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化；
第二控制部，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，从所述电压计测部获得伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压；及
第三控制部，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即：包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度；及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
6.根据权利要求5所述的流量调整装置，其中，
所述第一控制部以使所述计测电压不会下降至规定的低电压的方式，对进行所述逐步开阀时的每次打开所述规定开度的开阀量或开阀间隔进行调整。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的流量调整装置，其中，
所述第三控制部以在规定时间维持作为所述调整基准开度而存储的所述流量调整阀的开度的方式控制所述流量调整阀。
8.根据权利要求5～权利要求7中任一项所述的流量调整装置，其中，
所述流量调整装置具备第四控制部，所述第四控制部对在所述第三控制部中存储的所述调整基准开度进行更新并存储，
所述第三控制部将存储所述调整基准开度时的伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为对比基准开路电压，而与所述调整基准开度一起存储，
所述第四控制部具备：
比较部，在将所述燃料电池形成为所述负载切断状况后，将所述流量调整阀的开度设定成在所述第三控制部中存储完毕的存储调整基准开度，将伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为比较开路电压而进行计测，并将该比较开路电压与所述对比基准开路电压进行比较；及
校正部，向通过该比较部中的比较结果而得到的所述比较开路电压与所述对比基准开路电压之间的差分电压减小的一侧校正所述存储调整基准开度，并将该校正后的开度作为新的调整基准开度而进行更新并存储。
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