CN106299415B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，其目的在于通过步进电动机容易使在关闭的状态下结冰的电动阀开阀。对于与设于阴极侧的调压阀、分流阀分别连接的两个步进电动机，反复进行使开度指令值为零和使开度指令值为有效截面积大于零的开度a1、b1。以开度增大的方向的转矩产生的时间比沿开度减小的方向产生转矩的时间长的方式对上述两个步进电动机输入驱动脉冲。

Description

燃料电池系统
本申请主张基于在2015年6月26日提出申请的申请编号2015-128908号的日本专利申请的优先权，并将该公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统使用各种阀。这些阀在燃料电池系统的停止中，有时在关闭的状态下结冰。结冰的阀难以开阀，因此会给燃料电池系统的启动带来障碍。JP2005-285686A公开了反复进行电磁阀的开闭动作这样的方法作为消除阀的结冰的技术。
在上述现有技术文献的情况下，以电磁阀为对象，在开闭时产生的力比较大，因此能够在一定程度上期待基于开闭动作的结冰的消除。相对于此，在通过步进电动机对电动阀的开闭进行控制的情况下，仅进行开闭动作的话，结冰难以消除。这是因为步进电动机的转矩比较小的缘故。本发明立足于上述现有技术，其解决课题在于通过步进电动机容易使在关闭的状态下结冰的电动阀开阀。
发明内容
本发明用于解决上述课题，可以作为以下的方式实现。
根据本发明的一方式，提供一种燃料电池系统，具备：压缩机，设于用于向燃料电池供给阴极气体的供给流路；第一电动阀，在所述供给流路中设于所述燃料电池与所述压缩机之间；第一步进电动机，设于所述第一电动阀；第二电动阀，设于用于从所述燃料电池排出阴极气体的排出流路；第二步进电动机，设于所述第二电动阀；以及控制部，控制所述燃料电池的发电，向所述第一及第二步进电动机输入驱动脉冲，从而使所述第一及第二电动阀在所述燃料电池的启动时开阀，在所述燃料电池的停止时闭阀。所述第一步进电动机通过所述驱动脉冲的输入进行驱动，所述第一电动阀通过所述第一步进电动机的转矩进行开闭。所述第二步进电动机通过所述驱动脉冲的输入进行驱动，所述第二电动阀通过所述第二步进电动机的转矩进行开闭。在所述燃料电池的启动时，所述控制部判定所述第一及第二电动阀中的至少一方是否处于结冰的结冰状态。所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀都不处于所述结冰状态时，开始所述燃料电池的发电。所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态时，对于所述第一及第二步进电动机中的至少设于所述结冰状态的电动阀的步进电动机执行如下处理：反复进行多次交替地输入第一驱动脉冲和第二驱动脉冲的操作，所述第一驱动脉冲是产生使开度增大的方向的转矩的脉冲，所述第二驱动脉冲是具有比所述第一驱动脉冲大的脉冲速度且产生使开度减小的方向的转矩的脉冲。
根据该方式，开阀的方向的转矩和闭阀的方向的转矩交替地作用于结冰状态的电动阀。第一驱动脉冲与第二驱动脉冲相比，脉冲速度慢，因此在步进电动机的特性上，开度增大的方向的转矩与开度减小的方向的转矩相比变大。因此，通过开度增大的方向的转矩容易消除结冰状态。此外，若向结冰状态的电动阀包含的步进电动机输入第二驱动脉冲，则产生开度减小的方向的转矩。步进电动机产生的转矩以依赖于驱动脉冲的脉冲速度的振动频率进行变动。通过该振动施加于结冰状态的电动阀，结冰状态容易消除。而且，第二驱动脉冲与第一驱动脉冲相比，脉冲速度大。因此，第二驱动脉冲产生的转矩变动的振动频率增大，因此结冰状态容易消除。
在上述方式中，可以的是，所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态时，对于所述第一及第二步进电动机双方执行所述处理。根据该方式，可以不用区分哪个电动阀处于结冰状态。
在上述方式中，可以的是，所述第一驱动脉冲是获得如下开度的脉冲：比所述第一电动阀及所述第二电动阀的阀座与阀芯之间的有效截面积为零的开度大的开度。根据该方式，在通过将上述的第一驱动脉冲向与结冰状态的电动阀对应的步进电动机输入而结冰状态被消除时，有效截面积大于零的可能性升高。
在上述方式中，可以的是，所述第二驱动脉冲是获得如下开度的脉冲：比所述第一电动阀及所述第二电动阀的有效截面积为零的开度小的开度。根据该方式，通过将上述的第二驱动脉冲向与结冰状态的电动阀对应的步进电动机输入，阀芯容易与阀座碰撞，因此结冰状态容易消除。在结冰状态的电动阀中，虽然由于结冰而阀芯的移动受到限制，但是在阀芯稍微移动的情况下就能产生阀芯与阀座的抵碰。
在上述方式中，可以的是，所述控制部驱动所述压缩机而使从所述排出流路排出的气体的氢浓度为规定值以下。根据该方式，在结冰状态刚消除之后马上向燃料电池供给阴极气体，能够将存在于燃料电池的阴极的阳极气体稀释。
在上述方式中，可以的是，所述第一电动阀具备作为分流阀的机构，所述燃料电池系统具备将所述第一电动阀与所述排出流路连接的旁通路，所述排出流路在比所述第二电动阀靠下游侧处与所述旁通路连接，该燃料电池系统在所述第一电动阀将所述供给流路与所述旁通路连通的状态下停止。根据该方式，即使在第一电动阀处于结冰状态的情况下压缩机进行驱动，压缩的空气也向大气排出，因此能避免供给流路的压力过度升高。
在上述方式中，可以的是，所述燃料电池系统具备二次电池，该二次电池蓄积通过所述燃料电池发电的电力，为了所述处理的执行而将所述蓄积的电力向所述第一及第二电动阀以及所述控制部供给，在所述二次电池的剩余容量低于基准的情况下，所述控制部中止所述处理。根据该方式，能够防止二次电池的剩余容量过度变小。
在上述方式中，可以的是，所述控制部为了基于所述燃料电池的发电是否已正常开始来判定是否所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态，而在所述燃料电池的启动时执行所述压缩机的驱动、将用于使所述第一电动阀开阀的驱动脉冲向所述第一步进电动机输入、以及将用于使所述第二电动阀开阀的驱动脉冲向所述第二步进电动机输入。根据该方式，通过发电用的结构能够实现是否处于结冰状态的判定。
在上述方式中，可以的是，向所述第一步进电动机输入的所述第一驱动脉冲与向所述第二步进电动机输入的所述第一驱动脉冲彼此脉冲速度不同，向所述第一步进电动机输入的所述第二驱动脉冲与向所述第二步进电动机输入的所述第二驱动脉冲彼此脉冲速度不同。根据该方式，能够在第一及第二电动阀分别实现适当的驱动脉冲。
本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，能够以结冰状态消除方法、用于实现该方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的存储介质等方式来实现。
附图说明
图1是表示燃料电池汽车的概略结构的结构框图。
图2是表示燃料电池系统的电气性结构的概略图。
图3是表示燃料电池系统的启动处理的流程图。
图4是表示基本处理的流程图。
图5是表示基本处理中的参数的时间变化的时间图。
图6是概略性地表示调压阀的有效截面积与开度的关系的坐标图。
图7是结冰状态消除处理的执行时的时间图。
图8是表示开度指令值、推定开度、脉冲电压、转矩的关系的时间图。
图9是表示第一驱动脉冲与转矩的关系的时间图。
图10是表示第二驱动脉冲与转矩的关系的时间图。
图11是表示停止处理的流程图。
具体实施方式
图1是表示燃料电池汽车20的概略结构的结构框图。燃料电池汽车20是四轮汽车，如图1所示，具备燃料电池系统30。
燃料电池系统30采用固体高分子型燃料电池，通过氢与氧的反应进行发电。如图1所示，燃料电池系统30具备燃料电池组40、氢供给排出机构50、阴极气体供给排出机构60、冷却水循环机构70及控制部100。
燃料电池组40通过层叠多个单电池41而形成。单电池41由阳极、阴极、电解质、分隔件等构成。以下，也将多个单电池41的阳极统一简称为“阳极”，也将多个单电池41的阴极统一简称为“阴极”。
向燃料电池组40进行氢的供给及排出的氢供给排出机构50具备氢罐51、调节器52、氢循环泵53、吹扫阀(purge valve)54、排出路径55、气液分离部57。
氢罐51贮藏氢。调节器52将贮藏于氢罐51的氢在调整了压力和供给量的基础上，向阳极供给。气液分离部57将从阳极排出的气体与液体分离。氢循环泵53将通过气液分离部57分离出的气体向单电池41再次供给。通过气液分离部57分离出的气体主要是未消耗而排出的氢。
排出路径55是将气液分离部57与阴极气体供给排出机构60具备的阴极气体排出流路66(后述)连结的路径。吹扫阀54设置在排出路径55上。吹扫阀54为了将通过气液分离部57分离出的液体排出而打开。
向燃料电池组40进行阴极气体的供给及排出的阴极气体供给排出机构60具备阴极气体供给流路61、第一电动阀11、第二电动阀12、空气压缩机62、流量计65、阴极气体排出流路66、旁通路69。第一电动阀11具备分流阀63和分流阀用电动机64。第二电动阀12具备调压阀67和调压阀用电动机68。
阴极气体供给流路61及阴极气体排出流路66是将燃料电池组40与自身的大气开放口连接的流路。在阴极气体供给流路61的大气开放口设有空气滤清器。
空气压缩机62设置在阴极气体供给流路61的中途，从阴极气体供给流路61的大气开放口侧吸入空气而进行压缩。设置空气压缩机62的位置是比阴极气体供给流路61与旁通路69的连接部位更接近大气开放口的位置。流量计65计测通过空气压缩机62吸入的阴极气体(空气)的流量。
分流阀63在阴极气体供给流路61中，设置在空气压缩机62的下游侧即空气压缩机62与燃料电池组40之间。分流阀63将从空气压缩机62流来的阴极气体向阴极气体供给流路61的下游侧和旁通路69分流。这样的阀也称为三通阀。
分流阀用电动机64与分流阀63连接，产生用于调整分流阀63的开度的转矩。分流阀用电动机64是步进电动机。
旁通路69是将分流阀63与阴极气体排出流路66连接的流路。在本实施方式中所说的“关闭分流阀63”是将阴极气体供给流路61的上游和下游的流路隔断，并使旁通路69和阴极气体供给流路61的上游的流路开放。在输入了用于关闭分流阀63的驱动脉冲的情况下，分流阀63的阀芯与阀座被比简单接触强的力压紧，从而分流阀63的阀芯与阀座被密封。
调压阀67设于阴极气体排出流路66。调压阀67根据开度来调整阴极气体排出流路66的流路截面积。在输入了用于调压阀67关闭的驱动脉冲的情况下，调压阀67的阀芯与阀座被比简单接触强的力压紧，从而调压阀67的阀芯与阀座被密封。调压阀67具备先导阀(未图示)。先导阀是在阴极气体排出流路66的开度为零的状态下用于减小阴极气体排出流路66的上游与下游的压力差的机构。
调压阀用电动机68与调压阀67连接，产生用于调整调压阀67的开度的转矩。调压阀用电动机68是步进电动机。
通过了调压阀67的阴极气体在通过了与旁通路69的连接部位之后，从大气开放口向大气排出。
对燃料电池组40进行冷却的冷却水循环机构70具备散热器71及冷却水循环泵72。冷却水循环机构70为了控制单电池41的运转温度而在单电池41与散热器71之间使冷却水循环。冷却水通过这样循环而执行单电池41的吸热和散热器71的散热。
控制部100具体而言是ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)。控制部100根据发电的要求，输出用于控制燃料电池系统30的发电的信号。例如，向空气压缩机62、分流阀用电动机64、调压阀用电动机68输出信号。
图2是表示燃料电池系统30的电气性结构的概略图。燃料电池系统30具备二次电池81、FDC82、DC/AC变换器83、BDC85、单电池电压计测部91、电流计测部92。
单电池电压计测部91与燃料电池组40的各单电池41连接，计测各单电池41的电压(单电池电压)。单电池电压计测部91将其计测结果向控制部100发送。电流计测部92计测燃料电池组40的输出电流的值，并向控制部100发送。
FDC82及BDC85是构成为DC/DC转换器的电路。FDC82基于从控制部100发送的电流指令值，控制燃料电池组40的输出电流。电流指令值是作为燃料电池组40的输出电流的目标值的值，通过控制部100来决定。此外，FDC82对输出电压进行变压而向DC/AC变换器83供给，测定输出电压的值而向控制部100发送。
BDC85基于控制部100的控制来控制二次电池81的充放电。BDC85测定二次电池81的SOC(State Of Charge：剩余容量)，并向控制部100发送。二次电池81由锂离子电池构成，作为辅助电源起作用。
DC/AC变换器83与燃料电池组40和负载110连接。DC/AC变换器83将从燃料电池组40和二次电池81输出的直流电力转换成交流电力，向负载110供给。
在负载110中产生的再生电力由DC/AC变换器83转换成直流电流，通过BDC85向二次电池81充电。控制部100除了考虑负载110之外，还将二次电池81的SOC加入考虑而算出输出指令值。
图3是表示燃料电池系统30的启动处理的流程图。该启动处理由控制部100执行。控制部100在启动燃料电池系统30的情况下，开始该启动处理。启动燃料电池系统30的情况例如是在燃料电池汽车20驻车的状态下，一边踩踏制动器踏板(未图示)，一边按下设于燃料电池汽车20的动力开关(未图示)的情况。
首先，执行基本处理(S200)。图4是表示基本处理的流程图。图5是表示基本处理中的参数的时间变化的时间图。以下，参照图4及图5，说明基本处理。
首先，使空气压缩机62启动(S210)。由此，如图5所示，在t0时刻，由流量计65测定的阴极气体的流量开始增大，确保规定值以上的流量。此时，分流阀63及调压阀67关闭，因此阴极气体经由旁通路69从阴极气体排出流路66向大气排出。
接下来，使调压阀67的先导阀工作(S220)。在通过分流阀63和调压阀67从大气隔断的流路内，在驻车中有时会产生负压。若这样产生负压，则为了打开调压阀67而需要较大的转矩。因此，以通过调压阀用电动机68的转矩能够开阀的方式使先导阀工作，由此减小调压阀67的上下游的压力差。
接下来，打开调压阀67(S230)。更准确来说，以产生调压阀67打开的方向的转矩的方式向调压阀用电动机68输入驱动脉冲。调压阀67在从调压阀用电动机68接受到转矩的情况下，若未结冰则开阀，若结冰则不开阀。调压阀用电动机68在即使向调压阀67输入转矩也未开阀的情况下失步。以下，只要没有特别说明，调压阀67就设为未结冰而根据驱动脉冲的输入进行开闭的结构。关于分流阀63也一样。
在图5中示出了从t1时刻至推定开度达到开度a1为止，开度指令值维持为开度a1，推定开度向开度a1接近。开度指令值是作为开度的目标值的值。推定开度是基于输入的驱动脉冲而推定的开度。作为步进电动机的调压阀用电动机68不具有检测位置的机构，因此开度作为推定值来掌握。若调压阀67未结冰，则推定开度成为接近实际的开度的值。在此说明的开度指令值及推定开度的内容对于分流阀63及分流阀用电动机64也一样。
图6是概略性地表示调压阀67的阀芯及阀座的有效截面积、以及开度的关系的坐标图。在基于阀芯和阀座的密封的构造上，如图6所示，即使开度从零开始稍变大，有效截面积也维持为零。上述密封被解除而有效截面积开始增大时的开度设为开度a0。并且，上述的开度a1确定为比开度a0大且比作为开度的最大值的开度amax小的开度。开度a1时的有效截面积如图6所示设为面积Sa。而且，开度零比开度a0小。控制部100在S230中，向调压阀用电动机68输入用于实现开度a1的驱动脉冲。
而且，关于分流阀63，有效截面积开始增大时的开度设为开度b0，开度的最大值设为开度bmax，作为比开度b0大且比开度bmax小的开度而确定的开度设为开度b1(后述)，开度b1时的有效截面积设为面积Sb。但是，在此说明的内容是分别关于分流阀63及调压阀67的有效截面积与开度的概略性的关系。例如，开度a0及开度b0、开度a1及开度b1、面积Sa及面积Sb分别在本实施方式中为不同的值。
当调压阀67打开时，阴极的压力变得与阴极气体排出流路66内的压力接近。其结果是，分流阀63的上下游的压力差减小，为了打开分流阀63不再需要大的转矩。
接下来，关闭调压阀67(S240)。更准确来说，以产生调压阀67关闭的方向的转矩的方式向调压阀用电动机68输入驱动脉冲。图5示出了推定开度达到开度a1之后，开度指令值成为零，推定开度收敛为零的情况。
接下来，打开分流阀63(S250)。图5示出了t3时刻以后的开度指令值为开度b1，推定开度达到b1的情况。其结果是，阴极气体向阴极流入。当阴极气体向阴极流入时，存在于阴极的氢被稀释。
接下来，逐渐打开调压阀67(S260)。图5示出了在t4时刻，开度指令值设定为比开度a1小的值，在t5时刻以后，开度指令值逐渐增大的情况。而且，图5示出了推定开度根据开度指令值而增大的情况。
在t4时刻以后，存在于阴极的氢以被稀释的状态从阴极气体排出流路66逐渐排出。其结果是，从阴极气体排出流路66排出的气体中的氢浓度成为规定值(例如8％)以下。并且，成为向燃料电池组40供给发电所需的阴极气体的状态。
在开始逐渐打开调压阀67的t4时刻之后，如图3所示，判定阴极侧阀是否结冰(S300)。“阴极侧阀结冰”是指分流阀63和调压阀67中的至少一方结冰的状态。结冰的分流阀63通过在基本处理中产生的分流阀用电动机64的转矩无法开阀。同样，结冰的调压阀67通过在基本处理中产生的调压阀用电动机68的转矩无法开阀。
在本实施方式中，S300中的关于结冰的判定基于输出电流及输出电压的值来执行。具体而言，分别针对输出电流及输出电压，判定是否为燃料电池系统30的发电已正常开始的情况下的值。更具体而言，在输出电流比基于阴极的残氧的发电时得到的电流值即下限电流值Imin大和输出电压比预先确定的下限电压值Vmin大中的至少一情况未满足时，判定为阴极侧阀结冰。这样判定是因为，若阴极侧阀结冰，则基本处理(S200)失败，发电未正常开始的可能性高。
作为阴极侧阀的结冰，例如在分流阀63结冰的情况下，基本处理失败的理由是在S250中分流阀63无法开阀的缘故。
另一方面，在调压阀67结冰的情况下，基本处理失败的理由是在S230中调压阀67无法开阀，甚至即便分流阀63未结冰在S250中分流阀63也无法开阀的缘故。若调压阀67结冰，则即便分流阀63未结冰而分流阀63也无法开阀是因为在环境像调压阀67结冰那样低温的情况下，在通过分流阀63和调压阀67从大气隔断的流路内产生负压的可能性高。如前述那样利用调压阀67未消除负压时，分流阀用电动机64的转矩下难以打开分流阀63。
对上述进行总结的话，如下所述。在分流阀63结冰而调压阀67未结冰的情况下，分流阀63无法开阀，调压阀67能够开阀。在分流阀63未结冰而调压阀67结冰的情况下，分流阀63及调压阀67都无法开阀。在分流阀63及调压阀67结冰的情况下，分流阀63及调压阀67都无法开阀。
在阴极侧阀未结冰的情况下(S300为“否”)，开始通常运转(S310)，结束启动处理。在此所说的通常运转是指根据要求电力进行发电。即，若判定为阴极侧阀未结冰，则燃料电池系统30的发电开始。
作为阴极侧阀未结冰的情况，图5示出了在t4时刻以后，输出电压超过下限电压值Vmin，输出电流超过下限电流值Imin的情况。需要说明的是，在开始通常运转的情况下，分流阀63的开度设定为全开。
另一方面，在阴极侧阀结冰的情况下(S300为“是”)，取得二次电池81的SOC(S320)。取得的SOC在后述的S350中使用。接下来，执行结冰状态消除处理(S330)。
图7表示结冰状态消除处理的执行时的时间图。结冰状态消除处理从分流阀63的推定开度达到开度a1的t6时刻开始。
若结冰状态消除处理开始，则如图7所示一边使流量下降，一边持续进行空气压缩机62对阴极气体的压缩。
另一方面，分流阀63的开度指令值以推定开度反复减小和增大的方式设定。推定开度的最大值为开度a1，推定开度的最低值为零。在推定开度的增减的1周期中，推定开度减小的时间是时间Tac，在该时间中，开度指令值维持为零。在1周期中，推定开度增大的时间是时间Tao，在该时间中，开度指令值维持为开度a1。由此，推定开度的增减的1周期是时间(Tac+Tao)。时间Tao比时间Tac长。因此，推定开度的变化率的绝对值在推定开度减小的情况下，比推定开度增大的情况大。
关于调压阀67也一样，结冰状态消除处理中的开度指令值以推定开度反复减小和增大的方式设定。推定开度的最大值为开度b1，推定开度的最低值为零。在1周期中，开度指令值减小的时间为时间Tbc，在该时间中，开度指令值维持为零。在1周期中，开度指令值增大的时间是时间Tbo，在该时间中，开度指令值维持为开度b1。由此，推定开度的增减的1周期是时间(Tbc+Tbo)。时间Tbo比时间Tbc长。因此，推定开度的变化率的绝对值在推定开度减小的情况下，比推定开度增大的情况大。
图8是关于调压阀67，表示开度指令值及推定开度、脉冲电压(驱动脉冲的电压)、以及调压阀用电动机68产生的转矩的关系的时间图。
在本实施方式中，用于使开度增大的驱动脉冲由正值表示，用于使开度减小的驱动脉冲(以下，称为第二驱动脉冲)由负值表示。以下，将在结冰状态消除处理中用于使开度增大的驱动脉冲称为第一驱动脉冲，将在结冰状态消除处理中用于使开度减小的驱动脉冲称为第二驱动脉冲。在本实施方式中，使开度增大的方向的转矩由正值表示，使开度减小的方向的转矩由负值表示。图8仅示出了推定开度增减的1周期。
以下说明的内容对于分流阀63也一样。但是，向分流阀用电动机64输入的第一驱动脉冲的脉冲速度与向调压阀用电动机68输入的第一驱动脉冲的脉冲速度未必非要一致，在本实施方式中为不同的值。同样，向分流阀用电动机64输入的第二驱动脉冲的脉冲速度与向调压阀用电动机68输入的第二驱动脉冲的脉冲速度未必非要一致，在本实施方式中为不同的值。
第一驱动脉冲的脉冲速度是脉冲速度P1(pulse per second)。由此，如图8所示，第一驱动脉冲的周期为(1/P1)秒。第二驱动脉冲的脉冲速度为脉冲速度P2。由此，如图8所示，第二驱动脉冲的周期为(1/P2)秒。如图8所示，(1/P1)秒比(1/P2)秒长。即，脉冲速度P2比脉冲速度P1大。脉冲速度P2设定为比发生回弹的脉冲速度小的值。
图8所示的转矩是通过将脉冲速度应用于步进电动机的特性而求出的值，是忽视了细微的时间变化的值。通常，脉冲速度越大，步进电动机的转矩越小。由此，使开度增大的方向的转矩即开阀转矩Tr1的绝对值大于使开度减小的方向的转矩即闭阀转矩Tr2的绝对值。
图9是表示第一驱动脉冲的脉冲电压与调压阀用电动机68产生的转矩的关系的时间图。图9与图8不同，表示与脉冲电压的变化相伴的转矩变动。以下说明的内容对于分流阀用电动机64也一样。
如图9所示，转矩的绝对值在脉冲电压开始输入时开始增大，不久之后收敛于开阀最大转矩Tr1max。并且，如图9所示，转矩的绝对值在脉冲的输入结束时开始减少，不久之后成为零。开阀转矩Tr1是将上述的转矩变动大致平均后的值，是绝对值比开阀最大转矩Tr1max小的值。
图10是表示第二驱动脉冲的脉冲电压与调压阀用电动机68产生的转矩的关系的时间图。如图10所示，转矩的绝对值在脉冲开始输入时开始增大。但是，转矩的绝对值在收敛之前转为减小。其原因是，在转矩的绝对值增大期间，脉冲的输入结束。转矩的绝对值在脉冲的输入结束之后，不久之后成为零。
通过第二驱动脉冲的输入而产生的转矩的绝对值成为最大时的转矩值称为闭阀最大转矩Tr2max。闭阀转矩Tr2是将上述的转矩变动大致平均后的值，是绝对值比闭阀最大转矩Tr2max小的值。最大开阀转矩Tr1max的绝对值大于最大闭阀转矩Tr2max的绝对值。
当图9、图10一起说明的转矩产生时，在调压阀67不处于结冰状态的情况下，开度根据输入的脉冲数而变化，由此实际的开度与推定开度成为接近的值。在调压阀67处于结冰状态的情况下，实际的开度与推定开度背离，因此调压阀用电动机68发生失步。这样失步的同时，与转矩变动相伴的振动施加于结冰部位。
关于本实施方式的结冰状态消除处理，如图7所示，针对调压阀67，在4次使开度指令值为开度a1之后，将开度指令值设定为零而结束。然后，如图7所示，在t7时刻，推定开度成为零。针对分流阀63，4次使开度指令值为开度b1后结束。第四次的开度b1结束是如图7所示比t7时刻晚的t8时刻。然后，开度指令值维持为开度b1。
通过结冰状态消除处理消除了结冰的情况下，在t7时刻至t8时刻，在调压阀67仍关闭的状态下，对分流阀63进行开闭。因此，阴极气体向阴极流入，存在于阴极的氢被稀释。
当1周期的结冰状态消除处理结束时，判定阴极侧阀是否结冰(S340)。S340的方法与S300一样。即，如图7的t8时刻以后所示，使阴极气体的流量增大，然后，将调压阀67开阀，实施基于电流值及电压值的判定。在阴极侧阀未结冰的情况下(S340为“否”)，进入前述的S310。
另一方面，在阴极侧阀结冰的情况下(S340为“是”)，判定二次电池81的剩余容量的下降幅度是否达到基准值(例如5％)(S350)。在二次电池81的剩余容量的下降幅度未达到基准值的情况下(S350为“否”)，再次执行S330。
另一方面，在二次电池81的剩余容量的下降幅度达到基准值的情况下(S350为“是”)，燃料电池系统30的启动中止(S360)，结束启动处理。
图11是表示燃料电池系统30的停止处理的流程图。该停止处理由控制部100执行。控制部100在使燃料电池系统30停止的情况下，开始该停止处理。使燃料电池系统30停止的情况是例如燃料电池汽车20结束行驶而驻车时动力开关被按压的情况。
首先，将分流阀63及调压阀67关闭(S410)。S410通过向分流阀用电动机64及调压阀用电动机68分别输入开度指令值为零的驱动脉冲来实现。接下来，使空气压缩机62停止(S420)，结束停止处理。其结果是，燃料电池系统30在第一电动阀11将阴极气体供给流路61与旁通路69连通的状态下停止。
根据本实施方式，至少能够得到如下的效果。
在分流阀63和调压阀67中的至少一方结冰的情况下，对于该结冰，可以通过作为步进电动机的分流阀用电动机64及调压阀用电动机68的开闭动作来尝试消除。而且，该开闭动作通过第一及第二驱动脉冲而带有特征，分别通过开度增大的方向的转矩和开度减小的方向的转矩，结冰容易消除。
分流阀63和调压阀67双方结冰的情况自不必说，即使在仅一方结冰的情况下，也对于分流阀63和调压阀67双方执行结冰状态消除处理中的开闭动作，由此不再需要判定哪一个结冰。因此，可以采用基于电压值及电流值的判定。
第二驱动脉冲设定为即使向未结冰的阀输入的情况下也不会产生回弹的脉冲速度，不会产生步进电动机不具有位置检测机构所引起的问题。
第一驱动脉冲是用于实现与作为有效截面积的面积Sa、Sb(>零)对应的开度指令值的脉冲，因此能够期待通过开度增大的方向的转矩而将结冰消除为确保流路的程度。
第二驱动脉冲带来基于高振动频率的转矩变动，因此基于高振动频率的振动施加于结冰的部位。由此，能够期待结冰状态的消除。
第二驱动脉冲是用于实现与开度零对应的开度指令值的脉冲，能够期待阀芯与阀座碰撞所产生的结冰的消除。
第一驱动脉冲是用于实现与作为有效截面积的面积Sa、Sb对应的开度指令值的脉冲，且，在结冰状态消除处理的执行中，继续进行空气压缩机62对空气的压缩，因此在结冰消除的时刻，向阴极供给阴极气体。因此，在结冰消除的时刻，能够发电，且能够稀释存在于阴极的氢。
在二次电池81的SOC过度减少之前，中止结冰状态消除处理，而且中止燃料电池系统30的启动，因此能够确保下次启动时用的电力。
本发明并不局限于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决前述的课题的一部分或全部，或者为了实现前述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换或组合。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。例如，例示以下的情况。
阴极侧阀的结冰是否被消除的判定方法例如可以基于燃料电池的温度来判定。即，若燃料电池的温度上升了规定幅度以上，则可以判定为通过结冰的消除而发电开始。
可以针对分流阀和调压阀分别判定是否结冰。这种情况下，可以仅对结冰的阀输入第一及第二驱动脉冲。
在针对分流阀和调压阀分别判定是否结冰的情况下，例如，在步进电动机的失步发生的情况下可以判定为结冰发生，也可以测定分流阀和调压阀的各自的温度，若为规定温度(例如零℃)以下，则判定为结冰。
上述失步的检测例如可以通过在分流阀用电动机或调压阀用电动机设置位置检测机构来实现。
向分流阀输入的第一驱动脉冲与向调压阀用电动机输入的第一驱动脉冲也可以具有相同的脉冲速度。
向分流阀输入的第二驱动脉冲与向调压阀用电动机输入的第二驱动脉冲也可以具有相同的脉冲速度。
第一驱动脉冲可以与全开的开度指令值对应。
第二驱动脉冲可以与比零大的开度指令值对应。
在结冰处理中，可以不驱动压缩机。
可以取代分流阀而使用调压阀(以下，称为替代调压阀)。
在使用替代调压阀的情况下，可以将旁通路连接于替代调压阀的上游，也可以将旁通路废弃。
在将旁通路废弃的情况下，为替代调压阀结冰的情况作准备，可以将在高压时工作的安全阀设于空气压缩机或阴极气体供给流路。
可以执行结冰状态消除处理直至成为二次电池的实际使用区域的下限值为止。
作为二次电池，可以使用镍氢电池。
燃料电池系统可以不是汽车用，可以是搭载于其他的运输用设备(二轮车、电车等)的结构或安置的结构。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，具备：
压缩机，设于用于向燃料电池供给阴极气体的供给流路；
第一电动阀，在所述供给流路中设于所述燃料电池与所述压缩机之间；
第一步进电动机，设于所述第一电动阀；
第二电动阀，设于用于从所述燃料电池排出阴极气体的排出流路；
第二步进电动机，设于所述第二电动阀；以及
控制部，控制所述燃料电池的发电，向所述第一及第二步进电动机输入驱动脉冲，从而使所述第一及第二电动阀在所述燃料电池的启动时开阀，在所述燃料电池的停止时闭阀，
所述第一步进电动机通过所述驱动脉冲的输入进行驱动，所述第一电动阀通过所述第一步进电动机的转矩进行开闭，
所述第二步进电动机通过所述驱动脉冲的输入进行驱动，所述第二电动阀通过所述第二步进电动机的转矩进行开闭，
在所述燃料电池的启动时，所述控制部判定所述第一及第二电动阀中的至少一方是否处于结冰的结冰状态，
所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀都不处于所述结冰状态时，开始所述燃料电池的发电，
所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态时，对于所述第一及第二步进电动机中的至少设于所述结冰状态的电动阀的步进电动机执行如下处理：反复进行多次交替地输入第一驱动脉冲和第二驱动脉冲的操作，所述第一驱动脉冲是产生使开度增大的方向的转矩的脉冲，所述第二驱动脉冲是具有比所述第一驱动脉冲大的脉冲速度且产生使开度减小的方向的转矩的脉冲。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述控制部在判定为所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态时，对于所述第一及第二步进电动机双方执行所述处理。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述第一驱动脉冲是获得如下开度的脉冲：比所述第一电动阀及所述第二电动阀的阀座与阀芯之间的有效截面积为零的开度大的开度。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述第二驱动脉冲是获得如下开度的脉冲：比所述第一电动阀及所述第二电动阀的有效截面积开始增大时的开度小的开度。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述控制部驱动所述压缩机而使从所述排出流路排出的气体的氢浓度为规定值以下。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述第一电动阀具备作为分流阀的机构，
所述燃料电池系统具备将所述第一电动阀与所述排出流路连接的旁通路，
所述排出流路在比所述第二电动阀靠下游侧处与所述旁通路连接，
该燃料电池系统在所述第一电动阀将所述供给流路与所述旁通路连通的状态下停止。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备二次电池，该二次电池蓄积通过所述燃料电池发电的电力，为了所述处理的执行而将所述蓄积的电力向所述控制部供给，
在所述二次电池的剩余容量低于基准的情况下，所述控制部中止所述处理。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述控制部为了基于所述燃料电池的发电是否已正常开始来判定是否所述第一及第二电动阀中的至少一方处于所述结冰状态，而在所述燃料电池的启动时执行所述压缩机的驱动、将用于使所述第一电动阀开阀的驱动脉冲向所述第一步进电动机输入、以及将用于使所述第二电动阀开阀的驱动脉冲向所述第二步进电动机输入。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
向所述第一步进电动机输入的所述第一驱动脉冲与向所述第二步进电动机输入的所述第一驱动脉冲彼此脉冲速度不同，
向所述第一步进电动机输入的所述第二驱动脉冲与向所述第二步进电动机输入的所述第二驱动脉冲彼此脉冲速度不同。
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