CN107645007B - 燃料电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供燃料电池系统及车辆。该燃料电池系统具备燃料气体供给部、空气供给部、取得向燃料电池供给的空气的流量的空气流量取得部、取得燃料电池的输出电压的电压取得部及控制部。在燃料电池系统启动时，控制部通过燃料气体供给部在第一期间进行燃料气体向燃料电池的供给，在经过了第一期间后通过空气供给部开始进行空气的供给，在开始进行空气的供给以后的第二期间算出关于由空气流量取得部取得的流量的累计值，在算出的累计值超过了预先确定的空气量的情况下由电压取得部取得的输出电压低于预先确定的电压时，判定为燃料电池系统异常。

Description

燃料电池系统及车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及车辆。

背景技术

在以往的燃料电池系统中，在启动时，将氢及空气向燃料电池组供给，在氢及空气的各流量达到了规定流量的情况下，测定燃料电池组的输出电压，基于测定到的输出电压来判定燃料电池组是否异常(例如，日本特开2009-110806号公报)。

发明内容

在这种燃料电池系统中，出于各种各样的要因，有时空气的流量不充分上升。例如，在冷态启动的情况下，出于保护成为空气压缩机启动时的驱动源的蓄电池的观点，空气压缩机的驱动受到抑制，空气的流量成为少的值。例如，在空气压缩机产生了摩擦的情况下，空气的流量成为少的值。在空气的流量不充分上升的情况下，在上述的背景技术中，空气的流量不会到达规定流量，产生了无法判定燃料电池组的异常的问题。因而，在燃料电池系统中，希望有在空气的流量不充分上升的情况下也能进行异常判定的技术。

用于解决课题的方案

本发明为了解决上述课题的至少一部分而完成，能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，使燃料气体与空气反应来发电；燃料气体供给部，将燃料气体向所述燃料电池供给；空气供给部，将空气向所述燃料电池供给；空气流量取得部，取得向所述燃料电池供给的空气的流量；电压取得部，取得所述燃料电池的输出电压；及控制部，控制所述燃料气体供给部及所述空气供给部。在所述燃料电池系统启动时，在直到推定为所述燃料气体向所述燃料电池的供给完成为止的第一期间，所述控制部进行燃料气体向所述燃料电池的供给；在经过了所述第一期间之后，所述控制部通过所述空气供给部开始进行所述空气的供给；在开始进行所述空气的供给以后的预先确定的第二期间，所述控制部算出关于由所述空气流量取得部取得的所述流量的累计值；在算出的所述累计值超过了预先确定的空气量的情况下由所述电压取得部取得的所述输出电压低于预先确定的电压时，所述控制部判定为所述燃料电池系统异常。根据该结构的燃料电池系统，在启动时，在直到推定为所述燃料气体向燃料电池的供给完成为止的第一期间进行了燃料气体向燃料电池的供给之后，开始进行空气的供给。之后，在第二期间，算出关于取得的空气的流量的累计值，在算出的累计值超过了预先确定的空气量的情况下，进行基于燃料电池的输出电压的燃料电池系统的异常判定。关于空气的流量的累计值表示对燃料电池总共供给的空气量，所以在每单位时间的空气量即流量不充分上升的情况下也能够根据累计值得知充分地实现了空气的供给量。因此，在该燃料电池系统中，在空气的流量不充分上升的情况下也能够判定燃料电池系统是否异常。

(2)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述空气供给部具有：空气压缩机，喷出压缩后的空气；及控制阀，控制空气向所述燃料电池的供给量，所述控制部将所述空气压缩机的喷出空气量一定且对于所述控制阀的指令值一定的期间作为所述第二期间，来进行所述累计值的算出。根据该方式的燃料电池系统，能够在向燃料电池组供给的空气量不会大幅变化的期间、即空气的流量稳定的期间进行累计值的算出，所以能够提高燃料电池系统的异常的判定精度。

(3)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，在判定为所述燃料电池系统异常的情况下，所述控制部使所述控制阀进行多次开闭动作。根据该方式的燃料电池系统，在设置于空气供给部的控制阀中，能够修复因橡胶密封部分贴附于阀座而产生的开阀不良。

(4)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述燃料气体供给部具有检测关于向所述燃料电池供给的所述燃料气体的气体压力的压力传感器，所述控制部在由所述压力传感器检测到的气体压力成为了预先确定的值以上时，判定为经过了所述第一期间。根据该方式的燃料电池系统，能够在开始进行空气的供给之前，将充足的量的燃料气体向燃料电池组供给。因而，能够防止在开始进行空气的供给时在燃料电池组内缺氢，能够防止催化剂劣化。

(5)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，在从经过了所述第一期间时起到开始进行所述空气的供给为止的期间，所述控制部检测从所述燃料气体供给部的氢泄漏。根据该方式的燃料电池系统，能够以容易的结构实现来自燃料气体供给部的氢泄漏的检测。

(6)根据本发明的另一方式，提供一种车辆。该车辆具备上述方式的燃料电池系统。根据该方式的车辆，在空气的流量不充分上升的情况下也能够判定燃料电池系统是否异常。

本发明能够以燃料电池系统、车辆以外的各种方式来实现。例如，能够以搭载燃料电池系统的船舶、飞行器等车辆以外的移动体、燃料电池系统的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式来实现。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的燃料电池系统的流路结构的说明图。

图2是示出由FC-ECU执行的燃料电池系统启动处理的流程图。

图3是示出氢系统起动处理的详细内容的流程图。

图4是示出空气系统起动处理的详细内容的流程图。

图5是示出开始开关被切换为接通状态以后的电压检测信号、空气流量等的时间变化的时间图。

图6是示出空气系统异常恢复处理的详细内容的流程图。

具体实施方式

A.燃料电池系统的结构：

图1是示出本发明的一实施方式的燃料电池系统100的流路结构的说明图。燃料电池系统100搭载于燃料电池车辆，根据来自驾驶员的要求而输出用作驱动力的电力。燃料电池车辆例如是四轮汽车。燃料电池系统100具备燃料电池组20、空气供给排出部30、氢气供给排出部50、制冷剂循环部70、控制部80、及开始开关90。此外，燃料电池车辆除了燃料电池组20以外还具备蓄电池(未图示)作为电源。蓄电池是辅助电源，例如在启动燃料电池组20时利用。

燃料电池组20是通过燃料气体(氢气)与氧化剂气体(空气)的电气化学反应来发电的单元，通过层叠多个单电池而形成。各单电池分别是即使以单体形式也能发电的发电要素，具备在电解质膜的两个面配置有电极(阴极、阳极)的发电体即膜电极接合体和配置于膜电极接合体的两个外侧的隔板。电解质膜由在内部包含有水分的湿润状态时呈现良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。燃料电池组20虽然能够应用各种类型，但在本实施方式中，使用固体高分子型。燃料电池组20相当于“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“燃料电池”。

空气供给排出部30具有向燃料电池组20供给作为氧化剂气体的空气的功能和将从燃料电池组20的阴极侧排出的排水和阴极排气向燃料电池系统100的外部排出的功能。空气供给排出部30在燃料电池组20的上游侧具备空气供给用配管31、空气滤清器32、空气压缩机33、使通过增压而上升后的进气温度下降的中冷器34、分流阀35、及空气分流用配管37。

空气供给用配管31是与燃料电池组20的阴极侧的入口连接的配管，从取入外部的空气的进气口侧朝向下游依次设有空气滤清器32、空气压缩机33、中冷器34、分流阀35。

空气滤清器32设置于空气供给用配管31中的进气口侧，对取入的空气进行清洁。在空气滤清器32的附近设置有对通过了空气滤清器32的空气的流量进行计测的空气流量计95。空气压缩机33取入空气，并将压缩后的空气向燃料电池组20的阴极侧供给。中冷器34使通过空气压缩机33而上升后的进气温度下降。

分流阀35设置于中冷器34与燃料电池组20之间，将由空气压缩机33压缩并由中冷器34冷却后的空气向燃料电池组20侧分流，并经由空气分流用配管37向后述的阴极排气用配管41侧分流。

空气供给排出部30在燃料电池组20的下游侧具备阴极排气用配管41、调压阀43、及消声器46。阴极排气用配管41是与燃料电池组20的阴极侧的出口连接的配管，能够将排水及阴极排气向燃料电池系统100的外部排出。

调压阀43设置于阴极排气用配管41，调整阴极排气的压力(燃料电池组20的阴极侧的背压)。空气分流用配管37的分流对象的端口连接于阴极排气用配管41的比调压阀43靠下游处。这样构成的空气供给排出部30相当于“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“空气供给部”。

氢气供给排出部50具有向燃料电池组20供给氢气的功能、将从燃料电池组20排出的阳极排气向燃料电池系统100的外部排出的功能、及使其在燃料电池系统100内循环的功能。氢气供给排出部50在燃料电池组20的上游侧具备氢气供给配管51和氢罐52。在氢罐52中填充有用于向燃料电池组20供给的高压氢。氢罐52经由氢气供给配管51与燃料电池组20的阳极侧的入口连接。

在氢气供给配管51上从上游侧(氢罐52侧)起还依次设置有开闭阀53、调节器54、及氢供给装置55。开闭阀53调整从氢罐52向氢供给装置55的氢的流入。调节器54是用于调整氢供给装置55的上游侧的氢的压力的减压阀。氢供给装置55例如由作为电磁驱动式的开闭阀的喷射器构成。

氢气供给排出部50在燃料电池组20的下游侧具备阳极排气用配管61、气液分离部62、氢气循环配管63、氢循环用泵64、阳极排水用配管65、及排水阀66。阳极排气用配管61是将燃料电池组20的阳极侧的出口与气液分离部62连接的配管。

气液分离部62连接于氢气循环配管63和阳极排水用配管65。经由阳极排气用配管61流入到气液分离部62的阳极排气通过气液分离部62而分离成气体成分和水分。在气液分离部62内，阳极排气的气体成分被导向氢气循环配管63，水分被导向阳极排水用配管65。

氢气循环配管63连接于氢气供给配管51的比氢供给装置55靠下游处。在氢气循环配管63设有氢循环用泵64。氢循环用泵64作为将通过气液分离部62分离出的气体成分中所含的氢向氢气供给配管51送出的循环泵发挥功能。

在氢气供给配管51中的比氢气循环配管63的连接对象靠下游侧处设置有压力传感器96。压力传感器96检测向燃料电池组20供给的氢气的压力P1。

在阳极排水用配管65设置有排水阀66。排水阀66根据来自控制部80的指令而开闭。控制部80通常将排水阀66关闭，在预先设定的规定的排水定时和阳极排气中的非活性气体的排出定时将排水阀66打开。阳极排水用配管65的下游端以能够将阳极侧的排水及阳极排气与阴极侧的排水及阴极排气混合并排出的方式与阴极排气用配管41合流。这样构成的氢气供给排出部50相当于“发明内容“一栏所记载的本发明的一个方式中的“燃料气体供给部”。

制冷剂循环部70具备制冷剂用配管71、散热器72、及循环泵74。制冷剂用配管71是用于使用于冷却燃料电池组20的制冷剂循环的配管，由上游侧配管71a和下游侧配管71b构成。上游侧配管71a将燃料电池组20内的制冷剂流路的出口与散热器72的入口连接。下游侧配管71b将燃料电池组20内的制冷剂流路的入口与散热器72的出口连接。

散热器72具有取入外气的风扇，通过使制冷剂用配管71的制冷剂与外气之间进行热交换，来冷却制冷剂。循环泵74设置于下游侧配管71b，制冷剂通过循环泵74的驱动力而在制冷剂用配管71内流动。

控制部80由具备中央处理装置(CPU)和存储装置的微型计算机构成，通过将程序读入到存储装置上并执行，来发挥各种功能。控制部80包括FC-ECU82和FDC-ECU84。FC-ECU82通过控制空气供给排出部30、氢气供给排出部50、及制冷剂循环部70的前述的构成部件，来进行向燃料电池组20的氢气和空气的供给控制、从燃料电池组20的排水控制、在燃料电池组20产生的排热的冷却控制。FDC-ECU84通过控制将来自燃料电池组20的输出电压升压的FC升压转换器(未图示)，来使燃料电池组20发出与输出要求相应的电力。

此外，空气供给排出部30、氢气供给排出部50及制冷剂循环部70所包含的各种传感器等，具体而言，空气流量计95及设置于氢气供给排出部50的压力传感器96等与FC-ECU82电连接。FC-ECU82取得由空气流量计95检测到的空气流量Qa、向燃料电池组20供给的氢气的压力P1。

FC-ECU82和FDC-ECU84彼此经由总线而按照CAN等通信协议进行通信。例如，FC-ECU82通过通信而从FDC-ECU84取得电压检测信号V1。在燃料电池组20与FC升压转换器(未图示)之间设置有检测从燃料电池组20输出的电压的电压传感器98。从电压传感器98输出的电压检测信号V1向FDC-ECU84发送。FDC-ECU84将该电压检测信号V1向FC-ECU82发送。FC-ECU82相当于“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“控制部”。电压传感器98和FDC-ECU84相当于“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“电压取得部”。

开始开关90是由驾驶员操作的车辆的起动开关，当开始开关90被接通时，搭载于车辆的燃料电池系统100启动，当开始开关90被断开时，燃料电池系统100停止。即，当开始开关90被切换为接通状态时，开始开关90输出表示启动燃料电池系统100的信号SW(＝"1")。当开始开关90被切换为断开状态时，开始开关90输出表示停止燃料电池系统100的信号SW(＝"0")。开始开关90连接于控制部80。具体而言，开始开关90连接于FC-ECU82。

B.燃料电池系统启动处理：

图2是示出由FC-ECU82执行的燃料电池系统启动处理的流程图。燃料电池系统启动处理是启动燃料电池系统100的处理，在从开始开关90取得了表示启动燃料电池系统100的信号时，即，在从开始开关90取得的信号SW从断开状态(＝"0")被切换为接通状态(＝"1")时，开始执行。

FC-ECU82首先执行起动氢气供给排出部50的氢系统起动处理(步骤S100)。当氢系统起动处理完成后，FC-ECU82执行起动空气供给排出部30的空气系统起动处理(步骤S200)。当空气系统起动处理完成后，FC-ECU82执行空气系统异常恢复处理(步骤S300)。在执行步骤S300后，FC-ECU82结束该燃料电池系统启动处理。此外，在燃料电池系统启动处理中所需的电力由未图示的蓄电池提供。

图3是示出在步骤S100中执行的氢系统起动处理的详细内容的流程图。当开始执行氢系统起动处理后，FC-ECU82首先在氢气供给排出部50中开始进行氢的供给(步骤S110)。具体而言，打开调节器54，驱动氢供给装置55，并且驱动氢循环用泵64，由此开始进行氢向燃料电池组20的供给。

接着，FC-ECU82从设置于氢气供给排出部50的压力传感器96取得向燃料电池组20供给的氢气的压力P1(步骤S120)，判定所取得的压力P1是否成为了规定值Pa以上(步骤S130)。规定值Pa是预先确定的值，作为能够推定为氢气向燃料电池组20的供给已完成的阈值发挥功能。即，在步骤S130中判定为氢气的压力P1未成为规定值Pa以上的情况下，判定为燃料气体向燃料电池组20的供给未完成，在判定为氢气的压力P1成为了规定值Pa以上的情况下，判定为燃料气体向燃料电池组20的供给已完成。“燃料气体的供给已完成”是指氢气充分地到达了燃料电池组20的内部的氢气流路的状态，规定值Pa通过实验或模拟来决定。

在步骤S130中判定为氢气的压力P1未成为规定值Pa以上的情况下，FC-ECU82使处理返回步骤S120，等待氢气的压力P1成为规定值Pa以上。

在步骤S130中判定为氢气的压力P1成为了规定值Pa以上的情况下，FC-ECU82使处理进入步骤S140，执行氢泄漏检测处理。氢泄漏检测处理能够使用各种方法，但在本实施方式中，通过监视氢气的压力下降来检测氢气的泄漏。在该方法中，在打开设置于氢气供给排出部50的未图示的多个切断阀并进行了步骤S110～S130的处理之后，停止氢供给装置55，关闭所有的切断阀，监视由压力传感器96检测的压力随着时间的经过如何变化。在观察到了一定值以上的压力减小的情况下，判定为发生了气体泄漏。此外，除了基于压力变化的气体泄漏检测之外，也可以构成为通过由气体浓度传感器判定氢气是否达到规定的阈值以上的浓度来检测气体泄漏的存在。

在步骤S140中通过氢泄漏检测处理未检测到氢泄漏的情况下，进入“返回”，完成氢系统起动处理。在检测到了氢泄漏的情况下，进行另一例程的错误处理。

在本实施方式中，在执行空气系统起动处理之前完成氢系统起动处理是为了防止在通过空气系统起动处理而开始进行空气的供给时，在燃料电池组20内缺乏氢。若在产生了发电时缺乏氢，则可能会引起催化剂劣化，所以要防止对此予以防止。

图4是示出在图2的步骤S200中执行的空气系统起动处理的详细内容的流程图。当开始执行空气系统起动处理后，FC-ECU82首先在空气供给排出部30中开始进行空气的供给(步骤S210)。具体而言，以使喷出空气量成为一定的方式驱动空气压缩机33，并且对调压阀43及分流阀35进行开阀控制。

图5是示出开始开关90被切换为接通状态以后的电压检测信号V1、空气流量Qa、分流阀开度C1、及调压阀开度C2的时间变化的时间图。电压检测信号V1是由电压传感器98(图1)检测到的信号。空气流量Qa是由空气流量计95检测到的流量。分流阀开度C1是分流阀35中的向燃料电池组20侧的端口的开阀比率，是通过实验或模拟而求出的开度。调压阀开度C2是调压阀43的开度，是通过实验或模拟求出的开度。

如图5所示，开始开关90的信号SW从断开状态(＝"0")被切换为接通状态(＝"1")。此时(时刻t1)，开始执行氢系统起动处理，在氢系统起动处理完成时(时刻t2)，开始执行空气系统起动处理。此外，在开始执行空气系统起动处理之前，在上次使燃料电池车辆运转时的燃料电池组20的停止时，分流阀35及调压阀43成为了关闭的状态。由此，在开始执行空气系统起动处理时，从空气供给用配管31中的分流阀35经由燃料电池组20的内部的空气流路到阴极排气用配管41中的调压阀43的范围成为了闭塞环境。以下，将成为了该闭塞环境的空气系统的范围称作“空气系统闭塞区域”。

在空气系统起动处理中，通过以使喷出空气量成为一定的方式驱动空气压缩机33，空气流量Qa被维持为一定的值。另外，控制分流阀35而将分流阀开度C1切换为一定的值Ca，控制调压阀43而使调压阀开度C2渐渐上升。

在空气系统起动处理中，FC-ECU82如上述那样进行分流阀35和调压阀43的控制，并且作为最终阶段而进行将分流阀35和调压阀43分别控制成期望的开度的处理。“最终阶段”是指在空气系统起动处理中最终进行开度指令，从此以后在空气系统起动处理中不使开度指令值变化(即，使其一定)的阶段。“期望的开度”是指在完成燃料电池系统启动处理而转移到通常运转处理转移时所需的开度，在分流阀35和调压阀43中是独立的值。

具体而言，FC-ECU82在时刻t3对调压阀43输出最终开度指令值C2L，在时刻t4对分流阀35输出最终开度指令值C1L。在本实施方式中，时刻t3例如是调压阀开度C2成为了规定值以上的定时。时刻t4例如是从开始开关90被切换为接通状态的时刻t1起的经过时间达到了规定值的定时。此外，时刻t3、t4不限于这些例示，只要是基于预先确定的定序的定时即可，也可以是上述例示以外的定时。最终开度指令值C1L、C2L例如都是100％。此外，最终开度指令值C1L、C2L无需限定于100％，只要是适合向通常运转处理转移的开度即可，也可以切换为任意的值。

调压阀开度C2从时刻t3起需要经过第二规定时间Tb而达到最终开度指令值C2L。FC-ECU82与最终开度指令值C2L一并地对调压阀43指定驱动速度，第二规定时间Tb根据最终开度指令值C2L和驱动速度而确定。FC-ECU82在时刻t3之后直到空气系统起动处理完成为止，不发出变更调压阀43的开度的指令。

分流阀开度C1从时刻t4起需要第一规定时间Ta而达到最终开度指令值C1L。FC-ECU82与最终开度指令值C1L一并地对分流阀35指定驱动速度，第一规定时间Ta根据最终开度指令值C1L和驱动速度而确定。FC-ECU82在时刻t4之后直到空气系统起动处理完成为止，不发出变更分流阀35的开度的指令。

此外，在对分流阀35及调压阀43输出了最终开度指令值C1L、C2L之后，如前所述，开度指令值不会改变，另外，空气压缩机33的喷出空气量是一定的，因此，直到空气系统起动处理结束为止，向燃料电池组20的空气的供给量不会大幅变化，换言之，空气的供给量处于稳定的状态。对该分流阀35及调压阀43输出了最终开度指令值C1L、C2L之后的期间相当于“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“第二期间”。

返回图4，在接着步骤S210的步骤S220中，FC-ECU82判定是否输出了上述的调压阀43的最终开度指令值C2L。在接下来的步骤S230中，FC-ECU82判定是否输出了上述的分流阀35的最终开度指令值C1L。在步骤S220及步骤S230的任一步骤中判定为未输出的情况下，FC-ECU82从FDC-ECU84取得电压检测信号V1(步骤S240)，判定所取得的电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压是否为规定值V0以上(步骤S250)。

规定值V0是用于诊断燃料电池组20的发电是否正常的阈值，是向例如0.6V乘以构成燃料电池组20的单电池的数量而得到的值。在步骤S250中，FC-ECU82通过判定所取得的电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压是否成为了按每个单电池算相当于0.6V的电压以上，来判定燃料电池组20是否正在正常发电。在步骤S250中进行否定判定，即，在判定为电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压低于规定值V0的情况下，FC-ECU82使处理返回到步骤S220，反复进行步骤S220以后的处理。

另一方面，在步骤S250中进行肯定判定，即，在判定为电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压为规定值V0以上的情况下，认为燃料电池组20的起动成功，FC-ECU82对空气系统异常诊断标志FL设置表示正常的“0”(步骤S260)。在执行步骤S260后，进入“返回”，完成空气系统起动处理。空气系统异常诊断标志FL是用于存储燃料电池组20的异常、尤其是空气系统的异常的标志。

在步骤S220及步骤S230的双方中判定为输出了最终开度指令值C1L及C2L的情况下，FC-ECU82使处理进入步骤S270，推定当前时刻的分流阀开度C1和调压阀开度C2。具体而言，从输出分流阀35的最终开度指令值C1L时起的经过时间由计时器(未图示)进行测定，基于该经过时间和与最终开度指令值C1L一并地对分流阀35指定的驱动速度来算出当前时刻的分流阀开度C1。另外，从输出调压阀43的最终开度指令值C2L时起的经过时间由计时器(未图示)进行测定，基于该经过时间和与最终开度指令值C2L一并地对调压阀43指定的驱动速度来算出当前时刻的调压阀开度C2。

接着，FC-ECU82取得由空气流量计95检测到的空气流量Qa(步骤S280)，基于所取得的空气流量Qa和在步骤S270中推定出的分流阀开度C1及调压阀开度C2来算出向燃料电池组20供给的空气流量(以下，称作“空气供给流量”)Qf(步骤S290)。具体而言，通过以下的(i)、(ii)的工序，根据空气流量Qa、分流阀开度C1及调压阀开度C2求出空气供给流量Qf。

(i)基于通过步骤S270推定出的分流阀开度C1和调压阀开度C2，算出在分流阀35中向燃料电池组20侧的端口分流的空气的比率R1。在此，空气的比率R1是指相对于输入的总空气量的比率。

(ii)通过将算出的空气的比率R1乘以由空气流量计95检测到的空气流量Qa，来算出向燃料电池组20供给的空气供给流量Qf。

由空气流量计95和FC-ECU82执行的步骤S270至S290的处理构成“发明内容”一栏所记载的本发明的一个方式中的“空气流量取得部”。接着，FC-ECU82进行对在步骤S290中算出的空气供给流量Qf进行累计的处理(步骤S291)。具体而言，基于下式(1)来进行累计。

TQ←TQ+Qf…(1)

其中，累计值TQ是在开始执行燃料电池系统启动处理时被清除成值0的变量。

在执行步骤S291后，FC-ECU82判定累计值TQ是否为规定值Q0以上(步骤S292)。规定值Q0是预先确定的空气量，是(i)空气供给用配管31的从分流阀35到燃料电池组20为止的容积、(ii)在燃料电池组20的内部形成的空气流路的容积、及(iii)阴极排气用配管41的从燃料电池组20到调压阀43为止的容积的合计。即，前述的空气系统闭塞区域的容积是规定值Q0。

在步骤S292中进行否定判定，即判定为累计值TQ低于规定值Q0的情况下，FC-ECU82使处理返回步骤S270，反复进行步骤S270以后的处理。即，FC-ECU82进行空气供给流量Qf的累计直到累计值TQ成为规定值Q0以上为止。

另一方面，在步骤S292中进行肯定判定，即判定为累计值TQ为规定值Q0以上的情况下，认为在先前说明的空气系统闭塞区域中充满了空气，使处理进入步骤S293。在步骤S293中，FC-ECU82从FDC-ECU84取得电压检测信号V1。之后，FC-ECU82判定取得的电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压是否为规定值V0以上(步骤S294)。步骤S293及S294的处理与步骤S240及S250的处理相同。

在步骤S294中进行肯定判定，即判定为电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压为规定值V0以上的情况下，认为燃料电池组20的起动成功，FC-ECU82使处理进入步骤S260，对空气系统异常诊断标志FL设定表示正常的“0”。在执行步骤S260后，进入“返回”，完成空气系统起动处理。

另一方面，在步骤S294中进行否定判定，即判定为电压检测信号V1所表示的燃料电池组20的输出电压低于规定值V0的情况下，认为燃料电池组20没有正常发电(即，燃料电池组20异常)，对空气系统异常诊断标志FL设定表示异常的“1”(步骤S295)。在图5中，时刻t5是诊断为燃料电池组20没有正常发电的定时。在执行图4的步骤S295后，进入“返回”，完成空气系统起动处理。

图6是示出在步骤S300中执行的空气系统异常恢复处理的详细内容的流程图。当开始执行空气系统异常恢复处理后，FC-ECU82首先判定在前述的空气系统起动处理中得到的空气系统异常诊断标志FL是否为“1”(步骤S310)。在此，在判定为空气系统异常诊断标志FL不为“1”的情况下，FC-ECU82使处理进入“返回”，结束空气系统异常恢复处理。

另一方面，在步骤S310中判定为空气系统异常诊断标志FL为“1”的情况下，FC-ECU82判断是否存在其他的诊断信息(步骤S320)。其他的诊断信息是指空气系统异常诊断标志FL以外的诊断信息，例如有空气压缩机异常诊断信息、各传感器异常诊断信息、氢系统异常诊断信息等。在判定为不存在其他的诊断信息的情况下，能够确定为空气系统异常诊断标志FL成为了“1”的原因是在于作为控制阀的分流阀35和调压阀43，所以使处理进入步骤S330。

在步骤S330中，FC-ECU82进行将分流阀35开闭多次(例如，三次)的处理。在接下来的步骤S340中，FC-ECU82进行将调压阀43开闭多次(例如，四次)的处理。

分流阀35、调压阀43等控制阀为了确保密封功能而具有橡胶密封部分。通过该橡胶密封部分贴附于阀座的而产生开阀不良，这是诊断为控制阀异常的很大原因。于是，开阀至橡胶密封部分被可靠地剥离的开度，然后闭阀。反复进行多次该开闭动作。通过步骤S330及S340的开闭动作，能够将密封部分从阀座剥离。即，能够修复控制阀的开阀不良。反复的次数如前述那样设为了三次(或四次)，但无需限定于三次(或四次)，也可以设为其他的多次。

步骤S330及S340的开闭动作中，为了使控制阀的驱动力成为最大，而在降低了驱动速度的基础上使驱动电压成为最大。此外，步骤S330和步骤S340的处理由于图示的关系而记载成在步骤S330之后执行步骤S340，但实际上步骤S330的分流阀35的开闭动作和步骤S340的调压阀43的开闭动作并列进行。

在图5中，通过在时刻t5以后执行步骤S330及S340的开闭动作，分流阀开度C1及调压阀开度C2反复进行多次下降及上升。在执行图6的步骤S340后，FC-ECU82使处理进入“返回”，结束空气系统异常恢复处理。在步骤S320中判定为存在其他的诊断信息的情况下，不执行步骤S330及S340，使处理进入“返回”，结束空气系统异常恢复处理。

C.实施方式的作用·效果：

根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池系统100，在燃料电池组20启动时，进行氢系统起动处理，在氢系统起动处理完成之后，起动空气压缩机33而开始进行空气的供给。然后，算出关于向燃料电池组20供给的空气供给流量Qf的累计值TQ，在算出的累计值TQ超过了规定值Q0的情况下，进行基于燃料电池组20的电压检测信号V1的燃料电池系统100的异常判定。因而，在以在冷间启动时出于保护蓄电池的观点而抑制空气压缩机33的驱动或者空气压缩机33产生了摩擦为起因，而导致空气的流量不充分上升的情况下，也能根据累计值TQ得知向燃料电池组20充分进行了空气的供给。因此，在该燃料电池系统100中，在空气的流量不充分上升的情况下也能判定燃料电池系统100是否异常。

另外，根据本实施方式的燃料电池系统100，由于在向燃料电池组20的空气供给量不会大幅变化的期间进行累计值TQ的算出，所以能够提高燃料电池系统100的异常的判定精度。

在本实施方式的燃料电池系统100中，由于与累计值TQ进行比较的阈值即规定值Q0等于空气系统闭塞区域的容积，所以能够向空气系统闭塞区域充分地供给空气。在启动燃料电池系统100之前的燃料电池车辆的停车期间，会发生供给到阳极的氢穿过电解质膜向阴极侧泄漏的穿透泄漏，但通过如上述那样向空气系统闭塞区域充分地供给空气，能够将该穿透泄漏的氢向燃料电池组20的外侧可靠地排出。因此，能够防止穿透泄漏所引起的发电性能的下降。

D.变形例：

·变形例1：

在所述实施方式中，将与累计值TQ进行比较的阈值即规定值Q0设为了等于空气系统闭塞区域的容积的值。与此相对，作为变形例，也可以将规定值Q0设为空气系统闭塞区域的容积的两倍、三倍。而且，还可以设为其他倍数。另外，并非必须是整数倍，也可以替换为空气系统闭塞区域的容积以上的其他大小。而且，还可以将规定值Q0设为比空气系统闭塞区域小的值，例如空气供给用配管31的从分流阀35到燃料电池组20为止的容积与在燃料电池组20的内部形成的空气流路的容积的合计值。

·变形例2：

在所述实施方式中，构成为图3的氢系统起动处理包括氢泄漏检测处理。与此相对，作为变形例，构成为也可以不包括氢泄漏检测处理。

·变形例3：

在所述实施方式中，构成为燃料电池系统启动处理包括空气系统异常恢复处理。与此相对，作为变形例，也可以构成为不包括空气系统异常恢复处理。即，在燃料电池系统启动处理中，也可以构成为进行判定燃料电池组20是否存在异常并将该判定结果存储为空气系统异常诊断标志FL为止的处理，而不执行修复控制阀的处理。

·变形例4：

在所述实施方式中，在图3的氢系统起动处理中，通过判定向燃料电池组20供给的氢气的压力P1是否为规定值Pa以上，来判定是否到达了能够推定为向燃料电池组20的氢气供给完成的期间。与此相对，作为变形例，也可以构成为判定氢气体压力的供给时间是否为规定值以上。总而言之，只要构成为能够判定直到能够推定为向燃料电池组20的氢气供给完成为止的期间(第一期间)即可，也可以替换为根据各种参数进行判定的结构。

·变形例5：

在所述实施方式中，通过空气流量计95和FC-ECU82执行的步骤S270至S290的处理，构成了取得向燃料电池供给的空气的流量的空气流量取得部。与此相对，作为变形例，也可以在空气供给用配管31(参照图1)的从分流阀35到燃料电池组20的入口为止的区间设置流量传感器，将取得该流量传感器的检测信号的结构设为空气流量取得部。

·变形例6：

在所述实施方式中，在空气系统起动处理中，构成为将对分流阀35及调压阀43输出最终开度指令值C1L、C2L以后作为第二期间，在该第二期间求出关于空气流量的累计值TQ。与此相对，作为变形例，也可以构成为从输出最终开度指令值C1L、C2L之前起开始第二期间，即开始进行累计值的算出。例如，也可以构成为将可靠的输出最终开度指令值C1L、C2L的定时作为从开始执行空气系统起动处理起的经过时间而预先通过实验或模拟求出，在从开始执行空气系统起动处理起经过了比该经过时间短规定时间(例如，10sec)的时间时，开始第二期间。例如，也可以构成为从对分流阀35及调压阀43发出了开阀的指令的时刻(根据图5的例示是时刻t2)起开始第2期间。

·变形例7：

在所述实施方式中，控制部80构成为包括FC-ECU82和FDC-ECU84，且构成为FC-ECU82执行燃料电池系统启动处理。与此相对，作为变形例，也可以由一个ECU构成控制部80。另外，控制部80也可以由三个、四个等其他数量的ECU构成。而且，也可以是作为控制部80的代替而设置的其他的控制部具备FC-ECU82的功能作为功能的一部分。

本发明不限于上述的实施方式、变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征能够为了解决上述课题一部分或全部或者为了达成上述效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。另外，前述的实施方式及各变形例中的构成要素的中的记载于独立权利要求的要素以外的要素是付加的要素，能够适当省略。

标号说明

20…燃料电池组

30…空气供给排出部

31…空气供给用配管

32…空气滤清器

33…空气压缩机

34…中冷器

35…分流阀

37…空气分流用配管

41…阴极排气用配管

43…调压阀

46…消声器

50…氢气供给排出部

51…氢气供给配管

52…氢罐

53…开闭阀

54…调节器

55…氢供给装置

61…阳极排气用配管

62…气液分离部

63…氢气循环配管

64…氢循环用泵

65…阳极排水用配管

66…排水阀

70…制冷剂循环部

71…制冷剂用配管

71a…上游侧配管

71b…下游侧配管

72…散热器

74…循环泵

80…控制部

82…FC-ECU

84…FDC-ECU

90…开始开关

95…空气流量计

96…压力传感器

98…电压传感器

100…燃料电池系统

C1…分流阀开度

C2…调压阀开度

C1L…最终开度指令值

C2L…最终开度指令值

FL…空气系统异常诊断标志

Qa…空气流量

Qf…空气供给流量

TQ…累计值

Ta…第一规定时间

Tb…第二规定时间

V1…电压检测信号

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，其中，具备：

燃料电池，使燃料气体与空气反应来发电；

燃料气体供给部，将燃料气体向所述燃料电池供给；

空气供给部，将空气向所述燃料电池供给；

空气流量取得部，取得向所述燃料电池供给的空气的流量；

电压取得部，取得所述燃料电池的输出电压；及

控制部，控制所述燃料气体供给部及所述空气供给部，

在所述燃料电池系统启动时，在直到推定为所述燃料气体向所述燃料电池的供给完成为止的第一期间，所述控制部通过所述燃料气体供给部进行燃料气体向所述燃料电池的供给，

在经过了所述第一期间之后，所述控制部通过所述空气供给部开始进行所述空气的供给，

在开始进行了所述空气的供给以后的预先确定的第二期间，所述控制部算出关于由所述空气流量取得部取得的所述流量的累计值，

在算出的所述累计值超过了预先确定的空气量的情况下由所述电压取得部取得的所述输出电压低于预先确定的电压时，所述控制部判定为所述燃料电池系统异常。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述空气供给部具有：

空气压缩机，对空气进行压缩，并将压缩后的所述空气喷出；及控制阀，控制由所述空气压缩机压缩后的空气向所述燃料电池的供给量；

所述控制部将所述空气压缩机的喷出空气量一定且对于所述控制阀的指令值一定的期间作为所述第二期间，来进行所述累计值的算出。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

在判定为所述燃料电池系统异常的情况下，所述控制部使所述控制阀进行多次开闭动作。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的燃料电池系统，其中，

所述燃料气体供给部具有检测关于向所述燃料电池供给的所述燃料气体的气体压力的压力传感器，

在由所述压力传感器检测到的气体压力成为了预先确定的值以上时，所述控制部判定为达到了所述第一期间。

5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的燃料电池系统，其中，

在从经过了所述第一期间时起到开始进行所述空气的供给为止的期间，所述控制部检测从所述燃料气体供给部的氢泄漏。

6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，

在从经过了所述第一期间时起到开始进行所述空气的供给为止的期间，所述控制部检测从所述燃料气体供给部的氢泄漏。

7.一种车辆，具备权利要求1至权利要求6中任一项所述的燃料电池系统。