CN108140857A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统具备：高压罐；阳极气体供给通路，其从高压罐向燃料电池供给阳极气体；阳极压力调节阀，其设置在阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；阳极气体阀，其设置于高压罐与阳极压力调节阀之间，对阳极压力调节阀的源压力进行调节；以及阀控制部，其基于燃料电池系统的运转状态来控制阳极压力调节阀和阳极气体阀。在使燃料电池系统停止之前，阀控制部在闭合阳极气体阀之后，对阳极压力调节阀进行控制使得阳极气体阀与阳极压力调节阀之间的第一配管压力变得小于规定压力，之后闭合阳极压力调节阀，在燃料电池系统启动时，阀控制部打开阳极压力调节阀。规定压力小于在燃料电池系统启动时使燃料电池的耐久性恶化的压力。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种启动时能够对阳极压力调节阀进行暖机的燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
作为燃料电池系统，提出了阳极气体非循环型燃料电池系统和阳极气体循环型燃料电池系统，在该阳极气体非循环型燃料电池系统中，不使作为燃料气体的阳极气体循环，将反应后的阳极排气与阴极排气一起排出，在该阳极气体循环型燃料电池系统中，使阳极气体循环，根据需要来从高压罐追加供给阳极气体。
为了向燃料电池(燃料电池堆)供给阳极气体，借助中压压力调节阀来将高压罐中贮存的高压的阳极气体减为中压，根据负载的要求、燃料电池的运转状态，通过设置于中压压力调节阀的下游的阳极压力调节阀，将该中压的阳极气体以规定的占空比供给到燃料电池。
阳极压力调节阀通常使用常闭型的电磁阀，是内置有螺线管线圈的ON/OFF类型的阀。由对燃料电池整体进行控制的控制器来运算阳极压力调节阀的占空比，经由强电电池或燃料电池用的DC/DC转换器来供给向螺线管线圈的驱动信号。因此，在燃料电池系统的运转中，该驱动信号的电压是稳定的。
另外，在这种电磁阀中，动作状态会受使用环境的温度变化所影响。即，由于使用环境的温度变化，电磁阀的螺线管线圈的电阻、作为可动铁芯的柱塞的滑动阻力等发生变化。
因此，根据使用环境不同，有时即使向电磁阀输出相同占空比的驱动信号，阳极压力调节阀的阀开度也不同。特别是，在燃料电池系统最初启动时，在短暂的期间内不向电磁阀供给驱动信号，因此这种影响变得显著。
而且，在使用环境温度为零下的情况下，会使燃料电池系统从零下启动，在最初驱动阳极压力调节阀时，存在以下问题：柱塞的反应无法追随占空比，导致燃料电池内的阳极气体压力过冲。
为了解决这种问题，例如，在JP2998549B中公开了以下的电流控制型电磁阀的控制装置：直接或间接地测定电磁阀的螺线管线圈的电阻，基于其结果来变更控制器的反馈增益。
另外，在JP2008-273338A中，公开了以下的制动控制装置：估计制动控制装置的环境温度，基于与估计出的环境温度对应的电磁阀的温度传递特性，来估计电磁阀的螺线管线圈的温度(线圈温度)，根据估计出的线圈温度来对电磁阀的输出占空比进行校正。
发明内容
然而，在JP2998549B所公开的电流控制型电磁阀的控制装置中，在直接测定螺线管线圈的电阻的情况下，需要电阻测定器、或者电流传感器和电压传感器。另外，在估计电阻的情况下，例如需要温度传感器等。由于需要这种辅机，因此存在系统变得繁杂或系统的制造成本增加的问题。
另外，在JP2008-273338A所公开的制动控制装置中，为了估计环境温度、线圈温度，最初需要向电磁阀的螺线管线圈流通电流，还存在在系统启动时等产生不良状况的可能性。
在该制动控制装置中，需要用于应对无法估计环境温度、线圈温度的情况的措施。而且，在该制动控制装置中，即使在无法估计线圈温度的情况下，也供给最低温度的容许电流值，以防止过电流流过螺线管线圈。
在这种情况下、即在无法估计线圈温度的情况下，在实际上线圈温度高时，供给到螺线管线圈的电流被校正到安全侧，因此燃料电池内的阳极气体升压速度可能会变慢。当阳极气体升压速度变慢时，根据燃料电池的运转状态不同，也有可能损伤燃料电池内的电解质膜等。
本发明是着眼于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种无论在什么样的启动条件下都能够满足燃料电池内的阳极气体升压速度的要求并且抑制阳极气体压力的过冲的燃料电池系统及其控制方法。
根据本发明的一个方式，本发明的燃料电池系统向燃料电池供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池发电，该燃料电池系统具备：高压罐，其将要向燃料电池供给的阳极气体以高压进行贮存；阳极气体供给通路，其用于从高压罐向燃料电池供给阳极气体；阳极压力调节阀，其设置在阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；阳极气体阀，其设置于高压罐与阳极压力调节阀之间，对该阳极压力调节阀的源压力进行调节；以及阀控制部，其基于燃料电池系统的运转状态来控制阳极压力调节阀和阳极气体阀的开闭。而且，在使燃料电池系统停止之前，阀控制部对阳极压力调节阀进行控制使得第一配管压力变得小于规定压力，之后闭合阳极压力调节阀，该第一配管压力是阳极气体供给通路上的阳极气体阀与阳极压力调节阀之间的第一配管内的压力。另一方面，在燃料电池系统启动时，阀控制部打开阳极压力调节阀。在该情况下，规定压力小于耐久性压力，该耐久性压力为抑制在燃料电池系统启动时使燃料电池的耐久性恶化的压力。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统的整体结构的图。
图2是图1的阳极气体供排装置的放大图。
图3是表示本实施方式的燃料电池系统的停止/启动方法的时序图。
图4是表示燃料电池系统停止时的第一配管压力与第二配管压力之间的关系的图表。
图5是表示本实施方式中的控制器执行的系统停止处理的流程图。
图6是表示本实施方式中的控制器执行的系统启动处理的流程图。
图7是表示本实施方式的燃料电池系统的停止/启动方法的另一时序图。
图8是表示阳极压力调节阀中的螺线管电流与环境温度之间的关系的图表。
图9是表示第一配管压力小于规定压力的情况下的阳极压力调节阀暖机时的阳极气体的流入状态的图。
图10是第一配管压力为规定压力以上而停止燃料电池系统的情况下的时序图。
图11是表示第一配管压力为规定压力以上的情况下的阳极压力调节阀暖机时的阳极气体的流入状态的图。
图12是表示第一配管压力为第二规定压力以上的情况下的阳极压力调节阀暖机时的阳极气体的流入状态的图。
图13是表示第一配管同第二配管系统的体积比与规定压力之间的关系的图表。
图14是表示燃料电池系统停止时的第一配管压力与第二配管压力之间的关系的另一图表。
图15是表示第二实施方式中的燃料电池系统的停止/启动方法的时序图。
图16是表示第二实施方式中的控制器执行的系统启动处理的流程图。
图17是表示第三实施方式中的控制器执行的系统启动处理的流程图。
图18是表示第四实施方式中的燃料电池系统的整体结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统100的整体结构的图。本实施方式的燃料电池系统100是阳极气体非循环型的燃料电池系统。该燃料电池系统100构成以下的电源系统：从外部对燃料电池堆1供给发电所需的阳极气体(燃料气体)和阴极气体(氧化剂气体)，使未图示的阳极电极和阴极电极处发生电极反应，根据电连接的负载装置5的动作状态来在燃料电池堆1中发电。该燃料电池系统100例如搭载于利用驱动马达来驱动车辆的电动汽车。此外，该燃料电池系统100只要以燃料电池为驱动源即可，能够还应用于燃料电池车辆(利用燃料电池的电动汽车)以外的装置等的负载。
如图1所示，燃料电池系统100主要具备燃料电池堆1、阴极气体供排装置2、阳极气体供排装置3、负载装置5以及控制器10。
燃料电池堆1是层叠未图示的多个燃料电池而成的层叠电池。燃料电池堆1与负载装置5连接，将通过电极反应而发出的电力供给到负载装置5。燃料电池堆1例如生成数百V(伏特)的直流电压。
虽未进行图示，但是燃料电池堆1是用阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间而构成的。在燃料电池堆1运转时，在阳极电极处，氢被离子化，生成氢离子和电子。另外，在阴极电极处，在阳极电极处生成的氢离子和电子与氧进行反应，生成水。
阴极气体供排装置2是向燃料电池堆1供给阴极气体、并且将从燃料电池堆1排出的阴极排气排出到大气的装置。此外，阴极排气包含在阴极电极处未反应的氧和氮、生成的水蒸气等。
阴极气体供排装置2包括阴极气体供给通路21、压缩机22、流量传感器23、压力传感器24、阴极气体排出通路25以及阴极压力调节阀26。
阴极气体供给通路21是用于向燃料电池堆1供给阴极气体的通路。阴极气体供给通路21的一端开口，另一端与燃料电池堆1的阴极气体入口孔连接。
压缩机22设置在阴极气体供给通路21上。压缩机22从阴极气体供给通路21的开口端取入含氧的空气，将该空气作为阴极气体供给到燃料电池堆1。压缩机22的转速由控制器10来控制。
流量传感器23设置在压缩机22与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路21上。流量传感器23对向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量进行检测。由流量传感器23检测出的阴极气体的流量数据被输出到控制器10。
压力传感器24与流量传感器23同样地设置在压缩机22与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路21上。压力传感器24对向燃料电池堆1供给的阴极气体的压力进行检测。由压力传感器24检测出的阴极气体的压力数据被输出到控制器10。
阴极气体排出通路25是用于从燃料电池堆1排出阴极排气的通路。阴极气体排出通路25的一端与燃料电池堆1的阴极气体出口孔连接，另一端开口。
阴极压力调节阀26设置在阴极气体排出通路25上。作为阴极压力调节阀26，例如使用能够阶梯式地变更阀的开度的电磁阀。阴极压力调节阀26由控制器10来控制开闭。通过该开闭控制将阴极气体压力调节为期望的压力。
阳极气体供排装置3是向燃料电池堆1供给阳极气体、并且将从燃料电池堆1排出的阳极排气排出到大气的装置。此外，虽然省略了图示，但是从燃料电池堆1排出的阳极排气在阴极气体排出通路25内与阴极排气混合后被排出到燃料电池系统100的外部。阳极排气包含在电极反应中未使用的剩余的氢，因此通过与阴极排气混合后排出到燃料电池系统100的外部，来使该排出气体中的氢浓度为预先决定的规定浓度以下。
阳极气体供排装置3包括高压罐31、阳极气体供给通路上的第一配管32和第二配管33、阳极气体排出通路34、阳极气体阀35、阳极压力调节阀36、放气阀37、第一配管压力传感器38以及第二配管压力传感器39。
高压罐31是将要向燃料电池堆1供给的阳极气体(氢气)保持为高压状态来进行贮存的氢罐。
阳极气体供给通路的第一配管32是用于将高压罐31中贮存的阳极气体供给到燃料电池堆1的通路，是阳极气体阀35与阳极压力调节阀36之间的配管。另外，阳极气体供给通路的第二配管33是阳极压力调节阀36与阳极气体入口孔之间的配管。
阳极气体供给通路的一端与高压罐31连接，另一端经由阳极压力调节阀36和阳极气体阀35来与燃料电池堆1的阳极气体入口孔连接。
阳极气体排出通路34是流通从燃料电池堆1排出的阳极排气的通路。阳极气体排出通路34一端与燃料电池堆1的阳极气体出口孔连接，如上所述，另一端与阴极气体排出通路25连接。
阳极气体阀35设置在高压罐31的下游的阳极气体供给通路上。阳极气体阀35是用于将高压罐31中贮存的高压的阳极气体供给到第一配管内的电磁阀或机械式阀。
此外，在本实施方式中，为了便于图示，示出了在阳极气体供给通路上仅设置有1个阳极气体阀35的情况，但是本发明不限于这种结构。例如，作为阳极气体阀35，也可以包括对高压罐31的高压的阳极气体的供给进行ON/OFF的主截止阀、将向燃料电池堆1供给的阳极气体保持为中压的中压阀、中压切断阀等多个阀。
另外，如上所述，阳极气体阀35既可以是机械式的阀也可以是电磁阀。在电磁阀的情况下，如图1所示，阳极气体阀35由控制器10来控制其开闭(ON/OFF)。
阳极压力调节阀36设置在阳极气体阀35与燃料电池堆1的阳极气体出口孔之间的阳极气体供给通路上。作为阳极压力调节阀36，例如使用能够阶梯式地变更阀的开度的电磁阀。阳极压力调节阀36由控制器10来控制开闭。通过该开闭控制来调节向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力、即第二配管内的压力。
放气阀37设置在阳极气体排出通路34上。放气阀37是用于将阳极排气排出到阴极气体排出通路25的电磁阀。放气阀37的开度由控制器10来控制。
第一配管压力传感器38设置在阳极气体阀35与阳极压力调节阀36之间的阳极气体供给通路、即第一配管上。第一配管压力传感器38对第一配管内的压力进行检测。由第一配管压力传感器38检测出的阳极气体的压力数据、即第一配管压力数据被输出到控制器10。
第二配管压力传感器39设置在阳极压力调节阀36与燃料电池堆1的阳极气体入口孔之间的阳极气体供给通路、即第二配管上。第二配管压力传感器39对向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力进行检测。由第二配管压力传感器39检测出的阳极气体的压力数据、即第二配管压力数据被输出到控制器10。
负载装置5通过接受从燃料电池堆1供给的发电电力(直流电力)来被驱动。作为负载装置5，例如包括驱动车辆的电动马达、将从燃料电池堆1输出的直流电力变换为向电动马达供给的交流电力的电动马达用逆变器、辅助燃料电池堆1发电的辅机的一部分、控制电动马达的控制单元等。作为燃料电池堆1的辅机，例如能够列举出压缩机22等。
如图2所示，负载装置5还具备以规定的要求电压比对从燃料电池堆1输出的直流电力进行升压的DC/DC转换器6。图2是图1的阳极气体供排装置3的放大图。该DC/DC转换器6配置在燃料电池堆1与电动马达逆变器之间。另外，在本实施方式中，虽然省略了图示，但是高压电池与燃料电池堆1并联地设置于DC/DC转换器6。也可以在该高压电池的输出侧也设置高压电池用的DC/DC转换器。
此外，对负载装置5进行控制的控制单元(未图示)将向燃料电池堆1要求的要求电力输出到控制器10。例如，设置于车辆的加速踏板的踏下量越大，则负载装置5的要求电力越大。
如图1所示，在负载装置5与燃料电池堆1之间配置有电流传感器51和电压传感器52。
电流传感器51连接于燃料电池堆1的正极端子1p与负载装置5之间的电源线。电流传感器51检测出从燃料电池堆1输出到负载装置5的电流来作为燃料电池堆1的输出电力。由电流传感器51检测出的燃料电池堆1的输出电流数据被输出到控制器10。
电压传感器52连接于燃料电池堆1的正极端子1p与正极端子1n之间。电压传感器52对作为燃料电池堆1的正极端子1p与正极端子1n之间的电压的端子间电压进行检测。由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压数据被输出到控制器10。
此外，虽然省略了图示，但是还具备用于检测燃料电池堆1的电解质膜的湿润状态的阻抗测定装置。该阻抗测定装置是用于测定与电解质膜的湿润状态有相关性的燃料电池堆1的内部阻抗的装置。
一般来说，电解质膜的含水量越少、即电解质膜越偏干，则内部阻抗的电阻成分越大。另一方面，电解质膜的含水量越多、即电解质膜越偏湿，则内部阻抗的电阻成分越小。因此，将燃料电池堆1的内部阻抗用作表示电解质膜的湿润状态的参数。
阻抗测定装置向正极端子1p供给具有适于检测燃料电池堆1的内部电阻的频率的交流电流。然后，阻抗测定装置对利用该频率的交流电流在正极端子1p与正极端子1n之间产生的交流电压进行检测，通过用检测出的交流电压的振幅除以供给到正极端子1p的交流电流的振幅来计算出内部阻抗。
在本实施方式中，燃料电池堆1发出与负载装置5的要求相应的电力，根据燃料电池堆1的发电状态来控制燃料电池堆1的内部阻抗、即电解质膜的湿润度。
控制器10由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、输入输出接口(I/O接口)等的微型计算机构成。
流量传感器23、压力传感器24、第一配管压力传感器38、第二配管压力传感器39、电流传感器51以及电压传感器52的各检测数据被输入到控制器10。这些数据被用作与燃料电池系统100的运转状态有关的参数。
控制器10根据燃料电池系统100的运转状态，通过控制压缩机22和阴极压力调节阀26来控制阴极气体的流量和压力，并且通过控制阳极气体阀35、阳极压力调节阀36以及放气阀37来控制阳极气体的流量和压力。
接着，参照图2和图3来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。图3是表示本实施方式的控制方法的时序图。首先，简单说明图2所示的结构。
在本实施方式中，DC/DC转换器6是设置于燃料电池堆1的输出侧的、以规定的要求电压比对燃料电池堆1的输出电压进行升压的升压转换器。虽然省略了图示，但是该DC/DC转换器6包括多个开关元件。在本实施方式中，开关元件在控制器10的控制下进行开关动作，生成用于进行阳极压力调节阀36、放气阀37的开闭控制的PWM信号。所生成的PWM信号被输出到阳极压力调节阀36，基于该PWM信号的占空比来控制阳极压力调节阀36的开闭。
虽然在图1中未示出，但是在阳极压力调节阀36的附近设置有用于检测阳极压力调节阀36的环境温度的温度传感器60。由温度传感器60检测出的阳极压力调节阀36的环境温度数据被输出到控制器10。
在本实施方式中，燃料电池系统100构成为：当开始燃料电池系统100的停止时序时，将第一配管32内的压力即第一配管压力减少到小于规定压力。
“规定压力”是指小于耐久性压力的压力，该耐久性压力为抑制在燃料电池系统100启动时使燃料电池堆1的耐久性恶化的压力。将第一配管32内减压至这种规定压力后停止燃料电池系统100，由此即使在下一次启动时阳极压力调节阀36以大于指令值的开度打开，也不会损伤燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等。此外，下面，根据需要将规定压力和耐久性压力(的最大值)分别设为P0、Pmax来进行说明。
另外，在本实施方式中，在燃料电池系统100启动时，首先，通过向阳极压力调节阀36的未图示的螺线管线圈流通电流来打开阳极压力调节阀36从而对其进行暖机。由此，在燃料电池堆1开始运转之前，能够使阳极压力调节阀36的螺线管线圈的电阻、柱塞的滑动阻力为与通常运转状态相比没有变化的状态。因而，无论是在什么样的启动条件下，都能够满足燃料电池堆1内的阳极气体升压速度的要求并且抑制阳极气体压力的过冲。
在此，参照图4来说明燃料电池系统100停止时的第一配管32内的第一配管压力与第二配管33内的第二配管压力之间的关系。图4是表示燃料电池系统100停止时的第一配管压力与第二配管压力之间的关系的图表。此外，第二配管压力与包括燃料电池堆1在内的到放气阀37为止的压力相同，因此作为将它们整体包括的关系来进行说明。
将第一配管内的体积设为V1，将包括第二配管和燃料电池堆1在内的到放气阀37为止的阳极系统整体(下面称为“第二配管系统”)的体积设为V2，将燃料电池系统100停止时的第一配管压力和第二配管压力分别设为P1、P2，将阳极压力调节阀36打开后的整体的压力设为P3。而且，当将残存于第一配管内的阳极气体以及残存于第二配管系统内的阳极排气设想为理想气体时，如以下那样的关系式成立。
P1×V1+P2×V2＝P3×(V1+V2) (1)
在本实施方式中，该P3只要为燃料电池堆1的耐久性压力(比阳极压力调节阀36更靠下游的耐压)的最大值Pmax以下即可，因此以下的关系式成立。
Pmax×(V1+V2)≥P1×V1+P2×V2 (2)
当对P1进行求解时为以下的关系式。
P1≤{Pmax×(V1+V2)-P2×V2}/V1 (3)
在此，Pmax为在包括燃料电池堆1的燃料电池系统100的设计阶段决定的耐压，因此是固定值，同样地，V1、V2也是固定值。因而，上述式(3)是P1和P2的一次函数，为如图4所示那样的向右下降的图表。
因而，只要在燃料电池系统100停止时进行阳极压力调节阀36和放气阀37的开闭动作、使得第一配管压力P1位于比图4的直线靠下侧的区域即可。由此，能够在燃料电池系统100的下一次启动时遵守燃料电池堆1的耐压。
此外，在上述式(1)～(3)中，将残存的气体设定为理想气体，并且未考虑燃料电池系统100停止后的阳极气体的浓度的变化(例如，因与氧发生反应的阳极气体或从配管泄漏的阳极气体引起的变化)、环境温度的变化。特别是，根据燃料电池系统100的结构不同，还想到了以下情况：当在系统停止后经过某种程度的时间时，残存于第一配管和第二配管系统内的阳极气体浓度下降。因此，只要根据需要来考虑阳极气体浓度、温度等的变化地决定系统停止后的第一配管压力P1即可。
在本实施方式中，为了满足图4的条件，控制器10在燃料电池系统100停止时进行阳极压力调节阀36和放气阀37的开闭控制。下面，利用图3的时序图来说明该控制。
图3是表示从燃料电池系统100的停止时序开始到燃料电池系统100下一次启动时的各部的动作、指令值的图。图3的(a)表示第一配管压力P1和第二配管压力P2的变化。图3的(b)表示阳极压力调节阀36的实际的开度。图3的(c)表示从控制器10对阳极压力调节阀36的占空比指令值。图3的(d)表示阳极气体阀35的实际的开度。
当搭载有燃料电池系统100的车辆的用户关闭(OFF)点火钥匙时，燃料电池系统100进行系统停止时序。此外，在本实施方式中，设利用点火钥匙来进行燃料电池系统100的启动/停止，但是本发明不限于这种结构。例如，在具备开始按钮等来代替点火钥匙的车辆中也能够搭载本发明的燃料电池系统100。
当开始系统停止时序时，为了停止燃料电池堆1，控制器10设置阳极压力调节阀36的指令占空比，输出到阳极压力调节阀36。阳极压力调节阀36基于该指令占空比来进行打开动作。此时，控制器10对放气阀37也进行同样的打开指令，如图3的(a)所示，第一配管压力P1和第二配管压力P2逐渐下降。
之后，控制器10向阳极压力调节阀36输出闭合的占空比指令值，当阳极压力调节阀36闭合时，燃料电池系统100内的燃料电池堆1停止。此时，第一配管压力P1为低于图示的规定压力P0的压力。
此外，在本实施方式中，设在闭合阳极压力调节阀36的定时燃料电池系统100已停止来进行说明，但是燃料电池系统100完全停止的定时不限于该情况。例如，燃料电池系统100也可以在闭合阳极压力调节阀36之后进行规定的停止时序的动作，还可以取而代之地在燃料电池系统100的停止时序完全结束之后打开阳极压力调节阀36和放气阀37，来使第一配管压力P1小于规定压力P0。
之后，在燃料电池系统100的停止过程中，残留于燃料电池堆1内的阳极气体与阴极气体进行反应、或者阳极气体泄漏到系统外，由此第二配管压力P2逐渐下降。
接着，在燃料电池系统100启动时、即搭载有燃料电池系统100的车辆的点火钥匙开启(ON)时，在开始系统启动时序之前，控制器10设定阳极压力调节阀36的指令占空比，输出到阳极压力调节阀36。阳极压力调节阀36基于该指令占空比来进行打开动作。
当阳极压力调节阀36打开时，第一配管32内的阳极气体流入到第二配管33侧，整体上为相同的压力P3(P3<P1)。在燃料电池系统100停止时，第一配管压力P1已经变得小于规定压力P0，因此即使进行阳极压力调节阀36的暖机，燃料电池堆1内也不会变为规定压力P0以上。因而，能够防止燃料电池堆1内的部件损伤等。
接着，参照图5和图6的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。图5是表示本实施方式中的控制器10执行的系统停止处理的流程图。图6是表示本实施方式中的控制器10执行的系统启动处理的流程图。此外，例如按规定的时间间隔(例如，每隔100毫秒)来执行系统停止处理和系统启动处理。
最初说明系统停止处理。在系统停止处理中，控制器10首先判定车辆的用户是否关闭了点火钥匙(步骤S101)。在判定为未关闭点火钥匙的情况下，控制器10结束该系统停止处理。
另一方面，在判定为关闭了点火钥匙的情况下，控制器10打开阳极压力调节阀36(步骤S102)，并且使用第一配管压力传感器38来检测第一配管内的压力、即第一配管压力P1(步骤S103)。
接着，控制器10判定在步骤S103中检测出的第一配管压力P1是否变得小于规定压力P0(步骤S104)。在判定为第一配管压力P1未变得小于规定压力P0的情况下，控制器10重复步骤S103和S104的处理。
另一方面，在判定为第一配管压力P1已变得小于规定压力P0的情况下，控制器10闭合阳极压力调节阀36(步骤S105)，执行燃料电池系统100的系统停止时序(步骤S106)，结束该系统停止处理。此外，只要根据燃料电池系统100的系统结构来利用公知的方法进行系统停止时序即可，因此在此省略其详细的说明。
接着，说明系统启动处理。在系统启动处理中，控制器10首先判定车辆的用户是否开启了点火钥匙(步骤S201)。在判定为未开启点火钥匙的情况下，控制器10结束该系统启动处理。
另一方面，在判定为开启了点火钥匙的情况下，控制器10打开阳极压力调节阀36(步骤S202)。然后，控制器10测量从打开阳极压力调节阀36起的时间，判定是否经过了规定时间(步骤S203)。控制器10直到经过规定时间为止在步骤S203中待机。
在判定为经过了规定时间的情况下，控制器10闭合阳极压力调节阀36(步骤S204)，执行用于使燃料电池堆1启动的启动时序(步骤S205)，结束该系统启动处理。此外，只要根据燃料电池系统100的系统结构来利用公知的方法进行燃料电池堆1的启动时序即可，因此在此省略其详细的说明。
在此，与图3的时序图对应地说明向阳极压力调节阀36的螺线管线圈供给的螺线管电流。图7是与图3的时序图对应的螺线管电流的时序图。图7的(a)～(c)与图3的(a)～(c)相同，因此省略其详细的说明。
图7的(e)表示向阳极压力调节阀36的螺线管线圈供给的螺线管电流。当开始燃料电池系统100的系统停止时序时，控制器10对阳极压力调节阀36输出占空比指令值并且输出螺线管电流的指令值。阳极压力调节阀36基于该占空比指令值和螺线管电流指令值来进行打开动作。
另外，在燃料电池系统100启动时，在开始系统启动时序之前，控制器10设定阳极压力调节阀36的指令占空比和螺线管电流指令值，输出到阳极压力调节阀36。阳极压力调节阀36基于指令占空比和螺线管电流指令值来进行打开动作。
控制器10通过将螺线管电流指令值持续规定时间来对阳极压力调节阀36进行暖机。作为规定时间，例如为1秒～数秒左右。通过像这样向阳极压力调节阀36的螺线管线圈流通规定时间的电流，阳极压力调节阀36的螺线管线圈的电阻、柱塞的滑动阻力与通常运转时为相同程度，因此在之后的系统启动时序中，能够满足燃料电池堆1内的阳极气体升压速度的要求。
此外，在图7的(e)中图示成：与系统停止时序时相比，在阳极压力调节阀36暖机时螺线管电流变大，但是实际上基于由温度传感器60检测的阳极压力调节阀36的环境温度(燃料电池系统100的环境温度)来决定螺线管电流的值。下面，参照图8来简单说明螺线管电流的决定方法。
图8是表示要向阳极压力调节阀36供给的螺线管电流与阳极压力调节阀36的环境温度之间的关系的图表。如图8所示，对螺线管电流设定有用于保证质量的容许最大电流值。另外，呈放射状延伸的多个直线表示各温度下的螺线管电流值。
根据图8可知，环境温度越低，则与规定的暖机时指令值对应的螺线管电流值越高。在本实施方式中，控制器10参照该图表，由此基于由温度传感器60检测的阳极压力调节阀36的环境温度来决定螺线管电流值。
接着，说明阳极压力调节阀36暖机时的阳极气体向第二配管33流入的流入状态。下面，分为第一配管压力P1小于规定压力P0的情况(A区域)以及第一配管压力P1为规定压力P0以上的情况来进行说明。另外，关于第一配管压力P1为规定压力P0以上的情况，进一步分为小于第二规定压力的情况(X区域)以及为第二规定压力以上的情况(B区域)来进行说明。此外，下面，根据需要将第二规定压力设为P2。
首先，说明第一配管压力P1小于规定压力P0的情况。图9表示第一配管压力P1小于规定压力P0的情况下的阳极压力调节阀36暖机时的阳极气体的流入状态。阳极气体流入到第一配管32和第二配管33中以斜线表示的部分。这样，在第一配管压力P1小于规定压力P0的情况下，阳极气体流入至第二配管33的中途。
当停止燃料电池系统100后经过充足的时间时，残留于燃料电池堆1内的阴极气体与阳极气体由于交叉泄漏而相混，燃料电池堆1内的阳极气体流路(未图示)中也存在氧。因此，在阳极压力调节阀36暖机后，在阳极气体供给通路、阳极气体流路中成为存在阳极气体与残留气体(包括阴极气体)的边界面(氢边界)的状态。
在本实施方式中，在燃料电池系统100停止时，在将第一配管压力P1减至小于规定压力P01之后，闭合阳极压力调节阀36，因此即使在阳极压力调节阀36暖机时也不会在燃料电池堆1内产生该边界面(氢边界)。因而，能够有效防止燃料电池堆1内的催化剂劣化等。
接着，说明第一配管压力P1为规定压力P01以上且小于第二规定压力P02的情况。在此，简单说明从燃料电池系统100的系统停止时序开始时到燃料电池系统100下一次启动时的时序图。
图10是第一配管压力P1为规定压力P01以上而停止燃料电池系统100的情况下的时序图。在该情况下，如图10所示，在第一配管压力P1和第二配管压力P2为规定压力P01以上的状态下，燃料电池系统100停止。之后，在燃料电池系统100的停止过程中，残留于燃料电池堆1内的阳极气体与阴极气体进行反应、或者阳极气体泄漏到系统外，由此第二配管压力P2逐渐下降。
然而，第一配管压力P1几乎不变化，因此在阳极压力调节阀36暖机时，包括第一配管32和第二配管33的从阳极压力调节阀36到放气阀37的阳极系统的整体的压力为规定压力P01以上。
图11是表示第一配管压力P1为规定压力P01以上的情况下的阳极压力调节阀36暖机时的阳极气体的流入状态的图。阳极气体流入到第一配管32、第二配管33以及燃料电池堆1中以斜线表示的部分。在该情况下，如图11所示，残留气体与阳极气体的边界面(氢边界)存在于燃料电池堆1内。因此，在阳极电极侧形成以燃料电池堆1内的阳极气体流路的上游为阳极电极、以下游为阴极电极的局部电池。在边界面(氢边界)附近，阳极气体与阴极气体进行反应，由此燃料电池堆1内的催化剂层的碳劣化。
因而，通过如本实施方式的燃料电池系统100那样在燃料电池系统100停止时使第一配管压力P1小于规定压力P01，能够防止产生这种问题。
接着，说明第一配管压力P1为第二规定压力P02以上的情况。图12是表示第一配管压力P1为第二规定压力P02以上的情况下的阳极压力调节阀36暖机时的阳极气体的流入状态的图。阳极气体流入到第一配管32、第二配管33、燃料电池堆1以及阳极气体排出通路34中以斜线表示的部分。
在该情况下，残留气体与阳极气体的边界面存在于阳极气体排出通路34上。因而，不会产生如上所述的因阳极气体与阴极气体的反应引起的催化剂劣化等问题。在本实施方式中，也可以将第一配管压力P1调整为第二规定压力P02以上，来代替将第一配管压力P1调整为小于规定压力P01。此外，在该情况下，第二规定压力P02也被设定为小于耐久性压力(的最大值)Pmax的压力，该耐久性压力为能够抑制在燃料电池系统100启动时使燃料电池堆1的耐久性恶化的压力。
在此，说明上述的第一配管32的体积V1同第二配管系统的体积V2的体积比V2/V1与上述各区域A、B及X之间的关系。图13是表示第一配管32同第二配管系统的体积比V2/V1与规定压力P01及第二规定压力P02之间的关系的图表。
在规定压力处于A区域和B区域的情况下，阳极气体与残留气体的边界面不存在于燃料电池堆1内，因此只要将燃料电池系统100设计成使体积比V2/V1收敛于图13所示的纵线部分即可。此外，2个区域A、B之间的区域表示X区域，A区域与规定压力P01对应，B区域与第二规定压力P02对应。此外，B区域的上限表示耐久性压力的最大值Pmax。
另外，在本实施方式中，考虑燃料电池系统100启动时的燃料电池堆1的氢保持性能，将Pmin设定为规定压力的下限值。该“氢保持性能”是指用于在燃料电池系统100下一次启动时使燃料电池堆1内的电极反应高效地发生的条件。
即，规定压力只要为与在使燃料电池系统100停止之后应该残留在燃料电池堆1内的阳极气体量对应的压力(下限压力)Pmin以上即可。因此，在图13中，将A区域的小于下限压力Pmin的部分从纵线部分排除。
在本实施方式中，以使像这样设定规定压力的方式构成燃料电池系统100，因此无论在什么样的启动条件下都能够确保氢保持性能，并且能够满足燃料电池堆1内的阳极气体升压速度的要求且抑制阳极气体压力的过冲。另外，规定压力是将燃料电池堆1的耐久性压力也满足的压力，因此能够有效防止燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等的损伤。
考虑图13的区域，如图14所示，图4的第一配管压力与第二配管压力之间的关系的一部分被排除。图14是表示燃料电池系统停止时的第一配管压力P1与第二配管压力P2之间的关系的另一图表。图14所示的斜线部分是第一配管压力P1和第二配管压力P2满足本实施方式的条件的区域。
如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100向燃料电池堆1(燃料电池)供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池堆1发电，该燃料电池系统100构成为具备：高压罐31，其将要向燃料电池堆1供给的阳极气体以高压进行贮存；阳极气体供给通路，其用于从高压罐31向燃料电池堆1供给阳极气体，包括第一配管32和第二配管33；阳极压力调节阀36，其设置在阳极气体供给通路上，对燃料电池堆1的阳极气体压力进行调节；阳极气体阀35，其设置在高压罐31与阳极压力调节阀36之间，对阳极压力调节阀36的源压力进行调节；以及作为阀控制部而发挥功能的控制器10，其基于燃料电池系统100的运转状态来控制阳极压力调节阀36和阳极气体阀35的开闭，其中，在使燃料电池系统100停止之前，控制器10在闭合阳极气体阀35之后，对阳极压力调节阀36进行控制使得第一配管压力P1变得小于规定压力，之后闭合阳极压力调节阀36，该第一配管压力P1是阳极气体供给通路上的阳极气体阀35与阳极压力调节阀36之间的第一配管32内的压力，在燃料电池系统100启动时，控制器10打开阳极压力调节阀36，规定压力小于在燃料电池系统100启动时使燃料电池堆1的耐久性恶化的压力。本实施方式的燃料电池系统100这样构成，因此起到如以下那样的作用/效果。
即，在本实施方式的燃料电池系统100中，构成为使系统停止时的阳极气体供给通路内的第一配管32的压力即第一配管压力P1为小于耐久性压力的最大值Pmax的规定压力(小于使燃料电池堆1的耐久性恶化的压力的压力)，因此即使在系统启动时打开阳极压力调节阀36以对阳极压力调节阀36进行暖机时，也能够有效防止燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等损伤。
在本实施方式的燃料电池系统100中，规定压力只要是使得在燃料电池系统100启动时打开阳极压力调节阀36时第一配管32内的阳极气体与阳极压力调节阀36同燃料电池堆1之间的第二配管33内的残留气体的边界面处于燃料电池堆1之外(即，不留在燃料电池堆1内)的压力即可。即，在上述实施方式中，规定压力只要是形成如图9或图12所示的状态的压力即可。当处于阳极气体与残留气体(包括阴极气体)的边界面(氢边界)存在于燃料电池堆1内的状态时，在阳极电极侧形成以燃料电池堆1内的阳极气体流路的上游为阳极电极、以下游为阴极电极的局部电池。在边界面(氢边界)附近，阳极气体与阴极气体进行反应，由此燃料电池堆1内的催化剂层的碳劣化。通过像这样设定规定压力，能够有效防止燃料电池堆1内的催化剂层的劣化等。
在本实施方式的燃料电池系统100中，规定压力只要为燃料电池系统100启动时所需的压力(即，使燃料电池系统100启动所需的压力)以上即可。由此，不会对如上所述的氢保持性能造成影响。
另外，在本实施方式的另一方式中，燃料电池系统100向燃料电池堆1供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池堆1发电，该燃料电池系统100构成为具备：高压罐31，其将要向燃料电池堆1供给的阳极气体以高压进行贮存；阳极气体供给通路，其用于从高压罐31向燃料电池堆1供给阳极气体，包括第一配管32和第二配管33；阳极压力调节阀36，其设置在阳极气体供给通路上，对燃料电池堆1的阳极气体压力进行调节；阳极气体阀35，其设置在高压罐31与阳极压力调节阀36之间，对阳极压力调节阀36的源压力进行调节；以及作为阀控制部而发挥功能的控制器10，其基于燃料电池系统100的运转状态来控制阳极压力调节阀36和阳极气体阀35的开闭，其中，在燃料电池系统100的运转中，控制器10将阳极气体供给通路上的阳极气体阀35与阳极压力调节阀36之间的第一配管32内的压力即第一配管压力P1控制为规定的运转压力，在使燃料电池系统100停止之前，控制器10在闭合阳极气体阀35之后，将第一配管压力P1减至比规定的运转压力低的规定压力后闭合阳极压力调节阀36，并且，在燃料电池系统100启动时，控制器10打开阳极压力调节阀36。这样，在燃料电池系统100停止时，使第一配管压力P1下降为比规定的运转压力低的规定压力，因此与上述同样地，即使在系统启动时打开阳极压力调节阀36以对阳极压力调节阀36进行暖机时，也能够有效防止燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等损伤。
在本实施方式的燃料电池系统100中，在燃料电池系统100启动时，向阳极压力调节阀36供给的电流指令值只要是使得在能够使用阳极压力调节阀36的使用条件中电阻最小的状况(通常使用环境中温度最低的状况)下也形成阳极压力调节阀36的保证范围内的电流的指令值即可。例如，在使燃料电池系统100零下启动的情况下，为了对阳极压力调节阀36进行暖机而向阳极压力调节阀36的螺线管线圈流通电流，但是螺线管线圈的电阻、柱塞的滑动阻力变小。因此，当施加通常的电压值的电压时，电流值变大。而且，如果变为流通阳极压力调节阀36的规格范围外的电流的状况，则有可能使阳极压力调节阀36损伤。因此，在本实施方式中，在阳极压力调节阀36暖机时，使用避免使向螺线管线圈流通的电流为规定值以上的指令值。
在本实施方式的燃料电池系统100中，构成为：在燃料电池系统100启动时，控制器10向阳极压力调节阀36供给电流，在经过了规定时间时结束电流的供给。这样，只要如下即可：通过向阳极压力调节阀36流通规定时间的电流，控制器10判断为阳极压力调节阀36的暖机已完成，结束电流供给。此外，“规定时间”只要预先通过实验等来设定即可。在此，当为了对阳极压力调节阀36进行暖机而流通电流时，电流流过螺线管线圈而变暖，由此电阻逐渐变高。因此，电流逐渐下降，因此也能够对该状态进行确认来判断暖机的完成。
此外，在上述的实施方式中，虽然省略了图示，但是在燃料电池系统100的强电系统的装置启动后只要在使用DC/DC转换器6来向阳极压力调节阀36供给电流的状态下实施阳极压力调节阀36的暖机结束判定即可。这样，在燃料电池系统100的强电启动时序工作后，基于向阳极压力调节阀36供给的电流值来判定阳极压力调节阀36的暖机的结束。为了提高阳极压力调节阀36的暖机时间(上述“规定时间”)的判定精度，可以使电源电压稳定到固定后再进行判定。因此，只要在DC/DC转换器6启动后对暖机的结束进行判定即可。此外，在从未图示的弱电电池供给电流的情况下，由于弱电电池的电压根据环境温度等而发生变动，因此认为基于向阳极压力调节阀36流通的电流进行的暖机判定的可靠性低。在本实施方式中，进一步考虑安全性，借助DC/DC转换器6来向阳极压力调节阀36供给电流。
在上述的实施方式中，虽未具体说明，但是也能够使用用于检测阳极压力调节阀36的环境温度的温度传感器60来进行暖机完成的判定。即，也可以是，当开始阳极压力调节阀36的暖机时，使用温度传感器60来测量阳极压力调节阀36的环境温度，以该环境温度变为规定温度以上为条件，来判定暖机结束。
当为了打开阳极压力调节阀36而流通电流时，内部的螺线管线圈发热，环境温度上升。也可以基于该环境温度的上升来判定阳极压力调节阀36的暖机的完成。在该情况下，不仅根据环境温度变为规定温度以上这一情况，例如根据从暖机开始前就上升了固定温度这一情况也能够判定暖机的结束。由此，即使在无法测量电流值的状况下，也能够确认阳极压力调节阀36的异常发热，能够防止这种状况的产生。
在上述的实施方式中，虽未具体说明，但是也可以使用用于检测阳极压力调节阀36的环境温度的温度传感器60来判定是否需要阳极压力调节阀36的暖机。在该情况下，只要如下那样构成即可：通过温度传感器60来检测阳极压力调节阀36暖机前的温度，在检测出的环境温度小于规定温度的情况下，在燃料电池系统100启动时，实施阳极压力调节阀36的暖机。通过像这样构成，在不需要进行阳极压力调节阀36的暖机的情况下不实施该暖机，由此能够防止无用地使用燃料电池系统100的电力，并且能够缩短燃料电池系统100的启动时间。
此外，预先通过实验等来决定该情况下的“规定温度”。即，只要如下即可：通过实验来获取启动时的环境温度、外部大气温度与此时的螺线管线圈的电阻、控制精度(过冲量)之间的关系，将容许的温度设为规定温度。考虑控制精度是由于：螺线管线圈的电阻、柱塞的滑动阻力根据环境温度而发生变化，对阳极压力调节阀36的开度造成影响。
另外，在上述的实施方式中，设置用于检测阳极压力调节阀36的环境温度的温度传感器60，但是也可以使用检测外部大气温度的外部大气温传感器、检测用于冷却燃料电池堆1的冷却水的温度的冷却水温传感器等来代替。
(第二实施方式)
下面，关于本发明的第二实施方式，以第二实施方式与第一实施方式的不同点为主来进行说明。此外，燃料电池系统100的整体结构相同，因此使用图1和图2来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
在上述第一实施方式中，不是在阳极压力调节阀36的暖机结束后使第一配管32内的压力即第一配管压力P1上升为通常运转时的压力，而是在系统启动时序内的规定的定时执行该上升。在本实施方式中构成为：在系统启动处理中，使第一配管32内的压力上升为通常运转时的压力。
图15是表示第二实施方式中的燃料电池系统的停止/启动方法的时序图。图15的(a)～(c)与图3的(a)～(c)相同，因此省略其详细的说明。图15的(f)表示阳极气体阀35的开度。在燃料电池系统100启动时，进行阳极压力调节阀36的暖机，在该暖机结束后打开阳极气体阀35，将第一配管32内的压力即第一配管压力P1升至规定的运转压力。由此，能够使燃料电池系统100的启动时间缩短，并且能够通过阳极压力调节阀36来确保压力调节精度。
此外，虽然在第一实施方式中没有具体说明，但是高压罐31内贮存的阳极气体的压力例如为70MPa(兆帕斯卡)左右，阳极气体阀35与阳极压力调节阀36之间的第一配管压力P1例如为2MPa～4MPa左右，由阳极压力调节阀36调压的第二配管压力P2例如为200kPa左右。
接着，说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作。此外，系统停止处理与图5的流程图相同，因此仅说明系统启动处理。
图16是表示本实施方式中的控制器10执行的系统启动处理的流程图。对与图6的流程图相同的步骤标注相同的步骤号。
在系统启动处理中，控制器10首先判定车辆的用户是否开启了点火钥匙(步骤S201)。在判定为未开启点火钥匙的情况下，控制器10结束该系统启动处理。
另一方面，在判定为开启了点火钥匙的情况下，控制器10打开阳极压力调节阀36(步骤S202)。然后，控制器10测量从打开阳极压力调节阀36起的时间，判定是否经过了规定时间(步骤S203)。控制器10直到经过规定时间为止在步骤S203中待机。
在判定为经过了规定时间的情况下，控制器10闭合阳极压力调节阀36(步骤S204)，在阳极压力调节阀36完全闭合后，打开阳极气体阀35(步骤S301)。然后，控制器10对第一配管32内的压力即第一配管压力P1进行监视。
接着，控制器10判定第一配管压力P1是否已变为规定的运转压力以上(步骤S302)。控制器10直到第一配管压力P1变为规定的运转压力以上为止在步骤S302中待机。
然后，在判定为第一配管压力P1已变为规定的运转压力以上的情况下，控制器10闭合阳极气体阀35(步骤S303)，执行用于使燃料电池堆1启动的启动时序(步骤S205)，结束该系统启动处理。此外，只要根据燃料电池系统100的系统结构来利用公知的方法进行燃料电池堆1的启动时序即可，因此在此省略其详细的说明。
如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100构成为：在燃料电池系统100启动时，控制器10打开阳极压力调节阀36，在经过规定时间后闭合阳极压力调节阀36，之后通过打开阳极气体阀35来将第一配管压力P1设定为规定的运转压力，在闭合阳极气体阀35之后，实施燃料电池堆1的启动。由此，除了上述第一实施方式中的效果以外，通过将第一配管压力P1升至中压，能够确保阳极压力调节阀36的压力调节精度。
此外，当维持第一配管32内的阳极气体压力低的状态地启动燃料电池堆1时，启动时的升压速度会变慢，有可能对阳极气体压力的反馈控制造成影响。因此，在本实施方式中，阳极压力调节阀36暖机后迅速地将第一配管压力P1升至中压。
(第三实施方式)
下面，关于本发明的第三实施方式，以第三实施方式与第二实施方式的不同点为主来进行说明。此外，燃料电池系统100的整体结构相同，因此使用图1和图2来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式和第二实施方式相同的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
在上述第二实施方式中，当确认了点火钥匙已被开启时，在燃料电池堆1启动前打开和闭合阳极压力调节阀36，由此对阳极压力调节阀36进行暖机。在本实施方式中，构成为对第一配管压力P1进行确认，来决定是否进行阳极压力调节阀36的暖机。
说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作。此外，系统停止处理与图5的流程图相同，因此仅说明系统启动处理。
图17是表示第三实施方式中的控制器10执行的系统启动处理的流程图。对与图6和图16的流程图相同的步骤标注相同的步骤号。
在系统启动处理中，控制器10首先判定车辆的用户是否开启了点火钥匙(步骤S201)。在判定为未开启点火钥匙的情况下，控制器10结束该系统启动处理。
另一方面，在判定为开启了点火钥匙的情况下，控制器10基于第一配管压力传感器38的检测值来判定第一配管压力P1是否小于耐久性压力(步骤S401)。在第一配管压力P1不小于耐久性压力的情况下、即在第一配管压力P1为耐久性压力以上的情况下，若直接对阳极压力调节阀36进行暖机，则有可能会使燃料电池堆1的耐久性恶化。因此，在判定为第一配管压力P1不小于耐久性压力的情况下，控制器10使暖机NG标志为开启(步骤S402)，执行燃料电池堆启动处理(步骤S205)，结束该系统启动处理。
此外，虽然与上述的第一实施方式及第二实施方式同样地省略了图示，但是在暖机NG标志被设定为开启的情况下，在燃料电池堆启动处理中，控制器10只要如下即可：设定比基于由压力传感器39检测出的燃料电池堆1内的阳极气体流路的压力而得到的启动时的目标压力小的目标压力，根据该设定值来打开阳极压力调节阀36。由此，无法进行阳极压力调节阀36的暖机，但是能够防止使燃料电池堆1的耐久性恶化。
另一方面，控制器10在判定为第一配管压力P1小于耐久性压力的情况下，打开阳极压力调节阀36(步骤S202)。然后，控制器10测量从打开阳极压力调节阀36起的时间，判定是否经过了规定时间(步骤S203)。控制器10直到经过规定时间之前在步骤S203中待机。
在判定为经过了规定时间的情况下，控制器10闭合阳极压力调节阀36(步骤S204)，在阳极压力调节阀36完全闭合后打开阳极气体阀35(步骤S301)。然后，控制器10对第一配管32内的压力即第一配管压力P1进行监视。
接着，控制器10判定第一配管压力P1是否已变为规定的运转压力以上(步骤S302)。控制器10直到第一配管压力P1变为规定的运转压力以上为止在步骤S302中待机。
然后，在判定为第一配管压力P1已变为规定的运转压力以上的情况下，控制器10闭合阳极气体阀35(步骤S303)，执行用于使燃料电池堆1启动的启动时序(步骤S205)，结束该系统启动处理。此外，只要根据燃料电池系统100的系统结构来利用公知的方法进行燃料电池堆1的启动时序即可，因此在此省略其详细的说明。
如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100构成为：在使燃料电池系统100启动之前的第一配管压力P1为耐久性压力以上的情况下，在燃料电池系统100启动时，不实施阳极压力调节阀36的打开、即不实施阳极压力调节阀36的暖机。特别是，在由于Fail(失败)等而燃料电池系统100停止的情况等、第一配管压力P1为规定压力以上的情况下，存在损伤燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等的担忧。另外，当打开阳极压力调节阀36时，还有可能在燃料电池堆1内产生阳极气体与残留气体的边界面(氢边界)。在本实施方式中，通过像这样构成燃料电池系统100，能够有效防止产生这些不良状况。
(第四实施方式)
下面，关于本发明的第四实施方式，以第四实施方式与第一实施方式的不同点为主来进行说明。在本实施方式中，燃料电池系统100的整体结构不同，因此使用图18来说明燃料电池系统100'的结构。图18是表示第四实施方式中的燃料电池系统100'的整体结构的图。在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
在上述第一实施方式～第三实施方式中，在阳极气体非循环型的燃料电池系统中执行了本发明的控制方法。在本实施方式中，在阳极气体循环型的燃料电池系统中执行这些控制方法。
图18是表示第四实施方式中的燃料电池系统100'的整体结构的图。如图18所示，本实施方式的燃料电池系统100'是阳极气体循环型的燃料电池系统。
阳极气体供排装置3是向燃料电池堆1供给阳极气体、并且使从燃料电池堆1排出的阳极排气循环到燃料电池堆1的装置。
阳极气体供排装置3包括高压罐31、阳极气体供给通路上的第一配管32和第二配管33、阳极气体循环通路40、阳极气体阀35、阳极压力调节阀36、放气阀37、引射器42以及阳极循环泵41。此外，虽未进行图示，但是在阳极气体循环通路40上设置有气液分离装置，该气液分离装置用于将阳极气体循环通路40内的阳极排气与通过电极反应产生的水蒸气冷凝后生成的水(液水)进行分离。
阳极气体循环通路40是使从燃料电池堆1排出的阳极排气循环到阳极气体供给通路的通路。阳极气体循环通路40的一端与燃料电池堆1的阳极气体出口孔连接，另一端与引射器42的吸引口连接。
引射器42设置在阳极压力调节阀36与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路上。引射器42是设置于阳极气体循环通路40与阳极气体供给通路合流的部分处的机械式泵。通过在阳极气体供给通路上设置引射器42，能够以简易的结构来使阳极排气循环到燃料电池堆1。
引射器42使从阳极压力调节阀36供给的阳极气体的流速加速来产生负压，由此吸引来自燃料电池堆1的阳极排气。引射器42将所吸引到的阳极排气与从阳极压力调节阀36供给的阳极气体一起喷出到燃料电池堆1。
引射器42例如包括使开口从阳极压力调节阀36向燃料电池堆1缩窄的圆锥状的喷嘴以及具备从燃料电池堆1吸引阳极排气的吸引口的扩散器。此外，在本实施方式中，将引射器42用作阳极气体供给通路与阳极气体循环通路40的合流部件，但是也可以单纯使阳极气体循环通路40与阳极气体供给通路合流。
阳极循环泵41设置在阳极气体循环通路40上。阳极循环泵41借助引射器42来使阳极排气循环到燃料电池堆1。阳极循环泵41的转速由控制器10来控制。由此，调整在燃料电池堆1中循环的阳极排气的流量。
在本实施方式中，只要如下即可：基于将第二配管33和阳极气体循环通路40合在一起而成的第二配管系统的体积与第一配管32内的体积的体积比来决定规定压力，使得规定压力处于如图13所示的图表的斜线部分的A区域。此外，也能够设定B区域的规定压力，想到了以下情况：在阳极压力调节阀36暖机时，借助引射器42，阳极气体还流入到阳极气体循环装置40侧。因此，只要通过实验等对该行为进行确认来设定B区域即可。
此外，在本实施方式中，第二配管系统的体积相应地变大，因此还想到了利用阳极气体循环通路40。即，也可以是，在为了对阳极压力调节阀36进行暖机而打开阳极压力调节阀36的同时使阳极循环泵41启动，由此积极地使残留气体与阳极气体混合，使阳极气体与残留气体的边界面(氢边界)消失。由此，能够有效防止在燃料电池堆1内产生该边界面，能够防止损伤燃料电池堆1内的各电极、电解质膜等。
在本实施方式的燃料电池系统100'中，也执行上述的第一实施方式～第三实施方式的系统停止处理和系统启动处理，由此能够起到与上述的实施方式同样的效果。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的保护范围限定为上述实施方式的具体结构。另外，也可以省略第一实施方式的一部分，还可以根据需要来将上述的实施方式适当组合。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，向燃料电池供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池发电，所述燃料电池系统具备：
高压罐，其将要向所述燃料电池供给的阳极气体以高压进行贮存；
阳极气体供给通路，其用于从所述高压罐向所述燃料电池供给阳极气体；
阳极压力调节阀，其设置在所述阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；
阳极气体阀，其设置于所述高压罐与所述阳极压力调节阀之间，对该阳极压力调节阀的源压力进行调节；以及
阀控制部，其基于所述燃料电池系统的运转状态来控制所述阳极压力调节阀和所述阳极气体阀的开闭，
其中，在使所述燃料电池系统停止之前，所述阀控制部在闭合所述阳极气体阀之后，对所述阳极压力调节阀进行控制使得第一配管压力变得小于规定压力，之后闭合所述阳极压力调节阀，该第一配管压力是所述阳极气体供给通路上的所述阳极气体阀与所述阳极压力调节阀之间的第一配管内的压力，
在所述燃料电池系统启动时，所述阀控制部打开所述阳极压力调节阀，
所述规定压力小于在所述燃料电池系统启动时使所述燃料电池的耐久性恶化的压力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定压力是使得在所述燃料电池系统启动时打开所述阳极压力调节阀时所述第一配管内的阳极气体与第二配管内的气体的边界面处于所述燃料电池之外的压力，其中，所述第二配管是所述阳极压力调节阀与所述燃料电池之间的配管。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定压力为所述燃料电池系统启动时所需的压力以上。
4.一种燃料电池系统，向燃料电池供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池发电，所述燃料电池系统具备：
高压罐，其将要向所述燃料电池供给的阳极气体以高压进行贮存；
阳极气体供给通路，其用于从所述高压罐向所述燃料电池供给阳极气体；
阳极压力调节阀，其设置在所述阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；
阳极气体阀，其设置于所述高压罐与所述阳极压力调节阀之间，对该阳极压力调节阀的源压力进行调节；以及
阀控制部，其基于所述燃料电池系统的运转状态来控制所述阳极压力调节阀和所述阳极气体阀的开闭，
其中，在所述燃料电池系统的运转中，所述阀控制部将第一配管压力控制为规定的运转压力，该第一配管压力是所述阳极气体供给通路上的所述阳极气体阀与所述阳极压力调节阀之间的第一配管内的压力，
在使所述燃料电池系统停止之前，所述阀控制部在闭合所述阳极气体阀之后，将所述第一配管压力减至比所述规定的运转压力低的规定压力后闭合所述阳极压力调节阀，并且，在所述燃料电池系统启动时，所述阀控制部打开所述阳极压力调节阀。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料电池系统启动时，向所述阳极压力调节阀供给的电流指令值是使得在能够使用所述阳极压力调节阀的使用条件中电阻最小的状况下也形成所述阳极压力调节阀的保证范围内的电流的指令值。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料电池系统启动时，所述阀控制部向所述阳极压力调节阀供给电流，在经过了规定时间时结束该电流的供给。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料电池系统启动时，所述阀控制部打开所述阳极压力调节阀，在经过规定时间后闭合所述阳极压力调节阀，之后通过打开所述阳极气体阀来将所述第一配管压力设定为规定的运转压力，在闭合所述阳极气体阀之后，实施所述燃料电池的启动。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在使所述燃料电池系统启动之前的所述第一配管压力为所述规定压力以上的情况下，在所述燃料电池系统启动时不实施所述阳极压力调节阀的打开。
9.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统向燃料电池供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池发电，
所述燃料电池系统具备：
高压罐，其将要向所述燃料电池供给的阳极气体以高压进行贮存；
阳极气体供给通路，其用于从所述高压罐向所述燃料电池供给阳极气体；
阳极压力调节阀，其设置在所述阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；以及
阳极气体阀，其设置于所述高压罐与所述阳极压力调节阀之间，对该阳极压力调节阀的源压力进行调节，
所述燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：
在使所述燃料电池系统停止之前，在闭合所述阳极气体阀之后，通过所述阳极压力调节阀来将第一配管压力调节为规定压力，之后闭合所述阳极压力调节阀，该第一配管压力是所述阳极气体供给通路上的所述阳极气体阀与所述阳极压力调节阀之间的第一配管内的压力；以及
在所述燃料电池系统启动时，打开所述阳极压力调节阀后闭合所述阳极压力调节阀，
其中，所述规定压力小于耐久性压力，该耐久性压力为抑制在所述燃料电池系统启动时使所述燃料电池的耐久性恶化的压力。
10.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统向燃料电池供给阳极气体和阴极气体来使该燃料电池发电，
所述燃料电池系统具备：
高压罐，其将要向所述燃料电池供给的阳极气体以高压进行贮存；
阳极气体供给通路，其用于从所述高压罐向所述燃料电池供给阳极气体；
阳极压力调节阀，其设置在所述阳极气体供给通路上，对燃料电池的阳极气体压力进行调节；以及
阳极气体阀，其设置于所述高压罐与所述阳极压力调节阀之间，对该阳极压力调节阀的源压力进行调节，
所述燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：
在所述燃料电池系统的运转中，将第一配管压力控制为规定的运转压力，该第一配管压力是所述阳极气体供给通路上的所述阳极气体阀与所述阳极压力调节阀之间的第一配管内的压力；
在使所述燃料电池系统停止之前，在闭合所述阳极气体阀之后，将所述第一配管压力减至比所述规定的运转压力低的规定压力后闭合所述阳极压力调节阀；以及
在所述燃料电池系统启动时，打开所述阳极压力调节阀。
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