CN108370051A - 燃料电池系统、及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

燃料电池系统、及燃料电池系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的燃料电池系统，具备：氧化剂供给装置，其向燃料电池供给氧化剂气体；燃料通路，其向燃料电池流通燃料气体；燃料供给装置，其设于燃料通路；燃烧器，其将从燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气燃烧并排出。该燃料电池系统的控制方法包含：向燃料电池供给燃料气体及氧化剂气体而使燃料电池进行发电的发电控制步骤；在停止燃料电池系统的情况下，停止燃料气体向燃料电池的供给，基于燃料电池系统的未燃燃料气体量向燃烧器供给氧化剂气体的停止控制步骤。

Description

燃料电池系统、及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及将从燃料电池排出的燃料气体燃烧并排出的燃料电池系统、及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
美国专利申请公开第2014/0113162号说明书中记载了，在停止燃料电池系统的情况下，为了防止燃料电池的阳极的氧化，将阳极流路保持在还原性气体环境中。
已知在上述那样的燃料电池系统中，在停止燃料电池的运转的情况下，停止向燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体。但是，燃料气体的供给停止后，在燃料电池系统的内部滞留用于燃料电池的发电之前的未燃燃料气体。因此，存在如下问题，在燃料电池系统的下一次起动时，重新将燃料气体向燃料电池供给时，将未燃燃料气体向大气排出。
发明内容
本发明是着眼于这种问题点而设立的。本发明的目的在于提供一种抑制未燃燃料气体自燃料电池系统排出的燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。
本发明一方面，燃料电池系统具备：向燃料电池供给氧化剂气体的氧化剂供给装置、向所述燃料电池供给燃料气体的燃料供给装置、使从所述燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气燃烧并将其排出的燃烧器。该燃料电池系统的控制方法包括：发电控制步骤，向所述燃料电池供给燃料气体及氧化剂气体而使所述燃料电池进行发电；停止控制步骤，在使所述燃料电池系统停止的情况下，停止燃料气体向所述燃料电池的供给，基于所述燃料电池系统的未燃燃料气体量向所述燃烧器供给氧化剂气体。
根据本发明的一方面，向燃烧器供给与停止供给燃料气体后滞留在燃料电池系统中的未燃燃料气体量相应的流量的空气，因此，能够抑制燃烧器中的温度降低或空气不足等引起的未燃燃料气体的不完全燃烧的发生。因此，能够抑制从燃料电池系统排出的未燃燃料气体的量。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的燃料电池系统的主要构成的框图；
图2是表示第一实施方式中的燃料电池系统的停止方法之一例的流程图；
图3是表示本发明第二实施方式的燃料电池系统的停止方法之一例的流程图；
图4是表示燃料电池系统的停止方法之另一例的流程图；
图5是在燃料电池系统停止时基于燃料电池的温度向燃料通路供给氧化剂气体时的时间图；
图6是表示燃料电池系统的停止方法之另一例的流程图；
图7是在燃料电池系统停止时基于燃料通路的压力向燃料通路供给氧化剂气体时的时间图；
图8是表示本发明第三实施方式中的燃料电池系统的主要构成的框图；
图9是表示燃料电池系统的起动方法之一例的流程图；
图10是表示燃料电池系统的停止方法之一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明第一实施方式的燃料电池系统10的主要构成的框图。
本实施方式的燃料电池系统10是固体氧化物型燃料电池系统。燃料电池系统10具备：向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料气体)的燃料供给系统2、向燃料电池堆1供给阴极气体(氧化剂气体)的氧化剂供给系统3。另外，燃料电池系统10还具备：将从燃料电池堆1排出的阳极废气(燃料废气)及阴极废气(氧化剂废气)向外部排出的排气系统4、从燃料电池堆1取出电力并确保负荷的驱动力的驱动系统5、控制燃料电池系统10中的整体动作的控制部6。
燃料电池堆1是固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid oxide fuel Cell)。燃料电池堆1是将利用阳极(燃料极)及阴极(空气极)夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层而构成的多个电池进行了叠层的电池堆。
向燃料电池堆1的阳极供给由改质器26进行了改质的阳极气体，向燃料电池堆1的阴极供给作为阴极气体含有氧的空气。在燃料电池堆1中，使包含于阳极气体中的氢与包含于阴极气体中的氧反应而进行发电，并且将在反应后生成的阳极废气和阴极废气向外部排出。
因此，在形成于燃料电池堆1的两极的歧管上连接构成阳极气体流通的通路的阳极气体供给通路22及阳极气体排出通路29、和构成阴极气体流通的通路的阴极气体供给通路33及阴极气体排出通路39。
阳极气体供给通路22是向燃料电池堆1供给阳极气体的路径，阳极气体排出通路29是将从燃料电池堆1排出的阳极废气导入排气燃烧器40的路径。另外，阴极气体供给通路33是向燃料电池堆1供给阴极气体的路径，阴极气体排出通路39是将从燃料电池堆1排出的阴极废气导入排气燃烧器40的排气通路。
燃料供给系统2是向燃料电池堆1供给阳极气体的燃料供给装置。
燃料供给系统2包含燃料箱20、泵21、阳极气体供给通路22、燃料供给阀23、蒸发器24、热交换器25、改质器26。
燃料箱20存储包含燃料的液体。在燃料箱20中存储例如由混合了乙醇和水的液体构成的改质用燃料。
泵21吸引改质用燃料并以一定的压力向燃料供给系统2供给改质用燃料。
阳极气体供给通路22是向燃料电池堆1流通阳极气体的燃料通路。在阳极气体供给通路22中设有燃料供给阀23、蒸发器24、热交换器25及改质器26。
燃料供给阀23将从泵21供给的改质用燃料向喷嘴23a供给且利用喷嘴23a向蒸发器24喷射。
蒸发器24利用从排气燃烧器40排气的废气的热使改质用燃料气化。
热交换器25被从排气燃烧器40供给热，为了将气化的改质用燃料在改质器26中进行改质而进一步进行加热。
改质器26通过催化剂反应将改质用燃料改质成包含氢的阳极气体并向燃料电池堆1的阳极供给。在本实施方式的改质器26中，进行使用水蒸气将燃料改质的水蒸气改质。为了进行水蒸气改质，相对于改质用燃料所包含的1摩尔(mol)的碳(C)，至少需要2摩尔的水蒸气(S)。而且，在改质器26中，水蒸气改质所需的水蒸气不足的状况下，进行代替水蒸气而使用空气将燃料燃烧并改质的部分氧化改质。
在位于改质器26与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路22中设有压力传感器61和温度传感器62。
压力传感器61检测向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力。本实施方式的压力传感器61检测阳极气体供给通路22的压力。以下，压力传感器61的检测值称为“堆入口阳极压力”。由压力传感器61检测的堆入口阳极压力向控制部6输出。
温度传感器62检测向燃料电池堆1供给的阳极气体的温度。以下，温度传感器62的检测值称为“堆入口温度”。由温度传感器62检测的堆入口温度向控制部6输出。
对位于燃料电池堆1与排气燃烧器40之间的阳极气体排出通路29也设有温度传感器63。温度传感器63检测从燃料电池堆1排出的阳极废气的温度。以下，温度传感器63的检测值称为“堆出口温度”。由温度传感器63检测的堆出口温度向控制部6输出。
氧化剂供给系统3是向燃料电池堆1供给氧化剂气体的氧化剂供给装置。
氧化剂供给系统3包含过滤器30、空气吸入通路31、压缩机32、阴极气体供给通路33、阴极流量控制阀34、加热装置35、改质温度控制空气通路311、燃烧器空气控制阀312。另外，氧化剂供给系统3还包含氧化改质通路331和阳极系空气供给阀341。
过滤器30除去外气的异物并将该外气导入燃料电池系统10的内部。
空气吸入通路31是将由过滤器30除去了异物的空气通向压缩机32的通路。空气吸入通路31的一端与过滤器30连接，并且另一端与压缩机32的吸入口连接。
压缩机32是向燃料电池堆1供给阴极气体的执行器。在本实施方式中，压缩机32通过过滤器30导入外气并将空气向燃料电池堆1等供给。此外，作为向燃料电池堆1供给阴极气体的执行器，在本实施方式中使用了将空气进行加压输送的压缩机，但只要是能够向燃料电池堆1供给阴极气体的装置即可，也可以是送风机或泵等执行器。
阴极流量控制阀34是控制向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量的控制阀。例如，阴极流量控制阀34由电磁阀构成。阴极流量控制阀34的开度能够阶段地变更，由控制部6控制。
加热装置35是将向燃料电池堆1供给的阴极气体加热以使该阴极气体的温度成为适于燃料电池堆1的发电的温度的装置。例如，加热装置35通过在向燃料电池堆1的阴极的供给气体与来自燃料电池堆1的排出气体之间进行热交换的热交换器，或将燃料气体燃烧并将供给气体加热的燃烧器、利用催化剂反应的热将供给气体加热的燃烧器等来实现。
在位于加热装置35与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路33中设有温度传感器66。温度传感器66检测向燃料电池堆1供给的阴极气体的温度。以下，温度传感器66的检测值称为“阴极入口温度”。由温度传感器66检测的阴极入口温度向控制部6输出。
改质温度控制空气通路311是为了将向改质器26供给的燃料气体的温度调整成改质反应所需的温度而设置的空气通路。改质温度控制空气通路311是从空气吸入通路31分支而与排气燃烧器40连接的旁通通路。此外，在本实施方式中，改质温度控制空气通路311相对于排气燃烧器40连接，但也可以与阴极气体排出通路39合流。
燃烧器空气控制阀312是用于向排气燃烧器40供给或截断空气的控制阀。燃烧器空气控制阀312由控制部6进行开闭控制。排气燃烧器40将燃料气体燃烧加热，因此，需要氧。在燃料电池系统10的起动时或通常发电时，有时阴极废气中的氧不足。在这种情况下，难以使阳极废气充分燃烧，因此，打开燃烧器空气控制阀312向排气燃烧器40供给燃烧促进气体(氧)。由此，在燃料电池系统10的起动时及通常发电时，能够使阳极废气中的未燃燃料气体在排气燃烧器40中适当燃烧。
氧化改质通路331在改质器26中的水蒸气改质反应所需的水蒸气不足的情况下，为了替代水蒸气使用空气向改质器26补充而设置。氧化改质通路331是从阴极气体供给通路33分支且与改质器26更上游的阳极气体供给通路22合流的分支通路。在本实施方式中，氧化改质通路331的一端连接于压缩机32与阴极流量控制阀34之间，并且另一端与处于蒸发器24与热交换器25之间的阳极气体供给通路22连接。
阳极系空气供给阀341是将从压缩机32向阴极气体供给通路33喷出的空气的全部或一部分向阳极气体供给通路22供给的控制阀。在本实施方式中，阳极系空气供给阀341替代改质器26中的改质所需的水蒸气，使用空气向阳极气体供给通路22供给。阳极系空气供给阀341例如由电磁阀构成。阳极系空气供给阀341的开度能够阶段地变更，且由控制部6控制。
排气系统4包含上述的阳极气体排出通路29及阴极气体排出通路39、排气燃烧器40、排气通路41。
排气燃烧器40将阳极废气和阴极废气混合，并使该混合气体进行催化燃烧，由此，生成以二氧化碳及水为主成分的废气，并且将催化燃烧产生的热向热交换器25传递。排气燃烧器40将燃烧后产生的废气(燃烧后气体)向排气通路41排出。
排气通路41是将来自排气燃烧器40的废气向外气排出的通路。排气通路41通过蒸发器24与未图示的消声器连接。由此，蒸发器24通过来自排气燃烧器40的废气被加热。
在位于排气燃烧器40与蒸发器24之间的排气通路41中设有温度传感器64及压力传感器65。温度传感器64检测从排气燃烧器40排出的废气的温度。以下，温度传感器64的检测值称为“燃烧器出口温度”。由温度传感器64检测的燃烧器出口温度向控制部6输出。
压力传感器65检测从排气燃烧器40排出的排出气体的压力。以下，压力传感器65的检测值称为“燃烧器出口压力”。由压力传感器65检测的燃烧器出口压力向控制部6输入。
在位于燃料电池堆1与排气燃烧器40之间的阴极气体排出通路39中也设有温度传感器67。温度传感器67检测从燃料电池堆1排出的阴极废气的温度。以下，温度传感器67的检测值称为“阴极出口温度”。由温度传感器67检测的阴极出口温度向控制部6输出。
驱动系统5是与燃料电池堆1连接的电力负载，在本实施方式中，包含DC－DC转换器51、蓄电池52、驱动电动机53。
DC－DC转换器51是与燃料电池堆1连接，且从燃料电池堆1取出发电电力的电力控制器。DC－DC转换器51将燃料电池堆1的输出电压升压并向蓄电池52及驱动电动机53中的至少一方供给发电电力。
蓄电池52对从DC－DC转换器51供给的电力进行充电。另外，蓄电池52将存储的电力向驱动电动机53供给。
驱动电动机53经由未图示的逆变器与蓄电池52和DC－DC转换器51连接。驱动电动机53是驱动车辆的动力源。另外，驱动电动机53能够在车辆制动时产生再生电力，并使该再生电力向蓄电池52充电。
控制部6由微型计算机、微型处理器、包含CPU的通用的电子电路和周边设备构成，通过执行特定的程序，执行用于控制燃料电池系统10的处理。
在本实施方式中，控制部6接收来自压力传感器61及65，及温度传感器62、63及64等各种传感器的输出信号，根据这些信号，控制燃料供给系统2、氧化剂供给系统3、排气系统4及驱动系统5的工作状态。
另外，在控制部6连接输出燃料电池系统10的起动指令信号或停止指令信号的操作部101。操作部101包含未图示的EV(Electric Vehicle)键，乘客将EV键操作至ON时，将起动指令信号向控制部6输出，EV键操作至OFF时，将停止指令信号向控制部6输出。
控制部6在从操作部101接收到起动指令信号的情况下，执行起动燃料电池系统10的起动控制，起动控制完成后，根据驱动系统5的状态执行通常发电控制。
例如，控制部6在蓄电池52的充电容量(例如SOC)比规定的阈值小时，向燃料电池堆1供给阳极气体及阴极气体，使燃料电池堆1发电，并将该发电电力向蓄电池52供给。在该情况下，从驱动电动机53对燃料电池堆1请求的请求电力越大，控制部6越增加燃料电池堆1的发电量。例如，加速踏板的踏入量越大，驱动电动机53的请求电力越增加。
另一方面，控制部6在蓄电池52的充电容量比规定的阈值大的情况下，使燃料电池堆1的发电暂时停止，直到蓄电池52的充电容量比充电阈值小。此外，控制部6也可以在蓄电池52的充电容量比规定的阈值大的情况下，在驱动电动机53的请求电力比规定的值大时，继续燃料电池堆1的发电。
另外，控制部6在从操作部101接收到停止指令信号的情况下，执行停止燃料电池系统10的动作的停止控制。
一般而言，燃料电池系统有时以如下方式构成，即，在停止控制中，停止向燃料电池堆1供给阳极气体，并且停止从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出燃料废气。停止排出燃料废气的原因是由于，随着阳极气体的供给停止，可引起氧从阴极气体排出通路39或排气通路41等通过排气燃烧器40向阳极气体排出通路29逆流。因此，为了抑制燃料电池堆1的阳极的氧化，停止燃料废气向排气燃烧器40的排出。
但是，在停止控制中停止供给阳极气体时，在燃料电池堆1或改质器26等阳极气体供给通路22中滞留未燃燃料气体等。特别是在改质器26的内部，不仅滞留氢，还大量滞留一氧化碳及甲醇等未燃燃料气体。在这种状态下，若将EV键接通操作并执行燃料电池系统10的起动控制，则在开始向燃料电池堆1供给阳极气体时，滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体被从燃料电池系统10向大气排出。
与之相对，本实施方式的控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，停止向燃料电池堆1供给阳极气体，且基于滞留于燃料电池系统10中的未燃燃料气体量向排气燃烧器40供给空气。通过这样地根据未燃燃料气体量向排气燃烧器40供给空气，能够使从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出的阳极废气燃烧，并且能够将排气燃烧器40的内部温度维持在催化燃烧所需的温度。
图2是表示与本实施方式中的燃料电池系统10的停止方法相关的处理顺序之一例的流程图。该停止方法的处理顺序以规定的周期、例如数ms(毫秒)反复进行。
在步骤S910中，控制部6向燃料电池堆1供给阳极气体及阴极气体且使燃料电池堆1根据负荷进行发电。即，控制部6执行燃料电池堆1的发电控制。
在本实施方式中，控制部6根据蓄电池52及驱动电动机53的状态驱动压缩机32，并且打开阴极流量控制阀34。由此，作为阴极气体的空气利用加热装置35升温，并向升温的燃料电池堆1的阴极供给。
另外，控制部6根据蓄电池52及驱动电动机53的状态驱动泵21，并且打开燃料供给阀23。由此，从燃料箱20供给的改质用燃料利用蒸发器24气化，气化的改质用燃料通过热交换器25被加热。而且，被加热的改质用燃料在改质器26中被改质成阳极气体，将该阳极气体向燃料电池堆1的阳极供给。
而且，在被供给了阳极气体和阴极气体的燃料电池堆1中，通过电气化学反应产生电力，将该电力向DC－DC转换器51供给，并且将用于电气化学反应的阳极废气和阴极废气导入排气燃烧器40。
在步骤S920中，控制部6判断是否从操作部101接收到燃料电池系统10的停止指令信号。在控制部6未接收到停止指令信号的情况下，返回步骤S910的处理，并继续执行发电控制。
在步骤S921中，控制部6在接收到燃料电池系统10的停止指令信号的情况下，停止向燃料电池堆1供给阳极气体。在本实施方式中，控制部6接收停止指令信号时，关闭阳极系空气供给阀341，停止泵21的驱动，并且关闭燃料供给阀23。由此，停止向蒸发器24供给燃料，故而停止向燃料电池堆1供给阳极气体。
在步骤S922中，控制部6在停止向燃料电池堆1供给阳极气体之后，基于滞留于燃料电池系统10的未燃燃料气体量向排气燃烧器40供给空气。由此，在燃料电池系统100的停止控制中，能够使从燃料电池堆1排出的阳极废气在排气燃烧器40中适当燃烧。
上述的未燃燃料气体量只要通过实验求得在从燃料供给阀23到排气燃烧器40的阳极气体流路中残留的未燃燃料气体的量即可。此时，也可以将按照停止指令时的燃料电池堆1的温度、停止指令之前的燃料供给阀23的每次喷射量对未燃燃料气体量进行映像化的量存储于计算机，且提取与停止指令时的燃料电池堆1的温度状态相应的未燃燃料气体量。在实际的控制中，也可以根据映像中提取的未燃燃料气体量，设定向排气燃烧器40供给的氧化剂气体流量。此外，也能够将向排气燃烧器40供给的氧化剂气体流量直接进行映像化。除此以外，也可以考虑形成于燃料电池堆1的阳极气体流路的体积、或燃料供给系统2的状态(蒸发器24等)、在停止指令之前喷射的燃料成为未燃燃料的比例等，通过计算求得在停止指令后未燃燃料气体残留何种程度。
在排气燃烧器40中为了使阳极废气燃烧，控制部6基于例如燃料电池系统10的未燃燃料气体量继续压缩机32的驱动，并且控制阴极流量控制阀34的开度。由此，为了使未燃燃料气体燃烧所需的流量的空气经由燃料电池堆1向排气燃烧器40供给，因此，能够在排气燃烧器40中可靠地使阳极废气燃烧。或者，控制部6也可以基于燃料电池系统10的未燃燃料气体量打开燃烧器空气控制阀312，由此，不经由燃料电池堆1而利用改质温度控制空气通路311向排气燃烧器40供给空气。
另一方面，在刚停止供给阳极气体之后，燃料在蒸发器24气化，因此，处于蒸发器24更下游的阳极气体供给通路22的压力以相对于排气燃烧器40的出口压力较高的状态维持。因此，滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体通过燃料电池堆1的阳极，作为阳极废气向排气燃烧器40排出。由此，能够将随着阳极气体的供给停止而滞留于改质器26的未燃气体、或滞留于燃料电池堆1的阳极气体等未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧并向外气排出。因此，在燃料电池系统10停止后，再次将EV键设定成ON而执行起动控制时，能够抑制未燃燃料气体从燃料电池系统10向外气排出。
这样，控制部6在使燃料电池系统10的工作停止的情况下，停止向燃料电池堆1供给阳极气体，且基于滞留于燃料电池系统10的未燃燃料气体量使排气燃烧器40工作。
此外，在步骤S920中，控制部6接收到燃料电池系统10的停止指令信号后，控制部6也可以停止压缩机32的驱动并停止向燃料电池堆1供给空气。
根据本发明的第一实施方式，燃料电池系统10具备：向燃料电池堆1供给氧化剂气体的氧化剂供给系统3、向燃料电池堆1供给燃料气体的燃料供给系统2、将从燃料电池堆1排出的阳极废气和阴极废气导入并将该混合气体燃烧并排出的排气燃烧器40。燃料电池系统10的控制部6执行向燃料电池堆1供给燃料气体及氧化剂气体并使燃料电池堆1发电的发电控制步骤。而且，在使燃料电池系统10停止的情况下，控制部6执行停止向燃料电池堆1供给阳极气体，基于残留于燃料电池系统10的未燃燃料气体量，作为阴极气体，向排气燃烧器40供给空气的停止控制步骤。
这样，在停止控制步骤中，将与残留于燃料电池系统10的未燃燃料气体量相应的流量的空气从氧化剂供给系统3向排气燃烧器40供给，由此，能够使通过燃料电池堆1而排出的阳极废气在排气燃烧器40中燃烧。因此，在停止控制结束后，滞留于燃料电池系统10内部的未燃燃料气体变少，因此，能够抑制燃料电池系统10的下一次起动时的未燃燃料气体的排出量。
另外，考虑在阳极气体的供给停止时滞留于燃料供给系统2的未燃燃料气体量来设定空气向排气燃烧器40的供给量，因此，能够避免向排气燃烧器40供给必要以上的空气并使排气燃烧器40的温度过低的情况。因此，能够将排气燃烧器40的内部温度维持在能够使未燃燃料气体适当地燃烧的温度，且能够使未燃燃料气体可靠地燃烧并进行排气。
这样，难以引起排气燃烧器40中的温度降低或空气不足所引起的未燃燃料气体的不完全燃烧，因此，能够抑制燃料电池系统10的停止控制中的从排气燃烧器40向大气排出未燃燃料气体。因此，能够抑制从燃料电池系统10向大气排出未燃燃料气体。
另外，根据本实施方式，控制部6也可以利用燃料电池堆1的旁通流路即改质温度控制空气通路311，作为氧化剂气体，向排气燃烧器40供给空气。由此，假定在停止指令后立即进行再起动，在执行仅在特定的期间维持燃料电池堆1的温度那样的处理的情况下，能够不冷却燃料电池堆1，并加温排气燃烧器40。因此，能够缩短停止指令之后的再起动控制所需的时间。
(第二实施方式)
图3是表示与本发明第二实施方式的燃料电池系统的停止方法相关的处理顺序例的流程图。本实施方式的燃料电池系统的基本构成与图1所示的燃料电池系统10的构成相同。以下，对与图1所示的燃料电池系统10相同的构成标注相同的标记并省略详细的说明。
本实施方式的燃料电池系统10的停止方法除了图2所示的步骤S910、S920及S921之外，还具备步骤S923及S924。还具备步骤S922a及S922b来代替步骤S922。在此，仅对步骤S922a、S922b、S923及S924的各个处理进行详细地说明。
在步骤S922a中，控制部6在停止向燃料电池堆1供给阳极气体后，从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出阳极废气。
在步骤S922b中，控制部6向排气燃烧器40供给将在停止供给阳极气体时滞留于燃料电池系统10的未燃燃料气体燃烧所需的规定量的空气。该规定量根据滞留于燃料电池系统10的未燃燃料气体量来设定。例如，规定量考虑为了求得未燃燃料气体量所需的阳极气体供给通路22及改质器26、燃料电池堆1等的内部容积进行预先设定。在本实施方式中，以碳(C)的摩尔量相对于氧(O2)的摩尔量之比(C/O2)比1大，且排气燃烧器40的温度不比未燃燃料气体的燃烧所需的下限温度降低的方式，设定规定量。
或者，也可以使用实验数据或模拟结果等，预先准备表示接收停止指令信号时的向蒸发器24的燃料喷射量与阳极气体供给通路22中的未燃燃料气体的滞留量的关系的映像，在接收到停止指令信号时，参照映像求得未燃燃料气体的滞留量，基于该滞留量设定应向排气燃烧器40供给的空气的流量。
由此，能够使向排气燃烧器40排出的阳极废气可靠地燃烧。而且，抑制从压缩机32向排气燃烧器40的过量的空气供给，因此，能够避免排气燃烧器40的温度过于降低且未燃燃料气体不能在排气燃烧器40中燃烧的情况，并且能够降低压缩机32的耗电量。
本实施方式中的控制部6通过继续驱动压缩机32，并且打开阴极流量控制阀34，经由燃料电池堆1向排气燃烧器40供给规定量的空气。由此，能够利用从压缩机32喷出的空气将燃料电池堆1冷却并避免排气燃烧器40中的氧不足。
此外，控制部6也可以通过关闭阴极流量控制阀34且打开燃烧器空气控制阀312，而不经由燃料电池堆1向排气燃烧器40供给空气。由此，抑制燃料电池堆1的温度降低，因此，即使在燃料电池系统10的停止控制中发出再起动指令那样的情况下，也能够使燃料电池系统10快速起动。
在步骤S923中，控制部6接收到燃料电池系统10的停止指令信号后，判断是否成为停止控制中的强制排出时期。在本实施方式中，控制部6具备测量自停止指令的经过时间的计时器，在接收到停止指令信号时，开始计时器的计数，在该计数值经过了规定时间时，判断为成为强制排出时期。
这里所说的规定的时间是为了抑制燃料电池中的阳极的氧化而预先设定的值，例如，能够使用停止指令后的燃料电池堆1的温度特性及阳极气体供给通路22的压力特性等来决定。
在步骤S924中，控制部6在判断为成为强制排出时期的情况下，对阳极气体供给通路22供给阴极气体用的空气。
在本实施方式中，控制部6在成为强制排出时期的情况下，打开阳极系空气供给阀341。由此，从压缩机32喷出的空气向热交换器25及改质器26供给，并且阳极气体供给通路22的压力变高，因此，能够将残留于改质器26及燃料电池堆1等的未燃燃料气体等推出至排气燃烧器40。
例如，控制部6在成为强制排出时期的情况下，向阳极气体供给通路22供给将滞留于改质器26的内部的未燃燃料气体推出至排气燃烧器40所需的空气的流量。控制部6将空气以规定的流量供给至阳极气体供给通路22之后，关闭阳极系空气供给阀341，并且停止压缩机32的驱动。由此，燃料电池系统10的停止控制结束。
在步骤S924的处理结束时，与本实施方式中的燃料电池系统10的控制方法相关的一系列的处理顺序(S910～S924)结束。此外，也可以同时执行步骤S922a及步骤S922b的各处理，或者也可以在步骤S922a的处理之前执行步骤S922b的处理。
图4是表示与燃料电池系统的停止方法相关的处理顺序的另一例的流程图。
图4中的燃料电池系统10的停止方法具备步骤S923a的处理，代替图3所示的步骤S923的处理，且新具备步骤S922c、S931及S932的处理。其它处理与图3所示的处理相同，因此，仅详细地说明步骤S922c、S923a、S931及S932的处理。
在步骤S922c中，控制部6基于从排气燃烧器40排出的废气的温度，以排气燃烧器40的温度不低于未燃燃料气体的燃烧所需的温度的方式控制从压缩机32向排气燃烧器40供给的空气的流量。
在本实施方式中，控制部6在由温度传感器64检测的燃烧器出口温度降低至燃烧下限温度的情况下，减少在步骤S922b中设定的空气的流量。这里所说的燃烧下限温度是利用排气燃烧器40使未燃燃料气体燃烧所需的温度的下限值。或者，控制部6也可以在燃烧器出口温度不低于燃烧下限温度的范围内，随着燃烧器出口温度的降低，减少应向排气燃烧器40供给的空气流量，且随着燃烧器出口温度的上升，增加应向排气燃烧器40供给的空气流量。
这样，控制部6根据排气燃烧器40的温度修正应向排气燃烧器40供给的空气的流量。由此，能够将排气燃烧器40的温度维持在未燃燃料气体的燃烧所需的温度。
在步骤S931中，控制部6取得燃料电池堆1的温度。例如，控制部6使用由温度传感器62检测的堆入口温度、由温度传感器63检测的堆出口温度、由温度传感器66检测的阴极入口温度、由温度传感器67检测的阴极出口温度，推定燃料电池堆1的温度。
在本实施方式中，控制部6基于由温度传感器62检测的堆入口温度和由温度传感器63检测的堆出口温度，推定燃料电池堆1的温度。
例如，控制部6将堆入口温度和堆出口温度之和除以2的平均值作为燃料电池堆1的温度而计算。由此，与使用阴极入口温度和阴极出口温度的平均值的情况相比，能够更精确地判定燃料电池堆1的温度是否降低至不易在阳极引起氧化反应的温度。此外，也可以在燃料电池堆1设置用于检测燃料电池堆1的阳极的温度的温度传感器，并使用该温度传感器的检测值。
在步骤S923a中，控制部6判断燃料电池堆1的温度相对于为了抑制燃料电池堆1中的阳极的氧化而设定的温度阈值Tth是否降低。温度阈值Tth例如设定为300℃。
在燃料电池堆1的温度相对于温度阈值Tth相等或较高的情况下，控制部6判断为未成为强制排出时期，并返回步骤S922的处理。反复执行步骤S922的处理，直到燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth变低。
在步骤S924中，控制部6在燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth变低的情况下，判断为成为强制排出时期，并打开阳极系空气供给阀341。由此，从压缩机32经由氧化改质通路331向阳极气体供给通路22供给空气。
在步骤S932中，当排气燃烧器40中的未燃燃料气体的燃烧完成时，控制部6停止压缩机32的驱动，关于燃料电池系统10的停止方法的一系列的处理顺序结束。
图5是说明燃料电池系统10的停止控制中的强制排出时期的图。
图5(a)是表示燃料电池堆1的内部温度的变化的图。图5(b)是表示阳极系空气供给阀341的开度的变化的图。它们的横轴是相互通用的时间轴。
在图5(a)及图5(b)中，在停止燃料电池系统10的情况下，由虚线表示通过打开阴极流量控制阀34而持续向燃料电池堆1的阴极供给空气时的强制排出时期。另外，由实线表示通过关闭阴极流量控制阀34并打开燃烧器空气控制阀312，停止向阴极供给空气时的强制排出时期。
在时刻t0，利用操作部101向控制部6发送停止指令信号，控制部6接收停止指令信号时，开始停止燃料电池系统10的停止控制。
如由图5(a)的实线所示，停止向燃料电池堆1的阴极供给空气时，燃料电池堆1的温度缓慢降低。因此，如图5(b)的实线所示，在时刻t2，燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth变低，因此，打开阳极系空气供给阀341。由此，能够抑制燃料电池堆1中的阳极的氧化，且使滞留于改质器26及燃料电池堆1的内部的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。
另一方面，如由图5(a)的虚线所示，继续向燃料电池堆1的阴极供给空气时，利用向燃料电池堆1的阴极供给的空气将燃料电池堆1的内部冷却，因此，燃料电池堆1的温度快速降低。
此外，在向燃料电池堆1的阴极供给空气而进行冷却的情况下，也可以以排气燃烧器40的温度不过于降低的方式，在排气燃烧器40的周围配置加热器而将排气燃烧器40加温。或者，也可以设置从阴极气体排出通路39分支而将排气燃烧器40旁通的通路，将从燃料电池堆1的阴极侧排出的空气的一部分不经由排气燃烧器40进行排出。
而且，在时刻t1，燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth变低，如图5(b)的虚线所示，打开阳极系空气供给阀341。由此，滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体被从阳极系空气供给阀341供给的空气推出，因此，被推出的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。因此，能够缩短直到燃料电池系统10的停止控制完成的停止控制时间且抑制下一次起动控制时的未燃燃料气体的排出。
以上，在使燃料电池系统10停止的情况下，通过从压缩机32向阳极气体供给通路22强制供给阴极气体，能够使滞留于改质器26及燃料电池堆1的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。因此，能够降低燃料电池系统10的下一次起动时的未燃燃料气体从排气通路41向大气的排出量。
此外，在本实施方式中，设为通过氧化改质通路331将空气向阳极气体供给通路22供给的构成，但不限于此。例如，也可以设为如下构成，即，以从加热装置35与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路33分支，且与热交换器25和改质器26之间的阳极气体供给通路22合流的方式，将空气供给通路设于燃料电池系统10中，通过将设于该空气供给通路的开闭阀在强制排出时期时打开，而向阳极气体供给通路22供给空气。
另外，在本实施方式中，利用压缩机32在强制排出时期将空气向阳极气体供给通路22供给，但不限于此。例如，也可以将与压缩机32不同的空气供给机新设于燃料电池系统10，在成为强制排出时期的情况下使用该空气供给机向阳极气体供给通路22供给空气。
图6是表示与燃料电池系统10的停止方法相关的处理顺序的另一例的流程图。
图6中的停止方法具备步骤S922d及S923b来代替图3所示的步骤S922b及S923，并且新具备步骤S941及S942。其它处理与图3所示的处理相同，因此，仅详细说明步骤S922d、S923b、S941及S942的处理。
在步骤S922d中，控制部6根据阳极气体供给通路22的压力控制从压缩机32向排气燃烧器40供给的空气的流量。
在本实施方式中，控制部6从压力传感器61取得堆入口阳极压力，基于该堆入口阳极压力，使用预先设定的映像及算式算出向排气燃烧器40排出的未燃燃料气体的流量。控制部6将与算出的未燃燃料气体的流量相应的空气流量向排气燃烧器40供给。具体而言，控制部6根据堆入口阳极压力的变化，减少从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出的空气的流量。例如，堆入口阳极压力越低，控制部6越减小阴极流量控制阀34的开度。由此，能够通过燃料电池堆1减少空气向排气燃烧器40排出的流量。
在停止供给阳极气体的情况下，向排气燃烧器40流入的阳极废气的流量根据堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的压力差进行变化。因此，排气燃烧器40中的未燃燃料气体的燃烧所需的空气流量能够基于堆入口阳极压力进行设定。因此，控制部6能够使用表示堆入口阳极压力与排气燃烧器40的燃烧所需的空气流量的关系的映像，基于堆入口阳极压力控制向排气燃烧器40的空气流量。或者，控制部6也可以从压力传感器65取得燃烧器出口压力，基于堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的压力差，控制从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出的空气流量。
在步骤S923b中，控制部6从压力传感器61取得堆入口阳极压力，并判断该堆入口阳极压力是否降低至规定的压力阈值Pth。这里所说的压力阈值Pth基于为了将滞留于改质器26的内部的气体排出至排气燃烧器40而最低限必要的压力值进行设定。在本实施方式中，压力阈值Pth设定成由压力传感器65检测的燃烧器出口压力或该燃烧器出口压力加上考虑了误差等的固定值的值。
在堆入口阳极压力比压力阈值Pth高的情况下，滞留于改质器26的未燃燃料气体排出至排气燃烧器40，因此，控制部6判断为非强制排出时期并返回至步骤S922a的处理。而且，直到堆入口阳极压力向压力阈值Pth降低的期间，反复执行步骤S922a的处理。
在步骤S941中，控制部6在堆入口阳极压力相对于压力阈值Pth相等或低的情况下，控制DC－DC转换器51并向燃料电池堆1施加反向偏压。即，控制部6对燃料电池堆1的负极端子施加相对于施加于燃料电池堆1的正极端子的电位较高的电位。由此，即使向燃料电池堆1的阳极气体流路供给氧，也能够抑制阳极的氧化。
然后，通过在步骤S924中向阳极气体供给通路22强制供给空气，能够将残留于改质器26及燃料电池堆1等的内部的未燃燃料气体向排气燃烧器40推出。然后，在步骤S932中停止压缩机32的驱动。此外，直到燃料电池堆1的温度达到温度阈值Tth为止的期间，控制部6也可以从压缩机32向燃料电池堆1供给空气，在燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth降低时停止压缩机32的驱动。
在步骤S942中，控制部6相对于燃料电池堆1停止施加反向偏压，并停止DC－DC转换器51的驱动。
这样，通过接收停止指令信号后直到堆入口阳极压力达到压力阈值Pth为止，停止向阳极气体供给通路22供给空气，能够抑制阳极的氧化，抑制压缩机32的驱动。因此，能够抑制燃料电池堆1的发电性能的降低，且降低压缩机32的耗电量。另外，能够缩短向燃料电池堆1施加反向偏压的时间，因此，能够降低DC－DC转换器51的驱动所需的电力。
此外，在本实施方式的步骤S923a中，在堆入口阳极压力比压力阈值Pth降低时，对燃料电池堆1施加反向偏压，但不限于此。例如，也可以在步骤S920中刚接收到停止指令信号之后，对燃料电池堆1施加反向偏压。由此，能够更可靠地抑制燃料电池系统10停止时的燃料电池堆1的阳极的氧化。
另外，控制部6也可以同时执行步骤S922a及步骤S922d的各处理，或者，也可以在步骤S922a的处理之前执行步骤S922d的处理。另外，控制部6也可以执行图3所示的步骤S922b来代替步骤S922d的处理，或者也可以执行图4所示的步骤S922b及S922c的各处理。
图7是表示图6所示的燃料电池系统10的停止控制的强制排出时期的图。
图7(a)是表示向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力(堆入口阳极压力)的变化的图。图7(b)是表示阳极系空气供给阀341的开度的变化的图。它们的横轴是相互通用的时间轴。
在图7(a)中，由实线表示在燃料电池系统10的停止指令后打开阳极系空气供给阀341时的堆入口阳极压力，用虚线表示不打开阳极系空气供给阀341而关闭的状态下的堆入口阳极压力。
在时刻t10，利用操作部101向控制部6供给停止指令信号。控制部6接收该停止指令信号时，执行燃料电池系统10的停止控制。
控制部6在停止控制中，例如继续驱动压缩机32，并且打开阴极流量控制阀34，由此，经由燃料电池堆1向排气燃烧器40供给与未燃燃料气体量相应的流量的空气。另外，控制部6停止泵21的驱动，并且关闭燃料供给阀23。由此，停止向燃料电池堆1供给阳极气体，故而阳极气体供给通路22的压力(堆入口阳极压力)降低。
在堆入口阳极压力比排气燃烧器40的压力(燃烧器出口压力)高的状态下，从改质器26向排气燃烧器40流通与堆入口阳极压力相应的未燃燃料气体。因此，未燃燃料气体作为阳极废气，通过燃料电池堆1向排气燃烧器40排出。因此，能够使停止供给阳极气体后滞留的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。
在时刻t11，如图7(a)所示，堆入口阳极压力降低至压力阈值Pth。随之，堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的压力差变小，因此，阳极废气从燃料电池堆1向排气燃烧器40的排出量变少。因此，利用DC－DC转换器51向燃料电池堆1施加反向偏压，如图7(b)所示，阳极系空气供给阀341设定成全开或规定的开度。
由此，从压缩机32向阳极气体供给通路22供给空气，堆入口阳极压力上升，残留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体被推出至排气燃烧器40。因此，能够将残留于改质器26的未燃燃料气体在排气燃烧器40中可靠地燃烧并向外气排出。
在从时刻t10到时刻t11的期间，与图7(a)所示的堆入口阳极压力的时间特性同样地，阳极废气从燃料电池堆1向排气燃烧器40的排出量随着时间而逐渐降低。因此，控制部6控制压缩机32及阴极流量控制阀34，与图7(a)所示的时间特性同样地，逐渐降低向排气燃烧器40供给的空气流量。由此，能够抑制向排气燃烧器40的剩余的空气供给，故而能够抑制压缩机32的耗电量，并且能够抑制排气燃烧器40的温度降低。
在时刻t12，从阳极系空气供给阀341向阳极气体供给通路22供给规定量的空气，故而残留于阳极气体供给通路22的大部分未燃燃料气体被向排气燃烧器40排出并燃烧。因此，如图7(b)所示，关闭阳极系空气供给阀341。
然后，燃料电池堆1的温度降低至温度阈值Tth时，停止压缩机32的驱动，并停止反向偏压向燃料电池堆1的施加，燃料电池系统10的停止控制结束。
此外，在该例中，基于堆入口阳极压力判断燃料电池系统10是否成为强制排出时期，但也可以基于堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的差压力差来判断是否成为强制排出时期。
根据本发明的第二实施方式，控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，相对于阳极气体供给通路(燃料通路)22供给作为氧化剂气体的空气。由此，能够将滞留于阳极气体供给通路22及燃料电池堆1中的未燃燃料气体作为阳极废气从燃料电池堆1可靠地推出，因此，能够使滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。
另外，根据第二实施方式，燃料供给系统2包含将由排气燃烧器40加热的燃料气体改质的改质器26，氧化剂供给系统3包含作为从阴极气体供给通路(氧化剂通路)33分支且与位于比改质器26更上游的阳极气体供给通路22合流的分支通路的氧化改质通路331。控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，使用压缩机32从氧化改质通路331向阳极气体供给通路22供给空气。
由此，能够使滞留于改质器26的内部的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。在设于阳极气体供给通路22的改质器26的内部滞留大量未燃燃料气体，因此，通过从改质器26更上游供给空气，能够使更多的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。因此，能够更进一步降低下一次起动时的未燃燃料气体的排出量。
另外，根据本实施方式，氧化改质通路331是供给空气来代替用于改质反应的水蒸气的分支通路，氧化剂供给系统3还包含设于氧化改质通路331，控制向改质器26供给的空气的流量的阳极系空气供给阀(控制阀)341。控制部6在接收到燃料电池系统10的停止指令信号的情况下，通过停止供给阳极气体而停止燃料电池堆1的发电后经过了规定的待机期间之后、即成为强制排出时期时，打开阳极系空气供给阀341。
这样，在停止指令后，在规定的待机期间等待向阳极供给空气，由此，燃料电池堆1的温度以一定程度降低，故而能够抑制伴随向阳极气体供给通路22的空气供给的阳极的氧化反应的进行。另外，通过以规定的待机期间进行待机，在该期间，利用堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的压力差将未燃燃料气体排出，因此，不向阳极气体供给通路22供给空气即可。因此，能够降低空气向阳极气体供给通路22供给的总量，能够抑制阳极的氧化。
上述的待机期间例如基于燃料电池堆1的温度来决定。由此，燃料电池堆1的温度降低至可抑制阳极的氧化反应的产生的温度时，能够向阳极气体供给通路22供给空气。因此，能够抑制阳极的氧化且能够使滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体可靠地燃烧。此外，待机期间只要考虑堆温度相对于停止控制中的阴极气体向燃料电池堆1的供给量的时间特性、例如图5(a)所示的特性，且通过实验等求得即可。或者，也可以将按照阴极气体的每个供给量将待机时间映像化的图像存储于计算机中，并根据停止指令时的阴极气体的供给状态提取待机时间。
或者，上述的待机期间也可以是基于燃料电池堆1的阳极气体压力决定的时间。由此，未燃燃料气体从燃料电池堆1向排气燃烧器40的排出停止时，能够向阳极气体供给通路22供给空气。因此，能够缩短停止控制所需的时间，并且能够使滞留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体可靠地燃烧。此外，待机期间只要考虑阳极气体的供给停止后的与阳极气体供给通路22的压力相关的时间特性、例如图7(a)所示的特性，且通过实验等求得即可。或者，也可以将按照停止指令时的每个堆入口阳极压力将待机时间映像化的图像存储于计算机，并根据停止指令时的阳极气体供给通路22的压力状态提取待机时间。
另外，根据本实施方式，控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，从燃料电池堆1的停止经过待机期间后，从外部的DC－DC转换器51向燃料电池堆1施加反向偏压(反电动势)，并且向阳极气体供给通路22供给空气。
由此，能够抑制向阳极气体供给通路22供给空气所引起的阳极的氧化，且将残留于阳极气体供给通路22的未燃燃料气体向排气燃烧器40排出。因此，能够抑制燃料电池堆1的发电性能的降低，且抑制未燃燃料气体从燃料电池系统10向外气的排出。
此外，在本实施方式中，说明了从DC－DC转换器51向燃料电池堆1施加反向偏压的例子，但也可以将与DC－DC转换器51不同的电路设于燃料电池堆1且通过该电路向燃料电池堆1施加反向偏压。
另外，根据本实施方式，控制部6在堆入口阳极压力、燃料电池堆1的温度及停止指令后的经过时间中的至少一个参数超过规定的阈值的情况下，打开阳极系空气供给阀341。
例如，控制部6基于向燃料电池堆1供给的阳极气体的温度即堆入口温度、从燃料电池堆1排出的阳极废气的温度即堆出口温度，计算燃料电池堆1中的阳极的温度。而且，如图5(a)所示，控制部6在燃料电池堆1的温度比为了抑制燃料电池堆1的氧化而设定的温度阈值Tth降低的情况下，打开阳极系空气供给阀341而向阳极气体供给通路22供给空气。这样，由于在不易引起燃料电池堆1的阳极的氧化反应的状态下向阳极气体供给通路22供给空气，故而能够抑制燃料电池堆1的劣化。
或者，如图7(a)所示，控制部6在堆入口阳极压力比规定的压力阈值Pth变低时，打开阳极系空气供给阀341。由此，即使不向阳极气体供给通路22供给空气，也通过堆入口阳极压力与燃烧器出口压力的压力差向排气燃烧器40排出未燃燃料气体，故而能够减少空气向阳极气体供给通路22的供给量。因此，能够抑制燃料电池堆1中的阳极的氧化。
或者，控制部6具备测量时间的计时器，预先存储有在停止指令后燃料电池堆1的温度达到温度阈值Tth所需的时间或堆入口阳极压力达到压力阈值Pth所需的时间，在接收到停止指令信号时开始计时器的计数，且计数值经过预先存储的时间的期间，维持将阳极系空气供给阀341关闭的状态。由此，能够降低在燃料电池堆1的温度较高的状态下向阳极气体供给通路22供给的氧的流量，因此，能够通过简单的构成抑制燃料电池堆1中的阳极的氧化。
这样，控制部6在阳极气体供给通路22的压力、燃料电池堆1的温度及停止指令后的经过时间中的至少一个参数超过规定的阈值的情况下，打开阳极系空气供给阀341。由此，能够抑制向阳极气体供给通路22供给必要以上的空气，并且能够抑制燃料电池堆1的劣化。
另外，根据本实施方式，控制部6直到接收停止指令后经过规定的期间为止，关闭阳极系空气供给阀341，继续压缩机32的驱动，并向阴极气体供给通路33供给空气。
由此，向燃料电池堆1的内部流通空气，故而能够将燃料电池堆1冷却。除此之外，经由燃料电池堆1向排气燃烧器40供给空气，故而能够使未燃燃料气体在排气燃烧器40中适当燃烧。即，能够快速完成燃料电池系统10的停止控制，并且能够使滞留于燃料电池系统10的未燃燃料气体可靠地燃烧。
或者，氧化剂供给系统3作为从氧化剂通路分支且经由排气燃烧器40与燃料电池堆1的阴极气体排出通路39合流的旁通通路，包含改质温度控制空气通路311。而且，控制部6在停止指令后，在规定的期间打开燃烧器空气控制阀312，通过改质温度控制空气通路311而向排气燃烧器40供给空气。由此，能够避免在排气燃烧器40中的未燃燃料气体的燃烧所使用的氧不足的情况。
另外，根据本实施方式，控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，向排气燃烧器40供给规定流量的空气。由此，抑制使用压缩机32向排气燃烧器40过量地供给空气，因此，能够降低压缩机32的耗电量。
另外，根据本实施方式，燃料电池系统10具备检测从排气燃烧器40排出的排出气体的温度(燃烧器出口温度)的温度传感器64，控制部6基于由温度传感器64检测的燃烧器出口温度，减少应向排气燃烧器40供给的空气的流量。
例如，控制部6在燃烧器出口温度相对于规定的燃烧下限温度降低的情况下，减少向排气燃烧器40供给的空气的流量。由此，在停止向燃料电池堆1供给阳极气体后，使残留于燃料电池系统10的未燃燃料气体燃烧，且不易由空气将排气燃烧器40冷却，因此，能够抑制排气燃烧器40的温度降低。
另外，从燃料电池堆1向排气燃烧器40排出的未燃燃料气体的流量逐渐减少，故而控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，逐渐减少从压缩机32向排气燃烧器40供给的空气的流量。由此，能够避免停止控制时的排气燃烧器40的氧不足，且降低压缩机32的耗电量。
另外，根据本实施方式，燃料电池系统10具备：检测向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力(堆入口阳极压力)的压力传感器61、检测从排气燃烧器40排出的排出气体的压力(燃烧器出口压力)的压力传感器65。而且，控制部6基于燃烧器出口压力与堆入口阳极压力的差量，或仅基于堆入口阳极压力，减少向排气燃烧器40供给的空气的流量。由此，根据向排气燃烧器40供给的未燃燃料气体的流量，更精确地调整空气流量，因此，能够更进一步降低压缩机32的耗电量。
另外，根据本实施方式，燃料电池系统10作为与燃料电池堆1连接，取出燃料电池堆1的电力并向蓄电池52供给的电力控制器，具备DC－DC转换器51。而且，控制部6在使燃料电池系统10停止的情况下，从DC－DC转换器51对燃料电池堆1施加反电动势。即，控制部6在停止控制中，对DC－DC转换器51进行开关控制，向燃料电池堆1的负极端子施加比对燃料电池堆1的正极端子施加的电位高的电位。
由此，即使在停止指令后，向阳极气体供给通路22供给空气，且空气流入燃料电池堆1的阳极，也能够抑制阳极由于该空气而氧化。因此，能够抑制在燃料电池系统10停止时，燃料电池堆1中的阳极的氧化，且使滞留于系统内的未燃燃料气体燃烧并向大气排出。因此，能够降低燃料电池系统10的下一次起动时的未燃燃料气体的排出量，且抑制燃料电池堆1的劣化。
(第三实施方式)
图8是表示本发明第三实施方式的燃料电池系统11的构成之一例的图。
燃料电池系统11具备热交换器351、扩散燃烧器352及催化燃烧器353，代替图1所示的燃料电池系统10的加热装置35。另外，燃料电池系统11具备：从压缩机32向催化燃烧器353流通空气的分支通路332；从泵21将燃料气体向排气燃烧器40、扩散燃烧器352及催化燃烧器353各自流通的分支通路211、212及213。在各分支通路332、211、212及213中分别具备控制阀342、231、232及232。
另外，在阳极气体排出通路29中安装有截断阀28。截断阀28在燃料电池系统11的停止控制结束后进行闭止。由此，防止阳极气体排出通路29中的阴极废气等的逆流，抑制阳极的劣化。
在阴极气体供给通路33中安装有安全阀36。阴极气体供给通路33内的压力超过一定值时，开放阴极气体供给通路33，不向压缩机32施加一定以上的负荷。
控制阀342在燃料电池堆1起动时，将一定量的空气向催化燃烧器353供给，在起动结束后，将分支通路332闭止。
热交换器351利用从排气燃烧器40排出的排气气体的热将燃烧气体用的空气或阴极气体用的空气加热。
扩散燃烧器352在燃料电池系统10起动时，被供给由热交换器351加热的空气、从分支通路212供给且在电气加热器242被加热的加热用燃料，并将两者混合。而且，利用附属于扩散燃烧器352的点火装置将空气和加热用燃料的混合物点火，形成催化燃烧器353用的预热燃烧器。在起动结束后，将从热交换器351供给的空气向催化燃烧器353供给。
催化燃烧器353在起动时，使用催化剂和预热燃烧器生成高温的燃烧气体。在催化燃烧器353中，经由分支通路332供给燃烧气体用的空气，另外，从分支通路213供给加热用燃料，两者在与催化剂接触的状态下混合。而且，利用预热燃烧器对空气和加热用燃料的混合物进行点火，由此，生成大量的燃烧气体。该燃烧气体不含氧，惰性气体成为主成分。而且，将燃烧气体向燃料电池堆1的阴极供给，将燃料电池堆1加热。此外，在起动结束后，燃烧气体的生成结束，通过了热交换器351、扩散燃烧器352的空气作为阴极气体向燃料电池堆1供给。
控制阀231、232及233在燃料电池系统10的起动时分别开放分支通路211，212、213，使加热用燃料流通，在起动结束时，分别将分支通路211、212、213闭止。另外，燃料供给阀23在起动时将阳极气体供给通路22闭止，但在起动结束时将阳极气体供给通路22开放而使改质用燃料流通。
在燃料电池系统10起动时，向排气燃烧器40供给从分支通路211供给且由电气加热器241加热的加热用燃料，将通过了燃料电池堆1的燃烧气体和从改质温度控制空气通路311导入的空气进行混合，并通过催化剂反应将排气燃烧器40加热。
接着，简单说明本实施方式中的燃料电池系统11的动作。
图9是表示与使燃料电池系统11起动的起动控制相关的处理顺序例的流程图。
当燃料电池系统11开始起动控制时，在步骤S101中，控制部6起动压缩机32，将阴极流量控制阀34、阳极系空气供给阀341及控制阀342分别以一定的开度开放。由此，向扩散燃烧器352及催化燃烧器353供给空气(燃烧用气体)。在步骤S102中，控制部6起动泵21及扩散燃烧器352(点火装置)并且将控制阀231～233开放。由此，将加热用燃料分别向扩散燃烧器352、催化燃烧器353及排气燃烧器40供给。而且，在扩散燃烧器352中形成预热燃烧器，利用该预热燃烧器在催化燃烧器353中生成燃烧气体，燃烧气体通过燃料电池堆1将燃料电池堆1加热。另外，通过了燃料电池堆1的燃烧气体到达排气燃烧器40，且通过与加热用燃料的催化燃烧将排气燃烧器40加热，并将热交换器25加热。另外，通过自排气燃烧器40的排出气体将蒸发器24及热交换器351加热。
在步骤S103中，控制部6判定燃料电池堆1的温度是否达到发电所需的工作温度。在此，作为燃料电池堆1的温度的判定方法，例如若由温度传感器63检测的燃烧气体的温度超过一定值，则只要判定为燃料电池堆1达到工作温度即可。
此外，对于蒸发器24、热交换器25、改质器26，原本均需要判断是否达到用于将改质用燃料良好地改质的适当温度，但不需要它们达到适当温度的时间比燃料电池堆1的温度达到工作温度的时间短的情况。
在步骤S103中，在控制部6判断为燃料电池堆1的温度达到工作温度的情况下，在步骤S104中，控制部6停止扩散燃烧器352，将控制阀342、231、232、233分别闭止，将燃料供给阀23开放。由此，改质用燃料从燃料箱20经由蒸发器24、热交换器25、改质器26成为阳极气体(燃料气体)，该阳极气体供给至燃料电池堆1的阳极。另一方面，从阴极流量控制阀34连续地供给空气，并且在热交换器351中被加热，作为阴极气体(氧化剂气体)供给至燃料电池堆1。而且，在燃料电池堆1中，开始利用阳极气体和阴极气体的电气化学反应，由此，成为通常发电，起动控制结束。
接着，说明燃料电池系统11的通常发电时的动作。
在燃料电池系统11的通常发电时，首先，从燃料箱20供给的改质用燃料利用蒸发器24而气化，气化的改质用燃料被热交换器25加热，被加热的改质用燃料在改质器26中被改质成阳极气体，将该阳极气体向燃料电池堆1的阳极供给。另一方面，作为阴极气体的空气利用热交换器351而升温，通过扩散燃烧器352、催化燃烧器353向燃料电池堆1的阴极供给。在被供给了阳极气体和阴极气体的燃料电池堆1中，通过电气化学反应产生电力，向DC－DC转换器51供给电力，并且电气化学反应使用的阳极废气和阴极废气被导入排气燃烧器40。而且，在阳极废气、阴极废气混合的状态下进行燃烧而成为排出气体，该气体将蒸发器24及热交换器351加热。
接着，说明停止燃料电池系统11时的动作。
图10是表示与使燃料电池系统11停止的停止控制相关的处理顺序例的流程图。
如图10所示，燃料电池系统11开始停止控制时，在步骤S201中，控制部6停止泵21，将燃料供给阀23闭止。由此，停止向燃料电池堆1供给阳极气体，因此，停止燃料电池堆1的发电。另外，控制部6关闭阳极系空气供给阀341。
在步骤S202中，控制部6在停止供给阳极气体之后，不将设于阳极气体排出通路29的截断阀28闭止而维持在开阀状态。由此，在停止控制开始后，根据阳极气体供给通路22的压力与排气燃烧器40的出口压力的压力差，通过燃料电池堆1向排气燃烧器40排出未燃燃料气体。
在步骤S203中，与图6的步骤S922d的处理同样地，控制部6从压力传感器61取得堆入口阳极压力，算出与预先设定的空气流量映像对应的目标空气流量。在空气流量映像中设定有对每个堆入口阳极压力，使向排气燃烧器40排出的未燃燃料气体燃烧所需的空气流量。
在步骤S204中，与图4的步骤S922c的处理同样地，控制部6从温度传感器64取得燃烧器出口温度，在排气燃烧器40中的空气充足的范围内，燃烧器出口温度越低，越缩小目标空气流量。即，控制部6根据排气燃烧器40的温度修正目标空气流量。由此，能够将排气燃烧器40的温度维持在适于燃烧的温度。
在步骤S205中，控制部6基于在步骤S204中算出的目标空气流量，继续驱动压缩机32，并且控制阴极流量控制阀34的开度。由此，以向燃料电池堆1供给的空气的流量成为目标空气流量的方式进行调整，因此，能够使通过燃料电池堆1排出的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。另外，能够通过从压缩机32向燃料电池堆1的阴极供给的空气将燃料电池堆1的内部冷却。
在步骤S206中，控制部6判断燃料电池系统11的内部温度是否降低至在燃料电池堆1的阳极不易引起氧化反应的温度。在本实施方式中，与图4的步骤S923a的处理同样地，控制部6判断燃料电池堆1的温度是否比温度阈值Tth降低。
在步骤S207中，控制部6在燃料电池堆1的温度比温度阈值Tth降低的情况下，打开阳极系空气供给阀341，向阳极气体供给通路22供给规定量的空气。由此，滞留于改质器26及燃料电池堆1的内部的未燃燃料气体被向排气燃烧器40推出。而且，从阴极流量控制阀34通过燃料电池堆1向排气燃烧器40供给的空气和未燃燃料气体燃烧，燃烧后产生的气体被向大气排出。
在步骤S208中，控制部6在使滞留于燃料电池系统11的内部的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧后，同时关闭阳极系空气供给阀341及阴极流量控制阀34，并停止压缩机32的驱动。
在步骤S209中，控制部6通过关闭截断阀28，防止阳极气体排出通路29中的含氧的气体的逆流及从阳极气体供给通路22不快速地排出残留气体的情况等。此外，截断阀28在下一起动时开放。
根据本发明的第三实施方式，与第一及第二实施方式同样地，在使燃料电池系统11停止的情况下，通过向排气燃烧器40供给空气，能够使从燃料电池堆1排出的未燃燃料气体在排气燃烧器40中燃烧。由此，能够在燃料电池系统11的下一次起动时，降低通过燃料电池堆1而从排气通路41排出的未燃燃料气体的排出量。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过表示了本发明的应用例的一部分，不是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体构成的意思。
例如，燃料电池系统10或11具备：从位于阴极流量控制阀34与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路33分支且与阴极气体排出通路39合流的旁通通路、控制在该旁通通路中流通的阴极气体的流量的控制阀。而且，控制部6也可以打开旁通通路的控制阀，直到接收停止指令信号后成为强制排出时期。由此，在考虑到燃料电池系统立即再起动，而不降低燃料电池堆1的温度直到经过特定的期间的情况下，不利用空气冷却燃料电池堆1，能够向排气燃烧器40供给未燃燃料气体的燃烧所需的规定量的空气。
另外，在上述实施方式中，在具备固体氧化物型燃料电池的燃料电池系统中应用了本发明，但不限于此，例如即使是将从高分子电解质型燃料电池排出的燃料废气及氧化剂废气在燃烧器中燃烧并通过该燃烧气体驱动涡轮那样的燃料电池系统，也能够应用本发明。
另外，在上述实施方式中，在燃料电池系统的停止控制中，以排气燃烧器40的温度不过于降低，且以减少向排气燃烧器40的空气流量的方式进行了控制，但也可以在排气燃烧器40设置加热器而利用加热器将排气燃烧器40加热。由此，能够避免随着空气流量向排气燃烧器40的减量，氧在排气燃烧器40中不足的情况。
另外，在本实施方式中，检测燃料电池堆1的入口压力，并将该检测值用作阳极气体供给通路22的压力，但也可以检测并使用改质器26的入口压力或热交换器25的入口压力。即使这样，也可得到与第二实施方式相同的作用效果。
此外，上述各实施方式能够适当组合。
本申请基于2015年12月15日在日本专利局提出申请的特愿2015－244426主张优先权，通过参照将该申请的全部内容编入本说明书。

Claims (16)

1.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：向燃料电池供给氧化剂气体的氧化剂供给装置、向所述燃料电池供给燃料气体的燃料供给装置、使从所述燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气燃烧并将其排出的燃烧器，其中，所述燃料电池系统的控制方法包括：
发电控制步骤，向所述燃料电池供给燃料气体及氧化剂气体而使所述燃料电池进行发电；
停止控制步骤，在使所述燃料电池系统停止的情况下，停止燃料气体向所述燃料电池的供给，基于所述燃料电池系统的未燃燃料气体量向所述燃烧器供给氧化剂气体。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，利用所述燃料电池的旁通流路，通过所述氧化剂供给装置向所述燃烧器供给氧化剂气体。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，从所述燃料电池停止起规定期间之后，相对于向所述燃料电池流通燃料气体的燃料通路供给氧化剂气体，由此，向所述燃烧器排出燃料废气。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述规定期间基于所述燃料电池的温度而决定。
5.如权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述规定期间基于所述燃料电池的阳极气体压力而决定。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，在所述规定期间之后，从外部向所述燃料电池施加反电动势，并且向所述燃料通路供给氧化剂气体，由此，向所述燃烧器排出未燃燃料气体。
7.如权利要求3～6中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料供给装置包含改质器，该改质器将通过所述燃烧器加热的燃料气体改质，
所述氧化剂供给装置包含分支通路，该分支通路从向所述燃料电池流通氧化剂气体的氧化剂通路分支，与位于所述改质器更上游的所述燃料通路合流，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，通过所述氧化剂供给装置从所述分支通路向所述燃料通路供给氧化剂气体，使从所述改质器排出的未燃燃料气体在所述燃烧器中燃烧。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述氧化剂供给装置还包含控制阀，该控制阀设于所述分支通路，对向所述改质器供给的氧化剂气体的流量进行控制，
在所述停止控制步骤中，在接收到所述燃料电池系统的停止指令的情况下，所述燃料通路的压力、所述燃料电池的温度及所述停止指令后的经过时间中的至少一个参数超过规定的阈值时，打开所述控制阀。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述停止控制步骤包含：
运算步骤，基于向所述燃料电池供给的燃料气体的温度和从所述燃料电池排出的燃料废气的温度，计算所述燃料电池的温度；
氧化剂供给步骤，在所述燃料电池的温度比为了抑制所述燃料电池的氧化而设定的温度阈值降低的情况下，打开所述控制阀且向所述燃料通路供给氧化剂气体。
10.如权利要求8或9所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，直到经过所述规定期间为止，关闭所述控制阀并向所述氧化剂通路或从所述氧化剂通路分支而与所述燃料电池的排气通路合流的旁通通路供给氧化剂气体。
11.如权利要求1～10中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，以根据所述未燃燃料气体量设定的规定的流量向所述燃烧器供给氧化剂气体。
12.如权利要求1～11中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还包含检测所述燃烧器的温度的温度传感器，
所述停止控制步骤根据由所述温度传感器检测的所述燃烧器的温度，减少氧化剂气体向所述燃烧器的流量。
13.如权利要求11或12所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，逐渐减少所述氧化剂气体的流量。
14.如权利要求1～13中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还包含检测向所述燃料电池流通燃料气体的燃料通路的压力的压力传感器，
在所述停止控制步骤中，基于由所述压力传感器检测的所述燃料通路的压力或该燃料通路的压力与所述燃烧器的压力的压力差，减少所述氧化剂气体的流量。
15.如权利要求1～14中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统还包含电力控制器，该电力控制器与所述燃料电池连接，取出所述燃料电池的电力并向二次电池进行供给，
在所述停止控制步骤中，在使所述燃料电池系统停止的情况下，通过所述电力控制器向所述燃料电池施加反电动势。
16.一种燃料电池系统，其包含：
燃料电池，其使用燃料气体和氧化剂气体进行发电；
氧化剂供给装置，其向所述燃料电池供给氧化剂气体；
燃料供给装置，其向所述燃料电池供给燃料气体；
燃烧器，其将从所述燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气导入而使该混合气体燃烧并排出，
控制部，其向所述燃料电池供给燃料气体及氧化剂气体，使所述燃料电池进行发电，
所述控制部在使所述燃料电池系统停止的情况下，停止燃料气体向所述燃料电池的供给，基于所述燃料电池系统的未燃燃料气体量，向所述燃烧器供给氧化剂气体。
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