CN108432016B - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：燃料电池；燃烧器，其使燃料和氧化气体燃烧，向燃料电池的阴极入口供给燃烧气体；燃烧燃料供给装置，其向燃烧器供给燃料；燃烧氧化气体供给装置，其向燃烧器供给氧化气体；阳极排出气体排出通路，其从燃料电池的阳极出口排出阳极排出气体；阴极排出气体排出通路，其从燃料电池的阴极出口排出阴极排出气体；以及控制器，其对燃烧燃料供给装置向燃烧器的燃料的供给以及燃烧氧化气体供给装置向燃烧器的氧化气体的供给进行控制；其中，控制器具有要求停止后燃烧器供给控制部，在要求燃料电池系统停止后，由该要求停止后燃烧器供给控制部执行向燃烧器的燃料的供给和氧化气体的供给。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种具备接受燃料气体和氧化气体的供给来进行发电的燃料电池的燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
在燃料电池系统中，在伴随驾驶员等对钥匙开关的关闭操作等来停止燃料电池的发电时，从防止阳极的氧化劣化等的观点出发，进行规定的燃料电池停止处理。例如，US6620535B2中公开了如下的燃料电池系统：在具备所谓的固体氧化物型燃料电池的燃料电池系统中，在系统停止时向燃料电池堆施加反偏置电压来防止燃料电池的阳极的氧化劣化。
发明内容
上述的防止阳极的氧化劣化在燃料电池系统中是重要的，除了上述反偏置电压的施加以外还期望其它有效的抑制阳极的氧化劣化的手法。
因而，本发明的目的在于提供一种能够抑制燃料电池停止处理中的阳极的氧化的燃料电池系统及其控制方法。
用于解决问题的方案
根据本发明的某个方式，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：燃料电池；燃烧器，其使燃料和氧化气体燃烧，向燃料电池的阴极入口供给燃烧气体；燃烧燃料供给装置，其向燃烧器供给燃料；燃烧氧化气体供给装置，其向燃烧器供给氧化气体；阳极排出气体排出通路，其从燃料电池的阳极出口排出阳极排出气体；阴极排出气体排出通路，其从燃料电池的阴极出口排出阴极排出气体；以及控制器，其对燃烧燃料供给装置向燃烧器的燃料的供给以及燃烧氧化气体供给装置向燃烧器的氧化气体的供给进行控制。而且，在该燃料电池系统中，控制器具有要求停止后燃烧器供给控制部，在要求停止燃料电池系统后，由要求停止后燃烧器供给控制部执行向燃烧器的燃料的供给和氧化气体的供给。
附图说明
图1是一个实施方式的燃料电池系统的概要结构图。
图2是表示一个实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
图3A是表示与时间经过相应的阴极氧分压的变化的时序图。
图3B是表示与时间经过相应的阳极氧分压的变化的时序图。
图4是表示一个实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
图5是说明一个实施方式的阳极氧分压的运算方法的流程图。
图6是表示空气过剩率与阴极氧分压之间的关系的对应图的一例。
图7是表示堆温度、阳极氧分压以及上限阈值之间的关系的图表。
图8是一个实施方式的燃料电池系统的概要结构图。
图9是表示一个实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
图10是表示反向电压施加模式的流程的流程图。
图11是表示一个实施方式的检查模式的流程的流程图。
图12A是表示一个实施方式的系统停止处理后的阳极氧分压的时间变化的时序图。
图12B是表示一个实施方式的系统停止处理后的堆温度的时间变化的时序图。
图13是表示反向电压施加处理中的反向电压施加用DC-DC转换器的消耗电力的时间变化的时序图。
图14是表示一个实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
图15是表示新燃料供给模式的流程的流程图。
图16是表示一个实施方式的检查模式的流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图等来说明本发明的实施方式。
(第一个实施方式)
图1是表示本实施方式的燃料电池系统100的主要结构的概要结构图。
如图1所示，燃料电池系统100是具备接受燃料气体(阳极气体)和作为氧化气体的空气(阴极气体)的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池堆10的固体氧化物型燃料电池系统，搭载于车辆等。
燃料电池堆10是层叠多个固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide FuelCell)而成的层叠电池。一个固体氧化物型燃料电池(燃料电池单电池)是通过用被供给燃料气体的阳极电极以及被供给空气的阴极电极将由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层夹在中间而构成的。例如，燃料气体是包含氢和烃等的气体。
另外，在燃料电池堆10的阳极电极内形成有使从阳极入口10a供给的燃料气体通过、将使用后的阳极排出气体从阳极出口10c排出的阳极流路(阳极通路)。另外，在燃料电池堆10的阴极电极内形成有使从阴极入口10b供给的空气通过、将使用后的阴极排气从阴极出口10d排出的阴极流路(阴极通路)。
并且，燃料电池系统100包括：燃料供给机构20，其向燃料电池堆10供给燃料气体；启动燃烧机构30，其使燃料气体与空气燃烧；空气供给机构40，其向燃料电池堆10供给空气；排气机构50，其对从燃料电池堆10排出的阳极排出气体和阴极排出气体进行排气；以及电力机构60，其与燃料电池堆10之间进行电力的输入输出。并且，燃料电池系统100具备统一控制系统整体的动作的控制器80。
燃料供给机构20具备燃料供给通路21、燃料罐22、过滤器23、泵24、喷射器25、蒸发器26、热交换器27、重整器28以及压力调节阀29。
燃料供给通路21是将燃料罐22与燃料电池堆10的阳极入口10a连接的通路。
燃料罐22是蓄积例如使乙醇与水混合后得到的重整用的液体燃料的容器。
过滤器23配置于燃料罐22与泵24之间的燃料供给通路21。过滤器23将被泵24吸引之前的重整用燃料所包含的异物等去除。
泵24设置于比燃料罐22更靠下游侧的燃料供给通路21。泵24吸引燃料罐22内蓄积的重整用燃料，将该燃料供给到喷射器25等。此外，也能够由控制器80来执行泵24的输出控制。
喷射器25配置于泵24与蒸发器26之间的燃料供给通路21。喷射器25将从泵24供给的燃料喷射供给到蒸发器26内。
蒸发器26设置于比喷射器25更靠下游侧的燃料供给通路21。蒸发器26使从喷射器25供给的燃料汽化后供给到热交换器27。蒸发器26利用从后述的排气燃烧器53排出的排气的热来使燃料汽化。
热交换器27设置于比蒸发器26更靠下游侧的燃料供给通路21，配置成与排气燃烧器53相邻。热交换器27利用从排气燃烧器53传递来的热，来进一步加热在蒸发器26中汽化的燃料。
压力调节阀29设置于蒸发器26与热交换器27之间的燃料供给通路21。压力调节阀29对向热交换器27供给的汽化燃料的压力进行调整。由控制器80来控制压力调节阀29的开度。
重整器28设置于热交换器27与燃料电池堆10之间的燃料供给通路21。重整器28使用设置在该重整器28内的催化剂来对燃料进行重整。通过重整器28中的催化剂反应，重整用燃料被重整为包含氢、烃、一氧化碳等的燃料气体。像这样重整后的燃料气体保持高温状态地经由燃料电池堆10的阳极入口10a被供给到阳极通路内。
此外，燃料供给通路21具备从该燃料供给通路21分支出来的分支路71、72。分支路71从泵24与喷射器25之间的燃料供给通路21分支出来，与向扩散燃烧器31供给燃料的喷射器71A连接。在分支路71上设置有用于开闭该分支路71的开闭阀71B。另外，在喷射器71A中设置有电加热器71C来作为用于使液体燃料汽化的加热装置。
分支路72从泵24与喷射器25之间的燃料供给通路21分支出来，与向催化剂燃烧器32供给燃料的喷射器72A连接。在分支路72上设置有用于开闭该分支路72的开闭阀72B。
由控制器80来控制上述的开闭阀71B、72B的开度。在本实施方式中，在燃料电池系统100启动时、停止时对开闭阀71B、72B进行开闭控制。
接着，说明空气供给机构40和启动燃烧机构30。
空气供给机构40具备空气供给通路41、过滤器42、空气鼓风机43、热交换器44以及节气门45等。另外，启动燃烧机构30具备扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32等。
空气供给通路41是将空气鼓风机43与燃料电池堆10的阴极入口10b连接的通路。
空气鼓风机43是通过过滤器42来取入外部大气(空气)、将取入的空气作为阴极气体供给到燃料电池堆10等的空气供给装置。在本实施方式中，也能够由控制器80来控制空气鼓风机43所送出的空气流量。此外，过滤器42去除被空气鼓风机43取入之前的空气所包含的异物。
热交换器44设置于比空气鼓风机43更靠下游侧的空气供给通路41。热交换器44是利用从排气燃烧器53排出的排气的热来加热空气的装置。由热交换器44加热后的空气被供给到构成启动燃烧机构30的一部分的扩散燃烧器31。
节气门45设置于空气鼓风机43与热交换器44之间的空气供给通路41。节气门45构成为开度能够调节，根据其开度来调整空气流量。由控制器80来控制节气门45的开度。
扩散燃烧器31配置于比热交换器44更靠下游侧的空气供给通路41。在系统启动时，来自空气鼓风机43的空气以及从喷射器71A喷射的燃料被供给到扩散燃烧器31内。从喷射器71A喷射的燃料被电加热器71C加热，以汽化的状态被供给到扩散燃烧器31。
在启动结束后，燃料的供给和着火装置的工作被停止，从空气鼓风机43供给的空气通过扩散燃烧器31后被供给到催化剂燃烧器32。
催化剂燃烧器32设置于扩散燃烧器31与燃料电池堆10之间的空气供给通路41。催化剂燃烧器32是在内部具备催化剂、使用该催化剂来生成高温的燃烧气体的装置。
在催化剂燃烧器32中，在燃料电池堆10启动时进行的暖机运转中，来自空气供给通路41的空气以及从喷射器72A喷射的燃料被供给到催化剂燃烧器32内。催化剂燃烧器32的催化剂被预热燃烧器加热，在加热后的催化剂的作用下空气和燃料燃烧而生成燃烧气体。燃烧气体是几乎不含氧的高温的非活性气体，被供给到燃料电池堆10，对该燃料电池堆10等进行加热。由此，能够使燃料电池堆10的温度上升至期望的工作温度。
此外，当暖机结后转变为通常运转时，向催化剂燃烧器32的燃料供给被停止，暂时停止催化剂燃烧器32内的燃烧。
如上所述，催化剂燃烧器32原本被用作在燃料电池堆10的暖机运转时向燃料电池堆10供给燃烧气体的启动燃烧器，但是在本实施方式中，在要求停止系统后的系统停止处理中，催化剂燃烧器32还被用作向燃料电池堆10的阴极入口10b供给燃烧气体的燃烧器。该系统停止处理中的向燃料电池堆10的阴极入口10b的燃烧气体的供给在后面详细说明。
此外，在上述启动时、暖机运转时以及系统停止处理中以外的通常运转时，经由分支路71、72向扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32的燃料的供给被停止，来自空气鼓风机43的空气通过扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32后被供给到燃料电池堆10。
接着，说明排气机构50。排气机构50具备阳极排出气体排出通路51、阴极排出气体排出通路52、排气燃烧器53以及合流排气通路54等。
阳极排出气体排出通路51将燃料电池堆10内的阳极出口10c与排气燃烧器53的阳极侧入口部连接。阳极排出气体排出通路51是流通从燃料电池堆10的燃料流路排出的包含燃料气体的排出气体(阳极排出气体)的通路。
阴极排出气体排出通路52将燃料电池堆10内的阴极出口10d与排气燃烧器53的阴极侧入口部连接。阴极排出气体排出通路52是流通从燃料电池堆10内的阴极流路排出的排出气体(阴极排出气体)的通路。
排气燃烧器53使从阳极排出气体排出通路51和阴极排出气体排出通路52供给的合流后的阳极排出气体和阴极排出气体进行催化剂燃烧，生成以二氧化碳、水为主成分的排气。
排气燃烧器53被配置成与热交换器27相邻，因此排气燃烧器53的催化剂燃烧所产生的热被传递到热交换器27。像这样传递到热交换器27的热被使用于加热燃料。
在排气燃烧器53的气体出口部(下游端)连接有合流排气通路54。从排气燃烧器53排出的排气通过合流排气通路54被排出到燃料电池系统100的外部。合流排气通路54构成为通过蒸发器26和热交换器44，蒸发器26和热交换器44被通过合流排气通路54的排气所加热。
接着，说明电力机构60。电力机构60具备DC-DC转换器61、蓄电池62、驱动马达63以及逆变器(未图示)。
DC-DC转换器61与燃料电池堆10电连接，将燃料电池堆10的输出电压升高来向蓄电池62或驱动马达63供给电力。蓄电池62构成为被充入从DC-DC转换器61供给的电力或向驱动马达63供给电力。因而，能够通过DC-DC转换器61来适当升降燃料电池堆10的输出电压。
驱动马达63是三相交流马达，作为车辆的动力源而发挥功能。驱动马达63经由未图示的逆变器来与蓄电池62及DC-DC转换器61连接。该驱动马达63在车辆制动时产生再生电力。该再生电力例如被使用于蓄电池62的充电。
而且，上述燃料电池系统100还具备电流传感器81、电压传感器82以及堆温度传感器83等各种传感器类。
电流传感器81检测作为从燃料电池堆10取出的取出电流的输出电流(以下也记载为“堆电流”)。电压传感器82检测燃料电池堆10的输出电压(以下也记载为“堆电压V”)、也就是说阳极电极侧端子与阴极电极侧端子之间的端子间电压。
堆温度传感器83设置于燃料电池堆10，检测该燃料电池堆10的温度(以下也记载为“堆温度Ts”)。
接着，如上所述那样统一控制系统整体的动作的控制器80由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。控制器80通过执行特定的程序来执行用于控制燃料电池系统100的处理。
除了来自电流传感器81、电压传感器82以及堆温度传感器83等各种传感器的信号以外，来自检测外部大气温度Ta的外部大气温度传感器85、检测加速踏板的踏下量的加速行程传感器86等检测车辆状态的传感器的信号也被输入到控制器80。另外，控制器80基于这些信号来进行各种阀和喷射器的开度控制、各致动器的输出控制。
特别是，在本实施方式中，控制器80例如当接收到燃料电池系统100的停止要求、如检测出未图示的钥匙开关的关闭操作等时，执行系统停止处理。控制器80在该系统停止处理中，对分支路72的开闭阀72B等燃料供给机构20的燃料系统致动器(燃烧燃料供给装置)和节气门45等空气供给机构40的空气系统致动器(燃烧氧化气体供给装置)进行控制来执行向催化剂燃烧器32的燃料的供给和空气的供给。即，在要求停止燃料电池系统100后，控制器80作为执行向催化剂燃烧器32的燃料的供给和空气的供给的要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能。
并且，本实施方式的控制器80在燃料电池堆10启动时的暖机运转中，适当执行打开分支路72的开闭阀72B等燃烧燃料供给装置的控制以及打开节气门45等燃烧氧化气体供给装置的控制，向催化剂燃烧器32供给燃料和空气。由此，来自催化剂燃烧器32的燃烧气体被供给到燃料电池堆10。然后，控制器80在暖机运转结束后，控制燃烧氧化气体供给装置来停止向催化剂燃烧器32的空气的供给。
在具有以上说明的结构的燃料电池系统100中，根据以车辆的驾驶员的关闭钥匙操作、蓄电池62的满充电等为触发的系统停止要求来切断向驱动马达63的电力供给，执行作为要求停止系统后的燃料电池停止处理的系统停止处理。在该系统停止处理中，向燃料电池堆10的燃料气体的供给被停止，另一方面，继续向燃料电池堆10供给空气，对该燃料电池堆10进行冷却。下面，说明系统停止处理。
图2是表示本实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
在步骤S110中，控制器80判定堆温度Ts是否为应该结束系统停止处理的停止处理结束温度Te以下。在此，停止处理结束温度Te是认为在燃料电池堆10内不会产生阳极的氧化反应等不理想的反应的温度。即，停止处理结束温度Te是燃料电池堆10的冷却目标温度(例如约300℃)。
当判定为堆温度Ts为停止处理结束温度Te以下时，进入步骤S120，控制器80结束系统停止处理。
另一方面，当在步骤S110中判定为堆温度Ts大于停止处理结束温度Te时，进入步骤S130，将规定流量的空气供给到催化剂燃烧器32。具体地说，控制器80使系统停止处理前的节气门45的开度增加。
在步骤S140中，控制器80基于向催化剂燃烧器32供给的空气流量以及作为预先设定的氧化气体的过剩率的空气过剩率(化学计量比)λ，来计算应该向催化剂燃烧器32供给的燃料气体流量。
在此，空气过剩率λ是表示从利用燃料使空气既无过量又无不足地燃烧的观点出发、相对于向催化剂燃烧器32供给的燃料气体流量而言、向催化剂燃烧器32供给的空气的流量过剩到什么程度的指标。即，空气过剩率λ例如被求作(实际供给的空气的质量流量)/(使燃料气体完全燃烧所需的空气的质量流量)。
因而，在以使空气过剩率＝1的方式向催化剂燃烧器32供给燃料气体的情况下，向催化剂燃烧器32供给的空气正好被燃料气体既无过量又无不足地燃烧。另外，在以使空气过剩率<1的方式向催化剂燃烧器32供给燃料气体的情况下，相对于空气而言燃料气体的量剩余。并且，在以使空气过剩率>1的方式向催化剂燃烧器32供给燃料气体的情况下，相对于空气而言燃料气体不足。
在本实施方式中，从防止阳极的氧化劣化的观点出发，空气过剩率λ优选被设定为1以下。由此，向催化剂燃烧器32供给的空气通过燃烧被全部消耗，因此抑制阳极的氧化劣化的效果变大。特别是，最优选的是，设定为空气过剩率λ＝1。
在步骤S150中，基于在步骤S140中计算出的燃料气体流量，来进行向催化剂燃烧器32的燃料的供给。
由此，在催化剂燃烧器32内燃料气体和空气燃烧来生成非活性的燃烧气体。然后，该燃烧气体通过空气供给通路41来从催化剂燃烧器32被供给到燃料电池堆10内的阴极入口10b。
此外，在要求停止系统后的固定时间内，催化剂燃烧器32内被保持为高温，因此即使不使该催化剂燃烧器32的燃烧器工作也发生燃烧气体与空气的燃烧反应。然而，也可以是，在要求停止系统后经过某种程度的时间、由此催化剂燃烧器32内的温度变得低于期望的温度的情况下，使催化剂燃烧器32的燃烧器工作来对催化剂燃烧器32内进行加热。
如上所述，通过从催化剂燃烧器32被供给到燃料电池堆10内的阴极入口10b，燃料电池堆10的阴极通路内的高氧浓度的空气的一部分经由阴极排出气体排出通路52从该阴极通路内被排出。即，燃料电池堆10的阴极通路内的高氧浓度的空气的一部分被来自催化剂燃烧器32的燃烧气体所置换，该阴极通路内的氧分压(以下也记载为“阴极氧分压”)下降。
因而，从该阴极通路交叉泄漏到燃料电池堆10的阳极通路内的气体的氧分压也下降。由此，阳极通路内的氧分压(以下也记载为“阳极氧分压”)下降。
此外，下面，将如上述的步骤S130～步骤S150那样向催化剂燃烧器32供给空气和燃料、将在催化剂燃烧器32中生成的非活性的燃烧气体供给到燃料电池堆10的阴极入口10b的处理也记载为“燃烧气体置换处理”。
接着，进一步详细地说明因燃烧气体置换处理引起的阴极氧分压的下降、以及由此带来的阳极氧分压的下降。
图3A是表示与时间经过相应的阴极氧分压的变化的时序图，图3B是表示与时间经过相应的阳极氧分压的变化的时序图。此外，图3A和图3B以点线示出了大气中的氧分压的值。另外，在图3A和图3B中，为了参考，以虚线示出了不进行燃烧气体置换处理的情况下的阳极氧分压的变化来作为比较例。并且，在图3B中，特别以斜线示出了从燃料电池堆10的耐久性、性能维持的观点出发可能会超过容许地发生阳极的氧化劣化的阳极氧分压的区域，来作为氧化劣化区域D。
如图3B所示，氧化劣化区域D与表示系统停止处理的进展程度的时间(堆温度Ts的减少)相应地变化。即，氧化劣化区域D在系统停止处理开始时附近(即，紧接着系统的停止要求之后)大，随着系统停止处理进展而变小。
像这样在系统停止处理的开始时附近氧化劣化区域D相对大的原因如下：在系统停止处理的初始阶段，尚且处于堆温度Ts高、在阳极易于进行氧化反应的能量状态。另一方面，在系统停止处理已进展到某个程度的后半阶段，堆温度Ts下降，因此到系统停止处理结束为止的时间比较短。在该情况下，在阳极比较不容易进行氧化反应而不容易发生氧化劣化，因此氧化劣化区域D相对变小。
并且，图3A中虚线所示的比较例的阴极氧分压与系统停止处理的进展无关，取大致与大气中的氧分压相等的值。与此相对，在图3A的实线所示的本实施方式中，通过进行燃烧气体置换处理，阴极氧分压与大气中氧分压相比随着时间经过而逐渐下降，接近低于大气中的氧分压的固定值。
另一方面，关于图3B中虚线所示的不进行燃烧气体置换处理的情况下的阳极氧分压，在时刻0(系统停止处理开始时)阳极通路内被燃料气体充满，因此该阳极氧分压为接近零的值。但是，当系统停止处理继续进展时，向燃料电池堆10的燃料的供给被停止，因此在从阴极向阳极的交叉泄漏、从阳极排出气体排出通路51向阳极的反向扩散的影响下，阳极氧分压随着时间经过而增加。特别是，当系统停止处理进展到某种程度时，该阳极氧分压上升到进入氧化劣化区域D。
与此相对，与未进行燃烧气体置换处理的情况下的阳极氧分压相比，图3B中实线所示的进行了燃烧气体置换处理的本实施方式的阳极氧分压变低，与系统停止处理的进展相应的增加量小。由此，即使系统停止处理进展，该阳极氧分压也以不会进入氧化劣化区域D的方式变化。
根据上述的燃料电池系统100，能够起到以下的效果。
本实施方式所涉及的燃料电池系统100具备：作为燃料电池的燃料电池堆10；作为燃烧器的催化剂燃烧器32，其使燃料和氧化气体燃烧，向燃料电池堆10的阴极入口10b供给燃烧气体；作为燃烧燃料供给装置的燃料罐22、泵24、分支路72、喷射器72A及开闭阀72B，它们向催化剂燃烧器32供给燃料；作为燃烧氧化气体供给装置的空气鼓风机43及节气门45，它们向催化剂燃烧器32供给作为氧化气体的空气；阳极排出气体排出通路51，其从燃料电池堆10的阳极出口10c排出作为阳极排出气体的阳极排气；阴极排出气体排出通路52，其从燃料电池堆10的阴极出口10d排出作为阴极排出气体的阴极排气；以及控制器80，其对燃烧燃料供给装置向催化剂燃烧器32的燃料的供给以及燃烧氧化气体供给装置向催化剂燃烧器32的氧化气体的供给进行控制。
而且，在该燃料电池系统100中，在要求停止燃料电池系统100后，控制器80作为执行向催化剂燃烧器32的燃料的供给和氧化气体的供给的要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能(步骤S130～步骤S150)。
即，在本实施方式中，在要求停止燃料电池系统100后进行的系统停止处理中，向燃料电池系统100内的催化剂燃烧器32供给燃料和空气，将在该催化剂燃烧器32中生成的燃烧气体供给到燃料电池堆10的阴极入口10b。
据此，在要求停止燃料电池系统100后的系统停止处理中，燃料和空气被供给到催化剂燃烧器32，通过催化剂燃烧器32内的燃烧而生成的燃烧气体被供给到燃料电池堆10的阴极入口10b。因而，燃料电池堆10内的阴极通路被供给燃烧气体，阴极通路内的高氧浓度的气体经由阴极排出气体排出通路52等从该阴极通路内被排出而被燃烧气体所置换，该阴极氧分压下降。作为结果，在系统停止处理中，由于交叉泄漏，被置换为燃烧气体的低氧分压的阴极通路内的气体进入阳极通路内，能够抑制燃料电池堆10内的阳极氧分压的上升。
另外，通过像这样燃烧气体从阴极通路内进入阳极通路内，能够使阳极通路内的压力增加来妨碍从阳极排出气体排出通路51的反向扩散。由此也能够抑制因该反向扩散引起的阳极内的氧分压的增加。
因而，能够防止系统的停止处理中的燃料电池堆10的阳极的氧化劣化。
特别是，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，催化剂燃烧器32是如下的燃料电池堆10的启动燃烧器30：在燃料电池堆10启动时执行的暖机运转中，接受燃料和空气的供给来使该燃料和空气燃烧，向阴极入口10b供给燃烧气体。然后，控制器80在暖机运转结束后停止向启动燃烧器30(催化剂燃烧器32)的空气的供给。
即，在本实施方式中，能够使用原本作为在燃料电池堆10启动时执行的暖机运转中使用的启动燃烧器的催化剂燃烧器32，来执行上述的系统停止处理中的向燃料电池堆10的燃烧气体的供给。
由此，能够使用现有的启动用的催化剂燃烧器32以及其随带的燃料、空气的供给机构，不使燃料电池系统100的结构复杂化地执行本实施方式所涉及的系统停止处理。特别是，催化剂燃烧器32在上述暖机运转中就被使用，由此，在暖机运转结束后转变为通常运转，之后在发出系统停止要求时，催化剂燃烧器32内大体上被维持为高温状态。因而，在要求停止系统后的系统停止处理中，只要燃料和空气供给到催化剂燃烧器32，不使该催化剂燃烧器32的燃烧器工作就能够使燃烧气体和空气燃烧。
并且，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，作为要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能的控制器80对燃料的供给量进行调节，使得作为空气相对于燃料的过剩率的空气过剩率λ为抑制燃料电池堆10的阳极的氧化劣化的规定值。由此，能够进一步可靠地防止燃料电池堆10的阳极的氧化劣化。
特别是在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，优选的是，对燃料的供给量进行调节使得空气过剩率λ为1。由此，能够抑制空气混入到从催化剂燃烧器32供给到燃料电池堆10的阴极入口10b的燃烧气体，因此作为结果能够使向阳极交叉泄漏的气体的氧浓度也下降，进一步适当地抑制阳极的氧化劣化。并且，还能够防止在阳极内残留剩余的燃料。
并且，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，催化剂燃烧器32配置于作为向燃料电池堆10的阴极入口10b供给空气的氧化气体供给通路的空气供给通路41。由此，能够将作为燃烧氧化气体供给装置的空气鼓风机43作为同一空气供给源、且经由同一空气供给通路41来执行向催化剂燃烧器32的空气供给以及向燃料电池堆10的阴极入口10b的空气供给，因此能够抑制系统结构的复杂化。
而且，如以上所说明的那样，在本实施方式中，在燃料电池系统100中的燃料电池堆10的停止处理中，执行以下的燃料电池系统100的控制方法：向燃料电池系统100内的催化剂燃烧器32供给燃料和空气，将在催化剂燃烧器32中生成的燃烧气体供给到燃料电池堆10的阴极入口10b。
据此，在燃料电池堆10的停止处理中，燃料和空气被供给到催化剂燃烧器32，通过催化剂燃烧器32内的燃烧而生成的燃烧气体被供给到燃料电池堆10的阴极入口10b。因而，燃料电池堆10内的阴极通路被供给燃烧气体，阴极通路内的高氧浓度的气体经由阴极排出气体排出通路52等从该阴极通路内被排出而被燃烧气体所置换，该阴极氧分压下降。作为结果，在燃料电池堆10的停止处理中，由于交叉泄漏，被置换为燃烧气体的低氧分压的阴极通路内的气体进入阳极通路内，能够抑制燃料电池堆10内的阳极氧分压的上升。
(第二实施方式)
下面，说明第二实施方式。此外，对与在第一个实施方式中说明的要素相同的要素标注相同的标记，省略其说明。
图4是表示本实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
如图所示，在步骤S210中，在系统停止处理开始后，控制器80运算燃料电池堆10内的阳极氧分压PaO2。
图5是说明本实施方式中的阳极氧分压PaO2的运算方法的流程图。
如图所示，在步骤S211中，控制器80获取由堆温度传感器83检测出的堆温度Ts以及由电压传感器82检测出的堆电压V。
在步骤S212中，控制器80根据堆温度Ts和堆电压V来计算阴极氧分压PcO2。具体地说，在系统停止处理后，根据空气过剩率λ，按照规定的对应图来决定阴极氧分压PcO2。
图6是表示空气过剩率λ与阴极氧分压PcO2之间的关系的对应图的一例。通过使用图所示的对应图，能够根据空气过剩率λ来求出阴极氧分压PcO2。
在此，根据图6的对应图可以明确的是，在空气过剩率λ>1的区域，在催化剂燃烧器32的燃烧中空气供给量相对于燃料供给量而言过剩，因此阴极氧分压PcO2为比较大的值。另一方面，在空气过剩率λ≤1的区域，在催化剂燃烧器32的燃烧中相对于空气供给量而言无过量和不足地供给了燃料或者燃料不足。因此，在空气过剩率λ≤1的区域，阴极氧分压PcO2为接近零的值。
然后，在本实施方式中，在空气过剩率λ≤1的某个值下求出阴极氧分压PcO2，使用于后述的阳极氧分压PaO2的计算。
返回到图5，在步骤S213中，控制器80计算阳极氧分压PaO2。具体地说，控制器80基于堆电压V、堆温度Ts以及在步骤S212中计算出的阴极氧分压PcO2，根据下述的式来计算阳极氧分压PaO2。
[数1]
Figure BDA0001707356620000151
其中，在式中，ln表示自然对数，R表示气体常数，F表示法拉第常数。另外，T是堆温度Ts。
在此，在本实施方式中，计算出的阳极氧分压PaO2需要小于上限阈值Pth(T)，该上限阈值Pth(T)是从以下观点出发而决定的：从燃料电池堆10的耐久性、性能维持的观点出发可能会超过容许地发生阳极的氧化劣化。
由此，阳极氧分压PaO2不包含与在图3B中说明的氧化劣化区域D。因而，在本实施方式中，以使阳极氧分压PaO2小于上限阈值Pth(T)的方式决定上述空气过剩率λ。特别是，空气过剩率λ优选为1以下，最优选为1。
另一方面，如已经说明过的那样，氧化劣化区域D随着系统停止处理进展而变小。因而，随着系统停止处理进展、堆温度Ts变低，上限阈值Pth(T)的值变高。即，在堆温度Ts相对低的情况下，阳极氧分压PaO2即使值大也不容易超过上限阈值Pth(T)。
图7是表示堆温度Ts、阳极氧分压PaO2以及上限阈值Pth(T)之间的关系的图表。此外，图的斜线部表示氧化劣化区域D。根据图所示的上限阈值Pth(T)的曲线可以明确的是，系统停止处理越进展、堆温度Ts越下降，则上限阈值Pth(T)的值越大。这是由于，如已经说明过的那样，系统停止处理处于初始阶段时，阳极氧分压PaO2高，阳极氧化劣化的可能性变高，随着系统停止处理进展，即使阳极氧分压PaO2高也不容易发生阳极氧化劣化。
返回到图4，在步骤S220中，控制器80运算燃料电池堆10的散热量。具体地说，控制器80基于堆温度Ts和外部大气温度Ta，考虑堆结构构件的热容量等物理性质来运算燃料电池堆10的散热量Qs。
在步骤S230中，控制器80基于在步骤S220中运算出的散热量Qs，来运算要向催化剂燃烧器32供给的燃料的流量。具体地说，控制器80以使通过催化剂燃烧器32的燃烧而生成的热量为小于在步骤S220中运算出的燃料电池堆10的散热量Qs的热量的方式运算燃料流量。
通过像这样运算要向催化剂燃烧器32供给的燃料的流量，在催化剂燃烧器32中生成的燃烧气体的热量不超过燃料电池堆10的散热量Qs，因此即使将该燃烧气体供给到燃料电池堆10，也能够对燃料电池堆10进行冷却。即，即使将使催化剂燃烧器32工作而生成的燃烧气体供给到燃料电池堆10，也能够进行燃料电池堆10的停止处理(冷却)。
在步骤S240中，将规定流量的空气供给到催化剂燃烧器32。具体地说，在本实施方式中，控制器80对空气鼓风机43的输出进行调节，使得作为燃烧氧化气体供给装置的空气鼓风机43的输出流量为在该空气鼓风机43的规格上能够设定的最低流量。此外，在将供给到催化剂燃烧器32的空气流量调节为期望流量时，也可以适当调节节气门45的开度来代替空气鼓风机43的输出、或者与空气鼓风机43的输出一起同时适当调节节气门45的开度。
在步骤S250中，控制器80将燃料供给到催化剂燃烧器32。由此，在催化剂燃烧器32内燃料和空气燃烧来生成燃烧气体，所生成的该燃烧气体被送入到燃料电池堆10内的阴极通路内。即，执行燃烧气体置换处理。此外，也可以在催化剂燃烧器32内的温度下降的情况下，使催化剂燃烧器32内的燃烧器工作。
在步骤S260中，控制器80判定通过燃烧气体置换处理、燃料电池堆10内的阳极内的空气是否已被置换为来自催化剂燃烧器32的燃烧气体。
具体地说，控制器80通过检测是否发生了堆电压V的时间变化来判断阳极内的气体是否已被燃烧气体置。即，已知堆电压V同阳极氧分压与阴极氧分压之比具有相关性，因此当燃烧气体置换处理完全结束时，阳极氧分压与阴极氧分压之比消失，因此控制器80判断为燃烧气体置换处理已结束。
然后，在步骤S270中，停止向催化剂燃烧器32的燃料供给和空气供给。
另一方面，当在步骤S260中判定为燃烧气体置换处理未完成时，返回到步骤S210，再次重复本例程。
根据上述的燃料电池系统100，能够起到以下的效果。
在本实施方式中的燃料电池系统100中，控制器80作为运算燃料电池堆10的阳极的氧分压即阳极氧分压PaO2的阳极氧分压运算部而发挥功能(参照图5的步骤S210)。另外，作为要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能的控制器80基于阳极氧分压PaO2来调节向催化剂燃烧器32供给的燃料的量(参照图4的步骤S230和步骤S250)。由此，能够根据阳极氧分压PaO2来适当地决定向催化剂燃烧器32供给的燃料的量。
并且，作为要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能的控制器80对燃料的供给量进行调节，使得阳极氧分压PaO2小于上限阈值Pth(T)。由此，能够更可靠地抑制系统停止处理中的阳极氧分压PaO2的上升所引起的阳极氧化劣化。
特别是，根据堆温度Ts来求出上限阈值Pth(T)。更详细地说，当堆温度Ts下降时上限阈值Pth(T)变高。
即，在阳极氧分压PaO2变高而导致阳极氧化劣化的可能性高的系统停止处理的初始阶段，将上限阈值Pth(T)设定得相对低，在即使阳极氧分压PaO2高也不容易发生阳极氧化劣化的系统停止处理的进展阶段，能够将上限阈值Pth(T)设定得相对高。因而，能够抑制尽管发生阳极氧化劣化的可能性低、还是超过必要地在安全方面评价阳极氧分压PaO2的情况，作为结果，能够从在执行燃烧气体置换处理时生成所需足够的量的燃烧气体的观点出发来更可靠地向催化剂燃烧器32供给适当的量的燃料。
并且，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，作为阳极氧分压运算部而发挥功能的控制器80基于堆温度Ts、燃料电池的阴极的氧分压即阴极氧分压PcO2以及燃料电池的端子间电压即堆电压V来运算阳极氧分压PaO2。由此，能够容易且高精度地运算阳极氧分压PaO2。
另外，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，作为要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能的控制器80对燃料的供给量进行调节，使得由催化剂燃烧器32进行的燃烧的发热量为燃料电池堆10的散热量Qs以下。
由此，在催化剂燃烧器32中生成的燃烧气体的热量不超过燃料电池堆10的散热量Qs，因此即使将该燃烧气体供给到燃料电池堆10，也能够对燃料电池堆10进行冷却。即，即使将使催化剂燃烧器32工作而生成的燃烧气体供给到燃料电池堆10，也能够进行燃料电池堆10的停止处理(冷却)。
并且，在本实施方式中，作为要求停止后燃烧器供给控制部而发挥功能的控制器80将向燃料电池堆10的空气的供给流量控制为最低流量。此外，在此“最低流量”是指在空气鼓风机43的规格上能够设定的空气流量的最低值等考虑燃料电池系统100的设计而能够设定为向燃料电池堆10供给的空气流量的最低的值。
由此，与被设为最低流量的空气的供给流量相应地降低所决定的向催化剂燃烧器32的燃料的量，从而极力减少由催化剂燃烧器32进行的燃烧的发热量，因此能够抑制由于将燃烧气体供给到燃料电池堆10而导致的燃料电池堆10的冷却速度的下降。
特别是，本实施方式的燃料电池系统100具有：作为燃料电池温度获取装置的堆温度传感器83，其获取堆温度Ts；以及作为外部大气温度获取装置的外部大气温度传感器85，其获取外部大气温度Ta。而且，控制器80作为基于堆温度Ts和外部大气温度Ta来计算燃料电池堆10的散热量Qs的燃料电池散热量计算部而发挥功能。由此，能够容易且高精度地计算燃料电池堆10的散热量Qs。
(第三实施方式)
下面，说明第三实施方式。此外，对与在第一个实施方式或第二实施方式中说明的要素相同的要素标注相同的标记，省略其说明。
在本实施方式中，更可靠地防止从系统停止处理中的阳极的氧化劣化的观点出发，设想了以下情况：进行对燃料电池堆10施加作为与通过燃料电池堆10的发电得到的电压方向相反的电压的反向电压的处理(反向电压施加处理)，来作为上述燃烧气体置换处理以外的其它阳极劣化抑制处理。
图8是表示本实施方式的燃料电池系统100的主要结构的概要结构图。如图所示，在本实施方式中，在电力机构60中设置有作为进行向燃料电池堆10施加反向电压的处理的反向电压施加部的反向电压施加用DC-DC转换器67。
图9是表示本实施方式的系统停止处理的流程的流程图。此外，在图9所示的流程图中，步骤S210、步骤S220、步骤S230、步骤S240、步骤S250、步骤S260以及步骤S270的处理与第二实施方式相同，因此省略其详细的说明。
相对于第二实施方式的本实施方式中所固有的处理是步骤S300、步骤S310以及步骤S330。
在步骤S300中，控制器80判定在步骤S210中运算出的阳极氧分压PaO2是否为上限阈值Pth(T)以上，当判定为阳极氧分压PaO2为上限阈值Pth(T)以上时，转变为步骤S310的反向电压施加模式。此外，在判定为阳极氧分压PaO2不是上限阈值Pth(T)以上的情况下，进入步骤S220以后的处理。
执行反向电压施加模式的意义如下。即，原本通过执行燃烧气体置换处理来抑制阳极氧分压PaO2为上限阈值Pth(T)以上的情况，但是在由于某种事件而阳极氧分压PaO2变为上限阈值Pth(T)以上的情况下，除了上述燃烧气体置换处理以外还向燃料电池堆11施加反向电压，来意图更可靠地防止阳极的氧化劣化。
图10是表示反向电压施加模式的流程的流程图。
在步骤S311中，控制器80通过反向电压施加用DC-DC转换器67来向燃料电池堆10施加反向电压。在此，反向电压的施加表示向该燃料电池堆10施加与通过燃料电池堆10的通常发电而生成的电动势的方向相反的方向的电压。
此外，像这样向燃料电池堆10施加的反向电压被设定为比利用残存于燃料电池堆10内的燃料、空气进行的发电所产生的开放端电压高的值。通过像这样向燃料电池堆10施加反向电压，能够使流过燃料电池堆10的电流(电荷)的方向为与通常的发电状态相反的方向，因此电荷的移动变为从阳极向阴极，随之能够将进入阳极的氧经由电解质膜送到阴极侧。由此，能够抑制阳极处的氧与镍的反应。
在步骤S312中，控制器80获取由堆温度传感器83检测出的堆温度Ts。
在步骤S313中，控制器80判定在步骤S312中获取到的堆温度Ts是否为应该停止反向电压的施加的停止处理结束温度Te以下。
在判定为堆温度Ts为停止处理结束温度Te以下时，控制器80结束反向电压施加模式，结束系统停止处理。另一方面，当判定为堆温度Ts不是停止处理结束温度Te以下时，控制器80在步骤S314中待机规定时间。然后，返回到步骤S312，再次进行步骤S313的判断。即，在判定为堆温度Ts不是停止处理结束温度Te以下的情况下，控制器80进行待机，直到堆温度Ts冷却到停止处理结束温度Te以下为止。
另一方面，在本实施方式中，在图9的步骤S270中催化剂燃烧器32被停止之后、即燃烧气体置换处理结束之后，在步骤S330中，控制器80执行检查模式。该检查模式是监视在进行了燃烧气体置换处理之后阳极氧分压PaO2是否未变为上限阈值Pth(T)以上的模式。
即，在本实施方式中，在进行了燃烧气体置换处理之后阳极氧分压PaO2随着系统停止处理的进展而变为上限阈值Pth(T)以上时，仅利用燃烧气体置换处理不能说足以使阳极氧分压PaO2下降，因此在该情况下进行上述反向电压施加处理，意图监视燃烧气体置换处理后的阳极氧分压PaO2，以更可靠地抑制阳极的氧化劣化。
图11是表示本实施方式的检查模式的流程的流程图。
如图所示，首先，在步骤S331中，控制器80再次获取由堆温度传感器83检测的堆温度Ts。
在步骤S332中，控制器80判定堆温度Ts是否为停止处理结束温度Te以下。当判定为堆温度Ts为停止处理结束温度Te以下时，控制器80结束检查模式和系统停止处理。
即，在堆温度Ts为停止处理结束温度Te以下的情况下，即使阳极氧分压PaO2高也不发生带来阳极的氧化劣化的反应，因此不继续进行检查模式而意图结束。另一方面，当判定为堆温度Ts不是停止处理结束温度Te以下时，控制器80进行步骤S333的处理。
在步骤S333中，控制器80进行燃烧气体置换处理。即，这是意图在检查中再次执行燃烧气体置换处理来确认阳极氧分压PaO2是否下降到小于上限阈值Pth(T)。
当执行燃烧气体置换处理时，在步骤S334中，控制器80再次运算阳极氧分压PaO2。此外，阳极氧分压PaO2的再次运算也与本例程中的步骤S210中进行的方法相同。
在步骤S335中，控制器80判定在步骤S334中运算出的阳极氧分压PaO2是否为上限阈值Pth(T)以上。当判定为阳极氧分压PaO2不是上限阈值Pth(T)以上时，控制器80进行步骤S336的处理。
在步骤S336中，控制器80在待机规定时间后返回到步骤S331。即，以后，控制器80重复检查模式，直到堆温度Ts下降而达到停止处理结束温度Te为止。
另一方面，当在上述步骤S335中判定为阳极氧分压PaO2是上限阈值Pth(T)以上时，执行已经说明的步骤S310的反向电压施加模式。即，在该情况下，判断为仅利用燃烧气体置换处理无法使阳极氧分压PaO2低于上限阈值Pth(T)，进行反向电压施加处理以使阳极氧分压PaO2下降到不发生阳极氧化劣化的水平。
与比较例进行对比地说明以上说明的本实施方式的燃料电池系统100的作用。
图12A是表示本实施方式中的系统停止处理后的阳极氧分压PaO2的时间变化的时序图，图12B是表示系统停止处理后的堆温度Ts的时间变化的时序图。此外，在图12A和图12B中，以虚线示出比较例的阳极氧分压PaO2和堆温度Ts的变化以作参考。
如图12A所示，在本实施方式中在时刻0～时刻t1的区间执行燃烧气体置换处理。因而，根据图12A可以明确的是，相对于不进行燃烧气体置换处理的比较例，在燃料电池系统100中，阳极氧分压PaO2整体下降。
更详细地说明，阳极氧分压PaO2通常会由于交叉泄漏、反向扩散的影响而在系统停止处理后随着时间经过而增加。然而，在本实施方式中，通过燃烧气体置换处理来抑制阳极氧分压PaO2的增加，因此相对于比较例而言伴随系统停止处理的进展的阳极氧分压PaO2的增加速度变慢。因而，在本实施方式中，即使阳极氧分压PaO2为上限阈值Pth(T)以上(进入氧化劣化区域D)，也至少能够使该定时变迟。
由此，能够使执行反向电压施加处理的定时为比比较例的时刻t2迟的时刻t3。
另一方面，如图12B所示，与不进行燃烧气体置换处理的比较例相比，进行燃烧气体置换处理的本实施方式的燃料电池系统100的堆温度Ts的下降速度变慢。这是由于，在燃烧气体置换处理中通过催化剂燃烧器32向燃料电池堆10供给高温的燃烧气体。
然而，虽然像这样堆温度Ts的下降速度变慢，但是如上所述，在本实施方式中，通过燃烧气体置换处理，阳极氧分压PaO2相对变低，因此总的来说阳极氧分压PaO2达到上限阈值Pth(T)而执行反向电压施加处理的定时变迟。
并且，图13是表示反向电压施加处理中的反向电压施加用DC-DC转换器67的消耗电力的时间变化的时序图。根据图13可以明确的是，不进行燃烧气体置换处理的比较例从时刻t2起使反向电压施加用DC-DC转换器67工作，在时刻t2以后其消耗电力上升。
与此相对，在进行了燃烧气体置换处理的本实施方式中，能够从时刻t2之后的时刻t3起使反向电压施加用DC-DC转换器67工作。这样，在本实施方式中，与不进行燃烧气体置换处理的情况相比，使反向电压施加用DC-DC转换器67的工作开始变迟，由此能够缩短反向电压施加用DC-DC转换器67的工作时间来降低消耗电力。
并且，与在比较例中开始反向电压施加用DC-DC转换器67的工作的时刻t2相比，在本实施方式中开始反向电压施加用DC-DC转换器67的工作的时刻t3，系统停止处理已进展(堆温度Ts已下降)，燃料电池堆10的开放端电压也已下降。因而，能够将从反向电压施加用DC-DC转换器67向燃料电池堆10施加的反向电压设定得低，因此能够将反向电压施加用DC-DC转换器67的电力量的最大值本身也降低。作为结果，能够更进一步削减电力消耗。
根据上述的燃料电池系统100，能够起到以下的效果。
在本实施方式中，控制器80具备作为阳极劣化抑制处理部的反向电压施加用DC-DC转换器67，在要求停止燃料电池堆10后且正在供给燃料和空气的过程中阳极氧分压PaO2变为上限阈值Pth(T)以上的情况下，该阳极劣化抑制处理部进行降低阳极氧分压PaO2的其它阳极劣化抑制处理。
由此，在虽然通过燃烧气体置换处理使阳极氧分压PaO2下降、但是阳极氧分压PaO2仍为上限阈值Pth(T)以上的情况下，能够通过进行阳极劣化抑制处理来更可靠地防止系统停止处理中的阳极的氧化劣化。
特别是，在本实施方式中，作为阳极劣化抑制处理部而发挥功能的控制器80执行向燃料电池堆10施加与燃料电池堆10相反的电动势的反向电压施加处理。
(第四实施方式)
下面，说明第四实施方式。此外，对与在第三实施方式中说明的要素相同的要素标注相同的标记，省略其说明。在本实施方式中，作为针对燃料电池堆10的阳极的其它阳极劣化抑制处理，执行向燃料电池堆10的阳极入口10a新供给燃料气体的新燃料供给模式，来代替第二实施方式的反向电压施加处理。此外，燃料电池系统100的系统结构与第一个实施方式相同。
图14是表示本实施方式的系统停止处理的流程的流程图。如图所示，在本实施方式中，控制器80与第二实施方式同样地经过步骤S210的阳极氧分压PaO2的运算来进行步骤S300中的阳极氧分压PaO2是否为上限阈值Pth(T)以上的判定。
在此，当判定为阳极氧分压PaO2为上限阈值Pth(T)以上时，控制器80在步骤S400中执行新燃料供给模式。
图15是表示新燃料供给模式的流程的流程图。
如图所示，在新燃料供给模式中，在步骤S401中，向燃料电池堆10供给燃料。更详细地说，根据控制器80应该向燃料电池堆10供给的燃料气体的流量，来调节图1所示的泵24的输出和压力调节阀29的开度中的至少任一方，由此从燃料罐22向重整器28给送期望的量的燃料。由此，由重整器28重整后得到的期望量的燃料气体被供给到燃料电池堆10的阳极入口10a。
通过进行这种新燃料处理，在系统停止处理中，也处于向燃料电池堆10的阳极通路内供给燃料气体的状态，能够将由于交叉泄漏等而进入阳极通路内的空气置换为燃料气体。因而，通过除了在第一个实施方式等中说明的燃烧气体置换处理以外还进行该新燃料处理，能够更适当地抑制阳极氧分压PaO2的增加。
接着，在步骤S402中，控制器80获取由堆温度传感器83检测出的堆温度Ts。
在步骤S403中，控制器80判定在步骤S302中获取的堆温度Ts是否为停止处理结束温度Te以下。
当判定为堆温度Ts为停止处理结束温度Te以下时，控制器80结束新燃料供给模式来结束系统停止处理。另一方面，当判定为堆温度Ts不是停止处理结束温度Te以下时，控制器80在步骤S404中待机规定时间。然后，在经过规定时间后，返回到步骤S402，再次进行步骤S403的判断。即，控制器80在判定为堆温度Ts不是停止处理结束温度Te以下的情况下，进行待机直到堆温度Ts变为停止处理结束温度Te以下为止。
另一方面，返回到图14的步骤S300，当判定为阳极氧分压PaO2不是上限阈值Pth(T)以上时，与第二实施方式同样地进行步骤S220～步骤S270的处理，之后转变为步骤S410的检查模式处理。
图16是表示本实施方式的检查模式的流程的流程图。此外，步骤S301～步骤S306的处理与第二实施方式中的检查模式(参照图11)相同。然而，在本实施方式中，当在步骤S306中判定为阳极氧分压PaO2不是上限阈值Pth(T)以上时，控制器80执行新燃料供给模式来代替第二实施方式中的反向电压施加模式(步骤S400)。
根据上述的燃料电池系统100，能够起到以下的效果。
在本实施方式中，阳极劣化抑制处理包括向燃料电池堆10供给燃料的燃料电池燃料供给处理(参照图15的步骤S400)。
由此，在虽然通过燃烧气体置换处理使阳极氧分压PaO2下降、但是阳极氧分压PaO2仍超过上限阈值Pth(T)的情况下，向燃料电池堆10供给燃料。因而，成为向燃料电池堆10的阳极通路内供给燃料气体的状态，能够将向阳极内交叉泄漏等的空气置换为燃料气体。由此，除了上述燃烧气体置换处理以外还进行该新燃料处理，由此能够更适当地抑制阳极氧分压PaO2的增加。
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技术范围限定为上述实施方式的具体结构。
在上述实施方式中，作为在系统停止处理中向燃料电池堆10供给燃烧气体的燃烧器，使用作为启动燃烧机构30之一的催化剂燃烧器32。然而，也可以使用扩散燃烧器31来代替催化剂燃烧器32或者同时使用扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32。另外，也可以与催化剂燃烧器32相分别地新设置向燃料电池堆10供给燃烧气体的燃烧器。
例如，第二实施方式、第三实施方式中的作为阳极劣化抑制处理的反向电压处理、新燃料供给处理不是必需的处理，只要阳极氧分压PaO2不超过上限阈值Pth(T)，就可以不执行。另外，另一方面，从更可靠地防止阳极的氧化劣化的观点出发，也可以即使在阳极氧分压PaO2不超过上限阈值Pth(T)的情况下也进行上述阳极劣化抑制处理。
另外，也可以利用阴极氧分压等阳极氧分压以外的指标、根据能够与阳极氧化劣化有相关性的各种参数来规定氧化劣化区域D。也可以同时使用反向电压施加处理和新燃料喷射处理。另外，为了运算阳极氧分压，也可以使用其它任意的参数来代替堆温度Ts、阴极氧分压PcO2以及堆电压V或者除了堆温度Ts、阴极氧分压PcO2以及堆电压V以外还使用其它任意的参数。
另外，在上述实施方式中，根据以使燃料电池堆10的阳极不包含于氧化劣化区域D的方式决定的空气过剩率λ来调节向催化剂燃烧器32的燃料的供给量。然而，也可以基于预先决定的空气过剩率λ来调节向催化剂燃烧器32的空气供给量。例如，也可以设定期望的向催化剂燃烧器32的燃料的供给量，向催化剂燃烧器32供给根据该燃料供给量决定的空气供给量。
并且，在上述各实施方式中，主要设想为空气过剩率λ≤1以下，但是在能够抑制燃料电池堆10的阳极内的氧化劣化的范围，也可以使空气过剩率λ>1。
另外，也可以设定成：在上述第二实施方式中为了决定适当的空气过剩率λ而设定的阳极氧分压PaO2的上限阈值Pth(T)与用于判断是否执行在第三实施方式中说明的反向电压施加处理或者在第四实施方式中说明的新燃料供给模式等其它阳极劣化抑制处理(参照图9和图14的步骤S300)的上限阈值Pth(T)取不同的值。例如，也可以将为了决定适当的空气过剩率λ而设定的阳极氧分压PaO2的上限阈值Pth(T)设定为比用于判断是否执行其它阳极劣化抑制处理的上限阈值Pth(T)低，从防止阳极的氧化劣化的观点出发在安全方面执行燃烧气体置换处理。由此，也能够极力减少执行其它阳极劣化抑制处理的频度。
另外，上述各实施方式能够任意地组合。
本申请基于2015年12月25日向日本专利局申请的特愿2015-254211号要求优先权，通过参照将这些申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (16)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
燃烧器，其使燃料和氧化气体燃烧，向所述燃料电池的阴极入口供给燃烧气体；
燃烧燃料供给装置，其向所述燃烧器供给燃料；
燃烧氧化气体供给装置，其向所述燃烧器供给氧化气体；
阳极排出气体排出通路，其从所述燃料电池的阳极出口排出阳极排出气体；
阴极排出气体排出通路，其从所述燃料电池的阴极出口排出阴极排出气体；以及
控制器，其对所述燃烧燃料供给装置向所述燃烧器的燃料的供给以及所述燃烧氧化气体供给装置向所述燃烧器的氧化气体的供给进行控制，
其中，所述控制器具有：
要求停止后燃烧器供给控制部，在要求停止所述燃料电池系统后，作为阳极劣化抑制处理，由该要求停止后燃烧器供给控制部执行向所述燃烧器的燃料的供给和氧化气体的供给；以及
阳极劣化抑制处理部，在要求停止所述燃料电池后且正在供给燃料和氧化气体的过程中所述燃料电池的阳极的氧分压变为用于判断是否为能够发生所述阳极的氧化劣化的区域的上限阈值以上的情况下，该阳极劣化抑制处理部进行向所述燃料电池施加与所述燃料电池的电动势相反的电动势的反向电压施加处理以及向所述燃料电池供给燃料的燃料电池燃料供给处理中的至少任一方。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃烧器是以下的启动燃烧器：在所述燃料电池启动时执行的暖机运转中接受燃料和氧化气体的供给，使该燃料和该氧化气体燃烧，来向所述燃料电池的阴极入口供给燃烧气体，
在所述暖机运转结束后，所述控制器停止向所述启动燃烧器的空气的供给。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述要求停止后燃烧器供给控制部对燃料的供给量和氧化气体的供给量中的至少任一方进行调节，使得氧化气体相对于燃料的过剩率为抑制所述燃料电池的阳极的氧化劣化的规定值。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定值是1。
5.根据权利要求2～4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制器还具备运算所述燃料电池的阳极的氧分压的阳极氧分压运算部，
所述要求停止后燃烧器供给控制部基于所述阳极的氧分压来调节燃料的供给量。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述要求停止后燃烧器供给控制部对燃料的供给量进行调节，使得所述阳极的氧分压小于规定的上限阈值。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，
根据所述燃料电池的温度来决定所述上限阈值。
8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述阳极氧分压运算部基于所述燃料电池的温度、所述燃料电池的阴极的氧分压以及所述燃料电池的端子间电压来运算所述阳极的氧分压。
9.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，
所述燃烧器配置于向所述燃料电池的阴极入口供给氧化气体的氧化气体供给通路。
10.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
燃烧器，其使燃料和氧化气体燃烧，向所述燃料电池的阴极入口供给燃烧气体；
燃烧燃料供给装置，其向所述燃烧器供给燃料；
燃烧氧化气体供给装置，其向所述燃烧器供给氧化气体；
阳极排出气体排出通路，其从所述燃料电池的阳极出口排出阳极排出气体；
阴极排出气体排出通路，其从所述燃料电池的阴极出口排出阴极排出气体；以及
控制器，其对所述燃烧燃料供给装置向所述燃烧器的燃料的供给以及所述燃烧氧化气体供给装置向所述燃烧器的氧化气体的供给进行控制，
其中，所述控制器具有：
要求停止后燃烧器供给控制部，在要求停止所述燃料电池系统后，作为阳极劣化抑制处理，由该要求停止后燃烧器供给控制部执行向所述燃烧器的燃料的供给和氧化气体的供给；以及
所述要求停止后燃烧器供给控制部对燃料的供给量进行调节，使得由所述燃烧器进行的燃烧的发热量为所述燃料电池的散热量以下。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述要求停止后燃烧器供给控制部将向所述燃料电池的氧化气体的供给流量控制为最低流量。
12.根据权利要求10或11所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具有获取所述燃料电池的温度的燃料电池温度获取装置以及获取外部大气温度的外部大气温度获取装置，
所述要求停止后燃烧器供给控制部还具备燃料电池散热量计算部，该燃料电池散热量计算部基于所述燃料电池的温度和所述外部大气温度来计算所述燃料电池的散热量。
13.根据权利要求10或11所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃烧器配置于向所述燃料电池的阴极入口供给氧化气体的氧化气体供给通路。
14.一种燃料电池系统的控制方法，
在要求停止燃料电池系统中的燃料电池后，作为阳极劣化抑制处理，向所述燃料电池系统内的燃烧器供给燃料和氧化气体，将由所述燃烧器生成的燃烧气体供给到所述燃料电池的阴极入口，
在要求停止所述燃料电池后且正在向所述燃烧器供给燃料和氧化气体的过程中所述燃料电池的阳极的氧分压变为用于判断是否为能够发生所述阳极的氧化劣化的区域的上限阈值以上的情况下，进行向所述燃料电池施加与所述燃料电池的电动势相反的电动势的反向电压施加处理以及向所述燃料电池供给燃料的燃料电池燃料供给处理中的至少任一方。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
对燃料的供给量和氧化气体的供给量中的至少任一方进行调节，使得氧化气体相对于燃料的过剩率为抑制所述燃料电池的阳极的氧化劣化的规定值。
16.根据权利要求15所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述规定值是1。
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