CN108630966B - 燃料电池系统及残留水扫气控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统及残留水扫气控制方法，抑制来自燃料电池的排水在设于排出流路的阀处冻结并减少燃料电池内部的残留水量。燃料电池系统具备燃料电池、反应气体供给机构、用于排出从燃料电池排出的废气及水的排出流路、设于排出流路的阀、对利用了反应气体供给机构和阀的残留水扫气处理进行控制的残留水扫气控制部、对阀进行加热的加热部及检测加热部的故障的故障检测部，在检测到加热部的故障时，残留水扫气控制部执行残留水扫气处理，并使该残留水扫气处理中的排水力比未检测到加热部的故障时高。

Description

燃料电池系统及残留水扫气控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池的残留水扫气处理。
背景技术
燃料电池的内部存在有在运转期间产生的生成水、反应气体的加湿用的水等。在燃料电池的运转结束后燃料电池的温度下降而成为冰点下时，在燃料电池的内部、例如单电池内的催化剂层、气体扩散层的细孔中残留的水冻结，下次起动时的反应气体、废气的流通受到阻碍。因此，提出了在燃料电池的运转结束后执行残留水扫气处理的燃料电池系统。在专利文献1的燃料电池系统中，在燃料电池的运转结束后，定期地推定在将废气及水排出的排出流路上设置的阀的温度，在上述温度为0℃以下时，执行残留水扫气处理。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-91885号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1的燃料电池系统中，在设于排出流路的阀的温度为0℃以下时执行残留水扫气处理，因此存在排出的水在阀处冻结而无法再进行阀的开闭动作、或者排出流路被附着于阀的冰密闭而无法进行排出的可能性。因此，希望一种抑制来自燃料电池的排水在设于排出流路的阀处冻结并减少燃料电池内部的残留水量的技术。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池；反应气体供给机构，向所述燃料电池供给反应气体；排出流路，用于排出从所述燃料电池排出的废气及水；阀，设于所述排出流路；残留水扫气控制部，对利用了所述反应气体供给机构和所述阀的所述燃料电池的残留水扫气处理进行控制；加热部，对所述阀进行加热；及故障检测部，检测所述加热部的故障，在检测到所述加热部的故障时，所述残留水扫气控制部在所述燃料电池的运转结束前执行所述残留水扫气处理，并使该残留水扫气处理中的排水力高于在未检测到所述加热部的故障时执行的所述残留水扫气处理中的排水力。
根据该方式的燃料电池系统，由于具备对阀进行加热的加热部，因此在执行残留水扫气处理时能够抑制排水在阀处冻结。而且，在检测到加热部的故障时，在燃料电池的运转结束前执行残留水扫气处理，并使该残留水扫气处理中的排水力高于在未检测到加热部的故障时执行的残留水扫气处理中的排水力，因此能够减少在燃料电池的运转结束后残留于燃料电池的残留水量，在燃料电池的运转结束后能够抑制水在阀处冻结。
(2)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述残留水扫气控制部将能够在所述燃料电池的运转结束前执行的结束前残留水扫气处理和能够在所述燃料电池的运转结束后执行的结束后残留水扫气处理作为所述残留水扫气处理进行控制，在检测到所述加热部的故障时，以比所述结束后残留水扫气处理中的排水力高的排水力执行所述结束前残留水扫气处理，且不执行所述结束后残留水扫气处理，在未检测到所述加热部的故障时，不执行所述结束前残留水扫气处理而执行所述结束后残留水扫气处理。根据该方式的燃料电池系统，在检测到加热部的故障时，以比结束后残留水扫气处理中的排水力高的排水力执行结束前残留水扫气处理，且不执行结束后残留水扫气处理，因此能够减少燃料电池的运转结束后的燃料电池内的残留水量，并且与以运转结束后的低温状态执行残留水扫气处理的结构相比，能够抑制阀处的排水的冻结。而且，在未检测到加热部的故障时，不执行结束前残留水扫气处理而执行结束后残留水扫气处理，因此能够通过加热部来抑制阀处的排水的冻结，并且与执行结束前残留水扫气处理和结束后残留水扫气处理这两方的结构相比，能够减少残留水扫气处理所需的电力。
(3)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，还具备取得所述阀的温度的温度取得部，所述残留水扫气控制部在所述燃料电池的运转结束后定期地起动来确定由所述温度取得部取得的所述阀的温度，在该温度为0℃以下时不执行所述结束后残留水扫气处理，在该温度高于0℃时执行所述结束后残留水扫气处理，在由所述温度取得部取得的所述阀的温度为0℃以下时，所述加热部对所述阀进行加热。根据该方式的燃料电池系统，在取得的阀的温度为0℃以下时，不执行结束后残留水扫气处理，在该温度高于0℃时，执行结束后残留水扫气处理，因此能够抑制阀处的排水的冻结，并且与无论阀的温度如何都执行结束后残留水扫气处理的结构相比，能够减少残留水扫气处理所需的电力。而且，在阀的温度为0℃以下时，通过加热部将阀加热，因此能够使阀的温度上升而高于0℃。
(4)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述残留水扫气控制部在所述残留水扫气处理中反复执行所述阀的开闭，并通过对反复执行所述阀的开闭的期间和所述阀的一次开闭中的开时间与闭时间之比中的至少一方进行控制，来控制所述残留水扫气处理中的排水力。根据该方式的燃料电池系统，通过对反复执行阀的开闭的期间和阀的一次开闭中的开时间与闭时间之比中的至少一方进行控制，来控制残留水扫气处理中的排水力，因此能够高精度地控制残留水扫气处理中的排水力。
(5)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述反应气体供给机构具有用于向所述燃料电池供给所述废气包含的剩余的所述反应气体的泵，所述残留水扫气控制部在所述残留水扫气处理中使所述泵驱动，并通过对使所述泵驱动的时间和所述泵的转速中的至少一方进行控制，来控制所述残留水扫气处理中的排水力。根据该方式的燃料电池系统，通过对使泵驱动的时间和泵的转速中的至少一方进行控制，来控制残留水扫气处理中的排水力，因此能够高精度地控制残留水扫气处理中的排水力。
本发明也能够以各种方式实现。例如，能够以控制燃料电池的残留水扫气处理的控制装置、用于控制燃料电池的残留水扫气处理的残留水扫气控制方法、用于实现上述方法的计算机程序、存储有上述计算机程序的存储介质等方式来实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的框图。
图2是表示在燃料电池系统中执行的残留水扫气处理的步骤的流程图。
图3是表示执行结束后残留水扫气处理的前后的时间图的说明图。
图4是表示结束前强化残留水扫气处理的执行期间的时间图的说明图。
图5是表示第二实施方式的残留水扫气处理的步骤的流程图。
附图标记说明
r1…最大转速
r2…最大转速
10…燃料电池
11…单电池
12…端板
13…端板
20…氢罐
21…燃料气体供给路
22…燃料气体循环路
23…第一燃料气体排出流路
24…第二燃料气体排出流路
25…截止阀
26…喷射器
27…气液分离器
28…氢泵
29…泄放阀
30…空气压缩机
31…氧化剂气体供给流路
32…氧化剂气体排出流路
33…三通阀
34…背压阀
35…旁通流路
40…散热器
41…冷却水排出流路
42…冷却水供给流路
43…旁通流路
44…三通阀
45…冷却水泵
46…温度传感器
50…加热器
51…冷却水流入路
52…冷却水排出流路
53…旁通流路
54…冷却水泵
55…三通阀
60…控制装置
61…CPU
62…故障检测部
63…温度取得部
64…结束前残留水扫气判定部
65…结束后残留水扫气判定部
66…残留水扫气控制部
67…运转控制部
68…存储器
70…起动控制装置
71…计时器
100…燃料电池系统
200…燃料气体供给排出机构
300…氧化剂气体供给排出机构
400…燃料电池循环冷却机构
500…加热部
SD…层叠方向
具体实施方式
A.第一实施方式：
A1.系统结构：
图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池系统100的概略结构的框图。燃料电池系统100作为用于供给驱动用电源的系统而搭载于车辆来使用。燃料电池系统100具备燃料电池10、燃料气体供给排出机构200、氧化剂气体供给排出机构300、燃料电池循环冷却机构400、加热部500、控制装置60及起动控制装置70。
燃料电池10具备沿层叠方向SD层叠的多个单电池11，而且，在其层叠方向SD的两端部具备一对端板12、13。各单电池11是固体高分子型燃料电池，通过向隔着固体高分子电解质膜而设置的阳极侧催化剂电极层及阴极侧催化剂电极层分别供给的燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力。在本实施方式中，燃料气体为氢气，氧化剂气体为空气。催化剂电极层包含载持有催化剂例如铂(Pt)的碳粒子、电解质而构成。在单电池11中，在两电极侧的催化剂电极层的外侧配置有由多孔体形成的气体扩散层。作为多孔体，可使用例如碳纸及碳布等碳多孔体、金属网及发泡金属等金属多孔体。在燃料电池10的内部，沿层叠方向SD形成有用于使燃料气体、氧化剂气体及冷却介质流通的歧管(图示省略)。
一对端板12、13具有将包含多个单电池11的层叠体夹持的功能。一对端板12、13中，端板12具有向形成在燃料电池10内的歧管供给燃料气体、氧化剂气体及冷却介质的功能及提供用于将上述的介质排出的流路的功能。相对于此，端板13不具有上述功能。端板12及端板13都具有厚度方向与层叠方向SD一致的大致板状的外观形状。
燃料气体供给排出机构200进行燃料气体向燃料电池10的供给及阳极侧废气从燃料电池10的排出。燃料气体供给排出机构200具备氢罐20、截止阀25、喷射器26、气液分离器27、氢泵28、泄放阀29、燃料气体供给路21、第一燃料气体排出流路23、燃料气体循环路22及第二燃料气体排出流路24。
氢罐20贮存高压氢，将作为燃料气体的氢气经由燃料气体供给路21向燃料电池10供给。截止阀25配置在氢罐20中的燃料气体的供给口附近，切换氢气从氢罐20的供给的执行与停止。喷射器26配置于燃料气体供给路21，调整氢气向燃料电池10的供给量及压力。气液分离器27将从燃料电池10排出的阳极侧废气包含的水分离而向第一燃料气体排出流路23排出，并将水分离后的气体即剩余的燃料气体向燃料气体循环路22排出。在本实施方式中，气液分离器27由端板12的一部分和将上述部分覆盖的部件构成。氢泵28配置于燃料气体循环路22，将从气液分离器27排出的剩余的燃料气体经由燃料气体供给路21向燃料电池10供给。
泄放阀29设于第一燃料气体排出流路23与第二燃料气体排出流路24的交界。泄放阀29通过打开而容许由气液分离器27分离后的水向大气中排出。需要说明的是，在泄放阀29打开时，除了水以外，从燃料电池10排出的阳极侧废气的一部分、即未向燃料气体循环路22供给的剩余的气体也排出。在本实施方式中，在燃料电池10运转期间，每隔预定的时间间隔执行泄放阀29的开闭。而且，在后述的残留水扫气处理执行时，在与来自控制装置60的指示对应的时刻及期间执行泄放阀29的开闭。上述的气液分离器27与燃料电池10连通，并且通过泄放阀29打开而经由第二燃料气体排出流路24与大气连通。燃料电池10内的压力比大气压高，因此当泄放阀29打开时，积存在气液分离器27内的水通过燃料电池10内与大气的压力差而向第二燃料气体排出流路24排出。
燃料气体供给路21将氢罐20与燃料电池10连接，将氢罐20内的氢气及从氢泵28传送的剩余氢气向燃料电池10供给。第一燃料气体排出流路23将气液分离器27与泄放阀29连接，将在气液分离器27中分离后的水和阳极侧废气的一部分向泄放阀29引导。第二燃料气体排出流路24将泄放阀29与后述的氧化剂气体排出流路32连接，将被引导到泄放阀29的水及阳极侧废气向氧化剂气体排出流路32引导。燃料气体循环路22将气液分离器27与燃料气体供给路21连接，将从气液分离器27排出的剩余的氢气向燃料气体供给路21供给。
氧化剂气体供给排出机构300进行氧化剂气体向燃料电池10的供给及阴极侧废气从燃料电池10的排出。氧化剂气体供给排出机构300具备空气压缩机30、氧化剂气体供给流路31、氧化剂气体排出流路32、三通阀33、背压阀34及旁通流路35。
空气压缩机30向燃料电池10供给作为氧化剂气体的空气。氧化剂气体供给流路31将空气压缩机30与燃料电池10连接，将从空气压缩机30排出的压缩空气向燃料电池10引导。氧化剂气体排出流路32连接于在燃料电池10的内部设置的未图示的阴极侧的排出歧管，将从燃料电池10排出的阴极侧废气及水向大气引导。而且，如上所述，在氧化剂气体排出流路32连接有第二燃料气体排出流路24，将从第二燃料气体排出流路24排出的阳极侧废气及水与阴极侧废气及水一起向大气引导。三通阀33配置于氧化剂气体供给流路31，调整从空气压缩机30供给的空气的整体量中的向氧化剂气体供给流路31供给的量和向旁通流路35供给的量。背压阀34配置在氧化剂气体排出流路32中的燃料电池10的附近，通过调整燃料电池10的阴极排出侧的压力即所谓背压，来调整各单电池11的阴极侧压力。旁通流路35将一端连接于三通阀33并将另一端连接于氧化剂气体排出流路32，将经由三通阀33从空气压缩机30供给的氧化剂气体不向燃料电池10供给，而向氧化剂气体排出流路32引导。
燃料电池循环冷却机构400通过经由燃料电池10使冷却水循环来调整燃料电池10的温度(以下，简称为“燃料电池温度”)。在本实施方式中，使用乙二醇等防冻水作为冷却水。但是，并不局限于防冻水，可以使用空气等气体等能够换热的任意的介质作为冷却介质。燃料电池循环冷却机构400具备冷却水排出流路41、冷却水供给流路42、旁通流路43、冷却水泵45、散热器40、三通阀44及温度传感器46。
冷却水排出流路41将一端连接于燃料电池10并将另一端连接于散热器40，将从燃料电池10排出的冷却水向散热器40供给。冷却水供给流路42将一端连接于散热器40并将另一端连接于燃料电池10，将从散热器40排出的冷却水向燃料电池10供给。旁通流路43是用于使从燃料电池10排出的冷却水不经由散热器40及加热部500而返回到燃料电池10的流路。散热器40具有未图示的风扇，在从燃料电池10排出的冷却水及从加热部500排出的冷却水与外气之间进行换热。三通阀44配置在冷却水排出流路41的中途，调整从燃料电池10排出的冷却水的整体量中的向冷却水排出流路41供给的量和向旁通流路43供给的量。温度传感器46配置在冷却水排出流路41中的燃料电池10的附近，测定冷却水排出流路41内的冷却水的温度，并将表示上述温度的信息向控制装置60通知。在本实施方式中，由温度传感器46检测的冷却水的温度被用作燃料电池温度。
加热部500对泄放阀29进行加热。在本实施方式中，加热部500利用搭载燃料电池系统100的车辆中使用的空调机构的一部分来构成。加热部500具备冷却水流入路51、加热器50、冷却水排出流路52、旁通流路53、冷却水泵54及三通阀55。
冷却水流入路51将一端连接于上述的燃料电池循环冷却机构400的冷却水供给流路42并将另一端连接于加热器50，将在冷却水供给流路42中流动的冷却水向加热器50引导。加热器50对流入的冷却水进行加热之后排出。此时，加热器50将加热后的冷却水向冷却水排出流路52排出，并且对于未图示的空调用的加热器芯部也供给加热后的冷却水。需要说明的是，加热器50具有发热部和对上述发热部进行控制的控制部。冷却水排出流路52将一端连接于加热器50并将另一端连接于冷却水供给流路42，使由加热器50加热后的冷却水返回到冷却水供给流路42。在此，如图1所示，冷却水排出流路52的一部分在泄放阀29的附近通过。因此，由于加热后的冷却水在冷却水排出流路52中通过而泄放阀29被加热。冷却水泵54配置于冷却水排出流路52，调整在加热部500中流通的冷却水的流量。三通阀55配置在冷却水排出流路52的中途，调整从冷却水排出流路41流入到冷却水流入路51的冷却水的整体量中的向加热器50供给的量和向旁通流路53供给的量。
控制装置60对燃料电池系统100进行整体控制。控制装置60具备CPU61和存储器68。CPU61通过执行预先存储于存储器68的控制程序而作为故障检测部62、温度取得部63、结束前残留水扫气判定部64、结束后残留水扫气判定部65、残留水扫气控制部66及运转控制部67发挥功能。
故障检测部62检测加热部500的故障。作为加热部500的故障，可想到例如加热器50的故障及冷却水泵54的故障。故障检测部62对于加热器50及冷却水泵54要求状态信息的发送，基于加热器50及冷却水泵54按照上述要求发送的状态信息，来确定加热部500有无故障。
温度取得部63取得泄放阀29的温度。具体而言，利用从温度传感器46发送的燃料电池温度，推定并取得泄放阀29的温度。关于这样的泄放阀29的温度的推定，例如，可以将燃料电池温度与泄放阀29的温度的相关关系预先通过实验确定并进行表格化，通过参照上述表格来推定。
结束前残留水扫气判定部64在燃料电池10的运转结束前，更准确而言，在运转结束的处理开始时，判定是否执行后述的结束前强化残留水扫气处理。结束后残留水扫气判定部65在燃料电池10的运转结束后，判定是否执行后述的结束后残留水扫气处理。在本实施方式中，是否执行结束前强化残留水扫气处理的判定通过判定加热部500是否发生故障来进行。具体而言，在加热部500发生故障时，判定为执行结束前强化残留水扫气处理，在加热部500未发生故障时，判定为不执行结束前强化残留水扫气处理。而且，在本实施方式中，是否执行结束后残留水扫气处理的判定通过判定泄放阀29的温度是否高于0℃来进行。具体而言，在泄放阀29的温度高于0℃时，判定为执行结束后残留水扫气处理，在泄放阀29的温度为0℃以下时，判定为不执行结束后残留水扫气处理。需要说明的是，有时将结束前强化残留水扫气处理和结束后残留水扫气处理合在一起简称为“残留水扫气处理”。
残留水扫气控制部66对残留水扫气处理进行控制。在本实施方式中，残留水扫气处理(结束前强化残留水扫气处理及结束后残留水扫气处理)由阴极侧扫气处理和阳极侧扫气处理构成。在阴极侧扫气处理中，残留水扫气控制部66使空气压缩机30驱动而向燃料电池10供给氧化剂气体，由此将残留在燃料电池10内的阴极侧废气及水排出。在阳极侧扫气处理中，残留水扫气控制部66使氢泵28驱动而将从气液分离器27排出的氢气向燃料电池10供给，由此将残留在燃料电池10内的阳极侧废气及水排出。此时，残留水扫气控制部66以将泄放阀29打开的方式进行控制，将从燃料电池10排出的阳极侧废气及水经由第二燃料气体排出流路24及氧化剂气体排出流路32向大气中排出。
运转控制部67对上述的各功能部62～66进行控制，并对空气压缩机30、氢泵28这样的与控制装置60电连接的各结构要素的驱动及停止进行控制，由此来控制燃料电池10及控制装置60的运转。
空气压缩机30、氢泵28等辅机类及控制装置60通过来自未图示的二次电池的供电而进行驱动。通过燃料电池10的运转而产生的电力蓄积于上述二次电池。而且，在来自燃料电池10的输出低时，从上述二次电池也输出电力。
起动控制装置70通过控制向控制装置60的供电来切换控制装置60的电源的断开与接通。起动控制装置70具备计时器71，在计时期满时向控制装置60进行供电，由此使电源断开状态的控制装置60在预定的时刻向电源接通状态转变。需要说明的是，计时器71的起动在后述的残留水扫气处理中由控制装置60执行。在本实施方式中，起动控制装置70由ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)构成。需要说明的是，也可以取代ASIC而与控制装置60同样地由CPU及存储器构成。
在具有上述的结构的燃料电池系统100中，通过执行后述的残留水扫气处理，能够抑制来自燃料电池10的排水在泄放阀29处冻结，并减少燃料电池10内的残留水量。
上述的第一燃料气体排出流路23及第二燃料气体排出流路24相当于发明内容中的排出流路的下位概念。而且，泄放阀29相当于发明内容中的阀的下位概念，氢泵28相当于发明内容中的泵的下位概念。
A2.残留水扫气处理：
图2是表示在燃料电池系统100中执行的残留水扫气处理的步骤的流程图。在燃料电池系统100中，从车辆具有的ECU(Electronic Control Unit)发送表示点火装置从接通切换为断开的信号，当上述信号在控制装置60中被接收时，执行残留水扫气处理。
故障检测部62判定加热部500是否发生故障(步骤S105)。当判定为加热部500未发生故障时(步骤S105：否)，运转控制部67开启唤醒计时(步骤S110)。如后所述，在燃料电池系统100中，在控制装置60的电源断开之后，定期地执行控制装置60的电源的接通及断开。唤醒计时是指通过计时器71对于在控制装置60的电源断开之后至接通为止的期间进行计时，在步骤S110中，开始该期间的计时。在本实施方式中，设置1小时作为控制装置60的电源从断开至接通为止的期间。需要说明的是，并不局限于1小时，可以设置任意的时间。
运转控制部67将控制装置60的电源断开(步骤S115)。需要说明的是，虽然省略图示，但是运转控制部67在将控制装置60的电源断开之前，将空气压缩机30、氢泵28等控制对象的装置的电源断开。起动控制装置70等待至唤醒计时期满(步骤S120)，当唤醒计时期满时(步骤S120：是)，进行向控制装置60的供电，将控制装置60的电源接通(步骤S125)。此时，向用于对温度传感器46、氢泵28及泄放阀29等阳极侧进行扫气的功能部及用于对空气压缩机30等阴极侧进行扫气的功能部也进行供电。
结束后残留水扫气判定部65判定泄放阀29的温度是否高于0℃(步骤S130)。泄放阀29的温度由温度取得部63取得。在判定为泄放阀29的温度为0℃以下时(步骤S130：否)，结束后残留水扫气判定部65判定为不执行结束后残留水扫气处理，对运转控制部67进行控制，将加热部500的电源、即加热器50及冷却水泵54的电源接通(步骤S135)。在步骤S135之后，再次执行上述的步骤S130。当加热部500的电源接通时，由加热器50加温后的冷却水在冷却水排出流路52中流动，因此泄放阀29被加热而升温。此时，也可以对三通阀55进行控制，以避免在加热部500与冷却水排出流路41之间进行冷却水的流通。
在上述的步骤S130中，在判定为泄放阀29的温度高于0℃时(步骤S130：是)，结束后残留水扫气判定部65判定为执行结束后残留水扫气处理，残留水扫气控制部66执行结束后残留水扫气处理(步骤S140)。结束后残留水扫气处理的详细步骤与上述的残留水扫气处理的详细步骤相同，因此省略说明。但是，如后所述，结束后残留水扫气处理中的阳极侧的排水力比结束前强化残留水扫气处理中的阳极侧的排水力小。在本实施方式中，排水力是指与每单位时间能够排出的水量相关的能力。因此，排水力越大，则每单位时间能够排出的水量越多。在泄放阀29的温度为0℃以下时，在通过加热部500将泄放阀29加热而泄放阀29的温度超过了0℃的情况下执行结束后残留水扫气处理，因此能抑制排水在泄放阀29处冻结。
在上述的步骤S140完成后，返回步骤S110，执行步骤S110～步骤S140。因此，定期地执行结束后残留水扫气处理。
图3是表示执行结束后残留水扫气处理的前后的时间图的说明图。在图3中，横轴表示时刻。时刻0是指在上述的步骤S130中最初判定为泄放阀29的温度为0℃以下的时刻。在图3中，最上段表示泄放阀29的温度。而且，第二段表示加热部500的工作状态，第三段表示氢泵28的转速，第四段表示泄放阀29的工作状态。
如图3的第二段所示，在上述的步骤S130中判定为泄放阀29的温度为0℃以下时，将加热部500的电源接通。伴随于此，如第一段所示，泄放阀29的温度逐渐上升。并且，在泄放阀29的温度超过了0℃的时刻T1，执行结束后残留水扫气处理，氢泵28的电源接通而转速上升，而且，泄放阀29的开闭动作开始。需要说明的是，氢泵28的转速上升至成为转速r1为止，然后维持为转速r1。而且，在时刻T1，将加热部500的电源断开，泄放阀29的温度以稍超过了0℃的温度进行推移。然后，在经过预定的时间后的时刻T2，氢泵28停止，泄放阀29的开闭动作结束。
如图2所示，在上述的步骤S105中，当判定为加热部500发生故障时(步骤S105：是)，结束前残留水扫气判定部64判定为执行结束前强化残留水扫气处理，运转控制部67执行结束前强化残留水扫气处理(步骤S145)。结束前强化残留水扫气处理是指在燃料电池10的运转结束前执行的残留水扫气处理，且是以比上述的结束后残留水扫气处理高的排水力将燃料电池10内的残留水排出的处理。在本实施方式中，通过以下的(i)～(iV)，提高排水力。
(i)延长反复执行泄放阀的开闭的期间。
(ii)增大泄放阀的一次的开时间相对于开闭时间之比(以下，也称为“占空比”)。
(iii)进一步增加氢泵28的转速。
(iV)延长使氢泵28驱动的期间。
通过上述(i)及(ii)，泄放阀29打开的合计时间变长，因此能够排出更多的水。而且，通过上述(iii)及(iV)，每单位时间向燃料电池10供给的氢气增加，因此通过上述氢气的势头能够从燃料电池10排出更多的水。
图4是表示结束前强化残留水扫气处理的执行期间的时间图的说明图。在图4中，横轴表示时刻。时刻0是指结束前强化残留水扫气处理的开始时刻。在图4中，最上段表示氢泵28的转速。需要说明的是，利用实线表示结束前强化残留水扫气处理中的氢泵28的转速，并且为了参考而利用虚线表示结束后残留水扫气处理中的氢泵28的转速。在图4的第二段中，为了参考而利用虚线表示结束后残留水扫气处理中的泄放阀29的工作状态。在第三段中，利用实线表示结束前强化残留水扫气处理中的泄放阀29的工作状态。
如图4所示，结束前强化残留水扫气处理中的反复执行泄放阀29的开闭的期间(T14)比结束后残留水扫气处理中的反复执行泄放阀29的开闭的期间(T12)长。而且，结束前强化残留水扫气处理中的泄放阀29的占空比比结束后残留水扫气处理中的泄放阀29的占空比大。而且，结束前强化残留水扫气处理中的氢泵28的最大转速r2比结束后残留水扫气处理中的氢泵28的最大转速r1大。此外，结束前强化残留水扫气处理中的使氢泵28驱动的期间(T13)比结束后残留水扫气处理中的使氢泵28驱动的期间(T11)长。由于上述的差异，结束前强化残留水扫气处理中的排水力比结束后残留水扫气处理中的排水力高。并且，通过执行排水力更高的结束前强化残留水扫气处理，残留在燃料电池10内的水被更多地排出。
如图2所示，在结束前强化残留水扫气处理完成后，运转控制部67将控制装置60的电源断开(步骤S150)。步骤S150是与上述的步骤S115相同的处理，因此省略详细的说明。在步骤S150完成后，残留水扫气处理结束。因此，在执行了结束前强化残留水扫气处理时，不执行结束后残留水扫气处理。这是因为，结束前强化残留水扫气处理的排水力高，因此能够将燃料电池10内的残留水充分地排出，在燃料电池10的运转结束后不进行排水也可。
根据以上说明的第一实施方式的燃料电池系统100，由于具备对泄放阀29进行加热的加热部500，因此在执行结束后残留水扫气处理时能够抑制排水在泄放阀29处冻结。而且，在检测到加热部500的故障时，在燃料电池10的运转结束前执行残留水扫气处理(结束前强化残留水扫气处理)，该残留水扫气处理中的排水力比未检测到加热部500的故障时执行的残留水扫气处理(结束后残留水扫气处理)中的排水力高，因此能够减少在燃料电池10的运转结束后残留于燃料电池10内的残留水量，在燃料电池10的运转结束后能够抑制水在泄放阀29处冻结。
另外，在检测到加热部500的故障时，以比结束后残留水扫气处理中的排水力高的排水力执行结束前强化残留水扫气处理，且不执行结束后残留水扫气处理，因此能够减少燃料电池10的运转结束后的燃料电池内的残留水量，并且与在运转结束后的低温状态下执行残留水扫气处理的结构相比，能够抑制泄放阀29处的排水的冻结。而且，在未检测到加热部500的故障时，不执行结束前强化残留水扫气处理，且执行结束后残留水扫气处理，因此通过加热部500来抑制泄放阀29处的排水的冻结，并且与执行结束前强化残留水扫气处理和结束后残留水扫气处理这两方的结构相比，能够减少残留水扫气处理所需的电力。
另外，在泄放阀29的温度为0℃以下时不执行结束后残留水扫气处理，在该温度比0℃高时执行结束后残留水扫气处理，因此能够抑制泄放阀29处的排水的冻结，并且与无论泄放阀29的温度如何都执行结束后残留水扫气处理的结构相比能够减少残留水扫气处理所需的电力。而且，在泄放阀29的温度为0℃以下时，通过加热部500将泄放阀29加热，因此能够使泄放阀29的温度上升而高于0℃。
另外，通过对反复执行泄放阀29的开闭的期间及泄放阀29的一次开闭中的占空比、换言之开时间与闭时间之比进行控制，来控制残留水扫气处理中的排水力，因此能够高精度地控制残留水扫气处理中的排水力。
另外，通过控制使泵驱动的时间和泵的转速，来控制残留水扫气处理中的排水力，因此能够高精度地控制残留水扫气处理中的排水力。
另外，加热部500利用在搭载燃料电池系统100的车辆中使用的空调机构的一部分来构成，因此与设置用于对泄放阀29进行加热的专用的机构的结构相比，能够抑制燃料电池系统100的制造成本。
B.第二实施方式：
图5是表示第二实施方式的残留水扫气处理的步骤的流程图。第二实施方式的燃料电池系统的结构与图1所示的第一实施方式的燃料电池系统100相同，因此对于同一结构要素标注同一附图标记，并省略其详细说明。
第二实施方式的残留水扫气处理在取代步骤S145及S150而执行步骤S210～步骤235这一点上与图2所示的第一实施方式的残留水扫气处理不同。第二实施方式的残留水扫气处理中的其他步骤与第一实施方式的残留水扫气处理相同，因此对同一步骤标注同一附图标记，并省略其详细说明。
在上述的步骤S105中，在判定为加热部500发生故障时(步骤S105：是)，执行步骤S210～步骤S225。步骤S210是与上述的步骤S110相同的处理。而且，步骤S215与上述的步骤S115相同，步骤S220与上述的步骤S120相同，步骤S225与上述的步骤S125相同，因此省略其详细说明。
在步骤S225完成后，即，控制装置60的电源接通后，结束后残留水扫气判定部65判定是否泄放阀29的温度高于0℃且低于5℃(步骤S230)。在判定为泄放阀29的温度高于0℃且低于5℃时(步骤S230：是)，运转控制部67执行结束后弱化残留水扫气处理(步骤S235)。结束后弱化残留水扫气处理是指在燃料电池10的运转结束后执行的残留水扫气处理，且是以比上述的结束后残留水扫气处理低的排水力排出燃料电池10内的残留水的处理。在本实施方式中，通过缩短反复执行泄放阀29的开闭的期间及使氢泵28驱动的期间，使排水力下降。需要说明的是，也可以取代缩短反复执行泄放阀29的开闭的期间及使氢泵28驱动的期间，或者在缩短上述的反复执行开闭的期间的基础上，执行减小占空比及降低氢泵28的转速中的至少一个。
另一方面，在判定为泄放阀29的温度不是高于0℃且低于5℃，即，泄放阀29的温度为0℃以下或者泄放阀29的温度为5℃以上时(步骤S230：否)，不执行步骤S235，返回步骤S210。因此，在这种情况下，不执行残留水扫气处理。
结束后弱化残留水扫气处理是在泄放阀29的温度高于0℃且低于5℃的情况下执行的，因此能抑制此时从燃料电池10排出的水在泄放阀29处冻结。需要说明的是，在结束后弱化残留水扫气处理中，使排水力下降是出于以下的理由。在泄放阀29的温度高于0℃且低于5℃时，由于高频度地发生而频繁地执行残留水扫气处理(结束后弱化残留水扫气处理)。因此，在第二实施方式的燃料电池系统中，通过使每一次的排水力下降，来减少残留水扫气处理的每一次的消耗电力，抑制残留水扫气处理所需的合计消耗电力量的增加。而且，在车辆的停车期间执行残留水扫气处理时，产生氢泵28的动作音、振动，会给利用者造成违和感。尤其是在泄放阀29的温度高于0℃且低于5℃时，以高频度发生，因此可能会给利用者造成更大的违和感。因此，在第二实施方式的燃料电池系统中，通过缩短残留水扫气处理的每一次的泄放阀29的开闭反复执行的期间及使氢泵28驱动的期间，抑制给利用者造成违和感。
以上说明的第二实施方式的燃料电池系统具有与第一实施方式的燃料电池系统100同样的效果。而且，在加热部500发生故障时，在泄放阀29的温度不是高于0℃且低于5℃的情况下，例如，在伴随着燃料电池10的运转结束而泄放阀29的温度逐渐下降的状况下，在下降至0℃之前，执行残留水扫气处理，因此能抑制从燃料电池10排出的水在泄放阀29处冻结。而且，在泄放阀29的温度为5℃以上时不执行残留水扫气处理，因此能抑制残留水扫气处理以高频度执行，能够抑制由残留水扫气处理引起的消耗电力的增加，而且，能够抑制给利用者造成违和感。
C.变形例：
C1.变形例1：
在各实施方式中，在加热部500未发生故障时，结束后残留水扫气处理几乎定期地执行，但是本发明没有限定于此。例如，可以在运转结束后执行一次。而且，可以与各实施方式同样地定期使控制装置60起动，在泄放阀29的温度高于0℃时不执行结束后残留水扫气处理，在泄放阀29的温度为0℃以下时，在通过加热部500对泄放阀29进行了加热的基础上执行结束后残留水扫气处理。根据这样的结构，由于在泄放阀29的温度高于0℃时不执行残留水扫气处理，因此能够进一步抑制消耗电力。
C2.变形例2：
在第一实施方式中，为了提高结束前强化残留水扫气处理的排水力而上述的(i)～(iV)都被执行，但是它们中的至少一个可以省略。例如，可以执行(i)延长反复执行泄放阀的开闭的期间和(ii)增大泄放阀的一次的开时间相对于开闭时间之比(以下，也称为“占空比”)中的至少一方，并省略(iii)及(iV)。而且，例如，可以执行(iii)进一步增加氢泵28的转速和(iV)延长使氢泵28驱动的期间中的至少一方，并省略(i)及(ii)。此外，可以取代上述的(i)～(iV)，或者在上述的(i)～(iV)的基础上，执行能够提高从燃料电池10的排水力的任意的处理。
C3.变形例3：
在各实施方式中，加热部500利用在搭载燃料电池系统100的车辆中使用的空调机构的一部分来构成，但是本发明没有限定于此。可以将泄放阀29的加热用所专用的加热器配置在泄放阀29的附近。
C4.变形例4：
在第二实施方式中，在残留水扫气处理的步骤S230中，判定了泄放阀29的温度是否高于0℃且低于5℃，但是本发明没有限定于此。上限并不局限于5℃，可以设为接近于0℃的任意的温度。而且，在步骤S230中，可以取代判定泄放阀29的当前的温度是否为预定的温度范围内而推定下次唤醒时的泄放阀29的温度，并判定上述温度是否为预定的温度范围内。下次唤醒时的泄放阀29的温度的推定可以利用例如泄放阀29的温度的推移、外气温、外气温的推移、燃料电池温度、燃料电池温度的推移中的至少一个信息来进行。
C5.变形例5：
在各实施方式中，温度取得部63利用从温度传感器46发送的燃料电池温度推定了泄放阀29的温度，但是本发明没有限定于此。例如，可以新设置能够直接测定泄放阀29的温度的温度传感器而从上述的温度传感器得到温度信息。而且，可以对于与控制装置60不同的装置例如搭载于车辆的ECU通知由温度传感器46测定到的燃料电池温度，通过接收基于在上述ECU中接收到的燃料电池温度而推定的泄放阀29的温度，来得到泄放阀29的温度。
C6.变形例6：
在各实施方式中，燃料电池系统100作为用于供给驱动用电源的系统，搭载于车辆来使用，但是本发明没有限定于此。例如，可以取代车辆而搭载于船舶、飞机等需要驱动用电源的其他的任意的移动体来使用。而且，作为定置型电源，例如，可以在办公室、家庭中设置于屋内或屋外来使用。而且，燃料电池10包含的各单电池11是固体高分子型燃料电池用的单电池，但也可以构成为磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池等各种燃料电池用的单电池。
C7.变形例7：
各实施方式中的燃料电池系统100的结构只不过是一例，能够进行各种变更。例如，可以不将氧化剂气体排出流路32与第二燃料气体排出流路24连接而设为分别独立地排出废气的结构。而且，可以取代控制装置60而设为起动控制装置70具有各功能部62～67的结构。
C8.变形例8：
在上述实施方式中，可以将通过硬件实现的结构的一部分置换为软件，反之，也可以将通过软件实现的结构的一部分置换为硬件。例如，可以通过集成电路、分立电路或者将上述的电路组合而成的模块来实现各功能部62～67中的至少一个功能部。而且，在本公开的功能的一部分或全部由软件实现时，该软件(计算机程序)可以通过存储于计算机可读取的记录介质中的方式进行提供。“计算机可读取的记录介质”并不局限于软盘、CD-ROM那样的便携型的记录介质，也包括各种RAM、ROM等计算机内的内部存储装置、硬盘等固定于计算机的外部存储装置。即，“计算机可读取的记录介质”具有包括能够将数据包非暂时性地固定的任意的记录介质的广泛的意思。
本发明并不局限于上述的实施方式及变形例，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、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，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。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
反应气体供给机构，向所述燃料电池供给反应气体；
排出流路，用于排出从所述燃料电池排出的废气及水；
阀，设于所述排出流路；
残留水扫气控制部，对利用了所述反应气体供给机构和所述阀的所述燃料电池的残留水扫气处理进行控制；
加热部，对所述阀进行加热；及
故障检测部，检测所述加热部的故障，
在检测到所述加热部的故障时，所述残留水扫气控制部执行所述残留水扫气处理，并使该残留水扫气处理中的排水力高于在未检测到所述加热部的故障时执行的所述残留水扫气处理中的排水力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述残留水扫气控制部将能够在所述燃料电池的运转结束前执行的结束前残留水扫气处理和能够在所述燃料电池的运转结束后执行的结束后残留水扫气处理作为所述残留水扫气处理进行控制，
在检测到所述加热部的故障时，所述残留水扫气控制部以比所述结束后残留水扫气处理中的排水力高的排水力执行所述结束前残留水扫气处理，且不执行所述结束后残留水扫气处理，
在未检测到所述加热部的故障时，所述残留水扫气控制部不执行所述结束前残留水扫气处理而执行所述结束后残留水扫气处理。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备取得所述阀的温度的温度取得部，
所述残留水扫气控制部在所述燃料电池的运转结束后定期地起动来确定由所述温度取得部取得的所述阀的温度，在该温度为0℃以下时不执行所述结束后残留水扫气处理，在该温度高于0℃时执行所述结束后残留水扫气处理，
在由所述温度取得部取得的所述阀的温度为0℃以下时，所述加热部对所述阀进行加热。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述残留水扫气控制部在所述残留水扫气处理中反复执行所述阀的开闭，并通过对反复执行所述阀的开闭的期间和所述阀的一次开闭中的开时间与闭时间之比中的至少一方进行控制，来控制所述残留水扫气处理中的排水力。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述反应气体供给机构具有用于向所述燃料电池供给所述废气包含的剩余的所述反应气体的泵，
所述残留水扫气控制部在所述残留水扫气处理中使所述泵驱动，并通过对使所述泵驱动的时间和所述泵的转速中的至少一方进行控制，来控制所述残留水扫气处理中的排水力。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
所述反应气体供给机构具有用于向所述燃料电池供给所述废气包含的剩余的所述反应气体的泵，
所述残留水扫气控制部在所述残留水扫气处理中使所述泵驱动，并通过对使所述泵驱动的时间和所述泵的转速中的至少一方进行控制，来控制所述残留水扫气处理中的排水力。
7.一种残留水扫气控制方法，用于控制燃料电池的残留水扫气处理，所述残留水扫气控制方法包括以下工序：
检测设于排出流路上的阀的故障，所述排出流路用于排出从所述燃料电池排出的废气及水；
检测对所述阀进行加热的加热部的故障；及
在检测到所述加热部的故障时，执行利用了向所述燃料电池供给反应气体的反应气体供给机构和所述阀的所述残留水扫气处理，
执行所述残留水扫气处理的工序包括使该残留水扫气处理中的排水力高于在未检测到所述加热部的故障时执行的所述残留水扫气处理中的排水力的工序。
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