CN109818013B - 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。通过燃料电池系统(10)及其控制方法，获取与燃料电池堆的温度相关的相关温度(Tfc)。另外，估计在气液分离器(38)的储水区域(80)的底部配置的加热单元(90)的温度(Th)。基于燃料电池堆相关温度(Tfc)与加热单元(90)的温度(Th)，判定气液分离器(38)内有无水(500)。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及具备气液分离器的燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
日本特开2005-011779号公报中，目的在于提供系统启动时不需要用于设备解冻的预热时间的燃料电池系统([0004]段、摘要)。为了实现该目的，日本特开2005-011779号公报(摘要)的燃料电池系统具备伴随着燃料电池的运转来供含有水蒸气的气体通过的气体供排部。还有，燃料电池系统具有加热单元、加热控制单元。所述加热单元加热所述气体供排部的至少一个部位。所述加热控制单元在所述燃料电池运转停止时，使用所述加热单元对所述气体供排部加热规定的期间。
根据上述那样的结构能实现下记那样的作用以及效果([0006]段)。即，由于在系统内流动的气体所包含的水蒸气冷却而附着于气体的供排所涉及的部分的水分，在停止燃料电池的运转时通过加热而蒸发。从而，即使在燃料电池系统停止时因外部气体而受到冷却，也能够避免因加热了的气体的供排所涉及的部分的冻结而导致的动作不良。进而，由于在燃料电池系统启动时不需要对冻结部分进行解冻的处理，因此能够缩短启动所需要的时间。
专利文献1：日本特开2005-011779号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，日本特开2005-011779号公报中，在停止燃料电池的运转时，通过使用加热单元对气体供排部加热规定的期间，使水分蒸发(摘要)。但是，在对燃料电池系统内的水进行检测或者排出方面，存在改善的余地。
本发明是考虑上述问题作出的，目的在于，提供能够较佳地检测或者排出燃料电池系统内的水的燃料电池系统及其控制方法。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的燃料电池系统的特征在于，具备：燃料电池堆；燃料气体供给部，其向所述燃料电池堆供给燃料气体；氧化气体供给部，其向所述燃料电池堆供给氧化气体；气液分离器，其设置于所述燃料气体供给部以及所述氧化气体供给部中的至少一方；燃料电池堆相关温度获取部，其获取与所述燃料电池堆的温度相关的相关温度；加热单元，其配置于所述气液分离器的储水区域的底部；加热单元温度估计部，其估计所述加热单元的温度；以及控制部，其基于所述燃料电池堆的相关温度和所述加热单元的温度来判定所述气液分离器内有无水。
根据本发明，基于燃料电池堆的相关温度和加热单元的温度来判定气液分离器内有无水。因此，不需要水位传感器等追加部件，能够以简单的系统来掌握气液分离器内水的存在。或者，即使在设置水位传感器等追加部件的情况下，基于故障保险(fail safe)的观点，应用本发明也是优秀的。由此，能够较佳地检测或者排出燃料电池系统内的水。
也可以是，所述控制部在低温启动时使用所述加热单元进行加热控制并且基于与有无所述水相关的判断结果来控制所述加热单元的加热量。由此，恰当地进行低温启动时的加热控制，由此能够抑制因水冻结导致的堵塞。
也可以是，所述气液分离器具备对在储水区域存留的水进行排水的排水阀。另外也可以是，所述控制部基于与有无所述水相关的判断结果来使所述排水阀驱动由此进行排水控制。由此，能够以简单的结构进行气液分离器内的排水控制。
也可以是，所述控制部基于实施所述排水控制的期间的所述加热单元的温度变化，判断是否正常进行了排水。通过观察加热单元的温度变化，判断是否完成了排水，由此能够以简单且低成本的结构实现排水控制。
也可以是，所述控制部基于相对于所述燃料电池堆的相关温度而言所述加热单元的温度发生了规定值以上变化，由此判断为正常进行了排水。由于将热质量(thermalmass)大的燃料电池堆的相关温度作为基准，根据加热单元的温度判断是否进行了排水，因此能够进行与系统运转状况相应的适当的排水判断。
也可以是，所述控制部在判断为正常进行了排水之后，基于相对于所述燃料电池堆的相关温度而言所述加热单元的温度发生了小于规定值的变化，由此判断所述气液分离器内残留了水，再次进行排水控制。存在如下可能性：即使因车辆的倾斜而没有正常进行排水但是仍判断为排水完成。本发明中，由于在解除车辆的倾斜状态并确认残留水时再次进行排水控制，因而能够可靠地抑制因冻结导致的堵塞。
本发明涉及燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：燃料电池堆；燃料气体供给部，其向所述燃料电池堆供给燃料气体；氧化气体供给部，其向所述燃料电池堆供给氧化气体；气液分离器，其设置于所述燃料气体供给部以及所述氧化气体供给部中的至少一方；燃料电池堆相关温度获取部，其获取与所述燃料电池堆的温度相关的相关温度；加热单元，其配置于所述气液分离器的储水区域的底部；以及加热单元温度估计部，其估计所述加热单元的温度，所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，由控制部基于所述燃料电池堆的相关温度和所述加热单元的温度来判定所述气液分离器内有无水。
发明的效果
根据本发明，能够较佳地检测或者排出燃料电池系统内的水。
参照附图所作的对以下的实施方式进行的说明，容易理解所述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池系统(以下也称为“FC系统”)的框图。
图2是简略示出所述实施方式的气液分离器及其周边的图。
图3是示出所述实施方式的PTC加热器的温度-电阻特性的图。
图4是示出所述实施方式的气液分离器排水控制的概要的流程图。
图5是所述实施方式的FC系统动作时控制的流程图(图4的S14的详细内容)。
图6是示出执行所述实施方式的FC系统动作时控制时的各种数值的一例的时序图。
图7是所述实施方式的FC系统起动时控制的流程图(图4的S12的详细内容)。
图8是示出执行所述实施方式的FC系统起动时控制时的各种数值的一例的时序图。
图9是示出没有执行所述实施方式的FC系统停止时控制的情况下的各种数值的一例的时序图。
图10是所述实施方式的FC系统停止时控制的流程图(图4的S18的详细内容)。
具体实施方式
A.一实施方式
<A-1.结构>
[A-1-1.整体结构]
图1是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池系统10(以下也称为“FC系统10”)的框图。本实施方式的FC系统10用于车辆，但也可以是用于其它的用途。FC系统10具有：燃料电池堆20(以下称为“FC堆20”或者“FC 20”)；阳极系统22；阴极系统24；控制系统26；以及电池28(图2)。
FC堆20例如具有将燃料电池单体层叠而成的结构，该燃料电池单体是由阳极电极与阴极电极从两侧夹持固体高分子电解质膜而形成的。阳极系统22针对FC 20供给含氢气体。阴极系统24针对FC 20供给氧化气体。控制系统26控制FC 20、阳极系统22以及阴极系统24。
阴极系统24(氧化气体供给部)的结构能够使用例如与日本特开2012-219276号公报或者日本特开2014-080634号公报同样的结构。
[A-1-2.阳极系统22]
(A-1-2-1.概要)
如图1所示，阳极系统22(燃料气体供给部)具有：氢罐30、调节器32、喷射器34、吹扫阀36、气液分离器38、压力传感器40以及燃料电池温度传感器42(以下也称为“FC温度传感器42”)。氢罐30收容作为燃料气体的氢，经由配管50、调节器32、配管52、喷射器34以及配管54来与阳极流路56的入口连接。由此，氢罐30的氢能够经由配管50等向阳极流路56供给。此外，在配管50设置有截止阀(未图示)，FC堆20发电时，该截止阀被控制系统26的电子控制装置152设为打开。调节器32将所导入的氢的压力调整为规定值并排出。
喷射器34将来自氢罐30的氢用喷嘴进行喷射由此产生负压，利用该负压来吸引配管58的阳极排气(offgas)。
阳极流路56的出口经由配管58与喷射器34的吸气口连接。而且，从阳极流路56排出的阳极排气通过配管58被再次导入到配管54，由此阳极排气(氢)进行循环。此外，阳极排气包含有未被阳极处的电极反应消耗的氢和水蒸气。
气液分离器38设置于配管58，将阳极排气包含的水分{冷凝水(液体)、水蒸气(气体)}分离和回收。在后面参照图2记述气液分离器38的详细内容。
配管58的一部分经由配管60、吹扫阀36以及配管62与稀释箱(未图示)连接。在判定为FC堆20的发电不稳定的情况下，吹扫阀36基于来自控制系统26的指令在规定时间打开。稀释箱以阴极排气来稀释来自吹扫阀36的阳极排气中的氢。
压力传感器40检测阳极系统22(在此为配管58)内的压力P并向控制系统26发送。FC温度传感器42(燃料电池堆相关温度获取部)检测FC 20的温度Tfc(以下也称为“FC温度Tfc”或者“堆温度Tfc”)并向控制系统26发送。
(A-1-2-2.气液分离器38及其周边)
(A-1-2-2-1.概要)
图2是简略示出本实施方式的气液分离器38及其周边的图。图2中，气液分离器38的下侧的储水区域80存留有水500。在储水区域80存留的水500经由与气液分离器38连接的排水路82向外部排出。在排水路82设置有排水阀84，基于来自控制系统26的指令来开闭排水阀84。图2的箭头符号300示出排水阀84为打开状态时的水500的流动。在气液分离器38的储水区域80设置PTC加热器90(PTC：Positive Temperature Coefficient：正温度系数)。
(A-1-2-2-2.PTC加热器90)
PTC加热器90(以下也称为“加热器90”)是热敏电阻，基于来自控制系统26的指令来加热水500(包括冻结的情况下)。加热器90利用来自电池(battery)28的电流If来发热。如图2所示，在加热器90与电池28之间配置通断开关100、可变电阻器102、电流传感器104。
通断开关100根据来自控制系统26的指令进行通断。可变电阻器102根据来自控制系统26的指令使电阻变化。由此，切换向加热器90施加的电压。另外，电流传感器104检测从电池28向加热器90供给的电流Ih并向控制系统26通知。
图3是示出本实施方式的PTC加热器90的温度-电阻特性的图。如图3所示，在加热器温度Th为Th1时，加热器电阻Rh(以下也称为“电阻Rh”)成为最小值Rhmin。另外，加热器温度Th与Th1相比变得越低以及变得越高则加热器电阻Rh越增加。其中，相比于加热器温度Th变得比Th1低时，加热器温度Th变得比Th1高时加热器电阻Rh的增加程度大。
[A-1-3.控制系统26]
(A-1-3-1.控制系统26的概要)
如图1所示，控制系统26具有各种传感器150、电子控制装置152(以下称为“ECU152”)、计时器电路154。
(A-1-3-2.各种传感器150)
各种传感器150检测ECU152进行控制所需要的各种传感器值并向ECU152输出。各种传感器150包括外部气温传感器160。外部气温传感器160检测车辆的外部气温T并向ECU152输出。各种传感器150也可以包括压力传感器40、FC温度传感器42以及电流传感器104。
(A-1-3-3.ECU152)
(A-1-3-3-1.ECU152的概要)
ECU152是控制FC系统10整体的计算机。如图1所示，ECU152具有输入输出部170、运算部172以及存储部174。
(A-1-3-3-2.输入输出部170)
输入输出部170与ECU152之外的设备(各种传感器150等)进行输入输出。输入输出部170具备将所输入的模拟信号变换为数字信号的、未图示的A/D变换电路。
(A-1-3-3-3.运算部172)
运算部172例如包括中央处理装置(CPU)。运算部172基于来自各种传感器150等的信号进行运算。而且，运算部172基于运算结果来生成针对阳极系统22以及阴极系统24的信号。
如图1所示，运算部172具有FC输出控制部180、加热器温度计算部182、加热器控制部184、排水控制部186。通过执行在存储部174存储的程序来实现这些各部。也可以是，从外部设备经由未图示的通信装置来提供所述程序。也能够以硬件(电路部件)构成所述程序的一部分。
FC输出控制部180执行对FC 20的输出进行控制的FC输出控制。基于来自控制车辆整体的驱动力的未图示的综合控制电子控制装置(以下也称为“综合控制ECU”)的指令来进行FC输出控制。
加热器温度计算部182(加热单元温度估计部)执行计算或者估计PTC加热器90的温度Th的加热器温度计算控制。加热器控制部184执行对PTC加热器90的通断等进行控制的加热器控制。排水控制部186执行对气液分离器38内的水500的排出进行控制的气液分离器排水控制。
(A-1-3-3-4.存储部174)
存储部174存储运算部172所利用的程序以及数据。存储部174例如具备随机存取存储器(以下称为“RAM”)。作为RAM，可以使用寄存器等易失性存储器和闪存等非易失性存储器。另外也可以是，存储部174除了具有RAM以外，还具有只读存储器(ROM)以及/或者固态硬盘(SSD)。
(A-1-3-4.计时器电路154)
计时器电路154设定ECU152启动的定时，在该定时到来时将ECU152设为启动。
<A-2.本实施方式的气液分离器排水控制>
[A-2-1.概要]
如上所述，本实施方式的ECU152执行气液分离器排水控制。气液分离器排水控制中，在气液分离器38内水500存留了规定量以上的情况下，打开排水阀84来将水500向外部排出。但是，这里的规定量，不是直接测量水500的量，而是使用加热器电阻Rh。
如以下所述，气液分离器排水控制中，大体来分，包括FC系统起动时控制、FC系统动作时控制、FC系统停止时控制。FC系统起动时控制(以下也称为“起动时控制”)是在FC系统10起动时(或者开始发电时)由PTC加热器90对气液分离器38内进行预热的控制。需要注意的是，在起动时控制自身中不进行排水，而是在后续的FC系统动作时控制中进行排水。
FC系统动作时控制(以下也称为“动作时控制”)是在FC系统10的动作时(或者发电中)将气液分离器38内的水500排出的控制，在起动时控制后续进行。
FC系统停止时控制(以下也称为“停止时控制”)是在FC系统10停止时(或者发电停止时)将气液分离器38内的水500排出的控制，在动作时控制后续进行。另外，在进行了一次停止时控制之后，在规定期间没有进行起动时控制的情况下，重复停止时控制。
[A-2-2.气液分离器排水控制的整体流程]
图4是示出本实施方式的气液分离器排水控制的概要的流程图。在步骤S11中，ECU152判定是否FC系统10起动了。例如基于来自FC输出控制部180的通知来进行该判定。在FC系统10起动了的况下(S11：“是”(TRUE))，进到步骤S12。在步骤S12中，ECU152执行起动时控制。参照图7以及图8在后记述起动时控制。在步骤S12之后，进到步骤S14。
在FC系统10没有起动的情况下(S11：“否”(FALSE))，进到步骤S13。在步骤S13中，ECU152判定FC系统10是否正在动作中。例如基于来自FC输出控制部180的通知来进行该判定。在FC系统10处于动作中的情况下(S13：“是”)，进到步骤S14。在步骤S14中，ECU152执行动作时控制。参照图5以及图6在后记述动作时控制。
在步骤S15中，ECU152判定是否FC系统10停止了。例如基于来自FC输出控制部180的通知来进行该判定。在FC系统10停止了的情况下(S15：“是”)，进到步骤S18。在FC系统10没有停止的情况下(S15：“否”)，返回步骤S14。
在步骤S13中FC系统10不处于动作中的情况下(S13：“否”)，FC系统10处于停止中。该情况下，在步骤S16中，ECU152判定停止时控制的执行定时是否到来了。例如通过计时器电路154进行监视来进行该判定。在停止时控制的执行定时到来了的情况下(S16：“是”)，进到步骤S17。在停止时控制的执行定时没有到来的情况下(S16：“否”)，结束本次的气液分离器排水控制，在经过规定时间后返回步骤S11。
在步骤S17中，利用计时器电路154，将ECU152启动。在步骤S18中，E CU152执行停止时控制。参照图10在后记述停止时控制。在步骤S19中，EC U152设定或者更新计时器电路154中的停止时控制的执行定时。在步骤S20中，ECU152成为停止(或者休眠模式)。而且，结束本次的气液分离器排水控制，在经过规定时间后返回步骤S11。
[A-2-3.FC系统动作时控制]
为了容易理解，以下在起动时控制(图4的S12)之前，先说明动作时控制(S14)。如上所述，动作时控制是在FC系统10的动作时(或者发电中)中将气液分离器38内的水500排出的控制，在起动时控制后续进行。
图5是本实施方式的FC系统动作时控制的流程图(图4的S14的详细内容)。
图6是示出执行本实施方式的FC系统动作时控制时的各种数值的一例的时序图。图6中示出了加热器温度Th、FC温度Tfc、气液分离器38内的水量Q[L]以及加热器电阻Rh。
图5的步骤S21～S25中，判定气液分离器38内是否存留有水500。即，在步骤S21中，ECU152将PTC加热器90启动(图6的时间点t11)。在步骤S22中，ECU152获取来自FC温度传感器42的FC温度Tfc、来自电流传感器104的加热器电流Ih、向加热器90施加的加热器电压Vh。基于电池28的输出电压、ECU152设定的可变电阻器102的电阻，计算加热器电压Vh。
在步骤S23中，ECU152基于加热器电流Ih和向加热器90的施加电压Vh，计算加热器电阻Rh(Rh＝Vh/Ih)。
在步骤S24中，ECU152基于加热器电阻Rh来计算加热器温度Th。即，将规定了加热器电阻Rh与加热器温度Th的关系的对应表200(Th-Rh对应表200，图3)预先存储于存储部174。而且，ECU152从Th-Rh对应表200读出并使用与加热器电阻Rh对应的加热器温度Th。
此外，如图3所示，PTC加热器90具有电阻Rh的最小值Rhmin，在其前后比最小值Rhmin大。那样的加热器90的情况下，考虑未图示的制冷剂的温度或者含氢气体的温度，来判定电阻Rh是比最小值Rhmin大还是比最小值Rhm in小。
回到图5，在步骤S25中，ECU152判定加热器温度Th与FC温度Tfc之差ΔT(以下也称为“温度差ΔT”)是否为第一温度差阈值THΔT1以下。第一温度差阈值THΔT1是用于判定PTC加热器90的一部分或者全部是否浸在水500中的阈值。即，在PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的情况下温度差ΔT变得比较小，在PTC加热器90没有浸在水500中的情况下温度差ΔT变得比较大。为了区别这些状态，使用第一温度差阈值THΔT1。
在温度差ΔT不为第一温度差阈值THΔT1以下的情况下(S25：“否”)，PTC加热器90没有浸在水500中。换言之，水500的水量Q为水量阈值THq以下。因而，在步骤S26中，ECU152将PTC加热器90停止规定时间，之后返回步骤S21。在温度差ΔT为第一温度差阈值THΔT1以下的情况下(S25：“是”)，PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中。在该情况下，在步骤S27中，ECU152将PTC加热器90设为停止。
图5的步骤S28～S34中，将气液分离器38内的水500向外部排出。其中，步骤S28～S31是假设进行判定为气液分离器38内没有残留水的步骤。因车辆的倾斜而使步骤S28～S31的判定中存在进行没有残留水的误判定的可能性。因而，从步骤S28～S31起间隔一段时间，在步骤S32～S37中再次确认气液分离器38内是否没有残留水。
在图5的步骤S28中，ECU152打开排水阀84(图6的时间点t12)。由此，气液分离器38内的水500开始经由排水阀84向外部排出。在步骤S29中，ECU152将PTC加热器90设为启动。此外，在图5的步骤S27与步骤S29之间的时间短的情况下，也可以省略步骤S27、S29双方。
在步骤S30中，ECU152通过与步骤S22、S23同样的方法获取或者计算加热器电阻Rh。在步骤S31中，ECU152判定加热器电阻Rh是否为第一电阻阈值THrh1以上。第一电阻阈值THrh1设定为在PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的情况下无法取得的程度的温度。在加热器电阻Rh不为第一电阻阈值THrh1以上的情况下(S31：“否”)，PTC加热器90的加热不充分，存在PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的可能性。该情况下，返回步骤S30。在加热器电阻Rh为第一电阻阈值THrh1以上的情况下(S31：“是”)，认为PTC加热器90进行了充分加热，PTC加热器90没有浸在水500中(图6的时间点t13)。该情况下，进到步骤S32。
在步骤S32中，ECU152将计数值CNT重置。在步骤S33中，ECU152判定计数值CNT是否为第一计数阈值THcnt1以上。第一计数阈值THcnt1设定为，即使在步骤S31的时间点车辆处于倾斜的情况下，也充分确保到之后变得不倾斜为止的时间。在计数值CNT不为第一计数阈值THcnt1以上的情况下(S33：“否”)，在步骤S34中，ECU152使计数值CNT增加1并返回步骤S33。在计数值CNT为第一计数阈值THcnt1以上的情况下(S33：“是”)，进到步骤S35。
在步骤S35中，ECU152关闭排水阀84(图6的时间点t14)。在步骤S36中，与步骤S30同样地，ECU152获取加热器电阻Rh。在步骤S37中，ECU152判定加热器电阻Rh是否为第一电阻阈值THrh1以上。步骤S37与步骤S31同样地进行，但是，也可以使用相互不同的第一电阻阈值THrh1。
在加热器电阻Rh不为第一电阻阈值THrh1以上的情况下(S37：“否”)，存在PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的可能性。即，认为有可能在步骤S31的时间点车辆倾斜，因此PTC加热器90没有浸在水500中，但之后车辆的倾斜变化，因此PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中。该情况下，返回步骤S28。在加热器电阻Rh为第一电阻阈值THrh1以上的情况下(S37：“是”)，确定PTC加热器90没有浸在水500中的判定，进到步骤S38。在步骤S38中，ECU152将PTC加热器90设为停止来结束本次的动作时控制(图6的时间点t15)。
[A-2-4.FC系统起动时控制]
如上所述，FC系统起动时控制(图4的S12)是在FC系统10起动时(或者开始发电时)利用PTC加热器90对气液分离器38内进行预热的控制。需要注意的是，在起动时控制自身中不进行排水，而是在后续的FC系统动作时控制中进行排水。
图7是本实施方式的FC系统起动时控制的流程图(图4的S12的详细内容)。
图8是示出执行本实施方式的FC系统起动时控制时的各种数值的一例的时序图。图8中示出加热器电阻Rh、加热器温度Th以及FC温度Tfc。
图7的步骤S51、S52中，判定利用PTC加热器90进行加热的必要性。即，在步骤S51中，ECU152从FC温度传感器42获取FC温度Tfc。在步骤S52中，ECU152判定FC温度Tfc是否为第一温度阈值THtfc1以下。第一温度阈值THtfc1是用于判定FC 20是否处于极低温状态的阈值，例如在-10～-40℃的范围内进行设定。在FC温度Tfc不为第一温度阈值THtfc1以下的情况下(S52：“否”)，结束本次的起动时控制。在FC温度Tfc为第一温度阈值THtfc1以下的情况下(S52：“是”)，进到步骤S53。
在步骤S53中，ECU152将PTC加热器90启动(图8的时间点t21)。由此，加热器电阻Rh增加至Rh1，加热器温度Th增加至Th1(图8的时间点t22)。伴随PTC加热器90的启动，ECU152开始FC 20的发电。
在步骤S54、S55中，在气液分离器38内存在冰的情况下，通过PTC加热器90或者FC20的动作而使冰溶解，判定是否处于PTC加热器90的周边存留有水500的状态。即，在步骤S54中，ECU152获取或者更新FC温度Tfc。在步骤S55中，ECU152判定FC温度Tfc是否为第二温度阈值THtfc2以上。在FC温度Tfc不为第二温度阈值THtfc2以上的情况下(S55：“否”)，返回步骤S54。在FC温度Tfc为第二温度阈值THtfc2以上的情况下(S55：“是”)，进到步骤S56(图8的时间点t23)。
也可以是，代替步骤S54、S55，例如使用从PTC加热器90的启动开始起的时间。或者，也能够使用加热器电阻Rh的变化来代替步骤S54、S55。
在步骤S56中，ECU152通过与图5的步骤S22、S23同样的方法来获取加热器电阻Rh。在步骤S57中，ECU152判定加热器电阻Rh是否为第二电阻阈值THrh2以上。第二电阻阈值THrh2是用于判定PTC加热器90是否进行了充分加热的阈值。在加热器电阻Rh不为第二电阻阈值THrh2以上的情况下(S57：“否”)，在步骤S58中，ECU152控制可变电阻器102(图2)来使向PTC加热器90的施加电压Vh增加，并返回步骤S56。图8的时间点t24～t25处以虚线表示的加热器温度Th是进行施加电压Vh的增加的情况下的值，时间点t24～t25处以实线表示的加热器温度Th是不进行施加电压Vh的增加的情况下的值。
在加热器电阻Rh为第二电阻阈值THrh2以上的情况下(S57：“是”)，进到步骤S59。在步骤S59中，ECU152获取FC温度Tfc和加热器电阻Rh。在步骤S60中，ECU152基于加热器电阻Rh来计算加热器温度Th。步骤S60与图5的步骤S24同样地进行。
在步骤S61中，ECU152判定加热器温度Th与FC温度Tfc之间的温度差ΔT是否为第二温度差阈值THΔT2以上。第二温度差阈值THΔT2是用于判定是否PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的阈值。即，在PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中的情况下温度差ΔT变得比较小，在PTC加热器90没有浸在水500中的情况下温度差ΔT变得比较大。为了区别这些状态，使用第二温度差阈值THΔT2。
在温度差ΔT不为第二温度差阈值THΔT2以上的情况下(S61：“否”)，PTC加热器90的一部分或者全部浸在水500中。因而，继续PTC加热器90的动作，返回步骤S59。在温度差ΔT为第二温度差阈值THΔT2以上的情况下(S61：“是”)，PTC加热器90没有浸在水500中。因而，进到步骤S62。
在步骤S62中，ECU152将计数值CNT重置。在步骤S63中，ECU152判定计数值CNT是否为第二计数阈值THcnt2以上。第二计数阈值THcnt2是用于确保气液分离器38内的生成水充分变暖的时间。在计数值CNT不为第二计数阈值THcnt2以上的情况下(S63：“否”)，在步骤S64中，ECU152使计数值CNT增加1并返回步骤S63。在计数值CNT为第二计数阈值THcnt2以上的情况下(S63：“是”)，进到步骤S65。
在步骤S65中，ECU152将PTC加热器90停止(图8的时间点t26)。
[A-2-5.FC系统停止时控制]
如上所述，FC系统停止时控制是在FC系统10停止时(或者发电停止时)将气液分离器38内的水500排出的控制，在动作时控制后续进行。另外，在进行了一次停止时控制之后，在规定期间没有进行起动时控制的情况下，重复停止时控制。
图9是示出没有执行本实施方式的FC系统停止时控制的情况下的各种数值的一例的时序图。图9中示出加热器温度Th、FC温度Tfc以及加热器电阻Rh。
在图9的时间点t31～t32之间，FC系统10处于发电中。这时，加热器90处于停止，因此加热器温度Th成为与FC 20的周边辅助设备同样的温度。即，因FC 20的发热等，加热器温度Th成为比外部气温高的值。
在时间点t32，FC系统10停止。由此，由FC 20产生的发热停止。此外，伴随着日落等外部气温降低。因此，从时间点t32起，FC温度Tfc以及加热器温度Th降低。
在FC系统10的发电中(t31～t32)，FC温度Tfc和加热器温度Th以比较相近的值进行推移。FC系统10停止后，热质量大的FC 20的温度降低变缓，与之相对地加热器90及其它的周边辅助设备的温度降低比较急剧。
因此，与FC温度Tfc相比，加热器温度Th先达到0℃(时间点t33)，其它的周边辅助设备开始冻结。在之后的时间点t34，FC温度Tfc到达0℃。从而，当要基于FC温度Tfc监视其它的周边辅助设备的温度时误差变大，难以充分判定其它的周边辅助设备的冻结。
因而，本实施方式中，不使用FC温度Tfc，而使用加热器温度Th来监视其它的周边辅助设备的温度。
图10是本实施方式的FC系统停止时控制的流程图(图4的S18的详细内容)。停止时控制例如从图9的时间点t32开始。在图10的步骤S81中，ECU152以与图5的步骤S22、S23同样的方法来获取加热器电阻Rh。在步骤S82中，ECU152基于加热器电阻Rh来计算加热器温度Th。
在步骤S83中，ECU152判定加热器温度Th是否为第三温度阈值THth3以下。第三温度阈值THth3是用于判定水500是否开始冻结的阈值，例如设定为-1℃～3℃的范围中的固定值，图9中设定为0℃。在加热器温度Th不为第三温度阈值THth3以下的情况下(S83：“否”)，结束本次的停止时控制。在加热器温度Th为第三温度阈值THth3以下的情况下(S83：“是”)，进到步骤S84。
在步骤S84中，ECU152将FC系统10起动(图9的时间点t33)。伴随着FC系统10的起动，将PTC加热器90设为启动，因此在图9的例中，在时间点t33加热器温度Th上升(图9中没有示出加热器温度Th的上升)。
在步骤S85中，ECU152执行停止时排水控制。停止时排水控制进行图5的步骤S21～S25、S27～S31、S35、S38。在步骤S86中，ECU152将FC系统10停止，结束本次的停止时控制。
<A-3.本实施方式的效果>
以上，根据本实施方式，基于FC温度Tfc(燃料电池堆的相关温度)和加热器温度Th(加热单元的温度)来判定气液分离器38内有无水500(图5的S25)。因此，不需要水位传感器等追加部件，能够以简单的系统来掌握气液分离器38内水500的存在。或者，即使在设置水位传感器等追加部件的情况下，基于故障保险的观点，应用本实施方式也是优秀的。由此，能够较佳地检测或者排出FC系统10内的水500。
在本实施方式中，ECU152(控制部)在低温启动时(图7的S52：“是”)使用PTC加热器90(加热单元)进行加热控制(S53)，并且基于与有无水500相关的判断结果来控制加热器90的加热量(S56～S58)。由此，恰当地进行低温启动时的加热控制，由此能够抑制因水500冻结导致的堵塞。
在本实施方式中，气液分离器38具备对在储水区域80存留的水500进行排水的排水阀84(图2)。另外，ECU152(控制部)基于与有无水500相关的判断结果来使排水阀84驱动(图5的S28)由此进行排水控制。由此，能够以简单的结构进行气液分离器38内的排水控制。
在本实施方式中，ECU152(控制部)基于在实施排水控制的期间中PTC加热器90(加热单元)的电阻Rh，来判断是否正常进行了排水(图5的S30、S31)。通过观察加热器电阻Rh，判断是否完成了排水，由此能够以简单且低成本的结构实现排水控制。
在本实施方式中，ECU152(控制部)基于加热器电阻Rh(加热单元的电阻)为第一电阻阈值THrh1以上(图5的S31：“是”)由此判断为正常进行了排水。由此，能够简单地判定排水的正常结束。
在本实施方式中，ECU152(控制部)在判断为正常进行了排水(图5的S31：“是”)之后，基于加热器电阻Rh小于第一电阻阈值THrh1(S37：“否”)由此判断为气液分离器38内残留有水500，并且再次进行排水控制(S28～S35)。
存在即使因FC系统10(或者设置了FC系统10的车辆(移动体))的倾斜而没有正常进行排水也判断为完成了排水的可能性。本实施方式中，在解除FC系统10的倾斜状态并确认残留水时由于再次进行排水控制，因此能够可靠地抑制因冻结导致的堵塞。
B.变形例
此外，本发明并不限于上述实施方式，基于本说明书的记载内容，本发明当然还可以采用各种结构。例如，可以采用以下结构。
<B-1.适用对象>
上述实施方式中，假定将FC系统10生成的电力向燃料电池车辆(FCV)供给。但是，例如如果从基于FC温度Tfc和加热器温度Th来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。例如也可以是，FC系统10生成的电力向住宅等供给。
<B-2.气液分离器38>
上述实施方式中，将气液分离器38设置于阳极系统22(图1)。但是，例如如果从基于FC温度Tfc和加热器温度Th来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。例如也可以是，气液分离器38除了设置于阳极系统22以外还设置于阴极系统24或者气液分离器38设置于阴极系统24来代替设置于阳极系统22。
<B-3.ECU152的控制>
[B-3-1.气液分离器排水控制全体]
上述实施方式的气液分离器排水控制中组合了图7所示的起动时控制、图5所示的动作时控制、图10所示的停止时控制。但是，例如如果从基于FC温度Tfc和加热器温度Th来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。例如也可以是，以图7所示方法之外的方法来进行起动时控制。或者也可以是，以图5所示方法之外的方法来进行动作时控制。或者，也可以是，以图10所示方法之外的方法进行停止时控制。
[B-3-2.起动时控制]
所述实施方式的起动时控制中，使用可变电阻器102(图2)使向PTC加热器90的施加电压Vh变化(图7的S56～S58)。但是，例如，如果从使向加热器90的施加电压Vh变化的观点出发，则不限于此。例如也可以是，使用转换器(converter)来使向PTC加热器90的施加电压Vh变化。
所述实施方式的起动时控制中，基于加热器电阻Rh使向PTC加热器90的施加电压Vh变化(图7的S56～S58)。但是，例如如果从基于FC温度Tfc和加热器温度Th来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。例如也可以是，将向PTC加热器90的施加电压Vh设为固定。
[B-3-3.动作时控制]
所述实施方式中，基于FC温度Tfc和加热器温度Th判定气液分离器38内有无水500(图5的S25)。但是，例如如果从基于与FC堆20的温度相关的燃料电池堆的相关温度、与在气液分离器38的储水区域80的底部配置的加热单元的温度相关的加热单元温度来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。也能够代替FC温度Tfc(堆温度Tfc)，例如使用对FC 20进行冷却的制冷剂的温度作为燃料电池堆相关温度。
在所述实施方式中，ECU152(控制部)基于在实施排水控制的期间中PTC加热器90(加热单元)的电阻Rh，来判断是否正常进行了排水(图5的S30、S31)。但是，如果从判定气液分离器38的排水是否完成的观点出发，则不限于此。例如也可以是，ECU152(控制部)基于实施排水控制期间中PTC加热器90(加热单元)的温度变化来判断是否正常进行了排水。通过观察加热器90的温度变化，判断是否完成了排水，由此能够以简单并且低成本的结构实现排水控制。
在所述实施方式中，ECU152(控制部)基于加热器电阻Rh(加热单元的电阻)为第一电阻阈值THrh1以上(图5的S31：“是”)由此判断为正常进行了排水。但是，例如如果从判定气液分离器38的排水是否完成的观点出发，则不限于此。
例如也可以是，ECU152(控制部)基于FC温度Tfc与加热器温度Th之间的差ΔT，换言之，基于相对于FC温度Tfc而言加热器温度Th发生规定值以上变化由此判断为正常进行了排水。由于以热质量大的FC堆20的FC温度Tfc作为基准，利用加热器温度Th判断是否进行了排水，因此能够进行与系统运行状况相应的适当的排水判断。
在所述实施方式中，ECU152(控制部)在判断为正常进行了排水(图5的S31：“是”)之后，基于加热器电阻Rh小于第一电阻阈值THrh1(S37：“否”)由此判断气液分离器38内残留有水500，并且再次进行排水控制(S28～S35)。但是，例如如果从基于FC温度Tfc和加热器温度Th来判定气液分离器38内有无水500的观点出发，则不限于此。例如，也能够省略图5的步骤S32～S34。
[B-3-4.停止时控制]
所述实施方式的停止时控制中，将停止时排水控制(图10的S85)的内容设为与图5的步骤S21～S25、S27～S31、S35、S38同样。但是，例如如果从将气液分离器38内的水500排出的观点出发，则不限于此。
[B-3-5.其它]
所述实施方式中，在数值的比较中存在包括等号的情况和不包括等号的情况。但是，例如如果包括等号或者避开等号没有特别意义(换言之，能实现本发明的效果的情况下)，在数值的比较中能够任意设定包括等号或者不包括等号。
从这种意义上讲，例如，图5的步骤S25中的关于温度差ΔT是否为第一温度差阈值THΔT1以下的判定，能够替换为关于温度差ΔT是否小于第一温度差阈值THΔT1的判定。
所述实施方式中，使用图4、图5、图7以及图10所示的流程。但是，例如在能实现本发明的效果的情况下，流程的内容(各步骤的顺序)不限于此。例如图5的步骤S35与步骤S36的顺序能够交换。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
燃料电池堆；
燃料气体供给部，其向所述燃料电池堆供给燃料气体；
氧化气体供给部，其向所述燃料电池堆供给氧化气体；
气液分离器，其设置于所述燃料气体供给部以及所述氧化气体供给部中的至少一方；
燃料电池堆相关温度获取部，其获取与所述燃料电池堆的温度相关的相关温度；
加热单元，其配置于所述气液分离器的储水区域的底部；
加热单元温度估计部，其估计所述加热单元的温度；以及
控制部，其基于所述燃料电池堆的相关温度和所述加热单元的温度来判定所述气液分离器内有无水。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部在低温启动时使用所述加热单元进行加热控制，并且基于与有无所述水相关的判断结果来控制所述加热单元的加热量。
3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述气液分离器具备对在储水区域存留的水进行排水的排水阀，
所述控制部基于与有无所述水相关的判断结果来使所述排水阀驱动，由此进行排水控制。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部基于实施所述排水控制的期间的所述加热单元的温度变化，判断是否正常进行了排水。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部基于相对于所述燃料电池堆的相关温度而言所述加热单元的温度发生了规定值以上变化，由此判断为正常进行了排水。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部在判断为正常进行了排水之后，基于相对于所述燃料电池堆的相关温度而言所述加热单元的温度发生了小于规定值的变化，由此判断为所述气液分离器内残留了水，再次进行排水控制。
7.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：
燃料电池堆；
燃料气体供给部，其向所述燃料电池堆供给燃料气体；
氧化气体供给部，其向所述燃料电池堆供给氧化气体；
气液分离器，其设置于所述燃料气体供给部以及所述氧化气体供给部中的至少一方；
燃料电池堆相关温度获取部，其获取与所述燃料电池堆的温度相关的相关温度；
加热单元，其配置于所述气液分离器的储水区域的底部；以及
加热单元温度估计部，其估计所述加热单元的温度，
该燃料电池系统的控制方法的特征在于，
由控制部基于所述燃料电池堆的相关温度和所述加热单元的温度来判定所述气液分离器内有无水。
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