CN110289436A - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统及其控制方法，具备：燃料电池、阳极气体供给装置、压力传感器、排出阀、推断阳极气体浓度的推断部、和控制部。控制部进行第1和第2控制，第1控制在推断出的阳极气体浓度为第1浓度以下的第1开阀条件成立的情况下打开排出阀，在推断出的阳极气体浓度为比第1浓度高的第2浓度以上的第1闭阀条件成立的情况下关闭排出阀，第2控制在目标压力值与压力传感器的值的偏差为预先决定的阈值以上且继续了预先决定的期间的情况下关闭排出阀，在推断出的阳极气体浓度为比第1浓度低的第3浓度以下、或对推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将阳极气体浓度推断为高的值为第1浓度以下的第2开阀条件成立的情况下打开排出阀。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
背景技术
在专利文献1中，记载了一种燃料电池系统，具备：燃料电池、从高压罐供给的阳极气体的供给流路、设置于供给流路的喷射器、从燃料电池排出的阳极废气的排出流路、和设置于排出流路的排气排水阀。排气排水阀根据控制部的指令而动作，将水分与包含杂质的阳极废气向外部排出。
专利文献1：日本特开2008－16349号公报
在燃料电池系统中，要求进一步减少从排气排水阀排出的阳极气体的量的技术。
发明内容
本公开是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的方式而实现。
(1)根据本公开的第1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；阳极气体供给装置，其设置于对上述燃料电池供给阳极气体的供给流路；压力传感器，其测定上述阳极气体供给装置的下游的上述供给流路的压力值；排出阀，其设置于从上述燃料电池排出阳极废气的排出流路；推断部，其使用通过上述阳极气体供给装置供给阳极气体的阳极气体供给量、与利用上述排出阀的开阀时间求得的阳极废气的排出量，来推断上述阳极气体供给装置下游的上述供给流路的阳极气体浓度；以及控制部，其执行如下控制，即：使上述排出阀开闭；以及控制上述阳极气体供给装置，以使由上述压力传感器测定出的值成为目标压力值，上述控制部进行第1控制和第2控制，在上述第1控制中，上述控制部在由上述推断部推断出的阳极气体浓度成为第1浓度以下这样的第1开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀，而在上述推断出的阳极气体浓度成为比上述第1浓度高的第2浓度以上这样的第1闭阀条件成立的情况下，关闭上述排出阀，在上述第2控制中，上述控制部在上述目标压力值与上述压力传感器的值的偏差成为预先决定的阈值以上并继续了预先决定的期间的情况下，关闭上述排出阀，而在上述推断出的阳极气体浓度成为比上述第1浓度低的第3浓度以下、或者将上述推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将上述阳极气体浓度推断为高的值成为上述第1浓度以下这样的第2开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀。
在偏差成为预先决定的阈值以上且继续了预先决定的期间的情况下，考虑为燃料电池呈被供给的阳极气体的量相对于发电所需的量不足的阳极气体缺乏状态。根据该方式，在成为阳极气体缺乏状态的情况下关闭排出阀，因此能够消除阳极气体缺乏状态。另外，阳极气体缺乏状态在从排出阀排出的气体相对于阳极气体的供给量较多的状态下可能产生。从排出阀排出的气体在推断出的阳极气体浓度成为比第1浓度的高第2浓度以上的条件难以成立的情况下，例如在燃料电池进行高负荷发电的情况下增多，在进行高负荷发电的情况下，考虑为从排出阀排出推断值以上的阻碍燃料电池的发电的杂质气体。因此，使阳极废气积存于燃料电池内的余力较大，因此在推断出的阳极气体浓度成为比第1浓度低的第3浓度以下的情况下，或者在将推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将阳极气体浓度推断为高的值成为第1浓度以下的情况下打开排出阀，由此能够使从关闭排出阀至打开排出阀的期间比第1控制时间长。其结果是，能够减少从排出阀排出的阳极气体的量。
(2)在上述方式中，也可以进一步具备具备气液分离装置，上述气液分离装置存储从上述燃料电池排出的阳极废气中的水，上述推断部进一步使用上述燃料电池的发电量来推断上述气液分离装置内的水含量，在上述第1控制中，上述控制部在由上述推断部推断出的水含量成为第1水含量以上这样的第3开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀，而在上述第1闭阀条件、以及上述推断出的水含量成为比上述第1水含量少的第2水含量以下这样的第3闭阀条件成立的情况下，关闭上述排出阀，在上述第2控制中，上述控制部在上述推断出的水含量成为比上述第1水含量多的第3水含量以上、或者将上述推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为上述第1水含量以上这样的第4开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀。
根据该方式，在偏差为预先决定的阈值以上且继续了预先决定的期间的情况下，进行高负荷发电，燃料电池为高温，因此考虑为气液分离装置内的水含量少于推断值。因此，在推断出的水含量成为比第1水含量多的第3水含量以上的情况下打开排出阀，或者在将推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为第1水含量以上的情况下，打开排出阀，由此能够使从关闭排出阀至打开排出阀的期间比第1控制时间长。其结果是，能够减少从排出阀排出的阳极气体的量。
(3)根据本公开的第2方式，提供一种燃料电池系统的控制方法。该方法使用通过阳极气体供给装置供给阳极气体的阳极气体供给量、和利用设置于从燃料电池排出阳极废气的排出流路的排出阀的开阀时间而求得的阳极废气的排出量，来推断设置于对上述燃料电池供给阳极气体的供给流路的上述阳极气体供给装置下游的上述供给流路的阳极气体浓度，以使上述阳极气体供给装置下游的上述供给流路的压力值成为目标压力值的方式控制上述阳极气体供给装置，进行第1控制，在该第1控制中，在上述推断出的阳极气体浓度成为第1浓度以下这样的第1开阀条件成立的情况下打开上述排出阀，在上述推断出的阳极气体浓度成为比上述第1浓度高的第2浓度以上这样的第1闭阀条件成立的情况下关闭上述排出阀，进行第2控制，在该第2控制中，在上述目标压力值与上述阳极气体供给装置下游的上述供给流路的压力值的偏差成为预先决定的阈值以上并继续了预先决定的期间的情况下，关闭上述排出阀，在上述推断出的阳极气体浓度成为比上述第1浓度低的第3浓度以下、或者将上述推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将上述阳极气体浓度推断为高的值成为上述第1浓度以下这样的第2开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀。
(4)在上述方式的方法中，也可以进一步使用上述燃料电池的发电量来推断对从上述燃料电池排出的阳极废气中的水进行存储的气液分离装置内的水含量，在上述第1控制中，在上述推断出的水含量成为第1水含量以上这样的第3开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀，在上述第1闭阀条件、以及上述推断出的水含量成为比上述第1水含量少的第2水含量以下这样的第3闭阀条件成立的情况下，关闭上述排出阀，在上述第2控制中，在上述推断出的水含量成为比上述第1水含量多的第3水含量以上、或者将上述推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为上述第1水含量以上这样的第4开阀条件成立的情况下，打开上述排出阀。
本公开能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池系统的控制方法、燃料电池车辆的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录了该计算机程序的非暂时的记录介质(non-transitory storage medium)等的方式实现。
附图说明
图1是表示燃料电池系统的简要结构的图。
图2是表示排出阀的开闭处理的工序图。
图3是表示排出阀的开闭时机的图。
图4是表示第2实施方式中的排出阀的开闭处理的工序图。
附图标记的说明
10…燃料电池组；11…燃料电池单元；20…控制装置；21…控制部；23…推断部；30…阴极气体供给部；31…阴极气体配管；32…空气流量计；33…阴极气体压缩机；34…第1开闭阀；35…阴极压力传感器；36…分流阀；37…大气压传感器；41…阴极废气配管；42…第1调节器；50…阳极气体供给部；51…阳极气体配管；52…阳极气体罐；53…第2开闭阀；54…第2调节器；55…喷射器；56…阳极压力传感器；61…阳极废气配管；62…气液分离装置；63…排出阀；64…循环配管；65…阳极气体泵；70…冷却介质循环部；71…制冷剂供给管；72…制冷剂排出管；73…散热器；74…制冷剂泵；75…三通阀76…旁通管；80…DC/DC转换器；81…PCU；82…负荷；84…电压测定部；85…电流传感器；100…燃料电池系统；110…车辆。
具体实施方式
·第1实施方式
图1是表示燃料电池系统100的简要结构的图。燃料电池系统100搭载于车辆110，根据来自驾驶员的要求，输出成为车辆110的动力源的电力。
燃料电池系统100具备：燃料电池组10、控制装置20、阴极气体供给部30、阳极气体供给部50、冷却介质循环部70、DC/DC转换器80、功率控制单元(以下，称为“PCU”)81、和负荷82。控制装置20是具备CPU、存储器、接口的1个以上的ECU，通过读取并执行存储于存储器的程序，而作为控制部21和推断部23发挥功能。
燃料电池组10通过层叠燃料电池单元11而构成。各燃料电池单元11具备膜电极接合体和夹持膜电极接合体的1组隔板，其中，膜电极接合体具有电解质膜、和配置于电解质膜的各个面的阳极侧电极和阴极侧电极的。燃料电池单元11接受作为反应气体的阳极气体(例如，氢)与阴极气体(例如，空气)的供给而进行发电。
阴极气体供给部30具备：阴极气体配管31、大气压传感器37、空气流量计32、阴极气体压缩机33、第1开闭阀34、阴极压力传感器35、分流阀36、阴极废气配管41、和第1调节器42。
大气压传感器37设置于阴极气体配管31，测定阴极气体配管31的入口压力，由此测定大气压。空气流量计32设置于阴极气体配管31，测定获取的空气的流量。阴极气体压缩机33经由阴极气体配管31与燃料电池组10连接。阴极气体压缩机33通过控制部21的控制，对从外部获取的阴极气体进行压缩，并供给至燃料电池组10。
第1开闭阀34设置于阴极气体压缩机33与燃料电池组10之间，通过控制部21的控制而进行开闭。阴极压力传感器35测定燃料电池组10的阴极气体入口的压力。分流阀36设置于阴极气体压缩机33与阴极废气配管41之间，通过控制部21的控制，调节空气向燃料电池组10与阴极废气配管41的流量。
阴极废气配管41将从燃料电池组10排出的阴极废气向燃料电池系统100的外部排出。第1调节器42通过控制部21的控制，调整燃料电池组10的阴极气体出口的压力。
阳极气体供给部50具备：阳极气体配管51、阳极气体罐52、第2开闭阀53、第2调节器54、喷射器55、阳极压力传感器56、阳极废气配管61、气液分离装置62、排出阀63、循环配管64、和阳极气体泵65。
阳极气体配管51是用于向燃料电池组10供给阳极气体的供给流路。阳极气体罐52经由阳极气体配管51与燃料电池组10的阳极气体入口歧管连接，将填充于内部的阳极气体供给至燃料电池组10。在阳极气体配管51从上游，即从接近阳极气体罐52的一侧，依次设置有第2开闭阀53、第2调节器54和喷射器55。第2开闭阀53通过控制部21的控制而进行开闭。第2调节器54通过控制部21的控制来调整喷射器55的上游侧的阳极气体的压力。
阳极压力传感器56设置于阳极气体配管51的比喷射器55靠下游侧的位置。在本实施方式中，阳极压力传感器56设置于阳极气体配管51的比喷射器55靠下游侧的位置，即，设置于阳极气体配管51中的、比与循环配管64连接的连接位置靠上游侧的位置。阳极压力传感器56测定喷射器55下游的压力值。阳极压力传感器56也可以设置于阳极气体配管51中的、比与循环配管64连接的连接位置靠下游的位置。
喷射器55是根据由控制部21设定的驱动周期、开阀时间而电磁驱动的开闭阀，调整供给至燃料电池组10的阳极气体供给量。将喷射器55也称为“阳极气体供给装置”。在本实施方式中，喷射器55在阳极气体配管51设置有多个。控制部21以阳极压力传感器56的测定值不小于目标压力值的方式，控制喷射器55的驱动周期、开阀时间，从而控制向燃料电池组10的阳极气体供给量。目标压力值根据对燃料电池组10的要求电力而被决定。此外，也可以将喷射器55与调整喷射器55的上游侧的阳极气体的压力的第2调节器54一并称为“阳极气体供给装置”。
阳极废气配管61将燃料电池组10的阳极废气出口歧管与气液分离装置62连接起来。阳极废气配管61是用于从燃料电池组10排出阳极废气的排出流路，将包含未用于发电反应的阳极气体、氮气等阳极废气向气液分离装置62引导。
气液分离装置62连接于阳极废气配管61与循环配管64之间。气液分离装置62从燃料电池组10排出的阳极废气中将作为杂质的水分离出来并存储。
排出阀63是设置于阳极废气配管61的开闭阀，设置于气液分离装置62的铅垂下方。排出阀63通过控制部21的控制而进行开闭。若打开排出阀63，则从排出阀63与气液分离装置62内的水一同排出阳极废气。在本实施方式中，排出阀63连接于阴极废气配管41，排出的水和阳极废气通过阴极废气配管41向外部排出。在排出阀63闭阀的情况下，阳极气体被发电消耗，另一方面，阳极气体以外的杂质(例如从阴极侧向阳极侧透过的氮气等)不被消耗。因此，阳极废气中的杂质浓度逐渐增大。此时，若打开排出阀63，则阳极废气与阴极废气一同向燃料电池系统100的外部排出。在排出阀63的开阀中，通过喷射器55继续供给阳极气体，由此喷射器55下游的阳极气体浓度逐渐增高。
循环配管64连接于阳极气体配管51中的比喷射器55靠下游的部分。在循环配管64设置有阳极气体泵65。阳极气体泵65通过控制部21的控制而被驱动，将由气液分离装置62分离出水的阳极废气向阳极气体配管51送出。在该燃料电池系统100中，使包含阳极气体的阳极废气循环，并再次向燃料电池组10供给，由此提高阳极气体的利用效率。
冷却介质循环部70具备：制冷剂供给管71、制冷剂排出管72、散热器73、制冷剂泵74、三通阀75、和旁通管76。冷却介质循环部70使冷却介质在燃料电池组10内循环，由此调整燃料电池组10的温度。作为制冷剂，例如使用水、乙二醇等不冻水、空气等。
制冷剂供给管71与燃料电池组10内的冷却介质入口连接，制冷剂排出管72与燃料电池组10的冷却介质出口连接。散热器73连接制冷剂排出管72和制冷剂供给管71，使从制冷剂排出管72流入的冷却介质在通过电动风扇的送风等而被冷却后向制冷剂供给管71排出。制冷剂泵74设置于制冷剂供给管71，将制冷剂向燃料电池组10压送。三通阀75根据控制部21的控制信号，调节制冷剂向散热器73与旁通管76的流量。
DC/DC转换器80对燃料电池组10的输出电压进行升压，并供给至PCU81。PCU81内置逆变器，根据控制部21的控制信号经由逆变器向负荷82供给电力。燃料电池组10和未图示的2次电池的电力经由包含PCU81的电源电路，被供给至用于驱动车轮(未图示)的牵引马达(未图示)等的负荷82、阴极气体压缩机33、阳极气体泵65、以及各种阀。
电流传感器85测定燃料电池组10的输出电流。电压测定部84测定燃料电池组10的电压。在本实施方式中，电压测定部84根据燃料电池组10的电压来计算平均单元电压。“平均单元电压”是指将燃料电池组10的两端电压除以燃料电池单元11的数量而得的值。
控制部21根据要求电力来控制燃料电池系统100的各部，从而控制燃料电池组10的输出。要求电力包含来自搭载了燃料电池系统100的车辆110的驾驶员等的外在发电要求、和用于对燃料电池系统100的配件类供给电力的内在发电要求。外在发电要求伴随着车辆110的未图示的加速踏板的踏入量的增大而增大。
另外，控制部21实现使用推断部23的推断结果来控制排出阀63的开闭的排出阀开闭处理。
推断部23取得各传感器的测定结果、以及基于控制部21的燃料电池系统100的各部的控制指令值、例如排出阀63的开阀时间、喷射器55的开阀时间等，推断喷射器55下游的阳极气体浓度、气液分离装置62内的水含量。
推断部23使用喷射器55下游的阳极气体浓度增大的要素与阳极气体浓度减少的要素来推断阳极气体浓度。阳极气体浓度增大的要素是基于喷射器55的阳极气体的供给。阳极气体浓度减少的要素是基于燃料电池组10的发电引起的阳极气体的消耗、阳极气体、杂质(例如，氮气、水)的交叉、阳极废气从排出阀63的排出。“交叉”例如是指阳极气体、杂质从阳极向阴极或者从阴极向阳极透过电解质膜移动的情况。
基于喷射器55的阳极气体的供给量能够根据喷射器55的每单位时间的阳极气体供给量、喷射器55的开阀时间、驱动数量等来进行推断。基于发电反应而消耗的消耗量能够根据燃料电池组10的电压值和输出电流值来进行推断。阳极气体的交叉量能够根据阳极气体的供给量、阳极压力传感器56与阴极压力传感器35的差压来进行推断。氮气的交叉量能够根据阴极气体的供给量、阴极气体中的杂质量、以及上述差压来进行推断。从排出阀63排出的排出量能够通过以下方式进行推断，即：预先求得排出阀63的单位开阀时间的阳极废气排出量、与阳极压力传感器56同大气压传感器37的差压之间的关系，并向上述关系代入自排出气液分离装置62内的水开始的开阀时间与上述差压，由此进行推断。
排出气液分离装置62内的水的情况例如能够通过以下方式进行推断，即：预先求得排出阀63的单位开阀时间的水排出量，根据自打开排出阀63开始，经过了排出气液分离装置62内的推断水含量的时间的情况来进行推断。
推断部23使用气液分离装置62内的水含量增大的要素与水含量减少的要素来推断气液分离装置62内的水含量。气液分离装置62内的水含量增大的要素是通过发电反应而生成的水的交叉。水的交叉量能够使用燃料电池组10的发电量来进行推断，例如，能够根据由发电电流值推断的生成水的量、由阴极压力传感器35的压力值推断的被阴极气体向阳极输送的水含量、由阳极压力传感器56的压力值推断的被阳极气体向阴极输送的水含量、经由了电解质膜而扩散的水含量、以及伴随着阳极与阴极之间的质子移动的水含量来进行推断。从排出阀63排出的排出量能够根据排出阀63的单位开阀时间的水排出量与排出阀63的开阀时间来进行推断。
推断部23基于燃料电池组10进行与高负荷发电不同的非高负荷发电的情况下的燃料电池组10的发电状态，进行上述各种推断。这里，高负荷发电是指燃料电池组10的输出电流的电流密度超过预先决定的值的发电，是在燃料电池组10的输出的上限附近进行的发电，例如将输出上限设为100％的情况下，以95～100％进行的发电。例如，在车辆110的加速踏板的踏入量为最大的情况下，进行高负荷发电。
图2是表示排出阀63的开闭处理的工序图。控制部21使用推断部23的推断结果执行开闭处理。本处理在燃料电池系统100的起动时开始。在开闭处理的开始时，排出阀63关闭。
在开闭处理中，推断部23每隔预先决定的时间就反复进行上述的推断。另外，在本处理中，控制部21每隔预先决定的时间就计算目标压力值与阳极压力传感器56的值的偏差。
若开始开闭处理，则首先，控制部21判定由推断部23推断出的阳极气体浓度成为第1浓度以下这样的第1开阀条件是否已成立(步骤S10)。第1浓度基于在燃料电池系统100进行非高负荷发电的情况下所需的阳极气体浓度而被决定。为了进行燃料电池反应，第1浓度是理论上是所需的阳极气体浓度的1.3倍以上且1.5倍以下的浓度。也将在燃料电池系统100中所需的阳极气体浓度相对于理论上所需的阳极气体浓度的比称为“必要阳极气体化学计量比”。必要阳极气体化学计量比大于1是因为，例如各燃料电池单元11通常是湿润的，其含水量在每个燃料电池单元11中不同，因此在每个燃料电池单元11中压力损失也不同。因此，为了将阳极气体供给至各燃料电池单元11，要求以高于理论上所需的阳极气体浓度来供给阳极气体。
在第1开阀条件不成立的情况下(步骤S10，否)，控制部21维持排出阀63的闭阀。
控制部21在第1开阀条件成立的情况下(步骤S10，是)，打开排出阀63(步骤S20)。若排出阀63被打开，则从排出阀63排出气液分离装置62内的水，接着，排出阳极废气。在排出阀63的开阀中，也进行基于喷射器55的阳极气体供给，因此喷射器55下游的阳极气体浓度逐渐升高。
控制部21判定预先决定的第1阈值以上的压力偏差是否继续了预先决定的第1期间(步骤S30)。第1阈值和第1期间是在燃料电池系统100中，用于判定是否产生阳极气体缺乏状态的阈值和期间。“阳极气体缺乏状态”是指通过阳极气体供给装置供给的阳极气体的供给量相对于发电所需的供给量不足的状态。第1阈值和第1期间通过实验、模拟而求得，存储于控制装置20的存储器。第1阈值例如为5kPa以上的值。第1期间是例如在将从喷射器55的开阀时开始至下次的开阀为止设为1个周期的情况下，为5个周期的期间。阳极气体缺乏状态考虑为在从排出阀63排出的气体相对于阳极气体的供给量较多的状态下可能产生。通常情况下，阳极气体供给装置构成为通过阳极气体供给装置供给的阳极气体的最大供给量成为燃料电池组10的输出上限时所需的供给量。与构成为充分多于燃料电池组10的输出上限时所需的供给量的情况相比，能够减少燃料电池系统100的成本。因此，若从排出阀63排出的气体相对于阳极气体的供给量过多，则存在产生阳极气体缺乏状态的可能性。
在第1阈值以上的压力偏差未继续第1期间的情况下(步骤S30，否)，控制部21判定由推断部23推断出的阳极气体浓度成为比第1浓度高的第2浓度以上这样的第1闭阀条件是否已成立(步骤S40)。第2浓度通过实验、模拟预先求得，并存储于控制装置20的存储器。
在第1闭阀条件成立的情况下(步骤S40，是)，控制部21关闭排出阀63(步骤S50)，使处理返回步骤S10。在第1闭阀条件未成立的情况下(步骤S40，否)，控制部21反复执行步骤S30和步骤S40的判定。也将控制部21执行的步骤S10、步骤S20、步骤S40、以及步骤S50的控制称为“第1控制”。
控制部21在第1阈值以上的压力偏差继续了第1期间的情况下(步骤S30，是)，关闭排出阀63(步骤S60)。
在步骤S30被判定为肯定，而关闭排出阀63后，控制部21判定第2开阀条件是否已成立(步骤S70)。
第2开阀条件是(i)阳极气体浓度成为比第1浓度低的第3浓度以下，或者(ii)将推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将阳极气体浓度推断为高的值成为第1浓度以下。预先决定的系数例如为1.2以上且1.8以下的值。
如上述(i)那样，能够维持排出阀63的闭阀，直至阳极气体浓度成为比第1浓度低的第3浓度以下，这是基于以下的理由。在高负荷时，燃料电池组10的温度比较高，各燃料电池单元11的含水量减少、燃料电池组10内的阻碍气体的流通的水变少。因此，构成燃料电池组10的各燃料电池单元11的压力损失差别变少。因此，能够使必要阳极气体化学计量比非高负荷发电时的小。其结果是，能够维持排出阀63的闭阀，直至阳极气体浓度成为比第1浓度低的第3浓度以下。
如上述(ii)那样，能够维持排出阀63的闭阀，直至将阳极气体浓度推断为高的值成为第1浓度以下，这是基于以下的理由。在高负荷时，燃料电池组10的温度比较高，从排出阀63排出的水含量比非高负荷时的少。因此，从排出阀63排出的阳极废气多于推断值，因而阳极废气中的杂质也被较多地排出。因此，能够将阳极气体浓度推断为比非高负荷发电时的高。其结果是，能够维持排出阀63的闭阀，直至将阳极气体浓度推断为高的值成为第1浓度以下。
控制部21在第2开阀条件成立的情况下(步骤S70，是)，使排出阀63开阀(步骤S80)。也将控制部21执行的步骤S60、步骤S70、步骤S80的控制称为“第2控制”。在第2开阀条件成立，而使排出阀63开阀后，控制部21使处理返回第1控制(步骤S10)。如以上那样，执行基于控制部21的排出阀63的开闭处理。
图3是表示排出阀63的开闭处理中的、排出阀63的开闭时机的图。直至时刻t11为止的期间是通过第1控制使排出阀63开闭的期间。时刻t1、时刻t3、时刻t5、时刻t7是第1开阀条件成立的时刻，时刻t2、时刻t4、时刻t6是第1闭阀条件成立的时刻。在时刻t7之前，燃料电池组10进行非高负荷发电，排出阀63被间歇地开闭。若经过时刻t7，则排出阀63的开状态继续。这是因为，阳极气体供给量因高负荷发电而不足，从而推断阳极气体浓度成为第2浓度以上这样的第1闭阀条件难以成立，阳极废气的排出要求继续。
时刻t11是步骤S30被判定为肯定的时刻，从时刻t11起移至第2控制而关闭排出阀63。时刻t12是第2开阀条件成立的时刻，若经过时刻t12，则再次通过第1控制使排出阀63开闭。在第2控制中，如上所述，允许闭阀，直至满足(i)阳极气体浓度成为比第1控制中的第1浓度低的第3浓度以下，或者(ii)将推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将阳极气体浓度推断为高的值成为第1控制中的第1浓度以下。其结果是，第2控制中的闭阀时间(t11－t12)比第1控制中的闭阀时间(t2－t3、t4－t5、t6－t7)长。
在压力偏差为预先决定的阈值以上且继续了预先决定的期间的情况下，考虑为燃料电池呈供给的阳极气体的量相对于发电所需的量不足的阳极气体缺乏状态。根据该方式，在成为阳极气体缺乏状态的情况下，关闭排出阀63，因此能够消除阳极气体缺乏状态。另外，阳极气体缺乏状态在从排出阀63排出的气体相对于阳极气体的供给量多的状态下可能产生。从排出阀63排出的气体在推断出的阳极气体浓度成为比第1浓度高的第2浓度以上的条件难以成立的情况下，例如燃料电池进行高负荷发电的情况下增多。在进行高负荷发电的情况下，考虑为从排出阀63排出了推断值以上的阻碍燃料电池组10的发电的杂质气体。因此，将阳极废气积存于燃料电池内的余力较大，因此在推断出的阳极气体浓度成为比第1浓度低的第3浓度以下的情况下打开排出阀63，或者在将推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将阳极气体浓度推断为高的值成为第1浓度以下的情况下打开排出阀63，由此能够使从关闭排出阀63至打开排出阀63为止的期间比第1控制时间长。其结果是，能够减少从排出阀63排出的阳极气体的量。
·第2实施方式
图4是表示第2实施方式的排出阀63的开闭处理的工序图。在图4中，对与第1实施方式的开闭处理(图2)相同的处理标注相同的附图标记。控制部21在与阳极气体浓度有关的第1开阀条件成立的情况下，或者在由推断部23推断出的水含量成为第1水含量以上这样的第3开阀条件成立的情况下，打开排出阀63(步骤S10a)。
另外，控制部21在与阳极气体浓度有关的第1闭阀条件、以及推断出的水含量成为比第1水含量少的第2水含量以下这样的第3闭阀条件成立的情况下，关闭排出阀63(步骤S40a)。第2水含量也可以是气液分离装置62内的水在排出结束的情况下的量。
在第2控制中，控制部21判定与阳极气体浓度有关的第2开阀条件是否成立，或者以下的第4开阀条件是否成立(步骤S70a)，在第2开阀条件或者第4开阀条件成立的情况下，打开排出阀63(步骤S80)。
第4开阀条件是(iii)气液分离装置62内的推断水含量成为比第1水含量多的第3水含量以上，或者(iv)将气液分离装置62内的推断水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为第1水含量以上。预先决定的系数例如是0.05～0.70。
如上述(iii)那样，能够维持排出阀63的闭阀，直至推断水含量成为比第1水含量多的第3水含量以上，这是因为考虑了在高负荷时，燃料电池组10的温度比较高且交叉的水减少，从而阳极废气所含的水蒸气量也减少，因此气液分离装置62内的水含量变少。另外，如上述(iv)那样，能够维持排出阀的闭阀，直至将水含量推断为少的值成为第1水含量以上，也是基于与上述(iii)相同的理由。
根据该方式，考虑为在压力偏差为预先决定的阈值以上且继续了预先决定的期间的情况下，进行高负荷发电，由于燃料电池为高温，所以气液分离装置62内的水含量少于推断值。因此，在推断出的水含量成为比第1水含量多的第3水含量以上的情况下打开排出阀63，或者在将推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为第1水含量以上的情况下打开排出阀63，由此能够使从关闭排出阀63至打开排出阀63的期间比第1控制时间长。其结果是，能够减少从排出阀63排出的阳极气体的量。
·其他的实施方式1
控制部21也可以在开闭处理的步骤S60中使排出阀63闭阀后，在步骤S70、步骤S70a的判定前，在压力偏差为预先决定的第2阈值以内且继续了第2期间以上的情况下，使排出阀63开阀(步骤S80)，使处理返回第1控制。第2阈值和第2期间是能够判定为消除了阳极气体缺乏状态的阈值和期间，能够通过实验、模拟预先求得。第2阈值例如是1kPa以下的值。第2期间例如是喷射器55的持续5个周期的期间。根据该方式，在充分消除了阳极气体缺乏状态的情况下，能够从第2控制返回第1控制，而执行排出阀63的开闭处理。
·其他的实施方式2
在上述方式中，也可以将阳极气体泵65的转速与阳极气体浓度、气液分离装置62内的水含量之间的关系预先存储于控制装置20的存储器，推断部23追加阳极气体泵65的转速这一条件，来推断阳极气体浓度、气液分离装置62内的水含量。
·其他的实施方式3
燃料电池系统100可以不搭载于车辆110，也可以为安置型。
本公开不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，与发明内容部分所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、其他的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要未将该技术特征说明为在本说明书中为必须的，则能够适当地删除。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其中，具备：
燃料电池；
阳极气体供给装置，其设置于对所述燃料电池供给阳极气体的供给流路；
压力传感器，其测定所述阳极气体供给装置的下游的所述供给流路的压力值；
排出阀，其设置于从所述燃料电池排出阳极废气的排出流路；
推断部，其使用通过所述阳极气体供给装置供给阳极气体的阳极气体供给量、与利用所述排出阀的开阀时间求得的阳极废气的排出量，来推断所述阳极气体供给装置下游的所述供给流路的阳极气体浓度；以及
控制部，其执行如下控制，即：使所述排出阀开闭；以及控制所述阳极气体供给装置，以使由所述压力传感器测定出的值成为目标压力值，
所述控制部进行第1控制和第2控制，
在所述第1控制中，所述控制部在由所述推断部推断出的阳极气体浓度成为第1浓度以下这样的第1开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀，而在所述推断出的阳极气体浓度成为比所述第1浓度高的第2浓度以上这样的第1闭阀条件成立的情况下，关闭所述排出阀，
在所述第2控制中，所述控制部在所述目标压力值与所述压力传感器的值的偏差成为预先决定的阈值以上并继续了预先决定的期间的情况下，关闭所述排出阀，而在所述推断出的阳极气体浓度成为比所述第1浓度低的第3浓度以下、或者将所述推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将所述阳极气体浓度推断为高的值成为所述第1浓度以下这样的第2开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备气液分离装置，所述气液分离装置存储从所述燃料电池排出的阳极废气中的水，
所述推断部进一步使用所述燃料电池的发电量来推断所述气液分离装置内的水含量，
在所述第1控制中，所述控制部在由所述推断部推断出的水含量成为第1水含量以上这样的第3开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀，而在所述第1闭阀条件、以及所述推断出的水含量成为比所述第1水含量少的第2水含量以下这样的第3闭阀条件成立的情况下，关闭所述排出阀，
在所述第2控制中，所述控制部在所述推断出的水含量成为比所述第1水含量多的第3水含量以上、或者将所述推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为所述第1水含量以上这样的第4开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀。
3.一种燃料电池系统的控制方法，其中，
使用通过阳极气体供给装置供给阳极气体的阳极气体供给量、和利用设置于从燃料电池排出阳极废气的排出流路的排出阀的开阀时间而求得的阳极废气的排出量，来推断设置于对所述燃料电池供给阳极气体的供给流路的所述阳极气体供给装置下游的所述供给流路的阳极气体浓度，
以使所述阳极气体供给装置下游的所述供给流路的压力值成为目标压力值的方式控制所述阳极气体供给装置，
进行第1控制，在该第1控制中，在所述推断出的阳极气体浓度成为第1浓度以下这样的第1开阀条件成立的情况下打开所述排出阀，在所述推断出的阳极气体浓度成为比所述第1浓度高的第2浓度以上这样的第1闭阀条件成立的情况下关闭所述排出阀，
进行第2控制，在该第2控制中，在所述目标压力值与所述阳极气体供给装置下游的所述供给流路的压力值的偏差成为预先决定的阈值以上并继续了预先决定的期间的情况下，关闭所述排出阀，在所述推断出的阳极气体浓度成为比所述第1浓度低的第3浓度以下、或者将所述推断出的阳极气体浓度乘以预先决定的系数而将所述阳极气体浓度推断为高的值成为所述第1浓度以下这样的第2开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
进一步使用所述燃料电池的发电量来推断对从所述燃料电池排出的阳极废气中的水进行存储的气液分离装置内的水含量，
在所述第1控制中，在所述推断出的水含量成为第1水含量以上这样的第3开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀，在所述第1闭阀条件、以及所述推断出的水含量成为比所述第1水含量少的第2水含量以下这样的第3闭阀条件成立的情况下，关闭所述排出阀，
在所述第2控制中，在所述推断出的水含量成为比所述第1水含量多的第3水含量以上、或者将所述推断出的水含量乘以预先决定的系数而将水含量推断为少的值成为所述第1水含量以上这样的第4开阀条件成立的情况下，打开所述排出阀。
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