CN110299546A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。燃料电池系统(10)具有将从第一喷射器(56)以及第二喷射器(58)喷射的燃料气体引导至扩散器(62e)的喷嘴(62d)。喷射器控制部(98)在燃料电池堆(12)为第一负荷状态时进行第一喷射控制模式，在燃料电池堆(12)为第二负荷状态时，根据情况切换第二喷射控制模式和第三喷射控制模式。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及具备与用于向燃料电池引导燃料气体的燃料气体供给路径并列设置的多个喷射器的燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
特开2011-179333号公报公开了从设置在燃料气体供给路径的两个喷射器对构成引射器的扩散器的颈部(日文：スロート部)从彼此不同的方向交替喷射燃料气体，由此使从燃料电池排出的燃料排气(日文：燃料オフガス)循环的技术思想。
发明内容
发明所要解决的问题
在上述的特开2011-179333号公报中，两个喷射器对引射器的颈部从彼此不同的方向交替喷射燃料气体。因此，在从一个喷射器喷射燃料气体时的燃料排气的循环特性与从另一个喷射器喷射燃料气体时的燃料排气的循环特性彼此不同。因此，不容易使燃料排气在燃料电池稳定地循环。
可是，在燃料电池进行发电时，有时生成水积存在燃料电池内(阳极流路内)。这样的燃料电池内的生成水通过规定压力以上的燃料气体的压差在燃料电池的入口与出口之间作用排水必要时间以上来排出。
但是，在上述的特开2011-179333号公报中，从两个喷射器交替喷射燃料气体，所以有时无法充分地提高燃料气体的压力脉动幅度。有时燃料气体达不到理论空燃比(日文：ストイキ)或者无法高效率地排出燃料电池内的生成水。
并且，在燃料电池系统中，根据情况希望抑制喷射器工作时的噪音以及振动。
本发明是鉴于这些问题做出的，目的在于提供燃料电池系统及其控制方法，通过简单的控制，能够使燃料排气在燃料电池稳定地循环，根据情况，能够抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况，并且能够提高燃料电池内的生成水的排水效率或者抑制喷射器工作时的噪音以及振动。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，根据本发明的燃料电池系统具备：燃料电池，通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电；燃料气体供给路径，用于向所述燃料电池引导所述燃料气体；多个喷射器，并列设置在所述燃料气体供给路径；一个引射器，配设在比所述燃料气体供给路径中的多个所述喷射器靠下游侧；以及循环流路，将从所述燃料电池排出的燃料排气引导至所述引射器，所述燃料电池系统的特征在于，所述引射器具有：扩散器；以及喷嘴，将从多个所述喷射器喷射的所述燃料气体引导至所述扩散器，所述燃料电池系统具备：负荷判定部，判定所述燃料电池是第一负荷状态还是第二负荷状态，所述第二负荷状态与所述第一负荷状态相比为高负荷；以及，喷射器控制部，控制多个所述喷射器，其中，在所述燃料电池为所述第一负荷状态时，所述喷射器控制部控制多个所述喷射器来进行第一喷射控制模式，在所述第一喷射控制模式，从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次或者多次，在所述燃料电池为所述第二负荷状态时，所述喷射器控制部控制多个所述喷射器使得能够切换到第二喷射控制模式、第三喷射控制模式，在所述第二喷射控制模式，大致同时开始多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射，在所述第三喷射控制模式，在时间上错开地开始从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
根据这样的构成，从多个喷射器喷射的燃料气体经由引射器的喷嘴引导至扩散器，所以不管从哪一个喷射器喷射燃料气体的情况下，均能够使燃料排气的循环特性大致相同。由此，通过简单的控制，能够使燃料排气在燃料电池稳定地循环。
并且，在燃料电池为第一负荷状态时，进行从多个喷射器交替地间歇性地喷射燃料气体且每次交替间歇性地喷射燃料气体一次或者多次的第一喷射控制模式。因此，即使在燃料气体的需要量相对少的第一负荷状态，也能够将喷射器的每一次的燃料气体的喷射时间设为到排水必要时间以上。从而，能够高效率地排出燃料电池内的生成水。
而且，在燃料电池为第二负荷状态时，能够进行大致同时开始从多个喷射器的燃料气体的喷射的第二喷射控制模式。在这种情况下，能够相对地增大燃料气体的压力脉动幅度，所以能够有效地提高燃料电池的入口与出口之间的燃料气体的压差。从而，能够抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况，并且提高燃料电池内的生成水的排水效率。
并且，在燃料电池为第二负荷状态时，能够进行在时间上错开地开始从多个喷射器的燃料气体的喷射的第三喷射控制模式。在这种情况下，与第二喷射控制模式相比能够缩小燃料气体的压力脉动幅度，所以能够抑制喷射器工作时的噪音以及振动。
在上述的燃料电池系统中，也可以是，在所述第一喷射控制模式时，所述喷射器控制部从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次。
根据这样的构成，能够抑制多个喷射器的喷射次数的差异，所以可以实现各喷射器的寿命的均等化。
在上述的燃料电池系统中，在所述第二喷射控制模式时，所述喷射器控制部可以大致同时停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
根据这样的构成，能够相对地延长从多个喷射器同时喷射燃料气体的时间，所以能够进一步抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况。
在上述的燃料电池系统中，在所述第三喷射控制模式时，所述喷射器控制部可以在时间上错开地停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
根据这样的构成，可以进一步抑制喷射器工作时的噪音以及振动。
在上述的燃料电池系统中，在所述第三喷射控制模式时，所述喷射器控制部可以遍及至少一个所述喷射器的休止时间前后地，从其它的所述喷射器持续喷射所述燃料气体。
根据这样的构成，可以抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况。
在上述的燃料电池系统中，在所述第一～第三喷射控制模式的每一个中，所述喷射器控制部可以控制多个所述喷射器，使得各所述喷射器的每一次的所述燃料气体的喷射时间彼此大致相同。
根据这样的构成，可以通过更加简单的控制，使燃料排气在燃料电池稳定地循环。
在上述的燃料电池系统中，多个所述喷射器可以是彼此大致相同的构成。
根据这样的构成，能够通过更加简单的控制，使燃料排气在燃料电池堆稳定地循环。
根据本发明的燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池，通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电；燃料气体供给路径，用于向所述燃料电池引导所述燃料气体；多个喷射器，并列设置在所述燃料气体供给路径；一个引射器，配设在比所述燃料气体供给路径中的多个所述喷射器靠下游侧；以及循环流路，将从所述燃料电池排出的燃料排气引导至所述引射器，所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，所述引射器具有：扩散器；以及喷嘴，将从多个所述喷射器喷射的所述燃料气体引导至所述扩散器，在所述燃料电池系统的控制方法中进行如下工序：判定所述燃料电池是第一负荷状态还是第二负荷状态的负荷判定工序，所述第二负荷状态与所述第一负荷状态相比为高负荷；以及，控制多个所述喷射器向所述燃料电池供给所述燃料气体的燃料气体供给工序，其中，在所述燃料气体供给工序，在所述燃料电池为所述第一负荷状态时，进行从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次或者多次的第一喷射控制模式，在所述燃料电池为所述第二负荷状态时，根据情况切换进行第二喷射控制模式和第三喷射控制模式，在所述第二喷射控制模式，大致同时开始多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射，在所述第三喷射控制模式，在时间上错开地开始从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
在上述的燃料电池系统的控制方法中，也可以是，在所述燃料气体供给工序，在所述第一喷射控制模式时，从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次。
在上述的燃料电池系统的控制方法中，在所述燃料气体供给工序，在所述第二喷射控制模式时，可以大致同时停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
在上述的燃料电池系统的控制方法中，在所述燃料气体供给工序，在所述第三喷射控制模式时，可以在时间上错开地停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
在上述的燃料电池系统的控制方法中，在所述燃料气体供给工序，在所述第三喷射控制模式时，可以遍及至少一个所述喷射器的休止时间前后地，从其它的所述喷射器喷射所述燃料气体。
发明的效果
根据本发明，在燃料电池为第一负荷状态时，进行从多个喷射器交替地间歇性地喷射燃料气体且每次交替间歇性地喷射燃料气体一次或者多次的第一喷射控制模式。并且，在燃料电池为比第一负荷状态高负荷的第二负荷状态时，能够切换大致同时开始从多个喷射器的燃料气体的喷射的第二喷射控制模式、在时间上错开地开始从多个喷射器的燃料气体的喷射的第三喷射控制模式。由此，能够通过简单的控制，使燃料排气在燃料电池稳定地循环，根据情况，可以抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况，并且提高燃料电池内的生成水的排水效率或者抑制喷射器工作时的噪音以及振动。
通过参照附图所作的下面的实施方式的说明可以容易理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的燃料电池系统的概要构成说明图。
图2A是示出从第一喷射器喷射燃料气体的状态的说明图，图2B是示出从第二喷射器喷射燃料气体的状态的说明图。
图3是说明图1的燃料电池系统的控制方法的流程图。
图4是说明第一喷射控制模式的曲线图。
图5是示出从第一喷射器以及第二喷射器同时喷射燃料气体的状态的说明图。
图6是说明第二喷射控制模式的曲线图。
图7是说明第三喷射控制模式的曲线图。
具体实施方式
下面，对于根据本发明的燃料电池系统及其控制方法，例举优选的实施方式，参照附图进行说明。
如图1所示，根据本发明一实施方式的燃料电池系统10例如装载于燃料电池电动汽车等燃料电池车辆(未图示)。
燃料电池系统10具备燃料电池堆12(燃料电池)。对燃料电池堆12设置有供给作为燃料气体的例如氢气的燃料气体供给装置14、供给作为氧化剂气体的例如空气的氧化剂气体供给装置16、以及供给冷却介质的冷却介质供给装置18。燃料电池系统10还具备作为储能装置的蓄电池20以及作为系统控制装置的控制部22。
在燃料电池堆12，多个发电单电池24在水平方向或者竖直方向上层叠。发电单电池24通过第一隔板28以及第二隔板30夹持电解质膜-电极结构体26构成。第一隔板28以及第二隔板30由金属隔板或者碳隔板构成。
电解质膜-电极结构体26例如具备作为包含水分的全氟磺酸的薄膜的固体高分子电解质膜32、以及夹持所述固体高分子电解质膜32的阳极电极34以及阴极电极36。作为固体高分子电解质膜32，除了氟系电解质之外，还使用HC(碳化氢)系电解质。
第一隔板28与电解质膜-电极结构体26之间设置有用于向阳极电极34引导燃料气体的燃料气体流路38。第二隔板30与电解质膜-电极结构体26之间设置有用于向阴极电极36供给氧化剂气体的氧化剂气体流路40。彼此邻接的第一隔板28与第二隔板30之间设置有用于使冷却介质(制冷剂)流通的冷却介质流路42。
燃料电池堆12设置有燃料气体入口44a、燃料气体出口44b、氧化剂气体入口46a、氧化剂气体出口46b、冷却介质入口48a以及冷却介质出口48b。燃料气体入口44a在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与燃料气体流路38的供给侧连通。燃料气体出口44b在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与燃料气体流路38的排出侧连通。由燃料气体流路38、燃料气体入口44a以及燃料气体出口44b构成阳极流路。
氧化剂气体入口46a在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与氧化剂气体流路40的供给侧连通。氧化剂气体出口46b在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与氧化剂气体流路40的排出侧连通。由氧化剂气体流路40、氧化剂气体入口46a以及氧化剂气体出口46b构成阴极流路。
冷却介质入口48a在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与冷却介质流路42的供给侧连通。冷却介质出口48b在各发电单电池24的层叠方向贯通，并且与冷却介质流路42的排出侧连通。
燃料气体供给装置14具备积存高压的燃料气体(高压氢气)的燃料气体罐50，该燃料气体罐50经由燃料气体供给路径52与燃料电池堆12的燃料气体入口44a连通。燃料气体供给路径52向燃料电池堆12供给燃料气体。
燃料气体供给路径52具有第一供给路径54a、第一分支路径54b、第二分支路径54c以及第二供给路径54d。第一供给路径54a的上游侧端部连结于燃料气体罐50。第一供给路径54a的下游侧端部连结于第一分支路径54b和第二分支路径54c的上游侧端部(分支部53)。第一分支路径54b和第二分支路径54c并列设置。第一分支路径54b的下游侧端部和第二分支路径54c的下游侧端部在汇合部55彼此连结。第二供给路径54d的上游侧端部连结于第一分支路径54b和第二分支路径54c的下游侧端部(汇合部55)。第二供给路径54d的下游侧端部连结于燃料气体入口44a。
第一分支路径54b设置有第一喷射器56，第二分支路径54c设置有第二喷射器58。第一喷射器56是公知的构成的电子控制式燃料喷射装置，向下游侧喷射从第一供给路径54a被导向第一分支路径54b的燃料气体。
附图中省略了详细的构成，第一喷射器56具有打开或关闭形成于喷射器主体的流路的阀体以及用于使阀体进行工作的线圈(螺线管)。第一喷射器56通过对线圈通电来开阀，并且通过切断向线圈的通电来闭阀。第二喷射器58的构成与第一喷射器56大致相同。第二喷射器58向下游侧喷射从第一供给路径54a被导向第二分支路径54c的燃料气体。
第二供给路径54d配设有引射器60。换言之，引射器60设置在汇合部55。引射器60是通过文丘里效应使从汇合部55引导的燃料气体产生负压，从而吸入后述的循环流路68的燃料排气，与燃料气体混合而向下游侧喷出的部件。
如图2所示，引射器60具有中空躯体62a、第一连结管62b、第二连结管62c、喷嘴62d以及扩散器62e。第一连结管62b将躯体62a和汇合部55彼此连结。第二连结管62c将躯体62a和循环流路68彼此连结。喷嘴62d设置在躯体62a，用于将被引导至第一连结管62b内的燃料气体导入躯体62a内。扩散器62e设置为其上游侧的开口部与喷嘴62d相对。
如图1所示，燃料气体排出路径64与燃料电池堆12的燃料气体出口44b连通。燃料气体排出路径64从燃料电池堆12导出在阳极电极34中至少一部分被使用了的燃料气体、即燃料排气(燃料排气(日文：燃料排気))。燃料气体排出路径64设置有气液分离器66。
在燃料气体排出路径64的下游侧端部连接有循环流路68和排除流路(日文：パージ流路)70。循环流路68将燃料排气引导至引射器60。在循环流路68设置有循环泵72。尤其是在启动时，循环泵72使排出到燃料气体排出路径64的燃料排气通过循环流路68在燃料气体供给路径52循环。
排除流路70设置有排除阀(日文：パージ弁)74。在气液分离器66的底部连结有排出主要包括液体成分的流体的排水流路76的一端。在排水流路76设置有排液阀78。
氧化剂气体供给装置16具备与燃料电池堆12的氧化剂气体入口46a连通的氧化剂气体供给路径80以及与燃料电池堆12的氧化剂气体出口46b连通的氧化剂气体排出路径82。
在氧化剂气体供给路径80设置有将氧化剂气体(来自大气的空气)压缩而供给的氧化剂气体泵84。氧化剂气体供给路径80向燃料电池堆12导入氧化剂气体，氧化剂气体排出路径82从燃料电池堆12排出在阴极电极36中至少一部分被使用了的氧化剂气体、即排出氧化剂气体。
冷却介质供给装置18具备连接于燃料电池堆12的冷却介质入口48a的冷却介质供给路径86。在所述冷却介质供给路径86设置有制冷剂泵88。冷却介质供给路径86连结于散热器90，并且在所述散热器90连结有与冷却介质出口48b连通的冷却介质排出路径92。
控制部22是包括微型计算机在内的计算机，具有CPU(中央处理装置)、作为存储器的ROM、RAM等，CPU读取并执行存储在ROM的程序，从而作为各种功能实现部(功能实现手段)发挥功能。此外，各种功能实现部还可以由作为硬件的功能实现器来构成。
控制部22基于负荷需要的电力，控制燃料电池堆12的发电量。作为负荷，可以例举例如未图示的行驶用电动机等。此外，负荷还可以包括氧化剂气体泵84以及制冷剂泵88等。
控制部22具有负荷检测部94、负荷判定部96以及喷射器控制部98。负荷检测部94检测燃料电池堆12的负荷。负荷判定部96判定燃料电池堆12的负荷是第一负荷状态(低负荷状态)还是比第一负荷状态高负荷的第二负荷状态(中负荷状态或高负荷状态)。喷射器控制部98控制(开阀以及闭阀)第一喷射器56以及第二喷射器58。具体地，喷射器控制部98在燃料电池堆12为第一负荷状态时进行第一喷射控制模式，在燃料电池堆12为第二负荷状态时根据情况可以切换到第二喷射控制模式、第三喷射控制模式。
下面，说明这样构成的燃料电池系统10的动作。
在燃料气体供给装置14中，从燃料气体罐50向第一供给路径54a供给燃料气体。这时，喷射器控制部98对第一喷射器56以及第二喷射器58中的至少一个进行开阀控制。从第一喷射器56喷射的燃料气体从第一分支路径54b引导至汇合部55(参照图2A以及图5)。从第二喷射器58喷射的燃料气体从第二分支路径54c引导至汇合部55(参照图2B以及图5)。
之后，引导至汇合部55的燃料气体从喷嘴62d喷出到扩散器62e。喷出到扩散器62e的燃料气体经由第二供给路径54d供给到燃料气体入口44a。供给到燃料气体入口44a的燃料气体被导入燃料气体流路38，沿燃料气体流路38移动，从而被供给到电解质膜-电极结构体26的阳极电极34。
在氧化剂气体供给装置16中，在氧化剂气体泵84的旋转作用下，氧化剂气体输送到氧化剂气体供给路径80。该氧化剂气体被供给到燃料电池堆12的氧化剂气体入口46a。氧化剂气体从氧化剂气体入口46a导入氧化剂气体流路40，沿氧化剂气体流路40移动，从而被供给到电解质膜-电极结构体26的阴极电极36。
从而，在各电解质膜-电极结构体26中，供给到阳极电极34的燃料气体和供给到阴极电极36的氧化剂气体中的氧气在电极催化剂层内通过电化学反应被消耗，从而进行发电。这时，在阳极电极34中生成质子，该质子在固体高分子电解质膜32内传导，移动到阴极电极36。另一方面，在阴极电极36，由质子、电子、氧化剂气体中的氧气生成水。所生成的水(生成水)透过电解质膜而到达阳极电极34。因此，在燃料电池堆12(阳极流路)内产生生成水。
并且，在冷却介质供给装置18中，在制冷剂泵88的作用下，从冷却介质供给路径86向燃料电池堆12的冷却介质入口48a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。冷却介质沿冷却介质流路42流动，冷却发电单电池24之后，从冷却介质出口48b排出到冷却介质排出路径92。
接着，供给至阳极电极34而一部分被消耗了的燃料气体作为燃料排气从燃料气体出口44b排出到燃料气体排出路径64。燃料排气从燃料气体排出路径64经由循环流路68导入引射器60的第二连结管62c。第二连结管62c内的燃料排气在由于燃料气体从喷嘴62d喷出到扩散器62e而产生的负压的作用下，被吸引至引射器60内而与燃料气体混合(参照图2A、图2B以及图5)。
被排出到燃料气体排出路径64的燃料排气根据需要，在排除阀74的开放作用下，排出(排除)到外部。相同地，供给至阴极电极36而一部分被消耗了的氧化剂气体从氧化剂气体出口46b被排出到氧化剂气体排出路径82。
接着，下面参照图3的流程图说明燃料电池系统10的第一喷射器56以及第二喷射器58的具体的控制方法。
在图3的步骤S1(负荷检测工序)中，负荷检测部94检测燃料电池堆12的负荷。具体地，负荷检测部94例如检测燃料电池堆12的输出电力。
接着，在步骤S2(负荷判定工序)中，负荷判定部96判定燃料电池堆12的负荷是第一负荷状态还是第二负荷状态。具体地，在燃料电池堆12的检测出的输出电力在阈值以下时，负荷判定部96判定为第一负荷状态(低负荷状态)，当输出电力超过阈值时，判定为第二负荷状态(中或高负荷状态)。其中，阈值设定为例如燃料电池堆12的最大输出电力的30％。但，可以任意设定阈值。阈值预先存储在控制部22的存储器。
但，基于负荷判定部96的燃料电池堆12的负荷状态的判定可以采用任意方法进行。例如，负荷判定部96还可以在车速或者加速器开度在规定值以下时判定为第一负荷状态，在车速或者加速器开度比规定值大时判定为第二负荷状态。
当在步骤S2中负荷判定部96判定为第一负荷状态时，在步骤S3(燃料气体供给工序)中，喷射器控制部98控制第一喷射器56以及第二喷射器58，以便从第一喷射器56以及第二喷射器58交替地间歇性地喷射燃料气体且每次交替间歇性地喷射燃料气体一次(参照图2A、图2B以及图4)。
如图4所示，在第一喷射控制模式，从第一喷射器56每一次喷射燃料气体的喷射时间Tf1与从第二喷射器58每一次喷射燃料气体的喷射时间Tf2大致相同。第二喷射器58在从第一喷射器56没有喷射燃料气体的第一喷射器56的休止时间Tr1喷射燃料气体。第一喷射器56在从第二喷射器58没有喷射燃料气体的第二喷射器58的休止时间Tr2喷射燃料气体。
在这种情况下，从第一喷射器56开始燃料气体的喷射时，堆间压差上升，达到排水最低压差P0。其中，堆间压差是指燃料气体入口44a的燃料气体的压力与燃料气体出口44b的燃料气体(燃料排气)的压力的差值。排水最低压差是指将燃料电池堆12内的生成水从燃料气体出口44b排水所需的堆间压差。
在堆间压力达到排水最低压差P0后经过规定的排水必要时间Tn时，开始燃料电池堆12内的生成水的排水。并且，堆间压力超过排水最低压差P0并上升到第一排水压差P1。之后，当停止从第一喷射器56的燃料气体的喷射时，堆间压差下降，燃料电池堆12内的生成水的排水被停止。换言之，在第一喷射控制模式，燃料电池堆12内的生成水在第一排水时间Ta1期间进行排水。
从第二喷射器58喷射燃料气体时的堆间压差以与从第一喷射器56喷射燃料气体时的堆间压差相同的方式发生变化。此外，第一喷射器56以及第二喷射器58的瞬间喷射流量Va(每单位时间的喷射流量)设定为即使在燃料气体的需要量相对少的第一负荷状态(低负荷状态)也能够确保排水必要时间Tn的瞬间喷射流量。在进行步骤S3的处理后，结束本次的流程。
当在图3的步骤S2中负荷判定部96判定为第二负荷状态时，在步骤S4中，控制部22判定是否有肃静性要求。具体地，控制部22在例如车辆停止或者在规定速度以下行驶时判定为有肃静性要求。但，可以通过任意方法判定是否有肃静性要求。例如，控制部22还可以在用户输入规定按钮等时判定为有肃静性要求。
在控制部22判定为没有肃静性要求时(步骤S4：否)，在步骤S5(燃料气体供给工序)中，喷射器控制部98控制第一喷射器56以及第二喷射器58来进行第二喷射控制模式，在第二喷射控制模式，大致同时开始从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射(参照图5以及图6)。
如图6所示，在第二喷射控制模式中，从第一喷射器56每一次喷射燃料气体的喷射时间Tf3与从第二喷射器58每一次喷射燃料气体的喷射时间Tf4大致相同。从第一喷射器56以及第二喷射器58喷射的燃料气体的合计瞬间喷射流量Vb(压力脉动幅度)比第一喷射控制模式中的瞬间喷射流量Va(压力脉动幅度)大。
在第二喷射控制模式中，喷射器控制部98大致同时停止从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射。第一喷射器的休止时间Tr3与第二喷射器58的休止时间Tr4大致相同。
在这种情况下，从第一喷射器56以及第二喷射器58大致同时开始燃料气体的喷射时，堆间压差上升，达到排水最低压差P0。在堆间压差达到排水最低压差P0后经过规定的排水必要时间Tn时，开始燃料电池堆12内的生成水的排水。并且，堆间压差超过排水最低压差P0并上升到第二排水压差P2。第二排水压差P2比第一喷射控制模式的第一排水压差P1大(参照图4)。
而且，当大致同时停止从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射时，堆间压差下降，燃料电池堆12内的生成水的排水停止。换言之，在第二喷射控制模式，燃料电池堆12内的生成水在第二排水时间Ta2期间进行排水。在进行步骤S5的处理后，结束本次的流程。
当控制部22判定为有肃静性要求时(步骤S4：YES)，在步骤S6(燃料气体供给工序)中，喷射器控制部98控制第一喷射器56以及第二喷射器58来进行第三喷射控制模式中，在第三喷射控制模式，在时间上错开地开始从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射(参照图7)。
如图7所示，在第三喷射控制模式中，从第一喷射器56每一次喷射燃料气体的喷射期间Tf5与从第二喷射器58每一次喷射燃料气体的喷射期间Tf6大致相同。此外，第三喷射控制模式的喷射期间Tf5、Tf6比第一喷射控制模式的喷射期间Tf1、Tf2长(参照图4)。在第三喷射控制模式中，第一喷射器56的休止时间Tr5与第二喷射器58的休止时间Tr6大致相同。
在第三喷射控制模式中，喷射器控制部98在时间上错开地停止从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射。第二喷射器58遍及第一喷射器56的休止时间Tr5前后地持续喷射燃料气体。第一喷射器56遍及第二喷射器58的休止时间Tr6前后地持续喷射燃料气体。
从第一喷射器56以及第二喷射器58双方喷射燃料气体的时间(合计瞬间喷射流量Vb的时间)比仅从第一喷射器56以及第二喷射器58中的一个喷射燃料气体的时间(瞬间喷射流量Va的时间)短。但，还可以是从第一喷射器56以及第二喷射器58双方喷射燃料气体的时间与仅从第一喷射器56以及第二喷射器58中的一个喷射燃料气体的时间相同或比仅从第一喷射器56以及第二喷射器58中的一个喷射燃料气体的时间长。
在这种情况下，第三喷射控制模式中的燃料气体的压力脉动幅度(合计瞬间喷射流量Vb-瞬间喷射流量Va)变为比第二喷射控制模式中的燃料气体的压力脉动幅度(合计瞬间喷射流量Vb)小。在进行步骤S6的处理后，结束本次的流程。
根据本实施方式的燃料电池系统10及其控制方法可以带来如下效果。
从第一喷射器56以及第二喷射器58喷射的燃料气体经由引射器60的喷嘴62d引导至扩散器62e。因此，即使在从第一喷射器56以及第二喷射器58中的任一个喷射燃料气体时，也能够使燃料排气的循环特性大致相同。由此，通过简单的控制，能够使燃料排气在燃料电池堆12稳定地循环。
喷射器控制部98在燃料电池堆12是第一负荷时，控制第一喷射器56以及第二喷射器58来进行第一喷射控制模式，以使从第一喷射器56以及第二喷射器58交替地间歇性地喷射燃料气体且每次交替间歇性地喷射燃料气体一次。因此，即使在燃料气体的需要量相对少的第一负荷状态，也能够使第一喷射器56以及第二喷射器58的每一次的燃料气体的喷射时间达到排水必要时间以上。从而，能够高效率地排出燃料电池堆12内的生成水。并且，能够抑制第一喷射器56与第二喷射器58的喷射次数的差异，所以能够实现第一喷射器56以及第二喷射器58的寿命的均等化。
喷射器控制部98在燃料电池堆12是第二负荷状态时，能够进行大致同时开始从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射的第二喷射控制模式。在这种情况下，能够相对地扩大燃料气体的压力脉动幅度，所以能够有效地加大堆间压差。从而，能够抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况，并且提高燃料电池堆12内的生成水的排水效率。
喷射器控制部98在燃料电池堆12是第二负荷状态时，能够进行在时间上错开地开始从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射的第三喷射控制模式。在这种情况下，与第二喷射控制模式相比，能够缩小燃料气体的压力脉动幅度，所以能够抑制第一喷射器56以及第二喷射器58工作时的噪音以及振动。
喷射器控制部98在第二喷射控制模式时，大致同时停止从第一喷射器56以及第二喷射器58的燃料气体的喷射。由此，能够相对地延长从第一喷射器56以及第二喷射器58同时喷射燃料气体的时间，所以能够进一步抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况。
喷射器控制部98在第三喷射控制模式时，在时间上错开地停止从第一喷射器56以及第二喷射器58的喷射。由此，能够进一步抑制第一喷射器56以及第二喷射器58工作时的噪音以及振动。
喷射器控制部98在第三喷射控制模式时，遍及第一喷射器56的休止时间Tr5前后地从第二喷射器58喷射燃料气体，遍及第二喷射器58的休止时间Tr6前后地从第一喷射器56喷射燃料气体。由此，能够抑制燃料气体达不到理论空燃比的情况。
喷射器控制部98在第一喷射控制模式～第三喷射控制模式的每一个中，控制第一喷射器56以及第二喷射器58，以使第一喷射器56的每一次的燃料气体的喷射时间Tf1、Tf3、Tf5与第二喷射器58的每一次的燃料气体的喷射时间Tf2、Tf4、Tf6大致相同。由此，能够通过更加简单的控制，使燃料排气在燃料电池堆12稳定地循环。
第一喷射器56和第二喷射器58是彼此大致相同的构成。由此，能够通过更加简单的控制使燃料排气在燃料电池堆12稳定地循环。
本发明不限定于上述的构成以及方法。喷射器控制部98在第一喷射控制模式时，还可以从第一喷射器56以及第二喷射器58交替地间歇性地喷射燃料气体且每次交替间歇性地喷射燃料气体多次。燃料电池系统10还可以在燃料气体供给路径52并列设置三个以上的喷射器。
根据本发明的燃料电池系统及其控制方法不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的情况下，当然可以采用各种构成以及方法。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池，通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电；
燃料气体供给路径，用于向所述燃料电池引导所述燃料气体；
多个喷射器，并列设置在所述燃料气体供给路径；
一个引射器，配设在比所述燃料气体供给路径中的多个所述喷射器靠下游侧；以及
循环流路，将从所述燃料电池排出的燃料排气引导至所述引射器，
所述燃料电池系统的特征在于，
所述引射器具有：
扩散器；以及
喷嘴，将从多个所述喷射器喷射的所述燃料气体引导至所述扩散器，
所述燃料电池系统具备：
负荷判定部，判定所述燃料电池是第一负荷状态还是第二负荷状态，所述第二负荷状态与所述第一负荷状态相比为高负荷；以及
喷射器控制部，控制多个所述喷射器，
其中，在所述燃料电池为所述第一负荷状态时，所述喷射器控制部控制多个所述喷射器来进行第一喷射控制模式，在所述第一喷射控制模式，从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次或者多次，
在所述燃料电池为所述第二负荷状态时，所述喷射器控制部控制多个所述喷射器使得能够切换到第二喷射控制模式、第三喷射控制模式，在所述第二喷射控制模式，大致同时开始多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射，在所述第三喷射控制模式，在时间上错开地开始从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第一喷射控制模式时，所述喷射器控制部从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第二喷射控制模式时，所述喷射器控制部大致同时停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第三喷射控制模式时，所述喷射器控制部在时间上错开地停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第三喷射控制模式时，所述喷射器控制部遍及至少一个所述喷射器的休止时间前后地，从其它的所述喷射器持续喷射所述燃料气体。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第一喷射控制模式～第三喷射控制模式的每一个中，所述喷射器控制部控制多个所述喷射器，使各所述喷射器的每一次的所述燃料气体的喷射时间彼此大致相同。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
多个所述喷射器为彼此大致相同的构成。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料气体供给路径具有并列配置的多个分支路径，在多个分支路径中的各分支路径分别设置有多个所述喷射器中的各喷射器，
多个所述分支路径的下游侧端部在汇合部彼此连结，
在所述汇合部设置有所述引射器。
9.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备：
燃料电池，通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电；
燃料气体供给路径，用于向所述燃料电池引导所述燃料气体；
多个喷射器，并列设置在所述燃料气体供给路径；
一个引射器，配设在比所述燃料气体供给路径中的多个所述喷射器靠下游侧；以及
循环流路，将从所述燃料电池排出的燃料排气引导至所述引射器，
所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，
所述引射器具有：
扩散器；以及
喷嘴，将从多个所述喷射器喷射的所述燃料气体引导至所述扩散器，
在所述燃料电池系统的控制方法中进行如下工序：
判定所述燃料电池是第一负荷状态还是第二负荷状态的负荷判定工序，所述第二负荷状态与所述第一负荷状态相比为高负荷；以及
控制多个所述喷射器向所述燃料电池供给所述燃料气体的燃料气体供给工序，
在所述燃料气体供给工序中，在所述燃料电池为所述第一负荷状态时，进行从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次或者多次的第一喷射控制模式，
在所述燃料电池为所述第二负荷状态时，根据情况切换进行第二喷射控制模式和第三喷射控制模式，在所述第二喷射控制模式，大致同时开始多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射，在所述第三喷射控制模式，在时间上错开地开始从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述燃料气体供给工序，在所述第一喷射控制模式时，从多个所述喷射器交替地间歇性地喷射所述燃料气体且每次交替间歇性地喷射所述燃料气体一次。
11.根据权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述燃料气体供给工序，在所述第二喷射控制模式时，大致同时停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
12.根据权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述燃料气体供给工序，在所述第三喷射控制模式时，在时间上错开地停止从多个所述喷射器的所述燃料气体的喷射。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述燃料气体供给工序，在所述第三喷射控制模式时，遍及至少一个所述喷射器的休止时间前后地，从其它的所述喷射器喷射所述燃料气体。
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