CN110783603A - 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

本发明提供燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法，抑制对水分从气液分离器的排出进行控制的阀的冻结。该燃料电池系统具备：燃料电池；气液分离器；排水流路，其用于将水分从气液分离器排出；阀，其对水分从气液分离器的排出进行控制；以及控制部，其对燃料电池的运转以及阀的开闭进行控制，并判定有无阀的冻结。控制部在燃料电池的运转中接收到燃料电池的停止请求的情况下，反复判定有无阀的冻结，在判定为有阀的冻结的情况下，继续燃料电池的运转直至判定为无阀的冻结为止，在判定为无阀的冻结的情况下，执行包括打开阀的处理在内的燃料电池的停止处理。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
存在使用如下结构的情况，即：以改善燃料电池的油耗等为目的而从自燃料电池排出的阳极废气中分离水分并将水分分离后的废气向燃料电池供给而进行再利用。另外，在上述构成中，存在使用从阳极废气分离水分并进行存积的气液分离器和对水从气液分离器的排出进行控制的阀的情况。若上述阀在低温环境下冻结，则无法排出积存在气液分离器中的水。因此，提出用于抑制阀的冻结的方法。例如，在专利文献1中公开有如下方法，即：在燃料电池的运转停止时，通过在停止阳极气体的供给的状态下继续发电来使与阀连接的流路成为负压，并通过在上述状态下打开阀而使大气流入阀，从而使积存在阀的附近的水向其他位置移动。
专利文献1：日本特开2007-35369号公报
然而，在冰点下短时间利用车辆的情况下，气液分离器、阀可能成为无法被燃料电池的废热充分加热而保持着冻结的状态。在这样的状态下，在专利文献1的方法中，无法打开阀，伴随着发电的生成水积存在气液分离器而无法排出。然后，若车辆在存积于气液分离器、阀的附近的水增大的状态下停止，则存在更多的水冻结、阀更难以解冻的问题。
发明内容
本公开能够作为以下的方式实现。
(1)根据本公开的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池；气液分离器，其将水分从由所述燃料电池排出的阳极废气中分离出来；排水流路，其用于将所述气液分离器分离出的所述水分从所述气液分离器排出；阀，其配置于所述排水流路，对所述水分从所述气液分离器的排出进行控制；以及控制部，其对所述燃料电池的运转以及所述阀的开闭进行控制，并判定有无所述阀的冻结，所述控制部在所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求的情况下，反复判定有无所述阀的冻结，在判定为有所述阀的冻结的情况下，继续所述燃料电池的运转直至判定为无所述阀的冻结为止，在判定为无所述阀的冻结的情况下，执行包含打开所述阀的处理的所述燃料电池的停止处理。根据该方式的燃料电池系统，控制部在燃料电池的运转中接收到燃料电池的停止请求的情况下，反复判定有无阀的冻结，在判定为有阀的冻结的情况下，继续燃料电池的运转直至判定为无阀的冻结为止，因而能够利用伴随着燃料电池的运转的废热促进阀的解冻，另外，在判定为无阀的冻结的情况下，执行包括打开阀的处理的燃料电池的停止处理，因而能够经由排水流路排出积存在气液分离器、阀的附近的水分，能够抑制上述水分引起的阀的冻结。上述的“有阀的冻结”是指阀的开闭动作被冻冰的水妨碍的状态。若阀的开闭动作被妨碍，则有可能成为无法进行经由阀的气体的流通的状态。“无法进行气体的流通的状态”是指除了包括完全不进行气体的流通的状态之外、还包括气体的流通量小于规定量的状态的较宽范围的含义。另外，“无阀的冻结”是指能够进行经由阀的气体的流通的状态，换言之，是指能够进行上述的规定量以上的气体的流通的状态，具有包括冻冰的水附着于阀的一部分的状态的较宽范围的含义。
(2)在上述方式的燃料电池系统的基础上，可以构成为还具备：供给流路，其向所述燃料电池供给阳极气体；循环流路，其将所述气液分离器与所述供给流路连通起来；以及泵，其配置于所述循环流路，将由所述气液分离器分离出所述水分之后的所述阳极废气向所述供给流路供给，所述停止处理包含所述泵的驱动。根据该方式的燃料电池系统，停止处理包括泵的驱动，因而与泵停止的状态相比，能够增大从供给流路流入至燃料电池的气体的流量、即分离出水分之后的阳极废气与阳极气体的合计流量，能够促进积存在燃料电池内的水的排出。
(3)在上述方式的燃料电池系统的基础上，可以构成为在将包含所述泵的驱动的所述停止处理作为第一停止处理时，所述控制部即便在判定为有所述阀的冻结的情况下，在直至自所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求起经过了预先决定的期间为止而持续判定为有所述阀的冻结的情况下，所述控制部执行第二停止处理，该第二停止处理与所述第一停止处理不同，是不包含所述泵的驱动的所述停止处理。根据该方式的燃料电池系统，控制部在直至自接收到停止请求起经过了预先决定的期间为止而持续判定为有阀的冻结的情况下，执行作为不包括泵的驱动的停止处理的第二停止处理，因而能够抑制在阀冻结的状态下驱动泵。存在存积于气液分离器的水分量伴随着燃料电池的持续运转而增大的担忧。然而，根据该方式的燃料电池系统，在存积于气液分离器的水分量增大的状态下能够不驱动泵并停止燃料电池，因而能够抑制存积于气液分离器的水分伴随着泵的驱动而被朝向燃料电池送出并进入至燃料电池内的情况。
(4)在上述方式的燃料电池系统的基础上，可以构成为还具备：供给流路，其向所述燃料电池供给阳极气体；循环流路，其将所述气液分离器与所述供给流路连通起来；以及压力传感器，其检测所述供给流路中的气压，所述控制部利用对所述阀发送开阀指示后的所述气压相对于发送该开阀指示前的所述气压的降低量来判定有无所述阀的冻结。根据该方式的燃料电池系统，控制部利用对阀发送开阀指示后的气压相对于发送开阀指示前的气压的降低量来判定有无阀的冻结，因而能够高精度地判定阀的冻结。在无阀的冻结的情况下，阀的开度根据开阀指示而增加，气液分离器内、循环流路内的气体也与水分一同被排出，因而与循环流路连通的供给流路的气压降低。与此相对，在有阀的冻结的情况下，发送了开阀指示的情况下的阀的开度比阀未冻结的情况下低，经由阀排出的气体的量较少。因此，在有阀的冻结的情况下与无阀的冻结的情况下，开阀指示的发送前后的气压的降低量产生差异，因而根据上述方式的燃料电池系统，能够高精度地判定阀的冻结。
本公开还能够以各种方式实现。例如能够以搭载了燃料电池系统的车辆、燃料电池系统的控制方法、用于执行上述方法的程序、存储上述程序的存储介质等方式实现。
附图说明
图1是表示作为本公开的一个实施方式的燃料电池系统的简要结构的框图。
图2是表示第一实施方式的系统停止处理的流程的流程图。
图3是表示第一实施方式的排气排水阀冻结判定处理的流程的流程图。
图4是表示排气排水阀冻结判定处理的执行中的阳极供给压力、喷射器的动作状态以及向排气排水阀的动作指示内容的时间图。
图5是表示从系统起动时至系统停止处理的结束为止的期间内的用户操作、温度、排气排水阀冻结判定处理、结束时暖机处理以及燃料电池的停止处理的执行状况的时间图。
图6是表示第二实施方式的系统停止处理的顺序的流程图。
附图标记说明：
10…燃料电池系统；100…燃料电池；102a…阳极气体供给歧管；102b…阳极废气排出歧管；110…单电池；111a…端板；111b…端板；200…阴极侧气体供给排出机构；210…阴极气体导入流路；211…阴极供给流路；212…阴极排出流路；213…旁通流路；220…空气压缩机；230…三通阀；240…背压阀；300…阳极侧气体供给排出机构；310…阳极气体供给流路；311…循环流路；312…排水流路；320…氢气罐；330…遮挡阀；340…调压阀；350…喷射器；360…气液分离器；370…泵；380…排气排水阀；390…压力传感器；600…控制部；ΔP1…压力降低量；ΔP2…压力降低量；T1～T5、T11～T15…时刻。
具体实施方式
A.第一实施方式：
A1.系统结构：
图1是表示作为本公开的一个实施方式的燃料电池系统10的简要结构的框图。燃料电池系统10输出通过使用阳极气体以及阴极气体的燃料电池100的电气化学反应产生的电力。在本实施方式中，燃料电池系统10搭载于车辆，向车辆的驱动马达供给电力。燃料电池系统10具备燃料电池100、阴极侧气体供给排出机构200、阳极侧气体供给排出机构300、以及控制部600。
燃料电池100具备由层叠的多个单电池110构成的电池组和一对端板111a、111b。各单电池110具备隔着固体高分子电解质膜设置的阳极侧催化剂电极层以及阴极侧催化剂电极层、以及分别配置于两极的催化剂电极层的外侧的阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层。向阳极侧催化剂电极层供给作为阳极气体的氢气。向阴极侧催化剂电极层供给作为阴极气体的空气。两极的催化剂电极层均构成为包含担载催化剂例如铂(Pt)的碳粒子与电解质树脂。两极的气体扩散层均由多孔质体形成。作为多孔质体，例如使用碳纸以及碳布等碳多孔质体、金属网以及发泡金属等金属多孔质体。在燃料电池100的内部沿层叠方向形成有用于供阳极气体、阴极气体、阳极废气、阴极废气以及冷却介质流通的多个歧管。在图1中，代表性地示出了阳极气体供给歧管102a与阳极废气排出歧管102b。一对端板111a、111b均是具有大致板状的外观形状的部件，配置于燃料电池100的层叠方向的两端部。在端板111a设置有形成各歧管的端部的厚度方向的贯通孔。此外，在图1中，阴极侧气体供给排出机构200被描绘成在端板111b中与燃料电池100连接，但也可以代替端板111b而在端板111a中与燃料电池100连接。
阴极侧气体供给排出机构200向燃料电池100供给阴极气体以及从燃料电池100排出阴极废气。阴极侧气体供给排出机构200具备阴极气体导入流路210、阴极供给流路211、阴极排出流路212、旁通流路213、空气压缩机220、三通阀230以及背压阀240。
阴极气体导入流路210用于从大气中获取空气。阴极气体导入流路210的一端向大气开放，另一端与三通阀230连接。阴极供给流路211将从空气压缩机220输出的压缩空气引导至燃料电池100。阴极供给流路211的一端与三通阀230连接，另一端与燃料电池100内的未图示的阴极供给歧管连接。阴极排出流路212将从燃料电池100排出的阳极废气向外部引导。阴极排出流路212的一端与燃料电池100内的未图示的阴极废气排出歧管连接，另一端与旁通流路213连接。旁通流路213用于将从空气压缩机220输出的压缩空气的一部分不经由燃料电池100而排出。旁通流路213的一端与三通阀230连接，另一端向大气开放。在旁通流路213除了连接有上述的阴极排出流路212之外，还连接有后述的排水流路312。通过阴极排出流路212从燃料电池100排出的阴极废气与从排水流路312排出的水分以及阳极废气利用从空气压缩机220向旁通流路213流入的空气向大气中排出。这里，“从排水流路312排出的水分”包括由气液分离器360分离出的水分。而且，上述水分包括液体的水、水蒸气、以及雾状的水。
空气压缩机220配置于阴极气体导入流路210。空气压缩机220吸入由未图示的空气净化器除去了灰尘等异物后的空气，并对上述空气进行压缩而输出。三通阀230将阴极气体导入流路210、阴极供给流路211以及旁通流路213连接起来。三通阀230对从空气压缩机220输出的压缩空气中的向阴极供给流路211送出的流量、与向旁通流路213送出的流量进行调整。背压阀240设置于阴极排出流路212，对燃料电池100中的阴极废气的排出侧的气压进行调整。
阳极侧气体供给排出机构300向燃料电池100供给阳极气体以及从燃料电池100排出阳极废气。阳极侧气体供给排出机构300具备阳极气体供给流路310、循环流路311、排水流路312、氢气罐320、遮挡阀330、调压阀340、喷射器350、气液分离器360、泵370、排气排水阀380以及压力传感器390。
阳极气体供给流路310向燃料电池100引导阳极气体。阳极气体供给流路310的一端与氢气罐320连接，另一端与燃料电池100内的阳极气体供给歧管102a连接。循环流路311将气液分离器360与阳极气体供给流路310连接。循环流路311与阳极气体供给流路310的连接位置位于喷射器350与燃料电池100之间。排水流路312用于将气液分离器360分离出的水分从气液分离器360排出。排水流路312的一端与气液分离器360连接，另一端与旁通流路213连接。
氢气罐320储藏作为阳极气体的高压氢气。遮挡阀330配置于阳极气体供给流路310中的氢气罐320的附近，切换氢气从氢气罐320的供给的执行与停止。调压阀340在阳极气体供给流路310中配置于遮挡阀330的下游侧且喷射器350的上游侧。调压阀340通过对自身的上游侧的初级压力进行减压来将下游侧的次级压力调整为预先设定的压力。喷射器350在阳极气体供给流路310中配置于调压阀340的下游侧。喷射器350向燃料电池100喷射阳极气体。此时，通过调整喷射器350中的阳极气体的喷射周期以及喷射占空比，能够调整阳极气体向燃料电池100的供给量以及阳极气体供给流路310的气压。此外，喷射占空比是指在喷射周期的每一个周期中喷射氢气的时间的比例。
阳极气体通过阳极气体供给歧管102a向各单电池110供给。而且，在各单电池110中供给的阳极气体的一部分被消耗，未使用的阳极气体作为阳极废气而经由阳极废气排出歧管102b向气液分离器360排出。气液分离器360从自燃料电池100排出的阳极废气中将水分分离出来。阳极废气除了包含在各单电池110中未用于电气化学反应的残余的氢气之外，还包含经由电解质膜从阴极侧向阳极侧透过的氮气。并且，阳极废气还包含在各单电池110中经由电解质膜从阴极侧向阳极侧透过的水。气液分离器360将阳极废气中含有的水分从阳极废气中分离。在本实施方式中，气液分离器360由设置于端板111a的凹部和覆盖上述凹部的罩部件构成。设置于端板111a的凹部向端板111a的外侧表面开口，具有端板111a的厚度方向成为深度方向的形状。在上述凹部设置有与阳极废气排出歧管102b连通的连通孔。在上述罩部件的内部形成有与设置于端板111a的凹部同样的凹部。上述两个凹部彼此相对并连通，由此形成用于气液分离以及水分存积的空间(以下，称为“分离用空间”)。阳极废气流入至分离用空间并并与内部的壁面碰撞，由此阳极废气中的水分凝结并被向分离用空间的下方引导。在分离用空间的最下部设置有与排水流路312连通的连通孔。在排气排水阀380处于关闭状态下，水积存在分离用空间内。与此相对，在排气排水阀380处于打开状态下，排出积存在分离用空间的水。在分离用空间的上方设置有与循环流路311连通的连通孔。分离出水分后的阳极废气从上述连通孔向循环流路311流入。气液分离器360作为构成要素而具有端板111a的一部分，因而伴随着燃料电池100的运转而产生的废热容易传递至气液分离器360。
泵370配置于循环流路311，将由气液分离器360分离出水分后的阳极废气向阳极气体供给流路310供给。分离出水分后的阳极废气包括如上述那样在各单电池110中未使用的残余的阳极气体。因此，在本实施方式的燃料电池系统10中，通过将上述阳极废气返回至阳极气体供给流路310而再次供给至燃料电池100来实现油耗的改善。
排气排水阀380配置于排水流路312，对水分从气液分离器360的排出进行控制。在本实施方式中，排气排水阀380配置为与气液分离器360接触。在本实施方式中，排气排水阀380由开闭阀构成。因此，能够选择性地设定打开状态与关闭状态这两个状态中的任一状态。在排气排水阀380处于打开状态的情况下，上述的分离用空间与排水流路312连通，积存在气液分离器360的水经由排气排水阀380向排水流路312排出。另一方面，在排气排水阀380处于关闭状态的情况下，分离用空间与排水流路312不连通，因此，积存在气液分离器360的水不被排出。此外，排气排水阀380可以代替开闭阀而由能够调整为多个开度的其他任意种类的阀构成。
压力传感器390对阳极气体供给流路310中的气压(以下，称为“阳极供给压力”)进行检测。在本实施方式中，压力传感器390在阳极气体供给流路310中配置在比与循环流路311的连接位置更接近氢气罐320的位置。如上述那样，向阳极气体供给流路310供给从喷射器350喷射的氢气和经由循环流路311从泵370输送的阳极废气。因此，压力传感器390将上述气体的合计压力检测为阳极供给压力。
控制部600执行燃料电池100的运转以及排气排水阀380的开闭的控制，以及执行有无排气排水阀380的冻结的判定。在本实施方式中，控制部600由具有CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)的计算机构成。CPU通过执行预先存储在ROM的控制程序来作为执行燃料电池100的运转的控制、排气排水阀380的开闭的控制、有无排气排水阀380的冻结的判定等的功能部发挥功能。在本实施方式中，上述的各阀230、240、330、340、380均为电磁阀，与控制部600电连接。控制部600进行上述各阀230、240、330、340、380的开度控制或者开闭的切换动作的控制。另外，控制部600与空气压缩机220、喷射器350以及泵370分别电连接，控制空气压缩机220、喷射器350以及泵370的动作。
控制部600除了执行上述的燃料电池100的运转以及排气排水阀380的开闭的控制和有无排气排水阀380的冻结的判定之外，还执行燃料电池100的运转所涉及的燃料电池系统10整体的控制。例如，控制部600接收从搭载于车辆的未图示的车辆控制装置发送的运转请求以及停止请求，并根据上述请求执行燃料电池100的运转或者后述的系统停止处理。在执行燃料电池100的运转的情况下，控制部600利用从车辆控制装置接收的加速器开度以及车速的信息、表示辅机类的动作状态的信息等来决定由输出电流值以及输出电压值构成的燃料电池100的动作点，决定为了实现上述动作点而向燃料电池100供给的氢气以及空气的流量。另外，控制部600以实现决定好的氢气以及空气的流量的方式控制各阀330、340、230、240、喷射器350、泵370以及空气压缩机220。另外，控制部600通过在燃料电池100的运转中定期地对排气排水阀380指示打开动作，控制将积存在气液分离器360的水排出。另外，控制部600基于由压力传感器390检测出的压力值进行控制喷射器350的喷射量以及喷射占空比的反馈控制。
虽在图1中省略，但燃料电池系统10除了具备上述的燃料电池100、阴极侧气体供给排出机构200以及阳极侧气体供给排出机构300之外，还具备冷却介质循环机构以及电源电路。冷却介质循环机构通过使冷却介质在包括设置于燃料电池100内的冷却介质供给歧管以及冷却介质排出歧管在内的循环流路中循环来调整燃料电池100的温度。冷却介质循环机构除了具备上述的冷却介质的循环流路之外，还具备散热器、用于使冷却介质循环的泵等。电源电路从燃料电池100和未图示的二次电池中的至少一方向搭载于车辆的驱动马达、各种辅机供给电力。电源电路具备DC－DC转换器以及逆变器等。
上述的阳极气体供给流路310相当于用于解决课题的手段中的供给流路的下位概念。另外，排气排水阀380相当于用于解决课题的手段中的阀的下位概念。
A2.燃料电池系统10的控制：
如上述那样，控制部600执行燃料电池系统10的控制。该燃料电池系统10的控制包括系统停止处理。如后述那样，通过执行系统停止处理来抑制排气排水阀380的冻结。
图2是表示第一实施方式的系统停止处理的顺序的流程图。在车辆停止、由使用者进行了停止操作例如按下车辆的运转停止按钮的情况下，车辆控制装置将燃料电池100的停止请求向控制部600发送。若上述停止请求被控制部600接收，则开始系统停止处理。此外，在由使用者进行停止操作时，车辆停止，执行用于向辅机类的电力供给的燃料电池100的运转(以下，称为“怠速运转”)。
控制部600执行有无排气排水阀的冻结的判定处理(以下，称为“排气排水阀冻结判定处理”)(步骤S105)。在本实施方式中，“有冻结”是指排气排水阀380的开闭动作被冻冰的水妨碍的状态。若排气排水阀380的开闭动作被妨碍，则有时成为不进行经由排气排水阀380的气体的流通的状态。上述“不进行气体的流通的状态”是指除了包括完全不进行气体的流通的状态之外、还包括气体的流通量小于规定量的状态的范围较宽的概念。另一方面，“无冻结”是指能够进行经由排气排水阀380的气体的流通的状态，换言之，是指能够进行上述的规定量以上的气体的流通的状态，具有包括冻冰的水附着于排气排水阀380的一部分的状态的范围较宽的含义。此外，作为上述的气体的规定量，例如可以作为排气排水阀冻结判定处理的执行中的合计流量而为100ml(毫升)。此外，并不局限于100ml，可以为任意的量。例如，可以为0ml以上200ml以下的任意的值。更优选地，可以为0ml以上100ml以下的任意的值。
图3是表示第一实施方式的排气排水阀冻结判定处理的顺序的流程图。控制部600通过接收从压力传感器390发送的检测值来确定阳极供给压力(步骤S205)。控制部600在向排气排水阀380指示了打开动作之后，再次确定阳极供给压力(步骤S210)。如上述那样，控制部600定期地对排气排水阀380指示打开动作，在执行了步骤S205之后的打开动作指示之后，执行步骤S210，再次确定阳极供给压力。
控制部600对在步骤S210中确定出的阳极供给压力是否从前次确定出的压力(以下，称为“前次确定值”)降低了规定的阈值以上进行判定(步骤S215)。在判定为阳极供给压力未从前次确定值降低了规定的阈值以上的情况下(步骤S215：否)，控制部600判定为有排气排水阀380的冻结(步骤S220)。
与此相对，在判定为阳极供给压力从前次确定值降低了规定的阈值以上的情况下(步骤S215：是)，控制部600对“阳极供给压力从前次确定值降低了规定值以上”的判定(判定结果)是否为在排气排水阀冻结判定处理的开始后第5次判定(判定结果)进行判定(步骤S225)。在判定为不为第5次判定的情况下(步骤S225：否)，返回至上述的步骤S210。另一方面，在判定为是第5次判定的情况下(步骤S225：是)，控制部600判定为无排气排水阀380的冻结(步骤S230)。在成为第5次判定之前在步骤S215中判定为“阳极供给压力未从前次确定值降低了规定值以上”的情况下，如上述那样判定为有冻结并结束排气排水阀冻结判定处理。因此，在步骤S225中判定为是第5次判定的情况是指连续5次判定为“阳极供给压力从前次确定值降低了规定值以上”的情况。而且，在该情况下，判定为无排气排水阀380的冻结。
图4是表示排气排水阀冻结判定处理的执行中的阳极供给压力、喷射器350的动作状态、以及向排气排水阀380的动作指示内容的时间图。在图4中，上段表示阳极供给压力，中段表示喷射器350的动作状态，下段表示排气排水阀380的动作状态。另外，在图4中，横轴表示时刻。此外，用粗实线表示有排气排水阀380的冻结的情况下的阳极供给压力，用虚线表示无排气排水阀380的冻结情况下的阳极供给压力。喷射器350的接通表示喷射器350喷射氢气的状态，喷射器350的断开表示未喷射氢气的状态。排气排水阀380的“打开”是指控制部600向排气排水阀380指示打开动作。另外，排气排水阀380的“关闭”是指控制部600向排气排水阀380指示关闭动作。
在喷射器350喷射氢气的时刻T1至T2的期间，阳极供给压力上升。若在时刻T2，基于喷射器350的氢气的喷射停止，则伴随着燃料电池100中的氢气的消耗，阳极供给压力开始降低，阳极供给压力的降低持续至下一次开始基于喷射器350的氢气的喷射的时刻T5为止。在无排气排水阀380的冻结的情况下，若在比时刻T5靠前的时刻T4接受到打开动作的指示，则排气排水阀380打开。因此，积存在气液分离器360内的水经由排水流路312排出，并且循环流路311内的气体向排水流路312排出。因此，阳极供给压力的每单位时间的降低量如图4中虚线所示那样急剧变大，阳极供给压力急剧降低。
另一方面，在有排气排水阀380的冻结的情况下，即便在时刻T4接受到打开动作的指示，排气排水阀380也保持关闭的状态而不打开。因此，积存在气液分离器360内的水与循环流路311内的气体均不被排出，阳极供给压力的每单位时间的降低量从接受到打开动作的指示之前不发生变化。因此，有排气排水阀380的冻结的情况下的发送打开动作的指示后的时刻T5的阳极供给压力相对于比发送打开动作的指示的时刻T4靠前的时刻T3的阳极供给压力的降低量(以下，简称为“压力降低量”)ΔP1小于无冻结的情况下的压力降低量ΔP2。因此，通过将上述的步骤S215的规定的阈值设定为比压力降低量ΔP1大且比压力降低量ΔP2小的值，从而在阳极供给压力的降低量降低为规定的阈值以上的情况下判定为无冻结，在未降低为规定的阈值以上的情况下判定为有冻结。在本实施方式中，时刻T3设定为从时刻T2、即喷射器350从接通变化成断开的时刻起经过规定时间后的时机。另外，时刻T5设定为从时刻T4、即发送了排气排水阀380的打开动作的指示的时刻起经过规定时间后的时机。此外，因排气排水阀380的冻结的有无引起的压力降低量的不同并不局限于时刻T3以及时刻T5的阳极供给压力，可在发送打开动作的指示的前后的任意时刻的阳极供给压力产生。因此，时刻T3以及时刻T5的设定方法并不局限于上述方法，可以通过能够设定的任意方法分别设定发送打开动作的指示的前后的时刻。如图2所示，在执行了上述的步骤S220或者S230之后，执行图2所示的步骤S110。
控制部600基于排气排水阀冻结判定处理的结果判定有无排气排水阀380的冻结(步骤S110)。在判定为有排气排水阀380的冻结的情况下(步骤S110：是)，控制部600继续燃料电池100的运转(步骤S125)。如上述那样，在执行系统停止处理时，车辆停止，执行怠速运转。在步骤S125中，继续执行上述怠速运转。在步骤S125之后，返回至上述的步骤S105。此外，在图2中，步骤S125为了方便而表示为一个步骤，但也可以省略步骤S125。在上述构成中，继续执行怠速运转。如上述那样，气液分离器360的一部分由端板111a构成，因而通过继续执行怠速运转使燃料电池100的废热继续传递至气液分离器360，另外，从气液分离器360继续向排气排水阀380传递。因此，在促进排气排水阀380的解冻、继续怠速运转的期间，在步骤S110中判定为“无排气排水阀380的冻结”。
在判定为无排气排水阀380的冻结的情况下(步骤S110：否)，控制部600执行结束时暖机(步骤S115)。结束时暖机是指作为系统停止处理的一个步骤而执行的迅速暖机，执行与启动时暖机同样的处理。具体而言，在发电效率比通常运转时低的动作点运转燃料电池100。例如，可以执行如下处理，即：通过使供给的空气量比通常的怠速运转时极端减少来使发电效率减少。通过执行结束时暖机使燃料电池100的废热增大。因此，能够促进燃料电池100内的水分的蒸发，能够在后述的停止处理中促进燃料电池100内的水的排出。
在执行步骤S115后，控制部600执行燃料电池100的停止处理(步骤S120)。在本实施方式中，燃料电池100的停止处理除了包括伴随着向辅机类的供电停止的喷射器350以及空气压缩机220的动作停止之外，还包括泵370的驱动和排气排水阀380的打开动作。通过使泵370驱动来使流入至燃料电池100的阳极侧的气体量增大，能够使燃料电池100内的水排出得更多。另外，通过排气排水阀380的打开动作排出积存在气液分离器360的水分和因结束时暖机而气化的燃料电池100内的水分即水蒸气。在执行该步骤S120时，因步骤S115的执行而使排气排水阀380的冻结消失，因而在对排气排水阀380发送了打开动作的指示的情况下，确实地进行排气排水阀380的打开动作。因此，执行上述的水分以及水蒸气的排出。在执行步骤S120后，系统停止处理结束。
图5是表示从系统起动时起至系统停止处理的结束为止的期间内的用户操作、温度、排气排水阀冻结判定处理、结束时暖机处理以及燃料电池100的停止处理的执行状况的时间图。在图5中，最上段表示用户操作，从上起第2段表示温度，从上起第3段表示排气排水阀冻结判定处理的处理结果，从上起第4段表示结束时暖机，最下段表示燃料电池100的停止处理。另外，在图5中，横轴表示时刻。在“温度”中，粗实线表示通过冷却介质循环机构循环的冷却介质的温度(以下，称为“FC水温”)，细的单点划线表示排气排水阀380的温度(以下，称为“阀温度”)。
若使用者在时刻T11接通车辆的起动开关(ST)，则燃料电池100起动，FC水温以及阀温度上升。然后，在时刻T12，使用者按下车辆的运转停止开关(IG＿OFF)。即，在时刻T11至T12的期间，车辆运转。在图5的例子中，在时刻T11至时刻T12的期间，排气排水阀380持续冻结。这样的状况例如在0℃以下的低温环境下短时间进行车辆的运转的情况下等可能发生。FC水温在时刻T12之后也继续上升，在时刻T13转为下降。被燃料电池100的通常运转时的废热加热过的冷却介质在车辆停止后也继续循环，因而水温继续上升，但此后若成为怠速运转而废热量减少，则FC水温转为下降。阀温度从时刻T11起上升，超过时刻T13也继续上升。这是因为燃料电池100的废热借助时刻T13的后的怠速运转的继续执行(步骤S125)而被传递至排气排水阀380。然后，若在时刻T14判定为无排气排水阀380的冻结，则执行结束时暖机(步骤S115)，FC水温急剧上升。在时刻T15中，若结束时暖机结束则FC水温以及阀温度下降。此时无排气排水阀380的冻结，因而在执行停止处理时，排气排水阀380能够进行打开动作，积存在气液分离器360、排气排水阀380的附近的水被向外部排出。
根据以上说明过的第一实施方式的燃料电池系统10，控制部600在燃料电池100的运转中接收到燃料电池100的停止请求的情况下，反复判定有无排气排水阀380的冻结，在判定为有排气排水阀380的冻结的情况下，继续怠速运转直至判定为无排气排水阀380的冻结为止，因而能够伴随着燃料电池100的运转的废热促进排气排水阀380的解冻。另外，在判定为无排气排水阀380的冻结的情况下，执行包括打开排气排水阀380的处理的燃料电池100的停止处理，因而如能够将积存在气液分离器360、排气排水阀380的附近的水分经由排水流路312排出，能够抑制上述水分引起的排气排水阀380的冻结。
另外，停止处理包括泵370的驱动，因而与泵370停止的状态相比，能够增大从阳极气体供给流路310向燃料电池100供给的气体的流量、即分离出水分之后的阳极废气与氢气的合计流量，能够促进积存在燃料电池100内的水的排出。
另外，控制部600利用对排气排水阀380发送开阀指示后的阳极供给压力相对于发送开阀指示前的阳极供给压力的降低量来判定有无排气排水阀380的冻结，因而能够高精度地判定排气排水阀380的冻结。在无排气排水阀380的冻结的情况下，排气排水阀380的开度根据开阀指示增加，气液分离器360内、循环流路311内的气体也与水分一同被排出，因而与循环流路311连通的阳极气体供给流路310的气压降低。与此相对，在有排气排水阀380的冻结的情况下，发送了开阀指示的情况下的排气排水阀380的开度比排气排水阀380未冻结的情况下低，经由排气排水阀380排出的气体的量较少。因此，在有排气排水阀380的冻结的情况下与无排气排水阀380的冻结的情况下，发送开阀指示的前后的阳极供给压力的降低量产生差异。因此，根据燃料电池系统10，能够高精度地判定排气排水阀380的冻结。
B.第二实施方式：
第二实施方式的燃料电池系统10的系统结构与第一实施方式的燃料电池系统10相同，因而对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
图6是表示第二实施方式的系统停止处理的顺序的流程图。第二实施方式的系统停止处理在追加执行步骤S123以及步骤S130这点上与第一实施方式的系统停止处理不同。第二实施方式的系统停止处理中的其他顺序与第一实施方式的系统停止处理相同，因而对相同的顺序标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
在本实施方式中，将在步骤S120中执行的燃料电池100的停止处理称为“第一停止处理”。这是为了与后述的第二停止处理进行区别。在第一停止处理中，如上述那样，驱动泵370。
在步骤S110中，在判定为有排气排水阀380的冻结的情况下(步骤S110：是)，控制部600对从接收停止请求起是否经过了规定时间进行判定(步骤S123)。在本实施方式中，规定时间设定为5分钟。此外，并不局限于5分钟，可以将任意的时间设定为规定时间。在判定为从接收停止请求起未经过规定时间的情况下(步骤S123：否)，执行上述的步骤S125，继续怠速运转。与此相对，在判定为从接收停止请求起经过了规定时间的情况下(步骤S123：是)，控制部600执行第二停止处理(步骤S130)，系统停止处理结束。
第二停止处理在不进行泵370的驱动这点上与第一停止处理不同。因此，第二停止处理包括伴随着向辅机类的供电停止的喷射器350以及空气压缩机220的动作停止和排气排水阀380的打开动作。但是，在执行第二停止处理的情况下，由于有排气排水阀380的冻结，因而即便发送打开动作的指示也无法执行排气排水阀380的打开动作。
以上说明过的第二实施方式的燃料电池系统10具有与第一实施方式的燃料电池系统10同样的效果。除此之外，控制部600直至自接收到停止请求起经过了规定期间为止而持续地判定为有排气排水阀380的冻结的情况下，执行不包括泵370的驱动的停止处理亦即第二停止处理，因而能够抑制在排气排水阀380冻结的状态下驱动泵370。存积于气液分离器360的水分量伴随着怠速运转的持续而增大。然而，在第二实施方式的燃料电池系统10中，在上述状态下能够不驱动泵370并停止燃料电池100，因而能够抑制存积于气液分离器360的水分伴随着泵370的驱动而被朝向燃料电池100送出并进入至燃料电池100内。因此，能够抑制液泛(flooding)的产生并抑制燃料电池100的发电效率的降低。
C.其他实施方式：
C1.其他实施方式1：
在各实施方式中，停止处理以及第一停止处理包括泵370的驱动，但也可以不包括泵370的驱动。在上述构成中，也具有与各实施方式同样的效果。一般情况下，为了防止来自大气的气体的流入，循环流路311的压力被控制成为大气压以上。因此，在不驱动泵370的结构中，也能够通过打开排气排水阀380来排出积存在气液分离器360的水。另外，根据上述构成，由于不包括泵370的驱动，因而能够抑制积存在气液分离器360内的水被泵370送出至燃料电池100内，换言之，能够抑制积存在气液分离器360内的水被汲取。另外，在第二实施方式的第二停止处理中，可以省略发送排气排水阀380的打开动作的指示。在执行第二停止处理的情况下，处于有排气排水阀380的冻结的状态。因此，通过形成为上述构成，无需发送不必要的打开动作的指示，能够抑制控制部600的电力消耗。
C2.其他实施方式2：
在各实施方式中，在排气排水阀冻结判定处理中，在连续5次判定为“阳极供给压力从前次确定值降低了规定值以上”的情况下，判定为无排气排水阀380的冻结，但并不局限于5次，也可以构成为在连续1次、6次等任意次数判定为“阳极供给压力从前次确定值降低了规定值以上”的情况下，判定为无排气排水阀380的冻结。
另外，在各实施方式中，根据发送开阀指示后的阳极供给压力相对于发送开阀指示的前的阳极供给压力的降低量是否降低了规定的阈值以上来对有无排气排水阀380的冻结进行了判定，但本公开并不限定于此。例如预先通过实验在排气排水阀380冻结的情况下与未冻结的情况下分别求出对排气排水阀380指示了打开动作的情况下的阳极供给压力的值。除此之外，将包括求出的各值在内的规定的压力值范围分别设定为有冻结的情况下的压力值范围以及无冻结的情况下的压力值范围。而且，可以根据步骤S210中确定出的阳极供给压力值是否包括在任一情况下的压力值范围来对有无排气排水阀380的冻结进行判定。另外，例如可以构成为在车辆能够取得外部气温的结构中，形成为控制部600取得已取得的外部气温的结构，在已取得的外部气温为规定温度以下的情况下确定为有排气排水阀380的冻结，在比规定温度高的情况下判定为无排气排水阀380的冻结。此外，上述规定温度例如可以为0℃。另外，例如可以构成为在排气排水阀380的附近配置温度传感器，在上述温度传感器的检测温度为规定温度以下的情况下确定为有排气排水阀380的冻结，在比规定温度高的情况下判定为无排气排水阀380的冻结。此外，上述构成中的规定温度例如也可以为0℃。另外，例如可以构成为在排水流路312中的排气排水阀380的下游侧且是排气排水阀380的附近配置气体流量传感器，在由上述气体流量传感器检测出的气体流量为规定流量以下的情况下确定为有排气排水阀380的冻结，在比规定流量大的情况下判定为无排气排水阀380的冻结。此外，上述构成中的规定流量例如可以为100ml。另外，例如在排气排水阀380为电磁阀的情况下，可以构成为对向排气排水阀380施加电压时的电流值进行测定，根据上述电流值来判定有无排气排水阀380的冻结。在排气排水阀380冻结的情况下，在向排气排水阀380施加电压的情况下流动的电流比未冻结的情况下大。因此，在测定出的电流值为阈值电流以上的情况下，可以判定为有排气排水阀380的冻结。
C3.其他实施方式3：
在各实施方式中，控制部600构成为搭载于车辆的计算机，但本公开并不限定于此。例如，可以构成为将车辆形成为能够与未图示的管理服务器通信的结构，上述管理服务器作为控制部600发挥功能。在上述构成中，车辆可以构成为具备：通信装置，其用于接收来自管理服务器的指示以及将与指示对应的处理的执行结果回复至管理服务器；以及控制部，其根据从管理服务器接收到的指示来控制各阀230、240、330、340、380、空气压缩机220、喷射器350以及泵370。上述构成中的车辆与管理服务器的通信例如可以实现为利用ITS(智能交通系统)的通信。另外，例如也可以构成为与车辆不同的其他车辆所具备的微机作为各实施方式的控制部600而发挥功能。在上述构成中，车辆与其他车辆可以进行所谓的车车通信，进行各动作的指示的收发信号以及与指示对应的处理的执行结果的收发。
C4.其他实施方式4：
在各实施方式中，燃料电池系统10作为用于向驱动马达供给电力的系统而搭载于车辆使用，但本公开并不限定于此。例如也可以代替搭载于车辆而搭载于船舶、飞机等需要驱动用电源的其他任意的移动体来使用。另外，作为安放型电源，例如可以在办公室、家庭设置于屋内或者屋外使用。另外，燃料电池100所包括的各单电池110为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、固体氧化物形燃料电池等各种燃料电池用的单电池。
C5.其他实施方式5：
各实施方式的燃料电池系统10的结构只不过是一个例子，能够进行各种变更。例如可以构成为不使排水流路312与旁通流路213连接，而是分别独立地排除废气。另外，气液分离器360作为构成要素的一部分而具有端板111a，但可以构成为与端板111a独立的装置。另外，在上述构成中，排气排水阀380可以构成为不与气液分离器360相接，构成为通过管与气液分离器360连接。即便在这样的结构中，伴随着燃料电池100的怠速运转的废热经由连接燃料电池100与气液分离器360的管以及连接气液分离器360与排气排水阀380的管传递，能够促进排气排水阀380的解冻。另外，压力传感器390的配置位置在阳极气体供给流路310中是比与循环流路311的连接位置接近氢气罐320的位置，但也可以是比上述连接位置接近燃料电池100的位置。
C6.其他实施方式6：
在上述实施方式中，可以将由硬件实现的构成的一部分置换为软件，相反，也可以将由软件实现的构成的一部分置换为硬件。例如，控制部600的至少一部分功能可以通过集成电路、分立元件电路或者组合上述电路的模块实现。另外，在本公开的功能的一部分或者全部由软件实现的情况下，该软件(计算机程序)能够以储存于计算机可读取的记录介质的形式提供。“计算机可读取的记录介质”并不局限于软盘、CD-ROM那样的便携式记录介质，还包括各种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”具有包括能够非暂时性固定数据包的任意的记录介质在内的缴款范围的含义。
本公开并不局限于上述的各实施方式，在不脱离该主旨的范围内能够以各种结构实现。例如对于与发明内容栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征而言，为了解决上述课题的一部分或全部，或者，为了实现上述效果的一部分或全部，能够适当地进行替换、组合。另外，只要该技术特征未说明为是本说明书中所必需的技术特征，就能够适当地删除。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备：
燃料电池；
气液分离器，其将水分从由所述燃料电池排出的阳极废气中分离出来；
排水流路，其用于将所述气液分离器分离出的所述水分从所述气液分离器排出；
阀，其配置于所述排水流路，对所述水分从所述气液分离器的排出进行控制；以及
控制部，其对所述燃料电池的运转以及所述阀的开闭进行控制，并判定有无所述阀的冻结，
所述控制部在所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求的情况下，
反复判定有无所述阀的冻结，
在判定为有所述阀的冻结的情况下，继续所述燃料电池的运转直至判定为无所述阀的冻结为止，
在判定为无所述阀的冻结的情况下，执行包含打开所述阀的处理的所述燃料电池的停止处理。
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：
供给流路，其向所述燃料电池供给阳极气体；
循环流路，其将所述气液分离器与所述供给流路连通起来；以及
泵，其配置于所述循环流路，将由所述气液分离器分离出所述水分之后的所述阳极废气向所述供给流路供给，
所述停止处理包含所述泵的驱动。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
在将包含所述泵的驱动的所述停止处理作为第一停止处理时，
所述控制部即便在判定为有所述阀的冻结的情况下，在直至自所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求起经过了预先决定的期间为止而持续判定为有所述阀的冻结的情况下，所述控制部执行第二停止处理，该第二停止处理与所述第一停止处理不同，是不包含所述泵的驱动的所述停止处理。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备：
供给流路，其向所述燃料电池供给阳极气体；
循环流路，其将所述气液分离器与所述供给流路连通起来；以及
压力传感器，其检测所述供给流路中的气压，
所述控制部利用对所述阀发送打开动作的指示后的所述气压相对于发送该指示前的所述气压的降低量来判定有无所述阀的冻结。
5.一种燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统具有：燃料电池；气液分离器，其将水分从由所述燃料电池排出的阳极废气中分离出来；排水流路，其用于将所述气液分离器分离出的所述水分从所述气液分离器排出；以及阀，其配置于所述排水流路，对所述水分从所述气液分离器的排出进行控制，
所述燃料电池系统的控制方法具备：
当在所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求的情况下，反复判定有无所述阀的冻结的工序；
在所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求且判定为有所述阀的冻结的情况下，继续所述燃料电池的运转直至判定为无所述阀的冻结为止的工序；以及
在所述燃料电池的运转中接收到所述燃料电池的停止请求且判定为无所述阀的冻结的情况下，执行包含打开所述阀的处理的所述燃料电池的停止处理的工序。
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