CN111509267A - 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

本发明提供一种燃料电池系统，具备：燃料电池；辅机类；罐；储藏量检测部，检测表示上述罐内的上述燃料气体的储藏量的测量值；二次电池；蓄电量检测部，检测上述二次电池的蓄电量；补给检测部；以及控制部。对于上述控制部，在上述测量值小于阈值的情况下，在使上述燃料气体相对于上述燃料电池的供给停止并且上述蓄电量小于下限蓄电量的情况下，截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接，在检测到上述燃料气体向上述罐的检测到补给之后，使上述二次电池与上述辅机类电连接。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本公开涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
燃料电池系统存在如下结构，即具备：燃料电池，接受储藏于罐的燃料气体以及从外部空气获取的氧化剂气体的供给进行发电；和二次电池，对利用燃料电池发电的电力的一部分进行蓄电，与燃料电池一同作为电源发挥功能。在这样的燃料电池系统中，在产生罐内的燃料气体的储藏量低于预先决定的下限量的缺气时，存在使用蓄电于二次电池的电力的情况。例如，对于日本特开2009-117242的燃料电池系统而言，在产生缺气的情况下，为了使燃料电池系统的运行停止，使用二次电池的电力驱动辅机之一亦即压缩机来执行燃料电池的扫气处理。
在上述那样的燃料电池系统中，当产生缺气时，若二次电池的电力降低，则即便在向罐补给了燃料气体之后，用于使辅机类驱动的二次电池的电力也不足，存在无法使燃料电池的运行再次开始的情况。
发明内容
本公开的技术能够实现为以下的形态。
本发明的第一形态是燃料电池系统。上述燃料电池系统具备：燃料电池，接受燃料气体与氧化剂气体的供给进行发电；辅机类，在上述燃料电池的运行中使用；罐，储藏上述燃料气体，通过供给配管向上述燃料电池供给储藏的上述燃料气体，通过补给配管被补给上述燃料气体；储藏量检测部，检测表示上述罐内的上述燃料气体的储藏量的测量值；二次电池，向上述辅机类供给电力；蓄电量检测部，检测上述二次电池的蓄电量；补给检测部，检测通过上述补给配管的上述燃料气体向上述罐的补给；控制部，控制上述燃料电池的运行和电力从上述二次电池向上述辅机类的供给。对于上述控制部而言，在由上述储藏量检测部检测出的上述测量值小于与上述罐内的上述燃料气体的预先决定的下限储藏量相当的阈值的情况下，执行使上述燃料气体从上述罐相对于上述燃料电池的供给停止的停止处理，在执行了上述停止处理的情况下，在上述二次电池内的上述蓄电量小于预先决定的下限蓄电量的情况下，执行截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接的截断处理，在上述截断处理的执行后，在由上述补给检测部检测到上述燃料气体向上述罐的补给之后，执行使上述二次电池与上述辅机类电连接的连接处理。
根据该形态的燃料电池系统，在罐内的燃料气体的储藏量小于下限储藏量、二次电池的蓄电量小于下限蓄电量的情况下，截断二次电池与辅机类的电连接。因此，能够抑制用于在燃料气体向罐的补给后开始燃料电池的运行的二次电池的电力因辅机类的电消耗而不足的情况。另外，在截断处理的执行后，在检测到燃料气体向罐的补给之后，通过连接处理再次将二次电池与辅机类电连接。因此，能够抑制如下情况：即尽管向罐补给了燃料气体，但二次电池与辅机类的电连接维持截断不变，陷入无法开始燃料电池的运行的状态。除此之外，在为罐内的燃料气体的储藏量小于下限储藏量的状态的情况下，通过停止处理停止燃料电池的运行，因而能够抑制因在燃料气体的供给量一直不足的状态下继续燃料电池的运行引起的不良状况的产生。
上述形态的燃料电池系统还可以具备：压力检测部，设置于上述供给配管，检测从上述罐向上述供给配管流出的上述燃料气体的压力。上述辅机类可以包括主止阀，该主止阀构成为设置于上述供给配管，在上述控制部的控制下进行开闭，控制上述燃料气体从上述罐向上述供给配管的流出。上述储藏量检测部将由上述压力检测部检测的上述燃料气体的压力取得为上述测量值，上述停止处理可以是在上述储藏量检测部所取得的上述燃料气体的压力小于上述阈值亦即预先决定的下限压力的情况下，关闭上述主止阀来停止上述燃料气体相对于上述燃料电池的供给的处理。
根据该形态的燃料电池系统，在罐内的燃料气体的压力降低的情况下，关闭主止阀，因而能够抑制罐内的压力的进一步的降低。因此，例如能够抑制罐内的压力过度降低过度导致罐恶化的不良状况的产生。另外，在因缺气停止燃料电池的运行之后检测到燃料气体向罐的补给之后，将二次电池与辅机类电连接，成为能够打开主止阀的状态，能够实现燃料电池的运行再次开始。因此，能够抑制如下情况：即在燃料气体的补给后，在主止阀一直关闭的状态下，陷入无法再次开始燃料电池的运行的状态。
在上述形态中，上述控制部可在上述停止处理的执行后根据用户的操作执行预先决定的次数的确认处理，在该确认处理中，打开上述主止阀，利用上述压力检测部重新检测上述燃料气体的压力，并再次重新判定可否执行上述停止处理。
根据该形态的燃料电池系统，以用户的操作作为触发条件来执行确认处理，重新检测罐内的燃料气体的压力，因而能够抑制因燃料气体的压力的误检测而关闭主止阀停止燃料电池的运行。另外，限制确认处理的执行次数，因而能够抑制如下情况：即因确认处理的重复而重复主止阀的开闭导致二次电池的电力不足，在燃料气体的补给后无法将主止阀开阀，无法再次开始燃料电池的运行。
在上述形态中，在上述连接处理之后，由上述储藏量检测部检测的上述测量值小于比上述阈值大的预先决定的允许值的情况下，上述控制部可以截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接，禁止上述燃料电池的运行。
根据该形态的燃料电池系统，能够抑制在燃料气体向罐的补给量一直不充足的状态下再次开始燃料电池的运行的情况。因此，能够抑制在燃料气体相对于燃料电池的供给量一直不足的状态下运行燃料电池。另外，能够抑制如下情况：即在短时间内立即产生燃料气体不足的缺气，致使再次停止燃料电池的运行，陷入反而使二次电池的蓄电量降低的结果。
在上述形态中，在上述连接处理之后，当上述二次电池的上述蓄电量小于比上述下限蓄电量小的预先决定的蓄电量阈值的情况下，上述控制部可以再次截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接，禁止上述燃料电池的运行。
根据该形态的燃料电池系统，能够抑制在未确保燃料电池的运行所需的最低限度的二次电池的蓄电量的状态下再次开始燃料电池的运行。
本发明的第二形态是燃料电池系统的控制方法。上述燃料电池系统具备：燃料电池，接受储藏于罐的燃料气体的供给进行发电；和二次电池，向在上述燃料电池的运行中使用的辅机类供给电力。上述燃料电池系统的控制方法包括如下步骤：检测表示上述罐内的燃料气体的储藏量的测量值；检测上述二次电池内的蓄电量；在上述测量值小于与上述燃料气体的预先决定的下限储藏量相当的阈值的情况下，执行使上述燃料气体相对于上述燃料电池的供给停止的停止处理；在执行了上述停止处理的情况下，在上述二次电池内的蓄电量小于预先决定的下限蓄电量的情况下，执行截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接的截断处理；以及在上述截断处理的执行后，在检测到上述燃料气体向上述罐的补给之后，执行使上述二次电池与上述辅机类电连接的连接处理。
本公开的技术还能够以燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法以外的各种形态实现。例如，能够以在缺气的检测时限制燃料电池的运行的方法、实现上述方法的控制装置、计算机程序、记录了该计算机程序的非暂时性记录介质、搭载燃料电池系统的车辆等形态实现。
以下，参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术及工业重要性进行说明，在附图中相同的附图标记表示相同的构成要素。
附图说明
图1是燃料电池系统的简图。
图2是表示燃料电池系统的电结构的简图。
图3A是表示第一实施方式的缺气处理的流程的说明图。
图3B是表示第一实施方式的启动处理的流程的说明图。
图4是表示第二实施方式的缺气处理的流程的说明图。
图5是表示第三实施方式的启动处理的流程的说明图。
图6是表示第四实施方式的启动处理的流程的说明图。
具体实施方式
第一实施方式
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统100的结构的简图。燃料电池系统100具备接受反应气体亦即燃料气体和氧化剂气体的供给进行发电的燃料电池10。第一实施方式的燃料电池系统100搭载于车辆，将由燃料电池10发电的电力供给至车辆的驱动马达、电装件、外部供电装置、辅机等。
在第一实施方式中，燃料电池10是固体高分子型燃料电池，通过燃料气体亦即氢和氧化剂气体亦即氧的电化学反应进行发电。燃料电池10具有层叠了多个单电池11的堆叠结构。各单电池11分别是即便为单体也能够进行发电的发电要素，具有在电解质膜的两面配置了包含催化剂的电极的发电体亦即膜电极接合体和夹着膜电极接合体的2张的隔板。电解质膜由在内部包含水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。针对上述的单电池11的各构成要素的图示省略。此外，作为燃料电池10，并不限定于固体高分子型燃料电池，能够采用其他各种类型的燃料电池。在其他实施方式中，作为燃料电池10，例如可以采用固体氧化物型燃料电池。
燃料电池系统100具备控制燃料电池10的运行的控制部101。控制部101由具备至少一个处理器与主存储装置的ECU(Electronic Control Unit)构成。控制部101通过处理器执行读入至主存储装置上的程序、命令来发挥用于控制燃料电池10的运行的各种功能。此外，控制部101的功能的至少一部分可以由硬件电路构成。控制部101作为功能部具有储藏量检测部102以及补给检测部104。储藏量检测部102以及补给检测部104将在后文中叙述。
作为控制反应气体相对于燃料电池10的供给的构成部，燃料电池系统100还具备燃料气体供排系统20和氧化剂气体供排系统60。燃料气体供排系统20具备：供给部30，向燃料电池10的阳极供给燃料气体；和循环部40，排出从燃料电池10的阳极排出的废水，使在发电中未使用的燃料气体循环至燃料电池10。另外，燃料气体供排系统20具备用于向供给部30补给燃料气体的补给部50。
供给部30具备储藏高压的燃料气体的罐31。供给部30可以具备多个罐31。罐31由高压罐构成。优选罐31具有30MPa～80MPa的耐压性。罐31具备由中空的容器构成的罐主体部311和密封罐主体部311的开口部的金属盖部312。罐主体部311具有树脂衬里的表层被强化纤维层覆盖的结构。强化纤维层通过使卷绕于树脂衬里的表层的碳纤维所含浸的热固化性树脂热固化而形成。此外，在其他实施方式中，罐主体部311可以具备金属制的衬里来代替树脂衬里。
金属盖部312是气密地安装在设置于罐主体部311的一端的开口部的金属部件。在金属盖部312设置有与罐主体部311的内部空间连通的气体流路313。在气体流路313设置有止回阀314和手动阀315。止回阀314防止燃料气体从罐主体部311向后述的补给部50的补给配管52倒流。手动阀315设置于比止回阀314靠罐主体部311侧。手动阀315通常打开，例如在维护时由作业者手动闭阀。
在罐主体部311的内部，温度测量部316以暴露于填充至罐主体部311的燃料气体的方式被固定设置于金属盖部312。温度测量部316由温度传感器构成。温度测量部316测量罐31的内部温度，并将该测量结果输出至控制部101。
供给部30还具备连接罐31与燃料电池10的阳极入口的供给配管32。供给配管32连接在设置于罐31的金属盖部312的气体流路313中的止回阀314与手动阀315之间的部位。
作为控制供给配管32中的燃料气体的流动的构成要素，供给部30还具备主止阀33、调节器35以及供给装置36。主止阀33、调节器35、供给装置36从罐31侧亦即上游侧起依次设置于供给配管32。
主止阀33由在控制部101的控制下电磁地开闭的电磁阀构成。主止阀33控制燃料气体从罐31向供给配管32的流出。在第一实施方式中，主止阀33一体地安装于罐31的金属盖部312。主止阀33是使用稍后参照的图2所示的二次电池86的电力驱动的辅机类120之一。控制部101通常将主止阀33在开始燃料电池系统100的运行时打开，在燃料电池10的运行中保持打开不变，在结束燃料电池系统100的运行时关闭。
调节器35是减压阀，对供给装置36的上游侧的供给配管32内的压力进行调整。供给装置36在控制部101的控制下周期性地重复开闭动作，向燃料电池10送出燃料气体。供给装置36例如由按照设定的驱动周期开闭的电磁驱动式的开闭阀亦即喷射器构成。控制部101通过控制供给装置36的驱动周期来调整燃料气体相对于燃料电池10的供给量。
供给部30还具备压力检测部37，该压力检测部37对从罐31向供给配管32流出的燃料气体的压力进行检测。压力检测部37由压力传感器构成。压力检测部37设置于比主止阀33靠下游侧，并设置于比调节器35靠上游侧。在第一实施方式中，储藏量检测部102将主止阀33开阀时由压力检测部37检测的压力取得为表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值。控制部101在后述的缺气处理中利用使用储藏量检测部102的检测结果的判定对处于罐31内的燃料气体的储藏量低于规定的下限储藏量的缺气的状态的情况进行检测。
此外，在供给部30具备多个罐31的情况下，各罐31在调节器35的上游侧并联连接于共用的供给配管32。另外，主止阀33、止回阀314以及手动阀315在各罐31各设置有一个。在该结构中，储藏量检测部102所检测的表示燃料气体的储藏量的测量值代表各罐31所储藏的燃料气体的储藏量的合计值。
循环部40具备废气配管41、气液分离部42、循环配管43、循环泵44、排水配管45、排水阀46。废气配管41将燃料电池10的阳极出口与气液分离部42连接，将包含发电中未在燃料电池10的阳极使用的燃料气体与废水的阳极侧的废气向气液分离部42引导。
气液分离部42从通过废气配管41流入的废气分离气体成分与液体成分，将液体成分作为废水以液态水的状态存积于内部的存积部42s。气液分离部42在存积部42s的上方与循环配管43连接。循环配管43将气液分离部42与供给部30的供给配管32中的比供给装置36靠下游侧的部位连接。在循环配管43设置有循环泵44。包含气液分离部42中从废气分离出的燃料气体的气体成分通过循环泵44的驱动被向循环配管43引导，并向供给配管32送出，通过供给装置36向燃料电池10的阳极循环。
在气液分离部42的存积部42s连接有排水配管45。在排水配管45设置有在控制部101的控制下开闭的排水阀46。控制部101在燃料电池10的运行中通常关闭排水阀46，在预先设定的规定的时机打开排水阀46，由此将存积于存积部42s的排水通过排水配管45向车辆的外部排出。在第一实施方式中，排水配管45与后述的氧化剂气体供排系统60的废气配管66连接，废水通过该废气配管66向燃料电池系统100的外部排出。
补给部50具有：加注口(receptacle)51，接受被补给的燃料气体；补给配管52，将加注口51与罐31连接；压力测量部54，设置于补给配管52；以及通信部55。供给部30向各罐31的燃料气体的补给通过加注口51进行。加注口51以朝向车辆的外部开口的方式设置于车辆的车身。加注口51经由补给配管52与设置于罐31的金属盖部312的气体流路313的上游端连接。
加注口51除了在进行燃料气体的补给时以外，通常以能够转动的方式安装于车辆，被构成车辆的车身的一部分的罩110闭塞。加注口51在罩110打开的状态下接受燃料气体的补给源所具备的燃料气体的喷射喷嘴的连接。燃料气体的补给源例如是设置于氢站的分配器。从喷射喷嘴喷射的燃料气体通过加注口51流入至补给配管52。在补给配管52的入口设置有入口止回阀52v，该入口止回阀52v用于防止已流入补给配管52的燃料气体向外部的泄漏。
此外，在供给部30具备多个罐31的情况下，各罐31的气体流路313的上游端并联连接于共用的补给配管52。通过共用的加注口51以及补给配管52一次向各罐31补给燃料气体。
压力测量部54测量在补给配管52流动的燃料气体的压力，将该测量结果输出至控制部101。压力测量部54例如由压力传感器构成。通信部55设置于加注口51的附近，中转控制部101与燃料气体的补给源的通信。通信部55例如由红外线通信装置构成。
若开始燃料气体向罐31的补给，则控制部101经由通信部55开始与燃料气体的补给源的通信。控制部101将压力测量部54的压力的测量结果和温度测量部316的罐31的内部温度的测量结果向燃料气体的补给源发送。上述信息在燃料气体的补给源侧在燃料气体的补给量的控制中使用。
补给检测部104检测燃料气体通过补给部50的相对于罐31的补给，并记录检测到的历史。在第一实施方式中，补给检测部104在由压力测量部54检测到补给配管52的压力上升时检出燃料气体的补给。补给检测部104设定表示执行了燃料气体的补给的标志，并将之非易失地存储。补给检测部104的检测结果在后述的截断处理执行后的启动处理中使用。
在其他实施方式中，补给检测部104可以通过检测补给配管52的压力上升以外的方法检测燃料气体相对于罐31的补给。补给检测部104例如可以在开始了通信部55的通信时检测燃料气体的补给。补给检测部104可以在由温度测量部316检测到罐31的内部温度的上升时检测燃料气体的补给。在车辆设置有检测罩110的开闭的传感器的情况下，补给检测部104可以在由该传感器检测到罩110打开时检测燃料气体的补给。另外，在车辆搭载了导航系统等具有GPS功能的设备的情况下，补给检测部104从该设备取得车辆的位置信息，在检测到车辆位于氢站时，可以检测燃料气体的补给。补给检测部104也可以组合上述的各种条件来检测燃料气体相对于罐31的补给。
氧化剂气体供排系统60将通过车辆的前格栅获取至车辆内部的空气所含有的氧作为氧化剂气体供给至燃料电池10。氧化剂气体供排系统60具备供给配管61、压缩机62、开闭阀63。供给配管61与燃料电池10的阴极入口连接。压缩机62与开闭阀63设置于供给配管61。压缩机62将压缩了从车辆的外部取入的空气的压缩气体通过供给配管61向燃料电池10的阴极送出。对于开闭阀63而言，通常为关闭的状态，利用从压缩机62送出的压缩气体的压力开阀，允许压缩气体向燃料电池10的流入。
氧化剂气体供排系统60将从燃料电池10的阴极排出的废气向车辆的外部排出。氧化剂气体供排系统60具备废气配管66和调压阀68。废气配管66与阴极出口连接，将从燃料电池10的阴极排出的废气向车辆的外部引导。调压阀68设置于废气配管66，在控制部101的控制下调整燃料电池10的阴极侧的背压。
图2是表示燃料电池系统100的电结构的简图。燃料电池系统100具备第一转换器81、外部负载逆变器83、第二转换器85、二次电池86、蓄电量检测部88、连接部92、辅机逆变器93。燃料电池10经由第一直流导线L1与第一转换器81的输入端子连接。第一转换器81由升压型转换器构成。第一转换器81在控制部101的控制下将燃料电池10的输出电压升压，控制燃料电池10的输出电流。
第一转换器81的输出端子经由第二直流导线L2与外部负载逆变器83的直流端子连接。外部负载逆变器83变换直流与交流。在外部负载逆变器83的交流端子连接有外部负载200。外部负载200包括上述的车辆的驱动马达、电装件、外部供电装置等。外部负载逆变器83按照外部负载200所包括的每一个负载设置，但在图2中，为了方便，通过一个方框进行了图示。控制部101通过外部负载逆变器83控制供给至外部负载200的交流电力。
第二转换器85与第二直流导线L2连接，二次电池86经由第三直流导线L3与第二转换器85连接。二次电池86例如由锂离子电池构成。在二次电池86蓄电燃料电池10所发电的电力的一部分、在外部负载200产生的再生电力。二次电池86在控制部101的控制下与燃料电池10一同作为燃料电池系统100的电源发挥功能。另外，二次电池86向后述的辅机类120供给电力。控制部101控制第二转换器85，调整第二直流导线L2的电压，控制二次电池86的充放电。
蓄电量检测部88检测二次电池86的蓄电量。蓄电量利用SOC(State Of Charge)表示。蓄电量检测部88将检测结果输出至控制部101。
在将第二转换器85与二次电池86连接的第三直流导线L3连接有辅机逆变器93的直流端子。在辅机逆变器93的交流端子连接有在燃料电池系统100、车辆的运行控制中使用的辅机类120。辅机类120是在搭载于车辆的辅机类中的在燃料电池10的运行中使用并利用二次电池86的电力驱动的结构。在第一实施方式中，辅机类120包括上述的主止阀33。除此之外，辅机类120也可以包括压缩机62、循环泵44等。此外，辅机逆变器93按照辅机类120所包括每个辅机设置，但在图2中，为了方便，通过一个方框进行了图示。辅机逆变器93将二次电池86所输出的直流变换为交流向辅机类120供给。控制部101通过辅机逆变器93控制向辅机类120供给的交流电流。
连接部92在控制部101的控制下切换二次电池86与第二直流导线L2的电连接的通断。连接部92例如由继电电路构成。控制部101通常在燃料电池系统100的运行中利用连接部92使二次电池86通过第二直流导线L2与辅机类120以及外部负载200电连接。在以下说明的缺气处理中，在检测到缺气时，在二次电池86的蓄电量不充足的情况下，控制部101执行利用连接部92截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接的截断处理。
图3A是表示第一实施方式的缺气处理的流程的说明图。缺气处理是用于抑制保持罐31内的燃料气体的储藏量比规定的下限储藏量少的状态不变地继续燃料电池10的运行的处理。在燃料电池系统100的启动后，控制部101在燃料电池系统100的运行中按照预先决定的控制周期重复执行缺气处理，由此监视罐31内的燃料气体的储藏量。
在步骤S10中，储藏量检测部102将压力检测部37所检测的供给配管32中的燃料气体的压力取得为表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值。控制部101使用该测量值判定接下来的步骤S20～S30的停止处理可否执行。
在步骤S20中，控制部101对由储藏量检测部102检测到的测量值是否小于与罐31内的燃料气体的储藏量的预先决定的下限储藏量相当的阈值进行判定。在第一实施方式中，控制部101对由压力检测部37检测到的燃料气体的压力是否小于预先决定为与下限储藏量相当的阈值的下限压力进行判定。优选该下限压力是比预先通过实验等求出的罐31不产生恶化的罐31的内压的下限值大的值。在罐31决定了使用时的最低压力的情况下，优选下限压力是比该最低压力大的值。
在步骤S10检测到的测量值为阈值以上时，即在罐31内的燃料气体的压力为下限压力以上时，控制部101结束缺气处理，继续燃料电池10的运行。这是因为：此时，罐31内的燃料气体的储藏量为下限储藏量以上，预计燃料电池10能够继续通常的运行。
另一方面，在步骤S10中检测到的测量值小于阈值时，即在由压力检测部37检测的燃料气体的压力小于下限压力时，在步骤S30中，控制部101执行关闭主止阀33的闭阀处理。由此，控制部101使燃料气体供排系统20的供给部30停止燃料气体相对于燃料电池10的供给，使燃料电池10的运行停止。这是因为：此时，因罐31内的燃料气体的储藏量比下限储藏量少的缺气的产生而存在给燃料电池10的通常的运行产生障碍的可能性。此外，在本说明书中，“使燃料电池10的运行停止”是指使用于使燃料电池10输出目标输出电力的反应气体的供给控制结束。因此，燃料电池10的运行停止的状态包括利用供给停止后残留的反应气体继续燃料电池10的发电的状态。
此外，在第一实施方式中，控制部101在步骤S30中还使氧化剂气体供排系统60停止氧化剂气体相对于燃料电池10的供给。另外，控制部101可以通过未图示的车辆的指示器、显示器等报告部向用户报告因燃料气体的不足停止燃料电池10的运行的主旨。
通过执行步骤S20～S30中的停止处理，抑制在产生缺气、无法确保燃料气体的供给量的状态下继续燃料电池10的运行。因此，抑制因反应气体不足的状态的发电而对燃料电池10施加过度的负载，例如抑制因燃料气体不足产生的催化剂的恶化、燃料电池10的发电效率的降低引起的系统效率的降低等不良状况产生。
另外，在第一实施方式的缺气处理中，在检测到产生缺气的情况下，关闭主止阀33。由此，能够抑制罐31的燃料气体向供给配管32流出，抑制罐31的内压进一步降低。因此，抑制罐31的内压降低至罐31产生恶化的低压。
在步骤S20～S30的停止处理的执行后，控制部101还在步骤S40中通过蓄电量检测部88检测二次电池86的蓄电量。检测出的二次电池86的蓄电量在接下来的步骤S50～S60中的截断处理的可否执行的判定中使用。
在步骤S50中，控制部101对二次电池86的蓄电量是否小于预先决定的下限量亦即下限蓄电量进行判定。下限蓄电量是人为决定的蓄电量的下限的值，是与为了维持二次电池86的性能而物理地求出的极限值不同的概念的值。在第一实施方式中，下限蓄电量被决定为能够确保此后至补给燃料气体再次开始燃料电池10的运行为止的期间可确保预计在辅机类120中消耗的电力、如用于主止阀33的开阀的电力等的值。
在步骤S50中判定为二次电池86的蓄电量小于下限蓄电量的情况下，控制部101在步骤S60中利用连接部92截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接。由此，抑制残留在二次电池86的电力被辅机类120、外部负载200消耗。在步骤S60中，控制部101可以通过报告部向用户报告在补给燃料气体之前无法再次开始燃料电池10的运行。控制部101在截断处理的执行后结束缺气处理。此时，处于燃料电池10的运行也停止、来自二次电池86的电力供给也停止的状态，因而控制部101结束燃料电池系统100的运行。
在步骤S50中，在二次电池86的蓄电量为下限蓄电量以上的情况下，控制部101保持原状不变地结束缺气处理。此时，控制部101在燃料电池10的运行的一直停止的状态下执行相对于外部负载200、辅机类120继续二次电池86的电力供给的控制。在该控制的期间，车辆能够实现基于二次电池86的电力的行驶。控制部101可以在该控制的期间通过报告部向用户报告燃料电池10一直在发电的状态下利用二次电池86的电力继续系统100的运行。
此外，控制部101即便利用停止处理停止燃料气体相对于燃料电池10的供给，二次电池86的电力也向外部负载200、辅机类120供给，在继续燃料电池系统100的运行的期间继续重复执行缺气处理。该运行的持续执行中进行了燃料气体的补给使罐31内的燃料气体的储藏量变为下限储藏量以上的情况下，控制部101打开主止阀33，再次开始燃料气体相对于燃料电池10的供给。
图3B是表示在缺气处理中执行截断处理之后再次启动燃料电池系统100时执行的启动处理的流程的说明图。该启动处理在缺气处理中执行截断处理、结束燃料电池系统100的运行之后，在由用户执行了燃料电池系统100的启动操作时执行。该启动处理也可以不依赖用户的直接的操作，而在预先设定于控制部101的燃料电池系统100的启动时机到来时自动地执行。
步骤S70～S80是在检测到燃料气体相对于罐31的补给的情况下使二次电池86与辅机类120电连接的连接处理。在步骤S70中，控制部101在缺气处理中执行了截断处理之后对是否由补给检测部104检测到通过补给部50的补给配管52向罐31补给了燃料气体进行判定。在由补给检测部104检测到燃料气体向截断处理后的罐31的补给的情况下，控制部101在步骤S80中利用连接部92将二次电池86相对于辅机类120以及外部负载200电连接。
在上述的连接处理执行后，在步骤S90中，控制部101打开主止阀33，形成能够实现燃料气体从罐31向燃料电池10的供给的状态，开始燃料电池系统100的运行。另外，控制部101使燃料气体供排系统20与氧化剂气体供排系统60开始反应气体相对于燃料电池10的供给，开始燃料电池10的运行。
在步骤S70中，在不存在检测到燃料气体向罐31的补给的历史的情况下，控制部101直接结束启动处理。此时，不启动燃料电池系统100，不再次开始该运行。这样，在缺气处理中执行了截断处理的情况下，在通过补给部50的补给配管52向罐31补给燃料气体以前，燃料电池系统100持续无法启动的状态。
如以上那样，在第一实施方式的燃料电池系统100中，在缺气处理中执行了停止处理以及截断处理的情况下，截断二次电池86相对于负载的电连接，直至检测到燃料气体的补给为止。因此，在启动处理的步骤S90中，抑制包括用于使主止阀33开阀的二次电池86的电力在内的用于开始燃料电池10的运行的电力不足。因此，能够抑制如下情况：即在停止处理以及截断处理的执行后，尽管向罐31补给了燃料气体，但因二次电池86的电力不足，陷入无法再次开始燃料电池10的运行的状态。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，在缺气处理中执行了停止处理以及截断处理之后后的启动处理中，若向罐31补给了燃料气体，则通过连接处理恢复二次电池86与辅机类120的电连接。因此，能够抑制如下情况：即在燃料气体的补给后，由于无法从二次电池86向辅机类120供给电力使得主止阀33一直处于关闭状态等，从而陷入无法再次开始燃料电池10的运行的状态。
并且，根据第一实施方式的燃料电池系统100，在检测到罐31内的燃料气体的储藏量比下限储藏量少的缺气时，停止燃料气体相对于燃料电池10的供给，停止燃料电池10的运行。因此，抑制在燃料气体的供给量一直处于不足的状态下继续燃料电池10的运行，抑制因燃料气体不足引起的不良状况的产生。除此之外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，在罐31的内压比下限压力降低的缺气的状态下关闭主止阀33。因此，抑制罐31的内压比下限压力过度降低导致罐31恶化。
第二实施方式
图4是表示第二实施方式的缺气处理的流程的说明图。第二实施方式的燃料电池系统100的结构与在第一实施方式中说明过的结构大致相同。第二实施方式的缺气处理除了追加了步骤S52、S54、S56的点以外，与第一实施方式的缺气处理大致相同。
在第二实施方式的缺气处理中，控制部101与在第一实施方式中说明过的同样地执行步骤S10～S50的处理。此外，在第二实施方式中，在步骤S50中作为判定条件使用的下限蓄电量优选设定为预计因以下说明的确认处理的执行而消耗的电力的值。
在第二实施方式中，在步骤S50中判定为二次电池86的蓄电量小于下限蓄电量的情况下，控制部101在预先决定的操作接受期间的时间段内保留步骤S60的执行。操作接受期间是从在步骤S30关闭主止阀33之后起的预先决定的期间。控制部101在步骤S52中对在该操作接受期间内是否检测到成为确认处理的触发条件的用户的规定的操作进行判定。确认处理是打开主止阀33、由压力检测部37重新检测供给配管32中的燃料气体的压力，再次确认是否产生了缺气并重新判定停止处理可否执行的处理。在第二实施方式中，成为确认处理的触发条件的规定的用户的操作例如是指示燃料电池10的运行再次开始的操作。该操作可以为车辆的启动/停止的操作，也可以是指示罐31内的燃料气体的储藏量的确认的操作。
在步骤S52中，在上述的操作接受期间内检测到用户的规定的操作的情况下，控制部101在步骤S54中对执行了步骤S20～S30的停止处理之后是否已经执行了预先决定的次数的确认处理进行判定。在最初的停止处理的执行后执行确认处理的次数比预先决定的规定的次数少的情况下，控制部101如以下那样执行确认处理。
控制部101在步骤S56中打开主止阀33，重新执行从步骤S10起的处理。在步骤S10中，储藏量检测部102通过压力检测部37重新检测燃料气体的压力，更新表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值。在步骤S20中，控制部101对更新后的测量值和与下限储藏量相当的阈值亦即下限压力进行比较。在步骤S20中，在判定结果变更为更新后的测量值大于阈值亦即下限压力的情况下，控制部101结束缺气处理，再次开始燃料电池10的通常的运行。在步骤S20中，在判定为更新后的测量值小于阈值亦即下限压力的情况下，控制部101在步骤S30中再次关闭主止阀33。在执行了确认处理之后，在步骤S52中，在新检测到操作接受期间内的用户的规定的操作的情况下，若确认处理的执行次数比规定的次数少，则控制部101再次执行确认处理。
在步骤S52中，在操作接受期间内未检测到用户的规定的操作的情况下，控制部101在步骤S60中截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接，结束缺气处理。另外，在步骤S54中判定为确认处理的执行次数为规定的次数以上的情况下，控制部101也在步骤S60中截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接，结束缺气处理。这样，在执行了截断处理之后的燃料电池系统100的启动时，与在第一实施方式中说明过的同样，执行图3B所示的启动处理。
如以上那样，在第二实施方式的缺气处理中，在停止处理的执行后，在操作接受期间内，每当用户进行规定的操作，即重复执行预先决定的次数的、重新确认罐31内的燃料气体的储藏量再确认处理。因此，抑制如下情况：即因表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值的检测误差等导致主止阀33一直处于关闭状态，燃料电池10的运行一直处于停止状态。另外，确认处理的执行次数被限制为规定的次数，因而能够抑制如下情况：即无限制重复确认处理，二次电池86的电力被消耗至在燃料气体的补给后无法再次开始燃料电池10的运行的程度。除此之外，根据第二实施方式的燃料电池系统100以及该控制方法，能够起到与在上述的第一实施方式中说明过的同样的各种作用效果。
第三实施方式
图5是表示第三实施方式的启动处理的流程的说明图。第三实施方式的燃料电池系统100的结构与在第一实施方式中说明过的大致相同。在与在第二实施方式中说明过的同样的缺气处理中执行了停止处理以及截断处理之后，在启动燃料电池系统100时执行第三实施方式的启动处理。在第三实施方式的启动处理中，除了步骤S70～S80中的连接处理的执行后的处理不同的点以外，与在第一实施方式中说明过的图3B所示的启动处理大致相同。
控制部101在步骤S80中将二次电池86与外部负载200以及辅机类120电连接之后，在步骤S81中打开主止阀33。此外，在该阶段中，燃料气体供排系统20的供给装置36以及氧化剂气体供排系统60的驱动保持停止的状态不变，未再次开始燃料电池10的运行。
在步骤S82中，储藏量检测部102将在由压力检测部37检测的主止阀33打开之后的供给配管32的压力取得为表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值。在步骤S83中，控制部101对在步骤S82中检测出的测量值是否小于预先决定的允许值进行判定。该允许值是大于与在步骤S20中使用的下限储藏量相当的阈值的值。该允许值是决定为表示在燃料电池10的运行再次开始后可预计燃料电池10持续运行某程度的时间以上的燃料气体的储藏量的值的值。
在由步骤S82检测到的测量值为允许值以上的状态的情况下，在步骤S91中，控制部101开始燃料气体相对于燃料电池10的供给，开始燃料电池10的运行。在由步骤S82检测到的测量值小于允许值的情况下，控制部101在步骤S88中再次关闭主止阀33禁止燃料气体相对于燃料电池10的供给开始。另外，控制部101利用连接部92截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接。由此，禁止燃料电池10的运行开始，燃料电池系统100进入等待燃料气体相对于罐31的补给的等待状态。此后，在由用户进行了燃料电池系统100的启动操作的情况下或预先设定的燃料电池系统100的启动时机到来时，再次执行该启动处理。
如以上那样，根据第三实施方式的燃料电池系统100，在缺气处理中的截断处理执行后，即便检测到燃料气体相对于罐31的补给，在该补给量不充足的情况下，也禁止燃料电池10的运行。因此，抑制如下情况：即由于燃料气体的储藏量不充足致使在短时间内燃料电池10停止运行，陷入反而使二次电池86的蓄电量降低的结果。另外，根据第三实施方式的燃料电池系统100，即便在截断处理执行后检测到燃料气体相对于罐31的补给，在因主止阀33的故障等导致燃料气体不从罐31充分流出至供给配管32的情况下，也禁止燃料电池10的运行开始。因此，抑制尚处于无法顺利地进行燃料气体向燃料电池10的供给的状态下却开始了燃料电池10的运行。除此之外，根据第三实施方式的燃料电池系统100及其控制方法，能够起到与在上述的第一实施方式以及第二实施方式中说明过的各种作用效果。
第四实施方式
图6是表示第四实施方式的启动处理的流程的说明图。第四实施方式的燃料电池系统100的结构与在第一实施方式中说明过的大致相同。在与第二实施方式中说明过的同样的缺气处理中执行了停止处理以及截断处理之后，在启动燃料电池系统100时执行第四实施方式的启动处理。第四实施方式的启动处理除了追加了步骤S85、S86的处理的点以外，与第三实施方式的启动处理大致相同。
在第四实施方式的启动处理中，在步骤S83中判定为在步骤S82中检测出的测量值为允许值以上的情况下，控制部101还在步骤S85、S86中执行针对二次电池86的蓄电量的判定。在步骤S85中，控制部101利用蓄电量检测部88检测当前的二次电池86的蓄电量。接着，在步骤S86中，控制部101对在步骤S85中检测出的蓄电量是否小于预先决定的蓄电量阈值进行判定。该蓄电量阈值是预先决定为能够允许燃料电池10的运行的再次开始的二次电池86的最小限度的蓄电量的值，是小于在步骤S50中使用的下限蓄电量的值。
在步骤S85中检测出的蓄电量为蓄电量阈值以上的情况下，控制部101在步骤S91中，开始燃料气体相对于燃料电池10的供给，开始燃料电池10的运行。在步骤S85中检测出的蓄电量小于蓄电量阈值的情况下，在步骤S88中，控制部101再次关闭主止阀33，禁止燃料气体相对于燃料电池10的供给开始。另外，控制部101利用连接部92截断二次电池86与辅机类120以及外部负载200的电连接。由此，禁止燃料电池10的运行的开始，直至进行相对于二次电池86的充电作业为止。
如以上那样，根据第四实施方式的启动处理，在缺气处理中的截断处理执行后，即便处于能够相对于燃料电池10供给燃料气体的状态，在二次电池86的蓄电量不充足的情况下，也禁止燃料电池10的运行的再次开始。因此，抑制如下情况：即在燃料电池10的运行再次开始后，很快地出现二次电池86的蓄电量不足而无法实现向辅机类120的电力供给，无法继续燃料电池10的运行。另外，抑制因二次电池86的蓄电量成为0导致二次电池86的性能降低。除此之外，根据第四实施方式的燃料电池系统100及其控制方法，能够起到在上述的各实施方式中说明过的各种作用效果。
其它实施方式
在上述的各实施方式中说明过的各种结构例如能够如以下那样进行改变。以下说明的其他实施方式均与上述的各实施方式同样，定位成用于实施本公开的技术的形态的一个例子。
其他实施方式1
在上述的各实施方式的缺气处理中，可以省略步骤S30中的关闭主止阀33的闭阀处理。在步骤S30中，为了使燃料气体相对于燃料电池10的供给停止，控制部101可以仅停止供给装置36的驱动。
其它实施方式2
储藏量检测部102可以使用已知的罐31的容量、压力检测部37的检测结果、温度测量部316计算表示当前的罐31中的燃料气体的储藏量的测量值。另外，储藏量检测部102可以利用使用压力检测部37的供给配管32的压力的测量结果的方法以外的方法检测表示罐31中的燃料气体的储藏量的测量值。储藏量检测部102例如可以通过根据累计燃料气体补给至罐31之后的燃料电池10的输出电力所得的值计算燃料气体的消耗量的推断值来检测表示罐31内的燃料气体的储藏量的测量值。
其他实施方式3
在上述的各实施方式的燃料电池系统100中，二次电池86可以构成为不相对于外部负载200供给电力。
其他实施方式4
在上述的第三实施方式以及第四实施方式的燃料电池系统100中，可以执行在第一实施方式中说明过的缺气处理来代替在第二实施方式中说明过的缺气处理。另外，在上述的第四实施方式的启动处理中，可以省略步骤S82、S83的处理。
其他实施方式5
在上述的各实施方式中，在缺气处理中执行了截断处理之后，控制部101可以不在燃料电池系统100的启动时、而在检测到通过补给配管52向罐31开始燃料气体的补给时执行连接处理。
其他实施方式6
在上述的各实施方式中，燃料电池系统100可以未搭载于车辆。燃料电池系统100例如也可以作为电源设置于大厦等固定的设施。另外，在上述的各实施方式中，车辆也可以具备与执行缺气处理的控制部101独立地执行车辆的运行控制的上位的控制部。
其他
在上述实施方式中，通过软件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过硬件实现。另外，通过硬件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以也可以通过软件实现。作为硬件，例如能够使用集成电路、分立电路或者组合上述电路的电路模块等各种电路。
本公开的技术并不局限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围中以各种结构实现。例如，与发明的概要栏中记载的各形态中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，并不局限于该技术特征在本说明书中说明为不必须，只要该技术特征在本说明书中未说明为必须，就能够适当地删除。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池，构成为接受燃料气体与氧化剂气体的供给进行发电；
辅机类，在上述燃料电池的运行中使用；
罐，构成为储藏上述燃料气体，上述罐将储藏于上述罐的上述燃料气体通过供给配管供给至上述燃料电池，通过补给配管向上述罐补给上述燃料气体；
储藏量检测部，构成为检测表示上述罐内的上述燃料气体的储藏量的测量值；
二次电池，构成为向上述辅机类供给电力；
蓄电量检测部，构成为检测上述二次电池的蓄电量，
补给检测部，构成为检测通过上述补给配管的上述燃料气体向上述罐的补给；以及
控制部，构成为控制上述燃料电池的运行和电力从上述二次电池向上述辅机类的供给，
其中，对于上述控制部而言，
在由上述储藏量检测部检测出的上述测量值小于与上述罐内的上述燃料气体的预先决定的下限储藏量相当的阈值的情况下，执行使上述燃料气体从上述罐相对于上述燃料电池的供给停止的停止处理，
在执行了上述停止处理的情况下，在上述二次电池内的上述蓄电量小于预先决定的下限蓄电量的情况下，执行截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接的截断处理，
在上述截断处理的执行后，在由上述补给检测部检测到上述燃料气体向上述罐的补给之后，执行使上述二次电池与上述辅机类电连接的连接处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
压力检测部，构成为设置于上述供给配管，检测从上述罐向上述供给配管流出的上述燃料气体的压力，
其中，上述辅机类包括主止阀，该主止阀构成为设置于上述供给配管，在上述控制部的控制下进行开闭，控制上述燃料气体从上述罐向上述供给配管的流出，
上述储藏量检测部将由上述压力检测部检测的上述燃料气体的压力取得为上述测量值，
上述停止处理是在上述储藏量检测部所取得的上述燃料气体的压力小于上述阈值亦即预先决定的下限压力的情况下，关闭上述主止阀来停止上述燃料气体相对于上述燃料电池的供给的处理。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述控制部在上述停止处理的执行后根据用户的操作执行预先决定的次数的确认处理，在该确认处理中，打开上述主止阀，利用上述压力检测部重新检测上述燃料气体的压力，并再次重新判定可否执行上述停止处理。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在上述连接处理之后，当由上述储藏量检测部检测的上述测量值小于比上述阈值大的预先决定的允许值的情况下，上述控制部截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接，禁止上述燃料电池的运行。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在上述连接处理之后，当上述二次电池的上述蓄电量小于比上述下限蓄电量小的预先决定的蓄电量阈值的情况下，上述控制部再次截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接，禁止上述燃料电池的运行。
6.一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，构成为接受储藏于罐的燃料气体的供给来进行发电；二次电池，构成为向在上述燃料电池的运行中使用的辅机类供给电力，
所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，包括如下步骤：
检测表示上述罐内的燃料气体的储藏量的测量值；
检测上述二次电池内的蓄电量；
在上述测量值小于与上述燃料气体的预先决定的下限储藏量相当的阈值的情况下，执行使上述燃料气体相对于上述燃料电池的供给停止的停止处理；
在执行了上述停止处理的情况下，在上述二次电池内的蓄电量小于预先决定的下限蓄电量的情况下，执行截断上述二次电池与上述辅机类之间的电连接的截断处理；以及
在上述截断处理的执行后，在检测到上述燃料气体向上述罐的补给之后，执行使上述二次电池与上述辅机类电连接的连接处理。
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