CN112103537A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统(1)具备第1燃料电池(4a)、第2燃料电池(4b)、第1电压检测装置(Va)及第2电压检测装置(Vb)、以及控制装置(3)。上述第1电压检测装置检测平均每N块上述第1燃料电池(4a)的第1单电池(4a2)的电压，上述第2电压检测装置(Vb)检测上述第2燃料电池(4b)整体的电压、或者比上述N块多的平均每M块上述第2燃料电池(4b)的第2单电池(4b2)的电压，在能够视为上述第1燃料电池(4a)与上述第2燃料电池(4b)的状态近似的规定条件成立的情况下，上述控制装置(3)基于上述第1电压检测装置(Va)的检测结果，判定任意一个上述第2单电池(4b2)是否处于燃料缺乏状态。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
在层叠多块单电池而成的燃料电池中，存在没有向一部分的单电池充分地供给燃料气体而变为燃料缺乏的状态，从而该单电池的电压降低并且燃料电池整体的发电效率降低的情况(例如参照日本特开2006-049259)。
另外，为了控制该燃料电池而在燃料电池安装有检测燃料电池的电压的电压检测装置。为了使用这样的电压检测装置来高精度地判定任意一个单电池是否处于燃料缺乏状态，优选电压检测装置检测每一块单电池的电压。
这里，电压检测装置越以较少块数为单位检测单电池的电压，制造成本越高，而检测每块单电池的电压这一情况与检测每多块单电池的电压的情况、仅检测燃料电池整体的电压的情况相比，制造成本变得更高。另外，在具备多块燃料电池的燃料电池系统中，为了对燃料电池的每一个高精度地判定任意一个单电池是否为燃料缺乏状态，优选在多块燃料电池分别安装这样的制造成本较高的电压检测装置，但燃料电池系统的制造成本增大。
发明内容
本发明提供一种减少制造成本并且抑制燃料缺乏状态的判定精度的降低的燃料电池系统。
本发明的一个形态所涉及的燃料电池系统具备：第1燃料电池，被供给燃料气体和氧化剂气体，并层叠有多块第1单电池；第2燃料电池，被供给燃料气体和氧化剂气体，并层叠有多块第2单电池；第1电压检测装置，安装于上述第1燃料电池；第2电压检测装置，安装于上述第2燃料电池；以及控制装置，基于上述第1电压检测装置的检测结果，控制上述第1燃料电池，并基于上述第2电压检测装置的检测结果，控制上述第2燃料电池。上述第1单电池包括第1电解质膜、设置于上述第1电解质膜的第一面的第1阳极催化剂层、以及设置于上述第1电解质膜的第二面的第1阴极催化剂层，上述第2单电池包括第2电解质膜、设置于上述第2电解质膜的第一面的第2阳极催化剂层、以及设置于上述第2电解质膜的第二面的第2阴极催化剂层，上述第1电解质膜与上述第2电解质膜的材料相同，厚度大致相同，上述第1阳极催化剂层与上述第2阳极催化剂层的材料相同，每单位面积的量也大致相同，上述第1阴极催化剂层与上述第2阴极催化剂层的材料相同，每单位面积的量也大致相同，上述第1电压检测装置构成为检测平均每N块上述第1单电池的电压，上述第2电压检测装置构成为检测上述第2燃料电池整体的电压、或者比上述N块多的平均每M块上述第2单电池的电压，上述控制装置构成为：在能够视为上述第1燃料电池与上述第2燃料电池的状态近似的规定条件成立的情况下，基于上述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个上述第2单电池是否处于燃料缺乏状态。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括上述第1燃料电池的温度与上述第2燃料电池的温度的差值不足规定值。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括向上述第1燃料电池供给的燃料气体的化学计量比与向上述第2燃料电池供给的燃料气体的化学计量比的差值不足规定值。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括供燃料气体在上述第1燃料电池内流动的第1燃料气体流路内的压力与供燃料气体在上述第2燃料电池内流动的第2燃料气体流路内的压力的差值不足规定值。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括向上述第1燃料电池供给的氧化剂气体的化学计量比与向上述第2燃料电池供给的氧化剂气体的化学计量比的差值不足规定值。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括在上述第1燃料电池内流动的冷却水的流量与在上述第2燃料电池内流动的冷却水的流量的差值不足规定值。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述规定条件包括上述第1单电池的输出电流密度与上述第2单电池的输出电流密度的差值不足规定值。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：在判定为任意一个上述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，对上述第2燃料电池执行用于消除燃料缺乏状态的消除处理。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：基于上述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个上述第1单电池是否处于燃料缺乏状态。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：在判定为任意一个上述第1单电池处于燃料缺乏状态的情况下，对上述第1燃料电池执行用于消除燃料缺乏状态的消除处理。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：在判定为任意一个上述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，在对上述第1燃料电池执行上述消除处理之前，对上述第2燃料电池执行上述消除处理。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：在与上述第2燃料电池的电压关联的电压参数表示上述第2燃料电池的电压不足规定的阈值的情况、和与上述第2燃料电池的温度关联的温度参数表示上述第2燃料电池的温度不足规定的阈值的情况中的至少任意一种情况下，在判定任意一个上述第1单电池是否处于燃料缺乏状态之前，判定任意一个上述第2单电池是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个上述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，在对上述第1燃料电池执行上述消除处理之前，对上述第2燃料电池执行上述消除处理。
也可以构成为，在上述燃料电池系统的基础上，上述控制装置构成为：在上述规定条件不成立，但表示任意一个上述第2单电池比任意一个上述第1单电池更容易产生燃料缺乏状态的状态的条件成立的情况下，基于上述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个上述第2单电池是否处于燃料缺乏状态。
也可以构成为：在上述燃料电池系统的基础上，上述第1单电池与上述第2单电池是相同的部件。
本发明能够提供减少制造成本并且抑制燃料缺乏状态的判定精度的降低的燃料电池系统。
以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件
附图说明
图1是搭载于车辆的燃料电池系统的结构图。
图2A是电压传感器的说明图。
图2B是电压传感器的另一说明图。
图3A是单电池的示意性的局部剖视图。
图3B是单电池的另一示意性的局部剖视图。
图4是表示本实施例的燃料缺乏判定控制的一个例子的流程图。
图5是表示燃料缺乏判定控制的第1变形例的流程图。
图6是表示燃料缺乏判定控制的第2变形例的流程图。
图7是表示燃料缺乏判定控制的第3变形例的流程图。
图8是表示燃料缺乏判定控制的第4变形例的流程图。
图9是表示燃料缺乏判定控制的第5变形例的流程图。
图10A是电压传感器的第1变形例的说明图。
图10B是电压传感器的第1变形例的另一说明图。
图11A是电压传感器的第2变形例的说明图。
图11B是电压传感器的第2变形例的另一说明图。
具体实施方式
燃料电池系统的概略结构
图1是搭载于车辆的燃料电池系统1的结构图。燃料电池系统1包括ECU(Electronic Control Unit-电子控制单元)3(控制装置)、燃料电池(以下，称为FC)4a(第1燃料电池)及燃料电池4b(第2燃料电池)、充电电池(以下，称为BAT)8a及8b、氧化剂气体供给系统10a及10b、燃料气体供给系统20a及20b、电力控制系统30a及30b、以及冷却系统40a及40b。另外，在车辆具备行驶用的马达50、车轮5、以及加速器开度传感器6。
FC4a和4b是接受燃料气体和氧化剂气体的供给来发电的燃料电池。FC4a和4b分别层叠多个固体高分子电解质型的单电池。在FC4a和4b内分别形成有供氧化剂气体流动的阴极流路4aC及4bC、和供燃料气体流动的阳极流路4aA及4bA。单电池包括膜电极气体扩散层接合体(以下，称为MEGA(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly))、和夹持该膜电极气体扩散层接合体的一对隔板。阳极流路4aA包括贯通多个单电池的隔板的阳极入口歧管及阳极出口歧管、和配置于在各单电池设置的MEGA的阳极侧的隔板与MEGA之间的空间。阴极流路4aC包括贯通多个单电池的隔板的阴极入口歧管及阴极出口歧管、和配置于在各单电池设置的MEGA的阴极侧的隔板与MEGA之间的空间。FC4a和4b分别是第1和第2燃料电池的一个例子。
氧化剂气体供给系统10a和10b分别将包括氧在内的空气作为氧化剂气体向FC4a和4b供给。具体而言，氧化剂气体供给系统10a和10b分别包括供给管11a及11b、排出管12a及12b、旁通管13a及13b、空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、中间冷却器16a及16b、以及背压阀17a及17b。
供给管11a及11b分别与FC4a及4b的阴极入口歧管连接。排出管12a及12b分别与FC4a及4b的阴极出口歧管连接。旁通管13a将供给管11a与排出管12a连通，同样，旁通管13b也将供给管11b与排出管12b连通。旁通阀15a设置于供给管11a与旁通管13a的连接部分，同样，旁通阀15b设置于供给管11b与旁通管13b的连接部分。旁通阀15a切换供给管11a与旁通管13a的连通状态，同样，旁通阀15b切换供给管11b与旁通管13b的连通状态。空气压缩机14a、旁通阀15a以及中间冷却器16a在供给管11a上从上游侧依次配置。背压阀17a配置在排出管12a上，并且配置于比排出管12a与旁通管13a的连接部分靠上游侧的位置。同样，空气压缩机14b、旁通阀15b以及中间冷却器16b在供给管11b上从上游侧依次配置。背压阀17b配置在排出管12b上，并且配置于比排出管12b与旁通管13b的连接部分靠上游侧的位置。
空气压缩机14a及14b分别将包括氧在内的空气作为氧化剂气体经由供给管11a及11b向FC4a及4b供给。供给至FC4a及4b的氧化剂气体在FC4a及4b内通过与燃料气体的化学反应而产生电后，分别经由排出管12a及12b排出。中间冷却器16a及16b分别将向FC4a及4b供给的氧化剂气体冷却。背压阀17a及17b分别调整FC4a及4b的阴极侧的背压。
燃料气体供给系统20a及20b分别将氢气作为燃料气体向FC4a及4b供给。具体而言，燃料气体供给系统20a及20b分别包括罐20Ta及20Tb、供给管21a及21b、排出管22a及22b、压力传感器Pa及Pb、循环管23a及23b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、喷射器(以下，称为INJ)26a及26b、气液分离器27a及27b、排水阀28a及28b、以及氢循环泵(以下，称为HP)29a及29b。
罐20Ta与FC4a的阳极入口歧管通过供给管21a连接。同样，罐20Tb与FC4b的阳极入口歧管通过供给管21b连接。在罐20Ta及20Tb存积有作为燃料气体的氢气。排出管22a及22b的一端分别与FC4a及4b的阳极出口歧管连接，排出管22a及22b的另一端分别与氧化剂气体供给系统10a及10b的排出管12a及12b连接。循环管23a及23b分别将气液分离器27a及27b与供给管21a及21b连通。罐阀24a、调压阀25a以及INJ26a从供给管21a的上游侧依次配置。在罐阀24a打开的状态下，调整调压阀25a的开度，从而INJ26a喷射燃料气体。由此，向FC4a供给燃料气体。罐阀24a、调压阀25a以及INJ26a的驱动由ECU3控制。对于罐阀24b、调压阀25b以及INJ26b，也相同。
在排出管22a从上游侧依次配置有压力传感器Pa、气液分离器27a以及排水阀28a。压力传感器Pa设置于FC4a的阳极出口歧管附近，检测FC4a的阳极流路4aA的出口侧处的压力。气液分离器27a从燃料气体中分离并存积水分，上述燃料气体从FC4a排出。通过打开排水阀28a，从而将存积于气液分离器27a的水经由排出管22a及12a向燃料电池系统1的外部排出。排水阀28a的驱动由ECU3控制。对于压力传感器Pb，也相同，设置于FC4b的阳极出口歧管附近，检测FC4b的阳极流路4bA的出口侧处的压力。对于气液分离器27b和排水阀28b，也与气液分离器27a和排水阀28a相同。
循环管23a是用于使燃料气体向FC4a回流的配管，上游侧的端部与气液分离器27a连接，并配置有HP29a。从FC4a排出的燃料气体被HP29a适度地加压，并导向供给管21a。HP29a的驱动由ECU3控制。对于循环管23b和HP29b，也相同。
冷却系统40a及40b分别通过使冷却水经由规定的路径循环而将FC4a及4b冷却。冷却系统40a及40b分别包括供给管41a及41b、排出管42a及42b、旁通管43a及43b、散热器44a及44b、旁通阀45a及45b、水泵(以下，称为WP)46a及46b、以及温度传感器Ta及Tb。
供给管41a与FC4a的冷却水入口歧管连接。排出管42a与FC4a的冷却水出口歧管连接。旁通管43a将供给管41a与排出管42a连通。旁通阀45a设置于供给管41a与旁通管43a的连接部分。旁通阀45a切换供给管41a与旁通管43a的连通状态。散热器44a与供给管41a及排出管42a连接。旁通阀45a和WP46a在供给管41a上从上游侧依次配置。WP46a使作为制冷剂的冷却水经由供给管41a及排出管42a在FC4a与散热器44a之间循环。散热器44a通过将从FC4a排出的冷却水与外部空气进行热交换而进行冷却。旁通阀45a和WP46a的驱动由ECU3控制。温度传感器Ta设置于排出管42a上，检测从FC4a排出的冷却水的温度，ECU3取得其检测结果。对于冷却系统40b的供给管41b、排出管42b、旁通管43b、散热器44b、旁通阀45b、WP46b以及温度传感器Tb，也与冷却系统40a相同。
电力控制系统30a和30b分别包括燃料电池DC/DC转换器(以下，称为FDC)32a及32b、电池DC/DC转换器(以下，称为BDC)34a及34b、辅机变频器(以下，称为AINV)39a及39b、电压传感器Va(第1电压检测装置)及电压传感器Vb(第2电压检测装置)、以及电流传感器Aa及Ab。另外，电力控制系统30a及30b共享与马达50连接的马达变频器(以下，称为MINV)38。FDC32a及32b分别调整来自FC4a及4b的直流电力并向MINV38输出。BDC34a及34b分别调整来自BAT8a及8b的直流电力并向MINV38输出。FC4a及4b的发电电力能够分别向BAT8a及8b蓄电。MINV38将所输入的直流电力转换为三相交流电力并向马达50供给。马达50驱动车轮5来使车辆行驶。
FC4a和BAT8a的电力能够经由AINV39a向马达50以外的负载装置供给。同样，FC4b和BAT8b的电力能够经由AINV39b向负载装置供给。这里，负载装置包括FC4a及4b用的辅机、和车辆用的辅机。FC4a及4b用的辅机包括上述的空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、背压阀17a及17b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、INJ26a及26b、排水阀28a及28b、以及HP29a及29b。车辆用的辅机例如包括空调装置、照明装置、警示灯等。
电流传感器Aa和电压传感器Va安装于FC4a，电流传感器Ab和电压传感器Vb安装于FC4b。电流传感器Aa及Ab分别检测FC4a及4b的输出电流，ECU3取得其检测结果。电压传感器Va检测FC4a的每块单电池的电压，ECU3取得其检测结果。电压传感器Vb检测FC4b整体的电压，ECU3取得其检测结果。电流传感器Aa及电压传感器Va、电流传感器Ab及电压传感器Vb分别用于控制FC4a及4b的运转。例如，ECU3基于电流传感器Aa和电压传感器Va，取得FC4a的电流电压特性，参照FC4a的电流电压特性，以FC4a的实际的输出与向FC4a的请求输出一致的方式设定FC4a的目标电流值，并通过控制FDC32a而将FC4a的扫描电流值控制在目标电流值。此外，电压传感器Va检测FC4a的每块单电池的电压，但ECU3通过将各单电池的电压相加而计算FC4a整体的电压，并基于该FC4a整体的电压取得FC4a的电流电压特性。同样，ECU3基于电流传感器Ab和电压传感器Vb，根据FC4b的输出电流与输出电压的关系取得FC4b的电流电压特性，参照FC4b的电流电压特性，以FC4b的实际的输出与向FC4b的请求输出一致的方式设定FC4b的目标电流值，并通过控制FDC32b而将FC4b的扫描电流值控制在目标电流值。这样，ECU3基于电压传感器Va和Vb的检测结果，分别控制FC4a和4b。电压传感器Va和Vb分别是第1和第2电压检测装置的一个例子，详细情况进行后述。
ECU3包括CPU(Central Processing Unit-中央处理器)、ROM(Read Only Memory-只读存储器)、RAM(Random Access Memory-随机存储器)。ECU3电连接有加速器开度传感器6、点火开关7、空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、背压阀17a及17b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、INJ26a及26b、排水阀28a及28b、FDC32a及32b、以及BDC34a及34b。ECU3基于加速器开度传感器6的检测值、上述的车辆用的辅机和FC4a及4b用的辅机的驱动状态、BAT8a及8b的蓄电电力等，计算向FC4a和4b整体的请求输出P。另外，ECU3根据请求输出P，控制FC4a和4b用的辅机等，从而控制FC4a与4b的合计的发电电力。此外，请求输出P是向由多块燃料电池构成的燃料电池单元请求的输出，不包括向BAT8a和8b等燃料电池以外的装置请求的输出。
电压传感器Va和Vb
图2A和图2B是电压传感器Va和Vb的说明图。首先对FC4a和4b进行说明。FC4a具有将多个单电池4a2(第1单电池)层叠而成的层叠体4a1。在层叠体4a1的一端从层叠体4a1侧依次层叠未图示的接线板、绝缘体、端板，在另一端也相同，从层叠体4a1侧依次层叠接线板、绝缘体、端板，FC4a包括这些部件。同样，FC4b具有将多个单电池4b2(第2单电池)层叠而成的层叠体4b1，还具有两块接线板、两块绝缘体、以及两块端板。单电池4a2与单电池4b2相同。另外，单电池4a2的合计层叠块数也与单电池4b2相同。
电压传感器Va针对FC4a的所有的单电池4a21检测每一块的电压。即，电压传感器Va的检测通道数与单电池4a2的合计层叠块数一致。与此相对地，电压传感器Vb检测层叠体4b1整体即FC4b整体的电压。因此，电压传感器Vb的检测通道数是1。这样，电压传感器Vb与电压传感器Va相比，检测通道数较少，因此电压传感器Vb与电压传感器Va相比，制造成本较低。因此，与对于FC4b也与FC4a相同地设置检测每一块单电池4b2的电压的电压传感器的情况相比，本实施例的燃料电池系统1减少了制造成本。
单电池4a2和4b2
图3A和图3B分别是单电池4a2和4b2的示意性的局部剖视图。如图3A所示，单电池4a2具有膜电极气体扩散层接合体410(以下，称为MEGA(Membrane Electrode Gasdiffusion layer Assembly))、和夹持MEGA410的阳极隔板(以下，称为隔板)420及阴极隔板(以下，称为隔板)440。MEGA410具有扩散层416a及416c、和MEA411。MEA411包括电解质膜412、和分别形成于电解质膜412的一个面(第一面)及另一面(第二面)的阳极催化剂层414a及阴极催化剂层414c。电解质膜412是在湿润状态示出良好的质子传导性的固体高分子薄膜，例如是氟类离子交换膜。催化剂层414a和414c例如通过将包括担载白金(Pt)等的碳载体、和具有质子传导性的离聚物在内的催化剂墨涂覆于电解质膜412而形成。扩散层416a和416c由具有透气性和导电性的材料例如碳纤维、石墨纤维等多孔质的纤维基材形成。扩散层416a和416c分别与催化剂层414a和414c接合。
在隔板420和440形成有用于将燃料气体、氧化剂气体以及冷却水导入和排出的多个歧管。另外，在隔板420和440分别里外一体地设置有多个槽，扩散层416a侧的隔板420的槽划定阳极流路4aA的一部分，扩散层416c侧的隔板440的槽划定阴极流路4aC的一部分。另外，与扩散层416a相反的一侧的隔板420的槽、和与扩散层416c相反的一侧的隔板440的槽划定冷却水流路的一部分。
如图3B所示，单电池4b2是与单电池4a2相同的部件，即单电池4b2与单电池4a2分别由相同的部件构成。因此对于各部件，也标注了相同的附图标记。即，单电池4a2和4b2的电解质膜412的材料、厚度以及平面方向的大小相同。另外，催化剂层414a的材料、每单位面积的量以及平面方向的大小相同。催化剂层414c的材料、每单位面积的量以及平面方向的大小也相同。另外，扩散层416a的材料、厚度、形状以及平面方向的大小也相同。扩散层416c的材料、厚度、形状以及平面方向的大小也相同。隔板420的材料、形状以及大小也相同。隔板440的材料、形状以及大小也相同。即，能够视为单电池4a2和4b2具有相同的输出性能。
燃料缺乏状态
接下来，对燃料缺乏状态进行说明。例如，即使从INJ26a向FC4a供给燃料气体，也可能成为没有向任意一个单电池4a2充分地供给燃料气体的燃料缺乏状态。例如，在由发电反应产生的液体水滞留于阳极流路4aA内，从而燃料气体没有充分地供给至一部分的单电池4a2的至少一部分的发电区域的情况下，变为燃料缺乏状态。另外，例如当在燃料电池系统1的停止中，外部气温降低，从而残留于FC4a的阳极流路4aA内的液体水冻结，即使在燃料电池系统1的启动后，因冻结的冰燃料气体没有充分地供给至一部分的单电池4a2的至少一部分的发电区域的情况下，该单电池4a2变为燃料缺乏状态。变为了燃料缺乏状态的单电池4a2的电压比本来预定好的电压降低，从而发电效率降低。并且，若燃料缺乏状态持续，则担载该单电池4a2的阳极催化剂的碳、担载阴极催化剂的碳进行氧化腐蚀，从而阳极催化剂和阴极催化剂溶出，发电性能有可能降低。这里，在向单电池4a2供给的氧化剂气体缺乏的情况下，发电性能仅暂时降低，但若如上述那样燃料气体缺乏，则以后的发电性能有可能永久地降低，因此需要比氧化剂不足更适当地进行检测。对于FC4b的单电池4b2，可以考虑由于相同原理变为燃料缺乏状态的情况，从而可能产生相同的问题。
因此，在本实施例中，ECU3基于电压传感器Va检测各单电池4a2的电压，并基于该检测结果，判定FC4a中的任意一个单电池4a2是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个单电池4a2处于燃料缺乏状态的情况下，对FC4a执行用于消除燃料缺乏状态的消除处理。如上述那样安装于FC4a的电压传感器Va检测多个单电池4a2的每一块的电压，因此能够高精度地检测任意一个单电池4a2的电压的降低，从而能够高精度地判定是否为燃料缺乏状态。
如上述那样在FC4b的单电池4b2也可能相同地引起燃料缺乏状态，但安装于FC4b的电压传感器Vb检测FC4b整体的电压，因此即使任意一个单电池4b2变为燃料缺乏状态从而电压降低，该单电池4b2的电压的降低的量也不会充分地反映到层叠体4b1整体的电压。因此基于电压传感器Vb的检测结果高精度地判定任意一个单电池4b2是否为燃料缺乏状态较为困难。在本实施例中，ECU3执行不基于电压传感器Vb而是基于电压传感器Va的检测结果，判定任意一个单电池4b2是否为燃料缺乏状态的燃料缺乏判定控制。
燃料缺乏判定控制
图4是表示本实施例的燃料缺乏判定控制的一个例子的流程图。反复执行本控制。首先ECU3基于电压传感器Va的检测结果，判定单电池4a2的各电压中的最小值Vamin是否不足阈值α(步骤S1)。阈值α是能够视为单电池4a2处于燃料缺乏状态的电压值，是比发电中的FC4a在正常运转状态下单电池4a2的电压没有被积极地控制在其电压值的电压的下限值小的值。
阈值α例如是0.1V，但并不限定于此。阈值α例如为-0.2V以上且不足0.2V即可，优选为0V以上且不足0.15V。阈值α为-0.2V以上的理由是因为：若单电池4a2的电压变为-0.2V以下，则单电池4a2的阳极催化剂、阴极催化剂的溶出大幅度地进行，从而以后的单电池4a2的发电性能有可能降低。优选阈值α为0V以上的理由是因为：在作为燃料缺乏状态的单电池4a2的电压达到负电压之前，通过执行后述的消除燃料缺乏状态的消除处理，从而能够抑制发电效率的降低。阈值α不足0.2V的理由是因为：若为比如上述那样预先设定好的单电池4a2的电压的下限值大的值，则无论是否为正常状态，都有可能判定为单电池4a2的任意一个处于燃料缺乏状态。优选阈值α不足0.15V的理由是因为：液体水在阳极流路4aA内暂时滞留，从而任意一个单电池4a2的电压降低并暂时成为燃料缺乏状态，但根据FC4a的运转状态的变化，也存在将滞留的液体水立即排出从而立即消除燃料缺乏状态的情况。
当在步骤S1中为否的情况下，视为FC4a中的所有单电池4a2都不是燃料缺乏状态的情况，结束本控制。当在步骤S1中为是的情况下，ECU3判定为FC4a的某单电池4a2处于燃料缺乏状态，并对FC4a执行消除燃料缺乏状态的消除处理(步骤S2)。即，换言之，最小值Vamin不足阈值α表示任意一个单电池的电压的降低程度大到能够视为在该单电池4a2产生了燃料缺乏状态。
消除处理
对FC4a的消除处理有从FC4a促进液体水的排出的排水促进处理、和使FC4a升温的升温处理。
排水促进处理是通过促进滞留于阳极流路4aA内的液体水的排出而消除以液体水在阳极流路4aA内的滞留为原因的燃料缺乏状态的处理。FC4a的排水促进处理例如是以下处理中的至少一个，
(a)与通常运转状态相比使INJ26a的开阀时间增大的处理；
(b)与通常运转状态相比使HP29a的旋转速度增大的处理。
通过上述的(a)的处理，从INJ26a喷射的燃料气体的压力增大，从而能够促进滞留于阳极流路4aA内的液体水的排出。上述的(a)的处理能够通过使开阀时间相对于作为INJ26a的开阀时间与闭阀时间的合计的整体时间之比比通常运转状态增大来实现。另外，通过上述的(b)的处理，在阳极流路4aA中循环的燃料气体的压力也增大，从而能够促进液体水从阳极流路4aA内的排出。此外，也可以执行上述的(a)与(b)双方。
升温处理是通过使FC4a升温，从而促进滞留于阳极流路4aA内的液体水的蒸发，或者促进在阳极流路4aA内存在的冰的融化，由此消除燃料缺乏状态的处理。FC4a的升温处理例如是以下处理中的至少一个，
(c)与通常运转状态相比使向FC4a供给的氧化剂气体的化学计量比降低从而使FC4a的发电效率降低的处理；
(d)与通常运转状态相比使WP46a的旋转速度降低或者停止从而使在FC4a中循环的冷却水的流量降低或者停止的处理；
(e)通过控制旁通阀45a的开度从而与通常运转状态相比使在散热器44a中流动的冷却水的流量降低的处理。
通过上述的(c)的处理，FC4a的发热量增大，从而能够使FC4a升温。此外，“化学计量比”表示所供给的反应气体量相对于基于所请求的发电量的理论上的反应气体量之比。另外，通过(d)的处理，FC4a的冷却效率降低，从而能够使FC4a升温。通过(e)的处理，能够使冷却水的温度上升，从而能够使FC4a升温。此外，也可以同时执行上述的(c)、(d)以及(e)中的两个以上的处理。
对于上述的消除处理而言，例如在外部气温为冰点下以上并且从燃料电池系统1的起动开始经过规定时间后的情况下，也可以视为燃料缺乏的原因是滞留于阳极流路4aA内的液体水，从而执行排水促进处理。另外，在外部气温度为冰点下以下并且从燃料电池系统1的起动开始经过规定时间前的情况下，也可以视为燃料缺乏的原因是处于阳极流路4aA内的冰，从而执行升温处理。另外，也可以同时执行上述的排水促进处理与升温处理。
返回至图4的流程图，ECU3判定能够视为FC4a与4b的状态近似的“规定条件”是否成立(步骤S3)。“规定条件”的详情在后文中叙述。当在步骤S3中为是的情况下，ECU3判定为FC4b的任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态，并对FC4b执行消除燃料缺乏状态的消除处理(步骤S4)。作为对FC4b的消除处理而实施的具体的处理与上述的作为对FC4a的消除处理而实施的处理相同。即，对FC4a与4b双方执行上述的(a)～(e)的处理中的相同的处理。当在步骤S3中为否的情况下，ECU3不执行步骤S4的处理。
接着ECU3判定最小值Vamin是否大于阈值β(步骤S5)。阈值β是大于阈值α的值，设定为比消除了燃料缺乏状态的单电池4a2能够取得的电压值的最小值高规定的幅度的电压值。阈值β例如是0.2V，但并不限定于此。当在步骤S5中为否的情况下，视为没有充分地消除燃料缺乏状态，并再度执行步骤S5的处理。即，继续上述的消除处理。
当在步骤S5中为是的情况下，作为消除了燃料缺乏状态，ECU3停止执行中的消除处理(步骤S6)。即，在仅对FC4a执行消除处理的情况下，停止对FC4a的消除处理，在对FC4a与4b双方执行消除处理的情况下，停止对FC4a与4b双方的消除处理。这是因为：在执行对FC4a与4b双方的消除处理的情况下，若在FC4a的单电池4a2中消除了燃料缺乏状态，则能够视为在FC4b的单电池4b2中也消除了燃料缺乏状态。
如以上那样，通过采用与电压传感器Va相比制造成本较低的电压传感器Vb，从而减少制造成本，并且通过基于安装于FC4a的电压传感器Va的检测结果，判定FC4b中的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，从而抑制单电池4b2的燃料缺乏状态的判定精度的降低。
规定条件
接下来，对上述的步骤S3中的“规定条件”进行说明。规定条件是能够视为FC4a与4b的状态近似的条件，并且是在FC4a中的任意一个单电池4a2处于燃料缺乏状态的情况下，能够视为FC4b中的任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态的可能性较高的条件。在规定条件中包括以下条件中的至少一个，
(A)FC4a的温度与FC4b的温度的差值不足规定值；
(B)向FC4a供给的燃料气体的化学计量比与向FC4b供给的燃料气体的化学计量比的差值不足规定值；
(C)FC4a内供燃料气体流动的阳极流路4aA(第1燃料气体流路)内的压力与FC4b内供燃料气体流动的阳极流路4bA(第2燃料气体流路)内的压力的差值不足规定值；
(D)向FC4a供给的氧化剂气体的化学计量比与向FC4b供给的氧化剂气体的化学计量比的差值不足规定值；
(E)相对于每一块单电池4a2的有效发电面积的每一块单电池4a2的输出电流(以下，称为输出电流密度)、与相对于每一块单电池4b2的有效发电面积的每一块单电池4b2的输出电流(以下，称为输出电流密度)的差值不足规定值。
这里，FC4a和4b的温度越高，分别滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量或者冰的量就越少。因此，如条件(A)那样，若FC4a与4b的温度近似，则滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量或者冰的量也近似的可能性较高。这是因为：若FC4a与4b的温度近似，则在阳极流路4aA和4bA内产生的冷凝水的量也近似、或者未融化而存在的冰的量也近似的可能性较高。条件(A)中的“规定值”例如是不足5℃的值。此外，FC4a和4b的各温度例如可以基于温度传感器Ta和Tb由ECU3来推断，也可以通过分别直接设置于FC4a和4b的温度传感器而取得。
另外，FC4a和4b的燃料气体的化学计量比越大，越容易通过气体流动分别将阳极流路4aA和4bA内的液体水向外部排出，从而滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量越少。因此，若如条件(B)那样FC4a与4b的燃料气体的化学计量比近似，则滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量近似的可能性较高。条件(B)中的“规定值”例如是不足0.2的值。此外，FC4a的燃料气体的化学计量比能够通过将实际上从INJ26a向FC4a供给的燃料气体量除以基于预先存储于ECU3的ROM的向FC4a的请求发电量的理论上的燃料气体量来计算。对于FC4b的燃料气体的化学计量比，也能够相同地进行计算。
另外，阳极流路4aA和4bA内的压力越高，露点温度、饱和水蒸气压越高，从而分别滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量越多。若如条件(C)那样，阳极流路4aA与4bA内的压力近似，则滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量近似的可能性较高。条件(C)中的“规定值”例如是不足20kPa的值。阳极流路4aA和4bA内的压力能够分别由压力传感器Pa和Pb来检测。此外，在本实施例中，分别在FC4a和4b的出口侧取得阳极流路4aA和4bA内的压力，但并不限定于此。例如，也可以在FC4a和4b各自的入口侧取得压力，并比较这些压力。
另外，FC4a和4b的氧化剂气体的化学计量比越大，越通过气体流动分别将阴极流路4aC和4bC内部的液体水向外部排出，因此经由电解质膜从阴极流路4aC向阳极流路4aA移动的液体水的量、和从阴极流路4bC向阳极流路4bA移动的液体水的量也分别变少，从而滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量也变少。若如条件(D)那样FC4a与4b的氧化剂气体的化学计量比近似，则滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量近似的可能性较高。条件(D)中的“规定值”例如是不足0.2的值。此外，FC4a的氧化剂气体的化学计量比能够通过将实际上由空气压缩机14a、旁通阀15a向FC4a供给的氧化剂气体量除以基于预先存储于ECU3的ROM的向FC4a的请求发电量的理论上的氧化剂气体量来计算。对于FC4b的氧化剂气体的化学计量比，也能够相同地进行计算。
单电池4a2和4b2的输出电流密度越大，单电池4a2和4b2的各自的每一块的生成水量越多，从而分别滞留于阳极流路4aA和4bA内部的液体水的量越多。若如条件(E)那样单电池4a2与4b2的输出电流密度近似，则滞留于阳极流路4aA和4bA内的液体水的量近似的可能性较高。单电池4a2的输出电流密度能够通过将由电流传感器Aa检测的FC4a的电流值除以单电池4a2的有效发电面积而获得。同样，单电池4b2的输出电流密度能够通过将由电流传感器Ab检测的FC4b的电流值除以单电池4b2的有效发电面积而获得。因此，在ECU3的ROM预先存储单电池4a2和4b2的各自的每一块的有效发电面积。这里，条件(E)中的“规定值”例如是不足0.1A/cm-2的值。
在本实施例中，单电池4a2与4b2是相同的部件，但上述的条件(E)是也能够用于对于单电池4a2和4b2有效发电面积不同的情况的条件。
在本实施例中，单电池4a2与4b2是相同的部件，因此单电池4a2与4b2的有效发电面积的大小也相同，因此也可以代替上述的条件(E)，而使用(E′)FC4a的输出电流与FC4b的输出电流的差值不足规定值。条件(E′)中的“规定值”例如是不足50A的值。在该情况下，FC4a和4b的输出电流能够分别通过电流传感器Aa和Ab直接检测。
这样，不仅以电压传感器Va的检测结果，也以上述的规定条件的成立的有无来判定FC4b的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，因此该判定精度提高。另外，该判定精度提高，因此能够仅在任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态的可能性较高的情况下，对FC4b执行消除处理，从而能够避免在没有产生燃料缺乏状态的可能性较高的情况下也执行消除处理的徒劳。此外，优选在上述的“规定条件”中至少包括条件(A)。这是因为：可以认为冷凝水的生成量、冰的量与温度的关联最大。另外，进一步优选在“规定条件”中包括条件(B)、(C)。这是因为：可以认为对于阳极中的水分量而言，阳极侧的运转条件的贡献较大。
如本实施例那样，在FC4a与4b是相同的燃料电池的情况下，规定条件包括条件(A)～(E)中的至少一个即可，但无需包括全部。这是因为：若条件(A)～(E)中的规定条件所包括的条件较多，则关于单电池4b2的燃料缺乏状态的判定精度变得过于严格，尽管实际上单电池4b2处于燃料缺乏状态，但也有可能视为规定条件不成立，也不对FC4b执行消除处理。另外，在本实施例中单电池4a2与单电池4b2是相同的单电池，但并不限定于此。例如，对于单电池4a2和4b2，隔板420与440、扩散层416a与416c的至少一个的形状、大小也可以不同。
这里，对于单电池4a2和4b2，优选：电解质膜412的材料相同并且厚度大致相同，催化剂层414a的材料相同并且每单位面积的量大致相同，催化剂层414c的材料相同并且每单位面积的量大致相同。在该情况下，对于单电池4a2和4b2，(在以相同的运转条件运转的情况下，)单电池4a2和4b2中的发电特性大致相同，液体水的量也相同，因此燃料缺乏的产生容易度也相同。另外，在上述的条件(A)～(E)的至少一个成立的情况下，其可能性进一步变高，从而是否在任意一个单电池4b2中为燃料缺乏状态的判定精度提高。这里，上述的“大致相同”例如是指包括在相同条件下输出电力密度在±5％左右的范围内偏离的情况下的厚度、量的差异，并且也包括厚度、量本身在±10％左右的范围内偏离的情况。是考虑了每个产品的厚度、量的差别、由老化引起的厚度、量的变化的值。
燃料缺乏判定控制的第1变形例
图5是表示燃料缺乏判定控制的第1变形例的流程图。对于与上述的实施例的控制相同的处理，通过标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。
ECU3判定最小值Vamin是否不足阈值γ(步骤S1-1)。阈值γ大于上述的阈值α并且不足阈值β，例如是0.15V。当在步骤S1-1中为否的情况下，结束本控制。当在步骤S1-1中为是的情况下，ECU3判定“规定条件”是否成立(步骤S3)，当在步骤S3中为是的情况下，判定为FC4b的任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态，并对FC4b执行消除燃料缺乏状态的消除处理(步骤S4)。当在步骤S3中为否的情况下，不执行步骤S4的处理。
当在步骤S3中为是的情况下，并在步骤S4的执行后，ECU3判定最小值Vamin是否不足阈值α(步骤S4-1)。阈值α与上述的本实施例的步骤S1相同，例如是0.1V，但并不限定于此。当在步骤S4-中为是的情况下，ECU3判定为FC4a的任意一个单电池4a2处于燃料缺乏状态，并对FC4a执行消除处理(步骤S4-2)。若执行步骤S4-2，则ECU3判定最小值Vamin是否大于阈值β(步骤S5)。当在步骤S5中为否的情况下，视为没有充分地消除燃料缺乏状态，而再度执行步骤S5的处理，当在步骤S5中为是的情况下，ECU3停止执行中的消除处理(步骤S6)。
当在步骤S4-1中为否的情况下，ECU3判定在开始对FC4b的消除处理的执行后FC4b的电压的上升量ΔVb是否大于阈值b(步骤S4-3)。阈值b设定为当在至少任意一个单电池4b2消除了燃料缺乏状态的情况下FC4b能够取得的电压的上升量。当在步骤S4-3中为是的情况下，视为充分地消除了FC4b中的燃料缺乏状态，而停止消除处理(步骤S6)。当在步骤S4-3中为否的情况下，再度执行步骤S4-1。
如以上那样，在燃料缺乏判定控制的第1变形例中，与FC4a相比，先判定FC4b的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态的情况下，与FC4a相比，先对FC4b执行消除处理。对于FC4b的单电池4b2的各电压不能准确地进行检测，因此FC4b的燃料缺乏状态有可能比FC4a先进行。因此，通过与FC4a相比先对FC4b进行判定，从而在FC4b的电压的降低进行之前提前进行判定，在判定为FC4b的任意一个单电池4b2是燃料缺乏状态的情况下，提前执行消除处理。
此外，也可以构成为：在燃料缺乏判定控制的第1变形例中，例如不执行步骤S4-1的处理，而在步骤S1-1和S3中判定为是并从在步骤S4中对FC4b开始消除处理的执行起到经过规定时间后，在S4-2中对FC4a执行消除处理。
燃料缺乏判定控制的第2变形例
图6是表示燃料缺乏判定控制的第2变形例的流程图。通过对与上述的实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。ECU3首先判定由电压传感器Vb检测到的电压值Vb1是否不足规定的阈值δ(步骤S1-0)。电压值Vb1是与FC4b的电压关联的电压参数的一个例子。当在步骤S1-0中为否的情况下，与上述的实施例相同，执行步骤S1～S6的处理。当在步骤S1-0中为是的情况下，执行步骤S1-1、S3-a、S4-a、S4-1、以及S4-2或者S4-3的处理。步骤S1-1、S4-1、S4-2、以及S4-3与在上述的燃料缺乏判定控制的第1变形例中示出的处理相同。另外，步骤S3-a、S4-a分别是与步骤S3及S4相同的内容。
即，在电压值Vb1为阈值δ以上的情况下，如本实施例那样，在FC4a之后对FC4b判定是否为燃料缺乏状态，而电压值Vb1不足阈值δ的情况下，如第1变形例那样，与FC4a相比先判定FC4b的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态的情况下，与FC4a相比先对FC4b执行消除处理。这是因为：FC4b的电压值Vb1越低，在FC4b的任意一个单电池4b2中产生燃料缺乏状态并且电压的降低进行的可能性越高。
阈值δ可以是固定值，也可以根据对FC4b的请求输出而设定为不同的值。例如，也可以设定为：对FC4b的请求输出越大，阈值δ的值越减少。这是因为：FC4b的输出越增大，FC4b的电压越降低。
在步骤S1-0中，也可以构成为：例如当在FC4b例如设置有检测每多块单电池的电压的电压传感器的情况下，在电压传感器检测到的多个检测值中的任意一个不足阈值的情况下，判定为表示FC4b的电压不足阈值δ。另外，也可以构成为：例如当在FC4b例如设置有检测每多块单电池的电压的电压传感器的情况下，在电压传感器检测到的多个检测值的平均值不足阈值的情况下，判定为表示FC4b的电压不足阈值δ。另外，也可以构成为：在电压值Vb1的倒数为规定的阈值以上的情况下，判定为表示FC4b的电压不足阈值δ。这样电压传感器检测到的多个检测值、其平均值、电压值Vb1的倒数等也是与FC4b的电压关联的电压参数的一个例子。
燃料缺乏判定控制的第3变形例
图7是表示燃料缺乏判定控制的第3变形例的流程图。通过对与上述的实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。在燃料缺乏判定控制的第3变形例中，代替在燃料缺乏判定控制的第2变形例中示出的步骤S1-0，ECU3判定温度传感器Tb检测到的温度Tb1是否不足阈值ε(步骤S1-0-a)，其以外的处理与第2变形例相同。温度Tb1是与FC4b的温度关联的温度参数的一个例子。
即，在温度Tb1为阈值ε以上的情况下，如本实施例那样，在FC4a之后判定FC4b的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，在温度Tb1不足阈值ε的情况下，如第1变形例那样与FC4a相比先判定FC4b的任意一个单电池4b2是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态的情况下，与FC4a相比，先对FC4b执行消除处理。这是因为：FC4b的温度Tb1越低，在FC4b的任意一个单电池4b2中产生燃料缺乏状态并且电压的降低进行的可能性越高。阈值ε例如是30℃，但并不限定于此。
FC4b的温度Tb1能够基于检测在FC4b中流动的冷却水的温度的温度传感器Tb来推断，但并不局限于此，可以使用直接检测FC4b的温度的温度传感器，也可以使用没有与FC4b直接接触但配置于FC4b的温度充分地传递的FC4b的附近的温度传感器。因此，在步骤S1-0-a中，也可以构成为：在由这些温度传感器检测到的温度不足阈值的情况下，判定为表示FC4b的温度不足阈值ε。另外，也可以构成为：在温度Tb1的倒数为规定的阈值以上的情况下，判定为表示FC4b的温度不足阈值ε。如上述那样检测到的温度、温度Tb1的倒数等也是与FC4b的温度关联的温度参数的一个例子。
此外，也可以构成为：在电压值Vb1不足电压阈值δ并且温度Tb1不足温度阈值ε的情况下，执行步骤S1以后的处理，在不满足的情况下，执行步骤S1-1以后的处理。
燃料缺乏判定控制的第4变形例
图8是表示燃料缺乏判定控制的第4变形例的流程图。通过对与上述的实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。在燃料缺乏判定控制的第4变形例中，与图4所示的本实施例的燃料缺乏判定控制类似，但在步骤S1的执行之前执行以下说明的状态控制处理这一点上不同(步骤S1-a)。
状态控制处理
状态控制处理是以FC4b的单电池4b2的任意一个均成为比FC4a的单电池4a2的任意一个都难以产生燃料缺乏状态的状态或者同等的状态的方式控制FC4a和4b的状态的处理，由ECU3执行。例如，在图4所示的本实施例的燃料缺乏判定控制中，当在因某种理由FC4b的任意一个单电池4b2比FC4a的任意一个单电池4a2先出现燃料缺乏状态的情况下，只要没有在步骤S1和S3中判定为是，即，只要FC4a的任意一个单电池4a2没有成为燃料缺乏状态，就不会对FC4b执行消除处理。因此，任意一个单电池4b2的输出性能有可能降低。在这样的情况下，通过如第4变形例那样执行状态控制处理，从而针对任意一个单电池4b2都能够抑制出现燃料缺乏状态。此外，状态控制处理可以在燃料电池系统的运转中始终实施，也可以仅在燃料电池容易缺乏燃料的条件(例如燃料电池的温度较低等)时实施。
在状态控制处理中，通过使能够存在于FC4b的阳极流路4bA内的液体水或者冰的量比能够存在于FC4a的阳极流路4aA内的液体水或者冰的量少或者同等，从而任意一个单电池4b2都变为比任意一个单电池4a2难以产生燃料缺乏状态的状态或者与其同等的状态。例如，通过实现以下条件中的至少一个，从而FC4b成为比FC4a难以产生燃料缺乏状态的状态或者与其同等的状态，
(1)使FC4b的温度为FC4a的温度以上；
(2)使向FC4b供给的燃料气体的化学计量比为向FC4a供给的燃料气体的化学计量比以上；
(3)使FC4b内供燃料气体流动的阳极流路4bA内的压力为FC4a内供燃料气体流动的阳极流路4aA内的压力以下；
(4)向FC4b供给的氧化剂气体的化学计量比为向FC4a供给的氧化剂气体的化学计量比以上；
(5)使单电池4b2的输出电流密度为单电池4a2的输出电流密度以下。
例如对于上述的(1)，例如能够通过使WP46b的旋转速度比WP46a降低、通过控制旁通阀45b的开度而使在散热器44b中流动的冷却水的流量比在散热器44a中流动的冷却水降低等来实现。
对于上述(2)，例如，在INJ26a和26b的每单位时间的燃料气体的喷射量相同的情况下，能够通过使开阀时间相对于作为INJ26b的开阀时间与闭阀时间的合计的整体时间之比大于INJ26a来实现。此外，在燃料气体的化学计量比不足1的情况下，本来就是燃料不足的状态，因此对于上述(2)，向FC4a与4b的任意一个供给的燃料气体的化学计量比为1以上这一情况是前提。对于上述(3)，例如能够通过使开阀时间相对于INJ26b的整体时间之比小于INJ26a来实现。此外，兼得上述(2)和(3)较为困难，因此也可以仅实现任意一个。例如，在外部气温度比较低，从而容易在阳极流路4aA和4bA内产生冷凝水的状态下，通过将FC4a与4b的任意一个的燃料气体的化学计量比都控制为1以上的几乎同等的值，并且实现上述(3)，从而与阳极流路4aA相比能够抑制在阳极流路4bA内的冷凝水的产生量。另外，在外部气温度比较高的状态下，也可以实现上述(2)而不是上述(3)。对于上述(4)，例如能够通过使空气压缩机14b的旋转速度比空气压缩机14a增大来实现。
对于上述(5)，能够通过以使从FC4b扫描的电流值小于从FC4a扫描的电流值的方式控制FDC32a和32b来实现。此外，在该情况下，优选与以满足对FC4a和4b的请求输出P的方式使FC4b的输出降低对应地使FC4a的输出增大。
此外，优选：上述(1)中的FC4a与4b的温度的差值、上述的(2)、(4)中的化学计量比的差值、(3)的压力的差值、(5)的输出电流密度的差值在能够满足向FC4a和4b的请求输出P并且不妨碍FC4a和4b的运转的范围内设定。
这样，根据在状态控制处理中决定的参数的差值的大小、和能够视为上述的FC4a与4b的状态近似的“规定条件”被视为成立的情况下的各参数的差值的大小，有可能存在虽然执行了状态控制处理但判定为“规定条件”成立的情况。另外，尽管本来以“规定条件”不成立的方式设定了状态控制处理中的参数的差值，但也有可能存在“规定条件”暂时成立的情况。例如，存在尽管作为状态控制处理执行了上述的(1)的处理，但是FC4b配置于在高速行驶时比FC4a更容易被行驶风冷却的位置的情况等。考虑这样的情况，即使是执行了状态控制处理的情况，在“规定条件”成立的情况下，也判定为FC4b的任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态，从而对FC4b执行消除处理(步骤S4)。
状态控制处理也可以在第1～第3变形例中执行。
燃料缺乏判定控制的第5变形例
图9是表示燃料缺乏判定控制的第5变形例的流程图。通过对与上述的实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，从而省略重复的说明。在燃料缺乏判定控制的第5变形例中，与图4所示的本实施例的燃料缺乏判定控制类似，但当在步骤S3中为否的情况下，判定FC4b的温度Tb1是否不足FC4a的温度Ta1(步骤S3-1)。当在步骤S3-1中为是的情况下，ECU3判定为FC4b的任意一个单电池4b2处于燃料缺乏状态，并对FC4b执行消除燃料缺乏状态的消除处理(步骤S4)。当在步骤S3-1中为否的情况下，ECU3判定最小值Vamin是否大于阈值β(步骤S5)。
在步骤S3中为否并且在步骤S3-1中为是的情况是FC4a与4b的状态不近似，但FC4b的任意一个单电池4b2比FC4a的任意一个单电池4a2更容易变为燃料缺乏状态的情况。即使在这样的情况下，也能够消除FC4b的燃料缺乏状态。此外，在步骤S3和S3-1中为否的情况是FC4a与4b的状态不近似，但FC4b的任意一个单电池4b2都比FC4a的任意一个单电池4a2更难以变为燃料缺乏状态的情况。
如上述那样，步骤S3-1是判定表示FC4b的任意一个单电池4b2比FC4a的任意一个单电池4a2更容易产生燃料缺乏状态的状态的条件是否成立的处理。因此，在步骤S3-1中，例如也可以判定以下条件中的至少一个：
(1a)FC4b的温度是否不足FC4a的温度；
(2a)向FC4b供给的燃料气体的化学计量比是否不足向FC4a供给的燃料气体的化学计量比；
(3a)FC4b内供燃料气体流动的阳极流路4bA内的压力是否大于FC4a内供燃料气体流动的阳极流路4aA内的压力；
(4a)向FC4b供给的氧化剂气体的化学计量比是否不足向FC4a供给的氧化剂气体的化学计量比；
(5a)单电池4b2的输出电流密度是否大于单电池4a2的输出电流密度。如上述那样，对于(1a)，这是因为：FC4b的温度越低，则滞留于阳极流路4bA内的液体水的量或者冰的量越多。另外，对于(2a)～(5a)，也是因为：FC4b的燃料气体的化学计量比越小、阳极流路4bA内的压力越高、向FC4b供给的氧化剂气体的化学计量比越小、以及单电池4b2的输出电流密度越大，则滞留于阳极流路4bA内的液体水的量越多。
上述步骤S3-1的处理也可以在上述的第1～第3变形例中采用。另外，也可以在第4变形例中采用。这是因为：即使执行了状态控制处理，根据FC4a和4b的周边环境、此前的运转状态，也可能存在FC4b的任意一个单电池4b2成为比FC4a的任意一个单电池4a2更容易产生燃料缺乏状态的状态的情况。
在图3A～图9所示的步骤S1、S1-1、S4-1以及S5中，参照电压传感器Va检测的电压的最小值Vamin，但并不限定于此。例如，也可以判定由电压传感器Va检测到的单电池4a2的各电压中的电压降低速度最大的最大值是否为阈值以上。另外，也可以判定将多个单电池4a2的各电压的合计值除以单电池4a2的块数来计算每一块单电池的电压的平均值，并从该平均值中减去单电池4a2的各电压而得的值中的最大值是否为阈值以上。在上述的判定中判定为是表示该单电池的电压的降低程度较大，能够视为在任意一个单电池4a2中产生了燃料缺乏状态。另外，也可以组合上述的方法。
电压传感器的第1变形例
图10A和图10B分别是电压传感器的第1变形例的说明图。图10A和图10B分别示出了电压传感器Vaa和Vba的一部分。电压传感器Vaa针对FC4a的所有的单电池4a2检测每两块的电压。即，电压传感器Vaa的检测通道数是单电池4a2的合计层叠块数的二分之一。与此相对地，电压传感器Vba针对所有的单电池4b2检测每4块的电压。因此，电压传感器Vba的检测通道数是单电池4b2的合计层叠块数的四分之一。即使在这种情况下，电压传感器Vba的检测通道数也少于电压传感器Vaa，因此电压传感器Vba的制造成本低于电压传感器Vaa。因此，对于FC4b，和与FC4a相同地设置检测每两块单电池4b2的电压的电压传感器的情况相比，也减少制造成本。
在上述的步骤S1、S1-1、S4-1以及S5中，可以使用由电压传感器Vaa检测出的电压中的最小值，也可以根据由电压传感器Vaa检测到的电压计算每一块单电池4a2的电压并使用这些电压中的最小值。同样，在步骤S1-0中，可以使用由电压传感器Vba检测到的电压的合计值作为电压值Vb1，也可以根据检测到的电压计算每一块单电池4b2的电压的平均值，并使用该平均值作为电压值Vb1。另外，在步骤S4-3中也相同，也可以使用根据这些电压值计算出的上升量ΔVb。
电压传感器Vaa检测每两块单电池4a2的电压，电压传感器Vba检测每四块单电池4b2的电压，但并不局限于此，也可以构成为：电压传感器Vaa检测每n块的单电池4a2的电压，电压传感器Vba检测每m块的单电池4b2的电压，上述m块多于n块。
电压传感器的第2变形例
图11A和图11B分别是电压传感器的第2变形例的说明图。电压传感器Vab对于一部分的单电池4a2检测每一块的电压，对于一部分的单电池4a2检测每两块的电压。电压传感器Vbb对于一部分的单电池4b2检测每两块的电压，对于一部分的单电池4b2检测每4块的电压。在该情况下，电压传感器Vab在FC4a整体上检测平均每N块单电池4a2的电压，电压传感器Vbb检测FC4b整体的电压、或者在FC4b整体上检测平均每M块单电池4b2的电压即可，上述M块多于N块。这是因为：若是该情况，则电压传感器Vbb与电压传感器Vab相比，制造成本较低。
另外，也可以构成为：在上述的情况下，例如在步骤S1、S1-1、S4-1、以及S5中，根据电压传感器Vab的检测结果计算每一块单电池4a2的电压，并使用该电压的最小值。在步骤S1-0中，可以使用由电压传感器Vbb检测出的电压值的合计值作为电压值Vb1，也可以根据检测到的电压计算每一块单电池4b2的电压的平均值，并使用该平均值作为电压值Vb1。另外，在步骤S4-3中也相同，也可以使用根据这些电压值计算出的上升量ΔVb。
详细而言，电压传感器Vab对于配置于层叠体4a1的两端周边的单电池4a2检测每一块的电压，对于配置于层叠体4a1的中央部的单电池4a2检测每两块的电压。同样，详细而言，电压传感器Vbb对于配置于层叠体4b1的两端周边的单电池4b2检测每两块的电压，对于配置于层叠体4b1的中央部的单电池4b2检测每4块的电压。这里，配置于层叠体4a1的两端部周边的单电池4a2与配置于层叠体4a1的中央部的单电池4a2相比，容易产生燃料缺乏状态。这是因为：层叠体4a1的两端部与中央部相比，因外部气温的影响容易被冷却，从而在层叠体4a1的两端部周边的单电池4a2中容易发生冷凝水的产生、液体水的冻结。因此，在步骤S1、S1-1、S4-1以及S5中，优选使用配置于层叠体4a1的两端周边的单电池4a2的电压中的最小值Vamin。这是因为：由此，对于变为燃料缺乏状态从而电压容易降低的配置于层叠体4a1的两端周边的单电池4a2，能够高精度地检测电压的降低，并且与针对所有的单电池4a2检测每一块的电压的情况相比，能够减少电压传感器Vab的制造成本。
例如，也可以构成为：在FC4a具备100块以上的单电池4a2的情况下，电压传感器Vab对于配置于层叠体4a1的一端的20块单电池4a2、和配置于另一端的20块单电池4a2，检测每一块的电压，对于以外的配置于层叠体4a1的中央部的单电池4a2，检测每两块的电压。对于电压传感器Vbb，也可以构成为：例如在FC4b也具备100块以上的单电池4b2的情况下，电压传感器Vbb对于配置于层叠体4b1的一端的20块单电池4b2、和配置于另一端的20块单电池4b2，检测每两块的电压，对于以外的配置于层叠体4b1的中央部的单电池4b2，检测每4块的电压。
在任意一个情况下，安装于FC4a的电压传感器在FC4a整体上检测平均每N块单电池4a2的电压，安装于FC4b的电压传感器检测FC4b整体的电压、或者在FC4b整体上检测平均每M块单电池4b2的电压即可，上述M块多于N块。
此外，上述的平均N块能够通过将单电池4a2的合计层叠块数除以安装于FC4a的电压传感器的检测通道数来计算。例如，假定以下情况，即，FC4a的单电池4a2的合计层叠块数为100块，检测层叠体4a1的一端的20块和另一端的20块单电池4a2的每一块的电压，对于剩余的60块单电池4a2，检测每两块的电压。合计层叠块数是100块，检测通道数是70，因此能够计算为100÷70≈1.4，在该情况下，安装于FC4a的电压传感器检测平均大约每1.4块单电池4a2的电压。
对于平均M块，也能够相同地通过将单电池4b2的合计层叠块数除以安装于FC4b的电压传感器Vb的检测通道数来计算。例如，假定以下情况，即，FC4b的单电池4b2的合计层叠块数是100块，检测层叠体4b1的一端的20块和另一端的20块单电池4b2的每两块的电压，对于剩余的60块单电池4b2，检测每4块的电压。合计层叠块数是100块，电压传感器的检测通道数是35，因此能够计算为100÷35≈2.9，在该情况下，安装于FC4b的电压传感器检测平均大约每2.9块单电池4b2的电压。
此外，在FC4a的单电池4a2的合计层叠块数少于FC4b的单电池4b2的合计层叠块数的情况下，即使如上述那样在安装于FC4a的电压传感器检测平均每N块单电池4a2的电压，安装于FC4b的电压传感器检测平均每M块单电池4b2的电压的情况下，也存在安装于FC4a的电压传感器与安装于FC4b的电压传感器相比，检测通道数较小的情况。然而即使在该情况下，每一块单电池4b2的安装于FC4b的电压传感器的制造成本也比在FC4b的平均每N块单电池4b2安装电压传感器的情况下的电压传感器的制造成本低，因此通过采用这样的安装于FC4b的电压传感器，从而能够减少燃料电池系统的制造成本。
在上述的实施例和变形例中，以具备FC4a和4b两个的燃料电池系统1为例进行了说明，但燃料电池系统也可以具备3个以上的燃料电池。在具备3个以上的燃料电池的燃料电池系统中，例如，也可以构成为：基于分别安装于多个燃料电池的电压传感器中的检测每最少的块数的单电池的电压的电压传感器的检测结果，判定安装有该电压传感器的燃料电池以外的燃料电池的任意一个单电池是否处于燃料缺乏状态。
上述的燃料电池系统搭载于车辆，但并不局限于此，也可以是台式的燃料电池系统。另外，车辆不仅可以是汽车，也可以是摩托车、铁道车辆、船舶、飞机等。
以上对本发明优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于所涉及的特定的实施方式，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，具备：
第1燃料电池，被供给燃料气体和氧化剂气体，并层叠有多块第1单电池；
第2燃料电池，被供给燃料气体和氧化剂气体，并层叠有多块第2单电池；
第1电压检测装置，安装于所述第1燃料电池；
第2电压检测装置，安装于所述第2燃料电池；以及
控制装置，构成为基于所述第1电压检测装置的检测结果，控制所述第1燃料电池，并基于所述第2电压检测装置的检测结果，控制所述第2燃料电池，
其中，
所述第1单电池包括第1电解质膜、设置于所述第1电解质膜的第一面的第1阳极催化剂层、以及设置于所述第1电解质膜的第二面的第1阴极催化剂层，
所述第2单电池包括第2电解质膜、设置于所述第2电解质膜的第一面的第2阳极催化剂层、以及设置于所述第2电解质膜的第二面的第2阴极催化剂层，
所述第1电解质膜与所述第2电解质膜的材料相同，厚度大致相同，
所述第1阳极催化剂层与所述第2阳极催化剂层的材料相同，每单位面积的量也大致相同，
所述第1阴极催化剂层与所述第2阴极催化剂层的材料相同，每单位面积的量也大致相同，
所述第1电压检测装置构成为检测平均每N块所述第1单电池的电压，
所述第2电压检测装置构成为检测所述第2燃料电池整体的电压、或者比所述N块多的平均每M块所述第2单电池的电压，
所述控制装置构成为：在能够视为所述第1燃料电池与所述第2燃料电池的状态近似的规定条件成立的情况下，基于所述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个所述第2单电池是否处于燃料缺乏状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括所述第1燃料电池的温度与所述第2燃料电池的温度的差值不足规定值。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括向所述第1燃料电池供给的所述燃料气体的化学计量比与向所述第2燃料电池供给的所述燃料气体的化学计量比的差值不足规定值。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括供所述燃料气体在所述第1燃料电池内流动的第1燃料气体流路内的压力与供所述燃料气体在所述第2燃料电池内流动的第2燃料气体流路内的压力的差值不足规定值。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括向所述第1燃料电池供给的所述氧化剂气体的化学计量比与向所述第2燃料电池供给的所述氧化剂气体的化学计量比的差值不足规定值。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括在所述第1燃料电池内流动的冷却水的流量与在所述第2燃料电池内流动的冷却水的流量的差值不足规定值。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述规定条件包括所述第1单电池的输出电流密度与所述第2单电池的输出电流密度的差值不足规定值。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：在判定为任意一个所述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，对所述第2燃料电池执行消除燃料缺乏状态的消除处理。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：基于所述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个所述第1单电池是否处于燃料缺乏状态。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：在判定为任意一个所述第1单电池处于燃料缺乏状态的情况下，对所述第1燃料电池执行消除燃料缺乏状态的消除处理。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：在判定为任意一个所述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，在对所述第1燃料电池执行所述消除处理之前，对所述第2燃料电池执行所述消除处理。
12.根据权利要求10或11所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：在与所述第2燃料电池的电压关联的电压参数表示所述第2燃料电池的电压不足规定的阈值的情况、和与所述第2燃料电池的温度关联的温度参数表示所述第2燃料电池的温度不足规定的阈值的情况中的至少任意一种情况下，在判定任意一个所述第1单电池是否处于燃料缺乏状态之前，判定任意一个所述第2单电池是否处于燃料缺乏状态，在判定为任意一个所述第2单电池处于燃料缺乏状态的情况下，在对所述第1燃料电池执行所述消除处理之前，对所述第2燃料电池执行所述消除处理。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为：在所述规定条件不成立，但表示任意一个所述第2单电池比任意一个所述第1单电池更容易产生燃料缺乏状态的状态的条件成立的情况下，基于所述第1电压检测装置的检测结果，判定任意一个所述第2单电池是否处于燃料缺乏状态。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述第1单电池与所述第2单电池是相同的部件。
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