CN114284527A - 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。燃料电池系统具备燃料电池、阳极供给管、通过阀的开闭来调节燃料气体的供给量的燃料气体供给部、被设置在燃料气体供给部与阳极供给口之间的喷射器、对阳极排出口与喷射器进行连接的阳极循环管、能够使阳极循环管中的燃料气体的循环停止的循环停止部、用于对喷射器与阳极供给口之间的压力进行检测的压力传感器、和控制装置。控制装置在从压力传感器取得的第一压力成为被预先确定的下限值以下的情况下，针对燃料气体供给部而供给被预先确定的供给量的燃料气体，并针对循环停止部而使阳极循环管中的循环停止，并且使用从压力传感器取得的第二压力来对喷射器以及阳极循环管的异常进行判断。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法

技术领域

本公开涉及一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。

背景技术

已知一种氢循环装置，该氢循环装置具备对燃料电池堆的氢气入口与氢气供给部进行连接的主流道、被设置在主流道中并对氢气量进行调节的燃料控制阀、对燃料电池堆的氢气出口与主流道进行连接的循环通道、和被设置在主流道与循环通道的汇合点处的喷射器(例如，专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-049914号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在氢循环装置中，期望能够对包括喷射器以及循环通道在内的氢气的循环系统的异常进行检测的技术。

用于解决课题的方法

本公开能够作为以下的方式而实现。

(1)根据本公开的一个方式提供了一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，其具备阳极供给口以及阳极排出口；阳极供给管，其被连接于所述阳极供给口上；燃料气体供给部，其被设置在所述阳极供给管中，并通过阀的开闭来对向所述燃料电池供给的燃料气体的供给量进行调节；喷射器，其被设置在所述阳极供给管中的所述燃料气体供给部与所述阳极供给口之间；阳极循环管，其对所述阳极排出口与所述喷射器进行连接；循环停止部，其被设置在所述阳极循环管中，且能够使所述阳极循环管中的所述燃料气体的循环停止；压力传感器，其用于对所述阳极供给管中的所述喷射器与所述阳极供给口之间的压力进行检测；控制装置，其对所述燃料气体供给部以及所述循环停止部进行控制。可以采用如下方式，即，所述控制装置执行如下处理，即：在从所述压力传感器所取得的第一压力成为被预先确定的下限值以下的情况下，针对所述燃料气体供给部而执行使该燃料气体供给部供给被预先确定的供给量的所述燃料气体的定量供给控制，且针对所述循环停止部而执行使所述阳极循环管中的所述循环停止的循环停止控制，并且，使用执行了所述定量供给控制以及所述循环停止控制之后从所述压力传感器取得的第二压力，来对所述喷射器以及所述阳极循环管的异常进行判断。根据该方式的燃料电池系统，通过使用执行了定量供给控制以及循环停止控制之后所取得的第二压力，从而能够对包括喷射器以及阳极循环管在内的阳极气体循环系统的异常进行检测。

(2)在上述方式的燃料电池系统中，可以设为，所述控制装置在所述第二压力或每单位期间的所述第二压力的变化量与被预先确定的阈值一致的情况下、或者处于被预先确定的压力范围内的情况下，判断为所述喷射器的异常，且在所述第二压力或所述第二压力的变化量与所述阈值相比而较小的情况下、或者与所述压力范围相比而较小的情况下，判断为所述燃料气体供给部的关闭异常。根据该方式的燃料电池系统，能够以将与由燃料气体供给部实现的阳极气体的供给相关的异常、和与包括喷射器以及阳极循环管在内的阳极气体循环系统相关的异常区分开的方式来进行检测。

(3)在上述方式的燃料电池系统中，可以设为，所述控制装置在所述第一压力成为被预先确定的上限值以上的情况下，判断为所述燃料气体供给部的打开异常。根据该方式的燃料电池系统，能够更加详细地对与由燃料气体供给部实现的阳极气体的供给相关的异常进行检测。

(4)在上述方式的燃料电池系统中，可以设为，所述控制装置能够执行包括所述燃料电池系统的停止以及所述燃料电池的输出限制中的至少任意一方在内的异常措施，在判断为所述喷射器的异常的情况下，不执行所述异常措施，而在判断为所述燃料气体供给部的关闭异常或所述燃料气体供给部的打开异常的情况下，执行所述异常措施。根据该方式的燃料电池系统，能够减少或防止不必要地对燃料电池系统的性能进行限制的情况。

本公开能够以上述以外的各种方式来实现，例如，能够以燃料电池系统的控制方法、搭载了燃料电池系统的车辆、阳极气体流道的异常判断方法、用于实现这些方法的计算机程序、存储了所述计算机程序的存储介质等方式而实现。

附图说明

图1为表示燃料电池系统的结构的说明图。

图2为表示喷射器的内部的结构的概要剖视图。

图3为表示本实施方式的燃料电池系统的控制装置所执行的异常判断控制的流程图。

图4为表示控制装置判断为注入器的关闭异常的情况下的一个示例的时序图。

图5为表示控制装置判断为喷射器中存在异常的情况下的一个示例的时序图。

具体实施方式

A.第一实施方式：

参照图1以及图2来对作为第一实施方式的燃料电池系统100的结构进行说明。图1为表示本实施方式中的燃料电池系统100的结构的说明图。燃料电池系统100例如被搭载于以燃料电池20作为驱动源的燃料电池车辆上。燃料电池系统100利用燃料电池20的发电电力而使负载中所包含的各种设备驱动。燃料电池系统100具有燃料电池20、控制装置60、氧化气体供排系统30、燃料气体供排系统50。并且，燃料电池系统100既可以还具备使制冷剂在燃料电池20中循环从而对燃料电池20的温度进行调节的制冷剂循环系统，又可以还具备与燃料电池20一同作为对于负载的电力源而发挥功能的二次电池。

燃料电池20具有多个燃料电池单元层压而成的堆结构，所述多个燃料电池单元具有使阳极和阴极这两个电极与电解质膜的两侧接合而成的膜电极接合体(MembraneElectrode Assembly，MEA)。燃料电池20为将氢气以及空气作为反应气体来供给从而进行发电的固体高分子形燃料电池，并且使用该发电电力来使负载驱动。作为负载，例如包括产生燃料电池车辆的驱动力的驱动电机、和被用于燃料电池车辆内的空调中的加热器等。燃料电池20具备用于向阳极供给作为阳极气体的氢气的阳极供给口251、用于从阳极排出氢气的阳极排出口252、用于向阴极供给作为氧化气体的空气的阴极供给口231、和用于从阴极排出空气的阴极排出口232。燃料电池20并不限于固体高分子形，可以为磷酸形、熔融碳酸盐形、固体氧化物形等各种方式的燃料电池。燃料电池系统100除了被用于燃料电池车辆中之外，也可以在家庭用电源或定置发电等中使用。

控制装置60由具备执行逻辑运算的微处理器和ROM、RAM等存储器的微型计算机而构成。控制装置60通过由微处理器执行被存储在存储器内的程序，从而执行燃料电池20的发电、以及包括后文叙述的定量供给控制和循环停止控制在内的燃料电池系统100的各种各样的控制。

氧化气体供排系统30具备具有阴极气体供给功能的氧化气体供给系统30A、和具有阴极气体排出功能以及阴极气体旁通功能的氧化气体排出系统30B。阴极气体供给功能是指，将含有氧的空气作为阴极气体而供给至燃料电池20的阴极的功能。阴极气体排出功能是指，向外部排出作为从燃料电池20的阴极被排出的废气的阴极尾气的功能。阴极气体旁通功能是指，将所供给的阴极气体的一部分向外部排出而不供给至燃料电池20的功能。

氧化气体供给系统30A具有阴极气体供给功能，且将作为阴极气体的空气供给至燃料电池20的阴极。氧化气体供给系统30A具有阴极供给管302、空气滤清器31、空气压缩机33、内部冷却器35和入口阀36。

阴极供给管302被连接于燃料电池20的阴极供给口231上，并作为空气向燃料电池20的阴极的供给流道而发挥功能。空气滤清器31被设置在阴极供给管302中的与空气压缩机33相比靠空气的导入口侧处、即上游侧处，且将向燃料电池20被供给的空气中的异物去除。

空气压缩机33被设置在阴极供给管302中的空气滤清器31与燃料电池20之间。空气压缩机33对穿过空气滤清器31而进入的空气进行压缩，并向阴极送出。作为空气压缩机33，例如使用涡轮压缩机。空气压缩机33通过控制装置60而被驱动控制。控制装置60对空气压缩机33的转速进行控制，从而对向下游侧的空气的送出量进行调节。控制装置60使空气压缩机33、旁通阀39和出口阀37协同工作，从而对从燃料电池20流过的空气的流量、以及从阴极排出管306排出的空气的流量进行调节。

内部冷却器35被设置在阴极供给管302中的空气压缩机33与阴极供给口231之间。内部冷却器35对通过空气压缩机33而被压缩从而成为高温的阴极气体进行冷却。入口阀36为在被预先确定的压力的阴极气体流入时机械式地打开的开闭阀。入口阀36对阴极气体向燃料电池20的阴极的流入进行控制。

氧化气体排出系统30B具有阴极尾气排出功能，且具备阴极排出管306、旁通配管308、旁通阀39、出口阀37和废气排出口309。阴极排出管306为，其一端被连接于燃料电池20的阴极排出口232上的阴极尾气的排出流道。阴极排出管306将含有阴极尾气的燃料电池20的废气导向作为阴极排出管306的另一端的废气排出口309中，并向大气排出。在从阴极排出管306被排出至大气中的废气中，除了阴极尾气之外，还含有来自阳极排出管504的阳极尾气、以及从旁通配管308流出的空气。

出口阀37被设置在阴极排出管306中的阴极排出口232附近处。更具体而言，出口阀37在阴极排出管306中被配置在与阴极排出管306和旁通配管308的连接位置相比靠燃料电池20侧处。作为出口阀37，例如能够使用电磁阀或电动阀。控制装置60通过调节出口阀37的开度，从而对燃料电池20的阴极的背压进行调节。

旁通配管308为在不经由燃料电池20的条件下对阴极供给管302与阴极排出管306进行连接的管路。在旁通配管308上设置有旁通阀39。作为旁通阀39，例如能够使用电磁阀或电动阀。当旁通阀39被打开时，流经阴极供给管302的阴极气体的至少一部分会流入到阴极排出管306中。控制装置60通过调节旁通阀39的开度来对流入到旁通配管308中的阴极气体的流量进行调节，从而对在阴极排出管306中流动并从废气排出口309被排出的空气的排出量进行调节。

燃料气体供排系统50具备具有阳极气体供给功能的燃料气体供给系统50A、具有阳极气体排出功能的燃料气体排出系统50C、和具有阳极气体循环功能的燃料气体循环系统50B。阳极气体供给功能是指，将含有燃料气体的阳极气体供给至燃料电池20的阳极的功能。阳极气体排出功能是指，向外部排出作为从燃料电池20的阳极被排出的废气的阳极尾气的功能。阳极气体循环功能是指，使含有氢的阳极尾气在燃料电池系统100内循环的功能。

燃料气体供给系统50A向燃料电池20的阳极供给作为阳极气体的氢。燃料气体供给系统50A具备阳极供给管501、燃料气体罐51、开闭阀52、调节器53、注入器54和压力传感器59。

阳极供给管501对作为阳极气体的供给源的燃料气体罐51与燃料电池20的阳极供给口251进行连接。燃料气体罐51例如为对10～70MPa的高压的氢进行收纳的贮存容器。阳极供给管501向燃料电池20的阳极导入氢。开闭阀52在阳极供给管501中被设置在燃料气体罐51的出口附近处。开闭阀52在开阀状态下使燃料气体罐51的氢向下游侧流通。开闭阀52为能够根据来自控制装置60的控制信号而对开度进行变更的电动阀或电磁阀，且能够对向下游侧供给的氢的供给量进行调节。调节器53为减压阀，且在阳极供给管501中被设置在与开闭阀52相比而更靠近燃料电池20的下游侧处。调节器53通过控制装置60的控制来对与注入器54相比靠上游侧的氢的压力进行调节，例如将之减压至几MPa左右。

注入器54被设置在阳极供给管501中的与开闭阀52相比而靠下游侧处。注入器54作为通过阀的开闭来对向燃料电池20供给的阳极气体的供给量进行调节的燃料气体供给部而发挥功能。更具体而言，注入器54通过控制装置60而被控制，并根据所设定的驱动周期或开阀时间来对开闭阀电磁式地进行驱动，从而对阳极气体的供给量进行调节。当注入器54向下游侧供给氢时，阳极供给管501、燃料电池20的阳极以及阳极循环管502的内压会上升。在注入器54中，例如存在由于异物混入等而发生至少临时性地未能使内部的电磁阀闭阀的异常(以下，也称为“打开异常”)、或至少临时性地未能使电磁阀开阀的异常(以下，也称为“关闭异常”)的情况。当发生了注入器54的打开异常时，例如可能会引发由于氢被持续供给至燃料电池20中而使得阳极供给管501的内压持续上升的不良情况。当发生了注入器54的关闭异常时，例如可能会引发氢无法充分供给至燃料电池20中的那样的不良情况。在这种情况下，由于因燃料电池20的发电导致的氢的消耗等，而使得阳极供给管501的内压持续减少。

压力传感器59被设置在阳极供给管501中的喷射器70与阳极供给口251之间。压力传感器59在喷射器70的下游侧处取得阳极供给管501的内压，并将之输出至控制装置60。

燃料气体循环系统50B在将从燃料电池20的阳极被排出的阳极尾气分离为气体成分和液体成分之后，使之在阳极供给管501中循环。燃料气体循环系统50B具有阳极循环管502、气液分离器57、循环泵55和喷射器70。

阳极循环管502将从阳极被排出的阳极尾气导向阳极供给管501。阳极循环管502的一端被连接于燃料电池20的阳极排出口252上，而另一端被连接于喷射器70上。在阳极循环管502上，设置有气液分离器57和循环泵55。

气液分离器57被设置在阳极循环管502上，且将包含水蒸气和氮、以及作为阳极气体的氢的阳极尾气分离为气体成分和液体成分，并对液体成分进行贮留。气液分离器57被配置在阳极循环管502中的循环泵55与阳极排出口252之间。

循环泵55被设置在阳极循环管502中的气液分离器57与阳极供给管501之间。循环泵55具备通过控制装置60而被驱动控制的电机56。循环泵55通过电机56的驱动，从而将流入到阳极循环管502中的阳极尾气沿着从阳极排出口252朝向喷射器70的方向而送出。在本实施方式中，循环泵55还作为通过电机56的停止来使阳极供给管501内的阳极气体的循环停止的循环停止部而发挥功能。在阳极气体通过注入器54以及喷射器7而被充分地循环的情况下，循环泵55也可以被省略。在这种情况下，燃料电池系统100例如可以具备能够由控制装置60来进行控制的开闭阀，以代替循环泵55。开闭阀作为通过利用控制装置60的控制来进行闭阀以使阳极供给管501内的阳极气体的循环停止的循环停止部而发挥功能。

喷射器70被设置在阳极供给管501中的注入器54与阳极供给口251之间。喷射器70利用通过由注入器54实现的阳极气体的喷射所产生的负压，而将阳极循环管502的阳极尾气吸入。喷射器70使所吸入的阳极循环管502的阳极尾气与从注入器54被供给的阳极气体一同在燃料电池20中流通。喷射器70利用被贮存在燃料气体罐51中的氢的压力，以作为用于将阳极循环管502的阳极尾气吸入的工作流体。换而言之，将向燃料气体罐51压缩填充氢气时所产生的能量利用于阳极气体的循环中。由此，能够在不具备使氢升压的机构的条件下将阳极循环管502的阳极气体吸入，并使之在阳极供给管501中循环。根据以这种方式而构成的燃料电池系统100，能够减轻循环泵55的负载，从而能够减少循环泵55中的消耗电力。此外，能够省略循环泵55、或者使循环泵55小型化。

燃料气体排出系统50C将阳极尾气以及被贮留在气液分离器57中的液态水向外部排出。燃料气体排出系统50C具有阳极排出管504和排气排水阀58。阳极排出管504的一端被连接于阳极循环管502中的循环泵55与阳极排出口252之间。在本实施方式中，阳极排出管504的一端被连接于气液分离器57的排出口上。阳极排出管504的另一端被连接于阴极排出管306中的阴极排出口232与废气排出口309之间。阳极排出管504将来自气液分离器57的排水、和穿过气液分离器57内的阳极尾气的一部分从燃料气体供排系统50排出。

排气排水阀58被设置在阳极排出管504上，且对阳极排出管504的流道进行开闭。作为排气排水阀58，例如能够使用隔膜阀。排气排水阀58通过控制装置60而被开闭控制。在本实施方式中，当排气排水阀58被打开时，贮留在气液分离器57中的液态水和阳极尾气会穿过阳极排出管504而向大气中被排出。

图2为表示喷射器70的内部的结构的概要剖视图。喷射器70在内部具备喷嘴72、吸入口76、吸入室78和扩散器74。喷嘴72在注入器54的下游侧与阳极供给管501相连接。在喷嘴72的顶端处形成有作为用于喷射阳极气体的开口的喷出口722。喷嘴72被配置在吸入室78中。吸入室78对用于使喷嘴72周围形成负压的空间进行规定。在吸入室78中设置有用于吸入阳极循环管502的阳极尾气的吸入口76。在吸入口76上连接有阳极循环管502。从注入器54所供给的阳极气体从喷嘴72顶端的喷出口722被喷射出。利用通过阳极气体从喷出口722的喷射而在吸入室78中产生的负压，从而使阳极循环管502的阳极尾气从吸入口76被吸入。

扩散器74为喷嘴72的下游侧的阳极气体的流道。在扩散器74的流道的前端处连接有被连接于燃料电池20的阳极供给口251的阳极供给管501。扩散器74的上游侧的流道以其截面积随着趋向于下游侧而逐渐变窄的方式被形成，且下游侧的流道以其截面积随着趋向于前端而逐渐变宽的方式被形成。扩散器74使在内部流通的混合气体的流速减小，并将其动能转换为压力。更具体而言，在扩散器74的上游侧处，从注入器54供给的阳极气体、和从阳极循环管502吸进的阳极尾气被混合在一起，且在扩散器74的下游侧处，被混合在一起的流体被压缩从而被升压。

例如存在如下情况，即，当燃料电池系统100被曝露在低温环境下时，从阳极循环管502吸进的阳极尾气中所含有的水分等在穿过喷出口722的附近或扩散器74时被冷却而冻结。当在扩散器74或吸入室78等喷射器70内的流道中发生了冻结时，可能会导致吸入室78内的负压难以形成。其结果为，喷射器70虽然能够向燃料电池20供给从注入器54被供给的阳极气体，但是无法吸入阳极循环管502的阳极尾气，从而无法充分地使之循环。由于阳极尾气变得不易在阳极供给管501中循环，因此喷射器70的下游侧的阳极供给管501内的压力相对于包括由注入器54实现的阳极气体的供给和由喷射器70实现的阳极尾气的循环在内的正常时的压力，而减少与阳极尾气的循环量所损失的量相应的量。

图3为表示本实施方式的燃料电池系统100的控制装置60所执行的异常判断控制的流程图。本流程例如通过燃料电池系统100开始进行运转而开始。本流程例如可以每隔几秒等被预先确定的期间而被反复执行。在燃料电池系统100具备循环泵55的情况下，例如在执行本流程的时间点，循环泵55的异常的判断完成，且循环泵55正常进行工作。

在步骤S10中，控制装置60从压力传感器59取得第一压力P1。在步骤S20中，控制装置60对第一压力P1是否处于被预先确定的管理范围内进行判断。被预先确定的管理范围是指在燃料电池系统100的正常时可表示的阳极供给管501的内压的范围，例如能够使用工序能力的管理标准来进行设定。在本实施方式中，管理范围使用用于对低压侧的异常进行检测的下限值LSL、和用于对高压侧的异常进行检测的上限值USL而被设定。上限值USL优选为被设定在与可能会给燃料电池系统100的各部分带来损伤的压力值相比而足够低的压力值。下限值LSL例如优选为被设定在与阳极气体向燃料电池20的供给可能不足的压力值相比而较高的压力值。控制装置60在第一压力P1大于下限值LSL且小于上限值USL的情况下，判断为第一压力P1处于被预先确定的管理范围内(S20：LSL＜P1＜USL)，并结束本流程。

在第一压力P1为上限值USL以上的情况下(S20：USL≤P1)，控制装置60转移至步骤S40，并判断为注入器54的打开异常。在步骤S42中，控制装置60执行与注入器54的打开异常相对应的异常措施。在与注入器54的打开异常相对应的异常措施中，例如包括使开闭阀52闭阀以停止阳极气体从燃料气体罐51的供给、对阳极供给管501进行减压、以及燃料电池系统100的紧急停止等措施。在步骤S44中，控制装置60向燃料电池系统100的使用者或管理者、以及搭载燃料电池系统100的燃料电池车辆的驾驶员或管理者等报知注入器54中存在打开异常的内容。作为进行报知的方法，例如可以使用向燃料电池系统100或搭载燃料电池系统100的燃料电池车辆所具备的显示器的显示、从扬声器输出的语音，也可以使用经由网络的数据通信等来向已离开的管理者等进行传达。除了注入器54的打开异常的报知之外，还可以实施用于促使燃料电池系统100的停止或燃料电池车辆的停止的报知。当完成步骤S44的报知时，控制装置60结束处理。

在步骤S20中，在第一压力P1为下限值LSL以下的情况下(S20：P1≤LSL)，控制装置60转移至步骤S30。控制装置60在下文所示的步骤S30以后的流程(以下，也称为“异常判断”)中，开始进行该异常是与由注入器54实现的阳极气体的供给相关的异常、和包括喷射器70以及阳极循环管502在内的燃料气体循环系统50B的异常中的哪一种的判断。另外，以下的异常判断在排气排水阀58被闭阀的状态下被执行。在异常判断中，燃料电池20的输出并不被限制。但是，从使异常判断的精度进一步提升的观点出发，既可以在异常判断中限制燃料电池20的输出，也可以使燃料电池20的发电停止。

在步骤S30中，控制装置60执行将由注入器54实现的阳极气体的供给量设定为被预先确定的供给量的定量供给控制。控制装置60例如通过使注入器54的开闭阀以与该被预先确定的供给量相对应的驱动周期或开阀时间而驱动，从而将阳极气体的供给量调节为固定量。在本实施方式中，控制装置60利用为了发出燃料电池20所要求的电力所需的阳极气体的供给量来对该被预先确定的供给量进行设定。即，通过定量供给控制而使从注入器54向燃料电池20供给的阳极气体的供给量、与由燃料电池20的发电所导致的阳极气体的消耗量大致一致。另外，从在后文叙述的步骤S32中使阳极气体的循环停止的观点出发，控制装置60将由注入器54实现的阳极气体的供给量设定为，增加至能够填补因由步骤S32实现的循环停止而产生的阳极气体向燃料电池20的供给量的减少量的程度。定量供给控制下的被预先确定的供给量并不被限定于基于燃料电池20的需求发电电力来进行的设定，也可以以任意的方式被设定。例如，该被预先确定的供给量也可以被设定为与燃料电池20的需求发电电力相对应的阳极气体的供给量相比而较大的供给量。根据以这种方式而构成的燃料电池系统100，由于能够在阳极供给管501的内压与下限值LSL相比而较大的状态下执行异常判断，因此能够减少燃料电池系统100的各部分被暴露在低压环境下的情况。

在步骤S32中，控制装置60针对循环泵55而执行使阳极气体的循环停止的循环停止控制。更具体而言，控制装置60通过使循环泵55的电机56停止来停止循环泵55，从而使阳极循环管502中的阳极尾气的流动停止。由此，在阳极供给管501中，可以仅流通有通过定量供给控制而从注入器54以一定的供给量被供给的阳极气体。

在步骤S34中，控制装置60从压力传感器59取得第二压力P2。第二压力P2是指实施异常判断的期间内的阳极供给管501的内压。在于异常判断中燃料电池20实施发电的情况下，第二压力P2可能由于伴随着燃料电池20的发电所引起的阳极气体的消耗而减少。在本实施方式中，控制装置60在被预先确定的期间多次取得第二压力P2。在步骤S36中，控制装置60使用所取得的多个第二压力P2，来对每单位期间的第二压力P2的变化量CP进行计算。

在步骤S38中，控制装置60对第二压力P2的变化量CP与被预先确定的压力范围PT进行比较。压力范围PT例如能够利用考虑到增压和减压的压力的变化量来进行设定，所述增压是由通过定量供给控制而从注入器54被供给的阳极气体所导致的，所述减压是由伴随着燃料电池20的发电而引起的阳极气体的消耗所导致的。在本实施方式中，由于定量供给控制下的阳极气体从注入器54的供给量与由燃料电池20的发电导致的阳极气体的消耗量大致一致，因此，压力范围PT将零设为中间值，并且进一步对基于由压力传感器59产生的测量误差、和阳极气体从注入器54的供给量的误差的下限值PTL至上限值PTU的范围进行设定。压力范围PT并不限于将零设为中间值来进行设定的情况，例如也可以在于定量供给控制下供给有与燃料电池20的需求发电所需的阳极气体的供给量相比而较大的供给量的情况下，将与由该供给量导致的增压相对应的大于零的值设定为中间值。

在步骤S38中，在第二压力P2的变化量CP与压力范围PT相比而较大、即在本实施方式中变化量CP与上限值PTU相比而较大的情况下(S38：PTU＜CP)，控制装置60转移至步骤S70，且判断为喷射器70以及注入器54正常，并完成处理。在变化量CP与上限值PTU相比而较大的情况中，例如包括在第一压力P1达到下限值LSL之后通过消除喷射器70内的冻结或注入器54的关闭异常而使之再次上升的情况等。

在步骤S38中，在第二压力P2的变化量CP小于压力范围PT、即在本实施方式中变化量CP与下限值PTL相比而较小的情况下(S38：CP＜PTL)，控制装置60转移至步骤S50，并判断为在注入器54中存在关闭异常。在步骤S52中，控制装置60执行与注入器54的关闭异常相对应的异常措施。在与注入器54的关闭异常相对应的异常措施中，例如包括使燃料电池20的输出电力与正常时的需求电力相比而减小的输出限制等。在步骤S54中，控制装置60与步骤S44同样地向燃料电池系统100的使用者等报知注入器54的关闭异常。当完成步骤S54时，控制装置60结束处理。

在步骤S38中，在第二压力P2的变化量CP处于压力范围PT内、即在本实施方式中变化量CP为下限值PT以上且上限值PTU以下的情况下(S38：PT≤CP≤PTU)，控制装置60转移至步骤S60，并判断为在喷射器70中存在异常。控制装置60也可以判断为在包括喷射器70以及阳极循环管502在内的燃料气体循环系统50B中存在异常。在喷射器70的异常中，例如包括扩散器74等喷射器70内的流道中的液态水的冻结等情况。

在步骤S62中，控制装置60与步骤S44等同样地向燃料电池系统100的使用者等报知表示在喷射器70中存在异常的信息。另外，在步骤S60中被判断为喷射器70中存在异常的情况下，控制装置60不执行如步骤S42或步骤S52那样的异常措施。这是基于如下情况而实施的，即，在扩散器74的冻结等喷射器70内的流道中存在异常的情况下，虽然阳极尾气从阳极循环管502向阳极供给管501的循环量会减少，但是从注入器54供给并穿过喷射器70而被供给向燃料电池20的阳极气体的供给量并不会减少。但是，控制装置60例如也可以为了填补循环量的不足而执行使由注入器54而实现的氢的供给量增加的控制、或使燃料电池20的输出减少的控制等异常措施，还可以执行增大循环泵55的转速等用于增加阳极尾气的循环量的异常措施。

图4为表示控制装置60判断为注入器54的关闭异常的情况下的一个示例的时序图。在图4的最上段中，示出了表示阳极供给管501的内压相对于时间的变化的曲线图。在该曲线图的下侧，示出了由控制装置60实现的注入器54的定量供给控制的关闭/开启、使循环泵55的电机56停止的循环停止控制的关闭/开启、和由控制装置60实现的异常措施的关闭/开启。

在时间t0处，由于当发生注入器54的关闭异常时注入器54无法开阀，从而导致阳极气体向燃料电池20的供给量减少，因此会使得第一压力P1开始减少。第一压力P1在时间t1处达到下限值LSL。在时间t1处，控制装置60向注入器54和循环泵55发送控制信号，从而开始进行注入器54的定量供给控制和循环泵55的循环停止控制。如图4所示，由于注入器54处于关闭异常，因此即使注入器54接收到定量供给控制的控制信号也无法开阀，从而使得第二压力P2在时间t1以后仍将减少。

控制装置60在从开始进行定量供给控制和循环停止控制起的被预先确定的期间内，多次取得第二压力P2。在经过了被预先确定的期间的时间t2处，控制装置60使用所取得的多个第二压力P2来对第二压力P2的变化量CP进行计算。如图4所示，由于变化量CP小于下限值PTL，因此控制装置60在时间t2处判断为在注入器54中存在关闭异常。作为与注入器54的关闭异常相对应的异常措施，控制装置60例如使燃料电池20的输出电力与正常时的需求电力相比而减小。控制装置60将表示在注入器54中存在关闭异常的信息与异常措施一同向燃料电池系统100的使用者等进行报知。

图5为表示控制装置60判断为在喷射器70中存在异常的情况下的一个示例的时序图。图5所示的各项目与图4所示的各项目共用。在时间t3处，当例如在扩散器74中发生液态水的冻结等、发生喷射器70以及阳极循环管502中的异常时，会使得阳极尾气并未充分地在阳极供给管501中循环。其结果为，第一压力P1开始减少与阳极尾气的循环量减少相应的量。在时间t4处，第一压力P1达到下限值LSL。在时间t4处，控制装置60向注入器54和循环泵55发送控制信号，从而开始进行注入器54的定量供给控制和循环泵55的循环停止控制。

控制装置60多次取得第二压力P2，并在时间t5处对第二压力P2的变化量CP进行计算。如图5所示，由于通过定量供给控制而实现的阳极气体从注入器54的供给量与由燃料电池20的发电所导致的阳极气体的消耗量一致，因此第二压力P2的变化量CP会大致表示为零。由于变化量CP处于下限值PTL以上、且上限值PTU以下的范围内，因此控制装置60会判断为在喷射器70中存在异常。控制装置60在不执行异常措施的条件下向燃料电池系统100的使用者等实施表示在喷射器70中存在异常的含义的报知。

如以上所说明的那样，根据本实施方式的燃料电池系统100，控制装置60在第一压力P1成为被预先确定的下限值LSL以下的情况下，针对注入器54而执行供给被预先确定的供给量的阳极气体的定量供给控制，并针对循环泵55而执行停止阳极循环管502中的循环的循环停止控制。在包括喷射器70以及阳极循环管502在内的燃料气体循环系统50B中发生了异常的情况下，虽然阳极尾气的循环量会减少，但是由注入器54而实现的向燃料电池20的供给量不易减少。因此，通过使用执行了定量供给控制以及循环停止控制的状态的第二压力P2，从而能够对包括喷射器70以及阳极循环管502在内的燃料气体循环系统50B的异常进行判断。

根据本实施方式的燃料电池系统100，控制装置60在第二压力P2的变化量CP为被预先确定的压力范围PT内的情况下，判断为喷射器70的异常，且在第二压力P2的变化量CP与压力范围PT相比而较小的情况下，判断为注入器54的关闭异常。因此，能够以将与由注入器54实现的阳极气体的供给相关的异常、和与由喷射器70以及阳极循环管502实现的阳极气体的循环相关的异常区分开的方式而进行检测。

根据本实施方式的燃料电池系统100，控制装置60在第一压力P1成为上限值USL以上的情况下，判断为注入器54的打开异常。因此，能够更加详细地对与由注入器54而实现的阳极气体的供给相关的异常进行检测。

根据本实施方式的燃料电池系统100，控制装置60在判断为注入器54的关闭异常或打开异常的情况下，执行阳极气体向燃料电池20的供给停止、阳极供给管501的减压、燃料电池系统100的紧急停止、以及燃料电池20的输出电力的减少等异常措施。控制装置60在判断为喷射器70以及阳极循环管502的异常的情况下，不执行异常措施。甚至在像由喷射器70以及阳极循环管502而引起的循环系统的异常那样能够向燃料电池20供给阳极气体从而可获得燃料电池20的发电电力的情况下，也执行异常措施，从而能够减少或防止燃料电池20的输出被限制的情况。因此，能够减少或防止不必要地对燃料电池系统100的性能进行限制的情况。

B.其他实施方式：

(B1)在上述实施方式中，循环泵55通过利用控制装置60来停止电机56，从而使阳极供给管501内的阳极尾气的循环停止。与此相对，循环泵55也可以设为，通过利用控制装置60而例如使电机56向反转方向被旋转驱动，从而将阳极供给管501内的氢沿着从阳极供给管501朝向阳极排出口252的方向而送出，由此使阳极尾气向阳极供给管501的循环停止。根据以这种方式而构成的燃料电池系统100，能够在循环停止控制下更可靠地使阳极尾气在阳极供给管501中循环的情况停止。这种效果例如在流经阳极循环管502中的阳极气体穿过使电机56停止的循环泵55那样的情况下尤其有效。在电机56为三相感应的电动机的情况下，循环泵55的旋转方向例如能够通过更换二相的线圈的电流的流动顺序来进行切换。由循环泵55而实现的气体的送出方向的切换除了利用电机56的旋转方向之外，也可以通过循环泵55的设置方向的切换、或者循环泵55内的流道的切换等来实现。

(B2)在上述实施方式中，在异常判断中，控制装置60使用第二压力P2的变化量CP。与此相对，控制装置60也可以在异常判断中使用第二压力P2来代替第二压力P2的变化量CP。在这种情况下，控制装置60例如在从开始进行异常判断起而经过了被预先确定的期间的时间点处，对第二压力P2与被预先确定的阈值进行比较。阈值例如能够利用考虑到增压和减压的压力来进行设定，所述增压是由通过定量供给控制而从注入器54被供给的阳极气体所导致的，所述减压是由伴随着燃料电池20的发电而引起的阳极气体的消耗所导致的。例如，在定量供给控制下的阳极气体从注入器54的供给量、与由燃料电池20的发电所导致的阳极气体的消耗量大致一致的情况下，阈值可以被设定为与在异常判断开始时间点或步骤S34中所取得的第二压力P2相同的压力。阈值并不限于与在异常判断开始时间点或在步骤S34中所取得的第二压力P2相同的压力，例如也可以在于定量供给控制下供给有与燃料电池20的需求发电所需的阳极气体的供给量相比而较大的供给量的情况下，使用与由该供给量导致的增压相对应的值来进行设定。优选为，考虑到由压力传感器59产生的测量误差、或由注入器54产生的阳极气体的供给量的误差，而将阈值设定在从下限值起至上限值为止的范围内。在第二压力P2与阈值一致的情况下，控制装置60判断为在喷射器70中存在异常。作为第二压力P2与阈值一致的情况，除了第二压力P2与阈值完全一致的状态之外，还包括第二压力P2的变化量CP处于该被预先确定的范围、即从下限值起至上限值为止的范围内的状态。在这种情况下，第二压力P2小于阈值是指第二压力P2与阈值的下限值相比而较小的情况。在第二压力P2小于阈值的情况下，控制装置60判断为在注入器54中存在关闭异常。第二压力P2与阈值相比而较大的情况是指第二压力P2与阈值的上限值相比而较大的情况。在第二压力P2与上限值相比而较大的情况下，控制装置60判断为喷射器70以及注入器54处于正常，并完成处理。

本公开并不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种各样的结构来实现。例如，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了达成上述的效果的一部分或全部，对于与在发明内容部分所记载的各方式中的技术特征相对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。此外，如果在本说明书中并未将该技术特征作为必要技术特征来进行说明，则能够适当地删除。

符号说明

20…燃料电池；30…氧化气体供排系统；30A…氧化气体供给系统；30B…氧化气体排出系统；31…空气滤清器；33…空气压缩机；35…内部冷却器；36…入口阀；37…出口阀；39…旁通阀；50…燃料气体供排系统；50A…燃料气体供给系统；50B…燃料气体循环系统；50C…燃料气体排出系统；51…燃料气体罐；52…开闭阀；53…调节器；54…注入器；55…循环泵；56…电机；57…气液分离器；58…排气排水阀；59…压力传感器；60…控制装置；70…喷射器；72…喷嘴；74…扩散器；76…吸入口；78…吸入室；100…燃料电池系统；231…阴极供给口；232…阴极排出口；251…阳极供给口；252…阳极排出口；302…阴极供给管；306…阴极排出管；308…旁通配管；309…废气排出口；501…阳极供给管；502…阳极循环管；504…阳极排出管；722…喷出口。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，具备：

燃料电池，其具备阳极供给口以及阳极排出口；

阳极供给管，其被连接在所述阳极供给口上；

燃料气体供给部，其被设置在所述阳极供给管中，并通过阀的开闭来对向所述燃料电池供给的燃料气体的供给量进行调节；

喷射器，其被设置在所述阳极供给管中的所述燃料气体供给部与所述阳极供给口之间；

阳极循环管，其对所述阳极排出口与所述喷射器进行连接；

循环停止部，其被设置在所述阳极循环管中，且能够使所述阳极循环管中的所述燃料气体的循环停止；

压力传感器，其用于对所述阳极供给管中的所述喷射器与所述阳极供给口之间的压力进行检测；

控制装置，其对所述燃料气体供给部以及所述循环停止部进行控制，

所述控制装置在从所述压力传感器取得的第一压力成为被预先确定的下限值以下的情况下，针对所述燃料气体供给部而执行使该燃料气体供给部供给被预先确定的供给量的所述燃料气体的定量供给控制，且针对所述循环停止部而执行使所述阳极循环管中的所述循环停止的循环停止控制，并且，使用执行了所述定量供给控制以及所述循环停止控制之后从所述压力传感器取得的第二压力，来对所述喷射器以及所述阳极循环管的异常进行判断。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置在所述第二压力与被预先确定的阈值一致的情况下、或者每单位期间的所述第二压力的变化量处于被预先确定的压力范围内的情况下，判断为所述喷射器的异常，并且，在所述第二压力与所述阈值相比而较小的情况下、或者所述第二压力的变化量与所述压力范围相比而较小的情况下，判断为所述燃料气体供给部的关闭异常。

3.如权利要求1或权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置在所述第一压力成为被预先确定的上限值以上的情况下，判断为所述燃料气体供给部的打开异常。

4.如权利要求2或权利要求3所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置能够执行包括所述燃料电池系统的停止以及所述燃料电池的输出限制中的至少任意一方在内的异常措施，

在判断为所述喷射器的异常的情况下，不执行所述异常措施，

而在判断为所述燃料气体供给部的关闭异常或所述燃料气体供给部的打开异常的情况下，执行所述异常措施。

5.一种燃料电池系统的控制方法，其中，

在被连接于燃料电池的阳极供给口且具备喷射器的阳极供给管的压力成为被预先确定的下限值以下的情况下，

执行使对所述燃料电池的阳极排出口与所述喷射器进行连接的阳极循环管中的流体的循环停止的循环停止控制，且执行向所述燃料电池供给被预先确定的供给量的燃料气体的定量供给控制，

并且，使用执行了所述定量供给控制以及所述循环停止控制之后的所述阳极供给管的压力，来对所述喷射器以及所述阳极循环管的异常进行判断。

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