CN114300717B - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及燃料电池系统及其控制方法。本发明的燃料电池系统具备：多个燃料电池单元，分别具有燃料电池组、进行阳极气体从燃料电池组的排出的阳极气体排出系统、以及进行阴极气体向燃料电池组的供给和阴极气体从燃料电池组的排出的阴极气体供给排出系统；混合气体排出系统，将从多个燃料电池单元的阳极气体排出系统和阴极气体供给排出系统排出的气体混合并排出；以及控制部，控制多个燃料电池单元。控制部控制各燃料电池单元的阳极气体排出系统与阴极气体供给排出系统中的至少一方，将从各燃料电池单元排出的气体在混合气体排出系统中合流的时机错开。

Description

燃料电池系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

在燃料电池系统中，公知有具备多个燃料电池组的燃料电池系统。在日本特开2019-207802中记载有将从多个燃料电池组排出的气体统一排出的技术。

有时在从燃料电池组排出的气体中包含未反应的氢气。为了稀释未反应的氢气，将燃料电池组的阴极废气与阳极废气混合排出。在燃料电池系统的发电时，间歇地排出阳极废气，并始终排出阴极废气。因此，通过使从多个燃料电池组排出的气体合流，能够通过来自多个燃料电池组的阴极废气将从各燃料电池组在特定的时机排出的阳极废气中的未反应氢气进一步稀释。然而，在从多个燃料电池组排出气体的时机重合的情况下，被统一排出的气体的氢浓度可能变高。因此，要求能够抑制所排出的气体的氢浓度变高的技术。

发明内容

本公开作为以下的方式来实现。

(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：多个燃料电池单元，分别具有燃料电池组、进行阳极气体从上述燃料电池组的排出的阳极气体排出系统、以及进行阴极气体向上述燃料电池组的供给和阴极气体从上述燃料电池组的排出的阴极气体供给排出系统；混合气体排出系统，将从上述多个燃料电池单元的上述阳极气体排出系统和上述阴极气体供给排出系统排出的气体混合并排出；以及控制部，控制上述多个燃料电池单元。上述控制部控制上述各燃料电池单元的上述阳极气体排出系统与上述阴极气体供给排出系统中的至少一方，将从上述各燃料电池单元排出的气体在上述混合气体排出系统中合流的时机错开。

若为这样的形态，则能够抑制由于时机重合而从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。

(2)也可以构成为，在上述方式的燃料电池系统的基础上，上述多个燃料电池单元的上述阳极气体排出系统分别具有：排气排水阀，进行从上述燃料电池组排出的气体的排气；和排气管，将上述排气排水阀与上述混合气体排出系统连接，上述多个燃料电池单元的上述排气管中的一部分的排气管具有与其他的排气管的容积不同的容积。

若为这样的形态，能够抑制从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。因此，能够通过容易的控制抑制由于时机重合而从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。

(3)也可以构成为：在上述方式的燃料电池系统的基础上，上述控制部控制上述各阳极气体排出系统具有的进行从上述燃料电池组排出的气体的排气的排气排水阀，将一部分的上述排气排水阀在与其他的排气排水阀不同的时机打开，使气体从上述阳极气体排出系统向上述混合气体排出系统排出。

若为这样的形态，则即使排气管的容积相同，也能够将气体在混合气体排出系统中合流的时机错开。因此，能够抑制从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。

(4)也可以构成为：在上述方式的燃料电池系统的基础上，上述控制部在上述燃料电池系统的启动时控制上述各阴极气体供给排出系统，使一部分的上述阴极气体供给排出系统在与其他的阴极气体供给排出系统不同的时机向上述燃料电池组供给阴极气体，并使气体从上述燃料电池组内排出。

在启动时从阴极气体供给排出系统排出的气体包含在燃料电池系统停止时在燃料电池组中从阳极移动至阴极的氢。在启动时控制阴极气体供给排出系统，将使气体从各燃料电池组排出的时机错开，因此即使排气管的容积相同，也能够将气体在混合气体排出系统中合流的时机错开。因此，能够抑制从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。

(5)根据本公开的另一方式，提供一种燃料电池系统的控制方法。上述燃料电池系统具备：多个燃料电池单元，分别具有燃料电池组、进行阳极气体从上述燃料电池组的排出的阳极气体排出系统、以及进行阴极气体向上述燃料电池组的供给和阴极气体从上述燃料电池组的排出的阴极气体供给排出系统；和混合气体排出系统，将从上述多个燃料电池单元的上述阳极气体排出系统和上述阴极气体供给排出系统排出的气体混合并排出。上述控制方法包括：通过控制部，控制上述各燃料电池单元的上述阳极气体排出系统和上述阴极气体供给排出系统中的至少一方，将从上述各燃料电池单元排出的气体在上述混合气体排出系统中合流的时机错开。

此外，本公开能够以各种方式实现，例如能够以具备燃料电池系统的发电装置、具备燃料电池系统的车辆、执行燃料电池系统的控制方法的控制装置等形态来实现。

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是表示燃料电池系统的简要结构的图。

图2是表示排出气体的时机与氢浓度的关系的参考图。

图3是表示排出气体的时机与氢浓度的关系的图。

图4是表示排出处理的顺序的一个例子的流程图。

图5是表示第2实施方式中的排出气体的时机与氢浓度的关系的图。

图6是表示时间图的一个例子的说明图。

图7是另一实施方式中的燃料电池系统的说明图。

图8是表示另一实施方式中的排出处理的顺序的一个例子的流程图。

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是表示本公开的一个实施方式中的燃料电池系统500的简要结构的图。燃料电池系统500具备第1燃料电池单元100A、第2燃料电池单元100B、混合气体排出系统110以及控制部120。在本实施方式中，燃料电池系统500是安放设置型，但并不局限于此，也可以搭载于燃料电池车辆。

第1燃料电池单元100A的结构与第2燃料电池单元100B的结构相同。因此，以下，主要对第1燃料电池单元100A的结构进行说明，对于第2燃料电池单元100B的结构，适当地省略说明。如图1所示，对第1燃料电池单元100A的结构元件和第2燃料电池单元100B的结构元件标注将各结构元件的附图标记的“A”置换为“B”的附图标记。此外，在区分第1燃料电池单元100A和第2燃料电池单元100B的各结构元件时，例如，如“第1燃料电池组10A”、“第2燃料电池组10B”那样，也存在标注“第1”、“第2”作为前缀的情况。

第1燃料电池单元100A具备燃料电池组10A、单元控制部20A、阴极气体供给排出系统30A以及阳极气体供给排出系统50A。

燃料电池组10A是作为反应气体接受阳极气体、例如氢气和阴极气体、例如空气的供给来发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池组10A层叠多个单电池11A而构成。各单电池11A具有在电解质膜(未图示)的两面配置有阳极(未图示)和阴极(未图示)的膜电极接合体(未图示)、和夹持膜电极接合体的1组隔离件(未图示)。

单元控制部20A构成为具备CPU、存储器、以及连接后述的各部件的接口电路的计算机。单元控制部20A根据控制部120的指示输出用于控制燃料电池组10A内的各设备的起动和停止的信号。单元控制部20A通过执行在存储器存储的控制程序来进行基于燃料电池系统500的发电的控制，并且进行使气体从阴极气体供给排出系统30A、阳极气体供给排出系统50A具备的阳极气体排出系统60A向混合气体排出系统110排出的控制。此外，在单元控制部20A，也可以将这些控制的一部分或者全部作为硬件电路来实现。

阴极气体供给排出系统30A进行阴极气体向燃料电池组10A的供给和阴极气体从燃料电池组10A的排出。阴极气体供给排出系统30A具备阴极气体配管31A、空气流量计32A、压缩机33A、入口阀34A、旁通配管35A、旁通阀36A、阴极废气配管41A以及阴极气体调节器42A。阴极气体配管31A与燃料电池组10A连接，将从外部获取的空气向燃料电池组10A供给。

空气流量计32A设置于阴极气体配管31A，测定获取的空气的供给量。压缩机33A设置于空气流量计32A与入口阀34A之间。压缩机33A根据来自单元控制部20A的控制信号来压缩从外部导入的空气，并作为阴极气体向燃料电池组10A供给。压缩机33A消耗电力来驱动。入口阀34A设置于压缩机33A与燃料电池组10A之间。入口阀34A由根据来自单元控制部20A的控制信号开闭的电磁阀、电动阀构成。入口阀34A根据单元控制部20A的控制被调整开度，由此调整向燃料电池组10A供给的阴极气体的流量。

旁通配管35A将阴极气体配管31A与阴极废气配管41A不经由燃料电池组10A地连接。在旁通配管35A设置有旁通阀36A。旁通阀36A由根据来自单元控制部20A的控制信号开闭的电磁阀、电动阀构成。在打开了旁通阀36A的情况下，在阴极气体配管31A中流动的空气的一部分通过旁通配管35A并向阴极废气配管41A流入。

阴极废气配管41A将从燃料电池组10A排出的阴极废气和从旁通配管35A流出的阴极气体向混合气体排出系统110排出。在阴极废气配管41A设置有阴极气体调节器42A。阴极气体调节器42A根据来自单元控制部20A的控制信号来调整燃料电池组10A的阴极气体出口的压力。

阳极气体供给排出系统50A进行阳极气体向燃料电池组10A的供给和阳极气体从燃料电池组10A的排出。阳极气体供给排出系统50A具备阳极气体配管51A、阳极气体罐52A、主截止阀53A、阳极气体调节器54A、喷射器55A、阳极废气配管61A、气液分离器62A、排气排水阀63A、循环配管64A以及阳极气体泵65A。在本实施方式中，也将由阳极废气配管61A、气液分离器62A以及排气排水阀63A构成的流路称为阳极气体排出系统60A。阳极气体排出系统60A从燃料电池组10A进行阳极气体的排出。另外，以下，也将由阳极气体配管51A的比喷射器55A靠下游侧的部分、燃料电池组10A内的阳极气体的流路、阳极废气配管61A、气液分离器62A、循环配管64A以及阳极气体泵65A构成的流路称为循环流路66A。循环流路66A是用于使燃料电池组10A的阳极废气向燃料电池组10A循环的流路。

阳极气体罐52A经由阳极气体配管51A与燃料电池组10A的阳极气体入口连接，将阳极气体向燃料电池组10A供给。主截止阀53A、阳极气体调节器54A以及喷射器55A依次从上游侧、即靠近阳极气体罐52A的一侧设置于阳极气体配管51A。

主截止阀53A由根据来自单元控制部20A的控制信号开闭的电磁阀、电动阀构成。在燃料电池系统500的停止时关闭主截止阀53A。阳极气体调节器54A根据来自单元控制部20A的控制信号来调整喷射器55A的上游侧中的阳极气体压力。喷射器55A是根据由单元控制部20A设定的驱动周期、开阀时间而阀体电磁驱动的电磁驱动式的开闭阀。单元控制部20A通过控制喷射器55A的驱动周期、开阀时间来控制向燃料电池组10A供给的阳极气体的供给量。

阳极废气配管61A是将燃料电池组10A的阳极气体出口与气液分离器62A连接的配管。阳极废气配管61A将包含未用于发电反应的氢气、氮气等在内的阳极废气向气液分离器62A引导。

气液分离器62A连接于循环流路66A的阳极废气配管61A与循环配管64A之间。气液分离器62A从自燃料电池组10A排出的气体中分离气体所包含的液体水中的至少一部分。更具体而言，气液分离器62A从循环流路66A内的阳极废气中分离作为杂质的水并储存。

排气排水阀63A设置于气液分离器62A的下部。排气排水阀63A进行从燃料电池组10A排出的气体的排气。更具体而言，排气排水阀63A进行在气液分离器62A中储存的水的排水、和气液分离器62A内的不必要的气体、主要是氮气的排气。在燃料电池系统500的运转中，通常关闭排气排水阀63A，根据来自单元控制部20A的控制信号来开闭。在本实施方式中，排气排水阀63A与阴极废气配管41A连接，将由排气排水阀63A排出的水和不必要的气体通过阴极废气配管41A向混合气体排出系统110排出。也将从排气排水阀63A的下游到混合气体排出系统110的配管称为排气管70A。在本实施方式中，第1排气管70A和第2排气管70B具有相同的容积。

循环配管64A与阳极气体配管51A中的比喷射器55A靠下游的部分连接。在循环配管64A，设置有根据来自单元控制部20A的控制信号驱动的阳极气体泵65A。通过阳极气体泵65A，将被气液分离器62A分离了水的阳极废气向阳极气体配管51A送出。在该燃料电池系统500中，通过使包含氢在内的阳极废气循环并再次向燃料电池组10A供给，从而使阳极气体的利用效率提高。

混合气体排出系统110将从阴极气体供给排出系统30A、30B和阳极气体排出系统60A、60B排出的气体混合并排出。更具体而言，混合气体排出系统110与收纳有燃料电池单元100A、100B的壳体(未图示)的外部连通，将从燃料电池组10A、10B经由阴极废气配管41A、41B排出的气体集中向壳体的外部的大气排出。

控制部120通过对单元控制部20A、20B给予指示来分别控制燃料电池单元100A、100B。更具体而言，控制部120经由单元控制部20A、20B控制阳极气体排出系统60A、60B和阴极气体供给排出系统30A、30B，将从燃料电池单元100A、100B排出的气体在混合气体排出系统110中合流的时机错开。控制部120考虑从燃料电池单元100A、100B排出的气体流量、氢浓度、排气管70A、70B的容积来进行控制。由此，控制部120能够抑制从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度大于预先决定好的值。

图2是表示燃料电池单元100A、100B排出气体的时机与氢浓度的关系的参考图。上部的曲线图G1a表示从第1燃料电池单元100A排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G1a表示将第1排气管70A与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第1排气管70A上的位置P1(图1)处的气体的氢浓度。另外，上部的曲线图G2a表示从第2燃料电池单元100B排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G2a表示将第2排气管70B与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第2排气管70B上的位置P2(图1)处的气体的氢浓度。此外，为了便于说明，将曲线图G2a向下方向错开来记载，但实际上与曲线图G1a重合。下部的曲线图G3a表示从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G3a表示即将向外部排出前的混合气体排出系统110中的位置P3(图1)处的气体的氢浓度。

如图2所示，第1燃料电池单元100A向混合气体排出系统110排出气体的时机、与第2燃料电池单元100B向混合气体排出系统110排出气体的时机是相同的时机。因此，从各燃料电池单元100A、100B排出的气体的位置P1、P2处的氢浓度最高的时机也为相同的时机t1。燃料电池单元100A、100B排出的气体的氢浓度的峰值是第1浓度Dh1。第1浓度Dh1例如是8％。因此，混合气体排出系统110的气体的氢浓度上升至第1浓度Dh1。

图3是表示本实施方式中的燃料电池单元100A、100B排出气体的时机与氢浓度的关系的图。上部的曲线图G1b表示从第1燃料电池单元100A排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G1b表示将第1排气管70A与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第1排气管70A上的位置P1处的气体的氢浓度。另外，上部的曲线图G2b表示从第2燃料电池单元100B排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G2b表示将第2排气管70B与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第2排气管70B上的位置P2处的气体的氢浓度。此外，为了便于说明，将曲线图G2b向下方向错开来记载，但实际上一部分与曲线图G1b重合。下部的曲线图G3b表示从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G3b表示即将向外部排出前的混合气体排出系统110中的位置P3处的气体的氢浓度。

如图3所示，从第1燃料电池单元100A排出的气体的位置P1处的氢浓度最高的时机是时机t1。第2燃料电池单元100B在比第1燃料电池单元100A迟的时机向混合气体排出系统110排出气体。因此，从第2燃料电池单元100B排出的气体的位置P2处的氢浓度最高的时机是比时机t1迟的时机t2。即，在时机t1，从第1燃料电池单元100A向混合气体排出系统110排出的第1浓度Dh1的气体被从第2燃料电池单元100B排出的氢浓度不足第1浓度Dh1的气体稀释。另外，在时机t2，从第2燃料电池单元100B向混合气体排出系统110排出的第1浓度Dh1的气体被从第1燃料电池单元100A排出的氢浓度不足第1浓度Dh1的气体稀释。因此，混合气体排出系统110中的气体的氢浓度的峰值是比第1浓度Dh1低的第2浓度Dh2。第2浓度Dh2例如是4％。

图4是表示本实施方式中的排出处理的顺序的一个例子的流程图。排出处理是为了从各燃料电池单元100A、100B向混合气体排出系统110排出气体而控制阴极气体供给排出系统30A、30B与阳极气体排出系统60A、60B中的至少一方的处理。该处理是在燃料电池系统500的动作中由从控制部120接收了排出处理的开始的指示的各单元控制部20A、20B执行的处理。排出处理的开始的指示例如为了在燃料电池系统500的启动紧后将在燃料电池系统500的停止中从燃料电池组10A内的阳极侧透过了阴极侧的氢排出而进行。以下，以第1单元控制部20A为例进行说明。

在步骤S100中，单元控制部20A开始排出处理。例如，单元控制部20A控制空气流量计32A、压缩机33A、入口阀34A来向燃料电池组10A送出阴极气体。由此，能够将在燃料电池系统500的停止中从燃料电池组10A内的阳极侧透过了阴极侧的氢向燃料电池组10A外排出。另外，单元控制部20A控制主截止阀53A、阳极气体调节器54A、喷射器55A、阳极气体泵65A来向燃料电池组10A送出阳极气体。

在步骤S110中，单元控制部20A向控制部120发送开始了排出处理这一情况。

在步骤S120中，单元控制部20A判定完成步骤S110的处理起的待机时间是否比预先决定好的阈值时间长。即，判定是否待机了比阈值时间长的时间。阈值时间是按照每个燃料电池单元预先决定好的时间，在本实施方式中，第1燃料电池单元100A的阈值时间比第2燃料电池单元100B的阈值时间短。对于第1燃料电池单元100A的阈值时间与第2燃料电池单元100B的阈值时间之差而言，例如能够根据从一个燃料电池单元排出气体的情况下的氢浓度的时间变化通过预先进行模拟、实验，决定变为基准值以上的氢浓度的时间。由控制部120向各单元控制部20A、20B指示待机时间。以下，也将该指示称为“阀控制指示”。在本实施方式中，控制部120以接收到在步骤S110中单元控制部20A发送的开始排出处理的信号为契机进行阀控制指示。控制部120也可以与排出处理的开始的指示一起进行阀控制指示。在待机时间比阈值时间长的情况下，单元控制部20A进入至步骤S130的处理。另一方面，在待机时间为阈值时间以下的情况下，单元控制部20A返回至步骤S120的处理。即，在经过阈值时间以前反复进行步骤S120。

在步骤S130中，单元控制部20A进行阀控制。例如，单元控制部20A进行打开旁通阀36A、阴极气体调节器42A、排气排水阀63A的控制。由此，将气体向阴极废气配管41A排出。即，从阴极气体供给排出系统30A、阳极气体排出系统60A向混合气体排出系统110排出气体。

根据以上说明的本实施方式的燃料电池系统500，通过控制部120，能够将在混合气体排出系统110中从燃料电池单元100A、100B排出的气体合流的时机错开。因此，能够抑制由于时机重合而从混合气体排出系统排出的气体的氢浓度变高。

另外，燃料电池系统500通过混合气体排出系统110将从第1燃料电池单元100A、第2燃料电池单元100B排出的气体混合并排出。因此，与从第1燃料电池单元100A和第2燃料电池单元100B分别独立地排出气体的情况相比，能够减少配管。另外，例如，从第1阳极气体排出系统60A排出的气体的氢浓度不仅被从第1阴极气体供给排出系统30A排出的气体稀释，也被从第2阴极气体供给排出系统30B排出的气体稀释，因此不增加向第1阴极气体供给排出系统30A供给的阴极气体流量就能够稀释。

B.第2实施方式：

对于第2实施方式中的燃料电池系统的结构而言，第1排气管70A的容积与第2排气管70B的容积不同这一点与第1实施方式中的燃料电池系统的结构不同，其他的结构与第1实施方式相同，因此省略燃料电池系统的结构的说明。

图5是表示本实施方式中的燃料电池单元100A、100B排出气体的时机与氢浓度的关系的图。该图是在图3中新示出曲线图G11b和曲线图G22b的图。上部的曲线图G11b表示从第1阳极气体排出系统60A向第1排气管70A排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G11b表示将第1阳极气体排出系统60A与第1排气管70A连接的部位紧后的第1排气管70A上的位置P11(图1)处的气体的氢浓度。另外，上部的曲线图G22b表示从第2阳极气体排出系统60B向第2排气管70B排出的气体的氢浓度。更具体而言，曲线图G22b表示将第2阳极气体排出系统60B与第2排气管70B连接的部位紧后的第2排气管70B上的位置P22(图1)处的气体的氢浓度。此外，为了便于说明，将曲线图G22b向下方向错开来记载，但实际上一部分与曲线图G11b重合。

在第1排气管70A的容积与第2排气管70B的容积相等的情况下，若从第1阳极气体排出系统60A向第1排气管70A排出气体的时机与从第2阳极气体排出系统60B向第2排气管70B排出气体的时机相同，则如图2所示，第1燃料电池单元100A向混合气体排出系统110排出气体的时机、即第1排气管70A向混合气体排出系统110排出气体的时机、与第2燃料电池单元100B向混合气体排出系统110排出气体的时机、即第2排气管70B向混合气体排出系统110排出气体的时机为相同的时机。

在本实施方式中，第2排气管70B的容积大于第1排气管70A的容积。更具体而言，第1排气管70A的直径与第2排气管70B的直径相同，第2排气管70B的气体的流通方向上的距离比第1排气管70A的气体的流通方向上的距离长。因此，如图5的上部所示，即使从第1阳极气体排出系统60A向第1排气管70A排出气体的时机与从第2阳极气体排出系统60B向第2排气管70B排出气体的时机是相同的时机t0，如图5的中部所示，第1燃料电池单元100A向混合气体排出系统110排出气体的时机也比第2燃料电池单元100B向混合气体排出系统110排出气体的时机迟。因此，从第2燃料电池单元100B排出的气体的位置P2处的氢浓度最高的时机是比作为从第1燃料电池单元100A排出的气体的位置P1处的氢浓度最高的时机的时机t1迟的时机t2。

根据以上说明的第2实施方式的燃料电池系统500，将排气管的容积差设计为即使从阴极气体供给排出系统30A、30B和阳极气体排出系统60A、60B排出气体的时机是同时，气体在混合气体排出系统110中合流的时机也不为同时那样的容积差。即，通过排气管的容积差，即使从阴极气体供给排出系统30A、30B和阳极气体排出系统60A、60B排出气体的时机是同时，也能够将气体在混合气体排出系统110中合流的时机错开。因此，能够抑制从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度变高。因此，能够通过容易的控制抑制由于时机重合而从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度变高。

C.第3实施方式：

第3实施方式中的排出处理是在燃料电池系统500的发电中进行的处理。第3实施方式中的燃料电池系统的结构与第1实施方式中的燃料电池系统的结构相同，因此省略燃料电池系统的结构的说明。

在第3实施方式中，控制部120以从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度小于预先决定好的值的方式将第1排气排水阀63A和第2排气排水阀63B控制成在不同的时机打开。例如，控制部120使用根据各燃料电池组10A、10B的发电量求出的阳极气体与阴极气体的反应比、设置于各阳极废气配管61A、61B的压力计测量出的气压的减少，求出从各排气排水阀63A、63B排出的氢量。控制部120能够使用求出的氢量、从第1阴极气体供给排出系统30A、第2阴极气体供给排出系统30B排出的阴极气体流量等来预测从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度，并基于该预测控制打开第1排气排水阀63A和第2排气排水阀63B的时机。

控制部120例如作为阀控制指示附带从各燃料电池单元100A、100B排出的气体的氢浓度从峰值下降至通常的浓度所花费的时间间隔之差来向各单元控制部20A、20B发送待机时间(图4、步骤S120)。

根据以上说明的本实施方式的燃料电池系统500，控制部120控制各排气排水阀63A、63B，在不同的时机打开，并使气体从阳极气体排出系统60A、60B向混合气体排出系统110排出。即使第1排气管70A与第2排气管70B的容积相同，也能够将气体在混合气体排出系统110中合流的时机错开。因此，能够抑制从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度变高。

D.第4实施方式：

第4实施方式中的排出处理是在燃料电池系统500的启动后进行的处理。第4实施方式中的燃料电池系统的结构与第1实施方式中的燃料电池系统的结构相同，因此省略燃料电池系统的结构的说明。

在第4实施方式中，控制部120控制成第1阴极气体供给排出系统30A和第2阴极气体供给排出系统30B在不同的时机向混合气体排出系统110排出气体。更具体而言，控制部120控制成在不同的时机打开第1入口阀34A和第2入口阀34B，并控制成第1阴极气体供给排出系统30A和第2阴极气体供给排出系统30B在不同的时机向混合气体排出系统110排出气体。由此，在燃料电池系统500的停止时，能够将包含在燃料电池组10A、10B中从阳极移动至阴极的氢的从阴极气体供给排出系统30A、30B排出的气体在混合气体排出系统110中合流的时机。

图6是表示起动要求信号的ON/OFF、各入口阀34A、34B的打开指令、表示各燃料电池单元100A、100B中的阴极气体供给流量的时间图的一个例子的说明图。在图6中，起动要求信号的“ON”是指发出了起动要求，“OFF”表示未发出起动要求。图6中的氢浓度表示将第1排气管70A与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第1排气管70A中的气体的氢浓度、和将第2排气管70B与混合气体排出系统110连接的部位紧前的第2排气管70B中的气体的氢浓度。此外，以排气排水阀63A、63B关闭的情况为例作行说明。即，以不从阳极气体排出系统60A、60B向混合气体排出系统110排出气体的情况为例进行说明。

如图6所示，第1燃料电池单元100A在起动要求信号变为ON后在时机t4接受打开入口阀34A的指令，并打开第1入口阀34A。因此，第1燃料电池单元100A中的阴极气体供给流量从时机t4起上升，并变为流量Q1。第1燃料电池单元100A中的排出气体的氢浓度从时机t4起上升，在比时机t4迟的时机t5达到最高的浓度Dh3，并下降。第2燃料电池单元100B在比时机t4迟的时机t6接受打开第2入口阀34B的指令，并打开第2入口阀34B。时机t6能够以从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度小于预先决定好的值的方式通过预先进行模拟、实验来决定。因此，第2燃料电池单元100B中的阴极气体供给流量从时机t6起上升，并变为流量Q1。第2燃料电池单元100B中的排出气体的氢浓度从时机t6起上升，在比时机t6迟的时机t7达到最高的浓度Dh3，并下降。因此，在混合气体排出系统110中，能够将从阴极气体供给排出系统30A排出的浓度Dh3的气体与从第2阴极气体供给排出系统30B排出的浓度Dh3的气体合流的时机错开。

根据以上说明的本实施方式的燃料电池系统500，控制部120在燃料电池系统500的启动时控制各阴极气体供给排出系统30A、30B，使第1阴极气体供给排出系统30A在与第2阴极气体供给排出系统30B不同的时机向燃料电池组10A供给阴极气体，并使气体从燃料电池组10A内排出。在启动时从阴极气体供给排出系统30A、30B排出的气体包括在燃料电池系统500的停止时在燃料电池组10A、10B中从阳极移动至阴极的氢。在启动时控制阴极气体供给排出系统30A，将使气体从各燃料电池组10A、10B排出的时机错开，因此即使第1排气管70A与第2排气管70B的容积相同，也能够将气体在混合气体排出系统110中合流的时机错开。因此，能够抑制从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度变高。

E.其他的实施方式：

(E1)图7是另一实施方式中的燃料电池系统501的说明图。在上述的实施方式中，燃料电池单元100A将从阴极气体供给排出系统30A排出的气体、与从阳极气体排出系统60A排出的气体在阴极废气配管41A中混合并排出。取而代之，如图7所示，燃料电池单元101A也可以不将从阴极气体供给排出系统30A排出的气体和从阳极气体排出系统60A排出的气体混合而直接向混合气体排出系统111排出。对于图7的燃料电池单元101B，也相同。

(E2)在上述的实施方式中，燃料电池系统500具备两个燃料电池单元。并不局限于此，燃料电池系统500具备多个燃料电池单元即可，也可以具备3个以上的燃料电池单元。在该情况下，控制部120以从一部分的燃料电池单元排出的气体与从其他的燃料电池单元排出的气体在不同的时机在混合气体排出系统110中合流的方式进行控制。例如，在燃料电池系统500具备3个燃料电池单元的情况下，从一个燃料电池单元排出的气体与从其他两个燃料电池单元排出的气体在不同的时机在混合气体排出系统110中合流即可，从其他两个燃料电池单元排出的气体也可以分别在相同的时机在混合气体排出系统110中合流。

(E3)在上述的实施方式中，控制部120经由单元控制部20A、20B控制了阳极气体排出系统60A、60B和阴极气体供给排出系统30A、30B。取而代之，控制部120经由单元控制部20A、20B仅控制阳极气体排出系统60A、60B与阴极气体供给排出系统30A、30B中的任意一方，并将从燃料电池组10A、10B排出的气体在混合气体排出系统110中合流的时机错开。

(E4)在上述的实施方式中，控制部120还可以与混合气体排出系统110连接，并控制将包含氢的气体排出的阀。例如，在各燃料电池单元100A、100B具备的燃料电池组10A的冷却系统中，在冷却系统发生了故障的情况下，控制部120能够控制设置于将包含从储备罐排出的氢的气体向阴极废气配管41A流出的配管的调节阀。另外，控制部120能够控制设置于将包含从收纳各燃料电池组10A、10B的壳体排出的氢的气体向阴极废气配管41A流出的配管的调节阀。

(E5)在上述的实施方式中，控制部120以接收到从各单元控制部20A、20B发送的排出处理的开始的信号为契机进行对各单元控制部20A、20B指示各自的待机时间的阀控制指示。取而代之，控制部120也可以以第1单元控制部20A进行了阀控制(图4、步骤S130)为契机对第2单元控制部20B进行阀控制指示。控制部120例如决定第2单元控制部20B的待机时间，使得第1燃料电池单元100A排出的气体与第2燃料电池单元100B排出的气体合流，并且混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度小于预先决定好的值。

(E6)图8表示另一实施方式中的排出处理的顺序的一个例子的流程图。在上述的第1实施方式中，单元控制部20A在图4的步骤S120中判定待机时间是否比预先决定好的阈值时间长。如图8所示，单元控制部20A也可以代替步骤S120而进行步骤S125的处理。单元控制部20A在步骤S125中判定是否接收了阀控制指示。在接收了阀控制指示的情况下，进入至步骤S130的处理，并进行阀控制。另一方面，在未接收阀控制指示的情况下，返回至步骤S125的处理。即，在接收到阀控制指示以前反复进行步骤S125。

即，在上述的第1实施方式中，控制部120对第1单元控制部20A和第2单元控制部20B一起进行阀控制指示，第1单元控制部20A、第2单元控制部20B分别将时机错开来执行阀控制。取而代之，控制部120也可以通过对第1单元控制部20A和第2单元控制部20B在分别不同的时机进行阀控制指示，从而在不同的时机执行阀控制。对于时机而言，例如根据各燃料电池单元100A、100B中的燃料电池组10A、10B的阴极的容积及其下游的配管的容积、燃料电池系统500的启动时的空气流量，通过预先进行模拟、实验来决定各燃料电池单元100A、100B排出的气体的氢浓度最高的时机是处于排气管的哪个位置。由此，能够将从第1燃料电池单元100A排出的气体的氢浓度最高的时机、与从第2燃料电池单元100B排出的气体的氢浓度最高的时机错开。

(E7)在上述的第3实施方式中，控制部120使用各燃料电池组10A、10B的发电量等来计算从混合气体排出系统110排出的气体的氢浓度。取而代之，燃料电池系统500也可以在各配管具备氢浓度传感器，控制部120也可以取得这些氢浓度传感器测量出的氢浓度。

本公开并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如为了解决上述的课题，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，与在发明的概要栏中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能够适当地进行替换、组合。另外，只要未说明为其技术特征在本说明书中是必须的，就能够适当地删除。

Claims (2)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，

所述燃料电池系统具备：

多个燃料电池单元，分别具有燃料电池组、进行阳极气体从所述燃料电池组的排出的阳极气体排出系统、以及进行阴极气体向所述燃料电池组的供给和阴极气体从所述燃料电池组的排出的阴极气体供给排出系统；

混合气体排出系统，将从所述多个燃料电池单元的所述阳极气体排出系统和所述阴极气体供给排出系统排出的气体混合并排出；以及

控制部，控制所述多个燃料电池单元，

其中，所述多个燃料电池单元的所述阳极气体排出系统分别具有进行从所述燃料电池组排出的气体的排气的排气排水阀，

所述控制部在所述燃料电池系统的启动时，当各个所述排气排水阀关闭时，控制各个所述阴极气体供给排出系统，使多个所述阴极气体供给排出系统中的一个所述阴极气体供给排出系统在不同于多个所述阴极气体供给排出系统中的其他的阴极气体供给排出系统的时机向所述燃料电池组供给阴极气体，由此使气体从所述燃料电池组内排出，将从所述各燃料电池单元排出的气体在所述混合气体排出系统中合流的时机错开。

2.一种控制方法，是燃料电池系统的控制方法，

所述燃料电池系统具备：

多个燃料电池单元，分别具有燃料电池组、进行阳极气体从所述燃料电池组的排出的阳极气体排出系统、以及进行阴极气体向所述燃料电池组的供给和阴极气体从所述燃料电池组的排出的阴极气体供给排出系统；和

混合气体排出系统，将从所述多个燃料电池单元的所述阳极气体排出系统和所述阴极气体供给排出系统排出的气体混合并排出，

所述多个燃料电池单元的所述阳极气体排出系统分别具有进行从所述燃料电池组排出的气体的排气的排气排水阀，

所述控制方法的特征在于，包括：

通过控制部，在所述燃料电池系统的启动时，当各个所述排气排水阀关闭时，控制各个所述阴极气体供给排出系统，使多个所述阴极气体供给排出系统中的一个所述阴极气体供给排出系统在不同于多个所述阴极气体供给排出系统中的其他的阴极气体供给排出系统的时机向所述燃料电池组供给阴极气体，由此使气体从所述燃料电池组内排出，将从所述各燃料电池单元排出的气体在所述混合气体排出系统中合流的时机错开。