CN114365313A - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在启动时通过供给被进行了加热的空气来使燃料电池升温的燃料电池系统。该燃料电池系统具备：多个燃料电池；燃料供给路径，多个燃料电池并联地连接于燃料供给路径，燃料供给路径用于向燃料电池供给燃料；空气供给路径，多个燃料电池串联地连接于空气供给路径，空气供给路径用于向燃料电池供给空气；热交换器，其设置于燃料供给路径，用于对燃料或空气进行加热；空气热交换器，其设置于空气供给路径，用于对空气进行加热；以及连结路径，其将空气供给路径中的空气热交换器的上游侧的位置与燃料供给路径中的热交换器的上游侧的位置连结。在空气供给路径设置有第一控制阀，该第一控制阀用于调整向空气热交换器流入的空气的量，在连结路径设置有第二控制阀，该第二控制阀用于调整向热交换器流入的空气的量，在燃料电池系统启动时，通过调整第一控制阀及第二控制阀的开度，来从空气供给路径和燃料供给路径这两者向多个燃料电池供给被进行了加热的空气。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
背景技术
在由多个堆构成的燃料电池系统中，若多个燃料电池堆串联地连接于用于供给阳极气体的燃料供给路径，则上游侧的燃料电池堆的阳极排气被供给到下游侧的燃料电池堆。在燃料电池堆的阳极排气中含有H2O等，因此当上游侧的燃料电池堆的阳极排气被供给到下游侧的燃料电池堆时，有可能会影响发电。因此，优选的是，多个燃料电池堆并联地连接于燃料供给路径，以避免受到上游侧的燃料电池堆的阳极排气的影响。另一方面，若多个燃料电池堆并联地连接于用于供给阴极气体的空气供给路径，则相比于多个燃料电池堆串联地连接于用于供给阴极气体的空气供给路径的情况而言，压力损失变大。因此，从节省用于吸入空气的空气鼓风机的容量的观点出发，优选的是，多个燃料电池堆串联地连接于空气供给路径。
在JP2004-71488A中公开了一种燃料电池发电设备，在该燃料电池发电设备中，排列多段燃料电池部，并将多段燃料电池部串联地连接于空气系统，将多段燃料电池部并联地连接于燃料供给系统。在该燃料电池发电设备中，从空气供给路径向最上游侧的燃料电池部供给由加热单元加热到规定温度的空气。
发明内容
另外，在固体氧化物型燃料电池系统中，在将从停止状态启动系统时，在直到开始进行部分氧化重整反应(POx)为止的期间，需要通过被进行了加热的空气来对燃料电池堆进行暖机。在燃料电池系统启动时进行暖机时，当从JP2004-71488A中记载的多个燃料电池部(燃料电池堆)串联地连接到的空气供给路径供给被进行了加热的空气时，越是靠上游侧的燃料电池堆，则温度越高。因而，各堆之间的温度的偏差变大。当在该状态下进行发电时，发电也会产生偏差，发电效率有可能恶化。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制启动时的各燃料电池之间的温度的偏差的燃料电池系统。
根据本发明的一个方式，提供一种在启动时通过供给被进行了加热的空气来使燃料电池升温的燃料电池系统。该燃料电池系统具备：多个燃料电池；燃料供给路径，多个燃料电池并联地连接于燃料供给路径，燃料供给路径用于向燃料电池供给燃料；空气供给路径，多个燃料电池串联地连接于空气供给路径，空气供给路径用于向燃料电池供给空气；热交换器，其设置于燃料供给路径，用于对燃料或空气进行加热；空气热交换器，其设置于空气供给路径，用于对空气进行加热；以及连结路径，其将空气供给路径中的空气热交换器的上游侧的位置与燃料供给路径中的热交换器的上游侧的位置连结。在空气供给路径设置有第一控制阀，该第一控制阀用于调整向空气热交换器流入的空气的量，在连结路径设置有第二控制阀，该第二控制阀用于调整向热交换器流入的空气的量，在燃料电池系统启动时，通过调整第一控制阀及第二控制阀的开度，来从空气供给路径和燃料供给路径这两者向多个燃料电池供给被进行了加热的空气。
附图说明
图1是示出第一实施方式的燃料电池系统的主要结构的概要结构图。
图2是说明第一实施方式的燃料电池系统启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。
图3是示出第二实施方式的燃料电池系统的主要结构的概要结构图。
图4是说明第二实施方式的燃料电池系统启动时的燃料电池堆暖机控制的时序图。
图5是说明第二实施方式的燃料电池系统启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。
图6是说明第二实施方式的变形例的燃料电池系统启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图等来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是示出第一实施方式的燃料电池系统100的主要结构的概要结构图。
燃料电池系统100是向多个燃料电池堆11、12、13供给发电所需的燃料气体(阳极气体)和氧化剂气体(阴极气体)、并使燃料电池堆11、12、13根据车辆行驶用的电动马达等电负载来进行发电的系统。
燃料电池系统100具备多个燃料电池堆11、12、13、燃料供给路径2、空气供给路径3、排气通路4、连结路径5以及分支路径6。燃料供给路径2用于向燃料电池堆11、12、13供给阳极气体，空气供给路径3用于向燃料电池堆11、12、13供给阴极气体。排气通路4用于将从燃料电池堆11、12、13排出的阳极废气和阴极废气排出。连结路径5将空气供给路径3与燃料供给路径2连结。另外，燃料电池系统100具备对系统整体的动作进行控制的控制器7(控制部)。
燃料电池堆11、12、13接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电。燃料电池堆11、12、13各自是将多个燃料电池或燃料电池单位单体层叠而构成的，作为发电源的各个燃料电池例如是固体氧化物型燃料电池(SOFC)。
燃料电池堆11、12、13被配置为并联地连接于燃料供给路径2，并且串联地连接于空气供给路径3。从燃料供给路径2向各燃料电池堆11、12、13的阳极分别供给阳极气体，从空气供给路径3向各燃料电池堆11、12、13的阴极供给阴极气体。从燃料电池堆11、12、13排出的阳极废气和阴极废气通过后述的催化燃烧器41被燃烧而成为燃烧气体，该燃烧气体经由排气通路4被排出到外部。
在各燃料电池堆11、12、13的阴极侧出口附近设置有温度传感器(未图示)，温度传感器检测从各燃料电池堆11、12、13排出的阴极废气的温度。检测值作为信号发送到控制器7。
此外，在本实施方式中，配置有三个燃料电池堆，但是燃料电池堆的个数不限于此，只要是多个即可，也可以配置若干个。
另外，如后所述，在燃料电池系统100启动时，从燃料供给路径2供给被进行了加热的空气，而不是供给阳极气体。即，在燃料电池系统100启动时，从燃料供给路径2和空气供给路径3这两者向燃料电池堆11、12、13供给被进行了加热的空气，来对燃料电池堆11、12、13进行暖机(升温)。
在燃料供给路径2上，从上游起依次配置有燃料罐21、喷射器221、蒸发器22、加热器23以及热交换重整器24，燃料供给路径2在喷射器221的上游分支出与催化燃烧器41连接的分支路径6。另外，在热交换重整器24的下游侧，多个燃料电池堆11、12、13并联地连接于燃料供给路径2，并且燃料供给路径2在燃料电池堆11、12、13的下游与催化燃烧器41连接。燃料供给路径2是用于向燃料电池堆11、12、13的阳极供给阳极气体的通路，并且是用于向催化燃烧器41送出从燃料电池堆11、12、13排出的发电反应后的阳极废气的通路。
燃料罐21贮存例如以乙醇和水为主要成分的燃料来作为重整前的原燃料。原燃料通过泵(未图示)被从燃料罐21供给到喷射器221，并通过喷射器221在被调节为规定喷射量后喷射供给到蒸发器22。此外，利用泵供给的燃料供给量和喷射器221的喷射量能够由控制器7来控制。
蒸发器22对被从喷射器221微粒化后喷射供给的液体燃料进行加热，来生成由乙醇气体和水蒸气构成的重整前燃料气体。蒸发器22利用从后述的催化燃烧器41排出的燃烧气体的热来使燃料气化。
加热器23通过使来自催化燃烧器41的燃烧气体与重整前燃料气体进行热交换，来对重整前燃料气体进行加热。
热交换重整器24通过使来自催化燃烧器41的燃烧气体与重整前燃料气体进行热交换，来对在蒸发器22中气化而得到的重整前燃料气体进一步进行加热，并且对重整前燃料气体进行重整以使其成为适合向燃料电池堆1供给的状态。例如，热交换重整器24利用未图示的重整用催化剂对重整前燃料气体进行水蒸气重整，来生成以氢为主要成分的阳极气体。像这样重整后的阳极气体被以高温状态从燃料供给路径2供给到燃料电池堆1的阳极。
此外，在本实施方式中使用了热交换器与重整器为整体的热交换重整器24，但是热交换器和重整器也可以单独构成。
另外，如后所述，在燃料电池系统100启动时，热交换重整器24通过与来自催化燃烧器41的燃烧气体进行热交换，来对从空气供给路径3经由连结路径5供给的空气进行加热。即，热交换重整器24在系统启动时作为对空气进行加热的热交换器发挥功能。被进行了加热的该空气经由燃料供给路径2被输送到燃料电池堆11、12、13，来对燃料电池堆11、12、13进行暖机。
分支路径6是用于在燃料电池系统100进行暖机时等向后述的催化燃烧器41供给燃烧用燃料的通路，分支路径6在燃料罐21的下游侧且喷射器221的上游侧从燃料供给路径2分支出并连接于催化燃烧器41。在分支路径6设置有喷射器611，例如在燃料电池系统100进行暖机时从燃料罐21向喷射器611供给液体燃料。供给到喷射器611的液体燃料被作为燃烧用燃料通过喷射器611喷射供给到催化燃烧器41。喷射器611的喷射量能够由控制器7来控制。
在空气供给路径3上，从上游起依次配置有空气鼓风机31、控制阀(第一控制阀)30以及空气热交换器32，在控制阀30的上游侧分支出连结路径5。另外，在空气热交换器32的下游侧，多个燃料电池堆按照燃料电池堆11、12、13的顺序串联地连接于空气供给路径3，并且空气供给路径3在配置于最下游的燃料电池堆13的下游与催化燃烧器41连接。空气供给路径3是用于向燃料电池堆11、12、13的阴极供给阴极气体的通路，并且是用于向催化燃烧器41送出从燃料电池堆11、12、13排出的发电反应后的阴极废气的通路。
空气鼓风机31设置于空气供给路径3的入口，空气鼓风机31通过过滤器(未图示)吸入外部气体(空气)，并将所吸入的空气加压输送到空气供给路径3内。
空气热交换器32是使通过空气鼓风机31供给的空气与在后述的催化燃烧器41中生成的燃烧气体进行热交换来对该空气进行加热的装置。向燃料电池堆11、12、13的阴极供给被空气热交换器32进行了加热的空气。
从空气鼓风机31向空气热交换器32流入的空气的量通过设置于空气热交换器32的上游的控制阀(第一控制阀)30的开度来调整。控制阀30的开度能够由控制器7来控制。
连结路径5是用于向燃料供给路径2中的重整前燃料供给空气(氧)的通路，将空气供给路径3中的空气热交换器32的上游侧的位置与燃料供给路径2中的热交换重整器24的上游侧的位置连结。连结路径5在空气供给路径3中的空气鼓风机31的下游侧且控制阀30的上游侧的位置从空气供给路径3分支出，并连接于燃料供给路径2的热交换重整器24的上游位置。在连结路径5设置有控制阀(第二控制阀)50，从空气供给路径3向热交换重整器24流入的空气的量通过控制阀50的开度来调整。控制阀30的开度能够由控制器7来控制。当从连结路径5向重整前燃料供给空气(氧)时，通过热交换重整器24中的部分氧化重整反应(POx)来使重整后的阳极气体的温度上升。由此，高温的阳极气体被供给到燃料电池堆11、12、13，因此能够使堆温度上升。
此外，在燃料电池系统100启动时，热交换重整器24没有被进行暖机，因此无法进行部分氧化重整反应(POx)。在燃料电池系统100启动时，当从空气供给路径3经由连结路径5向燃料供给路径2供给空气时，通过在热交换重整器24中与来自催化燃烧器41的燃烧气体进行热交换来对空气进行加热。被进行了加热的该空气经由空气供给路径3输送到燃料电池堆11、12、13，来对燃料电池堆11、12、13进行暖机。即，在燃料电池系统100启动时，利用从空气供给路径3供给的被进行了加热的空气和前述的从燃料供给路径2供给的被进行了加热的空气来对燃料电池堆11、12、13进行暖机。
排气通路4是用于将在催化燃烧器41中燃烧从燃料电池堆11、12、13排出的阳极废气和阴极废气而送出的燃烧气体排出到外部的通路。排气通路4由第一排气通路4A和第二排气通路4B构成，该第一排气通路4A将催化燃烧器41与系统外部连接，该第二排气通路4B在催化燃烧器41的下游侧从第一排气通路4A分支出并连接于系统外部。
催化燃烧器41将从燃料电池堆11、12、13经由燃料供给路径2和空气供给路径3输送来的阳极废气和阴极废气混合，并使该混合气体催化燃烧，来生成以二氧化碳和水为主要成分的燃烧气体。催化燃烧器41中生成的燃烧气体被从第一排气通路4A和第二排气通路4B排出到燃料电池系统100的外部。
第一排气通路4A是用于将催化燃烧器41中生成的燃烧气体排出到外部的通路，第一排气通路4A的一端与催化燃烧器41连接。第一排气通路4A的另一端侧经过热交换重整器24、加热器23以及蒸发器22而与外部大气连通。热交换重整器24、加热器23以及蒸发器22通过与经过第一排气通路4A的燃烧气体的热进行的热交换来进行加热。
第二排气通路4B与第一排气通路4A同样，是将催化燃烧器41中生成的燃烧气体排出到外部的通路，第二排气通路4B在催化燃烧器41的下游侧从第一排气通路4A分支出，并经过空气热交换器32而与外部大气连通。空气热交换器32通过与经过第二排气通路4B的燃烧气体的热进行的热交换来进行加热。
例如通过在第一排气通路4A和第二排气通路4B中的一方设置节气阀(未图示)等，来调整向第一排气通路4A和第二排气通路4B分别流动的燃烧气体的流量。该节气阀的开度能够由控制器7来控制。
此外，在例如燃料电池系统100启动时那样对系统进行暖机时，经由喷射器611向催化燃烧器41喷射供给原燃料。通过使喷射供给到催化燃烧器41的原燃料催化燃烧来对催化燃烧器41进行暖机，通过催化燃烧器41中生成的燃烧气体来对空气热交换器32、热交换重整器24、加热器23、蒸发器22等进行暖机。另外，在燃料电池系统100进行暖机时，向空气热交换器32和热交换重整器(热交换器)24供给空气，通过催化燃烧器41中生成的燃烧气体来对被供给的空气进行加热。如前所述，通过向燃料电池堆11、12、13供给被进行了加热的该空气来对燃料电池堆11、12、13进行暖机(升温)。
控制器7对系统整体的动作进行控制。控制器7由包括微计算机、微处理器、CPU的通用电子电路和周边设备构成，通过执行特定的程序来执行用于燃料电池系统100的控制的处理。例如，控制器7执行以下说明的燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制。
图2是说明本实施方式中的燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。此外，以下的控制均由控制器7执行。
控制器7当受理了系统启动指令时，开始进行系统启动时的燃料电池堆暖机控制。例如在进行了将车辆的起动键从断开切换到接通的接通操作的情况下，或者在对燃料电池系统100请求了燃料电池的发电等情况下，向控制器7发送系统启动指令。
当开始进行系统启动时的燃料电池堆暖机控制时，在步骤S101中，控制器7获取燃料电池堆11、12、13的温度。关于燃料电池堆11、12、13的温度，将由在各燃料电池堆11、12、13的阴极侧出口附近设置的温度传感器检测出的温度视为燃料电池堆11、12、13的温度。
接着，在步骤S102中，从燃料罐21经由喷射器611向催化燃烧器41喷射供给原燃料。供给到催化燃烧器41的燃料被催化燃烧，从而生成燃烧气体。燃烧气体从催化燃烧器41流入排气通路4。
接着，在步骤S103中，控制器7开启控制阀30和控制阀50。由此，向空气热交换器32和热交换重整器24供给由空气鼓风机31吸入的空气。利用在催化燃烧器41中生成并经过排气通路4的燃烧气体来对供给到空气热交换器32和热交换重整器24的空气进行加热。在空气热交换器32中被进行了加热的空气从空气供给路径3向燃料电池堆11、12、13供给，在热交换重整器24中被进行了加热的空气从燃料供给路径2向燃料电池堆11、12、13供给。由此，对各燃料电池堆11、12、13进行暖机。
在对多个燃料电池堆11、12、13进行暖机时，若仅从燃料电池堆11、12、13的阴极侧的、燃料电池堆11、12、13串联地连接到的空气供给路径3供给被进行了加热的空气时，越是靠上游侧的燃料电池堆，则温度越高，各燃料电池堆之间的温度的偏差变大。当在燃料电池堆的温度的偏差大的状态下进行发电时，发电也会产生偏差，有可能引起发电效率的恶化。另一方面，在本实施方式中，如上所述，不仅从阴极侧的空气供给路径3供给被进行了加热的空气，还从燃料电池堆11、12、13的阳极侧的、燃料电池堆11、12、13并联地连接到的燃料供给路径2供给被进行了加热的空气，因此各燃料电池堆11、12、13的温度的偏差得到抑制。
此外，在步骤S103中，基于燃料电池堆11、12、13的温度来调整控制阀30及控制阀50的开度。例如，在燃料电池堆11、12、13的温度的偏差大的情况下使控制阀50的开度变大，从而使从燃料供给路径2向燃料电池堆11、12、13供给的空气的流量变大。由于燃料电池堆11、12、13并联地连接于燃料供给路径2，因此通过使来自燃料供给路径2的空气供给量增加来进一步抑制燃料电池堆11、12、13的温度的偏差。另一方面，在暖机后，为了防止由于燃料供给路径2中残留的空气使阳极气体、燃料电池堆11、12、13的阳极氧化，优选的是，尽可能从空气供给路径3侧进行暖机时的向燃料电池堆11、12、13的加热空气的供给。因而，在燃料电池堆11、12、13的温度的偏差小的情况下，使控制阀30的开度变大，从而使来自空气供给路径3的空气供给量增加。
接着，在步骤S104中，控制器7判定配置于空气供给路径3的最上游侧的燃料电池堆11的温度是否未达到规定的温度T1以上。这里的规定的温度T1被设定为比堆氧化防止温度T0稍微低的温度、且是即使开始进行部分氧化重整反应(POx)也没有问题的温度，该堆氧化防止温度T0是致使燃料电池堆的阳极发生氧化的温度的最低值。在步骤S104中，在燃料电池堆11的温度达到了规定的温度T1以上的情况下，控制器7执行步骤S105的处理。
在步骤S105中，控制器7使得在热交换重整器24中开始进行部分氧化重整反应(POx)。即，控制器7使得从燃料罐21经由喷射器221向热交换重整器24供给燃料，并且调节控制阀50的开度来从连结路径5向热交换重整器24供给进行POx所需的适量的空气。当开始进行POx时，控制器7结束燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制。
另一方面，在步骤S104中，在燃料电池堆11的温度低于规定的温度T1的情况下，控制器7返回到步骤S103的处理，基于燃料电池堆11、12、13的温度来调节控制阀30及控制阀50的开度。
根据上述的第一实施方式的燃料电池系统100，能够得到以下效果。
在燃料电池系统100中，具备连结路径5，该连结路径5将空气供给路径3中的空气热交换器32的上游侧的位置与燃料供给路径2中的热交换重整器(热交换器)24的上游侧的位置连结。在空气供给路径3设置有控制阀(第一控制阀)30，该控制阀(第一控制阀)30用于调整向空气热交换器32流入的空气的量，在连结路径5设置有控制阀(第二控制阀)50，该控制阀(第二控制阀)50用于调整向热交换重整器(热交换器)24流入的空气的量。而且，在燃料电池系统100启动时，通过调整控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度，来从空气供给路径3和燃料供给路径2这两者向多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13供给被进行了加热的空气。这样，在系统启动时，不仅从燃料电池堆11、12、13串联地连接到的空气供给路径3供给被进行了加热的空气，还从燃料电池堆11、12、13并联地连接到的燃料供给路径2供给被进行了加热的空气，因此各燃料电池堆11、12、13的温度的偏差得到抑制。由于各燃料电池堆11、12、13的温度的偏差得到抑制，因此进行发电时的发电的偏差也得到抑制，从而能够提高发电效率。
另外，在燃料电池系统100中，在系统启动时，基于各燃料电池堆(燃料电池)11、12、13的温度来调整控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度，由此调整从空气供给路径3和燃料供给路径2向多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13供给的被进行了加热的空气的量。像这样，基于各燃料电池堆11、12、13的温度来调整从空气供给路径3和燃料供给路径2向燃料电池堆11、12、13供给的空气的量，因此，各燃料电池堆11、12、13的温度的偏差进一步得到抑制。因而，进行发电时的发电的偏差也进一步得到抑制，从而能够进一步提高发电效率。另外，基于各燃料电池堆11、12、13的温度来调整从空气供给路径3和燃料供给路径2向燃料电池堆11、12、13供给的空气的量，因此从燃料供给路径2仅供给抑制温度的偏差所需的量的空气。即，能够防止从燃料供给路径2供给过多的空气。因而，能够防止由于燃料供给路径2中残留的空气而使阳极气体、燃料电池堆11、12、13的阳极氧化。
此外，在本实施方式中，设为了配置多个燃料电池堆的结构，但是燃料电池不一定需要多个堆，也可以是多个单体组邻接而成的燃料电池。在该情况下，各单体组并联地连接于燃料供给路径2，各单体组串联地连接于空气供给路径3。
另外，在本实施方式中，由2个排气通路、即第一排气通路4A和第二排气通路4B构成了排气通路4，但是不限于此，例如也可以由经过空气热交换器32、热交换重整器24、加热器23以及蒸发器22的1个排气通路4构成。
另外，在本实施方式中，将由设置于阴极侧出口附近的温度传感器检测出的检测值视为燃料电池堆11、12、13的温度，但是燃料电池堆11、12、13的温度的获取方法不限于此。例如，也可以在阳极侧出口附近设置温度传感器，将该温度传感器的检测值视为燃料电池堆的温度。另外，也可以在阴极侧出口附近和阳极侧出口附近这双方设置温度传感器，将2个温度传感器的检测值的平均值视为燃料电池堆的温度。
另外，关于控制阀30及控制阀50的开度，优选的是，基于燃料电池堆11、12、13的温度来进行调整，但是不限于此。只要是从燃料电池堆11、12、13并联地连接到的燃料供给路径2供给被进行了加热的空气的结构，就能够相比于仅从燃料电池堆11、12、13串联地连接到的空气供给路径3供给空气的情况而言更加抑制各燃料电池堆11、12、13的温度的偏差。
(第二实施方式)
参照图3～图5来说明第二实施方式的燃料电池系统100。此外，对于与第一实施方式相同的要素标注相同的附图标记，并省略其说明。
在本实施方式中，与第一实施方式的不同点在于：具备旁路通路8，该旁路通路8从连结路径5分支出，并以将空气热交换器32旁通的方式连接于空气供给路径3中的燃料电池堆11、12、13的上游侧的位置。
图3是示出第二实施方式的燃料电池系统100的主要结构的概要结构图。
如图3所示，从连结路径5中的比控制阀50靠下游侧的位置分支出旁路通路8。
旁路通路8从连结路径5中的比控制阀50靠下游侧的位置分支出，并连接于空气供给路径3中的空气热交换器32与燃料电池堆11之间的位置。旁路通路8是用于将通过空气鼓风机31而被吸入到空气供给路径3中的外部大气(空气)以将空气热交换器32旁通的方式供给到燃料电池堆11的通路。即，旁路通路8是用于对多个燃料电池堆11、12、13中的位于空气供给路径3的最上游侧的燃料电池堆11供给未进行加热的外部大气(空气)的通路。
在旁路通路8设置有控制阀(第三控制阀)80，通过控制阀80的开度来调整经过旁路通路8的空气的量。控制阀80的开度能够由控制器7来控制。当开启控制阀80时，经过旁路通路8的空气与在空气热交换器32中被进行了加热的空气在空气供给路径3中的空气热交换器32与燃料电池堆11之间的位置处混合。由于经过了旁路通路8的空气没有被空气热交换器32进行加热，因此在空气热交换器32中被进行了加热的空气当与经过了旁路通路8的空气混合时温度降低。因此，在燃料电池系统100进行暖机时，当开启控制阀80来从空气供给路径3向燃料电池堆11供给混合空气时，在该混合空气与从燃料供给路径2向燃料电池堆11供给的被进行了加热的空气之间发生热交换。由此，燃料电池堆11的升温得到抑制。另外，控制阀80的开度越大，则经过旁路通路8的空气的流量越大，从而使混合空气的温度进一步降低。因而，能够通过对控制阀80的开度进行控制来控制燃料电池堆11的温度。
如前所述，在具备多个燃料电池堆的燃料电池系统中，在燃料电池系统启动时进行暖机时，当从多个燃料电池堆串联地连接到的空气供给路径供给被进行了加热的空气时，越靠上游侧的燃料电池堆，则温度越高。在此，若等待下游侧的燃料电池堆的暖机完成，则上游侧的燃料电池堆的温度进一步升高，会超过致使阳极发生氧化的温度的最低值即堆氧化防止温度T0，有可能导致燃料电池堆的阳极发生氧化。与此相对，在本实施方式中，能够通过对控制阀80的开度进行控制来抑制燃料电池堆11的升温。因此，即使等待对下游侧的燃料电池堆12、13的暖机，也能够防止上游侧的燃料电池堆11的温度超过堆氧化防止温度T0。
另外，能够通过对控制阀80的开度进行控制来控制燃料电池堆11的温度，因此在直到下游侧的燃料电池堆12、13的暖机完成为止的期间，能够将燃料电池堆11的温度维持为适合开始进行POx的温度。
此外，在本实施方式中，构成为从连结路径5分支出控制阀80，但是不限于此，也可以构成为旁路通路8从空气供给路径3的比控制阀30靠上游侧的位置分支出，并连接于空气供给路径3中的空气热交换器32与燃料电池堆11之间的位置。
图4是说明第二实施方式的燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制的时序图。
在时刻t0，当燃料电池系统100启动时，开始对燃料电池堆11、12、13进行暖机。与第一实施方式同样，对燃料电池堆11、12、13的暖机是通过从空气供给路径3和燃料供给路径2这两者向燃料电池堆11、12、13供给被进行了加热的空气来进行的。
在时刻t1，当燃料电池堆11达到规定的温度T1时，开启旁路通路8的控制阀80，来抑制燃料电池堆11的升温。与第一实施方式同样，规定的温度T1被设定为比堆氧化防止温度T0稍低的温度，且为即使开始进行POx也没有问题的温度。
此外，在第一实施方式中，对控制阀30、50的开度进行控制，以抑制燃料电池堆11、12、13的温度的偏差，但是在本实施方式中，直到时刻t1为止，对控制阀30、50的开度进行控制，以使燃料电池堆11的升温速度变快。由此，燃料电池堆11在更短的时间内达到规定的温度T1。
在时刻t2，当燃料电池堆12达到规定的温度T1时，开始进行POx。此外，在从时刻t1到时刻t2的期间，对控制阀80的开度进行控制，使得燃料电池堆11的温度保持大致恒定。另外，在开启控制阀80之后，经由燃料电池堆11从空气供给路径3向燃料电池堆12、13供给的空气的温度比从燃料供给路径2供给的空气的温度低。即，关于燃料电池堆12、13的升温，来自空气供给路径3的空气对升温的贡献度比从燃料供给路径2供给的空气对升温的贡献度低。因此，主要通过来自燃料供给路径2的空气使燃料电池堆12、13升温，因此燃料电池堆12与燃料电池堆13之间的温度的偏差得到抑制。因而，在燃料电池堆12达到规定的温度T1的时刻t2，燃料电池堆13也成为大致接近规定的温度T1的温度。
图5是说明第二实施方式的燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。此外，以下的控制均由控制器7执行。
控制器7当受理了系统启动指令时，开始进行系统启动时的燃料电池堆暖机控制。
当开始进行系统启动时的燃料电池堆暖机控制时，在步骤S201中，控制器7获取燃料电池堆11、12、13的温度。与第一实施方式同样，将由设置于各燃料电池堆11、12、13的阴极侧出口附近的温度传感器检测出的温度视为燃料电池堆11、12、13的温度。
接着，在步骤S202中，控制器7使得从燃料罐21经由喷射器611向催化燃烧器41喷射供给原燃料。供给到催化燃烧器41的燃料被催化燃烧，来生成燃烧气体。
接着，在步骤S203中，控制器7决定向热交换重整器(热交换器)24的传热量QH、向空气热交换器32的传热量QA、以及向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的空气供给量比率。另外，控制器7控制经过第一排气通路4A的燃烧气体的流量和经过第二排气通路4B的燃烧气体的流量，使得成为所决定的传热量，对控制阀30、50进行控制，使得成为所决定的空气供给量比率。
以使燃料电池堆11的升温速度变快的方式决定向热交换重整器24的传热量QH、向空气热交换器32的传热量QA、以及空气供给量比率。具体而言，关于传热量QH、QA以及空气供给量比率，在传热量QH为传热量QA以上(QH？QA)的情况下基于以下的式(1)来决定，在传热量QH小于传热量QA(QH<QA)的情况下基于以下的式(2)来决定。此外，式(1)、(2)中的Mair是向空气供给路径3中吸入的外部大气的总量，mair,A是向空气热交换器32供给的空气的量，n是燃料电池堆的个数。在本实施方式中，n为3。
[数式1]
Figure BDA0003542364130000151
[数式2]
Figure BDA0003542364130000152
式(1)和式(2)的左边(mair,A/Mair)是向空气热交换器32的空气供给比率，在左边与右边相等时，使燃料电池堆11最快速地升温。如前所述，为了防止由于暖机后的残留空气使阳极氧化，优选的是，尽可能从空气供给路径3侧进行暖机时的向燃料电池堆11、12、13的加热空气的供给。因而，在本实施方式中，将向空气热交换器32的空气供给比率(mair,A/Mair)决定为使燃料电池堆11最快速地升温的情况下的向空气热交换器32的空气供给比率(mair,A/Mair)以上的大小。此外，更优选的是，决定使燃料电池堆11最快速地升温的空气供给比率、即以使式(1)和式(2)的左边与右边相等的方式决定向空气热交换器32的空气供给比率(mair,A/Mair)。由此，能够使燃料电池堆11在最短时间内升温。因而，与一边抑制多个燃料电池堆11、12、13的温度的偏差一边进行暖机的情况相比，能够缩短燃料电池堆11的暖机时间，并且还能够缩短对多个燃料电池堆11、12、13进行暖机的整体的暖机时间。
当基于所决定的传热量QH、QA以及空气供给量比率来由控制器7控制燃烧气体的流量和控制阀30、50的开度时，向空气热交换器32和热交换重整器24供给空气，通过燃烧气体来对空气进行加热。被进行了加热的空气从空气供给路径3和燃料供给路径2分别供给到燃料电池堆11、12、13，来开始对各燃料电池堆11、12、13进行暖机。
此外，如上所述，优选的是，基于式(1)或式(2)来决定向热交换重整器24的传热量QH、向空气热交换器32的传热量QA、以及空气供给量比率，但是不限于此，例如也可以基于各燃料电池堆11、12、13的温度来决定。
接下来，在步骤S204中，控制器7判定配置于空气供给路径3的最上游侧的燃料电池堆11的温度是否未达到规定的温度T1以上。在步骤S204中燃料电池堆11的温度未达到规定的温度T1以上的情况下，控制器7返回到步骤S203的处理，来控制燃料气体流量和控制阀30、50的开度。另一方面，在步骤S204中燃料电池堆11的温度达到了规定的温度T1以上的情况下，控制器7执行步骤S205的处理。
在步骤S205中，控制器7开启控制阀80。当开启控制阀80时，空气流入旁路通路8，在旁路通路8与空气供给路径3连接的位置处生成温度比燃料电池堆11的温度低的混合空气。通过向燃料电池堆11供给温度低的混合空气，来抑制燃料电池堆11的升温。控制器7对控制阀80的开度进行控制，使得从燃料电池堆11针对自空气供给路径3供给的混合空气释放的放热量为通过从燃料供给路径2向燃料电池堆11供给的空气对燃料电池堆11产生的加热量以上。例如，在通过从燃料供给路径2向燃料电池堆11供给的空气产生的加热量大于针对从空气供给路径3向燃料电池堆11供给的混合空气的放热量的情况下，燃料电池堆11的温度上升。因而，在这样的情况下，控制器7使控制阀80的开度变大来使混合空气的温度降低，并进行调整使得来自燃料电池堆11的放热量大于对燃料电池堆11的加热量。由此，抑制燃料电池堆11的升温。
另外，控制器7对控制阀30、50、80分别进行控制，使得向热交换重整器24的空气供给量与向空气供给路径3中吸入的外部大气的总量Mair的比率在开启控制阀80之前和之后保持相同。即，以使下面的式(3)成立的方式对控制阀30、50、80进行控制。此外，式(3)中的mair,B是向旁路通路8供给的空气的量，mair,H是向热交换重整器24供给的空气的量。
[数式3]
Figure BDA0003542364130000171
像这样，在开启控制阀80之前和之后使向热交换重整器24供给的空气供给量的比率保持相同，因此能够仅通过向空气热交换器32供给的空气量与向旁路通路8供给的空气量的比率来调整燃料电池堆11的温度。即，使得燃料电池堆11的温度调整变得更容易。
此外，如上所述，优选的是，在开启控制阀80之前和之后使向热交换重整器24供给的空气供给量的比率保持相同，但是不限于此。即使是使开启控制阀80之前与之后的向热交换重整器24供给的空气供给量的比率不同，也能够进行控制使得燃料电池堆11的温度不超过堆氧化防止温度T0。
接着，在步骤S206中，控制器7判定燃料电池堆12是否达到了规定的温度T1。在燃料电池堆12未达到规定的温度T1的情况下，控制器7返回到步骤S205，对控制阀80的开度进行控制。
另一方面，在步骤S206中燃料电池堆12达到了规定的温度T1的情况下，控制器7执行步骤S207的处理。
在步骤S207中，控制器7使得在热交换重整器24中开始进行部分氧化重整反应(POx)。此外，如前所述，在燃料电池堆12达到了规定的温度T1的情况下，燃料电池堆13也成为大致接近规定的温度T1的温度。当开始进行POx时，控制器7结束燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制。
根据上述的第二实施方式的燃料电池系统100，还能够获得以下效果。
在本实施方式的燃料电池系统100中，具备旁路通路8，该旁路通路8从连结路径5或空气供给路径3中的空气热交换器32的上游侧的位置分支出，并以将空气热交换器32旁通的方式连接于空气供给路径3中的燃料电池堆(燃料电池)11的上游侧的位置。在旁路通路8设置有控制阀(第三控制阀)80，该控制阀(第三控制阀)80用于调整在燃料电池系统100启动时不经由空气热交换器32而从空气供给路径3向燃料电池堆(燃料电池)11供给的空气的量。当开启控制阀80时，在空气热交换器32中被进行了加热的空气与在燃料电池堆(燃料电池)11的上游经过了旁路通路8的空气混合，从而温度降低。因此，在燃料电池系统100进行暖机时，当开启控制阀80来从空气供给路径3向燃料电池堆11供给混合空气时，在该混合气体与从燃料供给路径2向燃料电池堆11供给的被进行了加热的空气之间发生热交换。由此，抑制燃料电池堆11的升温。因而，能够防止由于等待下游侧的燃料电池堆12、13的暖机完成而导致上游侧的燃料电池堆11的温度过度地上升并超过堆氧化防止温度T0。因此，能够防止上游侧的燃料电池堆11的阳极发生氧化。
另外，使控制阀80的开度越大，则经过旁路通路8的空气的流量越大，混合空气的温度越低，因此能够通过对控制阀80的开度进行控制来控制燃料电池堆11的温度。由于能够像这样通过调整控制阀80的开度来控制上游侧的燃料电池堆11的温度，因此能够在等待下游侧的燃料电池堆12、13的暖机完成的期间使上游侧的燃料电池堆11的温度保持为堆氧化防止温度T0以下的恒定的温度。由此，能够防止上游侧的燃料电池堆11的温度超过堆氧化防止温度T0，并且在直到下游侧的燃料电池堆12、13的暖机完成为止的期间使燃料电池堆11的温度维持为适合开始进行POx的温度。因而，能够在下游侧的燃料电池堆12、13的暖机完成时立即开始进行POx。即，能够缩短多个燃料电池堆11、12、13的暖机时间。
在本实施方式的燃料电池系统100中，在燃料电池系统100启动时，直到多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13中的离空气热交换器32最近的燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度T1为止，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制，使得燃料电池堆(第一燃料电池)11的升温速度最快。在燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度之后，对控制阀(第三控制阀)80的开度进行控制，使得从燃料电池堆(第一燃料电池)11针对自空气供给路径3供给的空气释放的热量为通过从燃料供给路径2向燃料电池堆(第一燃料电池)11供给的空气进行加热的加热量以上。像这样，直到燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度为止，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制，使得燃料电池堆(第一燃料电池)11的升温速度最快，因此能够使燃料电池堆11在短时间内升温。因而，与一边抑制多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13的温度的偏差一边进行暖机的情况相比，能够缩短燃料电池堆11的暖机时间，并且还能够缩短对多个燃料电池堆11、12、13进行暖机的整体的暖机时间。
另外，在燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度之后，对控制阀(第三控制阀)80的开度进行控制，使得燃料电池堆(第一燃料电池)11的放热量为加热量以上，因此能够更可靠地防止上游侧的燃料电池堆11的温度超过堆氧化防止温度T0。
在本实施方式的燃料电池系统100中，在燃料电池系统100启动时，直到多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13中的离空气热交换器32最近的燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度为止，如以下那样对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制。即，在向热交换重整器(热交换器)24的传热量QH大于向空气热交换器32的传热量QA的情况下，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制，使得向空气热交换器32的空气供给量与向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的空气供给量的总量Mair的比率mair,A/Mair为将多个燃料电池堆(燃料电池)的个数n除以向热交换重整器(热交换器)24的传热量与向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的传热量的总量QH+QA的比率QH/QH+QA所得到的值以上。另外，在向热交换重整器(热交换器)24的传热量QH小于向空气热交换器32的传热量QA的情况下，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制，使得向空气热交换器32的空气供给量与向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的空气供给量的总量Mair的比率mair,A/Mair为向热交换重整器(热交换器)24的传热量与向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的传热量的总量QH+QA的比率QH/QH+QA以上。即，直到燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度为止，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行控制，得使向空气热交换器32的空气供给比率(mair,A/Mair)为使燃料电池堆11最快速地升温的情况下的向空气热交换器32的空气供给比率以上的大小。像这样，向多个燃料电池堆(燃料电池)11、12、13供给空气，使得使燃料电池堆(第一燃料电池)11的升温速度最快的空气供给比率变高，或者使来自空气供给路径3的空气供给比率比使燃料电池堆(第一燃料电池)11的升温速度最快的空气供给比率更高。因而，能够抑制来自燃料供给路径2的空气供给，从而能够防止由于暖机后的残留空气使阳极发生氧化。
在本实施方式的燃料电池系统100中，对控制阀(第一控制阀)30、控制阀(第二控制阀)50及控制阀(第三控制阀)80的开度进行调整，使得在闭合控制阀(第三控制阀)80的状态下向热交换重整器(热交换器)24的空气供给量与向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的空气供给量的总量Mair的比率(mair,H/Mair)等于在开启控制阀(第三控制阀)80的状态下向热交换重整器(热交换器)24的空气供给量与向热交换重整器(热交换器)24、空气热交换器32以及旁路通路8的空气供给量的总量Mair的比率(mair,H/Mair)。即，对控制阀(第一到第三控制阀)30、50、80分别进行控制，使得向热交换重整器24的空气供给量与向空气供给路径3中吸入的外部大气的总量Mair的比率(mair,H/Mair)在开启控制阀80之前和之后保持相同。由于像这样在开启控制阀(第三控制阀)80之前和之后使向热交换重整器24的空气供给量的比率(mair,H/Mair)保持相同，因此能够仅通过向空气热交换器32供给的空气量与向旁路通路8供给的空气量的比率来调整燃料电池堆11的温度。因而，燃料电池堆11的温度调整变得更容易。
(第二实施方式的变形例)
参照图6来说明第二实施方式的变形例的燃料电池系统100。此外，对于与第一实施方式及第二实施方式相同的要素标注相同的附图标记，并省略其说明。
在本实施方式中，与其它实施方式的不同点在于：直到燃料电池堆11达到规定的温度为止，以使压力损失最小那样的空气供给比率来向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32供给空气。
图6是说明第二实施方式的变形例的燃料电池系统100启动时的燃料电池堆暖机控制的流程图。此外，以下的控制均由控制器7执行。
步骤S201和步骤S202的处理与第二实施方式相同，因此省略说明。
在步骤S213中，控制器7决定向热交换重整器(热交换器)24的传热量QH、向空气热交换器32的传热量QA、以及向热交换重整器(热交换器)24和空气热交换器32的空气供给量比率。另外，控制器7控制经过第一排气通路4A的燃烧气体的流量和经过第二排气通路4B的燃烧气体的流量，使得成为所决定的传热量，对控制阀30、50进行控制，使得成为所决定的空气供给量比率。
以满足上述的式(1)、(2)、且使因燃料供给路径2和空气供给路径3产生的空气的总压力损失(总压损)最小的方式决定向热交换重整器24的传热量QH、向空气热交换器32的传热量QA以及空气供给量比率。燃料供给路径2中的空气的压力损失ΔPan、空气供给路径3中的空气的压力损失ΔPca、以及因燃料供给路径2和空气供给路径3产生的空气的总压损ΔPtotal能够通过下面的式(4)来求出。此外，式(4)中的Δpan是从燃料供给路径2向各燃料电池堆供给的各自的空气的压力损失，Δpca是从空气供给路径3向各燃料电池堆供给的各自的空气的压力损失，Aan 2是燃料供给路径2的截面积，Aca 2是空气供给路径3的截面积，man是向燃料供给路径2的空气供给量，mca是向空气供给路径3的空气供给量。
[数式4]
Figure BDA0003542364130000211
ΔPca＝n·Δpca
ΔPtotal＝Δpan+Δpca…(4)
在式(4)中，燃料供给路径2的截面积Aan 2和空气供给路径3的截面积Aca 2是已知的值。通过式(4)，根据燃料电池堆的个数n的值来决定使总压损ΔPtotal最小的分别向燃料供给路径2和空气供给路径3的空气供给比率(man：mca)。在本实施方式中，燃料电池堆的个数n为3，例如在燃料供给路径2的截面积Aan 2与空气供给路径3的截面积Aca 2相等的情况下，使总压损ΔPtotal最小的空气供给比率(man：mca)为5：5。
当基于所决定的传热量QH、QA以及空气供给量比率来由控制器7控制燃烧气体的流量和控制阀30、50的开度时，向空气热交换器32和热交换重整器24供给空气，通过燃烧气体对空气进行加热。被进行了加热的空气从空气供给路径3和燃料供给路径2分别供给到燃料电池堆11、12、13，来开始对各燃料电池堆11、12、13进行暖机。
步骤S204～步骤S207的处理与第二实施方式相同，因此省略说明。
根据上述的第二实施方式的变形例的燃料电池系统100，还能够获得以下效果。
在本实施方式的燃料电池系统100中，在燃料电池系统100启动时，在直到燃料电池堆(第一燃料电池)11达到规定的温度T1为止的期间，对控制阀(第一控制阀)30及控制阀(第二控制阀)50的开度进行调整，使得因燃料供给路径2产生的空气的压力损失Δpan与因空气供给路径3产生的空气的压力损失Δpca的合计即总压力损失ΔPtotal为最小的值。由于像这样控制空气供给比率(man：mca)使得总压力损失ΔPtotal为最小的值，因此能够抑制用于向空气供给路径3吸入外部大气的空气鼓风机31的功耗，从而能够使系统整体的效率化提高。
以上说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，其主旨不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
上述的各实施方式被分别设为单独的实施方式进行了说明，但是也可以适当地组合。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，在启动时通过供给被进行了加热的空气来使燃料电池升温，所述燃料电池系统具备：
多个所述燃料电池；
燃料供给路径，多个所述燃料电池并联地连接于所述燃料供给路径，所述燃料供给路径用于向所述燃料电池供给燃料；
空气供给路径，多个所述燃料电池串联地连接于所述空气供给路径，所述空气供给路径用于向所述燃料电池供给空气；
热交换器，其设置于所述燃料供给路径，用于对燃料或空气进行加热；
空气热交换器，其设置于所述空气供给路径，用于对空气进行加热；以及
连结路径，其将所述空气供给路径中的所述空气热交换器的上游侧的位置与所述燃料供给路径中的所述热交换器的上游侧的位置连结，
其中，在所述空气供给路径设置有第一控制阀，该第一控制阀用于调整向所述空气热交换器流入的空气的量，
在所述连结路径设置有第二控制阀，该第二控制阀用于调整向所述热交换器流入的空气的量，
在所述燃料电池系统启动时，通过调整所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，来从所述空气供给路径和所述燃料供给路径这两者向多个所述燃料电池供给被进行了加热的空气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池系统启动时，基于各所述燃料电池的温度来调整所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，由此调整从所述空气供给路径和所述燃料供给路径向多个所述燃料电池供给的被进行了加热的空气的量。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
还具备旁路通路，该旁路通路从所述连结路径或所述空气供给路径中的所述空气热交换器的上游侧的位置分支出，并以将所述空气热交换器旁通的方式连接于所述空气供给路径中的所述燃料电池的上游侧的位置，
在所述旁路通路设置有第三控制阀，该第三控制阀用于调整在所述燃料电池系统启动时不经由所述空气热交换器而从所述空气供给路径向所述燃料电池供给的空气的量。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池系统启动时，直到多个所述燃料电池中的离所述空气热交换器最近的第一燃料电池达到规定的温度为止，控制所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，使得所述第一燃料电池的升温速度最快，
在所述第一燃料电池达到规定的温度之后，控制所述第三控制阀的开度，使得从所述第一燃料电池针对自所述空气供给路径供给的空气释放的热量为利用从所述燃料供给路径向所述第一燃料电池供给的空气进行加热的加热量以上。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池系统启动时，直到多个所述燃料电池中的离所述空气热交换器最近的第一燃料电池达到规定的温度为止进行以下处理：
在向所述热交换器的传热量大于向所述空气热交换器的传热量的情况下，控制所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，使得向所述空气热交换器供给的空气供给量与向所述热交换器和所述空气热交换器供给的空气供给量的总量的比率为将多个所述燃料电池的个数除以向所述热交换器的传热量与向所述热交换器和所述空气热交换器的传热量的总量的比率所得到的值以上；以及
在向所述热交换器的传热量小于向所述空气热交换器的传热量的情况下，控制所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，使得向所述空气热交换器供给的空气供给量与向所述热交换器和所述空气热交换器供给的空气供给量的总量的比率为向所述热交换器的传热量与向所述热交换器和所述空气热交换器的传热量的总量的比率以上，
在所述第一燃料电池达到规定的温度之后，控制所述第三控制阀的开度，使得从所述第一燃料电池针对自所述空气供给路径供给的空气释放的热量为利用从所述燃料供给路径向所述第一燃料电池供给的空气进行加热的加热量以上。
6.根据权利要求4或5所述的燃料电池系统，其中，
调整所述第一控制阀、所述第二控制阀及所述第三控制阀的开度，使得在闭合所述第三控制阀的状态下向所述热交换器供给的空气供给量与向所述热交换器和所述空气热交换器供给的空气供给量的总量的比率等于在开启所述第三控制阀的状态下向所述热交换器供给的空气供给量与向所述热交换器、所述空气热交换器及所述旁路通路供给的空气供给量的总量的比率。
7.根据权利要求4～6中的任一项所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池系统启动时，在直到所述第一燃料电池达到所述规定的温度为止的期间，调整所述第一控制阀及所述第二控制阀的开度，使得因所述燃料供给路径产生的空气的压力损失与因所述空气供给路径产生的空气的压力损失的合计即总压力损失为最小的值。
8.一种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；
燃料供给路径，多个所述燃料电池并联地连接于所述燃料供给路径，所述燃料供给路径用于向所述燃料电池供给燃料；
空气供给路径，多个所述燃料电池串联地连接于所述空气供给路径，所述空气供给路径用于向所述燃料电池供给空气；
热交换器，其设置于所述燃料供给路径，用于对燃料或空气进行加热；
空气热交换器，其设置于所述空气供给路径，用于对空气进行加热；以及
连结路径，其将所述空气供给路径中的所述空气热交换器的上游侧的位置与所述燃料供给路径中的所述热交换器的上游侧的位置连结，
其中，在所述空气供给路径设置有第一控制阀，该第一控制阀用于调整向所述空气热交换器流入的空气的量，
在所述连结路径设置有第二控制阀，该第二控制阀用于调整向所述热交换器流入的空气的量，
在所述燃料电池系统的控制方法中，在所述燃料电池系统启动时，将所述第一控制阀和所述第二控制阀打开，来从所述空气供给路径和所述燃料供给路径这两者向多个所述燃料电池供给被进行了加热的空气，以使多个所述燃料电池升温。
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