CN114665122B - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法，具备：多个燃料电池单元，分别具有燃料电池、燃料电池冷却系统、以及控制燃料电池的控制部，上述燃料电池冷却系统具有进行初级侧制冷剂与向燃料电池流通的次级侧制冷剂之间的热交换的热交换器、和调整次级侧制冷剂的流量的制冷剂泵；冷却装置；以及冷却系统，从冷却装置向多个燃料电池单元分别供给初级侧制冷剂。在燃料电池系统的运转停止中，冷却装置将初级侧制冷剂调整为预先决定好的温度以上的温度并向多个燃料电池单元分别供给，在多个燃料电池单元中的存在燃料电池冻结的可能性的1个以上的燃料电池单元中，控制部以次级侧制冷剂在热交换器中流动的方式使制冷剂泵工作。

Description

燃料电池系统和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和燃料电池系统的控制方法。
背景技术
在燃料电池系统中，为了提高冰点下那样的低温时的启动的可靠性而进行了以下动作，即，通过进行使伴随着燃料电池的发电的自我发热增大的预热运转，从而在比通常运转短的时间内将燃料电池升温(例如，参照日本特开2009-4243)。
然而，在基于燃料电池的自我发热的预热运转中，热源仅是自身的燃料电池，因此燃料电池的温度升温至适宜温度花费时间。特别是在将多个燃料电池例如作为紧急用发电装置来利用那样的情况下，要求使用开始时的迅速的电力供给，因此期望能够使用前的预热运转所需要时间的短时间化。
发明内容
本公开能够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、燃料电池冷却系统、以及控制上述燃料电池的运转的控制部，上述燃料电池冷却系统具有进行从外部供给的初级侧制冷剂与向上述燃料电池流通的次级侧制冷剂之间的热交换的热交换器、和调整上述次级侧制冷剂的流量的制冷剂泵；冷却装置；以及冷却系统，从上述冷却装置向上述多个燃料电池单元分别供给上述初级侧制冷剂。在上述燃料电池系统的运转停止中，上述冷却装置构成为将上述初级侧制冷剂调整为预先决定好的温度以上的温度并向上述多个燃料电池单元分别供给，在上述多个燃料电池单元中的存在燃料电池冻结的可能性的至少一个燃料电池单元中，上述控制部构成为以上述次级侧制冷剂在上述热交换器中流动的方式使上述制冷剂泵工作。根据该方式的燃料电池系统，在燃料电池系统的运转停止中，至少在具有存在冻结可能性的燃料电池的燃料电池单元中，使制冷剂泵工作，由此能够使从设定为不会冻结的温度的初级侧制冷剂经由热交换器接受热而被加热的次级侧制冷剂向燃料电池流通来将燃料电池预热，因此能够避免燃料电池的冻结。由此，能够使燃料电池系统的启动时的预热时间变短。
(2)也可以构成为，在上述(1)的方式的燃料电池系统的基础上，上述燃料电池冷却系统还具有阀，该阀能够切换使从上述燃料电池流出的上述次级侧制冷剂向上述热交换器流通还是使其绕过上述热交换器，在上述燃料电池系统的运转停止中，具有存在上述冻结可能性的燃料电池的上述至少一个燃料电池单元的每一个中的上述控制部构成为：使上述制冷剂泵工作，并且以上述次级侧制冷剂在上述热交换器中流通的方式使上述阀工作。根据该方式的燃料电池系统，在燃料电池系统的运转停止中，至少在具有存在冻结可能性的燃料电池的燃料电池单元中，使制冷剂泵工作，并且以次级侧制冷剂在热交换器中流通的方式使阀工作，由此能够使从设定为不会冻结的温度的初级侧制冷剂经由热交换器接受热而被加热的次级侧制冷剂向燃料电池流通来将燃料电池预热，因此能够避免燃料电池的冻结。由此，能够使燃料电池系统的启动时的预热时间变短。
(3)也可以构成为，在上述(2)的方式的燃料电池系统的基础上，在上述多个燃料电池单元中的、在上述燃料电池系统的运转中开始了工作的至少一个燃料电池单元的每一个中，上述控制部构成为：当在作为上述燃料电池的温度利用的上述次级侧制冷剂的温度低于目标温度的期间上述次级侧制冷剂的温度不足上述初级侧制冷剂的温度的情况下，使上述制冷剂泵工作，并且以上述次级侧制冷剂在上述热交换器中流通的方式使上述阀工作，并构成为：在上述次级侧制冷剂的温度为上述初级侧制冷剂的温度以上的情况下，使上述制冷剂泵工作，并且以上述次级侧制冷剂绕过上述热交换器的方式使上述阀工作。根据上述方式的燃料电池系统，在多个燃料电池单元中的、开始了工作的各燃料电池单元中，当在次级侧制冷剂的温度低于目标温度的期间次级侧制冷剂的温度不足初级侧制冷剂的温度的情况下，能够使从初级侧制冷剂经由热交换器接受热而被加热的次级侧制冷剂向燃料电池流通来将燃料电池预热，并且能够通过由燃料电池的工作引起的自我发热将燃料电池预热。
(4)也可以构成为：在上述(1)～(3)中的任一方式的燃料电池系统的基础上，具有控制上述多个燃料电池单元的单元控制部，存在上述冻结可能性的燃料电池的判断由上述单元控制部在判断对象的燃料电池的环境温度为冻结判定温度以下的情况下做出。根据上述方式的燃料电池系统，通过上述单元控制部根据判断对象的燃料电池的环境温度来进行存在冻结可能性的燃料电池的判断，能够提高判断对象的燃料电池的冻结可能性的判断的精度。
(5)也可以构成为：在上述(1)～(3)中的任一方式的燃料电池系统的基础上，存在上述冻结可能性的燃料电池的判断由上述多个燃料电池单元的各个上述控制部在判断对象的燃料电池的环境温度为冻结判定温度以下的情况下做出。根据上述方式的燃料电池系统，通过上述控制部根据判断对象的燃料电池的环境温度来进行存在冻结可能性的燃料电池的判断，能够提高判断对象的燃料电池的冻结可能性的判断的精度。
本公开也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、具备燃料电池系统的发电装置等方式实现。
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是表示作为第1实施方式的燃料电池系统的简要结构的说明图。
图2是燃料电池系统的运转停止状态下的单元控制部的控制流程图。
图3是燃料电池系统的运转停止状态下的各燃料电池单元的燃料电池控制部的控制流程图。
图4是表示FC预热处理执行中的燃料电池冷却系统的状态的说明图。
图5是表示作为第2实施方式的燃料电池系统的简要结构的说明图。
图6是燃料电池系统的运转停止状态下的单元控制部的控制流程图。
图7是表示作为第3实施方式的燃料电池系统的简要结构的说明图。
图8是在燃料电池系统的运转中开始了工作的燃料电池单元的燃料电池控制部的控制流程图。
具体实施方式
A.第1实施方式
图1表示作为第1实施方式的燃料电池系统10的简要结构。燃料电池系统10是使用了燃料电池的安放设置型的发电系统，具备使用了燃料电池的发电设备20、设置于发电设备20的外部的冷却装置30、以及从冷却装置30向发电设备20内供给冷却用的制冷剂的冷却系统40。发电设备20具有容纳于设置的容器21内的多个燃料电池单元22和单元控制部23(在图1中记载为“U-ECU23”)，是通过至少一个燃料电池单元22根据单元控制部23的控制进行发电来向外部供给电力的发电设备。冷却装置30是经由冷却系统40分别向发电设备20内的多个燃料电池单元22循环供给冷却用的制冷剂的冷却装置。此外，容器21并不一定是必要的结构元件，也可以是具备容器21的发电设备20。
冷却系统40具备与冷却装置30连接的主供给管路610、与主供给管路610连接的设备供给管路612、以及将设备供给管路612与后述的多个燃料电池单元22所包括的热交换器410分别连接的多个初级侧制冷剂供给管路614。另外，冷却系统40具备与冷却装置30连接的主回流管路620、与主回流管路620连接的设备回流管路622、以及将设备回流管路622与多个燃料电池单元22所包括的热交换器410分别连接的多个初级侧制冷剂回流管路624。多个初级侧制冷剂供给管路614分别与对应的热交换器410的初级侧入口416连接，多个初级侧制冷剂回流管路624分别与对应的热交换器410的初级侧出口418连接。此外，在设备供给管路612设置有分隔阀613，在设备回流管路622设置有分隔阀623。这些分隔阀613、623通常为打开的状态，使得制冷剂能够在管路612、622中流通。
通过冷却系统40将冷却装置30与各燃料电池单元22的热交换器410连接，由此从冷却装置30经由冷却系统40供给至热交换器410的初级侧入口416的制冷剂在热交换器410内流通，从热交换器410的初级侧出口418排出，并经由冷却系统40向冷却装置30回流。冷却装置30通过气化潜热将经由冷却系统40回流的制冷剂冷却，并再次成为冷却用的制冷剂，由此能够循环供给冷却用的制冷剂。
另外，冷却装置30在燃料电池系统10的运转停止中、即、由发电设备20进行的发电的停止中为了防止冷却装置30和冷却系统40的冻结而以制冷剂的温度为不会冻结的一定温度以上的方式进行温度控制，并且使制冷剂循环。作为该制冷剂，通常使用水，因此作为不会冻结的一定的温度，预先设定比水的冰点(0℃)高的温度。例如，可以设定为5℃～15℃左右的范围的任意的温度，例如也可以设定为10℃左右的温度。此外，无需始终进行制冷剂的温度控制和制冷剂的循环，也可以在制冷剂的温度不足预先决定好的温度而存在制冷剂冻结的可能性的情况下进行温度控制和循环控制。
发电设备20的多个燃料电池单元22基本上都具有相同的结构。在图1中，具体地仅示出一个燃料电池单元22的结构，对于其他的燃料电池单元22，省略了结构。
燃料电池单元22是使作为反应气体的燃料气体与氧化剂气体反应来发电的单元，具备燃料电池100(在图1中，记载为“FC100”)、燃料气体供给系统200、氧化剂气体供给系统300、燃料电池冷却系统400以及燃料电池控制部500(在图1中，记载为“FC-ECU500”)。
燃料电池100具有将多个作为发电的单位模块的单元(以下，也称为“单电池”)层叠而成的堆叠结构。各单电池是使用燃料气体和氧化剂气体来进行发电的固体高分子型燃料电池。在本实施方式中，作为燃料气体，使用氢，作为氧化剂气体，使用空气(大气)中的氧。在各单电池中，使电解质膜介于彼此间，在阳极侧形成有供燃料气体流动的阳极侧气体流路，在阴极侧形成有供氧化剂气体流动的阴极侧气体流路。另外，在各单电池之间形成有供用于将两侧的单电池冷却的制冷剂流动的制冷剂流路。此外，作为燃料电池，并不局限于固体高分子型燃料电池，也可以采用固体氧化物型燃料电池等其他种类的燃料电池。
燃料气体供给系统200进行燃料气体向燃料电池100的供给，并将从燃料电池100排出的燃料废气作为燃料气体来进行循环供给。氧化剂气体供给系统300进行氧化剂气体向燃料电池100的供给、和氧化剂废气从燃料电池100的排出。此外，通过由燃料电池控制部500控制各自所包括的各种致动器，从而进行燃料气体供给系统200中的燃料气体的供给控制、和氧化剂气体供给系统300中的氧化剂气体的供给控制。
燃料电池冷却系统400是为了调整燃料电池100的温度而对燃料电池100循环供给制冷剂的制冷剂循环系统。将乙二醇等防冻液、水、防冻液与水的混合液等用于制冷剂。
燃料电池冷却系统400具备热交换器410、使热交换器410的次级侧出口414与燃料电池100的制冷剂入口102相连的制冷剂供给管路420、设置于制冷剂供给管路420的制冷剂泵450、以及使燃料电池100的制冷剂出口104与热交换器410的次级侧入口412相连的制冷剂回流管路430。在制冷剂回流管路430设置有分流阀460，经由分流阀460连接有旁通管路440。旁通管路440以在制冷剂供给管路420的热交换器410与制冷剂泵450之间的位置与制冷剂供给管路420合流的方式连接。在旁通管路440设置有离子交换机470，该离子交换机470具有用于除去流通的制冷剂所包含的离子的离子交换树脂。
分流阀460是能够变更经由热交换器410的次级侧流动的制冷剂、与绕过热交换器410而在旁通管路440中流动的制冷剂的比例的阀，在本实施方式中，由旋转阀构成。此外，该分流阀460相当于能够切换使从燃料电池100流出的制冷剂向热交换器流通还是使其绕过热交换器的“阀”。
在热交换器410的初级侧入口416连接有冷却系统40的初级侧制冷剂供给管路614，在热交换器410的初级侧出口418连接有初级侧制冷剂回流管路624。从冷却装置30供给的制冷剂向热交换器410的初级侧流通。
热交换器410于在初级侧流通的制冷剂(以下，也称为“初级侧制冷剂”)、与在次级侧流通的制冷剂(以下，也称为“次级侧制冷剂”)之间进行热交换。例如，通过被冷却装置30冷却后的初级侧制冷剂接受次级侧制冷剂的热来使次级侧制冷剂的温度降低，从而能够将次级侧制冷剂冷却。
此外，在制冷剂供给管路420的热交换器410侧的端部设置有测量从热交换器410流出的次级侧制冷剂的温度的温度传感器480。另外，在制冷剂回流管路430的燃料电池100侧的端部设置有测量从燃料电池100流出的次级侧制冷剂的温度的温度传感器490。将温度传感器480、490的测量值向燃料电池控制部500输入，并用于燃料电池冷却系统400中的次级侧制冷剂的温度控制。
此外，燃料电池冷却系统400的工作状态、即、制冷剂泵450和分流阀460的工作状态被燃料电池控制部500控制。例如，在通过燃料电池系统10的运转进行发电的燃料电池单元22中，通常使燃料电池冷却系统400如以下那样工作。
在燃料电池100的温度为目标温度以上的情况下，以次级侧制冷剂向热交换器410流入的方式调整分流阀460的热交换器410侧的方向的开度、和制冷剂泵450的驱动量，并使被热交换器410冷却后的次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。通常，以全开的方式调整热交换器410侧的方向的开度。在该情况下，能够将燃料电池100冷却，使得在为目标温度以上、并且适合于发电的适宜温度的状态下，能够进行燃料电池100的发电。
另外，在燃料电池100的温度比目标温度低的情况下，使分流阀460的旁通管路440侧的方向为全开，并调整制冷剂泵450的驱动量，使在燃料电池100中流通的次级侧制冷剂全部向旁通管路440流通，由此使绕过了热交换器410的次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。在该情况下，能够通过由燃料电池100的发电形成的自我发热使次级侧制冷剂的温度上升，以燃料电池100成为目标温度以上的方式将燃料电池100预热。
此外，在停止运转而不进行发电的燃料电池单元22中，除了后述的情况，使燃料电池冷却系统400的动作为停止状态。
燃料电池控制部500由具备CPU、ROM、RAM等存储器、以及输入输出端口的计算机、例如微型计算机构成。通过燃料电池系统10的运转进行发电的燃料电池单元22的燃料电池控制部500执行在存储器储存的各种控制程序，取得来自未图示的各种仪表、包括温度传感器480、490在内的各种传感器等的信息，并控制燃料气体供给系统200、氧化剂气体供给系统300、以及燃料电池冷却系统400。另外，在燃料电池系统10的运转停止状态、即、发电设备20的各燃料电池单元22的运转停止状态下，各燃料电池单元22的燃料电池控制部500通过执行在存储器储存的运转停止状态用的控制程序来控制燃料电池冷却系统400的动作。对于该燃料电池单元22的运转停止状态下的燃料电池控制部500的控制进行后述。此外，燃料电池控制部500无需构成为单一的控制部，也可以由多个控制部构成并在这多个控制部之间交换必要的信息。
在发电设备20的容器21内设置有测量所容纳的多个燃料电池单元22的环境温度的温度传感器24。将温度传感器24的测量值向单元控制部23输入，并用于后述的各燃料电池单元22的燃料电池控制部500的控制。此外，以下，也将容纳于容器21内的多个燃料电池单元22的环境温度仅称为“容器21内的环境温度”。
单元控制部23由具备CPU、ROM、RAM等存储器、以及输入输出端口的计算机、例如微型计算机构成。通过燃料电池系统10的运转进行发电的发电设备20的单元控制部23执行在存储器储存的各种控制程序，并对各燃料电池单元22的燃料电池控制部500给予指示，由此控制各燃料电池单元22的动作。另外，在燃料电池系统10的运转停止状态下，单元控制部23执行在存储器储存的运转停止状态用的控制程序，取得来自温度传感器24的信息，并对各燃料电池单元22的燃料电池控制部500给予指示，由此控制各燃料电池单元22的燃料电池冷却系统400的动作。对于该燃料电池系统10的运转停止状态下的单元控制部23的控制进行后述。此外，单元控制部23也无需构成为单一的控制部，也可以由多个控制部构成来在这多个控制部之间交换必要的信息。
图2是燃料电池系统的运转停止状态下的单元控制部23的控制流程图。在步骤S110中，单元控制部23从温度传感器24取得容器21内的环境温度Ta，并根据环境温度Ta与预热开始阈值温度Ts的大小关系来判断各燃料电池单元22的燃料电池100的冻结可能性的有无。
由于燃料电池100有可能冻结、具体而言处于燃料电池100的内部的液体水冻结、或者有可能冻结，因此将预热开始阈值温度Ts设定为用于使冻结的液体水融解、或者不使有可能冻结的液体水冻结的温度。例如，将预热开始阈值温度Ts设定为在作为水的冰点的0℃上考虑差值而设定的+2℃～+5℃等0℃以上的温度。预热开始阈值温度Ts相当于“冻结判定温度”。
在Ta＞Ts的情况下(步骤S110：否)，单元控制部23判断为在各燃料电池单元22的燃料电池100没有冻结可能性，并结束该控制处理。与此相对，在Ta≤Ts的情况下(步骤S110：是)，单元控制部23判断为在各燃料电池单元22的燃料电池100存在冻结可能性，并在步骤S120中将FC预热指示的标志设为开启。在FC预热指示的标志为开启的情况下，如后述那样，各燃料电池单元22的燃料电池控制部500使燃料电池冷却系统400工作来开始燃料电池100的预热。
而且，单元控制部23在步骤S130中取得环境温度Ta，并根据环境温度Ta与预热结束阈值温度Te的大小关系来判断各燃料电池单元22的燃料电池100的冻结可能性的有无。为了稳定地执行FC预热，将预热结束阈值温度Te设定为比预热开始阈值温度Ts高的温度。其中，也可以为Te＝Ts。
在Ta＜Te的情况下(步骤S130：否)，单元控制部23判断为各燃料电池单元22的燃料电池100的冻结可能性没有消失，并反复进行步骤S130的处理。与此相对地，在Ta≥Te的情况下(步骤S130；是)，单元控制部23判断为各燃料电池单元22的燃料电池100的冻结可能性消失，在步骤S140中将FC预热指示的标志设为关闭，并结束该控制处理。在FC预热指示的标志变为了关闭的情况下，如后述那样，各燃料电池单元22的燃料电池控制部500停止燃料电池冷却系统400来结束燃料电池100的预热。
此外，单元控制部23反复执行上述控制处理。该控制处理的反复的执行可以在前一控制处理的结束后立即进行，也可以在经过一定时间后进行。
图3是燃料电池系统的运转停止状态下的各燃料电池单元22的燃料电池控制部500的控制流程图。燃料电池控制部500在燃料电池系统的运转停止状态下以预先决定好的时间表起动，并执行该控制处理。
在步骤S210中，燃料电池控制部500从单元控制部23取得FC预热指示的标志，并根据FC预热指示的标志的状态来判断是否需要FC预热处理。在FC预热指示的标志为关闭的情况下(步骤S210：否)，燃料电池控制部500判断为不需要FC预热处理，并结束该控制处理。与此相对地，在FC预热指示的标志为开启的情况下(步骤S210：是)，燃料电池控制部500判断为需要FC预热处理，在步骤S220中，仅使燃料电池冷却系统400工作，并开始FC预热处理。具体而言，将分流阀460的流动的方向切换为热交换器410侧，驱动制冷剂泵450来将次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。此外，对于由此执行的燃料电池100的预热，在后文中叙述。
而且，燃料电池控制部500在步骤S230中从单元控制部23取得FC预热指示的标志，并根据FC预热指示的标志的状态来判断是否需要继续FC预热处理。
在FC预热指示的标志不是关闭的情况下(步骤S230：否)，燃料电池控制部500判断为需要继续FC预热处理，并反复进行步骤S230的处理。与此相对地，在FC预热指示的标志为关闭的情况下(步骤S230：是)，燃料电池控制部500判断为不需要继续FC预热处理，在步骤S240中停止燃料电池冷却系统400的工作、具体而言停止制冷剂泵450的驱动来停止FC预热处理，并结束该控制处理。
图4是表示FC预热处理执行中的燃料电池冷却系统400的状态的说明图。此外，在图4中，为了便于说明，仅示出了热交换器410、燃料电池100、初级侧制冷剂供给管路614、初级侧制冷剂回流管路624、制冷剂供给管路420、以及制冷剂回流管路430，而省略了其他的结构元件(参照图1)。
初级侧制冷剂C1经由包括初级侧制冷剂供给管路614和初级侧制冷剂回流管路624在内的冷却系统40(参照图1)，在热交换器410的初级侧与冷却装置30(参照图1)之间循环。另外，次级侧制冷剂C2经由制冷剂供给管路420和制冷剂回流管路430在热交换器410的次级侧与燃料电池100之间循环。
如上述那样，将燃料电池系统10的运转停止状态下的初级侧制冷剂C1的温度Tc1温度控制为不会冻结的一定温度。此外，用Tc1i表示从热交换器410的初级侧入口416流入的初级侧制冷剂C1的温度Tc1。以下，假定将该初级侧制冷剂的温度Tc1i设定为比预热开始阈值温度Ts及预热结束阈值温度Te高的温度的情况来进行说明。
另外，假定次级侧制冷剂C2的温度Tc2为比预热开始阈值温度Ts及预热结束阈值温度Te低的温度的情况进行说明。以下，为了使说明容易，忽略各管路中的温度梯度，用Tc2i表示从热交换器410的次级侧出口414流出并从燃料电池100的制冷剂入口102向燃料电池100流入的次级侧制冷剂C2的温度Tc2。另外，用Tc2o表示从燃料电池100的制冷剂出口104流出并从热交换器410的次级侧入口412向热交换器410流入的次级侧制冷剂C2的温度Tc2。
在FC预热处理的开始时刻，为向热交换器410流入的初级侧制冷剂C1的温度Tc1比向热交换器410流入的次级侧制冷剂C2的温度Tc2o高的状态。如上述那样，热交换器410于在初级侧流通的初级侧制冷剂C1、与在次级侧流通的次级侧制冷剂C2之间进行热交换。因此，热交换器410从在初级侧流通的初级侧制冷剂C1向在次级侧流通的次级侧制冷剂C2交接热，从而能够使从热交换器410向燃料电池100流入的次级侧制冷剂C2的温度Tc2i比从燃料电池100向热交换器410流入的次级侧制冷剂C2的温度Tc2o上升。被热交换器410加热后的次级侧制冷剂C2在燃料电池100中流通，由此从次级侧制冷剂C2向燃料电池100交接一部分的热，从而能够使燃料电池100的温度Tf上升。与用于燃料电池100的温度Tf的上升的量对应地温度降低的温度Tc2o的次级侧制冷剂C2从燃料电池100流出并向热交换器410回流，被热交换器410加热。这样通过被热交换器410加热后的次级侧制冷剂C2进行循环，能够使次级侧制冷剂C2的温度以接近初级侧制冷剂C1的温度Tc1i的方式上升。由此，能够使燃料电池100的温度Tf以接近初级侧制冷剂C1的温度Tc1i的方式上升。其结果是，能够将燃料电池100预热，使得冻结的燃料电池100融解，或者有可能冻结的燃料电池100不冻结。
在第1实施方式的燃料电池系统10中，在系统的运转停止状态下，在容器21内的环境温度Ta为表示某个燃料电池100有可能冻结的预热开始阈值温度Ts以下的情况下，仅使各燃料电池单元22的燃料电池冷却系统400工作。而且，在燃料电池冷却系统400中，通过使次级侧制冷剂向热交换器410流通，能够接受预先温度控制为不会冻结的温度的初级侧制冷剂的热来将次级侧制冷剂加热。由此，在各燃料电池单元22中，通过使被加热后的次级侧制冷剂向燃料电池100内流通，从而能够将燃料电池100预热，能够抑制燃料电池100的冻结。其结果是，在开始燃料电池系统10的运转后，能够缩短在开始了工作的燃料电池单元22中执行的预热运转的时间，从而能够迅速地开始适当的工作状态下的发电。此外，单元控制部23和各燃料电池控制部500相当于“控制部”。
此外，测量容器21内的环境温度的温度传感器24如以下说明的那样设置即可。如上述那样，容器21的环境温度是判断燃料电池100的冻结可能性的有无的温度。因此，优选测量该环境温度的温度传感器24设置于能够测量多个燃料电池单元22的燃料电池100的环境温度的位置。其中，多个燃料电池100的环境温度在容器21内根据各个燃料电池100所设置的位置而变化的可能性较高。因此，预先求出多个燃料电池100中的环境温度最低的燃料电池100，在其附近设置温度传感器24即可。另外，当在多个燃料电池100中的任意一个的附近设置温度传感器24的情况下，预先求出与环境温度最低的燃料电池100的环境温度的温度差，进一步加上该温度差来设定预热开始阈值温度Ts和预热结束阈值温度Te即可。
B.第2实施方式：
图5是表示作为第2实施方式的燃料电池系统10B的简要结构的说明图。燃料电池系统10B代替温度传感器24(参照图1)而具备分别设置于各燃料电池100的附近的温度传感器110。另外，燃料电池系统10B代替单元控制部23(参照图1)而具备单元控制部23B，该单元控制部23B利用从各温度传感器110输入的测量值，如后述那样，控制各燃料电池控制部500。燃料电池系统10B除了这些不同点之外具有与第1实施方式的燃料电池系统10(参照图1)相同的结构。
图6是燃料电池系统的运转停止状态下的单元控制部23B的控制流程图。在步骤S110B中，单元控制部23B从各温度传感器110取得各燃料电池100的环境温度Ta，并根据环境温度Ta与预热开始阈值温度Ts的大小关系来对各燃料电池100分别判断冻结可能性的有无。
在各燃料电池100均为Ta＞Ts的情况下(步骤S110B：否)，单元控制部23B判断为在任意一个燃料电池100都没有冻结可能性，结束该控制处理。与此相对地，在存在Ta≤Ts的燃料电池100的情况下(步骤S110B：是)，单元控制部23B判断为在该燃料电池100存在冻结可能性，在步骤S120B中将符合的燃料电池100的FC预热指示的标志设为开启。如在第1实施方式中说明的那样(参照图3)，具有FC预热指示的标志变为了开启的燃料电池100的燃料电池单元22的燃料电池控制部500使燃料电池冷却系统400工作来开始燃料电池100的预热。
而且，单元控制部23B在步骤S130B中取得各燃料电池100的环境温度Ta，根据FC预热指示的标志变为了开启的各燃料电池100的环境温度Ta与预热结束阈值温度Te的大小关系来对各燃料电池100分别判断冻结可能性的有无。
在各燃料电池100均为Ta＜Te的情况下(步骤S130B：否)，单元控制部23B判断为在任意一个燃料电池100都没有冻结可能性，在步骤S132B中，判断在FC预热指示的标志为关闭的其他的燃料电池100中是否存在Ta≤Ts的燃料电池100。
在其他的燃料电池100都为Ta＞Ts的情况下(步骤S132B：否)，单元控制部23B返回至步骤S130B的处理。与此相对地，在存在Ta≤Ts的其他的燃料电池100的情况下(步骤S132B：是)，单元控制部23B判断为在其燃料电池100存在冻结可能性，在步骤S134B中将符合的燃料电池100的FC预热指示的标志设为开启，并返回至步骤S130B的处理。
在各燃料电池100都为Ta≥Te的情况下(步骤S130B；是)，单元控制部23B判断为各燃料电池100的冻结可能性消失，在步骤S140B中将各FC预热指示的标志设为关闭，并结束该控制处理。在FC预热指示的标志变为了关闭的情况下，如在第1实施方式中说明的那样，各燃料电池单元22的燃料电池控制部500停止燃料电池冷却系统400来结束燃料电池100的预热。
单元控制部23B反复执行上述控制处理。该控制处理的反复的执行可以在前一控制处理的结束后立即进行，也可以在经过一定时间后进行。
在第2实施方式的燃料电池系统10B中，构成为：在各燃料电池100的附近设置温度传感器110，并仅对环境温度Ta为预热开始阈值温度Ts以下的燃料电池100进行预热。由此，能够更高精度地进行需要预热的燃料电池的判断，从而能够更高精度地抑制燃料电池的冻结。
此外，在上述第2实施方式中，假定仅将符合Ta≤Ts的燃料电池100预热的情况进行了说明，但在存在符合Ta≤Ts的燃料电池100的情况下，一般可以认为其周边的燃料电池100的冻结的可能性也较高，因此也可以进行这些燃料电池100的预热。另外，也可以与第1实施方式相同地进行所有的燃料电池100的预热。另外，在上述第2实施方式中，对将变为了开启的所有的燃料电池100的FC预热指示的标志统一设为关闭(参照图6的步骤S140B)的例子进行了说明，但也可以对于变为了Ta≥Te的每个燃料电池100(图6的步骤S130B)个别地将FC预热指示的标志设为关闭。
C.第3实施方式
图7是表示作为第3实施方式的燃料电池系统10C的简要结构的说明图。燃料电池系统10C代替单元控制部23(参照图1)而具备单元控制部23C，并具备测量在设备供给管路612中流动的初级侧制冷剂的温度并将测量值向单元控制部23C供给的温度传感器611。另外，在燃料电池系统10C中，各燃料电池单元22代替燃料电池控制部500(参照图1)而具备燃料电池控制部500C，该燃料电池控制部500C如后述那样利用从单元控制部23C供给的温度传感器611的测量值来控制燃料电池冷却系统400。燃料电池系统10C除了这些不同点之外具有与第1实施方式的燃料电池系统10(参照图1)相同的结构。在燃料电池系统10C中，除了第1实施方式中说明的燃料电池系统的运转停止状态下的单元控制部23的控制处理(参照图2)、和各燃料电池控制部500的控制处理(参照图3)之外，还在以下方面具有特征，即：由各燃料电池控制部500C执行以下说明的控制处理。
图8是在燃料电池系统的运转中开始了工作的燃料电池单元22的燃料电池控制部500C的控制流程图。燃料电池控制部500C根据来自单元控制部23C的运转指示反复执行该控制处理来控制燃料电池冷却系统400中的次级侧制冷剂的流动。此外，根据发电电力等的时间表，由单元控制部23C任意地设定多个燃料电池单元22中的开始工作的燃料电池单元的数量、特定。
在步骤S310中，燃料电池控制部500C从设置于燃料电池100的制冷剂出口104的温度传感器490取得次级侧制冷剂的温度Tc2作为能够用作燃料电池100的温度Tf的温度，并判断次级侧制冷剂的温度Tc2与目标温度Tt的大小关系。
将目标温度Tt设定为能够适当地进行燃料电池100中的发电的温度，例如40℃～60℃左右的温度。此外，作为次级侧制冷剂的温度Tc2，也可以取得设置于制冷剂供给管路420的热交换器410侧的端部的温度传感器480的测量值。由温度传感器490测量的次级侧制冷剂的温度是在燃料电池100中流通后的次级侧制冷剂的温度，由温度传感器480测量的次级侧制冷剂的温度是在燃料电池100中流通前的次级侧制冷剂的温度，因此均是根据燃料电池100的发热状态而具有一定的相关性的温度。因此，任意一个温度都能够作为表示燃料电池100的温度的温度来利用。其中，在燃料电池100中流通后的次级侧制冷剂的温度为与实际的燃料电池100的温度更接近的温度，因此优选使用在燃料电池100中流通后的次级侧制冷剂的温度。在本例中，作为次级侧制冷剂的温度Tc2，使用由温度传感器490测量的在燃料电池100中流通后的次级侧制冷剂的温度。
在Tc2≥Tt的情况下(步骤S310：否)，燃料电池控制部500C判断为无需将燃料电池100预热，在步骤S340中，根据次级侧制冷剂的温度Tc2控制供次级侧制冷剂流动的制冷剂流路。具体而言，以次级侧制冷剂的温度Tc2为目标温度Tt以上、并且维持适合于发电的适宜温度的状态的方式调整分流阀460的开度，调整向热交换器410侧流动的流量、和向旁通管路440侧流动的流量，并使次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。
在Tc2＜Tt的情况下(步骤S310：是)，燃料电池控制部500C判断为需要将燃料电池100预热，在步骤S320中，还判断次级侧制冷剂的温度Tc2与初级制冷剂的温度Tc1的大小关系。此外，从单元控制部23C取得初级侧制冷剂的温度Tc1。
在Tc2≥Tc1的情况下(步骤S320：否)，燃料电池控制部500C在步骤S340中根据次级侧制冷剂的温度Tc2控制供次级侧制冷剂流动的制冷剂流路。其中，与Tc2≥Tt的情况(步骤S310：否)不同，是Tc2＜Tt(步骤S310：是)，因此需要将次级侧制冷剂加热来继续燃料电池100的预热。因此，在Tc1≤Tc2＜Tt的范围内，以次级侧制冷剂不在热交换器410侧而在旁通管路440侧流动的方式将分流阀460的流动的方向切换为旁通管路440侧，并将次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。
在Tc2＜Tc1的情况下(步骤S320：是)，燃料电池控制部500C以次级侧制冷剂在热交换器410侧流动的方式将分流阀460的流动的方向切换为热交换器410侧，将次级侧制冷剂向燃料电池100循环供给。在该情况下，通过接受来自初级侧制冷剂的热而将次级侧制冷剂加热，从而进行燃料电池100的预热，另外，通过燃料电池100的自我发热将次级侧制冷剂加热，由此也进行燃料电池100的预热。
在第3实施方式的燃料电池系统10C中，在当燃料电池系统的运转中开始了工作的燃料电池单元22中，在基于燃料电池100的自我发热的燃料电池100的预热的基础上，通过接受来自初级侧制冷剂的热来将次级侧制冷剂加热，也能够进行燃料电池100的预热。由此，在开始燃料电池系统10C的运转后，能够进一步缩短由燃料电池单元22执行的预热运转的时间，从而能够更迅速地开始适当的工作状态下的发电。
第3实施方式的燃料电池系统10C以基于第1实施方式的燃料电池系统10(参照图1)的结构并应用了燃料电池系统的运转状态下的燃料电池冷却系统400的控制处理(图8)的结构为例进行了说明，但并不限定于此。也能够基于第2实施方式的燃料电池系统10B(参照图5)的结构，应用燃料电池系统的运转状态下的燃料电池冷却系统400的控制处理(图8)。
D.其他的实施方式：
(D1)第1实施方式和第2实施方式的燃料电池冷却系统400作为具备绕过管路440和分流阀460的结构进行了说明，但也可以是不具备绕过管路440和分流阀460的结构。在这种情况下，也能够获得相同的效果。
(D2)在第1实施方式中，以根据单元控制部23的控制执行各燃料电池单元22的燃料电池控制部500的控制的情况为例进行了说明，但也可以由各燃料电池控制部500执行在单元控制部23中执行的各燃料电池单元22的控制。同样，在第2实施方式中，也可以由各燃料电池控制部500执行在单元控制部23B中执行的各燃料电池单元22的各个控制。
(D3)在各实施方式中，以具备一个发电设备20的结构为例进行了说明，但也可以为具备2个以上的多个发电设备的结构。在这种情况下，在各发电设备中，分别执行在各实施方式中说明的控制即可。
(D4)在上述第1实施方式中，作为判断燃料电池100冻结的可能性的有无的温度，利用了由设置于多个燃料电池单元22的任意一个的温度传感器24测量的环境温度。另外，在第2实施方式中，作为判断燃料电池100冻结的可能性的有无的温度，对各燃料电池单元22的每一个利用了由设置于燃料电池100的附近的温度传感器110测量的环境温度。作为判断燃料电池100冻结的可能性的有无的温度，并不限定于这些，只要是能够判断燃料电池100冻结的可能性的有无的温度即可。例如，也可以利用在燃料电池100中流通的次级侧制冷剂的温度、特别是燃料电池100的制冷剂出口104附近的次级侧制冷剂的温度。即，也可以利用与燃料电池100的温度具有一定的相关性的温度。另外，也可以利用发电设备20内的任意一个环境温度。其中，优选利用与燃料电池100的温度更接近的温度，如实施方式那样，优选利用与燃料电池100更接近的位置的环境温度、燃料电池100的制冷剂出口附近处的次级侧制冷剂的温度等。
(D5)在第3实施方式中，以将测量初级侧制冷剂的温度的温度传感器611设置于用于向发电设备20内供给初级侧制冷剂的设备供给管路612的结构为例进行了说明，但并不限定于此，也可以设置于主供给管路610的冷却装置30附近。在具备多个发电设备20的结构的情况下，能够由一个温度传感器611测量初级侧制冷剂的温度。
(D6)也可以由硬件电路构成由单元控制部23执行的控制处理的一部分或者全部。同样，也可以由硬件电路构成由燃料电池控制部500执行的控制处理的一部分或者全部。
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的一部分或者全部，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 (4)

1.一种燃料电池系统，其中，
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、燃料电池冷却系统、以及控制所述燃料电池的运转的控制部，所述燃料电池冷却系统具有进行从外部供给的初级侧制冷剂与向所述燃料电池流通的次级侧制冷剂之间的热交换的热交换器、和调整所述次级侧制冷剂的流量的制冷剂泵；
冷却装置；以及
冷却系统，从所述冷却装置向所述多个燃料电池单元分别供给所述初级侧制冷剂，
其中，在所述燃料电池系统的运转停止中，所述冷却装置构成为将所述初级侧制冷剂调整为预先决定好的温度以上的温度并向所述多个燃料电池单元分别供给，在所述多个燃料电池单元中的、存在燃料电池冻结的可能性的至少一个燃料电池单元中，所述控制部构成为以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流动的方式使所述制冷剂泵工作，
所述燃料电池冷却系统还具有阀，该阀能够切换使从所述燃料电池流出的所述次级侧制冷剂向所述热交换器流通还是使其绕过所述热交换器，
在所述燃料电池系统的运转停止中，具有存在所述冻结可能性的燃料电池的所述至少一个燃料电池单元的每一个中的所述控制部构成为：使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流通的方式使所述阀工作，
在所述多个燃料电池单元中的、在所述燃料电池系统的运转中开始了工作的至少一个燃料电池单元的每一个中，所述控制部构成为：当在作为所述燃料电池的温度利用的所述次级侧制冷剂的温度低于目标温度的期间所述次级侧制冷剂的温度不足所述初级侧制冷剂的温度的情况下，使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流通的方式使所述阀工作，并构成为：在所述次级侧制冷剂的温度为所述初级侧制冷剂的温度以上的情况下，使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂绕过所述热交换器的方式使所述阀工作。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
还具备控制所述多个燃料电池单元的单元控制部，
其中，存在所述冻结可能性的燃料电池的判断由所述单元控制部在判断对象的燃料电池的环境温度为冻结判定温度以下的情况下做出。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
存在所述冻结可能性的燃料电池的判断由所述多个燃料电池单元的各个所述控制部在判断对象的燃料电池的环境温度为冻结判定温度以下的情况下做出。
4.一种燃料电池系统的控制方法，
所述燃料电池系统具备：
多个燃料电池单元，分别具有燃料电池和燃料电池冷却系统，所述燃料电池冷却系统具有进行从外部供给的初级侧制冷剂与向所述燃料电池流通的次级侧制冷剂之间的热交换的热交换器、和调整所述次级侧制冷剂的流量的制冷剂泵；
冷却装置；以及
冷却系统，从所述冷却装置向所述多个燃料电池单元分别供给所述初级侧制冷剂，
其中，所述燃料电池系统的控制方法包括：
在所述燃料电池系统的运转停止中，判断所述多个燃料电池单元中的存在燃料电池冻结的可能性的至少一个燃料电池单元；和
在通过所述冷却装置向所述多个燃料电池单元分别供给调整至预先决定好的温度以上的温度的所述初级侧制冷剂的状态下，在所述至少一个燃料电池单元中，以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流动的方式使所述制冷剂泵工作，
所述燃料电池冷却系统还具有阀，该阀能够切换使从所述燃料电池流出的所述次级侧制冷剂向所述热交换器流通还是使其绕过所述热交换器，所述燃料电池系统的控制方法还包括：
在所述燃料电池系统的运转停止中，具有存在所述冻结可能性的燃料电池的所述至少一个燃料电池单元的每一个使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流通的方式使所述阀工作，
在所述多个燃料电池单元中的、在所述燃料电池系统的运转中开始了工作的至少一个燃料电池单元的每一个中，当在作为所述燃料电池的温度利用的所述次级侧制冷剂的温度低于目标温度的期间所述次级侧制冷剂的温度不足所述初级侧制冷剂的温度的情况下，使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂在所述热交换器中流通的方式使所述阀工作，
在所述次级侧制冷剂的温度为所述初级侧制冷剂的温度以上的情况下，使所述制冷剂泵工作，并且以所述次级侧制冷剂绕过所述热交换器的方式使所述阀工作。
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