CN115084582A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统，能够抑制局部燃料气体缺乏在燃料电池内的产生。该燃料电池系统的特征在于，控制部根据输出电流值对从由第1喷射器以及第2喷射器构成的组中选择的至少一种喷射器进行占空比控制来进行驱动，以便向燃料电池的燃料气体的压力维持在规定的范围内，对输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定，在判定为输出电流值大于规定的上述第1阈值的情况下，对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以至少在上述第1喷射器的闭阀中将上述第2喷射器开阀的方式对上述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。

Description

燃料电池系统
技术领域
本公开涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池(FC)是在1个单电池或者层叠了多个单电池(以下，存在称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)中通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应来取出电能的发电装置。其中，实际供给至燃料电池的燃料气体以及氧化剂气体是与无助于氧化、还原的气体的混合物的情况较多。特别是氧化剂气体为包括氧的空气的情况较多。
其中，以下也存在不特别区分燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或“气体”的情况。另外，存在将单电池以及层叠了单电池而成的燃料电池组中的任一个均称为燃料电池的情况。
该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。
膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成了催化剂层以及气体扩散层(GDL，以下存在简称为扩散层的情况)的构造。因此，存在将膜电极接合体称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
单电池根据需要而具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。隔板通常具有在与气体扩散层相接的面形成了作为反应气体的流路的槽的构造。其中，该隔板具有电子传导性，还作为发出的电力的集电体发挥功能。
在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的作为燃料气体的氢(H2)借助催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而做功，向阴极移动。供给至阴极的作为氧化剂气体的氧(O2)在阴极的催化剂层与质子以及电子反应，生成水。生成的水给电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层被向系统外排出。
关于车载于燃料电池车辆(以下存在称为车辆的情况)来使用的燃料电池系统进行了各种研究。
例如在专利文献1中，公开了一种实现使从燃料电池组排出的阳极废气循环的燃料循环装置的循环能力的提高的燃料电池系统。
在专利文献2中公开了一种抑制燃料电池的发电性能的降低的燃料电池系统。
在专利文献3中公开了一种能够通过简单的控制使燃料废气稳定地循环至燃料电池并能够根据状况提高燃料电池的排水效率、抑制喷射器工作时的噪音以及振动的燃料电池系统。
在专利文献4中公开了一种能够恰当地供给燃料气体的燃料电池系统。
专利文献1：日本特开2011－179333号公报
专利文献2：日本特开2020－123458号公报
专利文献3：日本特开2019－169264号公报
专利文献4：日本特开2014－123555号公报
在燃料电池系统的燃料气体系统中，实现使从燃料电池排出的燃料废气循环的燃料循环装置的循环能力的提高很重要。
在燃料电池的发电量大的情况下，喷射器闭阀中的循环流路内的压力急剧降低，因压力传感器的压力检测值的偏差、信号传递延迟等影响而低于所设定的压力范围的下限值，其结果是，存在在燃料电池内发生缺氢而使燃料电池的催化剂劣化的担忧。
在上述专利文献1的结构中，第1喷射器与第2喷射器交替地喷射，且各自所供给的燃料的喷射量相同，在燃料电池正实施高负载发电时，无法解决喷射器停止中的循环流路内的压力急剧降低这一课题。因此，在燃料电池内发生局部燃料气体缺乏，存在使燃料电池的催化剂劣化的担忧。
发明内容
本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于，能够抑制燃料电池内的局部燃料气体缺乏的发生的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，
上述燃料电池系统具备：
燃料电池；
电流传感器，检测上述燃料电池的输出电流值；
燃料气体供给部，将燃料气体供给至上述燃料电池；
循环流路，将上述燃料电池的燃料气体出口与上述燃料电池的燃料气体入口连接，且能够使从上述燃料电池的燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体返回至上述燃料电池的燃料气体入口来进行循环；
引射器，被配置于上述循环流路；
燃料气体供给流路，将上述燃料气体供给部与上述引射器连接；
喷射器集合部，被配置于上述燃料气体供给流路的比上述引射器靠上游的位置；
气液分离器，被配置于上述循环流路的比上述引射器靠上游的位置；
燃料废气排出流路，从上述循环流路的上述气液分离器分支，且能够将上述燃料废气排出至上述燃料电池系统的外部；
压力传感器，被配置于上述循环流路；以及
控制部，
上述喷射器集合部并列地具有第1喷射器以及第2喷射器，
上述第2喷射器的每单位时间的上述燃料气体的喷射量小于上述第1喷射器的每单位时间的上述燃料气体的喷射量，
上述控制部根据上述输出电流值对从由上述第1喷射器以及上述第2喷射器构成的组中选择的至少一种喷射器进行占空比控制来进行驱动，以便向上述燃料电池的上述燃料气体的压力维持在规定的范围内，
上述控制部对上述输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定，
在判定为上述输出电流值大于规定的上述第1阈值的情况下，上述控制部对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以至少在上述第1喷射器的闭阀中将上述第2喷射器开阀的方式对上述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。
在本公开的燃料电池系统中，在判定为上述输出电流值大于规定的上述第1阈值的情况下，上述控制部可以对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以在上述第1喷射器的闭阀后将上述第2喷射器开阀并在上述第1喷射器的开阀后将上述第2喷射器闭阀的方式对上述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。
在本公开的燃料电池系统中，在判定为上述输出电流值大于规定的上述第1阈值的情况下，上述控制部可以进行对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动且使上述第2喷射器总是开阀的控制。
在本公开的燃料电池系统中，可以在判定为上述输出电流值为规定的上述第1阈值以下的情况下，上述控制部对上述输出电流值是否为比规定的第1阈值小的规定的上述第2阈值以下进行判定，
在判定为上述输出电流值为规定的上述第2阈值以下的情况下，上述控制部使上述第1喷射器总是闭阀且对上述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动，
在判定为上述输出电流值大于规定的上述第2阈值的情况下，上述控制部使上述第2喷射器总是闭阀且对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动。
根据本公开的燃料电池系统，能够抑制燃料电池内的局部燃料气体缺乏的发生。
附图说明
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
图2是表示燃料电池证以恒定的中等负载电流发电时的、第1喷射器的开闭阀状态与循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
图3是表示现有技术中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器的开闭阀状态与循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
图4是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态以及循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
图5是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态以及循环流路内压力P的关系的另一个例子的图。
图6是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态以及循环流路内压力P的关系的另一个例子的图。
图7是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。附图标记说明：
10…燃料电池(电池组)；11…燃料气体供给流路；12…循环流路；13…燃料废气排出流路；21…燃料气体供给部(氢罐)；22…主止阀；23…调压阀；24…第1喷射器(Injector)；25…第2喷射器；26…引射器(ejector)；27…气液分离器；28…排气排水阀；29…压力传感器；30…电流传感器；40…控制部(ECU)；100…燃料电池系统。
具体实施方式
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，
上述燃料电池系统具备：
燃料电池；
电流传感器，检测上述燃料电池的输出电流值；
燃料气体供给部，将燃料气体供给至上述燃料电池；
循环流路，将上述燃料电池的燃料气体出口与上述燃料电池的燃料气体入口连接，且能够使从上述燃料电池的燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体返回至上述燃料电池的燃料气体入口来进行循环；
引射器，被配置于上述循环流路；
燃料气体供给流路，将上述燃料气体供给部与上述引射器连接；
喷射器集合部，配置于上述燃料气体供给流路的比上述引射器靠上游的位置；
气液分离器，配置于上述循环流路的比上述引射器靠上游的位置；
燃料废气排出流路，从上述循环流路的上述气液分离器分支，且能够将上述燃料废气排出至上述燃料电池系统的外部；
压力传感器，配置于上述循环流路；以及
控制部，
上述喷射器集合部并列地具有第1喷射器以及第2喷射器，
上述第2喷射器的每单位时间的上述燃料气体的喷射量小于上述第1喷射器的每单位时间的上述燃料气体的喷射量，
上述控制部根据上述输出电流值对从由上述第1喷射器以及上述第2喷射器构成的组中选择的至少一种喷射器进行占空比控制来进行驱动，以便向上述燃料电池的上述燃料气体的压力维持在规定的范围内，
上述控制部对上述输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定，
在判定为上述输出电流值大于规定的上述第1阈值的情况下，上述控制部对上述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以至少在上述第1喷射器的闭阀中将上述第2喷射器开阀的方式对上述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。
在具备第1喷射器、每单位时间的喷射量比第1喷射器小的第2喷射器、循环流路作为燃料气体系统的燃料电池系统中，存在燃料电池的发电量大、在第1喷射器停止中循环流路的压力急剧降低而产生局部燃料气体缺乏的担忧。根据本公开，在燃料电池的发电量大、循环流路内的压力降低在第1喷射器闭阀中大的情况下，使用第2喷射器来使循环流路内的压力降低变缓慢。即，在第1喷射器的喷射停止中从第2喷射器喷射燃料气体，抑制循环流路的急剧的压力降低。根据本公开，即便是循环流路内的压力急剧降低的情况，也能够减少低于所设定的压力范围的下限值这一情况，其结果是，能够在燃料电池内抑制燃料气体缺乏的产生，抑制燃料电池的催化剂的劣化。
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
图1所示的燃料电池系统100具备燃料电池10，并具备燃料气体供给流路11、循环流路12、燃料废气排出流路13、燃料气体供给部21、主止阀22、调压阀23、第1喷射器24、第2喷射器25、引射器26、气液分离器27、排气排水阀28、压力传感器29、电流传感器30以及控制部40作为燃料气体系统。此外，在图1中仅图示了燃料气体系统，除此之外的氧化剂气体系统、冷却系统等的图示被省略。
压力传感器29检测燃料气体的压力。压力传感器29与控制部40电连接，将检测出的燃料气体的压力赋予至控制部40。
电流传感器30检测燃料电池的输出电流值。电流传感器30与控制部40电连接，将检测出的燃料电池的输出电流值赋予至控制部40。
调压阀23与控制部40电连接，将施加于第1喷射器24、第2喷射器25的压力例如减压成为1MPa左右。
气液分离器27被配置于循环流路12的与燃料废气排出流路13的分支点，从由阳极出口排出的燃料气体亦即燃料废气分离燃料气体和水分，将燃料气体作为循环气体返回至循环流路12。
控制部40与排气排水阀28电连接，根据需要来打开排气排水阀28，将不需要的气体以及水分等从燃料废气排出流路13向外部排出。
引射器26被配置于循环流路12的与燃料气体供给流路11的合流部。
第1喷射器24以及第2喷射器25装备在燃料气体供给流路11的比引射器26靠上游的位置。
控制部50与第1喷射器24以及第2喷射器25电连接，根据燃料电池10的输出电流值来切换第1喷射器24、第2喷射器25的驱动/停歇。第2喷射器25的每单位时间的燃料气体喷射量少于第1喷射器24的每单位时间的燃料气体喷射量。
对于控制部50而言，在燃料电池10的输出电流值小时，仅从第2喷射器25供给燃料气体，在输出电流值为中等程度时，仅从第1喷射器24供给燃料气体，在输出电流值大时，从第1喷射器24、第2喷射器25双方供给燃料气体。
图1通过引射器26使在燃料电池10中未使用的燃料废气再循环，但也可以具备循环泵来代替引射器26。另外，燃料电池系统100可以在循环流路12的比引射器26靠上游的位置具备循环泵。
在本公开中，将燃料气体以及氧化剂气体统称为反应气体。供给至阳极的反应气体是燃料气体，供给至阴极的反应气体是氧化剂气体。燃料气体是主要含有氢的气体，也可以是氢。氧化剂气体可以是氧气、空气、干燥空气等。
本公开的燃料电池系统通常被搭载于具有电动机作为驱动源的车辆来使用。
另外，本公开的燃料电池系统也可以搭载于还能利用二次电池的电力而行驶的车辆来使用。
电动机不特别限定，可以是以往公知的驱动马达。
车辆可以是燃料电池车辆。
车辆可以具备本公开的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统具备燃料电池。
燃料电池可以仅具有1个单电池，也可以是层叠了多个单电池而成的层叠体亦即燃料电池组。
单电池的层叠数量不特别限定，例如可以是2～几百个，也可以是2～300个。
燃料电池组可以在单电池的层叠方向的两端具备端板。
燃料电池的单电池至少具备膜电极气体扩散层接合体。
膜电极气体扩散层接合体依次具有阳极侧气体扩散层、阳极催化剂层、电解质膜、阴极催化剂层、以及阴极侧气体扩散层。
阴极(氧化剂极)包括阴极催化剂层以及阴极侧气体扩散层。
阳极(燃料极)包括阳极催化剂层以及阳极侧气体扩散层。
将阴极催化剂层以及阳极催化剂层统称为催化剂层。另外，作为阳极催化剂以及阴极催化剂，例如可举出Pt(铂)、Ru(钌)等，作为担载催化剂的母材以及导电材，例如可举出碳等碳材料等。
将阴极侧气体扩散层以及阳极侧气体扩散层统称为气体扩散层。
气体扩散层可以是具有透气性的导电性部件等。
作为导电性部件，例如可举出碳布及碳纸等碳多孔质体、金属网及发泡金属等金属多孔质体等。
电解质膜可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如可举出包括有水分的全氟磺酸的薄膜等氟类电解质膜以及烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如可以是Nafion膜(杜邦公司制)等。
单电池可以根据需要而具备夹持膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。2张隔板的一方是阳极侧隔板，另一方是阴极侧隔板。在本公开中，将阳极侧隔板和阴极侧隔板统称为隔板。
隔板可以具有用于使反应气体以及制冷剂沿单电池的层叠方向流通的供给孔以及排出孔。作为制冷剂，为了防止低温时的结冰而例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。
供给孔可举出燃料气体供给孔、氧化剂气体供给孔以及制冷剂供给孔等。
排出孔可举出燃料气体排出孔、氧化剂气体排出孔以及制冷剂排出孔等。
隔板可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔。
隔板可以在与气体扩散层相接的面具有反应气体流路。另外，隔板可以在与和气体扩散层相接的面相反侧的面具有用于将燃料电池的温度保证为恒定的制冷剂流路。
在隔板为阳极侧隔板的情况下，可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔，阳极侧隔板可以在与阳极侧气体扩散层相接的面具有供燃料气体从燃料气体供给孔向燃料气体排出孔流动的燃料气体流路，可以在与和阳极侧气体扩散层相接的面相反侧的面具有供制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。
在隔板为阴极侧隔板的情况下，可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔，阴极侧隔板可以在与阴极侧气体扩散层相接的面具有供氧化剂气体从氧化剂气体供给孔向氧化剂气体排出孔流动的氧化剂气体流路，可以在和与阴极侧气体扩散层相接的面相反侧的面具有供制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。
隔板也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如可以是压缩碳而变得不透气的致密质碳、以及冲压成形出的金属(例如铁、铝以及不锈钢等)板等。另外，隔板可以具备集电功能。
燃料电池组可以具有各供给孔连通的入口歧管、以及各排出孔连通的出口歧管等歧管。
入口歧管可举出阳极入口歧管、阴极入口歧管以及制冷剂入口歧管等。
出口歧管可举出阳极出口歧管、阴极出口歧管以及制冷剂出口歧管等。
燃料电池系统具备燃料气体供给部、燃料气体供给流路、循环流路、引射器、喷射器集合部、气液分离器、燃料废气排出流路、控制部、电流传感器以及压力传感器作为燃料电池的燃料气体系统。
燃料气体供给部将燃料气体供给至燃料电池。具体而言，燃料气体供给部将燃料气体供给至燃料电池的阳极。
作为燃料气体供给部，例如可举出燃料箱等，具体而言，可举出液体氢罐、压缩氢罐等。
燃料气体供给部与控制部电连接。燃料气体供给部可以根据来自控制部的控制信号来控制燃料气体供给部的主止阀的开闭，由此控制燃料气体向燃料电池的供给的接通/断开。
循环流路将燃料电池的燃料气体出口与燃料电池的燃料气体入口连接。
循环流路能够将从燃料电池的燃料气体出口排出的燃料气体亦即燃料废气作为循环气体返回至燃料电池的燃料气体入口来使其循环。燃料气体入口可以是燃料气体供给孔、阳极入口歧管等。
在循环流路配置引射器。
引射器例如可以配置于循环流路上的与燃料气体供给流路的合流部。引射器将包括燃料气体和循环气体的混合气体供给至燃料电池的阳极。作为引射器，能够采用以往公知的引射器。
循环泵可以配置于循环流路的比引射器靠上游的位置。循环泵可以代替引射器而配置于循环流路的与燃料气体供给流路的合流部。循环泵可以成为使燃料废气作为循环气体来循环的推进力。循环泵与控制部电连接，可以通过由控制部控制循环泵的驱动的通断以及转速等来调整循环气体的流量。
燃料气体供给流路将燃料气体供给部与引射器连接。燃料气体供给流路能够实现燃料气体向引射器的供给。
喷射器集合部被配置于燃料气体供给流路的比引射器靠上游的位置。
喷射器集合部并列地具有第1喷射器以及第2喷射器。
第2喷射器的每单位时间的燃料气体的喷射量小于第1喷射器的每单位时间的燃料气体的喷射量。第1喷射器以及第2喷射器能够适当地采用以往公知的喷射器。
调压阀可以配置于燃料气体供给流路的比喷射器集合部靠上游的位置。调压阀与控制部电连接，对施加于第1喷射器和第2喷射器的压力进行减压。
气液分离器(阳极气液分离器)配置于循环流路的比引射器靠上游的位置。
气液分离器也可以配置于燃料废气排出流路与循环流路的分支点。
气液分离器也可以配置于燃料废气排出流路的比排气排水阀靠上游的位置。
气液分离器将从燃料气体出口排出的燃料气体亦即燃料废气中所包括的水分与燃料气体分离。由此，可以将燃料气体作为循环气体返回至循环流路，可以将燃料废气排出流路的排气排水阀开阀来将不需要的气体以及水分等排出至外部。另外，由于能够通过气液分离器来抑制多余的水分流动至循环流路，所以能够抑制因该水分引起的循环泵等的结冰的发生。
燃料废气排出流路经由气液分离器从循环流路分支。
燃料废气排出流路能够将从燃料电池的燃料气体出口排出的燃料废气排出至燃料电池系统的外部。燃料气体出口可以是燃料气体排出孔、阳极出口歧管等。
可以在燃料废气排出流路配置排气排水阀(燃料废气排出阀)。排气排水阀被配置于燃料废气排出流路的比气液分离器靠下游的位置。
排气排水阀能够将燃料废气以及水分等向外部(系统外)排出。其中，外部可以是燃料电池系统的外部，也可以是车辆的外部。
排气排水阀与控制部电连接，可以通过由控制部控制排气排水阀的开闭来调整燃料废气向外部的排出流量。另外，可以通过调整排气排水阀的开度来调整供给至燃料电池的阳极的燃料气体压力(阳极压力)。
燃料废气可以包括在阳极中未反应就通过的燃料气体以及在阴极生成的生成水到达了阳极的水分等。燃料废气有时包括在催化剂层以及电解质膜等生成的腐蚀物质以及可以在扫气时供给至阳极的氧化剂气体等。
电流传感器检测燃料电池的输出电流值。电流传感器与控制部电连接，将检测出的燃料电池的输出电流值赋予至控制部。
电流传感器能够使用以往公知的电流计等。
压力传感器被配置于循环流路。从提高检测精度的观点考虑，压力传感器可以配置于循环流路的比引射器靠下游的、引射器与燃料电池之间的区域。
压力传感器检测燃料气体的压力。压力传感器与控制部电连接，将检测出的燃料气体的压力赋予至控制部。
压力传感器能够使用以往公知的压力计等。
作为燃料电池的氧化剂气体系统，燃料电池系统可以具备氧化剂气体供给部，可以具备氧化剂气体供给流路，可以具备氧化剂废气排出流路。
氧化剂气体供给部向燃料电池供给氧化剂气体。具体而言，氧化剂气体供给部向燃料电池的阴极供给氧化剂气体。
作为氧化剂气体供给部，例如能够使用空气压缩机等。
氧化剂气体供给部与控制部电连接。氧化剂气体供给部根据来自控制部的控制信号被驱动。氧化剂气体供给部可以被控制部控制由从氧化剂气体供给部供给至阴极的氧化剂气体的流量以及压力构成的组中选择的至少1个。
氧化剂气体供给流路将氧化剂气体供给部与燃料电池的氧化剂气体入口连接。氧化剂气体供给流路能够实现从氧化剂气体供给部向燃料电池的阴极的氧化剂气体的供给。氧化剂气体入口可以是氧化剂气体供给孔、阴极入口歧管等。
氧化剂废气排出流路与燃料电池的氧化剂气体出口连接。氧化剂废气排出流路能够实现从燃料电池的阴极排出的氧化剂气体亦即氧化剂废气向外部的排出。氧化剂气体出口可以是氧化剂气体排出孔、阴极出口歧管等。
在氧化剂废气排出流路可以设置有氧化剂气体压力调整阀。
氧化剂气体压力调整阀与控制部电连接，通过由控制部将氧化剂气体压力调整阀开阀来将反应完毕的氧化剂气体亦即氧化剂废气从氧化剂废气排出流路向外部排出。另外，可以通过调整氧化剂气体压力调整阀的开度来调整供给至阴极的氧化剂气体压力(阴极压力)。
作为燃料电池的冷却系统，燃料电池系统可以具备制冷剂供给部，可以具备制冷剂循环流路。
制冷剂循环流路与设置于燃料电池的制冷剂供给孔以及制冷剂排出孔连通，能够使从制冷剂供给部供给的制冷剂在燃料电池内外循环。
制冷剂供给部与控制部电连接。制冷剂供给部根据来自控制部的控制信号被驱动。制冷剂供给部被控制部控制从制冷剂供给部供给至燃料电池的制冷剂的流量。由此可以控制燃料电池的温度。
制冷剂供给部例如可举出冷却水泵等。
在制冷剂循环流路可以设置有对冷却水的热进行散热的散热器。
在制冷剂循环流路可以设置有蓄存制冷剂的储存罐。
燃料电池系统可以具备二次电池。
二次电池(蓄电池)只要能够实现充放电即可，例如可举出镍氢二次电池以及锂离子二次电池等以往公知的二次电池。另外，二次电池可以包括双电层电容器等蓄电元件。二次电池也可以是将多个串联连接而成的结构。二次电池向电动机以及氧化剂气体供给部等供给电力。二次电池例如可以构成为能够从家用电源等车辆的外部的电源进行充电。二次电池可以通过燃料电池的输出来充电。二次电池的充放电可以由控制部控制。
控制部在物理上例如具有CPU(中央运算处理装置)等运算处理装置、存储由CPU处理的控制程序及控制数据等的ROM(只读存储器)和主要作为控制处理用的各种工作区域而使用的RAM(随机访问存储器)等存储装置、以及输入输出接口。另外，控制部例如可以是电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)等控制装置。
控制部可以与可被搭载于车辆的点火开关电连接。控制部可以构成为即便点火开关被切断也能够借助外部电源来动作。
控制部根据输出电流值来控制从由第1喷射器以及第2喷射器构成的组中选择的至少一种喷射器的占空比，以使向燃料电池的燃料气体的压力被维持在规定的范围内。
控制部对输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定。
在判定为输出电流值大于规定的第1阈值的情况下，控制部对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器，且以至少在第1喷射器的闭阀中将第2喷射器开阀的方式对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器。
喷射器的占空比是指在喷射器的阀的开闭的周期性控制中将喷射器的阀打开的时刻作为开端且直至在阀关闭之后再次打开阀为止的时间作为1个周期、且阀打开的时间相对于1个周期的时间的比例。
在本公开中，占空比控制是指以占空比成为超过0％且小于100％的任意值的方式进行控制。由于占空比为0％的状态是不存在来自控制部的驱动指令、喷射器闭阀而停止的状态，所以不是控制占空比的状态。由于占空比为100％的状态是喷射器总是开阀进行驱动的状态，所以不是控制占空比的状态。所控制的占空比只要将向燃料电池的燃料气体的压力维持在规定的范围内且超过0％小于100％即可，不特别限定，能够根据输出电流值来适当地设定。通过控制部监视燃料气体的压力由压力传感器检测出的值，使得控制部能够以将燃料气体的压力维持在规定的范围内的方式控制占空比。
输出电流值的规定的第1阈值例如可以是燃料电池正以高负载电流发电时的燃料电池的输出电流值。具体的输出电流值只要根据燃料电池的性能来适当地设定即可。
燃料气体的规定的范围内的压力的下限值可以根据经验性规则适当地设定难以发生局部燃料气体缺乏的压力。燃料气体的规定的范围内的压力的上限值可以根据经验性规则适当地设定难以发生电解质膜的劣化的压力。
在判定为输出电流值大于规定的第1阈值的情况下，作为第1实施方式，控制部可以对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器，且以与第1喷射器的闭阀同时将第2喷射器开阀、与第1喷射器的开阀同时将第2喷射器闭阀的方式对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器。
在判定为输出电流值大于规定的第1阈值的情况下，作为第2实施方式，控制部可以对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器，且以在第1喷射器的闭阀后将第2喷射器开阀、在第1喷射器的开阀后将第2喷射器闭阀的方式对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器。
在判定为输出电流值大于规定的第1阈值的情况下，作为第3实施方式，控制部可以进行如下控制：对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器且使第2喷射器总是开阀(占空比100％)。
在判定为输出电流值为规定的第1阈值以下的情况下，控制部对输出电流值是否为比规定的第1阈值小的规定的第2阈值以下进行判定。
在判定为输出电流值为规定的第2阈值以下的情况下，控制部可以使第1喷射器总是闭阀且对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器。由此能够使燃料利用率提高。
另一方面，在判定为输出电流值大于规定的第2阈值的情况下，控制部可以使第2喷射器总是闭阀且对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器。由此，例如可以在燃料电池的通常运转时仅利用第1喷射器将燃料气体供给至燃料电池。
输出电流值的规定的第2阈值例如可以是燃料电池正以中等负载电流发电时的燃料电池的输出电流值。具体的输出电流值只要根据燃料电池的性能来适当地设定即可。即，在燃料电池正以中等负载电流发电时，使第2喷射器停止(总是闭阀，占空比为0％)，从第1喷射器周期性喷射燃料气体(占空比控制)，在燃料电池正以小于中等负载电流发电时，使第1喷射器停止(总是闭阀，占空比为0％)，从第2喷射器周期性喷射燃料气体(占空比控制)。
图2是表示燃料电池正以恒定的中等负载电流发电时的、第1喷射器的开闭阀状态与循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
由于燃料电池正以恒定的负载电流发电，所以每单位时间在燃料电池内消耗恒定量的燃料气体。若循环流路内压力P达到下限值PL，则控制部(ECU)使第1喷射器开阀。第1喷射器开阀时喷射的燃料气体的量多于燃料电池消耗的燃料气体的量。因此，在第1喷射器的开阀中，循环流路内压力P上升。若循环流路内压力P达到上限值PU，则ECU使第1喷射器闭阀。在第1喷射器的闭阀中，由于燃料电池通过发电来消耗燃料气体，所以循环流路内压力P降低。通过反复进行上述过程，使得循环流路内压力P被维持在下限值PL以上上限值PU以下的范围内。
图3是表示现有技术中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器的开闭阀状态与循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
由于燃料电池正以恒定的高负载电流发电，所以与中等负载时相比，每单位时间在燃料电池内消耗的燃料气体的量多。另一方面，第1喷射器通过开阀时间来控制燃料气体喷射量，开阀中喷射的每单位时间的燃料气体的量恒定。因此，第1喷射器开阀中的压力上升的斜率变小，第1喷射器闭阀中的压力降低的斜率变大。
若循环流路内压力P达到下限值PL，则第1喷射器再次开阀，但在压力降低的斜率大的情况下，因第1喷射器的响应的延迟、压力传感器的信号的延迟、检测值的偏差等而容易低于下限值PL。
＜第1实施方式＞
图4是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态以及循环流路内压力P的关系的一个例子的图。
在本公开的第1实施方式中，通过在第1喷射器的闭阀中使第2喷射器开阀来向燃料电池供给燃料气体，由此减小第1喷射器的闭阀中的压力降低的斜率。
其中，第2喷射器的每单位时间的燃料气体喷射量少于燃料电池在高负载时消耗的燃料的量。因此，在第2喷射器开阀而喷射燃料气体的期间，循环流路内压力P也逐渐降低。即，第1喷射器的闭阀中的压力降低速度比图3所示的比较例缓慢。
因此，循环流路内压力难以低于下限值PL，在燃料电池内能够抑制局部燃料气体缺乏的发生、催化剂的劣化。
＜第2实施方式＞
图5是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态、以及循环流路内压力P的关系的另一个例子的图。
在第1实施方式中，第2喷射器的开阀时期与第1喷射器的闭阀时期一致，但也可以不一致。
在图5所示的时序图中，在第2实施方式中，第2喷射器也在第1喷射器的闭阀中开阀至第1喷射器开阀为止。然而，在第1喷射器闭阀之后第2喷射器开阀，在第1喷射器开阀之后第2喷射器闭阀。
当如第1实施方式那样以第1喷射器的开阀与第2喷射器的闭阀的时期相同的方式进行开闭阀控制时，在第1喷射器的响应延迟大于第2喷射器的响应延迟的情况下，会发生在循环流路内压力P为下限值附近将两方的阀关闭的时间段，存在压力降低的斜率变大的担忧。若如第2实施方式那样在ECU确认为第1喷射器开阀之后将第2喷射器闭阀，则能够抑制压力降低的斜率变大这一情况。
此外，还存在第2喷射器在第1喷射器刚刚闭阀之后也闭阀的时间，循环流路内压力P的斜率变大，但由于从下限值PL充分分离，所以压力P低于下限值PL而发生燃料电池的燃料气体缺乏的可能性低。另外，若压力过高的状态变长，则电解质膜容易劣化，但在第2实施方式中，由于首先一下子降低压力，然后缓慢地降低压力，所以能够迅速地消除压力过高的状态，能够抑制电解质膜的劣化。
＜第3实施方式＞
图6是表示本公开中的燃料电池正以恒定的高负载电流发电时的、第1喷射器开闭阀状态、第2喷射器的开闭阀状态以及循环流路内压力P的关系的另一个例子的图。
在第3实施方式中，在燃料电池正以高负载电流发电时，无论第1喷射器的开阀状态如何，第2喷射器总是开阀。在第3实施方式中，与第1实施方式以及第2实施方式相比虽然燃料利用率变差，但在第3实施方式的情况下，也通过第2喷射器在第1喷射器的闭阀中开阀来供给燃料气体，由此抑制了循环流路内压力P在第1喷射器闭阀中急剧降低。
图7是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。
控制部检测电流传感器检测出的燃料电池的输出电流值。
控制部对检测出的输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定。
在判定为输出电流值大于规定的第1阈值的情况下，控制部对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器，且以在至少第1喷射器的闭阀中将第2喷射器开阀的方式对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器，然后结束控制。
另一方面，在判定为输出电流值是规定的第1阈值以下的情况下，控制部对输出电流值是否为比规定的第1阈值小的规定的第2阈值以下进行判定。
在判定为输出电流值为规定的第2阈值以下的情况下，控制部使第1喷射器总是闭阀且对第2喷射器进行占空比控制来驱动第2喷射器，然后结束控制。
另一方面，在判定为输出电流值大于规定的第2阈值的情况下，控制部使第2喷射器总是闭阀且对第1喷射器进行占空比控制来驱动第1喷射器，然后结束控制。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统具备：
燃料电池；
电流传感器，检测所述燃料电池的输出电流值；
燃料气体供给部，将燃料气体供给至所述燃料电池，
循环流路，将所述燃料电池的燃料气体出口与所述燃料电池的燃料气体入口连接，且能够使从所述燃料电池的燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体返回至所述燃料电池的燃料气体入口来进行循环；
引射器，被配置于所述循环流路；
燃料气体供给流路，将所述燃料气体供给部与所述引射器连接；
喷射器集合部，被配置于所述燃料气体供给流路的比所述引射器靠上游的位置；
气液分离器，被配置于所述循环流路的比所述引射器靠上游的位置；
燃料废气排出流路，从所述循环流路的所述气液分离器分支，且能够将所述燃料废气排出至所述燃料电池系统的外部；
压力传感器，被配置于所述循环流路；以及
控制部，
所述喷射器集合部并列地具有第1喷射器以及第2喷射器，
所述第2喷射器的每单位时间的所述燃料气体的喷射量小于所述第1喷射器的每单位时间的所述燃料气体的喷射量，
所述控制部根据所述输出电流值对从由所述第1喷射器以及所述第2喷射器构成的组中选择的至少一种的喷射器进行占空比控制来进行驱动，以便向所述燃料电池的所述燃料气体的压力维持在规定的范围内，
所述控制部对所述输出电流值是否大于规定的第1阈值进行判定，
在判定为所述输出电流值大于规定的所述第1阈值的情况下，所述控制部对所述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以至少在所述第1喷射器的闭阀中将所述第2喷射器开阀的方式对所述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在判定为所述输出电流值大于规定的所述第1阈值的情况下，所述控制部对所述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动，且以在所述第1喷射器的闭阀后将所述第2喷射器开阀并在所述第1喷射器的开阀后将所述第2喷射器闭阀的方式对所述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在判定为所述输出电流值大于规定的所述第1阈值的情况下，所述控制部进行对所述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动且使所述第2喷射器总是开阀的控制。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在判定为所述输出电流值为规定的所述第1阈值以下的情况下，所述控制部对所述输出电流值是否为比规定的第1阈值小的规定的所述第2阈值以下进行判定，
在判定为所述输出电流值为规定的所述第2阈值以下的情况下，所述控制部使所述第1喷射器总是闭阀且对所述第2喷射器进行占空比控制来进行驱动，
在判定为所述输出电流值大于规定的所述第2阈值的情况下，所述控制部使所述第2喷射器总是闭阀且对所述第1喷射器进行占空比控制来进行驱动。
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