CN115084583A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够高精度地判定是否在燃料气体中含有杂质气体的燃料电池系统。该燃料电池系统的特征在于，控制部预先存储表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，所述控制部控制燃料气体供给部的驱动的开启和关闭，上述控制部驱动上述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由电压传感器测定出的上述燃料电池的电压是否不足第1阈值，在判定为由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压不足第1阈值时，上述控制部将该电压与上述数据群对照来判定为上述燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值。

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)是由一个单电池(以下，存在记载为单元的情况)或者将多个单电池层叠而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)构成并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量的发电装置。此外，多数情况下，实际上向燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体是与无助于氧化·还原的气体的混合物。尤其氧化剂气体是包含氧的空气的情况较多。
此外，以下，也存在不特别地区别燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或者“气体”的情况。另外，存在将单电池和层叠单电池而成的燃料电池组都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，也简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层和气体扩散层(GDL、以下存在仅记载为扩散层的情况)的构造。因此，膜电极接合体存在被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
单电池根据需要具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的两片隔离件。隔离件通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔离件具有电子传导性，也作为发电的电气的集电体发挥功能。
在燃料电池的燃料极(阳极)，作为从气体流路和气体扩散层供给的燃料气体的氢(H2)通过催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜并向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而做功，并向阴极移动。作为向阴极供给的氧化剂气体的氧(O2)在阴极的催化剂层与质子及电子反应而生成水。生成的水对电解质膜给予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，并被向系统外排出。
对车载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)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中公开有能够确定单元电压降低的重要因素的燃料电池的控制系统。
在专利文献2中公开有不牺牲制造成本、布局的自由度就能够避免燃料电池的故障的燃料存积系统。
专利文献1：日本特开2004-039322号公报
专利文献2：日本特开2010-242952号公报
在燃料电池中，若在包含氢的燃料气体中包含杂质，则不仅不能进行高效的发电，也会引起由催化剂的劣化引起的不可逆的性能降低。因此，在燃料电池中，燃料气体的纯度的管理很重要。
在上述专利文献1中，通过压力传感器推算杂质气体浓度。杂质气体使催化剂中毒的情况下的杂质气体浓度是数百ppb的量级。由于在气体流路内流动的气体的压力变动，因此在上述专利文献1中难以探测低浓度杂质气体对压力的影响，存在不能准确地判定杂质气体含有的有无的担忧。
发明内容
本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于提供一种高精度地判定是否在燃料气体中含有杂质气体的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统具备：燃料电池；电压传感器，测定上述燃料电池的电压；燃料气体供给部，用于将包含氢的燃料气体向上述燃料电池供给；燃料气体供给流路，将上述燃料气体供给部与上述燃料电池的燃料气体入口连接；推出器，配置于上述燃料气体供给流路；循环流路，将上述燃料电池的燃料气体出口与上述推出器连接，能够使从上述燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体向燃料电池供给；以及控制部，上述控制部预先存储表示上述燃料电池的电压与上述燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，上述控制部控制上述燃料气体供给部的驱动的开启和关闭，上述控制部驱动上述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压是否不足第1阈值，在判定为由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压不足第1阈值时，上述控制部将该电压与上述数据群对照来判定为上述燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述第1阈值是将上述燃料气体供给部的驱动控制为关闭时并且在上述燃料气体向上述燃料气体供给部的补给前运行了上述燃料电池时的由上述电压传感器测定出的电压。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述控制部判定是否有上述燃料气体向上述燃料气体供给部的补给，在判定为有上述燃料气体向上述燃料气体供给部的补给时，上述控制部驱动上述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压是否不足第1阈值。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述杂质气体是从由氮气、一氧化碳以及硫化氢构成的群中选出的至少一种。
根据本公开的燃料电池系统，能够高精度地判定是否在燃料气体中含有杂质气体。
附图说明
图1是表示使用规定的氢浓度的正常的燃料气体时的燃料电池的电压变动的一个例子的图。
图2是表示使用低氢浓度的劣质燃料气体时的燃料电池的电压变动的一个例子的图。
图3是表示使用包含作为催化剂中毒物质的硫化氢(H2S)作为杂质的劣质燃料气体时的电压变动的一个例子的图。
图4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5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。
图6是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
附图标记说明
10…燃料电池；20…燃料气体供给部；21…燃料气体供给流路；22…燃料废气排出流路；23…排气排水阀；24…气液分离器；25…循环流路；26…推出器；50…控制部；60…电压传感器；100…燃料电池系统。
具体实施方式
本公开的燃料电池系统具备：燃料电池；电压传感器，测定上述燃料电池的电压；燃料气体供给部，用于将包含氢的燃料气体向上述燃料电池供给；燃料气体供给流路，将上述燃料气体供给部与上述燃料电池的燃料气体入口连接；推出器，配置于上述燃料气体供给流路；循环流路，将上述推出器与上述燃料电池的燃料气体出口连接，能够将从上述燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体向燃料电池供给；以及控制部，上述控制部预先存储表示上述燃料电池的电压与上述燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，上述控制部控制上述燃料气体供给部的驱动的开启和关闭，上述控制部驱动上述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压是否不足第1阈值，在判定为由上述电压传感器测定出的上述燃料电池的电压不足第1阈值时，上述控制部将该电压与上述数据群对照来判定为上述燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值。
在将包含规定的浓度以上的非活性气体的劣质燃料气体填充至燃料电池系统的燃料罐等燃料气体供给部的情况下，燃料罐内的燃料气体中的氢浓度低于假定值，因此在燃料电池的运行中杂质缓缓地积蓄于燃料电池内，从而杂质吸附于催化剂。其结果是，燃料电池的电压降低，燃料电池劣化。
因此，在本公开中，首先在燃料电池系统停止时向燃料罐填充燃料气体，取得成为基准值的燃料电池的电压。其后，在从外部补给了燃料气体的情况下，再度取得燃料电池的电压，并将取得的燃料电池的电压与基准值比较，由此判定是否在所补给的燃料气体中包含超过基准值的浓度的杂质气体、即是否是劣质燃料气体。而且，根据取得的燃料电池的电压推断燃料罐内的燃料气体中的杂质气体浓度或者氢浓度，根据推断出的杂质气体浓度或者氢浓度来变更燃料气体供给·排气控制。其后，通过用信息通信技术(ICT)将填充劣质燃料气体的氢站与其他的车辆共享，从而能够避免向其他的车辆的燃料罐填充劣质燃料气体。另外，能够通过ICT与其他的车辆共享在各氢站供给的燃料气体的氢浓度信息。
在本公开中，取得燃料电池的基准电压，并取得燃料气体补充后的一定燃料气体量消耗后的燃料电池的电压，将取得的电压与基准值比较，由此能够判定是否在燃料气体中包含规定的浓度以上的杂质气体。
使催化剂中毒的杂质气体存在多个种类，但根据本公开，通过燃料电池的电压判定是否在燃料气体中包含杂质气体，因此能够与杂质气体的种类无关地进行判定。
根据本公开，即使是在燃料气体中包含低浓度的杂质气体的情况，也能够高精度地判定杂质气体的含有的有无或者杂质气体的浓度，因此能够抑制使催化剂中毒。
在本公开中，将燃料气体和氧化剂气体统称为反应气体。向阳极供给的反应气体是燃料气体，向阴极供给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。氧化剂气体也可以是氧、空气、干燥空气等。
在本公开中，杂质气体也可以是氮气、一氧化碳以及硫化氢等。
在本公开中，中毒物质也可以是一氧化碳和硫化氢等。
本公开的燃料电池系统通常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即使通过二次电池的电力也能够行驶的车辆来使用。
车辆也可以是燃料电池车辆。
车辆也可以具备本公开的燃料电池系统。
电动机并不特别地限定，也可以是以往公知的驱动马达。
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一个单电池，也可以是作为将多个单电池层叠而成的层叠体的燃料电池组。
单电池的层叠数并不特别地限定，例如，可以是2～数百个，可以是2～300个，也可以是2～200个。
燃料电池组也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)包括阴极催化剂层和阴极侧气体扩散层。
阳极(燃料极)包括阳极催化剂层和阳极侧气体扩散层。
将阴极催化剂层和阳极催化剂层统称为催化剂层。另外，作为阳极催化剂和阴极催化剂，例如，能够举出Pt(铂)、Ru(钌)等，作为担载催化剂的母材和导电材料，例如能够举出碳等碳材料等。
将阴极侧气体扩散层和阳极侧气体扩散层统称为气体扩散层。
气体扩散层也可以是具有透气性的导电性部件等。
作为导电性部件，例如能够举出碳布和碳纸等碳多孔体、和金属网及发泡金属等金属多孔体等。
电解质膜也可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如能够举出包含水分的全氟磺酸的薄膜等氟类电解质膜、和烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如也可以是全氟磺酸膜(杜邦公司制)等。
单电池也可以根据需要具备夹持膜电极气体扩散层接合体的两面的两片隔离件。两片隔离件的一方是阳极侧隔离件，另一方是阴极侧隔离件。在本公开中，将阳极侧隔离件和阴极侧隔离件统称为隔离件。
隔离件也可以具有用于使反应气体和制冷剂向单电池的层叠方向流通的供给孔和排出孔。作为制冷剂，为了防止低温时的冻结，例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。
供给孔能够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。
排出孔能够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。
隔离件可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔。
隔离件也可以在与气体扩散层接触的面具有反应气体流路。另外，隔离件也可以在与和气体扩散层接触的面相反的一侧的面具有用于将燃料电池的温度保持恒定的制冷剂流路。
在隔离件是阳极侧隔离件的情况下，可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔，阳极侧隔离件可以在与阳极侧气体扩散层接触的面具有使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，也可以在与和阳极侧气体扩散层接触的面相反的一侧的面具有使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。
在隔离件是阴极侧隔离件的情况下，可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔，阴极侧隔离件可以在与阴极侧气体扩散层接触的面具有使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，也可以在与和阴极侧气体扩散层接触的面相反的一侧的面具有使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。
隔离件也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如也可以是将碳压缩而成为不透气的致密质碳、和冲压成型的金属(例如铁、铝、以及不锈钢等)板等。另外，隔离件也可以具备集电功能。
燃料电池组也可以具有各供给孔连通的入口歧管、和各排出孔连通的出口歧管等歧管。
入口歧管能够举出阳极入口歧管、阴极入口歧管以及制冷剂入口歧管等。
出口歧管能够举出阳极出口歧管、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、推出器、电压传感器、循环流路以及控制部作为燃料电池的燃料气体系统。
燃料气体供给部将包含氢的燃料气体向燃料电池供给。具体而言，燃料气体供给部将包含氢的燃料气体向燃料电池的阳极供给。
作为燃料气体供给部，例如能够举出燃料罐等，具体而言，能够举出液体氢罐、压缩氢罐等。
燃料气体供给部与控制部电连接。燃料气体供给部也可以构成为：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开启/关闭。
燃料气体供给流路将燃料气体供给部与燃料电池的燃料气体入口连接。燃料气体供给流路能够将燃料气体向燃料电池的阳极供给。燃料气体入口也可以是燃料气体供给孔、阳极入口歧管等。
在燃料气体供给流路配置推出器。
推出器例如也可以配置于燃料气体供给流路上的与循环流路的合流部。推出器将包含燃料气体和循环气体的混合气体向燃料电池的阳极供给。作为推出器，能够采用以往公知的推出器。
也可以在燃料气体供给流路的燃料气体供给部与推出器之间的区域配置有调压阀和中压氢传感器。
调压阀调节从燃料气体供给部向推出器供给的燃料气体的压力。
也可以构成为：调压阀与控制部电连接，通过控制部控制调压阀的开闭和开度等，由此调整向推出器供给的燃料气体的压力。
也可以构成为：中压氢传感器与控制部电连接，控制部探测由中压氢传感器测定出的燃料电池的压力，并根据探测出的压力来控制调压阀的开闭和开度等，由此调整向推出器供给的燃料气体的压力。
电压传感器测定燃料电池的电压。
电压传感器与控制部电连接，控制部探测由电压传感器测定出的燃料电池的电压。
电压传感器能够使用以往公知的电压计等。
只要电压传感器能够测定燃料电池的电压，其配置位置就不特别地限定。
循环流路将燃料电池的燃料气体出口与推出器连接。
循环流路能够回收作为从燃料电池的燃料气体出口排出的燃料气体的燃料废气，并将其作为循环气体向燃料电池供给。
循环流路也可以通过与配置于燃料气体供给流路的推出器连接来与燃料气体供给流路合流。
也可以在循环流路配置有循环泵。循环泵使燃料废气作为循环气体循环。也可以构成为：循环泵与控制部电连接，通过控制部控制循环泵的驱动的开启、关闭和转速等，由此调整循环气体的流量。
燃料气体系统也可以具备燃料废气排出流路。
燃料废气排出流路也可以将燃料电池的燃料气体出口与燃料电池系统的外部连接。
燃料废气排出流路也可以从循环流路分支。
也可以构成为：循环流路从燃料废气排出流路分支，并与配置于燃料气体供给流路的推出器连接，由此与燃料气体供给流路合流。
燃料废气排出流路将从燃料电池的燃料气体出口排出的燃料废气向燃料电池系统的外部排出。燃料气体出口也可以是燃料气体排出孔、阳极出口歧管等。
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和水分等向外部(系统外)排出。
此外，外部可以是燃料电池系统的外部，也可以是车辆的外部。
也可以构成为：排气排水阀与控制部电连接，通过控制部控制排气排水阀的开闭，由此调整燃料废气向外部的排出流量。另外，也可以通过调整排气排水阀的开度来调整向燃料电池的阳极供给的燃料气体压力(阳极压力)。
燃料废气也可以包含在阳极未反应而直接通过的燃料气体、和在阴极生成的生成水到达阳极的水分等。燃料废气存在包含在催化剂层和电解质膜等生成的腐蚀物质、和也可以在扫气时向阳极供给的氧化剂气体等的情况。
也可以在燃料废气排出流路配置有气液分离器(阳极气液分离器)。
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。
燃料废气排出流路也可以从循环流路经由气液分离器分支。
也可以构成为：循环流路从燃料废气排出流路经由气液分离器分支，并与配置于燃料气体供给流路的推出器连接，由此与燃料气体供给流路合流。
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。
气液分离器将作为从燃料气体出口排出的燃料气体的燃料废气中所包含的水分与燃料气体分离。由此，可以使燃料气体作为循环气体返回至循环流路，也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和水分等向外部排出。另外，通过气液分离器，能够抑制多余的水分向循环流路流动，因此能够抑制由该水分引起的循环泵等的冻结的产生。
作为燃料电池的氧化剂气体系统，氧燃料电池系统可以具备化剂气体供给部，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，可以具备氧化剂气体旁通流路，可以具备旁通阀，也可以具备氧化剂气体流量传感器。
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。根据来自控制部的控制信号来驱动氧化剂气体供给部。氧化剂气体供给部也可以被控制部控制从由从氧化剂气体供给部向阴极供给的氧化剂气体的流量和压力构成的群中选出的至少一个。
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使氧化剂气体从氧化剂气体供给部向燃料电池的阴极供给。氧化剂气体入口也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使作为从燃料电池的阴极排出的氧化剂气体的氧化剂废气向外部排出。氧化剂气体出口也可以是氧化剂气体排出孔、阴极出口歧管等。
也可以在氧化剂废气排出流路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，通过控制部将氧化剂气体压力调整阀开阀，由此将作为反应完毕的氧化剂气体的氧化剂废气从氧化剂废气排出流路向外部排出。另外，也可以通过调整氧化剂气体压力调整阀的开度来调整向阴极供给的氧化剂气体压力(阴极压力)。
氧化剂气体旁通流路从氧化剂气体供给流路分支，绕过燃料电池，并将氧化剂气体供给流路的分支部与氧化剂废气排出流路的合流部连接。
在氧化剂气体旁通流路配置旁通阀。
旁通阀与控制部电连接，通过控制部将旁通阀开阀，由此在不需要氧化剂气体向燃料电池供给的情况下，能够绕过燃料电池来将氧化剂气体从氧化剂废气排出流路向外部排出。
氧化剂气体流量传感器配置于氧化剂气体供给流路。
氧化剂气体流量传感器检测氧化剂气体系统内的氧化剂气体的流量。氧化剂气体流量传感器与控制部电连接。控制部也可以根据由氧化剂气体流量传感器检测到的氧化剂气体的流量来推断空气压缩机的转速。氧化剂气体流量传感器也可以配置于氧化剂气体供给流路的比氧化剂气体供给部靠上游的位置。
氧化剂气体流量传感器能够采用以往公知的流量计等。
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，也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。根据来自控制部的控制信号来驱动制冷剂供给部。制冷剂供给部被控制部控制从制冷剂供给部向燃料电池供给的制冷剂的流量。由此也可以控制燃料电池的温度。
制冷剂供给部例如能够举出冷却水泵等。
也可以在制冷剂循环流路设置有将冷却水的热散热的散热器。
也可以在制冷剂循环流路设置有储存制冷剂的储存罐。
燃料电池系统也可以具备二次电池。
二次电池(蓄电池)只要能够充放电即可，例如能够举出镍氢二次电池、和锂离子二次电池等以往公知的二次电池。另外，二次电池也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的结构。二次电池向电动机和氧化剂气体供给部等供给电力。二次电池例如也可以从家庭用电源等车辆的外部的电源进行充电。也可以通过燃料电池的输出来对二次电池进行充电。二次电池的充放电也可以被控制部控制。
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处理的控制程序和控制数据等的ROM(只读存储器)和主要作为用于控制处理的各种作业区域来使用的RAM(随机存储器)等存储装置、以及输入输出接口。另外，控制部例如也可以是电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)等控制装置。
控制部也可以与点火开关电连接，该点火开关也可以搭载于车辆。即使切断点火开关，控制部也可以通过外部电源进行动作。
控制部预先存储表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群。在成为对象的杂质气体是1个种类的情况下，通过预先存储表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，能够根据所测定的燃料电池的电压推断杂质气体的浓度。在成为对象的杂质气体是两种以上的情况下，通过预先存储表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的每个种类的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，能够根据所测定的燃料电池的电压来推断杂质气体的种类和浓度。
控制部控制燃料气体供给部的驱动的开启和关闭。
控制部驱动燃料气体供给部，判定经过规定时间后的由电压传感器测定出的燃料电池的电压是否不足第1阈值。
在判定为由电压传感器测定出的燃料电池的电压不足第1阈值时，控制部将该电压与预先存储的表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群对照来判定为燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值。
在判定为由电压传感器测定出的燃料电池的电压为第1阈值以上时，控制部也可以判定为在燃料气体中不包含杂质气体。另外，在判定为由电压传感器测定出的燃料电池的电压为第1阈值以上时，控制部也可以将该电压与预先存储的表示燃料电池的电压与燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群对照来判定为燃料气体中的杂质气体的浓度为规定的浓度阈值以下。
规定的浓度阈值也可以是也可以包含在燃料气体中的杂质气体的允许浓度，能够根据燃料电池的性能适当地设定。
判定为燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值即是指判定为在燃料气体中包含超过允许浓度的浓度的杂质气体。判定为在燃料气体中包含超过允许浓度的浓度的杂质气体即是指判定为在燃料气体中包含杂质气体。
也可以构成为：控制部判定是否有燃料气体向燃料气体供给部的补给，在判定为有燃料气体向燃料气体供给部的补给时，驱动燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由电压传感器测定出的燃料电池的电压是否不足第1阈值。由此，每当从外部补充燃料气体时，能够判定是否在所补充的燃料气体中包含浓度超过规定的基准值的杂质气体。
第1阈值只要是成为用于是否在燃料气体中含有杂质气体的判定的基准的电压即可。第1阈值也可以是使用含有预先存储的规定浓度的氢的正常的燃料气体来将燃料电池发电时的燃料电池的电压。另外，为了每当从外部补充燃料气体时高精度地判定是否在所补充的燃料气体中包含规定的浓度的杂质气体，第1阈值也可以是在将燃料气体供给部的驱动控制为关闭时并且在燃料气体向燃料气体供给部的补给前运行了燃料电池时的由电压传感器测定出的电压。
驱动燃料气体供给部后的规定时间也可以是：将填充至燃料气体供给部的燃料气体向燃料电池供给，直到能够测定使用了所填充的燃料气体时的燃料电池的电压为止的时间。
驱动燃料气体供给部后的经过规定时间后的由电压传感器测定出的燃料电池的电压也可以是燃料电池使用了填充至燃料气体供给部的燃料气体时的电压。
图1是表示使用规定的氢浓度的正常的燃料气体时的燃料电池的电压变动的一个例子的图。
图2是表示使用低氢浓度的劣质燃料气体时的燃料电池的电压变动的一个例子的图。
图3是表示使用包含作为催化剂中毒物质的硫化氢(H2S)作为杂质的劣质燃料气体时的电压变动的一个例子的图。
如图1～3所示可知，在燃料气体中的氢浓度较低的情况下，当在燃料气体中包含杂质气体的情况下，与使用了正常的燃料气体的情况比较，燃料电池的电压降低。
因此，为了判定杂质气体的种类和浓度，也可以预先存储表示杂质气体的种类、浓度、以及使用了包含杂质气体的燃料气体的情况下的燃料电池的电压的关系的数据群。而且，测定使用了含有成为基准的规定的浓度的氢的正常的燃料气体的情况下的燃料电池的电压。而且，通过将使用了所填充的燃料气体时的燃料电池的电压与使用了含有规定的浓度的氢的正常的燃料气体情况下的燃料电池的电压比较，能够判定是否在所填充的燃料气体中包含杂质气体。另外，能够根据测定出的电压变动来判定所填充的燃料气体所包含的杂质气体的种类和浓度。
图4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4所示的燃料电池系统100具备燃料电池10、燃料气体供给部20、燃料气体供给流路21、燃料废气排出流路22、排气排水阀23、气液分离器24、循环流路25、推出器26、控制部50以及电压传感器60。
此外，在图4中，仅图示燃料气体系统，省略其他的氧化剂气体系统、冷却系统等的图示。
电压传感器60测定燃料电池10的电压。电压传感器60如虚线所示与控制部50电连接，将测定出的燃料电池的电压发送至控制部50。
气液分离器24配置于循环流路25的与燃料废气排出流路22的分支点，从作为从阳极出口排出的燃料气体的燃料废气中分离燃料气体和水分，使燃料气体作为循环气体返回至循环流路25。
推出器26配置于燃料气体供给流路21的与循环流路25的合流部。
控制部50与燃料气体供给部20电连接，基于测定出的燃料电池的电压的结果来控制燃料气体从燃料气体供给部20的供给。
控制部50与排气排水阀23电连接，根据需要打开排气排水阀23，将不需要的气体和水分等从燃料废气排出流路22向外部排出。
图5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。
首先控制部驱动燃料气体供给部来将燃料气体向燃料电池供给，并使燃料电池发电规定时间。
而且，电压传感器测定燃料电池的电压。
控制部判定电压传感器测定出的燃料电池的电压是否不足规定的第1阈值。
在判定为电压传感器测定出的燃料电池的电压为规定的第1阈值以上的情况下，控制部判定为燃料气体是正常的燃料气体并结束控制。
另一方面，在判定为电压传感器测定出的燃料电池的电压不足规定的第1阈值的情况下，控制部判定为燃料气体是包含超过基准值的浓度的杂质气体的劣质燃料气体，并结束控制。
图6是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
首先控制部判定是否有燃料气体向燃料气体供给部的补给。
而且，在判定为没有燃料气体向燃料气体供给部的补给的情况下，控制部结束控制。
另一方面，在判定为有燃料气体向燃料气体供给部的补给的情况下，控制部驱动燃料气体供给部来将燃料气体向燃料电池供给，并使燃料电池发电规定时间。
而且，电压传感器测定燃料电池的电压。
控制部判定电压传感器测定出的燃料电池的电压是否不足规定的第1阈值。
在判定为电压传感器测定出的燃料电池的电压为规定的第1阈值以上的情况下，控制部判定为燃料气体是正常的燃料气体并结束控制。
另一方面，在判定为电压传感器测定出的燃料电池的电压不足规定的第1阈值的情况下，控制部判定为燃料气体是包含超过基准值的浓度的杂质气体的劣质燃料气体，并结束控制。
在判定为燃料气体是劣质燃料气体的情况下，控制部例如也可以进行以下的控制。
也可以构成为：推断劣质燃料气体中的杂质气体的浓度或者氢浓度，根据推断出的杂质气体浓度或者氢浓度来变更燃料气体供给部内的氢浓度常量，并变更燃料气体供给控制、燃料气体排气控制等。
燃料气体供给部内的氢浓度常量的变更例如能够举出：在成为基准的燃料气体的氢浓度为99.5％、且推断出的劣质燃料气体中的氢浓度为95％的情况下，将氢浓度常量从99.5％变更为95％。而且，能够根据变更后的氢浓度常量来变更燃料气体供给控制、燃料气体排气控制等。
作为燃料气体供给控制的变更，例如能够举出提高向燃料电池供给的燃料气体的压力来提高向燃料电池供给的氢的浓度等。
作为燃料气体排气控制的变更，例如能够举出提升设置于燃料废气排出流路的排气排水阀的开阀频度来将杂质气体迅速地向燃料电池系统的外部排出等。
在判定为燃料气体是劣质燃料气体的情况下，控制部例如也可以推断劣质燃料气体中所包含的杂质气体的种类。在控制部推断为劣质燃料气体中所包含的杂质气体的种类是氮气的情况下，能够判定为劣质燃料气体是氢浓度较低的燃料气体。在该情况下，能够使燃料电池的发电继续。另一方面，在控制部推断为劣质燃料气体中所包含的杂质气体的种类是一氧化碳、硫化氢等中毒物质的情况下，能够判定为劣质燃料气体是混入有中毒物质的燃料气体。在该情况下，若使燃料电池的发电继续，则催化剂劣化，因此也可以采取停止燃料气体向燃料电池的供给并禁止燃料电池的发电的措施。由此能够抑制燃料电池的劣化。
在控制部判定为燃料气体是劣质燃料气体的情况下，其后，也可以通过数据交流模块(DCM)等信息通信技术(ICT)将填充了劣质燃料气体的氢站与其他的车辆共享，上述数据交流模块也可以搭载于车辆。由此，能够避免向其他的车辆的燃料气体供给部填充劣质燃料气体。另外，也可以通过ICT与其他的车辆共享在各氢站供给的燃料气体的氢浓度信息。

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；
电压传感器，测定所述燃料电池的电压；
燃料气体供给部，用于将包含氢的燃料气体向所述燃料电池供给；
燃料气体供给流路，将所述燃料气体供给部与所述燃料电池的燃料气体入口连接；
推出器，配置于所述燃料气体供给流路；
循环流路，将所述燃料电池的燃料气体出口与所述推出器连接，能够使从所述燃料气体出口排出的燃料废气作为循环气体向燃料电池供给；以及
控制部，
所述控制部预先存储表示所述燃料电池的电压与所述燃料气体中的杂质气体的浓度的相关关系的数据群，
所述控制部控制所述燃料气体供给部的驱动的开启和关闭，
所述控制部驱动所述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由所述电压传感器测定出的所述燃料电池的电压是否不足第1阈值，
在判定为由所述电压传感器测定出的所述燃料电池的电压不足第1阈值时，所述控制部将该电压与所述数据群对照来判定为所述燃料气体中的杂质气体的浓度高于规定的浓度阈值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第1阈值是将所述燃料气体供给部的驱动控制为关闭时并且在所述燃料气体向所述燃料气体供给部的补给前运行所述燃料电池时的由所述电压传感器测定出的电压。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部判定是否有所述燃料气体向所述燃料气体供给部的补给，
在判定为有所述燃料气体向所述燃料气体供给部的补给时，所述控制部驱动所述燃料气体供给部，并判定经过规定时间后的由所述电压传感器测定出的所述燃料电池的电压是否不足第1阈值。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述杂质气体是从由氮气、一氧化碳以及硫化氢构成的群中选出的至少一种。
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