CN116581336A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种即使不使用加热器也能够抑制从燃料电池排出的生成水的冻结的燃料电池系统。该燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体系统以及控制部，上述氧化剂气体系统具有氧化剂气体供给流路、氧化剂废气排出流路、第1旁通流路、氧化剂气体供给部、调压阀、气液分离器以及加湿器，上述氧化剂气体供给部在上述氧化剂废气排出流路侧具有与上述氧化剂气体供给部同轴相连的膨胀器，上述第1旁通流路在上述氧化剂气体供给流路的上述氧化剂气体供给部的下游并且上述加湿器的上游的第1分支部从上述氧化剂气体供给流路分支，绕过上述燃料电池，并在上述氧化剂废气排出流路的上述调压阀的下游且上述气液分离器的上游的第1合流部与上述氧化剂废气排出流路合流。

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
为了实现燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)等的商品性提高，研究有在氧化剂气体系统具备加湿器等多个设备的燃料电池系统。
例如在专利文献1中公开有以下技术，即，在燃料电池系统的冰点下启动时，为了防止在燃料电池中生成的液体水在燃料电池的下游侧的设备冻结，用加热器加温设备。
作为不使用加热器的技术，在专利文献2中公开有在燃料电池的运转停止时能够将配置于燃料电池的下游侧的设备内的水分迅速地排出的燃料电池系统。
另外，在专利文献3中公开有不向变冷的状态的燃料电池供给湿润空气而能够将加湿器预热的燃料电池系统。
专利文献1：日本特开2009-176467号公报
专利文献2：日本特开2007-134154号公报
专利文献3：日本特开2004-273347号公报
当在冰点下启动燃料电池系统时，从燃料电池作为液体水排出的生成水于在氧化剂气体系统中配置于燃料电池的下游侧的设备内被夺取热而冻结，存在氧化剂气体系统的流路闭塞、生成水成为冰粒而与配置于氧化剂气体系统中的燃料电池的下游侧的设备碰撞从而设备故障等问题。
在如专利文献1的技术那样在燃料电池系统安装有加热器的情况下，燃料电池系统的规模变大，存在不能进行向车辆的搭载的情况。
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不使用加热器就能够抑制从燃料电池排出的生成水的冻结的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，其特征在于，上述燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体系统以及控制部，上述氧化剂气体系统具有氧化剂气体供给流路、氧化剂废气排出流路、第1旁通流路、氧化剂气体供给部、调压阀、气液分离器以及加湿器，上述加湿器横跨上述氧化剂气体供给流路和上述氧化剂废气排出流路来配置，上述氧化剂气体供给流路将上述燃料电池系统的外部与上述燃料电池的阴极入口连接，在上述氧化剂气体供给流路，从上游依次配置上述氧化剂气体供给部和上述加湿器，上述氧化剂废气排出流路将上述燃料电池的阴极出口与上述燃料电池系统的外部连接，在上述氧化剂废气排出流路，从上游依次配置上述调压阀、上述气液分离器以及上述加湿器，所述第1旁通流路在上述氧化剂气体供给流路的上述氧化剂气体供给部的下游并且上述加湿器的上游的第1分支部从上述氧化剂气体供给流路分支，绕过上述燃料电池，并在上述氧化剂废气排出流路的上述调压阀的下游并且上述气液分离器的上游的第1合流部与上述氧化剂废气排出流路合流，在上述第1旁通流路配置第1旁通阀，上述氧化剂气体供给部在上述氧化剂废气排出流路侧具有与上述氧化剂气体供给部同轴相连的膨胀器，上述氧化剂气体供给部通过上述膨胀器回收在上述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体与氧化剂废气中的至少任意一方并作为再生能量来利用，上述膨胀器配置于上述氧化剂废气排出流路的比上述加湿器靠下游的位置，上述控制部在上述燃料电池系统的冰点下启动时打开上述第1旁通阀，经由上述第1旁通流路，将在上述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分向上述氧化剂废气排出流路供给。
本公开的燃料电池系统也可以构成为：上述控制部预先存储表示外部气温及上述膨胀器的温度、与从上述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向上述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的上述膨胀器的预热所需的压力比的关系的数据组，上述控制部在上述燃料电池系统的冰点下启动时将上述外部气温及上述膨胀器的温度与上述数据组对照，来计算从上述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向上述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的上述膨胀器的预热所需的目标压力比，上述控制部控制上述调压阀的开度和上述第1旁通阀的开度，使得从上述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向上述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的压力比成为上述目标压力比。
本公开的燃料电池系统也可以构成为：上述氧化剂气体系统具有第2旁通流路，上述第2旁通流路在上述氧化剂气体供给流路的上述氧化剂气体供给部的下游并且上述加湿器的上游的第2分支部从上述氧化剂气体供给流路分支，绕过上述加湿器，并在上述氧化剂气体供给流路的上述加湿器的下游的第2合流部与上述氧化剂气体供给流路合流，在上述第2旁通流路，配置有在上述氧化剂气体供给流路与上述第2旁通流路之间切换上述氧化剂气体的流动的第2旁通阀。
根据本公开的燃料电池系统，不使用加热器就能够抑制从燃料电池排出的生成水的冻结。
附图说明
图1是表示本公开的燃料电池系统的一例的简要结构图。
图2是表示向空气压缩机供给的空气的温度为-10℃、-20℃以及-30℃的情况下的、从空气压缩机排出的空气相对于向空气压缩机供给的空气的压力的压力比、与从空气压缩机排出的空气的温度的关系的一例的坐标图。
图3是表示本公开的燃料电池系统的控制部进行的控制的一例的流程图。
附图标记说明
10…燃料电池；30…氧化剂气体供给部；31…氧化剂气体供给流路；32…氧化剂废气排出流路；33…第1旁通流路；34…第1旁通阀；35…调压阀；36…气液分离器；37…加湿器；38…第1分支部；39…第1合流部；41…制冷剂流路；42…散热器；43…制冷剂旁通流路；44…制冷剂用三通阀；45…制冷剂流路合流部；46…冷却器；50…控制部；60…膨胀器；61…第2旁通流路；62…第2旁通阀；63…第2分支部；64…第2合流部；70…排水流路；100…燃料电池系统。
具体实施方式
以下，对基于本公开的实施方式进行说明。此外，在本说明书中特别提及的事项以外的本公开的实施所需的事项(例如，不对本公开赋予特征的燃料电池系统的一般的结构和制造工序)能够作为该领域中的基于现有技术的本领域技术人员的设计事项来理解。本公开能够基于在本说明书中公开的内容和该领域中的技术常识来实施。
在本说明书中表示数值范围的“～”以包含记载于其前后的数值作为下限值和上限值的意思来使用。
另外，数值范围中的上限值和下限值能够采用任意的组合。
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，其特征在于，上述燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体系统以及控制部，上述氧化剂气体系统具有氧化剂气体供给流路、氧化剂废气排出流路、第1旁通流路、氧化剂气体供给部、调压阀、气液分离器以及加湿器，上述加湿器横跨上述氧化剂气体供给流路和上述氧化剂废气排出流路来配置，上述氧化剂气体供给流路将上述燃料电池系统的外部与上述燃料电池的阴极入口连接，在上述氧化剂气体供给流路，从上游依次配置上述氧化剂气体供给部和上述加湿器，上述氧化剂废气排出流路将上述燃料电池的阴极出口与上述燃料电池系统的外部连接，在上述氧化剂废气排出流路，从上游依次配置上述调压阀、上述气液分离器以及上述加湿器，上述第1旁通流路在上述氧化剂气体供给流路的上述氧化剂气体供给部的下游并且上述加湿器的上游的第1分支部从上述氧化剂气体供给流路分支，绕过上述燃料电池，并在上述氧化剂废气排出流路的上述调压阀的下游并且上述气液分离器的上游的第1合流部与上述氧化剂废气排出流路合流，在上述第1旁通流路配置第1旁通阀，上述氧化剂气体供给部在上述氧化剂废气排出流路侧具有与上述氧化剂气体供给部同轴相连的膨胀器，上述氧化剂气体供给部通过上述膨胀器回收在上述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体与氧化剂废气中的至少任意一方并作为再生能量来利用，上述膨胀器配置于上述氧化剂废气排出流路的比上述加湿器靠下游的位置，上述控制部在上述燃料电池系统的冰点下启动时打开上述第1旁通阀，经由上述第1旁通流路，将在上述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分向上述氧化剂废气排出流路供给。
根据本公开的燃料电池系统，通过第1旁通流路，使在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分在氧化剂废气排出流路的调压阀的下游并且气液分离器的上游合流。由此，氧化剂废气排出流路的设备(存在称为排气系统设备的情况)也与燃料电池一起预加热，即使没有加热器，也将氧化剂废气排出流路的排气系统设备预加热，从而抑制从燃料电池排出的生成水的冻结。根据本公开的燃料电池系统，根据外部气温和膨胀器的温度来适当地选择在氧化剂气体供给部中压缩的氧化剂气体的压力比，并控制调压阀和第1旁通阀的开度，由此能够将氧化剂废气排出流路的排气系统设备与燃料电池一起高效地预加热，从而能够高效地抑制氧化剂废气排出流路内的生成水的冻结。
图1是表示本公开的燃料电池系统的一例的简要结构图。
图1所示的燃料电池系统100具备燃料电池10和控制部50。
燃料电池系统100具有氧化剂气体供给部30、氧化剂气体供给流路31、氧化剂废气排出流路32、第1旁通流路33、第1旁通阀34、调压阀35、气液分离器36、加湿器37、第1分支部38、第1合流部39、膨胀器60、第2旁通流路61、第2旁通阀62、第2分支部63、第2合流部64以及冷却器46作为氧化剂气体系统。在气液分离器36连接有用于对分离出的液体水进行排水的排水流路70。
燃料电池系统100具有制冷剂流路41、散热器42、制冷剂旁通流路43、制冷剂用三通阀44以及制冷剂流路合流部45作为冷却系统。
在图1中，为了方便，省略燃料气体系统的记载。
本公开的燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体系统以及控制部。
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，也可以是作为层叠有多个单电池层叠体的燃料电池组。存在将单电池、和层叠有单电池的燃料电池组都称为燃料电池的情况。
单电池的层叠数并不特别地限定，例如，也可以是2～数百个。
燃料电池的单电池至少包括电解质膜，通常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。
催化剂层例如也可以具备促进电化学反应的催化剂金属、具有质子传导性的电解质以及具有电子传导性的载体等。
作为催化剂金属，例如，能够使用铂(Pt)、和由Pt和其他的金属构成的合金(例如混合有钴和镍等的Pt合金)等。
作为电解质，也可以是氟类树脂等。作为氟类树脂，例如也可以使用Nafion溶液等。
上述催化剂金属担载于载体上，在各催化剂层中，也可以混合担载有催化剂金属的载体(催化剂担载载体)和电解质。
用于担载催化剂金属的载体例如能够举出一般市售的碳等碳材料料等。
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气体透过性的导电性部件等。
作为导电性部件，例如能够举出碳布及碳纸等碳多孔体、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Nafion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等流体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。
隔离件也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如也可以是热固化树脂、热可塑树脂以及树脂纤维等树脂材料、压缩碳粉末和碳纤维等碳材料而成为不透气的致密质碳、以及冲压成型的金属(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。
隔离件的形状也可以是长方形、横向长六边形、横向长八边形、圆形以及长圆形状等。
隔离件也可以具有气体分配部。气体分配部是配置于反应气体歧管与反应气体流路之间的区域并使气体流动从反应气体歧管向发电区域扩展或者收敛的部分。气体分配部在反应气体的入口侧具有使气体流动扩展的构造。气体分配部在反应气体的出口侧具有使气体流动收窄的构造。
燃料电池组也可以具有供各供给孔连通的入口歧管、和供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。
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。氧化剂气体是含有氧的气体，也可以是氧、空气以及干燥空气等。
燃料电池系统具备氧化剂气体系统。
氧化剂气体系统具有氧化剂气体供给流路、氧化剂废气排出流路、第1旁通流路、第1旁通阀、氧化剂气体供给部、调压阀、气液分离器以及加湿器，也可以根据需要具备第2旁通流路、第2旁通阀等。
氧化剂气体供给流路将燃料电池系统的外部与燃料电池的阴极入口连接。氧化剂气体供给流路能够向该燃料电池的阴极供给氧化剂气体。阴极入口也可以是氧化剂气体供给孔、阴极入口歧管等。
在上述氧化剂气体供给流路，从上游依次配置氧化剂气体供给部和加湿器。
氧化剂气体供给部在氧化剂废气排出流路侧具有与氧化剂气体供给部同轴相连的膨胀器。
氧化剂气体供给部通过膨胀器来回收在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体与氧化剂废气中的至少任意一方并作为再生能量来利用。
膨胀器配置于比氧化剂废气排出流路的加湿器靠下游的位置。
氧化剂气体供给部只要能够压缩并排出从外部供给的氧化剂气体即可，也可以是空气压缩机等。氧化剂气体供给部与控制部电连接。控制部控制氧化剂气体供给部的驱动。
氧化剂废气排出流路将燃料电池的阴极出口与燃料电池系统的外部连接。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燃料电池系统的外部排出。阴极出口也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，从上游依次配置调压阀、气液分离器以及加湿器。
调压阀与控制部电连接，通过控制部来将调压阀开阀，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燃料电池系统的外部排出。另外，通过调整调压阀的开度，也可以调整向阴极供给的氧化剂气体压力(阴极压力)。此外，氧化剂废气可以与氧化剂气体的成分相同，可以是氧、空气以及干燥空气等，也可以包含水蒸气等。
第1旁通流路在氧化剂气体供给流路的氧化剂气体供给部的下游并且加湿器的上游的第1分支部从氧化剂气体供给流路分支，绕过燃料电池，并在氧化剂废气排出流路的调压阀的下游并且气液分离器的上游的第1合流部与氧化剂废气排出流路合流。
在第1旁通流路配置第1旁通阀。第1旁通阀可以是能够调节开度的阀，也可以是氧化剂气体用三通阀。在为氧化剂气体用三通阀的情况下，也可以配置于作为第1旁通流路的最上游的第1分支部。
第1旁通阀与控制部电连接，通过控制部将第1旁通阀开阀，由此当在冰点下启动时与燃料电池一起将氧化剂废气排出流路的膨胀器等排气系统设备预热的情况下等，能够绕过燃料电池来将在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分向氧化剂废气排出流路供给。在第1旁通阀是氧化剂气体用三通阀的情况下，在不需要氧化剂气体向燃料电池的供给的情况下等，以氧化剂气体的流动从氧化剂气体供给流路变为第1旁通流路的方式通过控制部关闭第1旁通阀的氧化剂气体供给流路下游侧的阀，并打开第1旁通流路侧的阀，由此能够将氧化剂气体的全部量向氧化剂废气排出流路供给。
加湿器横跨氧化剂气体供给流路和氧化剂废气排出流路来配置。
加湿器例如也可以具备透水膜。将透水膜配置于氧化剂气体供给流路与氧化剂废气排出流路之间的区域来使氧化剂气体和氧化剂废气向加湿器内流通，由此氧化剂废气所包含的水分透过透水膜来向氧化剂气体移动，从而将氧化剂气体加湿。
从抑制燃料电池系统的冰点下启动时的燃料电池的过渡加湿的观点、抑制生成水向氧化剂废气排出流路的流入的观点等出发，氧化剂气体系统也可以具有绕过加湿器的第2旁通流路。
第2旁通流路在氧化剂气体供给流路的氧化剂气体供给部的下游并且加湿器的上游的第2分支部从氧化剂气体供给流路分支，绕过加湿器，并在氧化剂气体供给流路的加湿器的下游的第2合流部与氧化剂气体供给流路合流。
在氧化剂气体系统具有冷却器的情况下，第2旁通流路可以仅绕过加湿器，也可以还绕过冷却器。
在第2旁通流路配置有在氧化剂气体供给流路或者第2旁通流路切换氧化剂气体的流动的第2旁通阀。第2旁通阀也可以是第2氧化剂气体用三通阀，在为第2氧化剂气体用三通阀的情况下，也可以配置于作为第2旁通流路的最上游的第2分支部。
第2旁通阀与控制部电连接，以氧化剂气体的流动从氧化剂气体供给流路变为第2旁通流路的方式通过控制部关闭第2旁通阀的氧化剂气体供给流路下游侧的阀，并打开第2旁通流路侧的阀，由此能够绕过加湿器来将氧化剂气体向燃料电池供给。
氧化剂气体系统也可以在氧化剂气体供给流路的氧化剂气体供给部的下游并且加湿器的上游具备冷却器(中冷器)。冷却器也可以配置于氧化剂气体供给流路的氧化剂气体供给部的下游并且与第1旁通流路的第1分支点的上游。
冷却器也可以通过使冷却系统的制冷剂在冷却器内外循环来实现冷却功能。
燃料电池系统也可以具备燃料气体系统。
燃料气体系统向燃料电池供给燃料气体。
燃料气体系统也可以具备燃料气体供给部、燃料气体供给流路、燃料废气排出流路、燃料气体旁通流路等。
燃料气体供给部将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，能够举出液体氢罐和压缩氢罐等。
燃料气体供给部与控制部电连接。也可以构成为：燃料气体供给部根据来自控制部的控制信号来控制燃料气体供给部的主截止阀的开闭，由此控制燃料气体向燃料电池的供给的开启和停止。
燃料气体供给流路将燃料气体供给部与燃料电池的阳极入口连接。燃料气体供给流路能够使包含氢的燃料气体向燃料电池的阳极供给。阳极入口也可以是燃料气体供给孔、阳极入口歧管等。
燃料废气排出流路将燃料电池的阳极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在氧化剂废气排出流路的比膨胀器靠下游的区域与氧化剂废气排出流路合流。阳极出口也可以是燃料气体排出孔、阳极出口歧管等。
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。存在燃料废气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。
燃料电池系统也可以具备冷却系统。
冷却系统调节燃料电池的温度。
也可以构成为：冷却系统具有制冷剂流路，并根据需要具有制冷剂旁通流路和制冷剂用三通阀等。
制冷剂流路能够使制冷剂在燃料电池内外循环。制冷剂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，能够使制冷剂在燃料电池内外循环。
也可以在制冷剂流路设置有制冷剂供给部。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。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。
也可以在制冷剂流路设置有将冷却水的热散热的散热器。
也可以在制冷剂流路设置有储存制冷剂的储存罐。
制冷剂旁通流路经由制冷剂用三通阀从制冷剂流路分支，并且绕过燃料电池而与冷却器连通，并在制冷剂流路的下游的制冷剂流路合流部与制冷剂流路合流。制冷剂旁通流路能够使制冷剂在冷却器内外循环。
制冷剂用三通阀能够控制制冷剂从制冷剂流路向制冷剂旁通流路的供给。制冷剂用三通阀与控制部电连接。控制部控制制冷剂用三通阀的开闭。
燃料电池系统也可以具备电池。
电池(二次电池)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复数个以串联的方式连接的结构。二次电池向空气压缩机等供给电力。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来动作。
控制部在燃料电池系统的冰点下启动时打开第1旁通阀，并经由第1旁通流路，将在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分向氧化剂废气排出流路供给。通过从氧化剂气体供给流路分配在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分并向氧化剂废气排出流路供给，从而也将氧化剂废气排出流路的设备与燃料电池一起预加热，即使没有加热器，也能够将氧化剂废气排出流路的设备预加热，从而能够抑制从燃料电池排出的生成水的冻结。
也可以构成为：在氧化剂气体系统具有第2旁通流路的情况下，在燃料电池系统的冰点下启动时，以在氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分在第1旁通流路中流动的方式打开第1旁通阀，并且关闭第2旁通阀的氧化剂气体供给流路下游侧的阀，并打开第2旁通流路侧的阀。由此，抑制燃料电池过度加湿，减少从燃料电池排出的生成水的量，从而进一步抑制生成水的冻结。
在本公开中，冰点下启动时可以是满足外部气温为0℃以下的条件之时，可以是满足外部气温为0℃以下、与膨胀器的温度为0℃以下中的至少任意一方的条件之时，也可以是满足外部气温为0℃以下、与排气系统部件的温度为0℃以下中的至少任意一方的条件之时。
控制部也可以预先存储表示外部气温及膨胀器的温度、与从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的膨胀器的预热所需的压力比的关系的数据组。
数据组也可以是表示外部气温、气液分离器的温度、加湿器的温度以及膨胀器的温度、与从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的膨胀器的预热所需的压力比的关系的数据组。
也可以构成为：控制部在燃料电池系统的冰点下启动时将外部气温及膨胀器的温度与数据组对照，来计算从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的膨胀器的预热所需的目标压力比。
也可以构成为：控制部在燃料电池系统的冰点下启动时将外部气温、气液分离器的温度、加湿器的温度以及膨胀器的温度与第2数据组对照，来计算从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的膨胀器的预热所需的目标压力比。
图2是表示向空气压缩机供给的空气的温度为-10℃、-20℃、以及-30℃的情况下的、从空气压缩机排出的空气相对于向空气压缩机供给的空气的压力的压力比、与从空气压缩机排出的空气的温度的关系的一例的坐标图。
由图2可见：根据向空气压缩机供给的空气的温度，即使空气压缩机对空气的压力比相同，从空气压缩机排出的空气的温度也不同。
因此，根据向空气压缩机供给的空气的温度(外部气温)和膨胀器的温度来适当地计算膨胀器的预热所需的目标压力比即可。
控制部也可以控制调压阀的开度和第1旁通阀的开度，使得从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的压力比成为目标压力比。由此，能够将氧化剂废气排出流路的排气系统设备高效地预加热，从而能够高效地抑制氧化剂废气排出流路内的生成水的冻结。
燃料电池系统也可以具备温度取得部。
温度取得部可以取得外部气温和膨胀器的温度等，也可以根据需要来取得气液分离器的温度和加湿器的温度等。
也可以构成为：在氧化剂气体供给流路的供气口的空气净化器(过滤器)设置温度计，并通过温度计来测定外部气温。
膨胀器使氧化剂系气体膨胀，因此膨胀器的出口附近的温度下降，与其他的设备相比，成为低温。因此，通过至少测定膨胀器的温度，能够预估膨胀器的预热所需的氧化剂气体的目标压力比。氧化剂系气体是指氧化剂气体与氧化剂废气中的至少一方的气体。
温度取得部与控制部电连接。控制部检测由温度取得部取得的外部气温、气液分离器的温度、加湿器的温度以及膨胀器的温度等。
温度取得部能够采用以往公知的温度传感器和温度计等。
图3是表示本公开的燃料电池系统的控制部进行的控制的一例的流程图。
在为搭载于车辆的燃料电池系统的情况下，例如在使点火开关变为接通后，在S101中，首先测定外部气温，并判定外部气温是否为0℃以下。
在S102中，在S101中，在外部气温高于0℃的情况下，判定排气系统设备的温度是否为0℃以下。排气系统设备至少包括膨胀器，根据需要包括气液分离器和加湿器等。
在S102中，在排气系统设备的温度高于0℃的情况下，结束控制。
在S201中，当在S101中外部气温为0℃以下的情况下，取得排气系统设备的温度信息，在S301中，参照数据组来设定在作为氧化剂气体供给部的空气压缩机中压缩的空气的目标压力比。根据外部气温和排气系统设备的温度，膨胀器等排气系统设备的预热所需的空气的温度不同，因此也可以将预热所需的压力比设定为目标压力比。
在S301中，当在S102中排气系统设备的温度为0℃以下的情况下，参照数据组来设定在空气压缩机中压缩的空气的目标压力比。
在S401中，允许燃料电池的发电。
在S501中，以在空气压缩机中压缩的空气的压力比成为目标压力比的方式控制调压阀的开度和第1旁通阀的开度。另外，也可以根据燃料电池的发电要求值来决定空气压缩机的转速。
在S601中，判定是否从调压阀的开度和第1旁通阀的开度的控制的开始起经过了规定时间。规定时间只要是排气系统设备的预热所需的时间即可，能够适当地设定。
在S701中，在经过规定时间后判定膨胀器等排气系统设备的温度是否为0℃以下，在排气系统设备的温度为0℃以下的情况下，再度进行是否经过规定时间的判定。
在S801中，在排气系统设备的温度高于0℃的情况下，解除目标压力比的设定，结束控制。

Claims (3)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体系统以及控制部，
所述氧化剂气体系统具有氧化剂气体供给流路、氧化剂废气排出流路、第1旁通流路、氧化剂气体供给部、调压阀、气液分离器以及加湿器，
所述加湿器横跨所述氧化剂气体供给流路和所述氧化剂废气排出流路来配置，
所述氧化剂气体供给流路将所述燃料电池系统的外部与所述燃料电池的阴极入口连接，
在所述氧化剂气体供给流路，从上游依次配置所述氧化剂气体供给部和所述加湿器，
所述氧化剂废气排出流路将所述燃料电池的阴极出口与所述燃料电池系统的外部连接，
在所述氧化剂废气排出流路，从上游依次配置所述调压阀、所述气液分离器以及所述加湿器，
所述第1旁通流路在所述氧化剂气体供给流路的所述氧化剂气体供给部的下游并且所述加湿器的上游的第1分支部从所述氧化剂气体供给流路分支，绕过所述燃料电池，并在所述氧化剂废气排出流路的所述调压阀的下游并且所述气液分离器的上游的第1合流部与所述氧化剂废气排出流路合流，
在所述第1旁通流路配置第1旁通阀，
所述氧化剂气体供给部在所述氧化剂废气排出流路侧具有与所述氧化剂气体供给部同轴相连的膨胀器，
所述氧化剂气体供给部通过所述膨胀器来回收在所述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体与氧化剂废气中的至少任意一方并作为再生能量来利用，
所述膨胀器配置于所述氧化剂废气排出流路的比所述加湿器靠下游的位置，
所述控制部在所述燃料电池系统的冰点下启动时打开所述第1旁通阀，经由所述第1旁通流路，将在所述氧化剂气体供给部中通过压缩而升温的氧化剂气体的一部分向所述氧化剂废气排出流路供给。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部预先存储表示外部气温及所述膨胀器的温度、与从所述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向所述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的所述膨胀器的预热所需的压力比的关系的数据组，
所述控制部在所述燃料电池系统的冰点下启动时将所述外部气温及所述膨胀器的温度与所述数据组对照，来计算从所述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向所述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的所述膨胀器的预热所需的目标压力比，
所述控制部控制所述调压阀的开度和所述第1旁通阀的开度，使得从所述氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体相对于向所述氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体的压力比成为所述目标压力比。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述氧化剂气体系统具有第2旁通流路，
所述第2旁通流路在所述氧化剂气体供给流路的所述氧化剂气体供给部的下游并且所述加湿器的上游的第2分支部从所述氧化剂气体供给流路分支，绕过所述加湿器，并在所述氧化剂气体供给流路的所述加湿器的下游的第2合流部与所述氧化剂气体供给流路合流，
在所述第2旁通流路，配置有在所述氧化剂气体供给流路与所述第2旁通流路之间切换所述氧化剂气体的流动的第2旁通阀。
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