CN102138239A - 燃料电池***及燃料电池***的控制方法 - Google Patents

燃料电池***及燃料电池***的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池***及燃料电池***的控制方法。均衡地抑制起动时劣化和搁置时劣化。在***的停止处理中，控制部(30)使在燃料电池堆栈(1)的氧化剂极中存在的空气(氧气)被消耗(氧气消耗控制)。另外，控制部(30)在氧气消耗控制结束后，将中压氢气阀(13)和氢气调压阀(14)控制为关闭状态，从而将氢气保持在中压氢气阀(13)与氢气调压阀(14)之间的流路内。在***停止期间，能够将在氢气供应流路(L1)中的中压氢气阀(13)与氢气调压阀(14)之间保持的预定容量的氢气(中压氢气)经由旁路流路(L2)供应到燃料电池堆栈(1)的燃料极侧。

Description

燃料电池***及燃料电池***的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池***及燃料电池***的控制方法。
背景技术
以往，公知有通过使供应到燃料极的燃料气体(例如，氢气)和供应到氧化剂极的氧化剂气体(例如，空气)进行电化学反应来进行发电的燃料电池。在具有该燃料电池的燃料电池***中，在起动时，有时在氧化剂极及燃料极这两者处都存在空气。在该情况下存在如下可能性：在燃料极侧存在的空气与新供应的氢气的界面、也就是在所谓的氢气前线处导致燃料电池劣化。具体而言，可引起承载有铂等催化剂的碳载体腐蚀。
例如，在专利文献1中公开有燃料电池的停止方法。在该方法中，停止空气流向氧化剂极，使燃料电池中的氧气和氢气进行反应。由此，使氧化剂极中残留的氧气的浓度下降并使燃料电池中的氢气的浓度上升，直至在燃料极和氧化剂极中不残留氧气，并且，燃料极与氧化剂极中的气体组成达到由至少0.0001％的氢气和残留的燃料电池惰性气体形成的平衡气体组成。而且，一旦达到平衡气体组成，则在***处于停止的期间，维持由至少0.0001％的氢气和残留的燃料电池惰性气体形成的气体组成。具体而言，在从***停止到再次起动的期间(搁置期间)，监视燃料电池中的氢气浓度，根据需要向燃料电池供应氢气。
专利文献1：日本特表2005-518632号公报
根据专利文献1所公开的技术，能够抑制由氢气前线引起的起动时的劣化。但是，在搁置期间，需要进行氢气浓度的监视并控制氢气的供应动作，存在***效率下降这样的不良情况。另外，在搁置期间，从密封部进入的空气与燃料电池中的氢气发生反应，产生过氧化氢。该过氧化氢也是使燃料电池劣化的原因之一。该搁置时的劣化随着搁置期间增长而累积，因此存在搁置期间越长越推进劣化的倾向。
发明内容
本发明就是鉴于该情况而做出来的，其目的在于均衡地抑制起动时的劣化和搁置时的劣化。
为了解决该问题，在本发明中，当停止***时，控制部件进行停止处理，该停止处理是在向燃料极供应燃料气体的同时进行气体消耗控制，该气体消耗控制是在切断了向氧化剂极供应氧化剂气体的状态下消耗在氧化剂极中存在的氧化剂气体。而且，控制部件进行在停止处理结束后且经过预定期间后结束对燃料极供应燃料气体的控制。
因为与短期性***停止对应的起动频度呈现较高的倾向，所以在***停止期间为短期停止的范围时，优选的是，抑制住劣化程度依赖于起动频度的起动时劣化。根据本发明，在停止处理结束后，能够在预定期间内向燃料极供应燃料气体，因此在***停止期间为短期停止的范围时，抑制燃料极处的氧化剂气体浓度上升。在该情况下，即使起动了***，由于抑制了所谓的氢气前线问题，因此也能够抑制起动时劣化。
另一方面，因为与长期性***停止对应的起动频度呈现较低的倾向，所以在***停止期间为长期的范围时，优选的是，抑制住劣化程度依赖于***停止期间的搁置时劣化。根据本发明，在经过预定期间后使燃料气体的供应结束，并且，燃料极中的燃料气体被所进入的大气消耗，因此在***停止期间为长期的范围时，阻止在燃料极中存在燃料气体。在该情况下，可抑制产生过氧化氢，因此能够抑制搁置时劣化。
因此，通过根据***停止期间来抑制起动时劣化和搁置时劣化中的劣化原因较大的要素，能够均衡地抑制起动时劣化和搁置时劣化。
附图说明
图1是示意性地表示第1实施方式的燃料电池***的结构的框图；
图2是表示燃料电池***的控制方法的过程的流程图；
图3是表示搁置期间Ts与气体浓度、劣化程度之间的关系的说明图；
图4是表示***的搁置期间与起动频度的说明图；
图5是表示电荷消耗量Cc、燃料电池堆栈1中的氧气浓度Co及燃料极中的氢气浓度Ch的变迁的说明图；
图6是示意性地表示第1实施方式的燃料电池***的变形例的框图；
图7是示意性地表示第1实施方式的燃料电池***的另一变形例的框图；
图8是示意性地表示第2实施方式的燃料电池***的结构的框图。
具体实施方式
图1是示意性地表示本发明的第1实施方式的燃料电池***的结构的框图。燃料电池***例如安装在作为移动体的车辆上，该车辆由从燃料电池***供应的电力来驱动。
燃料电池***具有隔着分隔件层组多个燃料电池构造体而构成的燃料电池堆栈(燃料电池)1，该燃料电池构造体隔着固体高分子电解质膜成对设置有燃料极和氧化剂极。该燃料电池堆栈1向燃料极供应燃料气体并且向氧化剂极供应氧化剂气体，从而使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应而产生电力。在本实施方式中说明的是，采用氢气作为燃料气体、采用空气作为氧化剂气体的情况。
燃料电池***包括用于向燃料电池堆栈1供应氢气的氢气***和用于向燃料电池堆栈1供应空气的空气***。
在氢气***中，作为燃料气体的氢气从燃料气体供应部件经由氢气供应流路L1向燃料电池堆栈1供应。具体而言，氢气例如贮存在称作高压氢气瓶的燃料罐(燃料气体供应部件)10中，被从该燃料罐10经由氢气供应流路L1向燃料电池堆栈1供应。
在氢气供应流路L1上，在燃料罐10的下游设有罐主阀11，并且在罐主阀11的下游设有减压阀12。燃料罐10中的氢气是通过使罐主阀11成为开启状态，向氢气供应流路L1供应，并利用减压阀12机械减压至规定的压力。另外，在氢气供应流路L1上，在减压阀12的下游侧设有中压氢气阀13，并且在中压氢气阀13的下游侧设有氢气调压阀14。该氢气调压阀14被后述的控制部30控制开度(即，是开口面积，被包含在开闭状态的一个状态)，由此调整氢气的压力，使得燃料电池堆栈1的燃料极中的氢气压力成为期望的压力。
另外，在氢气供应流路L1上设有旁路流路L2。旁路流路L2的一端部连接于中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的氢气供应流路L1，旁路流路L2的另一端部连接于氢气调压阀14与燃料电池堆栈1之间的氢气供应流路L1。在旁路流路L2上设有用于限制经由该旁路流路L2供应的氢气的流量的流量限制部件15。作为流量限制部件15，例如可采用缩小旁路流路L2的流路直径的节流孔。流量限制部件15允许通过的氢气流量被设定为在***运转期间燃料电池堆栈1所消耗的氢气的最低流量以下。
来自燃料电池堆栈1中的各个燃料极的排气(包含未使用的氢气的气体)被排出到氢气循环流路L3。氢气循环流路L3的另一端部连接于氢气供应流路L1上的比旁路流路L2的下游侧的连接端靠向下游侧的位置。在该氢气循环流路L3上，例如设有称作氢气循环泵16的氢气循环部件。来自该燃料电池堆栈1的排出气体被通过氢气循环部件再次循环到燃料电池堆栈1。
在作为氧化剂气体采用空气的情况下，包含在供应给氧化剂极的空气中的杂质(例如，氮气)有时渗透到燃料极侧。因此，包含燃料极及氢气循环流路L3在内的循环***中的杂质浓度增加，成为氢气分压减少的倾向。在杂质浓度较高时，产生燃料电池堆栈1的输出功率下降等不良情况，因此需要管理循环***中的杂质浓度。
因此，在氢气循环流路L3上设有用于从循环***中净化杂质的净化流路L4。在净化流路L4上设有净化阀17，通过控制该净化阀17的开闭状态，能够将在氢气循环流路L3中流动的循环气体排出到外部。由此，能够进行杂质的净化。通过该杂质净化，能够调整循环***中的杂质浓度。
在空气***中，作为氧化剂气体的空气从空气供应部件经由空气供应流路L5供应到燃料电池堆栈1。具体而言，在空气供应流路L5上设有压缩机20。压缩机20吸入大气(空气)，并且对其进行加压并送出。加压后的空气被供应到燃料电池堆栈1中。
来自燃料电池堆栈1中的各个氧化剂极的排出气体(被消耗了氧气的空气)经由空气排出流路L6排出到外部。在空气排出流路L6上设有空气调压阀21。该空气调压阀21调整燃料电池堆栈1的氧化剂极处的空气压力。
另外，在空气供应流路L5上的燃料电池堆栈1的入口侧设有在关闭状态下切断流路的截止阀22。另一方面，在空气排出流路L6上的燃料电池堆栈1的出口侧设有在关闭状态下切断流路的截止阀23。如后所述，这些截止阀22、23虽然在***处于运转时被控制为开启状态，但能根据需要被控制为关闭状态。通过该关闭状态控制，限制大气进入燃料电池堆栈1中。
在燃料电池堆栈1上连接有输出取出装置2，该输出取出装置2对从燃料电池堆栈1取出的输出(例如，电流)进行控制。在燃料电池堆栈1中发电的电力经由输出取出装置2供应到用于车辆驱动的电动机等载荷。
控制部(控制部件)30承担对***整体进行统一控制的功能，通过按照控制程序进行动作，对***的运转状态进行控制。作为控制部30，可采用以CPU、ROM、RAM、I/O接口为主体而构成的微型计算机。该控制部30根据***状态进行各种计算，将该计算结果作为控制信号输出到各种致动器(未图示)。由此，控制各种阀11～14、17、21～23的状态、氢气循环泵16和压缩机20的转速、以及输出取出装置2的取出电流。
为了检测***状态，向控制部30输入来自各种传感器等的传感器信号。例如，控制部30根据传感器信号，能够确定供应到燃料电池堆栈中的氢气及空气的流量或压力。另外，控制部30根据传感器信号，能够确定从燃料电池堆栈1实际取出的取出电流、燃料电池堆栈1的总电压及构成燃料电池堆栈1的单位发电单元的单元电压。
在与本实施方式的关系上，控制部30执行在***停止时执行的停止处理。在本说明书中，***停止是指与燃料电池堆栈1的发电动作相关的实质性控制处于结束的状态，具体而言，是指结束停止处理后直至再次起动燃料电池***的期间的状态。作为停止处理，控制部30使在燃料电池堆栈1的氧化剂极处存在的空气、具体为氧气被消耗掉。而且，控制部30将中压氢气阀13及氢气调压阀14控制为关闭状态。当进行该一连串的停止处理并过渡到***停止时，将氢气保持在中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的流路内(保持中压氢气)。
图2是表示本发明的实施方式的燃料电池***的控制方法的过程的流程图。该图所示的处理是表示在燃料电池***停止时所执行的停止处理的一连串过程，例如将点火开关的关闭信号作为触发条件，由控制部30执行。在执行停止处理之前，对燃料极进行氢气供应，而且，对氧化剂极进行空气供应。
首先，在步骤1(S1)中，指示停止供应空气。具体而言，控制部30使压缩机20的工作停止。由此，切断向氧化剂极供应空气。另外，在该步骤1中，仅停止空气的供应，氢气的供应继续。
在步骤2(S2)中，判断空气供应是否停止。控制部30单独或综合利用压缩机20的转速、空气流量、空气压力、从供应停止的指示时刻起所经过的时间这样的要素，判断空气供应是否停止。
当在该步骤2中判断为肯定时、即停止了空气供应时，进入步骤3(S3)。另一方面，当在步骤2中判断为否定时、即未停止空气供应时，在规定时间后再次进行步骤2的判断。
在步骤3中，开始氧气消耗控制。作为执行氧气消耗控制(气体消耗控制)的前提，控制部30将空气***中的截止阀22、23控制为关闭状态。另外，控制部30将氢气***中的净化阀17控制为关闭状态。
氧气消耗控制是通过借助输出取出装置2从燃料电池堆栈1取出电流而执行的控制。通过执行该氧气消耗控制，消耗燃料电池堆栈1的氧化剂极(广义上也包含与氧化剂极相连通的空气***)中的空气(氧气)。控制部30决定作为输出取出装置2的取出电流的控制指令值的电流设定值，根据该电流设定值对输出取出装置2进行控制，从而从燃料电池堆栈1取出电流。电流设定值是通过实验或模拟而预先设定了最佳值。
在步骤4(S4)中，判断电荷消耗量是否为判定值以上。可根据由输出取出装置2取出的电流量的积分值来计算伴随氧气消耗控制的电荷消耗量。另一方面，判定值是用于判定氧气消耗控制的结束时刻的值，表示在氧气消耗控制中应消耗的电荷量。在本实施方式中，判定值为可变值，如后所述，根据在***停止期间经由旁路流路L2供应的中压氢气的总量而设定。具体而言，以中压氢气的总流量越大电荷消耗量越小的方式设定判定值。
当在步骤4中判断为肯定时、即电荷消耗量为判定值以上时，进入步骤5(S5)。另一方面，当在步骤4中判断为否定时、即电荷消耗量未达到判定值时，在规定时间后再次进行步骤4的判断。
在步骤5(S5)中，结束氧气消耗控制。具体而言，控制部30结束输出取出装置2的电流取出。
在步骤6(S6)中，进行氢气***中的各个阀的闭阀处理。具体而言，控制部30将罐主阀11、中压氢气阀13及氢气调压阀14控制为关闭状态。另外，通过错开氢气调压阀14的闭阀时刻，能够调整保持在中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的中压氢气的总量。
一旦由这一连串的处理构成的停止处理结束，就过渡到***停止状态。即，在本实施方式中，如图2的流程图所示，通过步骤6中所示的将罐主阀11、中压氢气阀13及氢气调压阀14全部控制为关闭状态，来结束停止处理，之后过渡到***停止状态。另外，步骤5和步骤6的处理即可以按时间上相对应的时刻执行，也可以倒转顺序进行。在后者的情况下，通过进行步骤5的处理，结束停止处理。
这样，在本实施方式的燃料电池***中，在氢气供应流路L1上设有中压氢气阀13和氢气调压阀14，这些阀13、14作为对流路的开闭状态进行切换的开闭部件发挥作用。另外，旁路流路L2的一端部连接于氢气供应流路L1中的中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的部位，旁路流路L2的另一端部连接于氢气供应流路L1的氢气调压阀14与燃料电池堆栈1之间的部位。换言之，氢气供应流路L1是借助旁路流路L2将中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的流路连通于氢气调压阀14与燃料电池堆栈1之间的流路。在旁路流路L2上设有流量限制部件15，该流量限制部件15对在流路中流动的气体的流量进行限制。
在这种构成中，作为***的停止处理，控制部30借助输出取出装置2从燃料电池堆栈1取出电流，从而使在燃料电池堆栈1的氧化剂极处存在的空气(氧气)被消耗掉(氧气消耗控制)。另外，控制部30在结束氧气消耗控制后将中压氢气阀13及氢气调压阀14控制为关闭状态，从而将氢气保持在中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的流路内。
根据该结构，在***停止期间，能够经由旁路流路L2向燃料电池堆栈1的燃料极侧供应保持在氢气供应流路L1中的位于中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的规定容量的氢气(中压氢气)。通过供应与中压氢气阀13和氢气调压阀14之间的流路的容积相当的容量的氢气，结束该中压氢气的供应。
在燃料电池***中，在***停止期间，空气从外部经由在各种阀、容纳燃料电池堆栈1的堆栈壳体的密封部等中存在的细小的间隙进入，或者氧气从氧化剂极渗透，都会导致氧气进入燃料电池堆栈1的燃料极。在***起动时，在氧化剂极和燃料极这两者中存在有空气(氧气)的情况下，有可能由于在燃料极侧存在的空气与新供应的氢气的界面即氢气前线的存在而导致燃料电池堆栈劣化(所谓的起动时劣化)。具体而言，当在燃料极侧存在氢气前线时，在与燃料极侧中的不存在氢气的区域相对的氧化剂极侧，发生以下反应。
C+2H2O→CO2+4H++4e- ...(1)
2H2O→O2+4H++4e-    ...(2)
在这些反应中，(1)所示的反应，会引起承载有铂等催化剂的碳载体的腐蚀，导致燃料电池堆栈劣化。因为该起动时劣化产生在***起动时，所以劣化的程度依赖于起动次数，其起动次数越多，劣化程度越大。
鉴于起动时劣化的原因为在氧化剂极和燃料极这两者中存在氧气这一点，可考虑为了下次的***起动，通过在作为其前一阶段的***停止时采取一些措施来抑制起动时劣化。因此，为了抑制空气在***停止期间从氧化剂极向燃料极渗透，在***停止处理中对在燃料电池堆栈的氧化剂极中存在的空气进行消耗的控制是周知的。另外，公知有如下以往技术：为了在***停止期间使燃料电池堆栈的燃料极处于氢气氛围，在***停止期间，以燃料电池堆栈的燃料极处的氢气浓度下降了为条件，向燃料极供应氢气。
但是，在后者的技术中，在***停止期间，需要根据燃料电池堆栈的燃料极的氢气浓度供应氢气。因此，需要使控制部、监视氢气浓度的检测部工作，存在***效率下降这样的问题。另外，由于根据氢气浓度的下降来供应氢气，因此存在氢气消耗量增加这样的不良情况。而且，存在若***停止期间长则搁置时劣化大这样的问题。
在此，搁置时劣化是指如下劣化：在***停止期间在燃料极中存在氢气的状态下，当氧气进入燃料极时，由氧气和氢气发生反应而产生过氧化氢，由该过氧化氢引起的燃料电池堆栈的劣化。具体而言，在氢气的电极氧化反应推进的燃料极的电极催化剂(铂)上存在许多分解出来并被吸附过来的氢种子。在氧气作用于此的情况下，如以下的反应所示那样产生过氧化氢。
2Pt-H+O2→H2O2+2Pt
该过氧化氢与存在极微量的杂质的金属离子发生反应，变为氧化能力极强的自由基化学种子。
Fe2+H2O2+H+→Fe3++·OH+H2O
如果该自由基化学种子(·OH)与电解质膜长时间接触，则存在电解质膜劣化的可能性。该搁置时劣化是搁置时间、即从***停止起的经过时间越长劣化的程度越大。
图3是表示搁置期间(即，与***停止对应的期间)Ts与气体浓度、劣化程度的关系的说明图。在该图中，La表示燃料电池堆栈1中的氢气浓度的变迁，Lb表示燃料电池堆栈1中的氧气浓度。A1表示搁置时劣化的程度，A2表示起动时劣化的程度。另外，Lc表示以往技术的搁置时劣化的程度。
根据本实施方式，在从***的停止时刻、即结束停止处理的时刻起的规定时间(在该图中，为直到时刻ta的时间)，中压氢气经由旁路流路L2供应到燃料电池堆栈1的燃料极。由此，进入燃料极中的氧气通过与氢气发生反应而被消耗，因此在供应被保持在中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的中压氢气的期间，可抑制燃料极处的氧气浓度上升。由此，在该期间内起动时，不会产生氢气前线问题，因此能够抑制起动时劣化。
另外，燃料极中的氢气被从外部进入的氧气逐渐消耗掉，因此燃料极处的氢气浓度慢慢下降，不久氧气浓度开始增加。然后，一旦供应了与中压氢气阀13和氢气调压阀14之间的流路的容积相当的容量的氢气，就结束向燃料极供应氢气(时刻ta)。之后，氢气浓度达到零，之后从外部进入的空气被导入燃料极，从而燃料极置换成空气。如此，结束供应中压氢气以后，通过从外部进入的空气和结束供应氢气，阻止在燃料极处存在氢气，因此可抑制由自由基化学种子(·OH)引起的劣化。因此，在时刻ta以后，即使停止期间长期化，与像以往技术那样持续供应氢气的情况相比，能够抑制搁置时劣化。
在此，图4是表示***的搁置期间与起动频度的说明图。在该图中，Ts是搁置期间，表示朝向箭头方向前进搁置期间变长。另外，Hs是起动次数，表示朝向箭头方向前进起动次数变多。如该图所示，与如休息、购物、吃饭这样的短期性搁置期间相对应的起动频度较高。与如工作或夜间泊车这样的长期性搁置期间相对应的起动频度较低。
由于起动时劣化依赖于起动次数，因此在起动频度高的短期性搁置期间(***停止期间为短期范围)下，通过抑制燃料极中的氧气浓度的增加来抑制起动时劣化是有效的。话虽如此，即使是短期性搁置期间也需要抑制搁置时劣化，但在短期性搁置期间是搁置时劣化的程度较小，因此可认为与搁置时劣化相比，还是抑制起动时劣化较有益的。另一方面，由于搁置时劣化依赖于搁置期间的长短，因此在长期性搁置期间(***停止期间为长期的范围)下，通过阻止在燃料极中存在氢气来达到抑制搁置时劣化是有效的。话虽如此，即使是在长期性搁置期间下，如果考虑下次的起动，还是有必要抑制起动时劣化。但是，由于与长期性搁置期间对应的起动频度较低且在长期性搁置期间下起动时劣化的程度较小，因此可认为与起动时劣化相比，还是抑制搁置时劣化较有益的。
从这种劣化原因的观点出发，当按时间序列追寻***停止后的燃料电池堆栈1(燃料极)的内部环境时，优选的是，当***停止期间为短期的范围时，抑制氧气浓度增加，当***停止期间为长期的范围时，阻止氢气存在。因此，在本实施方式中，如在上述结构及动作的说明中所示那样，当***停止期间为短期的范围时供应中压氢气，与长期性***停止期间的始期(换言之，短期性***停止期间的结期)对应地结束供应中压氢气。由此，能够根据***停止期间来抑制起动时劣化和搁置时劣化中劣化原因较大的要素，因此能够均衡地抑制起动时劣化和搁置时劣化。
在此，中压氢气保持有仅在从***停止时刻起的规定期间从旁路流路L2供应氢气那样的总量。该规定期间是根据中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的流路的容积(氢气保持容积)而决定的。该氢气保持容积(预定时间)是根据与***停止期间(搁置期间)对应的起动频度而决定的。即，出于在起动频度高的区域(***停止期间为短期的范围)抑制起动时劣化、并且在起动频度低的区域(***停止期间为长期的范围)抑制搁置时劣化的观点，根据图4所示的起动频度与搁置期间的倾向来设定氢气保持容积。换言之，将从***停止起到视为***停止期间为短期的范围中能够供应中压氢气的程度的氢气容量设定为氢气保持容量。由此，能够均衡地抑制起动时劣化和搁置时劣化。
另外，根据本实施方式，在旁路流路L2上设有流量限制部件15。能够利用该流量限制部件15将经由旁路流路L2供应的氢气的流量控制为少量。因此，能够降低***搁置期间的燃料电池堆栈1中的氢气浓度的峰值。通过降低氢气浓度的峰值，能够抑制在***停止期间从燃料极侧向氧化剂极侧渗透的氢气量。由此，能够抑制起动时所需的用于稀释的空气流量，因此能够抑制压缩机20所消耗的电力并抑制噪音、振动。
另外，由流量限制部件15允许的氢气流量设定为成为在***运转期间燃料电池堆栈1所消耗的氢气的最低流量以下。由此，能够抑制在***运转期间多余的氢气经由旁路流路L2供应到燃料极这样的情况。因此，能够抑制燃料费上升、氢气调压阀14的调压性能的恶化。
图5是表示电荷消耗量Cc、燃料电池堆栈1中的氧气浓度Co及燃料极中的氢气浓度Ch的变迁的说明图。在本实施方式中，在氧气消耗控制中，在***搁置期间供应的中压氢气的总量越大，用于判定电流取出的结束时刻的电荷消耗量(判定值)被设定为越小的值。例如，中压氢气的总量大的场景Lc1下的电荷消耗量Cc1被设定为比中压氢气的总量小的场景Lc2下的电荷消耗量Cc2小的值。这是因为，在中压氢气的总量大时，即使作为氧气消耗控制没有完全地消耗掉氧化剂极的氧气，并且氧气向燃料极侧渗透，也通过与氢气的反应而被消耗掉，因此不会出现起动时劣化的问题。而且，即使通过该反应消耗了氢气，只要确保有充分总量的中压氢气，就能够向燃料极侧供应抑制起动时劣化所需的氢气。
由此，中压氢气的总量越大，在氧气消耗控制中消耗的电荷量越少，因此能够缩短氧气消耗控制所需的时间。因此，能够缩短停止处理带来的时间。另外，中压氢气的总量越大，越能够使开始供应中压氢气的时刻提前。因此，能够与中压氢气的总量大小无关地统一结束供应中压氢气的时刻。另外，中压氢气的总量越大，越能够将燃料极中的氢气浓度Ch的峰值从浓度Ch1向浓度Ch2降低。由此，能够抑制起动时所需的用于稀释的空气流量，因此能够抑制压缩机20所消耗的电力并抑制噪音、振动。
如此，本实施方式中的氧气消耗控制的结束是根据电荷消耗量而判定的。因而，是在最大限度地进行了氧气消耗控制的情况下，以将氧化剂极的氧气完全消耗掉了的状态结束氧气消耗控制的，但也包含在比此更靠前的时刻、即以在氧化剂极中残留了氧气的状态结束氧气消耗控制的情况。
图6是示意性地表示第1实施方式的燃料电池***的变形例的框图。该图所示的燃料电池***与上述结构不同的点在于用于保持中压氢气的结构。首先，在本变形例中，省略了中压氢气阀13。即，在本实施方式中，罐主阀11承担作为上述实施方式所示的中压氢气阀13的功能。
即使是该结构，也能够起到与第1实施方式相同的效果并减少零部件个数。
图7是示意性地表示第1实施方式的燃料电池***的另一变形例的框图。该图所示的燃料电池***与上述结构不同的点在于用于保持中压氢气的结构。首先，在本变形例中，旁路流路L2的一端部连接于氢气供应流路L1的减压阀12与中压氢气阀13之间的部位，旁路流路L2的另一端部连接于氢气供应流路L1的中压氢气阀13与燃料电池堆栈1之间的部位。即，在本实施方式中，罐主阀11承担作为第1实施方式所示的中压氢气阀13的功能，并且中压氢气阀13承担作为第1实施方式所示的氢气调压阀14的功能。另外，在该情形下，在步骤6的闭阀处理中，不将氢气调压阀14控制为关闭状态而控制为开启状态。
即使是该结构，也能够起到与第1实施方式相同的效果并减少零部件个数的减少。
(第2实施方式)
图8是示意性地表示第2实施方式的燃料电池***的结构的框图。第2实施方式的燃料电池***与第1实施方式的燃料电池***不同的点在于具有用于保持中压氢气的缓冲部件。另外，对于与第1实施方式重复的结构，引用附图标号而省略其说明，下面以不同点为中心进行说明。
在本实施方式的氢气***中，省略了第1实施方式所示的中压氢气阀13。即，在本实施方式中，罐主阀11承担用作第1实施方式所示的中压氢气阀13的功能。另外，在旁路流路L2上经由连接流路L7连接有具有贮存氢气的容积部的罐19(缓冲部件)。在该连接流路L7上设有切换流路的开闭状态的开闭阀18。
在该结构的燃料电池***中，控制部30与上述第1实施方式相比，在以下点上不同。具体而言，控制部30在***运转期间将开闭阀18控制为关闭状态。而且，控制部30根据需要将开闭阀18仅在预定时间内切换为开启状态而向罐19补充氢气。优选的是，向罐19补充氢气的时刻为不妨碍向燃料电池堆栈1供应氢气那样的时刻，例如负载变动小的稳定运转时刻或怠速运转时刻等。
另外，控制部30在步骤6的闭阀处理中，与将罐主阀11及氢气调压阀14控制为关闭状态的时刻对应地将开闭阀18控制为开启状态。
如此，根据本实施方式，能够起到与第1实施方式相同的效果，并且与第1实施方式相比，能够保持与罐19相当的容量的中压氢气。由此，不用延长氢气供应流路L1的长度，就能够保持所需量的中压氢气。
以上，说明了本发明的实施方式的燃料电池***及其控制方法，但是本发明并不限于上述实施方式，在其发明范围内能够进行各种变形。
在上述实施方式中，设为经由旁路流路L2供应中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的氢气的结构。但是，本发明并不限定于此。即，只要是在***停止期间，能够以上述限制流量、即限制为在***运转期间燃料电池堆栈1所消耗的氢气的最低流量以下的流量，供应中压氢气阀13与氢气调压阀14之间的中压氢气的结构即可。在氢气供应流路L1上，比中压氢气阀13靠向下游侧的位置设有能够任意设定其开口面积的燃料调整阀(例如，氢气调压阀14)，以允许限制流量以下的流量的方式限制该燃料调整阀的最低开度，从而能够将***停止期间也包含在内地从氢气调压阀14的开口部供应氢气。换言之，在使***停止的情况下，控制部30将中压氢气阀13控制为关闭状态，将氢气调压阀14控制为预定的开口面积(即，允许限制流量以下的流量那样的最低开度)。
另外，根据本实施方式，中压氢气的供应是通过供应与中压氢气阀13和氢气调压阀14之间的流路的容积相当的容量的氢气而结束的，不是由控制部30自己进行控制而主动地使其结束的。但是，在本发明中，即使是这种依赖于容量的、气体供应的结束方式，即是在使气体供应结束时不进行任何控制的方式，即使是预想气体供应将来结束而在停止处理中保持预定容量的中压氢气这样的控制，在广义上也都是由控制部件进行结束燃料气体的供应的控制。
另外，鉴于这一点，在本发明中，结束燃料气体的供应的控制还包含如下情况：在停止处理结束后并经过预定期间后，由控制部件主动地结束向燃料极供应燃料气体的情况。即，也可以在***停止期间，通过采用计时器等，将经过预定期间作为触发条件而由控制部件主动地结束燃料气体的供应。即使是该方式，也不需要进行氢气浓度的监视，或根据氢气浓度进行供应和切断氢气这样的动作等复杂处理，因此与以往技术相比，能够抑制***效率下降。另外，在利用控制部件主动地结束氢气的供应时，能够通过在流量限制部件15的下游设置开闭部件并将其控制为关闭状态来进行氢气供应。另外，通过采用能够任意设定开口面积的燃料调整阀，只要是在***停止期间供应中压氢气那样的方式，就能够通过将该燃料调整阀控制为完全关闭状态来进行氢气供应。
工业实用性
本发明的燃料电池***及其控制方法不仅作为能量源安装在车辆上而使用，例如，还能够如固定型的燃料电池***那样用于广泛的用途。
附图标记说明
1、燃料电池堆栈
2、输出取出装置
10、燃料罐
11、罐主阀
12、减压阀
13、中压氢气阀
14、氢气调压阀
15、流量限制部件
16、氢气循环泵
17、净化阀
18、开闭阀
19、罐
20、压缩机
21、空气调压阀
22、截止阀
23、截止阀
30、控制部
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种燃料电池***，其特征在于，包括：
燃料电池，其通过使供应到燃料极的燃料气体和供应到氧化剂极的氧化剂气体进行电化学反应来进行发电；
燃料气体供应部件，其经由燃料气体供应流路向上述燃料极供应燃料气体；
第1开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上，对流路的开闭状态进行切换；
第2开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上的比上述第1开闭部件靠向下游侧的位置，并对流路的开闭状态进行切换；
旁路流路，其一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第1开闭部件与上述第2开闭部件之间的部位，另一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第2开闭部件与上述燃料电池之间的部位；
流量限制部件，其设置在上述旁路流路上，并对在上述旁路流路中流动的气体的流量进行限制；以及
控制部件，当停止***时，该控制部件进行停止处理，并进行在该停止处理结束后且经过预定期间后结束对燃料极供应燃料气体的控制，上述停止处理是在向上述燃料电池的燃料极供应燃料气体的同时进行气体消耗控制、并且在上述气体消耗控制结束后将上述第1开闭部件和上述第2开闭部件控制为关闭状态，该气体消耗控制是在切断了向上述燃料电池的氧化剂极供应氧化剂气体的状态下消耗上述氧化剂极处的氧化剂气体。
2.(修改后)根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
上述第2开闭部件能够任意设定开口面积，
在上述停止处理中，上述控制部件在上述气体消耗控制结束后，将上述第1开闭部件控制为关闭状态，并将上述第2开闭部件控制为预定的开口面积。
3.(删除)
4.(修改后)根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括电流取出部件，该电流取出部件用于从上述燃料电池取出电流，
上述控制部件通过借助上述电流取出部件从上述燃料电池取出电流来进行上述气体消耗控制。
5.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，
上述控制部件将判定电流取出的结束时刻的电荷消耗量设定为，在上述第1开闭部件与上述第2开闭部件之间保持的燃料气体的总量越大，该电荷消耗量的值越小。
6.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括：
缓冲部件，其连接于上述旁路流路，并具有贮存上述燃料气体的容积部；以及
第3开闭部件，其设置在连接上述旁路流路和上述缓冲部件的流路上，并对流路的开闭状态进行切换；
上述控制部件在***运转期间对上述第3开闭部件的开闭状态进行切换而向上述缓冲部件补充燃料气体，在上述气体消耗控制结束后，与将上述第1开闭部件和上述第2开闭部件控制为关闭状态的时刻相对应地将上述第3开闭部件控制为开启状态。
7.(修改后)一种燃料电池***的控制方法，该燃料电池***包括：
燃料电池，其通过使供应到燃料极的燃料气体和供应到氧化剂极的氧化剂气体进行电化学反应来进行发电；
燃料气体供应部件，其经由燃料气体供应流路向上述燃料极供应燃料气体；
第1开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上，对流路的开闭状态进行切换；
第2开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上的比上述第1开闭部件靠向下游侧的位置，并对流路的开闭状态进行切换；
旁路流路，其一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第1开闭部件与上述第2开闭部件之间的部位，另一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第2开闭部件与上述燃料电池之间的部位；以及
流量限制部件，其设置在上述旁路流路上，并对在上述旁路流路中流动的气体的流量进行限制；其特征在于，
当停止***时，进行停止处理，该停止处理是在向上述燃料电池的燃料极供应燃料气体的同时进行气体消耗控制、并且在上述气体消耗控制结束后将上述第1开闭部件和上述第2开闭部件控制为关闭状态，该气体消耗控制是在切断了向上述燃料电池的氧化剂极供应氧化剂气体的状态下使在上述氧化剂极中存在的氧化剂气体被消耗，
在上述停止处理结束后且经过预定期间后，结束对燃料极供应燃料气体。

Claims (7)

1.一种燃料电池***，其特征在于，包括：
燃料电池，其通过使供应到燃料极的燃料气体和供应到氧化剂极的氧化剂气体进行电化学反应来进行发电；以及
控制部件，当停止***时，该控制部件进行停止处理，并进行在该停止处理结束后且经过预定期间后结束对燃料极供应燃料气体的控制，上述停止处理是在向上述燃料电池的燃料极供应燃料气体的同时进行气体消耗控制，该气体消耗控制是在切断了向上述燃料电池的氧化剂极供应氧化剂气体的状态下消耗上述氧化剂极处的氧化剂气体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括：
燃料气体供应部件，其经由燃料气体供应流路向上述燃料极供应燃料气体；
第1开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上，对流路的开闭状态进行切换；以及
第2开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路的比上述第1开闭部件靠向下游侧的位置，并任意设定开口面积；
在上述停止处理中，上述控制部件在上述气体消耗控制结束后，将上述第1开闭部件控制为关闭状态，并将上述第2开闭部件控制为预定的开口面积。
3.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括：
燃料气体供应部件，其经由燃料气体供应流路向上述燃料极供应燃料气体；
第1开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上，对流路的开闭状态进行切换；
第2开闭部件，其设置在上述燃料气体供应流路上的比上述第1开闭部件靠向下游侧的位置，并对流路的开闭状态进行切换；
旁路流路，其一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第1开闭部件与上述第2开闭部件之间的部位，另一端部连接于上述燃料气体供应流路的上述第2开闭部件与上述燃料电池之间的部位；以及
流量限制部件，其设置在上述旁路流路上，并对在上述旁路流路中流动的气体的流量进行限制；
在上述停止处理中，上述控制部件在上述气体消耗控制结束后，将上述第1开闭部件和上述第2开闭部件控制为关闭状态。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括电流取出部件，该电流取出部件用于从上述燃料电池取出电流，
上述控制部件通过借助上述电流取出部件从上述燃料电池取出电流来进行上述气体消耗控制。
5.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，
上述控制部件将判定电流取出的结束时刻的电荷消耗量设定为，在上述第1开闭部件与上述第2开闭部件之间保持的燃料气体的总量越大，该电荷消耗量的值越小。
6.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，
上述燃料电池***还包括：
缓冲部件，其连接于上述旁路流路，并具有贮存上述燃料气体的容积部；以及
第3开闭部件，其设置在连接上述旁路流路和上述缓冲部件的流路上，并对流路的开闭状态进行切换；
上述控制部件在***运转期间对上述第3开闭部件的开闭状态进行切换而向上述缓冲部件补充燃料气体，在上述气体消耗控制结束后，与将上述第1开闭部件和上述第2开闭部件控制为关闭状态的时刻相对应地将上述第3开闭部件控制为开启状态。
7.一种燃料电池***的控制方法，该燃料电池***包括燃料电池，该燃料电池通过使供应到燃料极的燃料气体和供应到氧化剂极的氧化剂气体进行电化学反应来进行发电，其特征在于，
当停止***时，进行停止处理，该停止处理是在向上述燃料电池的燃料极供应燃料气体的同时进行气体消耗控制，该气体消耗控制是在切断了向上述燃料电池的氧化剂极供应氧化剂气体的状态下使在上述氧化剂极中存在的氧化剂气体被消耗，
在上述停止处理结束后且经过预定期间后，结束对燃料极供应燃料气体。
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