CN114765264A - 燃料电池*** - Google Patents

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酒井良次
中川拓人
赤堀涉
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

本发明涉及燃料电池***。燃料电池***(10)的ECU(100)在移动体(11)运转中接收到与燃料电池堆(12)的发电停止相关的信号的情况下，判定温度信息是否超过判定用温度阈值(Tt)。在温度信息超过判定用温度阈值(Tt)的情况下，ECU(100)进行使燃料电池堆(12)的发电停止的停止控制。另一方面，在温度信息为判定用温度阈值(Tt)以下的情况下，ECU(100)进行使燃料电池堆(12)以比气泵(68)的电力消耗量小的电力进行发电的怠速控制。

Description

燃料电池***
技术领域
本发明涉及设置于移动体并在移动体运转中进行发电的燃料电池***。
背景技术
搭载于燃料电池汽车等移动体的燃料电池***当运转停止(发电停止)时周边环境为低温而***内发生冻结时，紧接运转开始之后的发电会发生延迟。因此，本申请人提出了如下技术，如专利文献1所示，在运转停止中监视***内的温度并预测出会冻结的情况下，进行冻结抑制控制。在冻结抑制控制中，燃料电池***使供给阴极气体的气泵工作，并将阴极路径的密封阀打开。由此，使阴极气体在阴极路径流动，并将阴极路径的水分排出到外部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利JP2017-147022A
发明内容
发明所要解决的问题
然而，燃料电池***有时也会在移动体运转中接受到停止燃料电池堆发电的要求。当每次在移动体运转中接受到停止发电的要求都使阴极气体向燃料电池堆流通时，内部的发电单电池的电解质膜会发生劣化。其结果是，长期以往，燃料电池堆的耐久性会快速降低。
另一方面，当每次接受到发电的停止要求都将阴极路径的密封阀关闭并停止燃料电池堆的发电时，在周边环境为低温的情况下密封阀有可能在关闭的状态下发生冻结。
本发明目的在于提供如下燃料电池***，即使在移动体运转中停止发电的情况下，也能够适当地防止***内发生冻结并且抑制电解质膜劣化。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明的一方式涉及燃料电池***，其设置于移动体，所述燃料电池***包括：燃料电池堆；阴极供给路，其向所述燃料电池堆供给阴极气体；阴极排出路，其从所述燃料电池堆排出阴极排气；旁通路，其以绕过所述燃料电池堆的方式将所述阴极供给路与所述阴极排出路连接；气泵，其向所述阴极供给路供给所述阴极气体；一个以上的密封阀，所述一个以上的所述密封阀设置于所述阴极供给路中的同所述旁通路连接的连接部位与所述燃料电池堆之间，或者设置于所述阴极排出路中的同所述旁通路连接的连接部位与所述燃料电池堆之间；旁通阀，其设置于所述旁通路；以及控制装置，其控制所述气泵、一个以上的所述密封阀以及所述旁通阀的动作，所述控制装置从设置于所述燃料电池***的温度检测部获取与所述燃料电池堆的温度相关的温度信息，所述控制装置在所述移动体运转中接收到与所述燃料电池堆的发电停止相关的信号的情况下，判定获取到的所述温度信息是否超过既定的温度值，所述控制装置在判定为所述温度信息超过所述既定的温度值的情况下，将一个以上的所述密封阀关闭并且将所述旁通阀打开，由此进行使所述燃料电池堆的发电停止的第一控制，所述控制装置在判定为所述温度信息为所述既定的温度值以下的情况下使所述气泵工作，由此进行使所述燃料电池堆以比所述气泵的电力消耗量小的电力进行发电的第二控制。
发明的效果
上述的燃料电池***，即使在移动体运转中停止发电的情况下，也能够适当地防止***内发生冻结并且抑制电解质膜劣化。
参照附图来说明以下的实施方式，基于对该实施方式的说明，能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是概略地示出本发明的一实施方式涉及的燃料电池***的整体结构的说明图。
图2是燃料电池***的ECU的框图。
图3A是概略地示出停止控制中的阴极气体的流通状态的说明图。
图3B是例示停止控制中的各结构要素的动作的时序图。
图4A是概略地示出怠速控制中的阴极气体的流通状态的说明图。
图4B是例示怠速控制中的各结构要素的动作的时序图。
图5是例示在移动体运转中接受到发电停止信号时的ECU的处理的流程图。
图6是例示停止控制中的ECU的处理的流程图。
图7是例示怠速控制中的ECU的处理的流程图。
图8A是例示变形例涉及的停止控制中的ECU的处理的流程图。
图8B是例示其它的变形例涉及的怠速控制中的ECU的处理的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一实施方式涉及的燃料电池***10具备燃料电池堆12、阳极系装置14、阴极系装置16以及冷却装置18。该燃料电池***10搭载于燃料电池汽车等移动体11。该燃料电池***10将燃料电池堆12的发电电力提供给蓄电池Bt、行驶用电机Mt等。而且，搭载燃料电池***10的移动体11不限定于燃料电池汽车，也可以是其它车辆、船舶、航空器、机器人等。
燃料电池堆12将层叠多个发电单电池20而成的层叠体21收容于未图示的堆壳体内。各发电单电池20通过阳极气体(氢气等燃料气体)与阴极气体(空气等氧化剂气体)的电化学反应来进行发电。
各发电单电池20由电解质膜-电极结构体22(以下，称为“MEA 22”)以及夹持MEA22的一对隔板24(24a、24b)构成。MEA 22具有电解质膜26、在电解质膜26的一方的面设置的阳极电极28以及在电解质膜26的另一方的面设置的阴极电极30。电解质膜26例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。隔板24a在MEA 22的一方的面形成使阳极气体流通的阳极气体流路32。隔板24b在MEA 22的另一方的面形成使阴极气体流通的阴极气体流路34。另外，层叠多个发电单电池20，由此在隔板24a与隔板24b彼此相向的面之间形成使制冷剂流通的制冷剂流路36。
还有，各发电单电池20具备使阳极气体、阴极气体以及制冷剂各自沿着层叠体21的层叠方向流通的未图示的多个连通孔(阳极气体连通孔、阴极气体连通孔、制冷剂连通孔)。阳极气体连通孔与阳极气体流路32连通，阴极气体连通孔与阴极气体流路34连通，制冷剂连通孔与制冷剂流路36连通。
由阳极系装置14向燃料电池堆12供给阳极气体。在燃料电池堆12内，阳极气体在阳极气体连通孔(阳极气体入口连通孔)流通并流入阳极气体流路32。阳极气体在阳极电极28处被用于发电。被用于发电而产生的阳极排气从阳极气体流路32流出到阳极气体连通孔(阳极气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12排出到阳极系装置14。该阳极排气包括未反应的氢气。
另外，由阴极系装置16向燃料电池堆12供给阴极气体。在燃料电池堆12内，阴极气体在阴极气体连通孔(阴极气体入口连通孔)流通并流入阴极气体流路34。阴极气体在阴极电极30处被用于发电。被用于发电而产生的阴极排气从阴极气体流路34流出到阴极气体连通孔(阴极气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12排出到阴极系装置16。
还有，由冷却装置18向燃料电池堆12供给制冷剂。在燃料电池堆12内，制冷剂在制冷剂连通孔(制冷剂入口连通孔)流通并流入制冷剂流路36。制冷剂对发电单电池20进行冷却。对发电单电池20进行了冷却的制冷剂从制冷剂流路36流出到制冷剂连通孔(制冷剂出口连通孔)，并从燃料电池堆12排出到冷却装置18。
燃料电池***10的阳极系装置14具有阳极路径38。阳极路径38包括：阳极供给路40，其向燃料电池堆12供给阳极气体；以及阳极排出路42，其从燃料电池堆12排出阳极排气。另外，阳极路径38具有用于将阳极排出路42的阳极排气中包含的未反应的氢气返还到阳极供给路40的阳极循环路44。阳极循环路44与卸放路46连接，卸放路46使阳极排气的一部分从阳极系装置14的循环回路流动到阴极系装置16。
在阳极供给路40的上游部设置有用于贮存阳极气体的罐47。另外，在阳极供给路40，朝向阳极气体的流通方向下游侧依次设置有喷射器48、引射器50。在燃料电池***10运转时，喷射器48进行开闭来将比罐47侧压力低的阳极气体向下游喷出。引射器50将从喷射器48喷出的阳极气体供给到燃料电池堆12。另外，引射器50从阳极循环路44吸引阳极排气，并将吸引的阳极排气供给到燃料电池堆12。引射器50利用因从喷射器48喷出的阳极气体的流动而产生的负压来吸引阳极排气。
在阳极排出路42设置气液分离器52。气液分离器52将阳极排气中包含的液态水(发电时的生成水)从阳极排气分离。在气液分离器52的上部连接阳极循环路44。由此，气液分离器52中的不包含水的阳极排气(气体)流动到阳极循环路44。***路54将分离出的水排出，***路54的一端连接于气液分离器52的底部。在***路54设置对流路进行开闭的***阀56。另外，在卸放路46设置有对卸放路46内的流路进行开闭的卸放阀58。
燃料电池***10的阴极系装置16具有阴极路径60。阴极路径60包括：阴极供给路62，其向燃料电池堆12供给阴极气体；以及阴极排出路64，其从燃料电池堆12排出阴极排气。另外，在阴极供给路62与阴极排出路64之间连接有阴极旁通路66。由此，阴极供给路62的阴极气体不通过燃料电池堆12而直接流到阴极排出路64。
在阴极供给路62设置有将阴极气体供给到燃料电池堆12的气泵68(空气压缩机)。在未图示的扇叶的旋转时，气泵68将比气泵68靠上游侧的空气(外部气体)压缩并供给到下游侧的阴极供给路62。另外，本实施方式涉及的气泵68是在扇叶旋转时使扇叶与包围扇叶周围的周壁相分离的、轴浮动式的气泵。
阴极供给路62在气泵68以及阴极旁通路66的下游侧具备供给侧密封阀70。阴极供给路62在供给侧密封阀70与燃料电池堆12之间具备加湿器72。而且，虽然省略了图示，但也可以在阴极供给路62设置将阴极气体冷却的中间冷却器等辅助设备。在比加湿器72靠下游侧的阴极供给路62连接有卸放路46。优选的是，在阴极供给路62与卸放路46的连接部位设置气液分离器(未图示)。
跨阴极供给路62和阴极排出路64这两者来设置加湿器72。加湿器72利用从燃料电池堆12排出到阴极排出路64的阴极排气中包含的水分(发电时的生成水等)，来对在阴极供给路62流动的阴极气体进行加湿。
阴极排出路64在加湿器72与阴极旁通路66之间具备排出侧密封阀74。还有，在阴极排出路64中的比阴极旁通路66靠下游侧，连接有阳极系装置14的***路54。在阴极旁通路66设置有用于对绕过燃料电池堆12的阴极气体的流量进行调整的旁通阀76。
密封阀69包括对阴极路径60进行开闭的供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74。设置一个以上的密封阀69。在本实施方式中，密封阀应用了可线性地调整开度的蝶阀。同样地，旁通阀76也应用了可线性地调整开度的蝶阀。而且，供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74也可以是如电磁阀那样切换打开(开度100％)和关闭(开度0％)的阀。另外，燃料电池***10不限于具备供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74这两方，如果具备这些阀中的至少一方即可。
燃料电池***10的冷却装置18具有使制冷剂流通的制冷剂路径78。制冷剂路径78具有：制冷剂供给路80，其向燃料电池堆12供给制冷剂；以及制冷剂排出路82，其从燃料电池堆12排出制冷剂。制冷剂供给路80以及制冷剂排出路82连接于将制冷剂冷却的散热器84。在制冷剂供给路80设置有制冷剂泵86。制冷剂泵86使制冷剂在制冷剂的循环回路内(燃料电池堆12、制冷剂供给路80、制冷剂排出路82以及散热器84之间)循环。
另外，燃料电池***10具备多个用于对该燃料电池***10的温度进行检测的温度检测部90。该温度检测部90包括在制冷剂排出路82的上游侧(燃料电池堆12侧)设置的制冷剂出口温度传感器90a、在阴极供给路62设置的阴极温度传感器90b等。制冷剂出口温度传感器90a设置在燃料电池堆12的制冷剂排出口附近，由此近似地检测燃料电池堆12的温度。阴极温度传感器90b设置在比阴极旁通路66靠上游侧(并且比中间冷却器靠下游侧)，由此近似地检测阴极系装置16的周边温度。阴极系装置16的周边温度还与燃料电池堆12的温度相关。其意思是，检测阴极系装置16的周边温度，也是在检测与燃料电池堆12的温度相关的温度信息。
还有，为了获得燃料电池堆12的极间压差，燃料电池***10具备多个压力检测部92。该压力检测部92包括：阳极压力传感器92a，其检测比引射器50靠下游侧的阳极供给路40的压力；以及阴极压力传感器92b，其检测比气泵68靠下游侧的阴极供给路62的压力。阳极压力传感器92a检测阳极路径38的循环回路内的压力，由此近似地检测燃料电池堆12内的阳极电极28侧的压力。阴极压力传感器92b检测阴极供给路62内的压力，由此近似地检测燃料电池堆12内的阴极电极30侧的压力。
以上的燃料电池***10具有ECU 100(Electronic Control Unit：控制装置)，该ECU 100控制该燃料电池***10的各结构要素的动作。ECU 100由具有一个以上的处理器、存储器、输入输出接口以及电路的计算机构成。E CU 100的一个以上的处理器对存储于存储器的未图示的程序执行处理，由此控制气泵68、密封阀69以及旁通阀76等的动作。另外本实施方式涉及的E CU 100在移动体11运转中进行使燃料电池堆12的发电停止的处理(以下，称为发电停止处理)。而且，移动体11运转中包括移动体11行驶中、移动停止中等状况。
为了进行发电停止处理，如图2所示，在ECU 100的内部具有发电要求获取部102、温度获取部104、压力获取部106、阀状态获取部108、停止动作判定部110以及动作控制部112。
在移动体11运转中，发电要求获取部102接收从其它ECU发送的发电要求的信号。作为其它ECU，能够举出控制行驶用电机Mt的行驶控制ECU、对蓄电池Bt的电池余量进行监视的蓄电池ECU等。而且，ECU 100自身也可以具备行驶控制ECU、蓄电池ECU的功能，也可以基于传感器(加速器开度传感器、车速传感器等)的信号来计算发电要求。发电要求获取部102当在运转中接收到表示发电要求为零的信号(发电停止信号)时，对停止动作判定部110以及动作控制部112指示实施发电停止处理。
在移动体11运转中，温度获取部104在适当的定时(例如，每隔既定期间)获取温度检测部90的检测温度并存储于存储器。在移动体11运转中，压力获取部106在适当的定时(例如，每隔既定期间)获取压力检测部92的检测压力并存储于存储器。
阀状态获取部108从异常检测部114获取供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74等的状态信息(是正常还是异常)。异常检测部114通过适当的检测判定方法来监视燃料电池***10的各结构要素是正常的状态还是异常的状态。在有异常的情况下，异常检测部114将其异常码存储于存储器(状态寄存器)。例如，异常检测部114针对供给侧密封阀70、排出侧密封阀74以及旁通阀76，检测无法从打开切换为关闭的关闭异常、无法从关闭切换为打开的打开异常等异常，并将与异常内容相应的异常码进行存储。
当发电要求获取部102接收到发电停止(发电要求为零)的指示时，停止动作判定部110基于温度获取部104的温度信息来判定发电停止处理的处理内容。这里，本实施方式涉及的燃料电池***10，在发电停止处理中，作为第一控制而进行停止燃料电池堆12的发电的停止控制，并且作为第二控制而进行燃料电池堆12稍微进行发电的怠速控制。因此，在动作控制部112的内部具备：实施停止控制的停止控制处理部116；以及实施怠速控制的怠速控制处理部118。
如图3A以及图3B所示，停止控制处理部116在停止控制中使得停止向燃料电池堆12供给阴极气体。由此，使燃料电池堆12的发电量为零。具体来讲，停止控制处理部116将阴极系装置16中的供给侧密封阀70和排出侧密封阀74这两方或者至少一方关闭，另一方面，将旁通阀76打开。这时，ECU 100使供给侧密封阀70将阴极供给路62的流路全闭(开度0％)，使排出侧密封阀74将阴极排出路64的流路全闭(开度0％)。另一方面，ECU 100使旁通阀76将阴极旁通路66的流路全开(开度100％)。由此，被供给到气泵68的下游侧的阴极气体不朝向燃料电池堆12而从阴极供给路62通过阴极旁通路66流通到阴极排出路64。
另外ECU 100将供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74这两方关闭。同时，使来自阳极系装置14的阳极气体继续流通，由此消耗燃料电池堆12的内部以及配管的残留氧气(残留阴极气体)。也就是说，在燃料电池堆12内，阳极气体与阴极气体反应，由此阴极气体中的残留氧气被消耗。通过继续供给阳极气体，能够避免在实施停止控制后返回到通常发电时向燃料电池堆12供给的阳极气体不足。
另外，ECU 100从蓄电池Bt向气泵68供给与通常行驶(通常发电)中的电力相比低的电力，来使气泵68进行动作。由此，使气泵68的扇叶以固定的转速进行旋转，与转速相应的空气被供给到阴极供给路62。而且，也可以是，在停止控制中，ECU 100基于从蓄电池ECU等获取到的废弃电力要求值，调整从蓄电池Bt向气泵68供给的电力。
而且，也可以是，在应用非轴浮动式的气泵68的燃料电池***10中，E CU 100也可以在实施停止控制时，停止气泵68的旋转(参照图3B中的气泵68的双点划线)。由此，能够抑制气泵68消耗蓄电池Bt的电力。
根据以上的停止控制，燃料电池***10从燃料电池堆12向行驶用电机M t、蓄电池Bt输出的电流或电力为零。而且，燃料电池***10向各种电设备供给蓄电池Bt的电力。实施这样的停止控制，由此例如在蓄电池Bt的荷电状态SOC高的状态下，即使在产生了再生电力的情况等也能够适当地将再生电力废弃。另外，能够减少因燃料电池堆12的阴极气体流路34的阴极气体透过电解质膜-电极结构体22而导致电解质膜26的膜劣化。
如图4A以及图4B所示，在怠速控制中，怠速控制处理部118使发电停止处理中对燃料电池堆12供给的阴极气体的供给量少于通常行驶中对燃料电池堆12供给的阴极气体的供给量。由此，燃料电池堆12的发电量降低。具体来讲，怠速控制处理部118将供给侧密封阀70和排出侧密封阀74这两方打开，并且将旁通阀76也打开。由此，流出到气泵68的下游侧的阴极气体分支为从阴极供给路62朝向燃料电池堆12的第一气流以及通过阴极旁通路66朝向阴极排出路64的第二气流。
因而，燃料电池***10在燃料电池堆12中进行抑制了发电电力的发电，向包括气泵68在内的各电设备供给该发电电力。另外，燃料电池***10将蓄电池Bt的电力根据需要供给到包括气泵68在内的各电设备。
例如，在怠速控制中，ECU 100向气泵68供给燃料电池堆12的发电电力以上的电力。也就是说，在将燃料电池堆12的发电电力设为A(W)的情况下，气泵68的消耗电力为A+B(W)(B为正数且比A低的值)。由此，燃料电池堆12的发电电力在气泵68中被消耗(废弃电力)。
气泵68使扇叶以与该电力相应的转速旋转，由此从气泵68向阴极供给路62供给阴极气体。还有，ECU 100根据燃料电池堆12输出的发电电力(或者电流)的变化，调整旁通阀76的开闭(开度)。例如，ECU 100进行如下控制：如果燃料电池堆12输出的电流值増大，则使旁通阀76的开度变小；如果燃料电池堆12输出的电流值减小，则使旁通阀76的开度变大。
另外在怠速控制中，ECU 100使供给侧密封阀70和排出侧密封阀74这两方全开(开度100％)。由此，阴极气体向燃料电池堆12顺畅地流通。而且，也可以是，ECU 100根据对旁通阀76的开度的调整，来调整密封阀69(供给侧密封阀70、排出侧密封阀74)的开度。通过调整密封阀69的开度，能够进一步精度良好地调整燃料电池堆12的发电电力。
实施以上的怠速控制，由此能够抑制燃料电池堆12的发电电力发生大的电位变动。因此，能够抑制因电位变动而导致一对隔板24、阳极电极28以及阴极电极30劣化。
返回至图2，在以下的(a)～(c)的条件全部成立的情况下，停止动作判定部110判定为要实施上述的停止控制。因而，在(a)～(c)的条件中的任一个条件不成立的情况下，停止动作判定部110都判定为要实施怠速控制。
(a)燃料电池堆12的温度以及/或者阴极系装置16的周边温度超过既定的温度值(判定用温度阈值Tt)。
(b)供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74这两方没有关闭异常。
(c)阳极电极28侧的压力与阴极电极30侧的压力之间的极间压差为既定的压力值(判定用压差阈值Tp)以下。
(a)的条件用于判定在燃料电池***10中因燃料电池堆12发电时产生的生成水而导致一个以上的密封阀69或者阴极路径60等发生冻结的可能性。假设，当在实施停止控制时一个以上的密封阀69中的任一个密封阀在关闭的状态下发生冻结时，燃料电池堆12的发电开始会延迟或者无法发电。
停止动作判定部110预先保存有用于估计冻结的判定用温度阈值Tt。在移动体11行驶中，燃料电池堆12的温度与外部气温之间大多存在大的差异。因而，优选为，考虑启动开始后的经过时间、测量误差等，来设定判定用温度阈值Tt。
对用于与判定用温度阈值Tt进行比较的燃料电池堆12的温度信息，使用在制冷剂排出路82设置的制冷剂出口温度传感器90a的检测温度。另外，也可以是，燃料电池***10使用在阴极供给路62设置的阴极温度传感器90b的检测温度，来作为燃料电池堆12的温度信息。在本实施方式中，停止动作判定部110使用制冷剂出口温度传感器90a的检测温度和阴极温度传感器90b的检测温度这两方作为温度信息来进行判定。而且，阴极系装置16的周边温度(阴极温度传感器90b的温度)与燃料电池堆12的温度存在相关性。因而，也可以是，停止动作判定部110在判定时不使用阴极系装置16的周边温度来作为温度信息。
或者，也可以是，停止动作判定部110使用检测外部气温的外部气温传感器90c(参照图1)的检测温度来作为温度信息。例如，也可以是，停止动作判定部110使用制冷剂出口温度传感器90a或阴极温度传感器90b的检测温度、以及外部气温传感器90c的检测温度，来估计密封阀69(供给侧密封阀70、排出侧密封阀74)发生冻结的可能性。
而且，在紧接移动体11的启动开始之后等，燃料电池堆12的温度与阴极系装置16的周边温度之间存在大的差异。因此，判定用温度阈值Tt的用于判定燃料电池堆12的温度的值与用于监视阴极系装置16的周边温度的值可以是不同的值。例如，在极低温环境启动的情况下，燃料电池堆12的温度与阴极系装置16的周边温度之间存在产生大的差异的可能性。由此，在极低温环境启动时，用于对燃料电池堆12的温度与阴极系装置16的周边温度进行判定的判定用温度阈值Tt可以设定为能够保证各结构要素的冻结均被解冻的值。
在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Tt的情况下，停止动作判定部110判定为(a)的条件成立。相反地，在燃料电池堆12的温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下，停止动作判定部110判定为上述的(a)的条件不成立。
在一个以上的密封阀69中的任一个密封阀为关闭异常的情况下，停止控制的实施会发生不正常。(b)的条件用于排除各个阀的关闭异常。停止动作判定部110对由阀状态获取部108获取的各个阀(供给侧密封阀70、排出侧密封阀74)的状态进行监视。而且，在各个阀全部为正常的情况下，停止动作判定部110判定为(b)的条件成立，在各个阀中的任一个密封阀为关闭异常的情况下，停止动作判定部110判定为(b)的条件不成立。
在燃料电池堆12内阳极电极28侧与阴极电极30侧之间的极间压差大的情况下，当关闭密封阀69时，存在燃料电池堆12发生破损的可能性。(c)的条件用于排除极间压差大的状态。停止动作判定部110基于压力获取部106获取的阳极压力传感器92a的压力以及阴极压力传感器92b的压力，计算极间压差的绝对值。而且，在计算出的极间压差为判定用压差阈值Tp以下的情况下，停止动作判定部110判定为(c)的条件成立，在计算出的极间压差超过判定用压差阈值Tp的情况下，停止动作判定部110判定为(c)的条件不成立。
另外，停止动作判定部110在实施停止控制时也持续地监视上述的(a)～(c)的条件。例如，即使在实施了停止控制的情况下，停止动作判定部110也在燃料电池堆12的温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下，从停止控制转移到怠速控制。或者，即使在基于(a)的条件不成立而实施了怠速控制的情况下，停止动作判定部110也在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Tt的情况下，从怠速控制转移到停止控制。另外例如，也可以是，即使在基于(a)、(b)的条件成立另一方面(c)的条件不成立而实施了怠速控制的情况下，停止动作判定部110也在之后的极间压差为判定用压差阈值Tp以下时，从怠速控制转移到停止控制。
而且，可以是，停止动作判定部110对(a)～(c)的条件不进行全部判定，而至少判定燃料电池堆12的温度是否超过判定用温度阈值Tt((a)的条件成立或者不成立)即可。在燃料电池***10没有冻结的可能性的情况下，实施停止控制，优先抑制电解质膜26的劣化，由此能够大幅度地提高燃料电池堆12的耐久性。
本实施方式涉及的燃料电池***10基本构成为以上那样。以下说明其动作。
移动体11在运转中(因点火装置或者启动开关接通而动作中)，基于用户的驾驶操作或者移动体11的控制装置的自动驾驶而行驶。即使在启动时周边环境为低温的情况下也会在启动时进行预热，因此燃料电池堆12、阳极系装置14以及阴极系装置16为不会冻结的状态。由此，如果在移动体11行驶中燃料电池堆12没有进行发电停止，则一个以上的密封阀69以及旁通阀76能够进行开闭动作来使阴极气体流通。
在移动体11的通常行驶中，燃料电池***10使阳极系装置14以及阴极系装置16进行动作。阳极系装置14向燃料电池堆12供给阳极气体。阴极系装置16向燃料电池堆12供给阴极气体。由此，使燃料电池堆12进行发电，并将其发电电力供给至行驶用电机Mt以及蓄电池Bt等。
另外在运转中(行驶中、行驶停止中)，ECU 100当接收到来自未图示的行驶控制ECU、蓄电池ECU的发电要求时，按照图5所示的处理流程开始进行发电停止处理。
详细来讲，在运转中，ECU 100经由发电要求获取部102接收发电停止信号(步骤S1)。当从发电要求获取部102接受到发电停止的指示时，停止动作判定部110判定温度获取部104在该时间点获取到的燃料电池堆12(制冷剂出口温度传感器90a)的温度是否超过判定用温度阈值Tt(步骤S2)。
在燃料电池堆12的温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S2：否)，进至步骤S3，停止动作判定部110判定为要实施怠速控制。在怠速控制中，动作控制部112将阴极系装置16的供给侧密封阀70、排出侧密封阀74以及旁通阀76打开。另外，动作控制部112从燃料电池堆12以及蓄电池Bt向气泵68供给与燃料电池堆12的发电电力相比大的电力，由此消耗燃料电池堆12的发电电力。从气泵68供给到阴极供给路62的阴极气体的一部分经由阴极旁通路66被排出到阴极排出路64。由此，朝向燃料电池堆12的阴极气体的流量被调整为与燃料电池堆12的发电电力相应的量。
另一方面，在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S2：是)，停止动作判定部110进至步骤S4。在步骤S4中，停止动作判定部110判定温度获取部104在发电停止的指示时间点获取到的阴极系装置16的周边温度(阴极温度传感器90b的温度)是否超过判定用温度阈值Tt。在阴极系装置16的周边温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S4：否)，停止动作判定部110进至步骤S3。另一方面，在阴极系装置16的周边温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S4：是)，停止动作判定部110进至步骤S5。
在步骤S5中，停止动作判定部110判定经由阀状态获取部108获取到的供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74的各状态是正常还是异常。在供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74中的任一个密封阀为关闭异常的情况下(步骤S5：否)，停止动作判定部110进至步骤S3。另一方面，在供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74这两方为正常的情况下(步骤S5：是)，停止动作判定部110进至步骤S6。
在步骤S6中，停止动作判定部110基于经由压力获取部106获取到的阳极压力传感器92a的压力、阴极压力传感器92b的压力，计算极间压差。停止动作判定部110判定极间压差是否为判定用压差阈值Tp以下。在极间压差超过判定用压差阈值Tp的情况下(步骤S6：否)，停止动作判定部110进至步骤S7。
在步骤S7中，停止动作判定部110待机到燃料电池堆12的发电电力为既定电力以下为止。当该步骤S7的待机结束时，停止动作判定部110转移到步骤S8。而且，步骤S7的处理不限定于上述，也可以是，待机到极间压差为判定用压差阈值Tp以下为止。或者，也可以是，停止动作判定部110不实施步骤S7，而在压差超过判定用压差阈值Tp的情况下实施步骤S3。
另一方面，在步骤S6中，在极间压差为判定用压差阈值Tp以下的情况下(步骤S6：是)或者实施步骤S7后，停止动作判定部110判定为要实施停止控制(步骤S8)。在停止控制中，动作控制部112使阴极系装置16的供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74全闭，并使旁通阀76全开。另外，动作控制部112驱动气泵68，从气泵68向阴极供给路62供给阴极气体。供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74为全闭，由此阴极气体经由阴极旁通路66被排出到阴极排出路64。由此，阴极气体不会流入燃料电池堆12，因此燃料电池堆12在消耗完残存的阴极气体之后停止发电。
另外，在实施停止控制时，ECU 100进行图6所示的处理流程。即，停止动作判定部110判定在停止控制以后的燃料电池堆12(制冷剂出口温度传感器90a)的温度是否超过判定用温度阈值Tt(步骤S11)。而且，在燃料电池堆12的温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S11：否)，停止动作判定部110进至步骤S12，从停止控制切换为怠速控制。另一方面，在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S11：是)，停止动作判定部110进至步骤S13。
在步骤S13中，停止动作判定部110判定在停止控制以后的阴极系装置16的周边温度(阴极温度传感器90b的温度)是否超过判定用温度阈值Tt。在阴极系装置16的周边温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S13：否)，停止动作判定部110进至步骤S12。另一方面，在阴极系装置16的周边温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S13：是)，停止动作判定部110进至步骤S14。
在步骤S14中，停止动作判定部110判定在停止控制以后的供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74的各状态是正常还是异常。在供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74中的任一个密封阀为关闭异常的情况下(步骤S14：否)，停止动作判定部110进至步骤S12。另一方面，在供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74全部为正常的情况下(步骤S14：是)，停止动作判定部110进至步骤S15。
在步骤S15中，停止动作判定部110判定为继续进行停止控制。这样在停止控制时，ECU 100由动作控制部112实施停止控制，并且重复步骤S11～S15的处理流程，由此能够从停止控制向怠速控制转移。当燃料电池***10继续进行停止控制时，可能存在因外部气温的影响等而使一个以上的密封阀69发生冻结的担忧。但是，燃料电池***10从停止控制转移到怠速控制，由此能够避免冻结。
在实施怠速控制时，ECU 100进行图7所示的处理流程。即，停止动作判定部110判定在怠速控制以后的燃料电池堆12(制冷剂出口温度传感器90a)的温度是否为判定用温度阈值Tt以下(步骤S21)。而且，在燃料电池堆12的温度维持在判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S21：是)，停止动作判定部110进至步骤S22，继续进行怠速控制。另一方面，在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S21：否)，停止动作判定部110进至步骤S23。
在步骤S23中，停止动作判定部110判定在怠速控制以后的阴极系装置16的周边温度(阴极温度传感器90b的温度)是否超过判定用温度阈值Tt。在阴极系装置16的周边温度为判定用温度阈值Tt以下的情况下(步骤S23：否)，停止动作判定部110进至步骤S22。另一方面，在阴极系装置16的周边温度超过判定用温度阈值Tt的情况下(步骤S23：是)，停止动作判定部110进至步骤S24。
在步骤S24中，停止动作判定部110从怠速控制向停止控制进行切换。这样，ECU100由动作控制部112实施怠速控制，并且重复步骤S21～S24的处理流程，由此能够从怠速控制向停止控制转移。
而且，ECU 100在基于从异常检测部114获取到的密封阀69的关闭异常而实施了怠速控制的情况下，禁止实施停止控制并继续实施怠速控制。也就是说，不进行上述步骤S21～S24的处理流程。由此，能够防止ECU 100在密封阀69发生关闭异常时进行的怠速控制时毫无准备地切换成停止控制。
本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如，也可以构成为，在阴极排出路64，除了具备排出侧密封阀74以外，还可以具备未图示的背压阀。该情况下，在进行停止控制、怠速控制时，背压阀可以进行与排出侧密封阀74相同的开闭动作。
另外，也可以是，将在实施停止控制时、实施怠速控制时的判定用温度阈值Tt设定为与在发电停止处理开始时使用的判定用温度阈值Tt不同的值。以下，参照图8A、图8B，例示变形例涉及的燃料电池***10的停止控制、怠速控制中的处理流程。
如图8A所示，在停止控制中，停止动作判定部110判定在停止控制以后的燃料电池堆12(制冷剂出口温度传感器90a)的温度是否超过对判定用温度阈值Tt加上第一余量tx而得的值(步骤S31)。通过预先进行实验等来求出在实施了停止控制时的燃料电池堆12的温度相对于周边环境的温度而言的变化，由此决定第一余量tx。而且，在燃料电池堆12的温度为Tt+tx以下的情况下(步骤S31：否)，停止动作判定部110进至步骤S32，从停止控制切换为怠速控制。另一方面，在燃料电池堆12的温度超过Tt+tx的情况下(步骤S31：是)，进至步骤S33。
在步骤S33中，停止动作判定部110判定在停止控制以后的阴极系装置16的周边温度(阴极温度传感器90b的温度)是否超过对判定用温度阈值Tt加上第二余量ty而得的值。通过预先进行实验等来求出在实施了停止控制时的阴极系装置16的周边温度相对于周边环境的温度而言的变化，由此决定第二余量ty。在阴极系装置16的周边温度为Tt+ty以下的情况下(步骤S33：否)，停止动作判定部110进至步骤S32。在阴极系装置16的周边温度超过Tt+ty的情况下(步骤S33：是)，停止动作判定部110进至步骤S34。
在步骤S34中，停止动作判定部110判定在停止控制以后的供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74的各状态是正常还是异常。供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74中的任一个密封阀为关闭异常的情况下(步骤S34：否)，停止动作判定部110进至步骤S32。在供给侧密封阀70以及排出侧密封阀74这两方为正常的情况下(步骤S34：是)，停止动作判定部110进至步骤S35。在步骤S35中，停止动作判定部110判定为继续进行停止控制。
另外，如图8B所示，在怠速控制中，ECU 100的停止动作判定部110判定在怠速控制以后的燃料电池堆12(制冷剂出口温度传感器90a)的温度是否为作为固定值的判定用温度阈值Ttf以下(步骤S41)。优选的是，考虑燃料电池堆12的化学劣化的温度依赖性，来将该判定用温度阈值Ttf设定为适当的值。
在燃料电池堆12的温度维持在判定用温度阈值Ttf以下的情况下(步骤S41：是)，停止动作判定部110进至步骤S42，继续进行怠速控制。另一方面，在燃料电池堆12的温度超过判定用温度阈值Ttf的情况下(步骤S41：否)，停止动作判定部110进至步骤S43，动作控制部112转移到停止控制。这样，使用比判定用温度阈值Tt高的判定用温度阈值Ttf，由此燃料电池***10能够从怠速控制稳定地转移到停止控制。
以下记载了根据上述实施方式能够掌握的技术的思想以及效果。
本发明的一方式涉及燃料电池***10，其设置于移动体11，所述燃料电池***10包括：燃料电池堆12；阴极供给路62，其向燃料电池堆12供给阴极气体；阴极排出路64，其从燃料电池堆12排出阴极排气；旁通路(阴极旁通路66)，其以绕过燃料电池堆12的方式将阴极供给路62与阴极排出路64连接；气泵68，其向阴极供给路62供给阴极气体；一个以上的密封阀69，一个以上的所述密封阀69设置于阴极供给路62中的同旁通路连接的连接部位与燃料电池堆12之间，或者设置于阴极排出路64中的同旁通路连接的连接部位与燃料电池堆12之间；旁通阀76，其设置于旁通路；以及控制装置(ECU 100)，其控制气泵68、一个以上的密封阀69以及旁通阀76的动作，控制装置从设置于燃料电池***10的温度检测部90获取与燃料电池堆12的温度相关的温度信息，在移动体11运转中接收到与燃料电池堆12的发电停止相关的信号的情况下，控制装置判定获取到的温度信息是否超过既定的温度值(判定用温度阈值Tt)，在判定为温度信息超过既定的温度值的情况下，控制装置将一个以上的密封阀69关闭并且将旁通阀76打开，由此进行使燃料电池堆12的发电停止的第一控制(停止控制)，在判定为温度信息为既定的温度值以下的情况下，控制装置使气泵68工作，由此进行使燃料电池堆12以比该气泵68的电力消耗量小的电力进行发电的第二控制(怠速控制)。
根据上述，在移动体11运转中温度信息超过既定的温度值(判定用温度阈值Tt)的情况下，作为第一控制(停止控制)，燃料电池***10使得停止向燃料电池堆12供给阴极气体。由此，燃料电池***10能够抑制电力消耗并且使燃料电池堆12的发电停止，能够抑制因阴极气体而导致电解质膜26劣化。另一方面，在燃料电池堆12的温度为既定的温度值以下的情况下，存在一个以上的密封阀69冻结而无法关闭的可能性。因而，燃料电池***10进行用气泵68将燃料电池堆12的发电电力消耗掉的第二控制，由此能够使得作为***整体实质上没有电力的输出。
另外，在判定为移动体11行驶中温度信息为既定的温度值(判定用温度阈值Tt)以下的情况下，控制装置(ECU 100)实施第二控制。由此，燃料电池***10能够在移动体11行驶中进行考虑了一个以上的密封阀69冻结而不能动的可能性的发电停止处理，能够使得作为燃料电池***10的整体实质上没有电力的输出。
另外，控制装置(ECU 100)在第二控制中将一个以上的密封阀69全部打开。由此，燃料电池***10能够在第二控制中使阴极气体在燃料电池堆12中可靠且稳定地流通。
另外，控制装置(ECU 100)在第一控制中使气泵68的旋转停止。由此，燃料电池***10能够在实施第一控制时抑制蓄电池Bt的电池余量降低。
另外，在实施第一控制时温度信息为既定的温度值(判定用温度阈值Tt)以下的情况下，控制装置(ECU 100)停止第一控制并切换为第二控制。这里，当燃料电池***10通过第一控制来使燃料电池堆12的发电持续停止时，存在因周边温度的影响而导致一个以上的密封阀69冻结的可能性。因此，ECU 100即使在第一控制中也持续监视温度信息，在温度信息为既定的温度值以下的情况下，从第一控制切换为第二控制。由此，能够利用燃料电池堆12的发电的热，来对一个以上的密封阀69进行加温。因而，能够避免一个以上的密封阀69冻结。
另外，在实施第二控制时温度信息超过既定的温度值(判定用温度阈值T t)的情况下，控制装置(ECU 100)停止第二控制并切换为第一控制。当燃料电池***10通过第二控制来使燃料电池堆12持续发电时，因发电的热使密封阀69的温度升高而难以冻结。因此，ECU 100在温度信息超过既定的温度值的情况下从第二控制切换为第一控制，由此能够抑制电解质膜26劣化。
另外，具备异常检测部114，该异常检测部114检测一个以上的密封阀69是正常还是异常，在从异常检测部114获取到一个以上的密封阀69中的任一个密封阀无法关闭的关闭异常的情况下，控制装置(ECU 100)禁止第一控制并实施所述第二控制。燃料电池***10在一个以上的密封阀69为关闭异常的情况下，无法执行第一控制，因而进行第二控制，由此能够使得作为燃料电池***10的整体实质上没有电力的输出。
另外，控制装置(ECU 100)从设置于燃料电池***10的压力检测部92获取与燃料电池堆12的阳极电极28侧的压力以及阴极电极30侧的压力相关的压力信息，控制装置(ECU100)判定阳极电极28侧的压力与阴极电极30侧的压力之间的极间压差是否超过既定的压力值(判定用压差阈值Tp)，在极间压差超过既定的压力值的情况下，控制装置(ECU 100)至少暂时禁止第一控制。当在极间压差大时关闭一个以上的密封阀69时，燃料电池堆12存在一对隔板24以及燃料电池堆12破损的可能性。因此，燃料电池***10暂时禁止第一控制，由此能够防止一对隔板24、燃料电池堆12破损。
另外，在判定为温度信息超过既定的温度值另一方面基于极间压差超过既定的压力值(判定用压差阈值Tp)的情形而禁止了第一控制的情况下，控制装置(ECU 100)待机到燃料电池堆12的电力下降到既定值为止，或者待机到极间压差为既定的压力值以下为止，在待机后实施第一控制。由此，燃料电池***10能够在极间压差降低之后实施第一控制，能够防止一对隔板24以及燃料电池堆12破损，并且能够抑制电解质膜26劣化。
另外，控制装置(ECU 100)在第一控制中使所述旁通阀为全开状态，在第二控制中根据燃料电池堆12的发电量来调整所述旁通阀的开度。由此，燃料电池***10能够在第一控制中从阴极供给路62顺畅地排出阴极气体。另外，在第二控制中能够将适当的量的阴极气体供给到燃料电池堆12。
另外，控制装置(ECU 100)在实施第一控制时，使阳极气体在燃料电池堆12继续流通。由此，燃料电池***10在实施第一控制后返回通常发电时，能够避免对燃料电池堆12供给的阳极气体不足(确保充分的空燃比)。

Claims (11)

1.一种燃料电池***，其设置于移动体(11)，在所述燃料电池***(10)中，包括：
燃料电池堆(12)；
阴极供给路(62)，其向所述燃料电池堆供给阴极气体；
阴极排出路(64)，其从所述燃料电池堆排出阴极排气；
旁通路(66)，其以绕过所述燃料电池堆的方式将所述阴极供给路与所述阴极排出路连接；
气泵(68)，其向所述阴极供给路供给所述阴极气体；
一个以上的密封阀(69)，所述一个以上的所述密封阀设置于所述阴极供给路中的同所述旁通路连接的连接部位与所述燃料电池堆之间，或者设置于所述阴极排出路中的同所述旁通路连接的连接部位与所述燃料电池堆之间；
旁通阀(76)，其设置于所述旁通路；以及
控制装置(100)，其控制所述气泵、一个以上的所述密封阀以及所述旁通阀的动作，
所述控制装置从设置于所述燃料电池***的温度检测部(90)获取与所述燃料电池堆的温度相关的温度信息，
所述控制装置在所述移动体运转中接收到与停止所述燃料电池堆的发电相关的信号的情况下，判定获取到的所述温度信息是否超过既定的温度值(Tt)，
所述控制装置在判定为所述温度信息超过所述既定的温度值的情况下，将一个以上的所述密封阀关闭并且将所述旁通阀打开，由此进行使所述燃料电池堆的发电停止的第一控制，
所述控制装置在判定为所述温度信息为所述既定的温度值以下的情况下使所述气泵工作，由此进行使所述燃料电池堆以比所述气泵的电力消耗量小的电力进行发电的第二控制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在所述移动体行驶中判定为所述温度信息为所述既定的温度值以下的情况下，实施所述第二控制。
3.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在所述第二控制中将一个以上的所述密封阀全部打开。
4.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在所述第一控制中停止所述气泵的旋转。
5.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在实施所述第一控制时所述温度信息为所述既定的温度值以下的情况下，停止所述第一控制并切换为所述第二控制。
6.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在实施所述第二控制时所述温度信息超过所述既定的温度值的情况下，停止所述第二控制并切换为所述第一控制。
7.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
具备异常检测部(114)，所述异常检测部(114)检测一个以上的所述密封阀正常或者异常，
所述控制装置在从所述异常检测部获取到一个以上的所述密封阀中的任一个密封阀无法关闭的关闭异常的情况下，禁止所述第一控制并实施所述第二控制。
8.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置从设置于所述燃料电池***的压力检测部(92)获取与所述燃料电池堆的阳极电极(28)侧的压力以及阴极电极(30)侧的压力相关的压力信息，
所述控制装置判定所述阳极电极侧的压力与所述阴极电极侧的压力的极间压差是否超过既定的压力值(Tp)，
所述控制装置在所述极间压差超过所述既定的压力值的情况下，至少暂时禁止所述第一控制。
9.根据权利要求8所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在判定为所述温度信息超过所述既定的温度值另一方面基于所述极间压差超过所述既定的压力值而禁止了所述第一控制的情况下，待机到所述燃料电池堆的电力下降到既定值为止，或者待机到所述极间压差为所述既定的压力值以下为止，并且在待机后实施所述第一控制。
10.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在所述第一控制中，使所述旁通阀为全开状态，
所述控制装置在所述第二控制中，根据所述燃料电池堆的发电量来调整所述旁通阀的开度。
11.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述控制装置在实施所述第一控制时，使阳极气体继续在所述燃料电池堆流通。
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