專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的控制裝置以及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)負(fù)極(anode)非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的控制裝置以及控制方法。
背景技術(shù)：
與使從燃料電池堆排出的未反應(yīng)的排出負(fù)極氣體循環(huán)來(lái)重新利用的負(fù)極循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)相對(duì)地，已知一種不使負(fù)極氣體循環(huán)而是對(duì)燃料電池堆供給負(fù)極氣體的負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)。日本特開2008-97966號(hào)公報(bào)中公開了如下的技術(shù)在這種負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)中，在發(fā)電過程中反復(fù)對(duì)負(fù)極氣體的供給壓力進(jìn)行升壓和降壓，來(lái)在負(fù)極氣體流路內(nèi)產(chǎn)生周期性的氣流，由此對(duì)氮?dú)獾榷栊詺怏w滯留于燃料電池堆的一部分單體中的情況進(jìn)行抑制，從而對(duì)負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良進(jìn)行抑制。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，在包括冰點(diǎn)下環(huán)境的低溫環(huán)境下使用上述燃料電池系統(tǒng)的情況下，有時(shí)會(huì)由于燃料電池堆內(nèi)的殘留水凍結(jié)等的影響而無(wú)法將滯留于燃料電池堆內(nèi)的惰性氣體充分地完全排出，其結(jié)果是存在負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足而導(dǎo)致發(fā)電不良的情況。本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種在負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)中、即使在低溫環(huán)境下也能夠有效抑制負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良、從而提高燃料電池的發(fā)電性能的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置以及控制方法。用于解決問題的方案本發(fā)明的第一方式是一種燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，該燃料電池系統(tǒng)是負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池；容積部，其能夠暫時(shí)貯存從上述燃料電池排出的負(fù)極排氣；排出單元，其將上述負(fù)極排氣排出至外部；以及溫度檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述燃料電池的溫度，該燃料電池系統(tǒng)的控制裝置的特征在于，具備負(fù)極氣體供給控制單元，該負(fù)極氣體供給控制單元控制向燃料電池進(jìn)行的負(fù)極氣體的供給，上述負(fù)極氣體供給控制單元具有負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元，其設(shè)定負(fù)極上限壓力和負(fù)極下限壓力；負(fù)極升壓速度設(shè)定單元，其至少根據(jù)由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度；以及負(fù)極氣體升降壓控制單元，其重復(fù)進(jìn)行升壓和降壓，其中，通過供給負(fù)極氣體來(lái)進(jìn)行升壓，使壓力以上述負(fù)極升壓速度上升至上述負(fù)極上限壓力，通過限制負(fù)極氣體的供給來(lái)進(jìn)行降壓，使壓力下降至上述負(fù)極下限壓力，其中，在由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，上述負(fù)極升壓速度設(shè)定單元將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為比上述燃料電池的溫度為上述規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。另外，本發(fā)明的第二方式是一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)是負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池；容積部，其能夠暫時(shí)貯存從上述燃料電池排出的負(fù)極排氣；以及排出單元，其將上述負(fù)極排氣排出至外部；該燃料電池系統(tǒng)的控制方法的特征在于，包括以下步驟檢測(cè)上述燃料電池的溫度，設(shè)定負(fù)極上限壓力和負(fù)極下限壓力，至少根據(jù)所檢測(cè)出的燃料電池的溫度來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度，以重復(fù)進(jìn)行升壓和降壓的方式對(duì)上述燃料電池供給負(fù)極氣體，其中，通過供給負(fù)極氣體來(lái)進(jìn)行升壓，使壓力以上述負(fù)極升壓速度上升至上述負(fù)極上限壓力，通過限制負(fù)極氣體的供給來(lái)進(jìn)行降壓，使壓力下降至上述負(fù)極下限壓力，在所檢測(cè)出的燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池的溫度為上述規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。


圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的概要的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示由控制器進(jìn)行的發(fā)電控制處理的整個(gè)流程的流程圖。圖3是表示圖2的步驟SlOl的目標(biāo)發(fā)電電流運(yùn)算處理的詳情的流程圖。圖4是表示示出了加速踏板操作量和車輛速度與目標(biāo)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電力之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖5是表示示出了由燃料電池堆發(fā)出的目標(biāo)發(fā)電電力和燃料電池堆的溫度與由輸出取出裝置從燃料電池堆取出的目標(biāo)發(fā)電電流之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖6是表示圖2的步驟S106的氫控制處理的詳情的流程圖。圖7是說(shuō)明計(jì)算目標(biāo)下限壓力的方法的具體例的控制框圖。圖8是說(shuō)明計(jì)算負(fù)極升壓速度的方法的具體例的控制框圖。圖9是表示示出了發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間與第五校正系數(shù)之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖10是表示在控制器進(jìn)行了氫氣壓力調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)的情況下目標(biāo)氫氣壓力以及實(shí)際氫氣壓力的動(dòng)作的具體例的時(shí)間圖。圖11是表示示出了燃料電池堆的溫度和實(shí)際氫氣壓力與凈化閥的開度之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖12是表示圖2的步驟S107的空氣控制處理的詳情的流程圖。圖13是表示示出了目標(biāo)發(fā)電電流和實(shí)際氫氣壓力與目標(biāo)空氣流量之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖14是表示示出了目標(biāo)空氣流量和目標(biāo)空氣壓力與空氣壓縮機(jī)指令轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的映射數(shù)據(jù)圖像的圖。圖15是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極升壓速度靈敏度的圖。圖16是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極殘留水量靈敏度的圖。圖17是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)燃料電池堆1的發(fā)電性能的放置時(shí)間靈敏度的圖。圖18是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極壓力靈敏度的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的概要的結(jié)構(gòu)圖。該圖1所示的燃料電池系統(tǒng)例如作為燃料電池車輛的驅(qū)動(dòng)源被裝載在車上，用于對(duì)燃料電池車輛的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、系統(tǒng)內(nèi)部的輔機(jī)等電負(fù)載裝置供給電力，其具備堆疊多個(gè)燃料電池單體而構(gòu)成的燃料電池堆1。構(gòu)成燃料電池堆1的各燃料電池單體例如是通過以隔板夾持膜電極接合體而構(gòu)成的，在該膜電極接合體中，接受氫氣(負(fù)極氣體)的供給的氫極(負(fù)極)和接受作為氧化劑氣體的空氣的供給的空氣極(正極)隔著固體高分子電解質(zhì)膜相對(duì)配置。在構(gòu)成該燃料電池堆1的各燃料電池單體的隔板中，在負(fù)極側(cè)設(shè)置有流動(dòng)氫氣的負(fù)極氣體流路，在正極側(cè)設(shè)置有流動(dòng)空氣的空氣流路。然后，含有氫的氫氣被供給至各燃料電池單體的負(fù)極側(cè)，含有氧的空氣被供給至各燃料電池單體的正極側(cè)，由此燃料電池堆1通過下面的式(1)和式 (2)所示的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。負(fù)極H2—2H++&- ...(1)正極2H++2e-+(l/2)02— H2O — (2)燃料電池系統(tǒng)除了進(jìn)行發(fā)電的燃料電池堆1以外，還具備氫系統(tǒng)，其用于對(duì)燃料電池堆1供給氫氣；空氣系統(tǒng)，其用于對(duì)燃料電池堆1供給空氣；輸出取出裝置30，其對(duì)從燃料電池堆1取出的輸出(例如電流)進(jìn)行控制；以及控制器40，其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行統(tǒng)一控制。在氫系統(tǒng)中，作為負(fù)極氣體的氫氣被貯存在燃料罐10(例如高壓氫氣瓶)中，從該燃料罐10經(jīng)由氫氣供給路(負(fù)極入口流路)L1被供給至燃料電池堆1。具體地說(shuō)，氫氣供給路Ll的第一端部與燃料罐10相連接，而其第二端部與燃料電池堆1的負(fù)極氣體供給用岐管的入口側(cè)相連接。在該氫氣供給路Ll中，在燃料罐10的下游設(shè)置有氣罐閥(未圖示)。當(dāng)該氣罐閥變?yōu)殚_放狀態(tài)時(shí)，來(lái)自燃料罐10的高壓氫氣通過設(shè)置于燃料罐10的下游的減壓閥(未圖示)以機(jī)械方式減少到規(guī)定壓力。減壓后的氫氣通過設(shè)置于減壓閥下游的氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11進(jìn)一步減壓，之后被供給至燃料電池堆1。能夠通過控制氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11的開度來(lái)調(diào)整被供給至燃料電池堆1的氫氣壓力、即燃料電池堆1的負(fù)極中的氫氣壓力(負(fù)極壓力)。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池堆1的通向負(fù)極氣體排出用歧管外部的出口側(cè)基本上是閉塞的，對(duì)負(fù)極排氣從燃料電池堆1的排出進(jìn)行限制。即，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)是不使作為負(fù)極氣體的氫氣循環(huán)而是將氫氣供給至燃料電池堆1的所謂的負(fù)極非循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)。但是，這并不是指嚴(yán)格意義上的閉塞，為了從負(fù)極排出氮?dú)獾榷栊詺怏w、液體等雜質(zhì)，設(shè)置有能夠例外地開放負(fù)極氣體排出用歧管的出口側(cè)的排出系統(tǒng)。 具體地說(shuō)，燃料氣體排出用歧管的出口側(cè)連接有負(fù)極排氣流路L2。負(fù)極排氣流路L2的第二端部與后述的正極排氣流路L6相連接。負(fù)極排氣流路L2中設(shè)置有容積部12，該容積部12具備規(guī)定容積作為內(nèi)部空間，其中，該規(guī)定容積例如是與構(gòu)成燃料電池堆1的所有燃料電池單體所需的負(fù)極側(cè)容積相同程度或者其80%左右的容積。該容積部12作為暫時(shí)儲(chǔ)存從負(fù)極側(cè)排出的負(fù)極排氣的緩沖器而發(fā)揮功能。容積部12的鉛垂方向的下部連接有排水流路L3，該排水流路L3的一端部是開放的。該排水流路L3中設(shè)置有排水閥13。流入到容積部12的負(fù)極排氣中所包含的液體在容積部12的下部積存。能夠通過控制排水閥13的開閉狀態(tài)來(lái)將所積存的液體排出至外部。另外，在負(fù)極排氣流路L2中，在容積部12的下游側(cè)設(shè)置有凈化閥(排出單元)14。對(duì)于流入到容積部12的負(fù)極排氣、具體地說(shuō)是含有雜質(zhì)(主要是氮?dú)獾榷栊詺怏w)和未反應(yīng)氫氣的氣體，能夠通過控制凈化閥14的開閉狀態(tài)來(lái)將其排出至外部。另一方面，在空氣系統(tǒng)中，對(duì)于作為氧化劑氣體的空氣，例如當(dāng)大氣被空氣壓縮機(jī) 20取入時(shí)對(duì)大氣進(jìn)行加壓，經(jīng)由空氣供給流路L5將空氣供給至燃料電池堆1?？諝夤┙o流路L5的第一端部與空氣壓縮機(jī)20相連接，并且其第二端部與燃料電池堆1中的空氣供給用歧管的入口側(cè)相連接。另外，在空氣供給流路L5中設(shè)置有用于將向燃料電池堆1供給的空氣加濕的加濕裝置21。燃料電池堆1中的空氣供給用歧管的出口側(cè)連接有正極排氣流路L6。由此，來(lái)自燃料電池堆1的正極排氣經(jīng)由正極排氣流路L6排出至外部。在該正極排氣流路L6中設(shè)置有上述加濕裝置21，在該加濕裝置21處對(duì)正極排氣進(jìn)行除濕，將發(fā)電所生成的水分的一部分從正極排氣中去除(所去除的該水分被用于對(duì)供給空氣進(jìn)行加濕)。另外，在正極排氣流路L6中，在加濕裝置21的下游側(cè)設(shè)置有空氣壓力調(diào)節(jié)閥22。能夠通過控制空氣壓力調(diào)節(jié)閥22的開度來(lái)調(diào)整被供給至燃料電池堆1的空氣壓力、即燃料電池堆1的正極中的空氣壓力(正極壓力)。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池堆1所發(fā)出的電力通過輸出取出裝置 30被提供至例如車輛驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未圖示)、燃料電池堆1的發(fā)電動(dòng)作所需各種輔機(jī)中。另外，通過控制輸出取出裝置30而從燃料電池堆1取出的電力也被供給至二次電池 (未圖示)。配備該二次電池以用來(lái)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)或過度響應(yīng)時(shí)等補(bǔ)充從燃料電池堆1供給的電力的不足。控制器40具備將整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行控制的功能，通過按照控制程序進(jìn)行動(dòng)作來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。作為控制器40，能夠使用以0 隊(duì)肌11、肌11、1/0接口為主體構(gòu)成的微計(jì)算機(jī)。該控制器40按照保存在ROM中的控制程序進(jìn)行各種運(yùn)算，將該運(yùn)算結(jié)果作為控制信號(hào)輸出至各種驅(qū)動(dòng)器(未圖示)中。由此，控制器40對(duì)氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11、排水閥13、 凈化閥14、空氣壓縮機(jī)20、空氣壓力調(diào)節(jié)閥22、輸出取出裝置30這樣的各種要素進(jìn)行控制， 從而控制燃料電池堆1的發(fā)電動(dòng)作。為了檢測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)，來(lái)自各種傳感器等的傳感器信號(hào)被輸入到控制器40中。作為用于檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的傳感器，例如可以列舉出氫氣壓力傳感器41、空氣壓力傳感器42、 堆溫度傳感器43、凈化閥溫度傳感器44。氫氣壓力傳感器41檢測(cè)被供給至燃料電池堆1 的氫氣的壓力?？諝鈮毫鞲衅?2檢測(cè)被供給至燃料電池堆1的空氣的壓力。堆溫度傳感器43檢測(cè)燃料電池堆1的溫度。凈化閥溫度傳感器44檢測(cè)凈化閥14附近的溫度。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，按照控制器40的控制來(lái)從氫系統(tǒng)對(duì)燃料電池堆1供給作為負(fù)極氣體的氫氣，從空氣系統(tǒng)對(duì)燃料電池堆1供給作為氧化劑氣體的空氣，由此進(jìn)行燃料電池堆1的發(fā)電。在這種情況下，控制器40對(duì)氫氣和空氣的供給進(jìn)行控制，以使被供給至燃料電池堆1的氫氣和空氣的壓力為所期望的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力。在此，控制器40在設(shè)定的上限壓力與下限壓力之間對(duì)被供給至燃料電池堆1的氫氣的壓力、即負(fù)極壓力進(jìn)行升降，以使該負(fù)極壓力與正極側(cè)的壓力差為允許耐壓以下，由此使得氮?dú)獾榷栊詺怏w、液體等雜質(zhì)能夠高效地排出至設(shè)置于負(fù)極排氣流路L2的容積部12。而且，特別是在本實(shí)施方式中，在控制器40使負(fù)極壓力上升下降時(shí)，根據(jù)來(lái)自堆溫度傳感器43的傳感器信號(hào)來(lái)判斷燃料電池堆1的溫度是否未達(dá)到規(guī)定溫度、即表示處于包括冰點(diǎn)下狀態(tài)的低溫狀態(tài)，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池堆1的溫度在規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。以下，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明該控制器40的控制內(nèi)容。圖2是表示控制器40的發(fā)電控制處理的整體流程的流程圖。該圖2的流程圖中示出的處理是每隔規(guī)定時(shí)間周期(例如10[ms]周期)反復(fù)執(zhí)行的。當(dāng)圖2的流程開始時(shí)，控制器40首先在步驟SlOl中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以及用于輔助燃料電池堆1發(fā)電的輔機(jī)等的消耗電力來(lái)運(yùn)算要從燃料電池堆1取出的目標(biāo)發(fā)電電流，以實(shí)現(xiàn)燃料電池車輛的驅(qū)動(dòng)器所要求的驅(qū)動(dòng)力。接著，控制器40在步驟S102中，判斷燃料電池堆1是否處于冰點(diǎn)下狀態(tài)，即，判斷是否為殘存于燃料電池堆1內(nèi)的水的一部分或全部在燃料電池單體的內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)的狀態(tài)。具體地說(shuō)，判斷堆溫度傳感器43的溫度檢測(cè)值是否未達(dá)到第一閾值(規(guī)定溫度)。然后，如果溫度檢測(cè)值未達(dá)到第一閾值，則判斷為燃料電池堆1處于冰點(diǎn)下狀態(tài)，對(duì)冰點(diǎn)下標(biāo)志賦予1，如果溫度檢測(cè)值為第一閾值以上，則判斷為燃料電池堆1未處于冰點(diǎn)下狀態(tài)，對(duì)冰點(diǎn)下標(biāo)志賦予0。在此，為了更正確地進(jìn)行該判斷，期望考慮到堆溫度傳感器43相對(duì)于燃料電池堆1的安裝位置所導(dǎo)致的誤差、堆溫度傳感器43本身的檢測(cè)誤差，來(lái)將用于判斷燃料電池堆1是否處于冰點(diǎn)下狀態(tài)的第一閾值設(shè)定為冰點(diǎn)溫度+誤差的溫度。接著，控制器40在步驟S103中，判斷凈化閥14是否由于凍結(jié)等原因處于封閉固結(jié)狀態(tài)。具體地說(shuō)，判斷凈化閥溫度傳感器44的溫度檢測(cè)值是否未達(dá)到第二閾值，若未達(dá)到第二閾值則判斷為存在凈化閥14封閉固結(jié)的可能性，對(duì)凈化功能失效標(biāo)志賦予1，如果上述溫度檢測(cè)值為第二閾值以上則對(duì)凈化功能失效標(biāo)志賦予0。在此，為了更正確地進(jìn)行該判斷，期望考慮到凈化閥溫度傳感器44相對(duì)于凈化閥14的安裝位置所導(dǎo)致的誤差、凈化閥溫度傳感器44本身的檢測(cè)誤差量，來(lái)將用于判斷凈化閥14是否由于凍結(jié)等原因處于封閉固結(jié)狀態(tài)的第二閾值設(shè)定為冰點(diǎn)溫度+誤差的溫度。接著，控制器40在步驟S104中判斷燃料電池堆1的殘留水量狀態(tài)。例如，如果是燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，則能夠通過監(jiān)視在上一次發(fā)電停止處理中是否進(jìn)行了將殘留于燃料電池堆1的生成水排出的干燥處理來(lái)進(jìn)行該判斷。即，在需要在下一次啟動(dòng)時(shí)使燃料電池堆1從冰點(diǎn)下狀態(tài)起進(jìn)行發(fā)電等的情況下，進(jìn)行以下的干燥處理通過在上一次發(fā)電停止處理中從空氣壓縮機(jī)20對(duì)燃料電池堆1供給空氣，來(lái)將殘留于燃料電池堆1的生成水排出，而在上一次發(fā)電停止處理中未實(shí)施這種干燥處理的情況下，判斷為處于燃料電池堆1 的殘留水較多的狀態(tài)，對(duì)濕潤(rùn)標(biāo)志賦予1，在上一次發(fā)電停止處理中實(shí)施了干燥處理的情況下，對(duì)濕潤(rùn)標(biāo)志賦予0。此外，燃料電池堆1的殘留水量狀態(tài)的判斷并不限于如上那樣的與干燥處理的實(shí)施狀況相應(yīng)的判斷，例如，也可以使用交流阻抗法來(lái)估計(jì)燃料電池堆1的固體高分子膜的電阻值，根據(jù)該固體高分子膜的電阻值來(lái)判斷固體高分子膜的濕潤(rùn)狀態(tài)，從而決定濕潤(rùn)標(biāo)志的值，其中，上述交流阻抗法如下對(duì)燃料電池堆1施加高頻成分的交流電流信號(hào)，根據(jù)其與電壓信號(hào)行為之間的關(guān)系來(lái)估計(jì)阻抗。接著，控制器40在步驟S105中獲取燃料電池堆1的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時(shí)間。此夕卜，關(guān)于發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間，既可以實(shí)際測(cè)量從上一次發(fā)電停止時(shí)到下一次發(fā)電開始時(shí)的時(shí)間，也可以根據(jù)發(fā)電開始時(shí)的燃料電池堆1的狀態(tài)來(lái)估計(jì)發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間。接著，控制器40在步驟S106中，根據(jù)步驟SlOl中計(jì)算出的目標(biāo)發(fā)電電流以及步驟S102、S103、S104、S105中計(jì)算出的冰點(diǎn)下標(biāo)志、凈化功能失效標(biāo)志、濕潤(rùn)標(biāo)志、發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時(shí)間的結(jié)果來(lái)計(jì)算目標(biāo)氫氣壓力，對(duì)氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11的開度進(jìn)行控制，使得由氫氣壓力傳感器41檢測(cè)出的實(shí)際氫氣壓力追隨目標(biāo)氫氣壓力，另外，通過重復(fù)凈化閥14 的開閉動(dòng)作，來(lái)排出氮?dú)獾榷栊詺怏w。接著，控制器40在步驟S107中使用空氣壓縮機(jī)20對(duì)正極供給空氣，對(duì)空氣壓力調(diào)節(jié)閥22的開度進(jìn)行控制以使負(fù)極側(cè)與正極側(cè)之間的壓力差為燃料電池堆1的壓力差允許值以下。接著，控制器40在步驟S108中根據(jù)步驟SlOl中計(jì)算出的目標(biāo)發(fā)電電流來(lái)控制輸出取出裝置30以使其從燃料電池堆1取出電流。以上，結(jié)束發(fā)電控制處理。此外，如圖1所示，控制器40具有低溫狀態(tài)判斷單元51、凈化功能失效判斷單元 52、負(fù)極殘留水量估計(jì)單元53、發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間計(jì)算單元M以及負(fù)極氣體控制單元55， 例如，能夠由低溫狀態(tài)判斷單元51執(zhí)行上述步驟S102，由凈化功能失效判斷單元52執(zhí)行上述步驟S103，由負(fù)極殘留水量估計(jì)單元53執(zhí)行上述步驟S104，由發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間計(jì)算單元討執(zhí)行上述步驟S105，由負(fù)極氣體控制單元55執(zhí)行上述步驟S106。圖3是表示圖2的步驟SlOl的目標(biāo)發(fā)電電流運(yùn)算處理的詳情的流程圖。下面，按照該圖3的流程圖來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明要由輸出取出裝置30從燃料電池堆1取出的目標(biāo)發(fā)電電流的運(yùn)算內(nèi)容。當(dāng)開始圖3的流程時(shí)，控制器40首先在步驟S201中，根據(jù)設(shè)置于燃料電池車輛的加速踏板傳感器的輸出來(lái)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器的加速踏板操作量。接著，控制器40在步驟S202中根據(jù)設(shè)置于燃料電池車輛的車速傳感器的輸出來(lái)檢測(cè)燃料電池車輛的速度。接著，控制器40在步驟S203中根據(jù)步驟S201和步驟S202中檢測(cè)出的加速踏板操作量和車輛速度，使用圖4所示的映射數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算目標(biāo)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電力。接著，控制器40在步驟S204中運(yùn)算實(shí)際被輔機(jī)消耗的電力(實(shí)際輔機(jī)消耗電力)。該實(shí)際輔機(jī)消耗電力是指檢測(cè)用于進(jìn)行燃料電池堆1的發(fā)電的各輔機(jī)的電壓和電流、 將它們相乘從而運(yùn)算出的輔機(jī)消耗電力，例如，如果是空氣壓縮機(jī)20等，則該實(shí)際輔機(jī)消耗電力是通過檢測(cè)轉(zhuǎn)速和扭矩并使將它們相乘而得到的值與損耗電力相加而運(yùn)算出的。該損耗電力是通過將轉(zhuǎn)速和扭矩輸入到損耗映射數(shù)據(jù)中而估計(jì)出的。接著，控制器40在步驟S205中運(yùn)算要使燃料電池堆1發(fā)出的目標(biāo)發(fā)電電力。該目標(biāo)發(fā)電電力是指將步驟S203中計(jì)算出的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電力與步驟S204中計(jì)算出的實(shí)際輔機(jī)消耗電力相加而得到的電力值。接著，控制器40在步驟S206中讀入堆溫度傳感器43的傳感器信號(hào)，來(lái)檢測(cè)燃料電池堆1的溫度。接著，控制器40在步驟S207中根據(jù)步驟S205中計(jì)算出的要使燃料電池堆1發(fā)出的目標(biāo)發(fā)電電力和步驟S206中檢測(cè)出的燃料電池堆1的溫度，使用圖5所示的映射數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算要由輸出取出裝置30從燃料電池堆1取出的目標(biāo)發(fā)電電流。以上，結(jié)束目標(biāo)發(fā)電電流運(yùn)算的處理。此外，以上說(shuō)明了在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)后的通常動(dòng)作時(shí)的目標(biāo)發(fā)電電流運(yùn)算的處理，但是在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，步驟S205中計(jì)算出的目標(biāo)發(fā)電電力僅僅是實(shí)際輔機(jī)消耗電力。即，在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，在步驟S201中加速踏板操作量被當(dāng)做0，在步驟S202中車輛速度被當(dāng)做0，在步驟S203中目標(biāo)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電力被計(jì)算為0。然后，步驟S204中計(jì)算出的實(shí)際輔機(jī)消耗電力就在步驟S205中直接被計(jì)算為目標(biāo)發(fā)電電力。圖6是表示圖2的步驟S106的氫控制處理的詳情的流程圖。以下，按照該圖6的流程圖來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明驅(qū)動(dòng)氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11和凈化閥14來(lái)控制對(duì)負(fù)極的氫氣供給的控制方法。當(dāng)開始圖6的流程時(shí)，控制器40首先在步驟S301中計(jì)算對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行氫氣供給后的上限壓力的目標(biāo)值(目標(biāo)氫氣壓力的上限值，稱為目標(biāo)上限壓力或負(fù)極上限壓力)。在此，將燃料電池堆1的允許耐壓的上限值設(shè)定為目標(biāo)上限壓力(負(fù)極上限壓力)， 由此，使用氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11進(jìn)行氫氣供給直到達(dá)到盡可能高的負(fù)極壓力，以抑制負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的燃料電池堆1的發(fā)電不良。另外，例如，當(dāng)目標(biāo)發(fā)電電流降低時(shí)發(fā)電所需的氫消耗量也減少，從而存在即使降低負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫濃度也能夠確保發(fā)電所需的氫分壓的傾向，因此，為了抑制空氣壓縮機(jī)20的消耗電力，在將燃料電池堆1的正極與負(fù)極之間的膜間壓力差抑制在允許耐壓以下的基礎(chǔ)上，若存在想要將空氣運(yùn)轉(zhuǎn)壓力抑制為較低的要求等，則也可以在能夠確保負(fù)極催化劑層內(nèi)所需的氫濃度的水平上將目標(biāo)上限壓力設(shè)定為可以根據(jù)目標(biāo)發(fā)電電流而變化。接著，控制器40在步驟S302中計(jì)算對(duì)燃料電池堆1進(jìn)行氫氣供給后的下限壓力的目標(biāo)值(目標(biāo)氫氣壓力的下限值，稱為目標(biāo)下限壓力或負(fù)極下限壓力)。在此，根據(jù)圖2 的步驟S102中計(jì)算出的冰點(diǎn)下標(biāo)志的值和圖2的步驟S103中計(jì)算出的凈化功能失效標(biāo)志的值來(lái)設(shè)定下限壓力的目標(biāo)值。在此，使用圖7的控制框圖來(lái)說(shuō)明計(jì)算目標(biāo)下限壓力(負(fù)極下限壓力)的方法的具體例。為了計(jì)算負(fù)極下限壓力，首先，計(jì)算基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力(圖7的框101)。此處的基準(zhǔn)意味著處于冰點(diǎn)下標(biāo)志、凈化失效標(biāo)志都為0的狀態(tài)，因而，基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力意味著燃料電池堆1未處于冰點(diǎn)下狀態(tài)且凈化閥并未封閉固結(jié)時(shí)的目標(biāo)下限壓力。然后，在燃料電池堆1未處于冰點(diǎn)下狀態(tài)且凈化閥并未封閉固結(jié)的狀況下，將從燃料電池堆1取出目標(biāo)發(fā)電電流時(shí)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良的最低壓力設(shè)定為目標(biāo)下限壓力。另外，例如，當(dāng)目標(biāo)發(fā)電電流變低時(shí)發(fā)電所需的氫消耗量也減少，從而存在即使降低負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫濃度也能夠確保發(fā)電所需的氫分壓的傾向，因此，為了抑制空氣壓縮機(jī)20的消耗電力，在將燃料電池堆1的正極與負(fù)極之間的膜間壓力差抑制在允許耐壓以下的基礎(chǔ)上，若存在想要將空氣運(yùn)轉(zhuǎn)壓力抑制為較低的要求等，則也可以在能夠確保負(fù)極催化劑層內(nèi)所需的氫濃度的水平上將目標(biāo)下限壓力設(shè)定為可以根據(jù)目標(biāo)發(fā)電電流而變化。并且，例如，在燃料電池堆1能夠利用凈化閥14的開閉操作將氮?dú)獾榷栊詺怏w充分排出至外部的狀態(tài)下，能夠在不引起發(fā)電不良的范圍內(nèi)將目標(biāo)下限壓力設(shè)定得更低，因此， 為了抑制空氣壓縮機(jī)20的消耗電力，在將燃料電池堆1的正極與負(fù)極之間的膜間壓力差抑制在允許耐壓以下的基礎(chǔ)上，若存在想要將空氣運(yùn)轉(zhuǎn)壓力抑制為較低的要求等，則也可以使用以根據(jù)氫氣壓力傳感器41和凈化閥14的開閉狀態(tài)而求出的從凈化閥14排出的排出量累計(jì)值或者從開始供給氫氣起的持續(xù)時(shí)間為輸入的映射數(shù)據(jù)，將基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力設(shè)定為可以根據(jù)該映射數(shù)據(jù)而變化。接著，計(jì)算冰點(diǎn)下標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力(圖7的框102)。在此，通過使框101中計(jì)算出的基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力與第一校正系數(shù)相乘，來(lái)計(jì)算出冰點(diǎn)下標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力。在此，第一校正系數(shù)被設(shè)定為大于1的固定值。由此，作為冰點(diǎn)下標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力，會(huì)計(jì)算出高于基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力的值。在冰點(diǎn)下標(biāo)志為1時(shí)、即在燃料電池堆1處于冰點(diǎn)下狀態(tài)時(shí)，由于殘留于負(fù)極的水凍結(jié)而導(dǎo)致排出困難、 溫度降低導(dǎo)致氣體擴(kuò)散性降低等原因，負(fù)極催化劑層的氫分壓降低而容易產(chǎn)生發(fā)電不良。 第一校正系數(shù)被設(shè)定為如下的值將目標(biāo)下限壓力設(shè)定為提高負(fù)極催化劑層的氫分壓由于這些原因而降低的量，由此能夠抑制該發(fā)電不良。在此，基于實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定第一校正系數(shù)，使得燃料電池堆1在假設(shè)的下限溫度(例如-20°C )環(huán)境下也能夠作為燃料電池而成立。另外，例如也可以將第一校正系數(shù)設(shè)定為可以根據(jù)基于堆溫度傳感器43的溫度檢測(cè)值的映射數(shù)據(jù)而變化，由此，考慮到隨著溫度變高氣體擴(kuò)散性提高的影響，使得溫度越高第一校正系數(shù)越小。接著，根據(jù)冰點(diǎn)下標(biāo)志的值，在框101中計(jì)算出的基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力與框102中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力中選擇某一個(gè)(圖7的框103)。S卩，在框103中，在冰點(diǎn)下標(biāo)志的值為1的情況下，輸出框102中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力，在冰點(diǎn)下標(biāo)志的值為0的情況下，輸出框101中計(jì)算出的基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力。接著，計(jì)算凈化失效標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力(圖7的框104)。在此，通過使框103中選擇出的目標(biāo)下限壓力與第二校正系數(shù)相乘，來(lái)計(jì)算出凈化失效標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力。在此，第二校正系數(shù)被設(shè)定為大于1的固定值。由此，作為凈化失效標(biāo)志為1的情況下的目標(biāo)下限壓力，會(huì)計(jì)算出高于框103中選擇出的目標(biāo)下限壓力的值， 因此，即使在凈化閥14由于凍結(jié)等的影響而封閉固結(jié)的情況下，也能夠抑制由于負(fù)極催化劑層的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良。在凈化失效標(biāo)志為1時(shí)、即在凈化閥14封閉固結(jié)時(shí)，在凈化閥14通過燃料電池堆1的發(fā)電所帶來(lái)的自身發(fā)熱等受熱而解凍之前的期間，氮?dú)獾榷栊詺怏w從正極側(cè)透過至負(fù)極側(cè)，由此負(fù)極催化劑層的氫分壓降低而容易產(chǎn)生發(fā)電不良?；趯?shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定第二校正系數(shù)，使得校正后的目標(biāo)下限壓力為如下的壓力即使在經(jīng)過凈化閥14解凍所需的最長(zhǎng)時(shí)間之前的期間惰性氣體從正極側(cè)透過至負(fù)極側(cè)時(shí)，也能夠確保負(fù)極催化劑層的氫分壓以抑制發(fā)電不良。接著，根據(jù)凈化失效標(biāo)志的值，在框103中選擇出的目標(biāo)下限壓力與框104中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力中選擇某一個(gè)(圖7的框105)。S卩，在框105中，在凈化失效標(biāo)志的值為1的情況下，輸出框104中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力，在凈化失效標(biāo)志的值為0的情況下， 輸出框103中選擇出的目標(biāo)下限壓力。接著，用目標(biāo)上限壓力對(duì)框105的輸出進(jìn)行限制，使得不會(huì)將步驟S301中計(jì)算出的目標(biāo)上限壓力以上的值作為目標(biāo)下限壓力而輸出(圖7的框106)。當(dāng)如上那樣計(jì)算出目標(biāo)下限壓力時(shí)，控制器40接著在步驟S303中計(jì)算對(duì)燃料電池堆1供給氫氣后的目標(biāo)升壓速度(使目標(biāo)氫氣壓力上升時(shí)的升壓速度的目標(biāo)值，下面也稱為負(fù)極升壓速度)。在此，根據(jù)圖2的步驟S102中計(jì)算出的冰點(diǎn)下標(biāo)志的值、圖2的步驟S104中計(jì)算出的濕潤(rùn)標(biāo)志的值、圖2的步驟S105中計(jì)算出的發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間的值來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度。在此，使用圖8的控制框圖來(lái)說(shuō)明計(jì)算負(fù)極升壓速度的方法的具體例。為了計(jì)算負(fù)極升壓速度，首先，計(jì)算基準(zhǔn)升壓速度(圖8的框201)。此處的基準(zhǔn)意味著處于冰點(diǎn)下標(biāo)志為0的狀態(tài)，因而，基準(zhǔn)升壓速度是指燃料電池堆1不處于冰點(diǎn)下狀態(tài)時(shí)的負(fù)極升壓速度。在此，若在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)是從燃料電池堆1的負(fù)極、正極都混入氧的狀態(tài)起開始供給氫氣的，則會(huì)在負(fù)極內(nèi)形成存在氫的區(qū)域和不存在氫的區(qū)域(以下稱為氫邊界(hydrogen front))。這樣，在負(fù)極中被供給氫的區(qū)域中，發(fā)生與通常的動(dòng)作狀態(tài)同樣的反應(yīng)，產(chǎn)生正極側(cè)的電位。而在負(fù)極中不存在氫的區(qū)域中，在與其對(duì)峙的正極側(cè)發(fā)生下述式C3)所示的反應(yīng)，其結(jié)果是會(huì)對(duì)承載Pt等催化劑的碳載體產(chǎn)生腐蝕等。C+2H20 — C02+4H++4e" ... (3)因此，期望將基準(zhǔn)升壓速度設(shè)定為氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11所能夠控制的最快的值，以在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)盡量縮短形成氫邊界的期間，從而抑制上述現(xiàn)象所導(dǎo)致的碳腐蝕的產(chǎn)生。另外，在處于冰點(diǎn)下標(biāo)志為0的狀態(tài)時(shí)，認(rèn)為殘留于燃料電池堆1的水是以液體狀態(tài)存在的，基于高效排出該液體狀態(tài)的殘留水的觀點(diǎn)也期望將基準(zhǔn)升壓速度設(shè)定為盡可能快的值。接著，計(jì)算處于冰點(diǎn)下標(biāo)志為1的狀態(tài)的情況下的負(fù)極升壓速度(圖8的框202 205)。具體地說(shuō)，首先，計(jì)算濕潤(rùn)標(biāo)志為0的狀態(tài)下的負(fù)極升壓速度(圖8的框202)。在此，通過使框201中計(jì)算出的基準(zhǔn)升壓速度與第三校正系數(shù)相乘，來(lái)計(jì)算出濕潤(rùn)標(biāo)志為0的情況下的負(fù)極升壓速度。在此，第三校正系數(shù)被設(shè)定為小于1的固定值。由此，作為濕潤(rùn)標(biāo)志為0的情況下的負(fù)極升壓速度，會(huì)計(jì)算出慢于框201中計(jì)算出的基準(zhǔn)升壓速度的速度。在冰點(diǎn)下標(biāo)志為1且濕潤(rùn)標(biāo)志為0時(shí)、即在上一次發(fā)電停止處理中進(jìn)行了將殘留于燃料電池堆1的生成水排除的干燥處理的情況下，在起動(dòng)時(shí)燃料電池堆1處于冰點(diǎn)下狀態(tài)時(shí)，由于殘留于負(fù)極的水凍結(jié)而導(dǎo)致排出困難、溫度降低導(dǎo)致氣體擴(kuò)散性降低等原因，負(fù)極催化劑層的氫分壓降低而容易產(chǎn)生發(fā)電不良。根據(jù)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定第三校正系數(shù)，使得即使在假設(shè)的下限溫度(例如-20°C )環(huán)境下變?yōu)樯鲜鰻顩r，燃料電池堆1也能夠作為燃料電池而成立。能夠通過抑制負(fù)極升壓速度來(lái)延長(zhǎng)將殘留于燃料電池堆1的氮?dú)獾榷栊詺怏w排出至容積部12的時(shí)間，另外，在對(duì)燃料電池堆1供給氫氣時(shí)對(duì)各燃料電池單體之間的壓損偏差所導(dǎo)致的供給氫氣流量的偏差進(jìn)行了抑制，由此，能夠抑制負(fù)極催化劑層的氫分壓降低所導(dǎo)致的發(fā)電不良。接著，計(jì)算濕潤(rùn)標(biāo)志為1的狀態(tài)下的負(fù)極升壓速度(圖8的框203)。在此，通過使框202中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度與第四校正系數(shù)相乘，來(lái)計(jì)算出濕潤(rùn)標(biāo)志為1的情況下的負(fù)極升壓速度。在此，第四校正系數(shù)被設(shè)定為小于1的固定值。由此，作為濕潤(rùn)標(biāo)志為1 的情況下的負(fù)極升壓速度，會(huì)計(jì)算出慢于濕潤(rùn)標(biāo)志為0的情況的速度。在冰點(diǎn)下標(biāo)志為1 且濕潤(rùn)標(biāo)志為1時(shí)、即在上一次發(fā)電停止處理中未進(jìn)行將殘留于燃料電池堆1的生成水排除的干燥處理的情況下，在起動(dòng)時(shí)燃料電池堆1處于冰點(diǎn)下狀態(tài)時(shí)，由于比濕潤(rùn)標(biāo)志為0時(shí)更多的水殘留于負(fù)極并且凍結(jié)而導(dǎo)致排出困難等的原因，負(fù)極催化劑層的氫分壓降低而容易產(chǎn)生發(fā)電不良。根據(jù)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定第四校正系數(shù)，使得即使在假設(shè)的下限溫度(例如-20°C )環(huán)境下變?yōu)樯鲜鰻顩r，燃料電池堆1也能夠作為燃料電池而成立。通過抑制負(fù)極升壓速度來(lái)延長(zhǎng)將殘留于燃料電池堆1的氮?dú)獾榷栊詺怏w排出至容積部12的時(shí)間，另外， 在對(duì)燃料電池堆1供給氫氣時(shí)對(duì)各燃料電池單體之間的壓損偏差所導(dǎo)致的供給氫氣流量的偏差進(jìn)行了抑制，由此，能夠抑制負(fù)極催化劑層的氫分壓降低所導(dǎo)致的發(fā)電不良。接著，根據(jù)濕潤(rùn)標(biāo)志的值，在框202中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度與框203中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度中選擇某一個(gè)(圖8的框204)。即，在框204中，在濕潤(rùn)標(biāo)志的值為1的情況下，輸出框203中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度，在濕潤(rùn)標(biāo)志的值為0的情況下，輸出框202中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度。接著，對(duì)框204中選擇出的負(fù)極升壓速度進(jìn)行與發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間相應(yīng)的校正 (圖8的框20 。在此，通過使框204的輸出與第五校正系數(shù)相乘來(lái)對(duì)負(fù)極升壓速度進(jìn)行校正。在此，使用圖9所示那樣的基于發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間的映射數(shù)據(jù)來(lái)將第五校正系數(shù)設(shè)定為不超過1的范圍的值。由此，在長(zhǎng)期放置等發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間比預(yù)想的要長(zhǎng)的情況下， 負(fù)極升壓速度被抑制得較低。在燃料電池堆1停止發(fā)電之后，隨著發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間的經(jīng)過，燃料電池堆1內(nèi)的水分布漸漸變化，由此產(chǎn)生更加難以將氫供給至負(fù)極催化劑層內(nèi)的狀況，而通過抑制負(fù)極升壓速度，能夠?qū)⒏嗟亩栊詺怏w排出至容積部12，從而能夠抑制負(fù)極催化劑層的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良。接著，根據(jù)冰點(diǎn)下標(biāo)志的值，在框201中計(jì)算出的基準(zhǔn)升壓速度與框205中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度中選擇某一個(gè)(圖8的框206)。即，在框206中，在冰點(diǎn)下標(biāo)志的值為1的情況下，輸出框205中計(jì)算出的負(fù)極升壓速度，在冰點(diǎn)下標(biāo)志的值為0的情況下，輸出框201 中計(jì)算出的基準(zhǔn)升壓速度。此外，在冰點(diǎn)下標(biāo)志為1、濕潤(rùn)標(biāo)志為1、且發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，計(jì)算出的負(fù)極升壓速度為使基準(zhǔn)升壓速度與第三 第五校正系數(shù)全部相乘后得到的值(負(fù)極升壓速度=基準(zhǔn)升壓速度X第三校正系數(shù)X第四校正系數(shù)X第五校正系數(shù))，為最小值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定該最小值，使得即使在假設(shè)的下限溫度(例如-20°C)環(huán)境下變?yōu)樯鲜鰻顩r，燃料電池堆1也能夠作為燃料電池而成立。該最小值根據(jù)從啟動(dòng)后的燃料電池堆1取出電流的方式、各個(gè)燃料電池堆1的結(jié)構(gòu)性特征(結(jié)構(gòu)或布局、燃料電池單體的個(gè)數(shù)、氣體流路長(zhǎng)度等)而不同。例如，作為該最小值，能夠通過在0.5[sec]左右的期間使負(fù)極壓力從0[kPaG]上升到150[kPaG]來(lái)使燃料電池成立。當(dāng)如上所述那樣計(jì)算出負(fù)極升壓速度(目標(biāo)升壓速度)時(shí)，控制器40接著在步驟 S304中讀入氫氣壓力傳感器41的傳感器信號(hào)，來(lái)檢測(cè)實(shí)際氫氣壓力。接著，控制器40在步驟S305中使用步驟S301中設(shè)定的目標(biāo)上限壓力(負(fù)極上限壓力)、步驟S302中設(shè)定的目標(biāo)下限壓力(負(fù)極下限壓力)、步驟S303中設(shè)定的目標(biāo)升壓速度(負(fù)極升壓速度)以及步驟S304中檢測(cè)出的實(shí)際氫氣壓力來(lái)進(jìn)行氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11 的驅(qū)動(dòng)。在此，使用圖10的時(shí)間圖來(lái)說(shuō)明控制器40進(jìn)行氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11的驅(qū)動(dòng)時(shí)的目標(biāo)氫氣壓力以及實(shí)際氫氣壓力的動(dòng)作的具體例。圖10的(a)表示冰點(diǎn)下標(biāo)志為1、凈化失效標(biāo)志為1、濕潤(rùn)標(biāo)志為0的條件下的目標(biāo)氫氣壓力和實(shí)際氫氣壓力的變化。圖10的(b) 表示冰點(diǎn)下標(biāo)志為0、凈化失效標(biāo)志為0的條件下的目標(biāo)氫氣壓力和實(shí)際氫氣壓力的變化。 此外，目標(biāo)發(fā)電電流等其它條件是(a) (b)共通的。圖中，實(shí)線表示目標(biāo)氫氣壓力的變化，虛線表示實(shí)際氫氣壓力的變化。在圖10的(a)中，首先，當(dāng)在時(shí)刻Tl開始供給氫氣時(shí)，使目標(biāo)氫氣壓力按步驟 S303中設(shè)定的負(fù)極升壓速度階段性地升高至步驟S301中設(shè)定的目標(biāo)上限壓力PU。然后， 對(duì)氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得實(shí)際氫氣壓力與目標(biāo)氫氣壓力一致。在此，根據(jù)目標(biāo)氫氣壓力與實(shí)際氫氣壓力之間的偏差，使用PI控制等反饋控制來(lái)控制氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11的開閉驅(qū)動(dòng)。接著，在時(shí)刻T2進(jìn)行降低目標(biāo)氫氣壓力以使實(shí)際氫氣壓力下降的處理。在此，在目標(biāo)上限壓力PU與實(shí)際氫氣壓力之間的偏差進(jìn)入控制誤差范圍內(nèi)的情況下，使目標(biāo)氫氣壓力下降至目標(biāo)下限壓力PL1。在使目標(biāo)氫氣壓力下降至目標(biāo)下限壓力PLl之后，通過發(fā)電的氫消耗，燃料電池堆1內(nèi)的實(shí)際氫氣壓力漸漸下降。接著，在時(shí)刻T3進(jìn)行使目標(biāo)氫氣壓力升高以使實(shí)際氫氣壓力再次上升的處理。在此，在目標(biāo)下限壓力PLl與實(shí)際氫氣壓力之間的偏差進(jìn)入控制誤差范圍內(nèi)的情況下，在保持步驟S303中設(shè)定的負(fù)極升壓速度的同時(shí)使目標(biāo)氫氣壓力升高至步驟S301中設(shè)定的目標(biāo)上限壓力PU。之后，通過重復(fù)與時(shí)刻T2、T3同樣的處理，來(lái)反復(fù)進(jìn)行升降壓運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，在此，在要降低目標(biāo)氫氣壓力的情況下，使其從目標(biāo)上限壓力PU瞬時(shí)降低至目標(biāo)下限壓力PLlJfi 是也可以在降壓側(cè)也對(duì)降壓速度進(jìn)行限制來(lái)降低目標(biāo)氫氣壓力。通過這樣對(duì)降壓速度進(jìn)行限制，能夠抑制容積部12在降壓時(shí)的每單位時(shí)間的壓力變化，因此能夠壓制容積部12的氣體紊亂，結(jié)果是能夠防止氮?dú)獾榷栊詺怏w逆流至燃料電池堆1，以抑制負(fù)極催化劑層的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良。在圖10的(b)中，冰點(diǎn)下標(biāo)志為0，凈化失效標(biāo)志為0，因此目標(biāo)下限壓力PL2為基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力，負(fù)極升壓速度為基準(zhǔn)升壓速度。然后，首先，當(dāng)在時(shí)刻Tl開始供給氫氣時(shí)，使目標(biāo)氫氣壓力按步驟S303中設(shè)定的負(fù)極升壓速度瞬時(shí)升高至步驟S301中設(shè)定的目標(biāo)上限壓力PU。然后，對(duì)氫氣壓力調(diào)節(jié)閥11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得實(shí)際氫氣壓力與目標(biāo)氫氣壓力一致。接著，在時(shí)刻T2進(jìn)行降低目標(biāo)氫氣壓力以使實(shí)際氫氣壓力下降的處理。在此，在目標(biāo)上限壓力PU與實(shí)際氫氣壓力之間的偏差進(jìn)入控制誤差范圍內(nèi)的情況下，使目標(biāo)氫氣壓力下降至目標(biāo)下限壓力PL2、即基準(zhǔn)目標(biāo)下限壓力。接著，在時(shí)刻T3進(jìn)行使目標(biāo)氫氣壓力升高以使實(shí)際氫氣壓力再次上升的處理。在此，在目標(biāo)下限壓力PL2與實(shí)際氫氣壓力之間的偏差進(jìn)入控制誤差范圍內(nèi)的情況下，使目標(biāo)氫氣壓力以步驟S303中設(shè)定的基準(zhǔn)升壓速度升高。之后，通過重復(fù)與時(shí)刻T2、T3同樣的處理，來(lái)反復(fù)進(jìn)行升降壓運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，關(guān)于負(fù)極升壓速度，圖10的(b)的情況下的負(fù)極升壓速度大于圖10的(a)的情況，因此存在圖10 的(b)的情況下的從Tl到T2的時(shí)間與圖10的(a)的情況相比短的傾向。另一方面，目標(biāo)下限壓力PL2小于PL1，因此存在圖10的(b)的情況下的從T2到T3的時(shí)間與圖10的(a) 的情況相比長(zhǎng)的傾向。此外，在本實(shí)施方式中，以固定的升壓速度(或降壓速度)進(jìn)行上升到目標(biāo)上限壓力的升壓(或下降到目標(biāo)下限壓力的降壓)，但是升壓(或降壓)的圖案并不限定于此，例如也可以在達(dá)到目標(biāo)上限壓力(或目標(biāo)下限壓力)之前的升壓(或降壓)中途使升壓速度 (或降壓速度)改變一次或多次，由此使負(fù)極壓力平滑地變化。另外，升壓速度能夠定義為從目標(biāo)下限壓力達(dá)到目標(biāo)上限壓力(降壓速度則為從目標(biāo)上限壓力達(dá)到目標(biāo)下限壓力)的期間的負(fù)極壓力的平均變化率、或者某個(gè)特定時(shí)刻下的負(fù)極壓力的每單位時(shí)間的變化率。接著，控制器40在步驟S306中，通過凈化閥14的開閉動(dòng)作使排出至容積部12的氮?dú)獾榷栊詺怏w排出至大氣中。在此，在凈化失效標(biāo)志為1的情況下，存在由于封閉固結(jié)而無(wú)法將氮?dú)獾榷栊詺怏w從凈化閥14排出的可能性，因此對(duì)凈化閥14發(fā)出封閉指令使得氫不會(huì)無(wú)用地排出。另一方面，在凈化失效標(biāo)志為0的情況下，在能夠充分將氮?dú)獾榷栊詺怏w排出至大氣中的時(shí)間內(nèi)始終對(duì)凈化閥14發(fā)出開放指令。另外，在經(jīng)過用于使氮?dú)獾榷栊詺怏w從燃料電池堆1充分排出的時(shí)間之后，如圖11所示，根據(jù)由堆溫度傳感器43檢測(cè)出的燃料電池堆1的溫度、由氫氣壓力傳感器41檢測(cè)出的實(shí)際氫氣壓力來(lái)控制凈化閥14的開閉動(dòng)作，由此能夠在將氫排出抑制為所需最低限度的基礎(chǔ)上排出從正極透過來(lái)的氮?dú)猓蕴岣呷紵穆?。以上，結(jié)束氫控制處理。此外，如圖1所示，控制器40的負(fù)極氣體控制單元55具有負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元61、負(fù)極升壓速度設(shè)定單元62以及負(fù)極氣體升降壓控制單元63，例如，能夠由負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元61執(zhí)行上述步驟S301和步驟S302，由負(fù)極升壓速度設(shè)定單元62執(zhí)行上述步驟S303，由負(fù)極氣體升降壓控制單元63執(zhí)行上述步驟S305。圖12是表示圖2的步驟S107的空氣控制處理的詳情的流程圖。下面，按該圖12 的流程圖來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明控制對(duì)正極的空氣供給的方法。當(dāng)開始圖12的流程時(shí)，控制器40首先在步驟S401中計(jì)算目標(biāo)空氣壓力。在此， 以提高耐久性為目的，通過將圖6的步驟S301中計(jì)算出的目標(biāo)上限壓力與步驟S302中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力的平均值設(shè)為目標(biāo)空氣壓力，來(lái)將燃料電池堆1的正極與負(fù)極之間的膜間壓力差抑制在允許耐壓以下。接著，控制器40在步驟S402中計(jì)算目標(biāo)空氣流量。在此，如圖13所示，通過使用基于圖2的步驟SlOl中計(jì)算出的目標(biāo)發(fā)電電流和圖6的步驟S304中檢測(cè)出的實(shí)際氫氣壓力的映射數(shù)據(jù)，來(lái)求出以下的空氣流量作為目標(biāo)空氣流量供給燃料電池堆1發(fā)電所需的空氣，并且使從凈化閥14排出的氣體的氫濃度為可燃濃度以下以能夠排出至大氣中。接著，控制器40在步驟S403中根據(jù)步驟S402中計(jì)算出的目標(biāo)空氣流量和步驟 S401中計(jì)算出的目標(biāo)空氣壓力，使用圖14所示的映射數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算空氣壓縮機(jī)指令轉(zhuǎn)速。此夕卜，該映射數(shù)據(jù)是基于空氣壓縮機(jī)20的轉(zhuǎn)速以及與壓力比相對(duì)的空氣流量的特性而設(shè)定的。通過按照此處計(jì)算出的空氣壓縮機(jī)指令轉(zhuǎn)速對(duì)空氣壓縮機(jī)20進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，來(lái)控制供給至燃料電池堆1的正極的空氣流量。接著，控制器40在步驟S404中進(jìn)行空氣的壓力控制。在此，進(jìn)行基于目標(biāo)空氣壓力與實(shí)際空氣壓力之間的偏差的反饋控制來(lái)進(jìn)行空氣壓力調(diào)節(jié)閥22的開閉動(dòng)作，以使由空氣壓力傳感器42檢測(cè)出的實(shí)際空氣壓力與步驟S401中計(jì)算出的目標(biāo)空氣壓力一致。以上，結(jié)束空氣控制處理。以上，舉出具體的例子來(lái)詳細(xì)地進(jìn)行了說(shuō)明，如所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，控制器40在執(zhí)行圖6所示的氫控制處理的過程中，將負(fù)極升壓速度(步驟 S303中計(jì)算的目標(biāo)升壓速度)設(shè)為可以根據(jù)由堆溫度傳感器43檢測(cè)出的燃料電池堆1的溫度而變化，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池堆1的溫度在規(guī)定溫度以上的情況慢的速度，因此即使在包括冰點(diǎn)下狀態(tài)的低溫環(huán)境下也能夠通過供給負(fù)極氣體來(lái)將燃料電池堆1內(nèi)部的惰性氣體適當(dāng)?shù)嘏懦鲋寥剂想姵囟?外部的容積部12，從而能夠有效抑制負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良，以提高燃料電池堆1的發(fā)電性能。詳細(xì)敘述，在負(fù)極非循環(huán)型系統(tǒng)中，必須使排出至外部的氫濃度為可燃濃度以下，除此以外，用于排出雜質(zhì)的凈化閥14有時(shí)會(huì)由于凍結(jié)等的影響而發(fā)生功能失效，考慮到這種情況，在短時(shí)間內(nèi)將氮?dú)獾纫鸢l(fā)電不良的雜質(zhì)排出是較為困難的，但是在這種情況下， 只要通過供給氫氣來(lái)將以燃料氣體供給前的氮?dú)鉃槭椎碾s質(zhì)推入燃料電池堆1的下游的容積部12也能夠得到良好的發(fā)電性能。然而，在包括冰點(diǎn)下環(huán)境的低溫環(huán)境下，由于殘留水凍結(jié)等的影響，積存在氣體擴(kuò)散層(GDL)內(nèi)部等的水難以排出。在這種情況下，即使對(duì)負(fù)極氣體流路供給負(fù)極氣體，上述殘留水的存在也會(huì)變?yōu)檎系K，從而變得難以將氫加壓輸送至負(fù)極催化劑層，并且，殘留在負(fù)極催化劑層內(nèi)的惰性氣體也難以擴(kuò)散到負(fù)極氣體流路側(cè)。并且，當(dāng)殘留水的量在單體之間存在偏差時(shí)，在供給氫氣時(shí)容易在單體之間產(chǎn)生壓損差。因而，在只能以允許耐壓以下的壓力供給氫氣的負(fù)極非循環(huán)型系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)極氣體的供給速度過快時(shí)，所供給的負(fù)極氣體會(huì)無(wú)法充分浸透到氣體擴(kuò)散層內(nèi)部，另外，會(huì)無(wú)法與殘留于負(fù)極催化劑層內(nèi)的惰性氣體充分置換，而是滑過氣體擴(kuò)散層的表層并在負(fù)極氣體流路內(nèi)流動(dòng)，因此無(wú)法將負(fù)極催化劑層內(nèi)的雜質(zhì)充分推入燃料電池下游的容積部，因此，易于產(chǎn)生負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度、即表示處于包括冰點(diǎn)下狀態(tài)的低溫狀態(tài)的情況下，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度，因此，針對(duì)相同的氫氣供給量，能夠延長(zhǎng)使殘留于負(fù)極催化劑層內(nèi)的惰性氣體向負(fù)極氣體流路側(cè)擴(kuò)散并且沖向負(fù)極氣體流路下游的時(shí)間。另外，負(fù)極內(nèi)的氣流的流速變低，由此，負(fù)極氣體流路內(nèi)的氣流的壓損與氣體擴(kuò)散層內(nèi)的氣流的壓損之差變小，因此，負(fù)極氣體能夠與殘留于負(fù)極催化劑層內(nèi)的惰性氣體充分置換并且能夠浸透至負(fù)極催化劑層內(nèi)。因而，根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，能夠抑制導(dǎo)致低溫狀態(tài)下的發(fā)電不良的原因，從而能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1的發(fā)電性能。圖15是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)的燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極升壓速度靈敏度的圖，(a)表示使負(fù)極壓力瞬時(shí)(例如在0.5[SeC]左右的期間內(nèi)從0[kPaG]到150[kPaG]) 上升的情況下的發(fā)電特性，(b)表示使負(fù)極壓力慢慢(例如在10[sec]左右的期間內(nèi)從 OtkPaG]到150[kPaG])上升的情況下的發(fā)電性能。圖15中的細(xì)實(shí)線表示構(gòu)成燃料電池堆 1的各燃料電壓?jiǎn)误w的電壓(單體電壓)的變化。圖15中的粗實(shí)線表示電流密度(全部燃料電池單體的電流密度的平均值用從燃料電池堆1取出的電流除以各燃料電池單體的發(fā)電區(qū)域的總面積而得到的值)的變化。該電流密度的圖案是(a) (b)共通的。圖15中的粗虛線表示各燃料電池單體的面積比電阻(用單體電壓的平均值除以上述電流密度而得到的值)的變化。根據(jù)圖15可知與(a)相比(b)的單體電壓在單體之間的偏差較小，關(guān)于面積比電阻，也是與(a)相比(b)的面積比電阻始終以較大的值穩(wěn)定變化，在低溫環(huán)境下通過將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度，燃料電池堆1的發(fā)電性能提高。另外，若在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)是從負(fù)極、正極都混入氧的狀態(tài)起開始供給氫氣的，則會(huì)在負(fù)極內(nèi)形成氫邊界，在負(fù)極中被供給氫的區(qū)域中發(fā)生與通常的動(dòng)作狀態(tài)同樣的反應(yīng)，產(chǎn)生正極側(cè)的電位，而在負(fù)極中不存在氫的區(qū)域中，在與其對(duì)峙的正極側(cè)發(fā)生上述式 (3)所示的反應(yīng)，其結(jié)果是會(huì)對(duì)承載Pt等催化劑的碳載體產(chǎn)生腐蝕等。關(guān)于上述式(3)的反應(yīng)，在低溫狀態(tài)下電極的活性低，因此上述碳腐蝕在低溫狀態(tài)下難以發(fā)生。另一方面，關(guān)于上述式(3)的反應(yīng)，具有以下的傾向溫度越高電極的活性越高，因此上述碳腐蝕也是溫度越高越容易產(chǎn)生。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池堆1的溫度為規(guī)定溫度以上的情況下，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為快速度，因此，能夠抑制燃料電池堆1形成氫邊界而導(dǎo)致的碳腐蝕劣化，從而能夠提高燃料電池堆1的發(fā)電性能。S卩，在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度、即表示處于包括冰點(diǎn)下狀態(tài)的低溫狀態(tài)的情況下，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度，在燃料電池堆1的溫度為規(guī)定溫度以上的情況下將負(fù)極升壓速度設(shè)定為快速度，因此能夠兼顧對(duì)燃料電池堆1形成氫邊界而導(dǎo)致的碳腐蝕劣化進(jìn)行的抑制以及對(duì)低溫狀態(tài)下導(dǎo)致發(fā)電不良的原因進(jìn)行的抑制，從而能夠提高在低溫環(huán)境下使用的燃料電池堆1的發(fā)電性能。另外，一般來(lái)說(shuō)，在負(fù)極非循環(huán)型系統(tǒng)中，為了使負(fù)極內(nèi)的氣流長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)來(lái)延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間，會(huì)要求增大燃料電池堆1下游的容積部的容積，但是根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度，因此針對(duì)相同的氫氣供給量，能夠使負(fù)極內(nèi)的氣流持續(xù)比較長(zhǎng)的時(shí)間，因而，能夠使燃料電池堆1下游的容積部小型化，從而使系統(tǒng)整體小型化。并且，根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，控制器40在執(zhí)行氫控制處理之前判斷燃料電池堆1的殘留水量狀態(tài)(圖2的步驟S104)，在由于燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度而將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度的情況下，負(fù)極殘留水量越少，將負(fù)極升壓速度設(shè)定得越快，因此，即使在低溫環(huán)境下也能夠在負(fù)極殘留水量少的狀況下提高燃料電池堆1的發(fā)電響應(yīng)性，從而提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1的發(fā)電性能。圖16是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)的燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極殘留水量靈敏度的圖，與圖15的(a)同樣地，表示使負(fù)極壓力瞬時(shí)(例如在0. 5[sec]左右的期間內(nèi)從0[kPaG] 到150[kPaG])上升的情況下的發(fā)電性能。圖16與圖15的(a)的不同點(diǎn)在于與圖15的 (a)的情況相比，在圖16中上一次發(fā)電停止處理中的干燥處理實(shí)施時(shí)間更長(zhǎng)。與圖15同樣地，圖16中的細(xì)實(shí)線表示構(gòu)成燃料電池堆1的各燃料電壓?jiǎn)误w的電壓(單體電壓)的變化， 圖16中的粗實(shí)線表示電流密度的變化，圖16中的粗虛線表示各燃料電池單體的面積比電阻的變化。另外，圖16的電流密度的圖案與圖15的(a) (b)的電流密度的圖案是共通的。 根據(jù)圖16可知與圖15的(a)相比圖16的單體電壓在單體之間的偏差較小，關(guān)于面積比電阻，也是與圖15的(a)相比圖16的面積比電阻始終以較大的值穩(wěn)定變化，即使在低溫環(huán)境下，也能夠在負(fù)極殘留水量少的狀況下通過將負(fù)極升壓速度設(shè)定為快速度來(lái)得到更為優(yōu)秀的燃料電池堆1的發(fā)電性能。另外，在本實(shí)施方式的燃料電池堆1中，在停止發(fā)電之后，在燃料電池堆1內(nèi)不會(huì)由于發(fā)電而新產(chǎn)生生成水，但是隨著發(fā)電停止后時(shí)間經(jīng)過，燃料電池堆1內(nèi)的殘留的水由于擴(kuò)散、流動(dòng)等在燃料電池堆1內(nèi)移動(dòng)，因此燃料電池堆1內(nèi)的水分布發(fā)生變化。從發(fā)電停止起經(jīng)過的時(shí)間越長(zhǎng)，該水分布的變化越大，殘留水越會(huì)擴(kuò)散到燃料電池單體的發(fā)電區(qū)域的更廣闊的范圍。即，在發(fā)電停止后，燃料電池堆1達(dá)到冰點(diǎn)下狀態(tài)之前的時(shí)間越長(zhǎng)，凍結(jié)的殘留水就會(huì)分布于燃料電池單體的發(fā)電區(qū)域的越廣闊的范圍。圖17是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)的燃料電池堆1的發(fā)電性能的放置時(shí)間(在發(fā)電停止后，燃料電池堆1達(dá)到冰點(diǎn)下狀態(tài)之前的時(shí)間)靈敏度的圖，圖中的細(xì)實(shí)線表示放置時(shí)間0 分后啟動(dòng)時(shí)的平均單體電壓(單體電壓的平均值)的變化，虛線表示放置時(shí)間90分后啟動(dòng)時(shí)的平均單體電壓的變化，粗實(shí)線表示放置一晚后啟動(dòng)時(shí)的平均單體的電壓的變化。此外， 其它運(yùn)轉(zhuǎn)條件(電流密度的圖案、負(fù)極壓力及其升壓速度等)在各情況下是共通的。如圖 17所示，從發(fā)電停止起的經(jīng)過時(shí)間越長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)的平均單體電壓越低，推測(cè)燃料電池堆1內(nèi)的殘留水分布的變化是影響燃料電池堆1的發(fā)電性能的因素。根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，控制器40在執(zhí)行氫控制處理之前測(cè)量或估計(jì)燃料電池堆1的發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間(圖2的步驟S105)，在由于燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度而將負(fù)極升壓速度設(shè)定為慢速度的情況下，燃料電池堆1的發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間越短，將負(fù)極升壓速度設(shè)定得越快，因此，即使在低溫環(huán)境下，也能夠在發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間短的狀況下提高燃料電池堆1的發(fā)電響應(yīng)性，從而提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1的發(fā)電性能。另外，一般用下式(4)求出氣體的擴(kuò)散量。氣體擴(kuò)散量=_擴(kuò)散系數(shù)⑶X濃度梯度…在此，擴(kuò)散系數(shù)(D) —般來(lái)說(shuō)與溫度(T)具有下式(5)的關(guān)系。擴(kuò)散系數(shù)(D) oc溫度(ΤΓ2/7碰撞積分(ΩΒ)…(5)在被假設(shè)為燃料電池堆1的使用環(huán)境的下限溫度(例如_20°C )環(huán)境下，擴(kuò)散系數(shù)(D)預(yù)計(jì)從式(5)減少到通常的溫度(例如20°C)環(huán)境下的擴(kuò)散系數(shù)的約60%左右，另夕卜，一般認(rèn)為氣體擴(kuò)散量也從式(4)減少與擴(kuò)散系數(shù)相同程度的比例。并且，在燃料電池堆 1在負(fù)極殘留水未被完全去除的狀態(tài)下達(dá)到冰點(diǎn)下狀態(tài)的情況下，由于殘留水凍結(jié)，氫氣所能夠擴(kuò)散的負(fù)極催化劑層的范圍(面積)減少，因此一般認(rèn)為到達(dá)負(fù)極催化劑層的氫的量減少了上述氣體擴(kuò)散量的減少量以上。根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，控制器40在執(zhí)行圖6所示的氫控制處理的過程中，使負(fù)極下限壓力(步驟S302中計(jì)算出的目標(biāo)下限壓力)可以與由堆溫度傳感器43檢測(cè)出的燃料電池堆1的溫度相應(yīng)地改變，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下將負(fù)極下限壓力設(shè)定為比燃料電池堆1為規(guī)定溫度以上的情況高的值，因此，即使在燃料電池堆1處于低溫狀態(tài)的情況下，氫氣也更加易于到達(dá)負(fù)極催化劑層內(nèi)，因此確保了負(fù)極催化劑層的氫分壓，從而抑制了導(dǎo)致發(fā)電不良的原因，由此能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1的發(fā)電性能。圖18是表示冰點(diǎn)下啟動(dòng)時(shí)的燃料電池堆1的發(fā)電性能的負(fù)極壓力靈敏度的圖， (a)表示使負(fù)極壓力上升到150[kPaG]的情況下的發(fā)電性能，(b)表示使負(fù)極壓力上升到 200[kPaG]的情況下的發(fā)電性能。此外，關(guān)于該升壓所花費(fèi)的時(shí)間，(a) (b)都與圖15的(a) 同樣為0. 5[sec]左右。與圖15和圖16同樣地，圖18中的細(xì)實(shí)線表示構(gòu)成燃料電池堆1的各燃料電壓?jiǎn)误w的電壓(單體電壓)的變化，圖18中的粗實(shí)線表示電流密度的變化，圖18 中的粗虛線表示各燃料電池單體的面積比電阻的變化。另外，圖18的電流密度的圖案與圖 15和圖16的電流密度的圖案是共通的。根據(jù)圖18，可知與(a)相比(b)的單體電壓在單體之間的偏差較小，關(guān)于面積比電阻，也是與(a)相比(b)的面積比電阻始終以較大的值穩(wěn)定變化，通過在低溫環(huán)境下將負(fù)極下限壓力設(shè)定得高，燃料電池堆1的發(fā)電性能提高。另一方面，正極-負(fù)極間的氣體透過量存在燃料電池堆1的溫度越高氣體透過量越增加的傾向，因此，如果不在短時(shí)間內(nèi)排出從正極側(cè)透過至負(fù)極側(cè)的氮?dú)狻⑺魵獾茸璧K發(fā)電的雜質(zhì)，則燃料電池堆1的溫度越高，越有可能由于負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足而產(chǎn)生發(fā)電不良。根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池堆1的溫度為規(guī)定溫度以上的情況下，將負(fù)極下限壓力設(shè)定為低壓力，因此增大了與負(fù)極上限壓力之間的壓力差，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)高效將負(fù)極內(nèi)部的氮?dú)?、水蒸氣等雜質(zhì)排出至下游的容積部12。即，在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，按照燃料電池堆1的溫度來(lái)高效確保負(fù)極催化劑層的氫分壓，從而抑制導(dǎo)致發(fā)電不良的原因，由此能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1燃料電池堆1的發(fā)電性能。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池堆1的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下將負(fù)極下限壓力設(shè)定為比燃料電池堆1為規(guī)定溫度以上的情況高的值，使負(fù)極壓力維持比較高的值，因此，有效抑制了已推入容積部12的雜質(zhì)逆流到負(fù)極內(nèi)部，從而抑制了由于雜質(zhì)逆流而形成氫邊界所導(dǎo)致的碳腐蝕劣化，同時(shí)，確保了負(fù)極催化劑層的氫分壓， 從而抑制了導(dǎo)致發(fā)電不良的原因，由此能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池堆1的發(fā)電性能。并且，在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，控制器40在執(zhí)行氫控制處理之前判斷凈化閥14是否由于凍結(jié)而發(fā)生功能失效(圖2的步驟S103)，在設(shè)定負(fù)極下限壓力時(shí)，在判斷為凈化閥14發(fā)生功能失效的情況下，將負(fù)極下限壓力設(shè)定為比判斷為未發(fā)生功能失效的情況高的壓力，因此，有效抑制了凈化閥14發(fā)生功能失效時(shí)所擔(dān)心的源于負(fù)極氣體的逆流而使燃料電池堆1形成氫邊界所導(dǎo)致的碳腐蝕劣化，同時(shí)，確保了負(fù)極催化劑層的氫分壓， 從而抑制了導(dǎo)致發(fā)電不良的原因，由此能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池的發(fā)電性能。S卩，在設(shè)置于負(fù)極下游的凈化閥14由于凍結(jié)而發(fā)生功能失效的情況下，無(wú)法將已推入燃料電池堆1下游的容積部12的氮?dú)?、水蒸氣等雜質(zhì)適當(dāng)?shù)嘏懦鲋羶艋y14的下游側(cè)。在這種情況下，隨著時(shí)間經(jīng)過，上述雜質(zhì)存在由于反復(fù)的負(fù)極壓力的升降、氣體擴(kuò)散等的影響而逆流至負(fù)極內(nèi)部的傾向，由于該雜質(zhì)的逆流，可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)極催化劑層的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良、形成氫邊界所導(dǎo)致的碳腐蝕劣化等。根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)，在判斷為凈化閥14發(fā)生功能失效的情況下將負(fù)極下限壓力設(shè)定為高壓力，將負(fù)極壓力維持為比較高的值，因此，有效抑制了已推入容積部12的雜質(zhì)逆流至負(fù)極內(nèi)部，從而抑制了由于雜質(zhì)逆流而形成氫邊界所導(dǎo)致的碳腐蝕劣化，同時(shí)，確保了負(fù)極催化劑層的氫分壓，從而抑制了導(dǎo)致發(fā)電不良的原因，由此能夠提高低溫環(huán)境下的燃料電池的發(fā)電性能。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式不過是為了容易理解本發(fā)明而記載的單純的例示，本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方式。本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式中公開的具體技術(shù)事項(xiàng)，也包括基于該公開能夠容易地導(dǎo)出的各種變形、變更、替代技術(shù)等。本申請(qǐng)主張2009年9月16日在日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)第2009-214321號(hào)的優(yōu)先權(quán)作為申請(qǐng)基礎(chǔ)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參照被本說(shuō)明書引用。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，在燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下將負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池為規(guī)定溫度以上的情況慢的速度，因此，即使在包括冰點(diǎn)下狀態(tài)的低溫環(huán)境下， 也能夠通過供給負(fù)極氣體來(lái)將燃料電池內(nèi)部的惰性氣體適當(dāng)?shù)嘏懦鲋寥剂想姵赝獠康娜莘e部，從而能夠有效抑制負(fù)極催化劑層內(nèi)的氫分壓不足所導(dǎo)致的發(fā)電不良，以提高燃料電
19池的發(fā)電性能。附圖標(biāo)記說(shuō)明1 燃料電池堆；U 氫氣壓力調(diào)節(jié)閥；12 容積部；14 凈化閥；40 控制器；41 氫氣壓力傳感器；43 堆溫度傳感器；44 凈化閥溫度傳感器。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，該燃料電池系統(tǒng)是負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)， 具備燃料電池；容積部，其能夠暫時(shí)貯存從上述燃料電池排出的負(fù)極排氣；排出單元，其將上述負(fù)極排氣排出至外部；以及溫度檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述燃料電池的溫度，該燃料電池系統(tǒng)的控制裝置的特征在于，具備負(fù)極氣體供給控制單元，該負(fù)極氣體供給控制單元控制向燃料電池進(jìn)行的負(fù)極氣體的供給，上述負(fù)極氣體供給控制單元具有負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元，其設(shè)定負(fù)極上限壓力和負(fù)極下限壓力；負(fù)極升壓速度設(shè)定單元，其至少根據(jù)由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度；以及負(fù)極氣體升降壓控制單元，其重復(fù)進(jìn)行升壓和降壓，其中，通過供給負(fù)極氣體來(lái)進(jìn)行升壓，使壓力以上述負(fù)極升壓速度上升至上述負(fù)極上限壓力，通過限制負(fù)極氣體的供給來(lái)進(jìn)行降壓，使壓力下降至上述負(fù)極下限壓力，其中，在由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，上述負(fù)極升壓速度設(shè)定單元將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為比上述燃料電池的溫度為上述規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，還具備負(fù)極殘留水量估計(jì)單元，該負(fù)極殘留水量估計(jì)單元估計(jì)殘留在上述燃料電池的負(fù)極中的水量，在由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度未達(dá)到上述規(guī)定溫度的情況下， 由上述負(fù)極殘留水量估計(jì)單元估計(jì)出的殘留在負(fù)極中的水量越少，上述負(fù)極升壓速度設(shè)定單元將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為越快的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，還具備發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間計(jì)算單元，該發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間計(jì)算單元測(cè)量或估計(jì)燃料電池的發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間，在由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度未達(dá)到上述規(guī)定溫度的情況下， 由上述發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間計(jì)算單元測(cè)量或估計(jì)出的燃料電池的發(fā)電停止持續(xù)時(shí)間越短，上述負(fù)極升壓速度設(shè)定單元將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為越快的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，在由上述溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述燃料電池的溫度未達(dá)到上述規(guī)定溫度的情況下， 上述負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元將上述負(fù)極下限壓力設(shè)定為比上述燃料電池的溫度在上述規(guī)定溫度以上的情況高的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，還具備凈化功能失效判斷單元，該凈化功能失效判斷單元判斷上述排出單元是否由于凍結(jié)而發(fā)生功能失效，在由上述凈化功能失效判斷單元判斷為上述排出單元發(fā)生功能失效的情況下，上述負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元將上述負(fù)極下限壓力設(shè)定為比判斷為上述排出單元未發(fā)生功能失效的情況高的值。
6.一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)是負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池；容積部，其能夠暫時(shí)貯存從上述燃料電池排出的負(fù)極排氣；以及排出單元，其將上述負(fù)極排氣排出至外部；該燃料電池系統(tǒng)的控制方法的特征在于，包括以下步驟檢測(cè)上述燃料電池的溫度，設(shè)定負(fù)極上限壓力和負(fù)極下限壓力，至少根據(jù)所檢測(cè)出的燃料電池的溫度來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度，以重復(fù)進(jìn)行升壓和降壓的方式對(duì)上述燃料電池供給負(fù)極氣體，其中，通過供給負(fù)極氣體來(lái)進(jìn)行升壓，使壓力以上述負(fù)極升壓速度上升至上述負(fù)極上限壓力，通過限制負(fù)極氣體的供給來(lái)進(jìn)行降壓，使壓力下降至上述負(fù)極下限壓力，在所檢測(cè)出的燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，將上述負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池的溫度為上述規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。
全文摘要
一種負(fù)極非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置(40)，具備燃料電池(1)；容積部(12)，其能夠暫時(shí)貯存從燃料電池排出的負(fù)極排氣；排出單元(14)，其將負(fù)極排氣排出至外部；以及溫度檢測(cè)單元(43)，其檢測(cè)燃料電池的溫度。該控制裝置(40)具備控制向燃料電池進(jìn)行的負(fù)極氣體的供給的負(fù)極氣體供給控制單元(55)。該負(fù)極氣體供給控制單元(55)具有負(fù)極上下限壓力設(shè)定單元(61)，其設(shè)定負(fù)極上限壓力和負(fù)極下限壓力；負(fù)極升壓速度設(shè)定單元(62)，其至少根據(jù)由溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的燃料電池的溫度來(lái)設(shè)定負(fù)極升壓速度；以及負(fù)極氣體升降壓控制單元(63)，其重復(fù)進(jìn)行升壓和降壓，其中，通過供給負(fù)極氣體來(lái)進(jìn)行升壓，使壓力以負(fù)極升壓速度上升至負(fù)極上限壓力，通過限制負(fù)極氣體的供給來(lái)進(jìn)行降壓，使壓力下降至負(fù)極下限壓力。在由溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的燃料電池的溫度未達(dá)到規(guī)定溫度的情況下，上述負(fù)極升壓速度設(shè)定單元(62)將負(fù)極升壓速度設(shè)定為比燃料電池的溫度為規(guī)定溫度以上的情況慢的速度。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102484271SQ20108004005
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者中山謙, 佐藤雅士, 星圣, 松本充彥, 長(zhǎng)谷川淳一 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社