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CN102751518B - 燃料电池系统以其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不仅能快速转移到怠速停止还能抑制怠速停止中的电解质膜的劣化以及单体电池电压的下降、且不需要设置放电电阻器的燃料电池系统及其控制方法。本发明的燃料电池系统(1)具备：燃料电池(10)，其将多个通过被供应反应气体来发电的燃料电池单体电池进行层叠而构成；和供应装置(20)，其对燃料电池(10)供应反应气体，其中，在怠速发电中给定条件成立的情况下，开始如下的怠速停止控制：一边对燃料电池(10)供应流量比在怠速发电时低的空气，一边从燃料电池(10)取出比怠速发电时低的电流。

Description

燃料电池系统以其控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。具体而言，涉及在怠速停止中不仅供应低流量的氧化剂气体还从燃料电池取出低电流的燃料电池系统及其控制方法。 
背景技术
近年，作为汽车的新的动力源，燃料电池系统正受到关注。燃料电池系统例如具备：燃料电池，其使反应气体进行电化学反应来发电；以及反应气体供应装置，其经由反应气体流路来对燃料电池供应反应气体。 
燃料电池例如是将从数十个到数百个的单体电池进行层叠而得到的堆结构。在此，各单体电池是用一对隔离器来夹持膜电极结构体(MEA)而构成的。膜电极结构体由阳极电极(阴极)和阴极电极(阳极)、以及这些电极所夹持的固体高分子电解质膜构成。 
若对燃料电池的阳极电极供应作为燃料气体的氢，且对阴极电极供应作为氧化剂气体的空气，则电化学反应进行从而发电。如此，由于燃料电池通过电化学反应而直接得到电，因此凭借发电效率高这一点而优选。另外，由于燃料电池在发电时只生成无害的水，因此从对环境的影响的点来说也优选。 
此外，在以这样的燃料电池系统为动力源的燃料电池车辆中，例如在交通信号等待等车辆停止时还继续进行怠速发电的情况下，执行停止氧化剂气体以及燃料气体的供应从而停止怠速发电的怠速停止。通过执行该怠速停止，能实现燃料的高效的利用。 
然而，若执行该怠速停止，则存在如下风险：燃料电池会因基于残留在燃料电池系统内的氢以及氧的发电而成为高电位，从而电解质膜会劣化。为此，提出了这样一种技术：即使在怠速停止时停止了氧化剂气体以及燃料气体的供应的情况下，也通过从燃料电池取出电流来消耗残留在燃 料电池系统内的氢以及氧，从而不仅防止燃料电池成为高电位，还抑制电解质膜的劣化(例如，参照专利文献1)。 
另外，若执行怠速停止，则存在如下风险：在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氢和氧会在高浓度下反应，从而电解质膜会劣化。为此，提出了这样一种技术：通过对怠速停止中的燃料电池供应低流量的氧化剂气体，来减少滞留在电解质膜附近的氧量，从而抑制与氢之间的反应，抑制电解质膜的劣化(例如，参照专利文献2)。 
【现有技术文献】 
【专利文献】 
【专利文献1】日本特开2006-294304号公报 
【专利文献2】日本特开2005-327492号公报 
发明要解决的课题 
然而，在燃料电池系统中，为了防止排出燃料气体浓度高的气体而设有稀释器。将从燃料电池排出的燃料废气导入到该稀释器内，并在稀释器内滞留一段时间经稀释后而排出。燃料废气的稀释中，利用从燃料电池排出的氧化剂废气。 
但是，在专利文献1的技术中，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此不能确保用于稀释滞留在稀释器内的燃料废气的氧化剂废气。故而，为了确保用于稀释燃料废气的稀释气体，设为若不预先将作为稀释气体的氧化剂气体导入稀释室内，则不能转移到怠速停止。 
另外，在专利文献1的技术中，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此存在如下风险：在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氢和氧会在高浓度下反应，从而电解质膜会劣化。 
另外，由于在怠速停止时以停止了燃料气体以及氧化剂气体的供应的状态来从燃料电池取出电流，因此在转移到怠速停止后单体电池电压会立刻下降，从而必须立刻解除怠速停止。 
另外，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此在怠速停止中不会驱动空气泵。故而，由于与是否处于能对蓄电装置充电的状态无关地在怠速停止中从燃料电池取出电流，因此需要设置消耗该电流的放电电阻器。 
本发明鉴于上述而提出，其目的在于，提供一种不仅能快速转移到怠 速停止还能抑制怠速停止中的电解质膜的劣化以及单体电池电压的下降、且不需要设置放电电阻器的燃料电池系统及其控制方法。 
另外，若像上述专利文献2的技术那样完全停止从燃料电池取出电流，则存在如下风险：燃料电池会因残留在燃料电池系统内的氢和氧的发电而成为高电位，从而电解质膜会劣化。故而，在怠速停止中，设为优选从燃料电池取出低电流。因此，在怠速停止中，通过对燃料电池供应低流量的氧化剂气体，且执行从燃料电池取出低电流的怠速停止控制，能抑制基于滞留在电解质膜附近的氢和氧的反应的电解质膜的劣化、以及基于燃料电池的高电位化的电解质膜的劣化这两者。 
但是，在上述的怠速停止控制的执行中的燃料电池系统处于高地等大气压低的环境下，即处于空气的密度低环境下的情况下，为了确保与平地等量的作为氧化剂气体而供应的空气的流量，作为氧化剂气体供应单元的空气泵要在高速旋转下工作。如此，存在如下问题：空气泵的转速会超过保证怠速停止中的燃料电池系统的良好的噪声/振动(以下，称为“NV(噪声振动)”)性能的上限值，从而NV性能恶化。 
发明内容
本发明鉴于上述而提出，其目的在于，提供一种燃料电池系统及其控制方法，即使在一边供应低流量的氧化剂气体一边正在执行从燃料电池取出低电流的怠速停止控制的燃料电池系统处于低压环境下的情况下，也能抑制NV性能的恶化。 
用于解决课题的手段 
为了达成上述目的，本发明所涉及的燃料电池系统(例如，后述的燃料电池系统1)具备：燃料电池堆(例如，后述的燃料电池10)，其将多个通过被供应反应气体(例如，后述的氢以及空气)来发电的燃料电池单体电池进行层叠而构成；和反应气体供应单元(例如，后述的空气泵21，氢罐22，喷射器28以及调节器261)，其对所述燃料电池堆供应反应气体，所述燃料电池系统还具备：怠速停止控制单元(例如，后述的ECU40的怠速停止控制部以及VCU15)，其在怠速发电中给定条件成立的情况下，开始如下的怠速停止控制：一边由所述反应气体供应单元对所述燃料 电池堆供应流量比在所述怠速发电时低的氧化剂气体(例如，后述的空气)，一边从所述燃料电池堆取出比所述怠速发电时低的电流。 
首先，根据本发明，由于在怠速停止中从燃料电池堆取出电流，因此能避免输出电流值为0的OCV状态，能抑制基于燃料电池堆的高电位化的电解质膜的劣化。 
另外，根据本发明，由于将在怠速停止中从燃料电池堆取出的电流设为比在怠速发电时的电流低，因此能抑制怠速停止中的单体电池电压的下降。 
另外，根据本发明，由于在怠速停止中对燃料电池堆供应氧化剂气体，因此能确保用于稀释滞留在稀释器(例如，后述的稀释器50)内的燃料废气的氧化剂废气。故而，能减少必须预先确保的稀释气体(氧化剂气体，例如后述的空气)量，能快速转移到怠速停止。由此，燃油效率也得以提高。 
另外，根据本发明，由于在怠速停止中供应氧化剂气体，因此能减少在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氧量，从而能抑制在电解质膜的附近氢和氧在高浓度下反应，抑制电解质膜的劣化。 
另外，根据本发明，由于怠速停止中供应氧化剂气体，因此能通过空气泵(例如，后述的空气泵21)的驱动来消耗从燃料电池堆取出的电流。由此，由于与是否处于能对蓄电装置(例如，后述的高压蓄电池16)充电的状态无关地消耗从燃料电池堆取出的电流，因此不需要设置放电电阻器。 
另外，根据本发明，由于将在怠速停止中对燃料电池堆供应的氧化剂气体流量设为比在怠速发电时的流量低，因此不仅能得到上述的效果，还能减少多余的氧化剂气体的供应，且能抑制燃料电池系统的效率的恶化。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统还具备：单体电池电压阈值判定单元(例如，后述的ECU40的单体电池电压阈值判定部、单体电池电压传感器41以及图2的步骤S1的执行所涉及的单元)，其判定在所述怠速停止控制中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和单体电池电压恢复单元(例如，后述的ECU40的单体电池电压恢复部以及图2的步骤S4、5的执行所涉及的单元)，其 在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
通常，发电时生成的水通过所供应的反应气体而排出到系统外。然而，像在本发明的怠速停止时那样氧化剂气体的流量低的情况下，气体流路内的水未被完全排出从而堵塞气体流路的液泛现象会发生。若液泛现象发生，则氧化剂气体将变得不能流通，因此在电解质膜的附近氢和氧会在高浓度下反应，将不能抑制电解质膜的劣化。 
另外，若液泛现象发生，则燃料电池堆的最低单体电池电压会大幅度下降。在此情况下，存在在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内单体电池电压变得不稳定从而需要电流限制的风险。 
为此，根据本发明，在怠速停止中燃料电池堆的最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，判断为需要消除液泛现象，增加对燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量。由此，由于消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统还具备：单体电池电压下降时间判定单元(例如，后述的ECU40的单体电池电压下降时间判定部以及图2的步骤S3的执行所涉及的单元)，其将从开始所述怠速停止控制起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，所述单体电池电压恢复单元通过比在所述怠速发电时增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
在从开始怠速停止控制起给定时间内最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，认为该单体电池电压的异常的下降的原因在于，液泛现象过度发生从而大量的水堵塞气体流路内。故而，存在如下风险：即使增加对燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，在该流量低的情况下，也不能充分消除液泛现象。 
为此，根据本发明，在单体电池电压下降时间为给定时间内的情况下，比在怠速发电时增加氧化剂气体的流量。由此，由于能可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
在此情况下，优选地，所述单体电池电压恢复单元通过使由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
根据本发明，单体电池电压急剧下降，单体电池电压下降时间越短，就越增加氧化剂气体的流量。即，根据液泛现象的发生程度来增加对燃料电池堆供应的氧化剂气体流量。由此，由于能更可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
优选地，所述反应气体供应单元具备：氧化剂气体供应单元(例如，后述的空气泵21)，其对所述燃料电池堆供应氧化剂气体，燃料电池系统(例如，后述的燃料电池系统1A)还具备：低压环境判定单元(例如，后述的ECU40A的低压环境判定部、大气压传感器42以及GPS传感器43)，其判定在所述怠速停止控制中所述燃料电池系统是否处于低压环境下；和动作限制单元(例如，后述的ECU40A的动作限制部)，其在被判定为所述燃料电池系统处于低压环境下的情况下，限制所述氧化剂气体供应单元的动作。 
根据本发明，在怠速停止中执行一边对燃料电池供应流量比在怠速发电时低的氧化剂气体、一边从燃料电池取出比在怠速发电时低的电流的怠速停止控制的燃料电池系统中，在燃料电池系统处于低压环境下的情况下，限制氧化剂气体供应单元的动作。具体而言，例如将氧化剂气体供应单元用作空气泵的情况下，对空气泵的转速设定上限值，并在该上限值以6下使空气泵动作。由此，即使在上述怠速停止控制的执行中的燃料电池系统处于高地等的低压环境下的情况下，也能限制空气泵的动作，能抑制NV性能的恶化。 
在此情况下，优选地，所述氧化剂气体供应单元是空气泵(例如，后 述的空气泵21)。 
根据本发明，能可靠地起到上述发明的效果。另外，由于仅控制空气泵的转速即可，因此能通过简便的控制来抑制NV性能的恶化。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统还具备：单体电池电压阈值判定单元(例如，后述的ECU40A的单体电池电压阈值判定部、单体电池电压传感器41以及图8的步骤S31的执行所涉及的单元)，其判定在由所述动作限制单元进行的所述氧化剂气体供应单元的动作限制中，所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和单体电池电压恢复单元(例如，后述的ECU40A的单体电池电压恢复部以及图8的步骤S34、35的执行所涉及的单元)，其在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
根据本发明，在由动作限制单元进行的氧化剂气体供应单元的动作限制中燃料电池堆的最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，判断为需要消除液泛现象，并增加对燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量。由此，由于消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，能在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内确保稳定的单体电池电压。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统还具备：单体电池电压下降时间判定单元(例如，后述的ECU40A的单体电池电压下降时间判定部以及图8的步骤S33的执行所涉及的单元)，其将从由所述动作限制单元开始所述氧化剂气体供应单元的动作限制起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，所述单体电池电压恢复单元通过比在所述怠速发电时增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
根据本发明，在单体电池电压下降时间为给定时间内的情况下，比在 怠速发电时增加氧化剂气体的流量。由此，由于可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，能在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内确保稳定的单体电池电压。 
在此情况下，优选地，所述单体电池电压恢复单元通过使由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
根据本发明，单体电池电压急剧下降，单体电池电压下降时间越短，越增加氧化剂气体的流量。即，根据液泛现象的产生程度来增加对燃料电池堆供应的氧化剂气体流量。由此，由于可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，能在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内确保稳定的单体电池电压。 
另外，本发明的燃料电池系统(例如，后述的燃料电池系统1)的控制方法中，该燃料电池系统具备：燃料电池堆(例如，后述的燃料电池10)，其将多个通过被供应反应气体(例如，后述的氢以及空气)来发电的燃料电池单体电池进行层叠而构成；和反应气体供应单元(例如，后述的空气泵21、氢罐22、喷射器28以及调节器261)，其对所述燃料电池堆供应反应气体，所述燃料电池系统的控制方法还具备：怠速停止工序(例如，后述的由ECU40的怠速停止控制部执行的怠速停止控制工序)，在怠速发电中给定条件成立的情况下开始，一边由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应流量比在所述怠速发电时低的氧化剂气体(例如，后述的空气)，一边从所述燃料电池堆取出比所述怠速发电时低的电流。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压阈值判定工序(例如，后述的图2的步骤S1所示的工序)，判定在所述怠速停止工序中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和单体电池电压恢复工序(例如，后述的图2的步骤S4、5所示的工序)，在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压下降时间判定工序(例如，后述的图2的步骤S3所示的工序)，将从开始所述怠速停止工序起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，在所述单体电池电压恢复工序中，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，通过由所述反应气体供应单元将对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量比在所述怠速发电时增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
在此情况下，优选地，在所述单体电池电压恢复工序中，通过使由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
另外，优选地，所述燃料电池系统的控制方法还具备：低压环境判定工序(例如，后述的图6的步骤S12所示的工序)，判定在所述怠速停止工序中燃料电池系统(例如，后述的燃料电池系统1A)是否处于低压环境下；和动作限制工序(例如，后述的图6的步骤S14所示的工序)，在被判定为所述燃料电池系统处于低压环境下的情况下，限制所述反应气体供应单元所具备的所述氧化剂气体供应单元的动作。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压阈值判定工序(例如，后述的图8的步骤S31所示的工序)，判定在所述动作限制工序中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和单体电池电压恢复工序(例如，后述的图8的步骤S34、S35所示的工序)，在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
在此情况下，优选地，所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压下降时间判定工序(例如，后述的图8的步骤S33所示的工序)，将从开始所述动作限制工序起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，在所述单体电池电压恢复工序中，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，通过比在所述怠速发电时增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。 
在此情况下，优选地，在所述单体电池电压恢复工序中，通过使由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使单体电池电压恢复。 
本发明的燃料电池系统的控制方法是将上述的燃料电池系统作为方法性的发明展开而得到，起到与上述的燃料电池系统同样的效果。 
发明效果 
根据本发明，能提供一种不仅能快速转移到怠速停止还能抑制怠速停止中的电解质膜的劣化以及单体电池电压的下降、且不需要设置放电电阻器的燃料电池系统及其控制方法。 
另外，根据本发明，能提供一种燃料电池系统及其控制方法，即使在一边供应低流量的氧化剂气体一边正在执行从燃料电池取出低电流的怠速停止控制的燃料电池系统处于低压环境下的情况下，也能抑制NV性能的恶化。 
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池系统的框图。 
图2是表示在第1实施方式所涉及的怠速停止控制中恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制处理的过程的流程图。 
图3是表示在第1实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于通常的情况下的控制例的时序图。 
图4是表示在第1实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于异常的情况下的控制例的时序图。 
图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的燃料电池系统的框图。 
图6是表示在第2实施方式所涉及的怠速停止控制中限制空气泵转速的上限值的上限限制控制处理的过程的流程图。 
图7是表示判定在第2实施方式所涉及的怠速停止控制中是否处于低压环境下的低压环境判定处理的过程的流程图。 
图8是表示在第2实施方式所涉及的上限限制控制中恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制处理的过程的流程图。 
图9是表示在第2实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于通常的情况下的控制例的时序图。 
图10是表示在第2实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于异常的情况下的控制例的时序图。 
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的第1实施方式。此外，在第2实施方式的说明中，针对与第1实施方式通用的构成赋予相同的符号，并省略或简化其说明。 
[第1实施方式] 
图1是第1实施方式所涉及的燃料电池系统1的框图。 
燃料电池系统1具备：作为燃料电池堆的燃料电池10、作为对该燃料电池10供应反应气体的反应气体供应单元的供应装置20、对这些燃料电池10以及供应装置20进行控制的电子控制组件(以下，称为“ECU”)40。该燃料电池系统1例如搭载于将由燃料电池10发电的电力作为动力源的未图示的燃料电池车辆。 
燃料电池10例如是将数十个至数百个的燃料电池单体电池串联地电连接且层叠而成的堆结构。各单体电池是用一对隔离器来夹持膜电极结构体(MEA)而构成的。膜电极结构体由阳极电极(阴极)和阴极电极(阳极这两个电极、以及这些电极所夹持的固体高分子电解质膜构成。通常，两个电极由与固体高分子电解质膜接触而进行氧化/还原反应的触媒层、以及与该触媒层接触的气体扩散层形成。 
若这样的燃料电池10对形成于阳极电极(阴极)侧的阳极电极流路13供应作为燃料气体的氢，并对形成于阴极电极(阳极)侧的阴极电极流路14供应包含氧的作为氧化剂气体的空气(空气)，则氢和氧的电化学反应会进行从而发电。 
另外，燃料电池10经由电流限制器(VCU)15与作为蓄电装置的高压蓄电池16以及作为电负载的驱动马达17连接。对高压蓄电池16以及驱动马达17供应由燃料电池10发电的电力。 
VCU15具备未图示的DC-DC转换器等，并基于从ECU4输出的电流指令值来控制燃料电池10的放电电流。 
在高压蓄电池16的电压低于燃料电池10的输出电压的情况下，高压蓄电池16对由燃料电池10发电的电力进行蓄电。另一方面，根据需要来对驱动马达17供应电力，辅助驱动马达17的驱动。该高压蓄电池16例如由锂离子电池等二次电池、或蓄电器等构成。 
供应装置20包含作为对阴极电极流路14供应空气的氧化剂气体供应单元的空气泵21、作为对阳极电极流路13供应氢的燃料气体供应单元的氢罐22、喷射器28以及调节器(regulator)261而构成。 
空气泵21经由空气供应路径23与阴极电极流路14的一端侧连接。在阴极电极流路14的另一端侧连接有空气排出路径24，在该空气排出路径24的前端侧连接有后述的稀释器50。空气排出路径24将从燃料电池10排出的空气(氧化剂废气)导入到稀释器50。 
另外，背压阀241设置于空气排出路径24上。该背压阀241将空气供应路径23和阴极电极流路14内的压力控制为给定的压力。 
另外，在空气供应路径23上分支设置有将由空气泵21压缩后的空气作为稀释气体导入到稀释器50的稀释气体流路25。稀释气体流路25的前端侧与稀释器50连接。在稀释气体流路25上设置有使稀释气体流路25开闭的未图示的稀释气体截止阀。 
氢罐22经由氢供应路径26与阳极电极流路13的一端侧连接。喷射器28设置于该氢供应路径26上。另外，在氢供应路径26上的、氢罐22与喷射器28之间，设置有使氢供应路径26开闭的未图示的氢截止阀、对从氢罐22供应的氢的流量进行控制的调节器261。 
将从空气泵21向氢供应路径26的空气的压力作为信号压(先导压力)经由设置了未图示的孔的配管31输入到调节器261。调节器261基于所输入的空气的压力来控制氢的压力，由此，控制所供应的氢的流量。 
在阳极电极流路13的另一端侧连接有氢回流路径27。该氢回流路径 27的前端侧与喷射器28连接。氢回流路径27将从燃料电池10排出的氢(燃料废气)导入到喷射器28。喷射器28回收在氢回流路径27上流通的氢，并回流到氢供应路径26。 
在氢回流路径27上，从氢回流路径27分支而设置有用于排出氢(燃料废气)的氢排出路径29。氢排出路径29的前端侧与稀释器50连接。 
在氢排出路径29上设置有使氢排出路径29开闭的排气阀291。通过使该排气阀291打开来执行排气(purge)处理，将从燃料电池10排出的氢(燃料废气)导入到稀释器50。 
稀释器50通过经由空气排出路径24而导入的氧化剂废气以及经由稀释气体流路25而导入的氧化剂气体来稀释经由氢排出路径29而导入的滞留在稀释器50内的燃料废气。燃料废气通过使排气阀291打开来执行排气处理而被导入到稀释器50内，并在稀释器50内经过稀释后，排放到大气中。 
在本实施方式中，阴极电极流路14、空气供应路径23、空气排出路径24以及稀释气体流路25是氧化剂气体或氧化剂废气流通的氧化剂气体系流路，在图1中用黑色箭头表示。另外，阳极电极流路13、氢供应路径26、氢回流路径27以及氢排出路径29是燃料气体或燃料废气流通的燃料气体系流路，在图1中用白色箭头表示。 
上述的空气泵21、背压阀241、稀释气体截止阀、氢截止阀以及排气阀291与ECU40电连接，并由ECU40控制。 
ECU40具备：输入电路，其具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，将电压电平修正为给定的电平，并将模拟信号值变换为数字信号值等的功能；以及中央运算处理组件(以下，称为“CPU”)。此外，ECU40具备：存储电路，其将由CPU执行的各种运算程序以及运算结果等进行存储；以及输出电路，其对空气泵21、背压阀241、稀释气体截止阀、氢截止阀以及排气阀291等输出控制信号。 
另外，在ECU40连接有用于检测燃料电池10的单体电池电压的单体电池电压传感器41。该单体电池电压传感器41检测构成燃料电池10的多个燃料电池单体电池的每一个的单体电池电压。将检测信号发送到ECU40，并将检测出的燃料电池单体电池的每一个的单体电池电压中的、 最低的单体电池电压设为最低单体电池电压。 
此外，单体电池电压传感器41可以构成为将多个燃料电池单体电池中的2个以上设为1个燃料电池单体电池群，并检测这些燃料电池单体电池群的每一个的电压。在此情况下，将燃料电池单体电池群的每一个的电压中的、最低的电压设为最低单体电池电压。 
ECU40具备怠速停止控制部、单体电池电压阈值判定部、单体电池电压下降时间判定部、单体电池电压恢复部，作为用于执行后述的怠速停止控制以及单体电池电压恢复控制的模块。 
在怠速发电中给定条件成立的情况下，怠速停止控制部开始后述的怠速停止控制。 
在此，以比车辆行驶时的通常发电时低的计量来进行发电的怠速发电例如在车速持续了给定时间为零的情况下执行。 
另外，给定条件成立的情况例如是判定为稀释器50内的当前的氢浓度为给定的氢浓度以下、且稀释器50内的燃料废气的稀释已完成的情况。将给定的氢浓度设定为在执行后述的怠速停止控制的情况下高浓度的氢不被排出到车外的浓度。 
稀释器50内的当前的氢浓度例如基于从打开排气阀291而将燃料废气导入到稀释器50内起，也就是从前次排气处理起导入到稀释器50内的稀释气体量的累加值而算出。即，在前次排气处理后，导入到稀释器50内的稀释气体量的累加值为给定值以上的情况下，能判定为稀释器50内的当前的氢浓度为给定的氢浓度以下。从前次排气处理起的稀释气体量的累加值基于从前次排气处理起的电流累加值而算出。 
此外，稀释是否已完成例如可以基于用于检测从稀释器50的排出的气体中的氢浓度的氢浓度传感器的检测信号来判定。 
怠速停止控制部根据上述的给定条件已经成立来开始怠速停止控制，即一边对燃料电池10供应流量比在怠速发电时的低的空气，一边从燃料电池10取出比在怠速发电时低的电流。 
具体而言，怠速停止控制部对VCU15输出比在怠速发电时的电流指令值(以下，称为“怠速发电用电流指令值”)低的电流指令值(以下，称为“怠速停止用电流指令值”)，并对燃料电池10的放电电流进行控 制。由此，放电电流比在怠速发电时下降。该放电电流利用于空气泵21的驱动。 
此外，在燃料电池10的最低单体电池电压低于后述的最低单体电池电压阈值而执行后述的单体电池电压恢复控制的情况下，或者有来自驾驶者的加速请求的情况下，解除该怠速停止控制。 
另外，怠速停止控制部根据怠速停止用电流指令值来设定比在怠速发电时低流量的空气流量，并对空气泵21输出与所设定的空气流量相应的空气泵转速的指令值。由此，将比在怠速发电时低流量的空气供应到燃料电池10。另外，在本实施方式的燃料电池系统1中，将与低流量的空气对应的信号压输入到调节器261，并将比在怠速发电时低流量的氢供应到燃料电池10。即，以比在怠速发电时进一步低的计量来进行发电。例如，较之在怠速发电中将计量比设定为约2.0，在本实施方式的怠速停止控制中将计量比设定为约1.0。 
单体电池电压阈值判定部判定在上述的怠速停止控制中燃料电池10的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。 
更具体地说，单体电池电压阈值判定部取得由单体电池电压传感器41检测出的燃料电池单体电池的每一个的单体电池电压中的、最低的最低单体电池电压，并判定所取得的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。 
在此，从在车辆行驶时的通常发电时保护燃料电池10的观点出发，将给定的最低单体电池电压阈值设定为开始电流限制的单体电池电压以下、且不成为负电压的值。由此，避免与是否需要开始电流限制无关地使放电电流指令值增加，从而确保稳定的单体电池电压。 
单体电池电压下降时间判定部判定在从开始上述的怠速停止控制起到燃料电池10的最低单体电池电压低于上述的最低单体电池电压阈值为止的时间(以下，称为“单体电池电压下降时间”)是否为给定时间(以下，称为“单体电池电压异常下降判断时间”)内。 
更具体地说，单体电池电压下降时间判定部通过计时器来测量取得上述的单体电池电压下降时间，并判定所取得的单体电池电压下降时间是否为上述的单体电池电压异常下降判断时间内。在此，通过预先进行实验来 设定单体电池电压异常下降判断时间。 
单体电池电压恢复控制部在上述的怠速停止控制中执行用于恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制。 
具体而言，在由上述的单体电池电压阈值判定部判定为燃料电池10的最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值的情况下，单体电池电压恢复控制部增加对燃料电池10供应的空气的流量。 
另外，在由上述的单体电池电压下降时间判定部判定为单体电池电压下降时间为单体电池电压异常下降判断时间内的情况下，将空气流量比在怠速发电时增加。具体而言，通过对VCU15输出比怠速发电用电流指令值高的电流指令值(以下，称为“异常单体电池电压恢复用电流指令值”)，放电电流比在怠速发电时变高。另外，根据异常单体电池电压恢复用电流指令值来设定比在怠速发电时高流量的空气流量，并对空气泵21输出与所设定的空气流量相应的空气泵转速的指令值。由此，将比在怠速发电时高流量的空气供应到燃料电池10。另外，将与高流量的空气对应的信号压输入到调节器261，将比在怠速发电时高流量的氢供应到燃料电池10。即，以比在怠速发电时高的计量进行发电。 
另外，在被判定为单体电池电压下降时间为单体电池电压异常下降判断时间内的情况下，单体电池电压恢复控制部使空气流量随单体电池电压下降时间变短而增加。即，对VCU15输出与单体电池电压下降时间相应的电流指令值，并对空气泵21输出与该电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，根据单体电池电压下降时间，即液泛(フラッティング)现象的发生程度来对空气流量以及氢流量进行增量。 
以下，参照图2来详细说明由ECU进行的在怠速停止控制中恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制。 
图2是表示由ECU进行的在怠速停止控制中恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制处理的过程的流程图。图2所示的处理在怠速停止控制中由ECU按每个给定的控制周期重复执行。 
在步骤S1中，判别在怠速停止控制中燃料电池的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。在该判别为“是”的情况下，判断为液泛现象发生，需要消除液泛现象来恢复单体电池电压，并转移到步 骤S3。在该判别为“否”的情况下，判断为还不需要恢复单体电池电压，并转移到步骤S2。 
在步骤S2中，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并继续与怠速停止用电流指令值相应的低流量的空气以及氢的供应。即，继续怠速停止控制，并结束本处理。 
在步骤S3中，判别单体电池电压下降时间是否为给定的单体电池电压异常下降判断时间内。在该判别为“是”的情况下，被认为是因液泛现象的发生而导致的单体电池电压的异常下降，判断为若不使空气流量比在怠速发电时增加就不能消除液泛现象，并转移到步骤S5。在该判别为“否”的情况下，被认为是单体电池电压的通常下降，判断为若使增加到与在怠速发电时等量的空气流量就能消除液泛现象，并转移到步骤S4。 
在步骤S4中，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并供应比与怠速停止用电流指令值相应的流量高的、与怠速发电用电流指令值相应的流量的空气以及氢。供应更高流量的空气以及氢的结果是，不仅消除液泛现象、抑制电解质膜的劣化，还使单体电池电压得以恢复。由此，怠速停止控制被解除，结束本处理。 
在步骤S5中，对VCU输出异常单体电池电压恢复用电流指令值，并供应比与怠速发电用电流指令值相应的流量进一步高的、与异常单体电池电压恢复用电流指令值相应的流量的空气以及氢。供应更高流量的空气以及氢的结果是，不仅可靠地消除液泛现象、抑制电解质膜的劣化，还使单体电池电压得以恢复。由此，怠速停止控制被解除，结束本处理。 
图3是表示在本实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中，单体电池电压的下降处于通常的情况下的控制例的时序图。 
此外，如上所述，在本实施方式的燃料电池系统中，根据电流指令值来设定空气流量，并根据基于所设定的空气流量的空气压来设定氢流量，因此，空气的流量(压力、计量)、氢的流量(压力、计量)以及输出电流均呈现同样的变化。故而，在图3中，仅示出它们之中的空气流量(在后述的图4中也是同样的)。 
首先，在时刻t10～t11执行怠速发电。具体而言，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空 气泵转速的指令值。由此，不仅供应比在车辆行驶时的通常运转时低流量的空气以及氢，而且与通常发电时比，放电电流下降。此外，此时，平均单体电池电压与最低单体电池电压几乎相等，未确认单体电池电压的异常。 
接下来，在时刻t11～t13，执行本实施方式的怠速停止控制。具体而言，如上所述，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速停止用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，供应比在怠速发电时低流量的空气以及氢，并如图3所示，空气流量下降。另外，由于放电电流比在怠速发电时下降，因此在时刻t11平均单体电池电压以及最低单体电池电压均变高一些。其后，到时刻t13为止的期间，平均单体电池电压看不出大的变化，另一方面，最低单体电池电压逐渐减少。 
此外，在从开始怠速停止控制的时刻t11起经过了单体电池电压异常下降判断时间的时刻t12最低单体电池电压不低于最低单体电池电压阈值。故而，在时刻t12还不需要单体电池电压的恢复，并继续低流量的空气的供应(参照图2的步骤S2)。 
接下来，在时刻t13，由于最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值，因此判断为液泛现象发生，需要消除液泛现象来使单体电池电压恢复，从而增加空气的流量来使单体电池电压。此时，由于从开始怠速停止控制的时刻t11起已经经过了单体电池电压异常下降判断时间，因此判断为若使其增加到怠速发电时的空气流量则能消除液泛现象，并对VCU输出怠速发电用电流指令值，对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空气泵转速的指令值(参照图2的步骤S4)。由此，如图3所示那样，空气流量增加到与在怠速发电时等量，最低单体电池电压立刻恢复。 
另外，图4是表示在本实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于异常的情况下的控制例的时序图。 
首先，在时刻t20～t21，执行怠速发电。具体而言，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，不仅供应比在车辆行驶时的通常运转时低流量的空气以及氢，而且与通常发电时比，放电电流下降。此外，此时的最低单体电池电压比平均单体电池电压低一些，确认单体电池电压存在一些异 常。 
接下来，在时刻t21～t22，执行本实施方式的怠速停止控制。具体而言，如上所述，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速停止用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，供应比在怠速发电时低流量的空气，并如图4所示，空气流量下降。另外，由于放电电流比在怠速发电时下降，因此在时刻t21，平均单体电池电压以及最低单体电池电压均变高一些。其后，到时刻t23为止的期间，平均单体电池电压看不出大的变化，另一方面，最低单体电池电压急剧减少。 
接下来，在时刻t22，由于最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值，因此判断为液泛现象发生，需要消除液泛现象来使单体电池电压恢复，从而增加空气流量来使单体电池电压。此时，由于从开始怠速停止控制的时刻t21起的时间为单体电池电压异常下降判断时间内，因此液泛现象过度发生使得单体电池电压的下降处于异常，判断为若不使空气流量比在怠速发电时增加就不能充分消除液泛现象，从而对VCU输出异常单体电池电压恢复用电流指令值，并对空气泵输出与该异常单体电池电压恢复用电流指令值相应的空气泵转速的指令值(参照图2的步骤S5)。由此，如图4所示那样，空气流量比在怠速发电时增加，最低单体电池电压立刻恢复。 
另外，此时，空气流量的增加量(图4的增加量A)是根据从开始怠速停止控制的执行的时刻t21起到最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值的时刻t22为止的时间(图4的单体电池电压下降时间T)而设定的。具体而言，由于单体电池电压下降时间T越短，液泛现象的发生就越明显，从而越能判断为单体电池电压的下降处于异常，因此，为了更可靠地消除液泛现象来使单体电池电压恢复，将增加量A设定得较大。 
根据本实施方式，起到如下效果。 
(1)首先，根据本实施方式，由于在怠速停止中从燃料电池10取出电流，因此能避免输出电流值为0即OCV状态，能抑制燃料电池10的高电位化所带来的电解质膜的劣化。 
另外，根据本实施方式，由于将在怠速停止中从燃料电池10取出的电流设为比在怠速发电时低的电流，因此能抑制怠速停止中的单体电池电压的下降。 
另外，根据本实施方式，由于在怠速停止中对燃料电池10供应空气，因此能确保用于稀释滞留在稀释器50内的燃料废气(氢)的氧化剂废气(空气)。故而，能减少必须预先确保的稀释气体(空气)量，能快速转移到怠速停止。由此，燃油效率也得以提高。 
另外，根据本实施方式，由于在怠速停止中供应空气，因此能减少在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氧量，从而能抑制在电解质膜的附近氢和氧在高浓度下进行反应，能抑制电解质膜的劣化。 
另外，根据本实施方式，由于在怠速停止中供应空气，因此能通过空气泵21的驱动来消耗从燃料电池10取出的电流。由此，由于能与是否为能对高压蓄电池16充电的状态无关地来消耗从燃料电池10取出的电流，因此不需要设置放电电阻器。 
另外，根据本实施方式，由于将在怠速停止中对燃料电池10供应的空气流量设为比在怠速发电时低的流量，因此在得到上述的效果的同时，能减少多余的空气的供应，从而还能抑制燃料电池系统1的效率的恶化。 
(2)通常，发电时生成的水通过所供应的反应气体而排出到系统外。然而，像在本实施方式的怠速停止时那样空气的流量低的情况下，例如空气供应路径23或阴极电极流路14内的水未被完全排出从而堵塞这些流路的液泛现象会发生。若液泛现象发生，则空气将变得不能流通，因此在电解质膜的附近氢和氧会在高浓度下反应，将不能抑制电解质膜的劣化。 
另外，若液泛现象发生，则燃料电池10的最低单体电池电压会大幅度下降。在此情况下，存在在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内单体电池电压变得不稳定从而需要电流限制的风险。 
为此，根据本实施方式，在怠速停止中燃料电池10的最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，判断为需要消除液泛现象，增加对燃料电池10供应的空气的流量。由此，由于消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
(3)在从开始怠速停止控制起给定时间内最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，认为该单体电池电压的异常的下降的原因在于，液泛现象过度发生从而大量的水堵塞空气供应路径23或阴 极电极流路14内。故而，存在如下风险：即使增加对燃料电池10供应的空气的流量，在该流量低的情况下，也不能充分消除液泛现象。 
为此，根据本发明，在单体电池电压下降时间为给定时间内的情况下，比在怠速发电时增加氧化剂气体的流量。由此，由于能可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
(4)根据本实施方式，单体电池电压急剧下降，单体电池电压下降时间越短，就越增加氧化剂气体的流量。即，根据液泛现象的发生程度来增加对燃料电池10供应的空气流量。由此，由于能更可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
此外，本发明不局限于上述实施方式，在能达成本发明的目的的范围内的变形、改良等在包含在本发明中。 
例如，尽管在上述实施方式中，设为了在怠速停止控制中供应低流量的空气以及氢的构成，但不限于此，例如可以设为不供应氢而仅供应低流量的空气的构成。 
[第2实施方式] 
图5是第2实施方式所涉及的燃料电池系统1A的框图。 
燃料电池系统1A具备：燃料电池10、对该燃料电池10供应反应气体的供应装置20、对这些燃料电池10以及供应装置20进行控制的电子控制组件(以下，称为“ECU”)40A。该燃料电池系统1A例如搭载于将由燃料电池10发电的电力作为动力源的未图示的燃料电池车辆。 
燃料电池10以及供应装置20的构成与第1实施方式相同。空气泵21、背压阀241、稀释气体截止阀、氢截止阀以及排气阀291与ECU40A电连接，并由ECU40A控制。 
ECU40A的硬件构成与第1实施方式相同。另外，将单体电池电压传感器41、大气压传感器42以及GPS传感器43与ECU40A电连接。并将这些传感器的检测信号发送到ECU40A。 
单体电池电压传感器41检测构成燃料电池10的多个燃料电池单体电池的每一个的单体电池电压。ECU40A将检测出的燃料电池单体电池的每 一个的单体电池电压中的、最低的单体电池电压设为最低单体电池电压。 
此外，单体电池电压传感器41可以构成为将多个燃料电池单体电池中的2个以上设为1个燃料电池单体电池群，并检测这些燃料电池单体电池群的每一个的电压。在此情况下，ECU40A将燃料电池单体电池群的每一个的电压中的最低的电压设为最低单体电池电压。 
大气压传感器42设置于空气泵21的外部气体取入口处，并精度良好地检测当前位置的大气压。 
GPS传感器43设置于未图示的导航系统中，并接收从GPS卫星发送来的GPS信号，精度良好地检测燃料电池车辆的当前位置的经度、纬度以及海拔高度。 
ECU40A具备怠速停止控制部、低压环境判定部、动作限制部、单体电池电压阈值判定部、单体电池电压下降时间判定部以及单体电池电压恢复部，作为后述的用于执行怠速停止控制、上限限制控制以及单体电池电压恢复控制的模块。 
怠速停止控制部的构成与第1实施方式相同。 
低压环境判定部判定上述的怠速停止控制的执行中的燃料电池车辆是否处于低压环境下。 
具体而言，在符合由大气压传感器42检测出的大气压低于给定的大气压阈值、以及由GPS传感器43检测出的当前位置的海拔高度超过了给定的海拔高度阈值这两种情况中的任一种的情况下，低压环境判定部判定为燃料电池车辆处于低压环境下。 
为了确保在怠速停止控制中供应的空气流量，将给定的大气压阈值例如设定为使工作的空气泵21的转速开始变高、NV性能开始恶化时的大气压。同样，为了确保在怠速停止控制中供应的空气流量，将给定的標高阈值例如设定为使工作的空气泵21的转速开始变高、NV性能开始恶化时的海拔高度。 
在由低压环境判定部判定为正在执行上述的怠速停止控制的燃料电池车辆处于低压环境下的情况下，动作限制部限制空气泵21的动作。 
具体而言，对空气泵21的转速设定给定的上限值，并执行在该上限值以下来使空气泵21动作的上限限制控制。 
将给定的上限值设定为在怠速停止控制中能确保燃料电池系统1的良好的NV性能的转速的上限值(例如，700rpm)。 
单体电池电压阈值判定部判定在上述的上限限制控制中燃料电池10的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。 
更具体地说，单体电池电压阈值判定部取得由单体电池电压传感器41检测出的燃料电池单体电池的每一个的单体电池电压中的、最低的单体电池电压，并判定所取得的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。 
在此，从在车辆行驶时的通常发电时保护燃料电池10的观点出发，将给定的最低单体电池电压阈值设定为开始电流限制的单体电池电压以下、且不成为负电压的值。由此，避免与是否需要开始电流限制无关地使放电电流指令值增加，从而确保稳定的单体电池电压。 
单体电池电压下降时间判定部判定在上述的上限限制控制中从开始上述的怠速停止控制起到燃料电池10的最低单体电池电压低于上述的最低单体电池电压阈值为止的时间(以下，称为“单体电池电压下降时间”)是否为给定时间(以下，称为“单体电池电压异常下降判断时间”)内。 
更具体地说，单体电池电压下降时间判定部通过计时器来测量取得上述的单体电池电压下降时间，并判定所取得的单体电池电压下降时间是否为上述的单体电池电压异常下降判断时间内。在此，通过预先进行实验来设定单体电池电压异常下降判断时间。 
单体电池电压恢复控制部在上述的上限限制控制中执行用于恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制。 
具体而言，在由上述的单体电池电压阈值判定部判定为燃料电池10的最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值的情况下，单体电池电压恢复控制部增加对燃料电池10供应的空气的流量。 
另外，在由上述的单体电池电压下降时间判定部判定为单体电池电压下降时间为单体电池电压异常下降判断时间内的情况下，将空气流量比在怠速发电时增加。具体而言，通过对VCU15输出比怠速发电用电流指令值高的电流指令值(以下，称为“异常单体电池电压恢复用电流指令值”)，放电电流比在怠速发电时变高。另外，根据异常单体电池电压恢复用电流 指令值来设定比在怠速发电时高流量的空气流量，并对空气泵21输出与所设定的空气流量相应的空气泵转速的指令值。由此，将比在怠速发电时高流量的空气供应到燃料电池10。另外，将与高流量的空气对应的信号压输入到调节器261，将比在怠速发电时高流量的氢供应到燃料电池10。即，以比在怠速发电时高的计量进行发电。 
另外，在被判定为单体电池电压下降时间为单体电池电压异常下降判断时间内的情况下，单体电池电压恢复控制部使空气流量随单体电池电压下降时间变短而增加。即，对VCU15输出与单体电池电压下降时间相应的电流指令值，并对空气泵21输出与该电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，根据单体电池电压下降时间，即液泛现象的发生程度来对空气流量以及氢流量进行增量。 
以下，参照图6来详细说明在怠速停止控制中用于限制空气泵转速的上限值的上限限制控制处理的过程。 
图6是表示在怠速停止控制中用于限制空气泵转速的上限值的上限限制控制处理的过程的流程图。图6所示的处理对应于点火开关的接通而开始，并由ECU按每个给定的控制周期而重复执行。 
在步骤S11中，判定是否处于怠速停止控制中。在该判别为“是”的情况下，转移到步骤S12，在为“否”的情况下，结束本处理。 
在步骤S12中，在执行了用于判定燃料电池车辆是否处于低压环境下的低压环境判定后，转移到步骤S13。此外，针对低压环境判定的过程，在后段参照图7来进行说明。 
在步骤S13中，基于步骤S12的判定结果来判别燃料电池车辆是否处于低压环境下。在该判别为“是”的情况下，判断为为了确保良好的NV性能而需要限制空气泵的动作，并转移到步骤S14。在该判别为“否”的情况下，判断为即使不限制空气泵的动作也能确保良好的NV性能，并结束本处理。 
在步骤S14中，限制空气泵的动作，并结束本处理。具体而言，对空气泵的转速设定给定的上限值，并执行在该上限值以下来使空气泵动作的上限限制控制。由此，限制空气泵的动作，确保良好的NV性能。 
图7是表示用于判定在由ECU进行的怠速停止控制中是否处于低压 环境下的低压环境判定处理的过程的流程图。 
在步骤S21中，判别是否符合由大气压传感器检测出的大气压低于给定的大气压阈值、以及由GPS传感器检测出的当前位置的海拔高度超过了给定的海拔高度阈值这两种情况中的任一种情况，在至少符合其中一种情况从而该判别为“是”的情况下，转移到步骤S22，判定为燃料电池车辆处于低压环境下，并结束本处理。在两种情况均不符合从而该判别为“否”的情况下，判断为燃料电池车辆不处于低压环境下，并结束本处理。 
在此，在本实施方式的上限限制控制中，由于空气泵的动作受限且空气流量也受限，因此气体流路内的水未被完全排出从而堵塞气体流路的液泛现象会发生。若液泛现象发生，则空气将变得不能流通，因此在电解质膜的附近氢和氧会在高浓度下进行反应，将不能抑制电解质膜的劣化。另外，若液泛现象发生，则燃料电池堆的最低单体电池电压会大幅度下降。在此情况下，存在在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内单体电池电压变得不稳定从而需要电流限制的风险。 
为此，在本实施方式中，在上限限制控制中执行由上述的单体电池电压恢复控制部进行的单体电池电压恢复控制。以下，参照图8来说明本实施方式的单体电池电压恢复控制。 
图8是表示在上限限制控制中用于恢复单体电池电压的单体电池电压恢复控制处理的过程的流程图。 
在步骤S31中，判别在上限限制控制中燃料电池的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值。在该判别为“是”的情况下，判断为液泛现象发生从而需要消除液泛现象来恢复单体电池电压，并转移到步骤S33。在该判别为“否”的情况下，判断为不需要恢复单体电池电压，并转移到步骤S32。 
在步骤S32中，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并继续供应与怠速停止用电流指令值相应的低流量的空气以及氢的供应。即，继续怠速停止控制，结束本处理。 
在步骤S33中，判别单体电池电压下降时间是否为给定的单体电池电压异常下降判断时间内。在该判别为“是”的情况下，认为是因液泛现象的发生而导致的单体电池电压的异常下降，判断为若不使空气流量比在怠 速发电时增加就不能消除液泛现象，并转移到步骤S35。在该判别为“否”的情况下，认为是单体电池电压的通常下降，判断为若使增加到与在怠速发电时等量的空气流量就能消除液泛现象，并转移到步骤S34。 
在步骤S34中，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并供应比与怠速停止用电流指令值相应的流量高的、与怠速发电用电流指令值相应的流量的空气以及氢。供应更高流量的空气以及氢的结果是，不仅消除液泛现象、抑制电解质膜的劣化，还使单体电池电压得以恢复。由此，怠速停止控制以及上限限制控制被解除，结束本处理。 
在步骤S35中，对VCU输出异常单体电池电压恢复用电流指令值，并供应比与怠速发电用电流指令值相应的流量还要高的、与异常单体电池电压恢复用电流指令值相应的流量的空气以及氢。供应更高流量的空气以及氢的结果是，不仅可靠地消除液泛现象、抑制电解质膜的劣化，还使单体电池电压得以恢复。由此，怠速停止控制以及上限限制控制被解除，结束本处理。 
图9是表示在本实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中，单体电池电压的下降处于通常的情况下的控制例的时序图。图9所示的控制例是针对处于低压环境下的燃料电池车辆来执行怠速停止控制的例子。 
此外，如上所述，在本实施方式的燃料电池系统中，根据电流指令值来设定空气流量，并根据基于所设定的空气流量的空气压来设定氢流量，因此，空气的流量(压力、计量)、氢的流量(压力、计量)以及输出电流均呈现同样的变化。故而，在图9中，仅示出它们之中的空气流量(在后述的图10中也设为同样)。 
首先，在时刻t10～t11，执行怠速发电。具体而言，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，不仅供应比在车辆行驶时的通常运转时低流量的空气以及氢，而且与通常发电时比，放电电流下降。此外，此时的平均单体电池电压与最低单体电池电压几乎相等，未确认单体电池电压的异常。 
接下来，在时刻t11～t13，执行本实施方式的怠速停止控制。具体而言，如上所述，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并对空气泵输出与该怠 速停止用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。此时，由于燃料电池车辆处于低压环境下，因此还兼执行用于限制空气泵的动作的上限限制控制。 
由此，在确保了NV性能的状态下供应比在怠速发电时低流量的空气以及氢，并如图9所示，空气流量下降。另外，由于放电电流比在怠速发电时下降，因此在时刻t11，平均单体电池电压以及最低单体电池电压均变高一些。其后，到时刻t13为止的期间，平均单体电池电压看不出大的变化，另一方面，最低单体电池电压逐渐减少。 
此外，在从开始怠速停止控制的时刻t11起经过了单体电池电压异常下降判断时间的时刻t12，最低单体电池电压不低于最低单体电池电压阈值。故而，判断为在时刻t12还不需要单体电池电压的恢复，并继续低流量的空气的供应(参照图8的步骤S32)。 
接下来，在时刻t13，由于最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值，因此判断为液泛现象发生且需要消除液泛现象来使单体电池电压恢复，从而增加空气的流量来使单体电池电压恢复。此时，由于从开始怠速停止控制的时刻t11起已经经过了单体电池电压异常下降判断时间，因此判断为若使其增加到怠速发电时的空气流量则能消除液泛现象，并对VCU输出怠速发电用电流指令值，对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空气泵转速的指令值(参照图8的步骤S34)。由此，怠速停止控制以及上限限制控制被解除，如图9所示那样，空气流量增加到与在怠速发电时等量，最低单体电池电压立刻恢复。 
另外，图10是表示在本实施方式所涉及的单体电池电压恢复控制中单体电池电压的下降处于异常的情况下的控制例的时序图。图10所示的控制例是针对处于低压环境下的燃料电池车辆来执行怠速停止控制的控制例。 
首先，在时刻t20～t21，执行怠速发电。具体而言，对VCU输出怠速发电用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速发电用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。由此，不仅供应比在车辆行驶时的通常运转时低流量的空气以及氢，而且与通常发电时比，放电电流下降。此外，此时的最低单体电池电压比平均单体电池电压低一些，确认单体电池电压存在一些异 常。 
接下来，在时刻t21～t22，执行本实施方式的怠速停止控制。具体而言，如上所述，对VCU输出怠速停止用电流指令值，并对空气泵输出与该怠速停止用电流指令值相应的空气泵转速的指令值。此时，由于燃料电池车辆处于低压环境下，因此还兼执行用于限制空气泵的动作的上限限制控制。 
由此，在确保了NV性能的状态下供应比在怠速发电时低流量的空气以及氢，并如图10所示，空气流量下降。另外，由于放电电流比在怠速发电时下降，因此在时刻t21，平均单体电池电压以及最低单体电池电压均变高一些。其后，到时刻t22为止的期间，平均单体电池电压看不出大的变化，另一方面，最低单体电池电压急剧减少。 
接下来，在时刻t22，由于最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值，因此判断为液泛现象发生，需要消除液泛现象来使单体电池电压恢复，从而增加空气流量来使单体电池电压。此时，由于从开始怠速停止控制的时刻t21起的时间为单体电池电压异常下降判断时间内，因此液泛现象过度发生使得单体电池电压的下降处于异常，判断为若不使空气流量比在怠速发电时增加就不能充分消除液泛现象，从而对VCU输出异常单体电池电压恢复用电流指令值，并对空气泵输出与该异常单体电池电压恢复用电流指令值相应的空气泵转速的指令值(参照图8的步骤S35)。由此，怠速停止控制以及上限限制控制被解除，如图10所示那样，空气流量比在怠速发电时增加，最低单体电池电压立刻恢复。 
另外，此时，空气流量的增加量(图10的增加量A)是根据从开始怠速停止控制的执行的时刻t21起到最低单体电池电压低于最低单体电池电压阈值的时刻t22为止的时间(图10的单体电池电压下降时间T)而设定的。具体而言，由于单体电池电压下降时间T越短，液泛现象的发生就越明显，从而越能判断为单体电池电压的下降处于异常，因此，为了更可靠地消除液泛现象来使单体电池电压恢复，将增加量A设定得较大。 
根据本实施方式，起到如下效果。 
(1)根据本实施方式，在怠速停止中执行一边对燃料电池10供应比在怠速发电时低流量的氧化剂气体、一边从燃料电池10取出比在怠速发 电时低的电流的怠速停止控制的燃料电池系统1A中，在燃料电池系统1A处于低压环境下的情况下，限制空气泵21的动作。具体而言，对空气泵21的转速设定上限值，并执行在该上限值以下来使空气泵21动作的上限限制控制。由此，即使在上述怠速停止控制的执行中的燃料电池系统1A位于高地等低压环境下的情况下，也能限制空气泵21的动作，抑制NV性能的恶化。另外，由于仅控制空气泵21的转速即可，因此能通过简便的控制来抑制NV性能的恶化。 
(2)另外，根据本实施方式，在上限限制控制中燃料电池10的最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，判断为液泛现象已发生，并增加对燃料电池10供应的空气的流量。由此，由于消除了液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
(3)另外，在上限限制控制中，在从开始怠速停止控制起给定时间(单体电池电压异常下降判断时间)内最低单体电池电压低于给定的最低单体电池电压阈值的情况下，认为该单体电池电压的异常的下降的原因在于，液泛现象过度发生从而大量的水堵塞空气供应路径23或阴极电极流路14内。故而，存在如下风险：在对燃料电池10供应的空气的流量低的情况下，不能充分消除液泛现象。 
为此，根据本发明，在单体电池电压下降时间为给定时间内的情况下，比在怠速发电时增加空气的流量。由此，由于能可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
(4)另外，根据本实施方式，在上限限制控制中单体电池电压急剧下降的情况下，单体电池电压下降时间越短，就越增加氧化剂气体的流量。即，根据液泛现象的发生程度来增加对燃料电池10供应的空气流量。由此，由于能更可靠地消除液泛现象，因此不仅能抑制电解质膜的劣化还能恢复单体电池电压，且在紧挨从怠速停止起的复原后的时间内能确保稳定的单体电池电压。 
此外，本发明不局限于上述实施方式，在能达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。 
例如，尽管在上述实施方式中在怠速停止控制中供应低流量的空气以及氢，但也可以是不供应氢而仅供应低流量的空气的构成。 
(符号说明) 
1，1A…燃料电池系统 
10…燃料电池 
15…VCU(怠速停止控制单元) 
21…空气泵(反应气体供应单元、氧化剂气体供应单元) 
22…氢罐(反应气体供应单元、燃料气体供应单元) 
28…喷射器(反应气体供应单元、燃料气体供应单元) 
261…调节器(反应气体供应单元、燃料气体供应单元) 
40…ECU(怠速停止控制单元、单体电池电压阈值判定单元、单体电池电压下降时间判定单元、单体电池电压恢复单元) 
40A…ECU(怠速停止控制单元、低压环境判定单元、动作限制单元、单体电池电压阈值判定单元、单体电池电压下降时间判定单元、单体电池电压恢复单元) 
41…单体电池电压传感器(单体电池电压阈值判定单元) 
42…大气压传感器(低压环境判定单元) 
43…GPS传感器(低压环境判定单元) 

Claims (17)

1.一种燃料电池系统，具备：燃料电池堆，其将多个通过被供应反应气体来发电的燃料电池单体电池进行层叠而构成；和反应气体供应单元，其对所述燃料电池堆供应反应气体，
所述燃料电池系统的特征在于，
具备：怠速停止控制单元，其在怠速发电中给定条件成立的情况下，开始如下的怠速停止控制：一边由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应流量比在所述怠速发电时低的氧化剂气体以及燃料气体，一边对所述燃料电池堆的放电电流进行控制来从所述燃料电池堆取出比所述怠速发电时低的电流，
所述怠速停止控制单元在怠速停止中继续所述怠速停止控制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备：
单体电池电压阈值判定单元，其判定在所述怠速停止控制中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和
单体电池电压恢复单元，其在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备：单体电池电压下降时间判定单元，其将从开始所述怠速停止控制起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，
在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，所述单体电池电压恢复单元通过比在所述怠速发电时增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述单体电池电压恢复单元通过使由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述反应气体供应单元具备：氧化剂气体供应单元，其对所述燃料电池堆供应氧化剂气体，
所述燃料电池系统还具备：
低压环境判定单元，其判定在所述怠速停止控制中所述燃料电池系统是否处于低压环境下；和
动作限制单元，其在被判定为所述燃料电池系统处于低压环境下的情况下，限制所述氧化剂气体供应单元的动作。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述氧化剂气体供应单元是空气泵。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备：
单体电池电压阈值判定单元，其判定在由所述动作限制单元进行的所述氧化剂气体供应单元的动作限制中，所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和
单体电池电压恢复单元，其在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备：单体电池电压下降时间判定单元，其将从由所述动作限制单元开始所述氧化剂气体供应单元的动作限制起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，
在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，所述单体电池电压恢复单元通过比在所述怠速发电时增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述单体电池电压恢复单元通过使由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
10.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：燃料电池堆，其将多个通过被供应反应气体来发电的燃料电池单体电池进行层叠而构成；和反应气体供应单元，其对所述燃料电池堆供应反应气体，
所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，
具备：怠速停止工序，在怠速发电中给定条件成立的情况下开始如下的怠速停止控制：一边由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应流量比在所述怠速发电时低的氧化剂气体以及燃料气体，一边对所述燃料电池堆的放电电流进行控制来从所述燃料电池堆取出比所述怠速发电时低的电流，
所述怠速停止工序在怠速停止中继续所述怠速停止控制。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述燃料电池系统的控制方法还具备：
单体电池电压阈值判定工序，判定在所述怠速停止工序中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和
单体电池电压恢复工序，在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压下降时间判定工序，将从开始所述怠速停止工序起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，
在所述单体电池电压恢复工序中，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，通过比在所述怠速发电时增加由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述单体电池电压恢复工序中，通过使由所述反应气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使单体电池电压恢复。
14.根据权利要求10所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述燃料电池系统的控制方法还具备：
低压环境判定工序，判定在所述怠速停止工序中所述燃料电池系统是否处于低压环境下；和
动作限制工序，在被判定为所述燃料电池系统处于低压环境下的情况下，限制所述反应气体供应单元所具备的氧化剂气体供应单元的动作。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述燃料电池系统的控制方法还具备：
单体电池电压阈值判定工序，判定在所述动作限制工序中所述燃料电池堆的最低单体电池电压是否低于给定的最低单体电池电压阈值；和
单体电池电压恢复工序，在被判定为所述最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值的情况下，通过增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
16.根据权利要求15所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
所述燃料电池系统的控制方法还具备：单体电池电压下降时间判定工序，将从开始所述动作限制工序起到所述燃料电池堆的最低单体电池电压低于所述最低单体电池电压阈值为止的时间作为单体电池电压下降时间，来判定该单体电池电压下降时间是否为给定时间内，
在所述单体电池电压恢复工序中，在判定为所述单体电池电压下降时间为所述给定时间内的情况下，通过比在所述怠速发电时增加由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量，来使所述燃料电池堆的单体电池电压恢复。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述单体电池电压恢复工序中，通过使由所述氧化剂气体供应单元对所述燃料电池堆供应的氧化剂气体的流量随着所述单体电池电压下降时间变短而增加，来使单体电池电压恢复。
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