CN113745593B - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统。燃料电池系统包括：燃料电池；被构造成获取是燃料电池的温度的第一温度的第一温度传感器；用于操作燃料电池的多个辅助设备；被构造成获取是该多个辅助设备中的至少任一个辅助设备的温度的第二温度的第二温度传感器；和被构造成对该多个辅助设备执行控制以执行燃料电池的预热运行的控制器。控制器被构造成当第一条件和第二条件中的任一个条件得到满足时执行预热运行，其中第一条件是第一温度低于预定的第一阈值温度的条件，并且第二条件是第一温度等于或高于第一阈值温度且第二温度低于预定的第二阈值温度的条件。

Description

燃料电池系统

技术领域

本公开涉及一种燃料电池系统。

背景技术

已知一种燃料电池系统，当在启动时由设置在燃料电池组的冷却介质循环系统中的温度传感器获取的冷却介质出口的温度低于凝固点时，该燃料电池系统执行燃料电池组的预热运行，直到冷却介质出口处的冷却介质温度超过预先设定的预热结束温度(例如，日本未审查专利申请公报第2017-195021号(JP 2017-195021 A))。

发明内容

在燃料电池系统的预热运行中仅燃料电池组的温度被加以考虑，并且，从整个燃料电池系统的启动性能的观点来看，存在进一步改进的空间。

本公开能够被实现为以下方面。

(1)本公开的一个方面涉及一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料电池、第一温度传感器、多个辅助设备、第二温度传感器和控制器。所述第一温度传感器被构造成获取是燃料电池的温度的第一温度。所述多个辅助设备被用于操作燃料电池。所述第二温度传感器被构造成获取是所述多个辅助设备中的至少任一个辅助设备的温度的第二温度。所述控制器被构造成对所述多个辅助设备执行控制以执行所述燃料电池的预热运行。所述控制器被构造成当第一条件和第二条件中的任一个条件得到满足时执行预热运行，其中所述第一条件是所述第一温度低于预定的第一阈值温度的条件，并且所述第二条件是所述第一温度等于或高于所述第一阈值温度且所述第二温度低于预定的第二阈值温度的条件。通过该方面的燃料电池系统，即使作为燃料电池的温度的第一温度高于第一阈值温度，当作为辅助设备的温度的第二温度低于第二阈值温度时，控制器也执行预热运行。即使燃料电池的温度高到不需要预热运行的程度，当辅助设备的温度低时，也执行预热运行。因此，可以可靠地抑制或约束辅助设备的冻结，并且提高整个燃料电池系统的启动性能。

(2)在根据该方面的燃料电池系统中，第二温度可以是在所述多个辅助设备中的、在燃料电池系统停止的时间段中显示出比燃料电池的温度低的温度的一个辅助设备的温度。通过该方面的燃料电池系统，显示出比燃料电池的温度低的温度的辅助设备的温度被用于预热运行的开始条件，可以更可靠地抑制或约束辅助设备的冻结。

(3)在根据该方面的燃料电池系统中，所述多个辅助设备可以包括中间冷却器，该中间冷却器被构造成冷却被供应到燃料电池的阴极的阴极气体。第二温度可以是中间冷却器的温度。通过该方面的燃料电池系统，中间冷却器的温度被获取作为第二温度，其中该中间冷却器很可能被设置在容易受到外部空气温度影响的位置处，并且倾向于标准地包括被构造成获取阴极气体的温度的温度传感器。因此，可以在无需添加被用于预热运行的开始条件的温度传感器的情况下，获取显示出低温的辅助设备的温度并且有效地确定对于预热运行的需要。

(4)在根据该方面的燃料电池系统中，控制器可以被构造成当第一条件得到满足时，在对所述多个辅助设备执行控制以执行用阳极气体填充燃料电池的阳极的阳极气体填充处理之后，执行预热运行，并且当第二条件得到满足时，在不执行阳极气体填充处理的情况下，行预热运行而。通过该方面的燃料电池系统，仅当燃料电池的温度低到需要预热运行的程度时才执行氢气填充处理，从而可以抑制不需要的燃料气体消耗。

(5)在根据该方面的燃料电池系统中，控制器可以被构造成，当在所述多个辅助设备中的两个或更多个辅助设备的温度被获取作为第二温度以执行预热运行时，当该两个或更多个辅助设备全部的温度等于或高于预定的结束阈值温度时，结束预热运行。通过该方面的燃料电池系统，所述多个辅助设备的温度被用于预热运行的完成条件，从而即使由于预热运行导致的每个辅助设备的温度升高的梯度是不同的，诸如当每个辅助设备具有不同的热容量或具有不同的距燃料电池的距离时，也可以充分地升高每个辅助设备的温度并且可靠地抑制或约束每个辅助设备的冻结。

本公开能够在除了上述方面以外的各个方面中实现，并且例如，能够在其中安装了燃料电池系统的车辆、燃料电池系统的控制方法、确定预热运行的需要的方法、用于实现这种方法的计算机程序、存储这种计算机程序的存储介质等方面中实现。

附图说明

以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示出第一实施例的燃料电池系统的构造的解释视图；

图2是示出由控制器执行的启动处理的流程图；

图3是示出启动处理的一部分的时序图；

图4是示出由第二实施例的燃料电池系统执行的启动处理的流程图；并且

图5是示出由第二实施例的燃料电池系统执行的启动处理的一部分的时序图。

具体实施方式

A.第一实施例：

图1是示出实施例中的燃料电池系统100的构造的解释视图。燃料电池系统100例如被安装在具有燃料电池20作为驱动源的燃料电池车辆中。燃料电池系统100使用燃料电池20的产生的电力来驱动在负载LD中包括的各种装置。燃料电池系统100具有燃料电池20、控制器60、氧化剂气体供排系统30、燃料气体供排系统50和冷却介质循环系统70。燃料电池系统100可以进一步包括连同燃料电池20一起用作负载LD的电力源的二次电池。除了用于燃料电池车辆外，燃料电池系统100可以用于家用电源、固定发电等。

燃料电池20具有堆叠结构，其中多个单元电池被层叠，其中所述多个单元电池具有膜电极组件(MEA)，其中阳极和阴极这两个电极被结合到电解质膜的两侧。燃料电池20是固体聚合物燃料电池，其利用作为反应气体的、作为燃料气体的氢气以及作为氧化剂气体的空气的供应来产生电力，并使用所产生的电力来驱动负载LD。负载LD的示例包括产生燃料电池车辆的驱动动力的驱动马达和用于燃料电池车辆中的空气调节的加热器。燃料电池20不限于固体聚合物型，并且可以是各种类型的燃料电池，诸如磷酸型、熔融碳酸盐型和固体氧化物型。

控制器60由微型计算机构造而成，该微型计算机包括执行逻辑操作的微处理器和诸如ROM或RAM的存储器。控制器60通过微处理器执行存储在存储器中的程序来执行燃料电池系统100的各种控制，这些控制包括对于被用于操作燃料电池20的多个辅助设备的操作控制。“所述多个辅助设备”的示例包括在氧化剂气体供排系统30、燃料气体供排系统50和冷却介质循环系统70中包括的分别的阀、喷射器54、气液分离器57、空气压缩机33、中间冷却器35、循环泵55以及冷却介质循环泵74。每个辅助设备被热耦接到燃料电池20，并且例如，每个辅助设备的温度能够随着燃料电池20的温度的升高而升高。到燃料电池20的热耦接能够例如通过除了循环冷却介质的冷却系统(诸如冷却介质循环系统70)之外通过一种部件(诸如热管或热泵或管线)连接到燃料电池20、设置在与燃料电池20相同的空间中等来实现。注意，每个阀、喷射器54、空气压缩机33、循环泵55和冷却介质循环泵74可以被包括在上述负载LD中。

氧化剂气体供排系统30包括：具有阴极气体供应功能的氧化剂气体供应系统30A；和具有阴极气体排出功能和阴极气体旁通功能的氧化剂气体排出系统30B。阴极气体供应功能指将包括氧气的空气作为阴极气体供应到燃料电池20的阴极的功能。阴极气体排出功能指将阴极废气排出到外部的功能，其中阴极废气是要从燃料电池20的阴极排出的排气。阴极气体旁通功能指将供应的阴极气体的一部分排出到外部，同时约束向燃料电池20的供应的功能。

氧化剂气体供应系统30A将作为阴极气体的空气供应到燃料电池20的阴极。氧化剂气体供应系统30A具有阴极供应管302、空气滤清器31、空气压缩机33、中间冷却器35、IC温度传感器38以及入口阀36。

阴极供应管302是连接到燃料电池20的阴极的入口的管线，并且是空气到燃料电池20的阴极的供应流动通路。空气滤清器31在阴极供应管302中被设置在比空气压缩机33(其上游)更靠近空气的引入端口侧的一侧上，即在空气压缩机33的上游，并且移除供应到燃料电池20的空气中的异物。测量外部空气的温度的外部空气温度传感器可以被设置在空气滤清器31的上游。

空气压缩机33在阴极供应管302中被设置在燃料电池20的上游。空气压缩机33压缩通过空气滤清器31吸入的空气，并将压缩的空气泵送到阴极。作为空气压缩机33，例如，使用涡轮压缩机。空气压缩机33的驱动由控制器60控制。

中间冷却器35被设置在阴极供应管302中的空气压缩机33和燃料电池20之间。中间冷却器35冷却被空气压缩机33压缩并升高到高温的阴极气体。通过中间冷却器35的阴极气体的冷却方法能够例如通过将冷却介质循环到中间冷却器35中来实现。从冷却介质循环路径79分支的管线可以连接到中间冷却器35，并且可以将冷却介质循环系统70的冷却介质循环到中间冷却器35中以冷却阴极气体。IC温度传感器38获取中间冷却器35的温度。通常，中间冷却器35被设置在外部空气的引入端口附近。因此，中间冷却器35很可能由于外部空气温度的影响而降低温度，并且倾向于标准地包括IC温度传感器38以获取要被引入到燃料电池20中的阴极气体的温度。在该实施例中，中间冷却器35在燃料电池系统100停止的时间段中显示出比燃料电池20的温度低的温度，并且在燃料电池系统100的多个辅助设备中显示出最低的温度。“在多个辅助设备中的显示出比燃料电池20的温度低的温度的辅助设备”的描述指在其温度能够由燃料电池系统100直接或间接获取的多个辅助设备中的被热耦接到燃料电池20并且具有显示出比燃料电池20的温度低的趋势的将被获取的温度的辅助设备。“在多个辅助设备中的显示出最低温度的辅助设备”的描述指在其温度能够由燃料电池系统100直接或间接获取的多个辅助设备中的被热耦接到燃料电池20并且具有显示出最低的趋势的将被获取的温度的辅助设备。辅助设备的温度在下文中也被称为“第二温度”，并且获取辅助设备的温度的温度传感器在下文中也被称为“第二温度传感器”。中间冷却器35的温度对应于第二温度，并且IC温度传感器38对应于第二温度传感器。为此获取第二温度的辅助设备可以例如基于测试的结果等被预先设定，或者可以基于由燃料电池系统100获取的多个辅助设备的温度而被适当地改变。辅助设备的温度不限于辅助设备本身的温度，并且可以是要使用辅助设备附近的温度间接地获取的辅助设备的温度，或者可以是使用除辅助设备外的一部分的温度计算出的辅助设备的温度的估计值。例如，中间冷却器35的温度不限于中间冷却器35本身的温度，并且可以使用流经中间冷却器35的空气的温度或中间冷却器35附近的阴极供应管302的温度，或者使用这种温度计算出的中间冷却器35的温度的估计值。当辅助设备的温度低于例如凝固点时，辅助设备的冻结或辅助设备中的液态水的冻结可能影响燃料电池20的启动。IC温度传感器38对中间冷却器35的温度的测量结果被传输到控制器60。

入口阀36控制阴极气体到燃料电池20的阴极中的流动。入口阀36是当处于预定压力的阴极气体流动时被机械地打开的开关阀。

氧化剂气体排出系统30B具有阴极废气排出功能，并且包括排气管306和旁通管308。排气管306是连接到燃料电池20的阴极的出口的阴极废气的排出流动通路。排气管306将包括阴极废气的燃料电池20的排气引导到空气中。除了阴极废气，从排气管306排出到空气中的排气包括阳极废气，或者从旁通管308流出的空气。

排气管306设置有出口阀37。出口阀37设置在比排气管306中到旁通管308的连接位置更靠近燃料电池20的一侧上。作为出口阀37，例如，可以使用电磁阀或电动阀。控制器60通过调节出口阀37的开度来调节燃料电池20的阴极的背压。

旁通管308是在不穿过燃料电池20的情况下连接阴极供应管302和排气管306的管线。旁通管308设置有旁通阀39。作为旁通阀39，例如，能够使用电磁阀或电动阀。在旁通阀39打开的情况下，在阴极供应管302中流动的阴极气体的一部分流入到排气管306中。控制器60通过调节旁通阀39的开度来调节流入到旁通管308中的阴极气体的流量。

燃料气体供排系统50包括具有阳极气体供应功能的燃料气体供应系统50A、具有阳极气体排出功能的燃料气体排出系统50C以及具有阳极气体循环功能的燃料气体循环系统50B。阳极气体供应功能指将包括燃料气体的阳极气体供应到燃料电池20的阳极的功能。阳极气体排出功能指将阳极废气排出到外部的功能，其中阳极废气是要从燃料电池20的阳极排出的排气。阳极气体循环功能指将在阳极废气中包括的氢气循环到燃料电池系统100中的功能。

燃料气体供应系统50A将包括氢气的阳极气体供应到燃料电池20的阳极。燃料气体供应系统50A包括阳极供应管501、燃料气体罐51、开关阀52、调节器53和喷射器54。

阳极供应管501是连接作为氢气的供应源的燃料气体罐51和燃料电池20的阳极的入口并将阳极气体供应到燃料电池20的管线。开关阀52在阳极供应管501中被设置在燃料气体罐51的出口附近。开关阀52也称为主截止阀，并且允许燃料气体罐51中的氢气流动到下游侧。调节器53在阳极供应管501中被设置在比开关阀52更靠近燃料电池20的一侧上，即在开关阀52的下游。调节器53在控制器60的控制下调节喷射器54上游的氢气的压力。

喷射器54在阳极供应管501中被设置在调节器53的下游。喷射器54是由控制器60控制的开关阀，并且取决于设定的驱动周期或阀打开时间而被电磁地驱动。喷射器54调节被供应到燃料电池20的阳极气体的氢气量。

燃料气体循环系统50B将液体成分从从燃料电池20的阳极排出的阳极废气分离，并将阳极废气循环到阳极供应管501中。燃料气体循环系统50B具有阳极循环管502、气液分离器57、循环泵55和分离器温度传感器59。

阳极循环管502连接到燃料电池20的阳极出口和阳极供应管501，并将从阳极排出的阳极废气引导到阳极供应管501。气液分离器57被设置在阳极循环管502中，并从阳极废气分离包括蒸气的液体成分，并储存该液体成分。循环泵55在阳极循环管502中被设置在气液分离器57和阳极供应管501之间。循环泵55将流入到气液分离器57中的阳极废气泵送到阳极供应管501。分离器温度传感器59获取作为辅助设备的气液分离器57的温度。气液分离器57的温度对应于“第二温度”，并且分离器温度传感器59对应于“第二温度传感器”。分离器温度传感器59的测量结果被传输到控制器60。例如，分离器温度传感器59可以被附接到气液分离器57以直接地获取气液分离器57的温度，或者可以设置在气液分离器57附近的阳极循环管502或阳极排出管504中，以通过使用阳极气体或管道的温度计算气液分离器57的温度来间接地获取气液分离器57的温度。当在以下描述的启动处理中不使用分离器温度传感器59时，可以不设置该分离器温度传感器59。

燃料气体排出系统50C将储存在气液分离器57中的阳极废气或液态水排出到排气管306。燃料气体排出系统50C具有阳极排出管504和排气排水阀58。阳极排出管504是连接气液分离器57的排出端口和排气管306的管线，并且排出来自气液分离器57的废水和从燃料气体供排系统50穿过气液分离器57的阳极废气的一部分。排气排水阀58被设置在阳极排出管504中，并打开和关闭阳极排出管504的流动通路。作为排气排水阀58，例如，能够使用隔膜阀。当排气排水阀58打开时，存储在气液分离器57中的液态水和阳极废气通过排气管306被排出到空气中。

冷却介质循环系统70将冷却介质循环到燃料电池20中，以调节燃料电池20的温度。作为冷却介质，例如，使用非冻结流体，诸如乙二醇、水等。冷却介质循环系统70包括冷却介质循环路径79、冷却介质循环泵74、散热器71、散热器风扇72和燃料电池温度传感器73。

冷却介质循环路径79具有将冷却介质供应到燃料电池20的冷却介质供应路径79A以及从燃料电池20排出冷却介质的冷却介质排出路径79B。冷却介质循环泵74将冷却介质供应路径79A的冷却介质泵送到燃料电池20。散热器71通过来自散热器风扇72的风来散发热量并且冷却流经那里的冷却介质。

燃料电池温度传感器73获取燃料电池20的温度。燃料电池20的温度不限于燃料电池20自身的温度，并且包括燃料电池20附近的辅助设备管线的温度，或包括燃料电池20的温度的估计值，诸如计算值。在该实施例中，燃料电池温度传感器73获取冷却介质排出路径79B中的冷却介质的温度作为燃料电池20的温度。燃料电池20的温度也称为“第一温度”，并且获取燃料电池20的温度的燃料电池温度传感器73也称为“第一温度传感器”。燃料电池温度传感器73的测量结果被传输到控制器60。

图2是示出由控制器60执行的启动处理的流程图。例如，当通过激活操作(诸如按下燃料电池车辆的启动开关)指令了燃料电池系统100的操作开始时，由控制器60执行启动处理。随着启动处理的开始，控制器60操作燃料电池20以开始电力产生。更具体地，控制器60对氧化剂气体供排系统30和燃料气体供排系统50的分别的辅助设备执行控制，以开始将反应气体供应到燃料电池20和从燃料电池20排出反应气体，并且对冷却介质循环系统70的分别的辅助设备执行控制以开始燃料电池20的温度控制。

控制器60获取燃料电池20的温度作为第一温度Tl(步骤S10)。控制器60获取由燃料电池温度传感器73获取的冷却介质排出路径79B中的冷却介质的温度作为第一温度T1。控制器60使用获取到的第一温度T1来确定是预热运行的开始条件的第一条件是否得到满足(步骤S12)。在该实施例中，当燃料电池温度传感器73的测量值低于作为预热运行需要的温度的预定温度(在下文中，也称为“第一阈值温度TA”)时，控制器60确定第一条件得到满足。在该实施例中，第一阈值温度TA被设定为凝固点。可以使用足以正常地启动燃料电池20的温度，或在操作燃料电池20时使用的每个辅助设备的温度来可选地设定第一阈值温度TA。优选的是，第一阈值温度TA例如接近凝固点。当即使在低于凝固点的温度下燃料电池20也能够正常地启动时，第一阈值温度TA可以被设定为低于凝固点的温度。第一阈值温度TA可以被设定为高于凝固点的温度。

当确定出第一条件得到满足时(S12：是)，控制器60执行氢气填充处理(步骤S13)。“氢气填充处理”是将氢气引入到阳极中以用足以用于燃料电池20的电力产生的氢气填充阳极，同时排出包括存在于阳极中的杂质的混合气体的处理。氢气填充处理也称为“阳极气体填充处理”或“氢气置换处理”。例如，当燃料电池20的温度低到需要预热运行的程度时，燃料气体的流动通路，诸如阳极供应管501或阳极循环管502被冻结并且燃料气体的循环很可能受到阻碍。为此，氢气填充处理优选地在低温环境中执行，并且更优选地在燃料电池20的温度低到需要预热运行的程度的环境中执行。控制器60对开关阀52、喷射器54等执行控制，以将氢气供应到阳极，同时打开排气排水阀58以从阳极排出混合气体。控制器60关闭排气排水阀58以完成氢气填充处理。当燃料气体能够被充分地供应到燃料电池20时，诸如当燃料电池20的温度高于例如凝固点时，可以省略氢气填充处理。

在完成了氢气填充处理的情况下，控制器60执行预热运行(步骤S14)。更具体地，控制器60对氧化剂气体供排系统30和燃料气体供排系统50执行控制，使得供应到燃料电池20的氧化剂气体的化学计量比小于在正常运行期间的化学计量比。“氧化剂气体的化学计量比”指氧化剂气体的实际供应量与产生要求的产生电力所需要的氧化剂气体的量的理论值之比。通过该控制，由于阴极中的浓度过电压增加，并且燃料电池20的电力产生效率劣化，因此与正常运行相比，燃料电池20的发热量增加，并且燃料电池20的温度升高速度可以增加。在预热运行期间氧化剂气体的化学计量比能够被设定为例如大约1.0。控制器60控制燃料电池20的电流，以在将反应气体以用于预热运行的化学计量比供应到燃料电池20的同时，使燃料电池20在目标发热量下产生电力。在当前外部空气温度或第一温度和第二温度较低时，控制器60可以将目标发热量设定为较大的值。

控制器60获取第一温度Tl(步骤S16)，并确定预定的预热完成条件是否得到满足(步骤S18)。更具体地，当第一温度T1等于或高于预定的第一结束阈值温度TAe时，控制器60确定预热完成条件得到满足。优选的是，第一结束阈值温度TAe被设定为使得燃料电池20的启动性能不劣化的程度的温度，例如，设定为等于或高于凝固点的温度。第一结束阈值温度TAe可以被设定为例如与第一阈值温度TA相同的温度，或者可以被设定为高于第一阈值温度TA的温度。例如，当已经经过了从目标发热量计算出的预热完成时间时，预热完成条件可以得到满足。

当确定出第一温度T1等于或高于第一结束阈值温度TAe时(S18：是)，控制器60完成预热运行以结束启动处理并开始燃料电池20的正常运行。当预热完成条件没有得到满足时(S18：否)，控制器60返回到步骤S14，并且继续进行预热运行直到预热完成条件得到满足。

在步骤S12中，当第一条件没有得到满足时(S12：否)，控制器60获取第二温度T2(步骤S20)。在该实施例中，控制器60获取中间冷却器35的温度作为第二温度T2，其中该中间冷却器35作为在燃料电池系统100中的多个辅助设备中的示出最低温度的辅助设备的温度。例如，当在燃料电池系统100中的多个辅助设备中除中间冷却器35之外的辅助设备示出最低温度时，该辅助设备的温度可以被用作第二温度T2。

控制器60使用第二温度T2来确定是预热运行的开始条件的第二条件是否得到满足(步骤S22)。在该实施例中，当IC温度传感器38的测量值低于预定温度(在下文中，也称为“第二阈值温度TB”)时，控制器60确定第二条件得到满足。与第一阈值温度TA一样，第二阈值温度TB被设定为凝固点。优选的是，第二阈值温度TB被设定为足以正常地启动用于在操作燃料电池20时使用的每个辅助设备的任何温度。第二阈值温度TB可以取决于每个辅助设备的启动性能而被设定为低于第一阈值温度TA或凝固点的温度，或者可以被设定为高于第一阈值温度TA或凝固点的温度。

当确定出第二条件得到满足时(S22：是)，控制器60执行预热运行(步骤S24)。步骤S24的预热运行可以在与步骤S14的预热运行相同的条件下执行，或者可以在与步骤S14不同的条件下执行。作为在不同条件下的预热运行，例如，能够采用各种预热运行，诸如其中在快速预热期间发热量不同的预热运行，和其中冷却介质的循环量或冷却介质的循环路径不同的预热运行。能够在各种条件下决定将被执行的预热运行，其中各种条件是诸如辅助设备的特性、在燃料电池20和辅助设备之间的距离或设置关系以及热耦接到燃料电池20的状态。例如，燃料电池20的目标发热量可以基于作为辅助设备的特性的辅助设备的热容量而被设定为与步骤S14不同的目标值。当第二条件没有得到满足时(S22：否)，控制器60在不执行预热运行的情况下结束流程并开始正常运行。

当从预热运行开始起已经经过了给定时间时，控制器60获取第二温度T2(步骤S26)，并确定预定的预热完成条件是否得到满足(步骤S28)。更具体地，当第二温度T2等于或高于预定的第二结束阈值温度TBe时，控制器60确定预热完成条件得到满足。优选的是，第二结束阈值温度TBe被设定为燃料电池系统100中的每个辅助设备的启动性能不被劣化的程度的温度，例如设定为等于或高于凝固点的温度。例如，第二结束阈值温度TBe可以被设定为与第二阈值温度TB或第一结束阈值温度TAe相同的温度，或者可以被设定为高于第二阈值温度TB或第一结束阈值温度TAe的温度。例如，当已经经过了根据目标发热量计算出的预热完成时间时，预热完成条件可以得到满足。当确定出第二温度T2等于或高于第二结束阈值温度TBe时(S28：是)，控制器60完成预热运行以结束流程并开始燃料电池20的正常运行。当预热完成条件没有得到满足时(S28：否)，控制器60返回对步骤S24并且继续进行预热运行，直到预热完成条件得到满足为止。

图3是示出由控制器60执行的启动处理的一部分的时序图。在图3中，从最上层起依次示出作为第一温度Tl的燃料电池20的温度、作为第二温度T2的中间冷却器35的温度，和由控制器60执行的预热运行的开-关控制。水平轴是时间轴，并且每个项目的时间轴是一致的。图3所示时间TM0表示启动处理的开始时间。在从时间TM0到TM1的时间段中，第一温度T1是高于第一阈值温度TA的温度T1s，并且第二温度T2是低于第二阈值温度TB的温度T2s。

控制器60随着启动处理的开始而开始燃料电池20的发电，并在时间TM1获取第一温度T1。第一温度T1是高于第一阈值温度TA的温度T1s，并且第一条件没有得到满足。为此，控制器60获取第二温度T2并确定第二条件是否得到满足。第二温度T2是低于第二阈值温度TB的温度T2s，并且第二条件得到满足。因此，控制器60开始预热运行。随着预热运行的开始，在TM1之后，燃料电池20的温度升高。中间冷却器35的温度由于来自燃料电池20的热传递而升高，并且在TM2达到第二结束阈值温度TBe。控制器60确定预热完成条件得到满足并且完成预热运行。

如上所述，通过该实施例的燃料电池系统100，即使作为燃料电池20的温度的第一温度T1高于第一阈值温度TA，当作为辅助设备的温度的第二温度T2低于第二阈值温度TB时，控制器60也执行预热运行。即使燃料电池20的温度高到不需要预热运行的程度，当确定出辅助设备的温度低到需要预热运行的程度时，也执行预热运行。因此，可以可靠地抑制或约束辅助设备的冻结，并且提高整个燃料电池系统100的启动性能。

通过该实施例的燃料电池系统100，控制器60作为第二温度T2获取在燃料电池系统100停止的时间段中显示出比燃料电池20的温度低的温度的辅助设备的温度。显示出比燃料电池20的温度低的温度的辅助设备的温度被用于预热运行的开始条件，由此可以更可靠地抑制或约束辅助设备的冻结。

通过该实施例的燃料电池系统100，控制器60作为第二温度T2获取在燃料电池系统100停止的时间段中显示出最低温度的一个辅助设备的温度。因此，可以在不将另一个辅助设备的温度用于预热运行的开始条件的情况下有效地确定对于预热运行的需要。

通过该实施例的燃料电池系统100，中间冷却器35的温度被用作第二温度T2。通常，中间冷却器35很可能被设置在容易受到外部空气温度影响的位置处，并且倾向于标准地包括IC温度传感器38以获取阴极气体的温度。因此，可以在无需添加被用于预热运行的开始条件的温度传感器的情况下，获取显示出低温的辅助设备的温度并且有效地确定对于预热运行的需要。

通过该实施例的燃料电池系统100，当第一条件得到满足时，在执行氢气填充处理之后，控制器60执行预热运行，并且当第二条件得到满足时，在不执行氢气填充处理的情况下，执行预热运行。仅当燃料电池20的温度低到需要预热运行的程度时才执行氢气填充处理，从而可以抑制燃料气体的浪费性消耗。

B.第二实施例：

图4是示出由本公开的第二实施例的燃料电池系统100执行的启动处理的流程图。在第二实施例的燃料电池系统100中，由控制器60执行的启动处理的一部分与第一实施例不同。更具体地，由该实施例的燃料电池系统100执行的启动处理包括步骤S30到步骤S38，而不是作为第一实施例示出的步骤S20到步骤S28。燃料电池系统100的其它构造与第一实施例中的那些相同。

如在第一实施例中那样，控制器60获取作为第一温度Tl的燃料电池20的温度(步骤S10)，并且确定第一条件是否得到满足(步骤S12)。当第一条件没有得到满足时(S12：否)，控制器60获取作为第二温度T21的中间冷却器35的温度，以及作为第二温度T22的气液分离器57的温度(步骤S30)。即，在该实施例中，控制器60获取两个或更多个辅助设备的温度来作为第二温度。控制器60使用获取到的第二温度T21、T22来确定第二条件是否得到满足(步骤S32)。在该实施例中，第二阈值温度被设定为对应于第二温度T21的第二阈值温度TB1，以及对应于第二温度T22的第二阈值温度TB2。当获取到的第二温度T21低于第二阈值温度TB1的条件或第二温度T22低于第二阈值温度TB2的条件中的至少任一个条件得到满足时，控制器60确定第二条件得到满足。当不需要多个辅助设备的温度来确定预热运行的开始条件时，在步骤S30和S32中，可以仅使用多个辅助设备中的一个辅助设备的温度，诸如中间冷却器35的温度和气液分离器57的温度中的任一个温度。

当确定出第二条件得到满足时(S32：是)，控制器60在与在步骤S14或步骤S24中相同的条件下执行预热运行(步骤S34)。当第二条件没有得到满足时(S32：否)，控制器60在不执行预热运行的情况下结束流程并开始正常运行。

在从预热运行开始已经经过了给定的时间的情况下，控制器60获取第二温度T21、T22(步骤S36)，并且确定预热完成条件是否得到满足(步骤S38)。在该实施例中，当两个或更多个辅助设备全部的温度超过预定的第二结束阈值温度时，控制器60确定预热完成条件得到满足。更具体地，第二结束阈值温度被设定为对应于第二温度T21的第二结束阈值温度TBe1，以及对应于第二温度T22的第二结束阈值温度TBe2。当第二温度T21高于第二结束阈值温度TBe1并且第二温度T22高于第二结束阈值温度TBe2时，控制器60确定预热完成条件得到满足。第二结束阈值温度TBe1和第二结束阈值温度TBe2可以基于各种条件(诸如辅助设备的热容量、在每个辅助设备和燃料电池20之间的距离或设置关系和热耦接到燃料电池20的状态)而被设定为不同的温度，或者可以被设定为相同的温度。当确定出预热完成条件得到满足时(S38：是)，控制器60完成预热运行以结束流程并开始燃料电池20的正常运行。当预热完成条件没有得到满足时(S38：否)，控制器60返回到步骤S34并继续进行预热运行，直到预热完成条件得到满足。

图5是示出由作为第二实施例的燃料电池系统100执行的启动处理的一部分的时序图。在图5中，从最上层起依次示出作为第一温度T1的燃料电池20的温度、作为第二温度T21的中间冷却器35的温度、作为第二温度T22的气液分离器57的温度，以及由控制器60执行的预热运行的开关控制。在从是启动处理的启动时间的时间TM0到时间TM1的时间段中，第二温度T21是低于第二阈值温度TB1的温度T21s，并且第二温度T22是高于第二阈值温度TB2的温度T22s。

在时间TM1，在第二温度T22等于或高于第二阈值温度TB2时，第二温度T21低于第二阈值温度TB1。为此，控制器60确定第二条件得到满足并开始预热运行。随着预热运行的开始，随着燃料电池20的温度升高，中间冷却器35和气液分离器57的温度随着来自燃料电池20的热传递而升高。在时间TM3，第二温度T21等于或高于第二结束阈值温度TBe1，并且第二温度T22达到第二结束阈值温度TBe2。因此，控制器60确定预热完成条件得到满足并且结束预热运行。

通过该实施例的燃料电池系统100，控制器60获取作为第二温度T21、T22的两个或更多个辅助设备的温度，并且当每个辅助设备的温度等于或高于预定的第二结束阈值温度TBe1或TBe2时结束预热运行。多个辅助设备的温度被用于预热运行的完成条件，从而即使由于预热运行导致的每个辅助设备的温度升高的梯度是不同的，诸如当每个辅助设备具有不同的热容量或具有不同的距燃料电池20的距离时，也可以充分地升高每个辅助设备的温度，并且可靠地抑制或约束每个辅助设备的冻结。

C.其它实施例：

(C1)在上述第一实施例中，对于预热运行的开始条件，作为在多个辅助设备中的在燃料电池系统100的停止时间段中显示出最低温度的辅助设备的中间冷却器35的温度被用作第二温度T2。相反，除了在燃料电池系统100的停止时间段中显示出比燃料电池20的温度低的温度的辅助设备以外的辅助设备的温度(诸如作为第二温度的在燃料电池系统100中的多个辅助设备中的具有最大热容量的辅助设备的温度)可以被用作第二温度，并且除了显示出最低温度的辅助设备以外的辅助设备的温度可以被用作第二温度。通过该实施例的燃料电池系统100，基于其温度几乎不随着预热运行而升高的辅助设备来确定预热运行的开始条件和完成条件，从而能够在完成预热运行时充分地升高每个辅助设备的温度，并且更可靠地抑制或约束辅助设备的冻结。

(C2)在上述第二实施例中，当两个或更多个辅助设备全部的温度超过预定的第二结束阈值温度时，控制器60确定预热完成条件得到满足。相反，例如，当获取多个辅助设备中的两个或更多个辅助设备的温度以执行预热运行时，控制器60可以以任意组合使用获取到的该两个或更多个辅助设备的温度来确定预热完成条件是否得到满足。作为该组合，能够采用以下的组合1)到4)。

1)任一个辅助设备(诸如显示出最低温度的一个辅助设备)的温度；

2)预先设定的多个可选辅助设备的温度；

3)所有辅助设备的温度；

4)获取到的多个辅助设备的温度的平均值。

(C3)在上述各个实施例中，可以通过硬件来实现由软件实现的功能和处理的一部分或全部。此外，可以通过软件来实现由硬件实现的功能和处理的一部分或全部。作为硬件，例如，能够使用各种电路，诸如集成电路、分立电路和通过组合这些电路而形成的电路模块。

本公开不限于上述实施例，并且能够在不脱离本公开的范围的情况下通过各种构造来实现。例如，可以适当地替换或组合与在发明内容中描述的方面中的技术特征相对应的实施例的技术特征，以解决上述问题的一部分或全部，或者实现上述效果的一部分或全部。此外，除非技术特征在说明书中被描述为是需要的，否则可以适当地删除这些技术特征。

Claims (2)

1.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池；

第一温度传感器，所述第一温度传感器被构造成获取第一温度，所述第一温度是所述燃料电池的温度；

多个辅助设备，所述多个辅助设备用于操作所述燃料电池；

第二温度传感器，所述第二温度传感器被构造成获取第二温度，所述第二温度是所述多个辅助设备中的至少任一个辅助设备的温度；以及

控制器，所述控制器被构造成对所述多个辅助设备执行控制以执行所述燃料电池的预热运行，在所述预热运行中，所述控制器对所述燃料电池系统的氧化剂气体供排系统和燃料气体供排系统执行控制，使得供应到所述燃料电池的氧化剂气体的化学计量比小于在所述燃料电池的正常运行期间的氧化剂气体的化学计量比，

其中，所述控制器被构造成当第一条件和第二条件中的任一个条件得到满足时执行所述预热运行，其中，所述第一条件是所述第一温度低于预定的第一阈值温度的条件，并且所述第二条件是所述第一温度等于或高于所述第一阈值温度且所述第二温度低于预定的第二阈值温度的条件，

其中，所述第二温度是在所述多个辅助设备中的、在所述燃料电池系统停止的时间段中显示出比所述燃料电池的温度低的温度的辅助设备的温度，

其中：所述多个辅助设备包括中间冷却器，所述中间冷却器被构造成冷却被供应到所述燃料电池的阴极的阴极气体；并且

所述第二温度是所述中间冷却器的温度，

其中，所述控制器被构造成：

当所述第一条件得到满足时，在对所述多个辅助设备执行控制以执行用阳极气体填充所述燃料电池的阳极的阳极气体填充处理之后，执行所述预热运行，并且

当所述第二条件得到满足时，在不执行所述阳极气体填充处理的情况下，执行所述预热运行。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器被构造成：当在所述多个辅助设备中的两个或更多个辅助设备的温度被获取作为所述第二温度以执行所述预热运行时，使用所述两个或更多个辅助设备的温度来确定是否结束所述预热运行。