燃料电池系统的制作方法

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术：

作为以往的燃料电池系统，有根据将氢供给阀闭阀，停止对燃料电池氢供给期间的氢供给阀下游的阳极系统内的压力变化，计算从阳极系统内排出的气体量的系统(参照us20120156575a1)。

技术实现要素：

在燃料电池系统的运转中，在清洗阀闭阀期间，从燃料电池的阴极电极经由电解质膜透过到阳极电极来的氮等被蓄积在阳极系统内，阳极系统内的氢浓度缓慢地降低。阳极系统内的氢浓度降低时，担心在燃料电池系统的运转中产生电压下降。

为了防止这样的电压下降，通过根据需要将清洗阀开阀，经由清洗阀将包含氮或氢的排出气体从阳极系统内排出，将阳极系统内的氢浓度管理至不产生电压下降的氢浓度以上。这时，为了判断是否在适当地管理阳极系统内的氢浓度，要求高精度地估计经由清洗阀从阳极系统内排出的排出气体的量(清洗量)。这样要求高精度地估计清洗量的理由，是因为阳极系统内的氢浓度根据清洗量变化，清洗量越大就越高。

但是，在以前述的以往的方法算出的从阳极系统内排出的排出气体的量中，除了经由清洗阀被清洗过的清洗气体之外，还包含了从阳极系统内泄漏出来的气体的影响。从阳极系统内泄漏出来的气体主是从燃料电池的阳极电极经由电解质膜透过至阴极电极的氢。在氢从燃料电池的阳极电极透过至阴极电极时，阳极系统内的氢浓度降低。

即，清洗气体在提高阳极系统内的氢浓度的方向有贡献，而透过氢在阳极系统内的氢浓度降低的方向上有贡献。

因此，在根据前述以往的方法算出的从阳极系统内排出的气体量来管理氢浓度时，受到从阳极系统内泄漏除了的氢的影响，氢浓度比预想低，担心产生意外的电压下降。

本发明是着眼于这样问题点而完成的，目的是通过从清洗气体排除清洗以外使阳极系统内的压力变化的因素的影响，特别是从阳极系统内泄漏出来的氢的影响，高精度地估计经由清洗阀从阳极系统内排出的排出气体的流量。

按照本发明的一个方式，提供将阳极气体以及阴极气体提供给燃料电池，根据负载使燃料电池发电的燃料电池系统。该燃料电池系统包括：向燃料电池系统的阳极系统内供给阳极气体的供给阀；将排出气体从阳极系统内排出的清洗阀；估计或者测量阳极系统内的压力的压力检测单元；以及根据至阳极系统内的阳极气体供给停止时的清洗阀开阀时的压力降低和清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过清洗阀从阳极系统内所排出的排出气体的清洗流量的清洗流量估计单元。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统的概略图。

图2是说明本发明的一个实施方式的清洗量的计算方法的图。

图3是说明氢供给阀的闭阀中的阳极系统内的气体流入流出的图。

图4是说明本发明的一个实施方式的清洗控制的流程图。

图5是根据燃料电池堆的负载和堆温度，计算基准占空比的图。

图6是说明清洗阀开阀要求信号生成处理的细节的流程图。

图7是说明清洗阀开闭处理的细节的流程图。

图8是说明清洗流量估计处理的细节的流程图。

图9是根据阳极压力的降低量，计算在清洗阀开阀时从阳极系统内流出的每运算周期的气体量的图。

图10是根据输出电流，计算在清洗阀开阀时由于发电而在燃料电池堆1内被消耗的每运算周期的氢量的图。

图11是说明清洗流量的计算方法的图。

图12是表示清洗流量的阈值的图。

图13是说明高负载清洗处理的细节的流程图。

图14a是说明本发明的一个实施方式的氢供给阀的控制的流程图。

图14b是根据目标输出电流，计算脉动上下限压力的表。

图15是运转区域为通常区域、且清洗流量为阈值以上时的定时图。

图16是运转区域为通常区域、且清洗流量不足阈值时的定时(timing)图。

图17是运转区域为高负载区域、且清洗流量为阈值以上时的定时图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

燃料电池通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹着电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)、对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。在阳极电极以及阴极电极的两电极中进行的电极反应如下。

阳极电极：2h2→4h⁺+4e^-…(1)

阴极电极：4h⁺+4e^-+o2→2h2o…(2)

通过该(1)(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。

在将燃料电池作为汽车用动力源使用的情况下，所要求的电力很大，所以作为层积数百张的燃料电池的燃料电池堆使用。然后，构成对燃料电池堆供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。

图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统100的概略图。

燃料电池系统100包括：燃料电池堆1；阴极气体给排装置2；阳极气体给排装置3；以及控制器4。

燃料电池堆1是层积了多张燃料电池的电池堆，接受阳极气体以及阴极气体的供给，发电对车辆的驱动所需要的电力。

阴极气体给排装置2包括：阴极气体供给通路21；阴极气体排出通路22；过滤器23；气流传感器24；阴极压缩机25；阴极压力传感器26；水分回收装置(waterrecoverydevice；以下称为“wrd”。)27；以及阴极调压阀28。阴极气体给排装置2对燃料电池堆1供给阴极气体，将从燃料电池堆1排出的阴极排出气体排出到外部大气。

阴极气体供给通路21是对燃料电池堆1供给的阴极气体流动的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器23，另一端连接到燃料电池堆1的阴极气体入口孔。

阴极气体排出通路22是从燃料电池堆1排出的阴极排出气体流动的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池堆1的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极排出气体是阴极气体、和由于电极反应而产生的水蒸气的混合气体。

过滤器23将取入阴极气体供给通路21的阴极气体中的异物去除。

气流传感器24被设置在阴极压缩机25上游的阴极气体供给通路21中。气流传感器24检测对阴极压缩机25供给的、最终被提供给燃料电池堆1的阴极气体的流量。

阴极压缩机25被设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机25经由过滤器23将作为阴极气体的空气(外部大气)取入阴极气体供给通路21，提供给燃料电池堆1。

阴极压力传感器26被设置在阴极压缩机25和wrd27之间的阴极气体供给通路21中。阴极压力传感器26检测对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力(以下称为“阴极压力”。)。

wrd27分别连接到阴极气体供给通路21以及阴极气体排出通路22，回收流动在阴极气体排出通路22的阴极排出气体中的水分，通过该回收的水分加湿流动在阴极气体供给通路21的阴极气体。

阴极调压阀28被设置在wrd27下游的阴极气体排出通路22中。阴极调压阀28通过控制器4进行开闭控制，调节对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力。而且，在本实施方式中，基本上通过调整阴极压缩机25的旋转速度以及阴极调压阀28的开度，将阴极压力控制为希望的压力(目标阴极压力)。

阳极气体给排装置3对燃料电池堆1供给阳极气体，同时将从燃料电池堆1排出的阳极排出气体排出到阴极气体排出通路22。阳极气体给排装置3包括：高压氢罐31、阳极气体供给通路32、氢供给阀33、阳极压力传感器34、阳极气体排出通路35、以及清洗阀36。

高压氢罐31将对燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来贮藏。

阳极气体供给通路32是用于将从高压氢罐31排出的阳极气体提供给燃料电池堆1的通路。阳极气体供给通路32的一端连接到高压氢罐31，另一端连接到燃料电池堆1的阳极气体入口孔。

氢供给阀33被设置在阳极气体供给通路32中。氢供给阀33通过控制器4进行开闭控制，将对燃料电池堆1供给的阳极气体的压力调节为希望的压力。而且，通过氢供给阀33被开闭控制，对燃料电池堆1供给的阳极气体的流量也被控制。

阳极压力传感器34被设置在氢供给阀33下游的阳极气体供给通路32中。阳极压力传感器34检测氢供给阀33下游的阳极气体供给通路32的压力。在本实施方式中，将通过该阳极压力传感器34检测的压力，代用作为从氢供给阀33至清洗阀36的阳极系统内的压力(以下称为“阳极压力”。)。

阳极气体排出通路35是从燃料电池堆1排出的阳极排出气体流动的通路。阳极排出气体是在电极反应中未被使用的余剩的氢(阳极气体)、与从阴极电极侧经由电解质膜透过至阳极电极侧的氮和水蒸气的混合气体。阳极气体排出通路35的一端连接到燃料电池堆1的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路22。

排出到阴极气体排出通路22的阳极排出气体，在阴极气体排出通路22内与阴极排出气体混合后被排出到燃料电池系统100的外部。在阳极排出气体中包含电极反应中未使用的余剩的氢，所以通过使其与阴极排出气体混合后排出到燃料电池系统100的外部，该排出气体中的氢浓度为预先确定的规定浓度以下。

清洗阀36被设置在阳极气体排出通路35中。清洗阀36通过控制器4进行开闭控制，控制从阳极系统内排出到阴极气体排出通路22的阳极排出气体的流量(以下称为“清洗流量”。)。

控制器4由具有中央运算装置(cpu)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)以及入输出接口(i/o接口)的微计算机构成。

在控制器4中，除了输入来自前述的气流传感器24等信号之外，还输入来自检测油门踏板的踏下量(以下称为“油门操作量”。)的油门行程传感器41、检测冷却燃料电池堆的冷却水的温度(以下称为“堆温度”。)的温度传感器42、检测燃料电池堆的输出电流的电流传感器43等用于检测燃料电池系统100的运转状态的各种传感器的信号。

控制器4根据燃料电池系统100的运转状态，计算燃料电池堆1的目标输出电流。具体地说，根据用于驱动车辆的行驶电机(未图示)的要求电力或阴极压缩机25等辅机类的要求电力、电池(未图示)的充放电要求，计算燃料电池堆1的目标输出电流。

而且，控制器4根据燃料电池系统100的运转状态，进行使阳极压力周期性地升降压的脉动运转。在脉动运转中，基本上在根据燃料电池堆1的目标输出电流设定的脉动上限压力以及脉动下限压力的范围内使阳极压力周期性地升降压，使阳极压力脉动。通过这样的脉动运转，在阳极压力的升压时将阳极系统内的液态水排出到阳极系统外，从而确保排水性。

这里，在燃料电池堆1的发电中，氮或水蒸气等经由电解质膜从阴极电极侧透过到阳极电极侧。因此，在保持关闭了清洗阀36时，氢在燃料电池堆1被消耗，另一方面，透过来的氮等不断被蓄积在阳极系统内。其结果，即使在将阳极系统内的压力(阳极压力)控制为相同的压力的情况下阳极系统内的氢浓度缓慢地降低相当于氮等透过来的量。这样，如果在阳极系统内的氢浓度降低的状态下进行发电，则即使将阳极压力控制为目标值，燃料电池堆1内发电所需要的氢也不足，担心产生电压下降。

另一方面，若将清洗阀36开阀，则因为在阳极系统内蓄积的氮等作为阳极排出气体从阳极系统内排出，所以阳极系统内的氢浓度增加(恢复)。即，阳极系统内的氢浓度根据通过清洗阀36从阳极系统内排出的阳极排出气体的量(以下称为“清洗量”。)而改变，具体地说，清洗量越多，阳极系统内的氢浓度越增加。

因此，在本实施方式中，预先通过实验等求出可以根据燃料电池的负载，将阳极系统内的氢浓度管理为不产生电压下降的氢浓度(目标氢浓度；例如60％)的清洗流量(或者清洗量)的阈值。然后估计将清洗阀36开阀时的清洗流量，比较估计出的清洗流量和阈值。如果估计出的清洗流量为阈值以下，则判定为为了将阳极系统内的氢浓度管理为目标氢浓度所需要的清洗量不足，以便实施追加清洗。

这里，作为估计清洗量的方法，例如考虑根据在氢供给阀的闭阀中将清洗阀36开阀的期间的阳极压力的下降量来估计该期间内从阳极系统内流出的气体量，将从该气体量减去了该期间内由于发电而消耗的氢量后的气体量，估计作为通过清洗阀36从阳极系统内排出的阳极排出气体的量，即清洗量(若将该清洗量除以该期间则成为清洗流量)。

但是，除了通过清洗阀36流出的气体(以下称为“清洗气体”。)或由于发电而消耗的氢之外，还存在氢供给阀33的闭阀中从阳极系统内流出的气体。例如是，从阳极电极侧经由电解质膜透过到阴极电极侧的氢(以下称为“透过氢”。)或在阳极系统内凝缩成为液态水的水蒸气。即使在这当中，透过氢也在降低阳极系统内的氢浓度的方向上产生贡献。并且，由于氢的分子量也小，所以经由电解质膜透过来的量也不少。

这样，清洗气体在提高阳极系统内的氢浓度的方向上产生贡献，而透过氢在降低阳极系统内的氢浓度的方向上产生贡献。

因此，如果通过前述的估计方法估计出的清洗量中透过氢量的比例变大，则通常在清洗量增多时阳极系统内的氢浓度应该恢复，但是该恢复量减少。因此，如果忽略该透过氢量而使其包含在清洗量中，则尽管清洗流量成为阈值以上，但实际的阳极系统内的氢浓度却为比设想低的状态，担心产生不可预期的电压下降。

因此，在本实施方式中，使得可以仅计算通过清洗阀36流出的气体(清洗气体)作为清洗量。以下，参照图2以及图3说明本实施方式的清洗量的计算方法。

图2是说明本实施方式的清洗量的计算方法的图。图3是说明氢供给阀33的闭阀中的阳极系统内的气体流入流出的图。

在本实施方式中，根据在氢供给阀33的闭阀中将清洗阀36开阀期间的压力降低、以及在氢供给阀33的闭阀中将清洗阀36闭阀期间的压力降低，仅计算通过清洗阀36流出的气体(清洗气体)作为清洗量。

如图2所示，在燃料电池堆1的发电中，如果在时刻t11的定时将氢供给阀33闭阀，停止对燃料电池堆1的阳极气体的供给，则阳极压力缓慢地降低。该阳极压力的变化因为以下的因素而产生。

在图2中，说明从时刻t11至时刻t13将清洗阀36开阀，从时刻13至时刻t14将清洗阀36闭阀，与清洗阀36的开闭状态无关而成为使阳极压力变化的因素。

首先，第一个因素是在氢供给阀33的闭阀中由于发电而消耗的阳极系统内的氢。阳极压力由于该发电消耗氢而降低。第二个因素是，在阳极系统内液态水蒸发而成为水蒸气，相反水蒸气凝缩而成为液态水。阳极压力由于该蒸发以及凝缩的平衡而变化。最后，第三个因素是从阳极电极侧经由电解质膜透过到阴极电极侧的氢(透过氢)、或相反地从阴极电极侧经由电解质膜透过到阳极电极侧的氮以及氧。阳极压力由于这些透过气体的收支平衡而变化。

因为从时刻t13至时刻14将清洗阀36闭阀，所以由于这三个因素，阳极压力降低。

另一方面，因为从时刻t11至时刻t13将清洗阀36开阀，所以除了这三个因素，还由于通过清洗阀36流出的气体(清洗气体)，阳极压力也降低。而且，在清洗阀36的结构上，在将清洗阀36开阀时，首先排出液态水，之后阳极排出气体作为清洗气体被排出，所以如图2所示，从时刻t12阳极排出气体被排出。

因此，在本实施方式中，在氢供给阀33的闭阀中根据将清洗阀36闭阀的清洗阀闭阀期间(时刻t13～时刻t14)的压力降低，求在该期间由于上述三个因素而失去的阳极系统内的气体量。若将该气体量除以清洗阀闭阀期间，则可以计算由于上述三个因素所失去的每单位时间的阳极系统内的气体量。

同样，根据清洗阀开阀期间(时刻t11～时刻t13)的压力降低，求在该期间除了上述三个因素外由于清洗所失去的阳极系统内的气体量。然后，将该气体量除以清洗阀开阀期间，计算在清洗阀开阀期间除了上述三个因素外由于清洗而失去的每单位时间的阳极系统内的气体量。

这里，即使从时刻t11至时刻t13的清洗阀开阀期间中，也认为由于上述三个因素所失去的每单位时间的阳极系统内的气体量与清洗阀闭阀期间相比基本不变。

因此，如果从清洗阀开阀期间除了上述三个因素之外由于清洗而失去的每单位时间的阳极系统内的气体量减去在清洗阀闭阀期间由于上述三个因素而失去的每单位时间的阳极系统内的气体量，则可以高精度地仅计算通过清洗阀36而流出的气体(清洗气体)的流量。

以下，参照图4至图13，说明本实施方式的清洗控制。

图4是说明本实施方式的清洗控制的流程图。控制器4以规定的运算周期反复执行本例程。

在步骤s100中，控制器4参照图5的图，根据燃料电池堆1的负载(输出电流)和堆温度，计算基准占空比。基准占空比是，在将清洗周期固定为某一定值(基准清洗周期；在本实施方式中设为5秒，但可适当变更)时，可以对每个负载稳定地进行发电的清洗阀36的占空比，是预先通过实验等求得的占空比。换言之，基准占空比是可以将阳极系统内的氢浓度管理为目标氢浓度的清洗阀36的占空比。而且，基准占空比也可以仅根据燃料电池堆1的负载(输出电流)进行计算。

在步骤s200中，控制器4根据基准占空比实施生成清洗阀36的开阀要求信号的处理。参照图6在后叙述该清洗阀开阀要求信号生成处理的细节。

在步骤s300中，控制器4实施根据清洗阀开阀要求信号等，在氢供给阀33的闭阀时(阳极气体供给停止时)实际地使清洗阀36开闭的处理。参照图7在后叙述该清洗阀36开闭处理的细节。

在步骤s400中，控制器4实施根据在脉动降压时(阳极气体供给停止时)将清洗阀36开阀时和闭阀时的各自的压力降低程度，估计清洗流量的处理。参照图8在后叙述该清洗流量估计处理的细节。

图6是说明清洗阀开阀要求信号生成处理的细节的流程图。

在步骤s201中，控制器4判定将如后所述的清洗阀开阀要求信号开启(on)的时间的累积值(以下称为“清洗阀开阀要求开启时间”。)除以预先确定的基准清洗周期所得的值是否大于基准占空比。即控制器4判定清洗阀开阀要求开启时间在基准清洗周期中所占的比例是否大于了基准占空比。如果相除值为基准占空比以下，则控制器4进行步骤s202的处理，如果大于基准占空比，则控制器4进行步骤s203的处理。

在步骤s202中，控制器4将清洗阀开阀要求信号开启(on)。

在步骤s203中，控制器4将清洗阀开阀要求信号关闭(off)。

在步骤s204中，控制器4累积清洗阀开阀要求信号开启的时间，作为清洗阀开阀要求开启时间进行计算。

在步骤s205中，控制器4判定是否经过了基准清洗周期的1周期。即，例如在将基准清洗周期设定为5秒时，判定是否从开始基准清洗周期的计数起经过了5秒。如果未经过基准清洗周期的1周期，则控制器4结束本次的处理，如果经过1周期，则控制器4进行步骤s206的处理。

在步骤s206中，控制器4将在步骤s204中算出的清洗阀开阀要求开启时间重置为零，并且基准清洗周期的计数也重置为零。

图7是说明清洗阀开闭处理的细节的流程图。

在步骤s301中，控制器4与前述的步骤s204分别计算清洗阀开阀要求开启时间。

在步骤s302中，控制器4判定氢供给阀33是否被开阀。在氢供给阀33被开阀时，即为阳极气体供给时，控制器4进行步骤s303的处理。另一方面，在氢供给阀33被闭阀时，即为阳极气体供给停止时，控制器4进行步骤s309的处理。进行步骤s302的判定，是因为在本实施方式中，基本上与阳极气体供给停止时同时地进行清洗阀36的开阀。

在步骤s303中，控制器4判定燃料电池堆1的运转区域是否为高负载区域。例如在输出电流大于20a时，控制器4判定为高负载区域。如果燃料电池堆1的运转区域为高负载区域，则控制器4进行步骤s600的处理，否则进行步骤s304的处理。

在步骤s600中，控制器4实施在高负载区域中所实施的清洗阀36的开闭处理。关于该高负载清洗处理的细节，参照图13在后叙述，但如果简单地说明，则在高负载区域中，阳极系统内蓄积的液态水与通常区域相比增加。在清洗阀36的构造上，如果打开清洗阀36，则首先液态水从阳极系统内被排出，之后阳极排出气体被排出。因此，在高负载区域中，在脉动升压时也可以将清洗阀36开阀，可靠地将阳极系统内的液态水从阳极系统内排出，之后阳极排出气体干净地从阳极系统内被排出。

另一方面，在上述步骤s303判定为运转区域是高负载区域时，在步骤s304中，控制器4将清洗阀36闭阀。

在步骤s305中，控制器4判定清洗阀开阀继续标记是否开启(on)。若清洗阀开阀继续标记为开启，则控制器4进行步骤s306的处理，若为关闭(off)，则控制器4结束本次的处理。

清洗阀开阀继续标记是，阳极气体供给停止时的清洗阀开阀时间直至超过作为在阳极气体供给停止时将清洗阀36实际地打开的时间而预先设定的第2规定值，被标记为开启的标记。该清洗阀开阀继续标记例如是在阳极气体供给停止时打开清洗阀36，在经过第2规定值前开始了阳极气体供给的情况中，为了仍然继续本次的清洗阀开阀时间而设定的标记。由此，下一次的阳极气体供给停止时可以仅将清洗阀36打开剩余的时间(分割清洗)。

在步骤s306中，控制器4判定在步骤s301中算出的清洗阀开阀要求开启时间是否为预先设定的第1规定值以上。如果清洗阀开阀要求开启时间为第1规定值以上，则控制器4进行步骤s307的处理，如果不足第1规定值，则进行步骤s308的处理。

在步骤s307中，控制器4将清洗阀开阀指令设为开启(on)。而且，清洗阀开阀指令的初始值被设定为关闭(off)。在清洗阀开阀指令为开启的状态下阳极气体供给停止时，清洗阀36被实际地开阀。由此，可以与氢供给阀33的闭阀时联动而将清洗阀36开阀。

这样，在本实施方式中，从清洗阀开阀要求开启时间(＝基准占空比的累积值)为第1规定值以上开始将清洗阀开阀指令设为开启，允许清洗阀36的开阀。这是因为，在本实施方式中，在氢供给阀33的闭阀时确保某种程度的开阀清洗阀36时间，以便可靠地实施排水，在清洗阀开阀中，阳极排出气体可靠地通过清洗阀36排出。

而且，通过这样处理，输出电流越低，基准占空比越小，所以输出电流越低时，可以越加长至清洗阀开阀指令为开启的时间。即，根据输出电流变更发出清洗阀的开阀指令的间隔，使得在输出电流越低时，从关闭清洗阀至打开的间隔(清洗间隔)越长。在输出电流低时，阴极压力也低，所以从阴极电极侧透过来的氮等的量也少，所以即使将清洗间隔增长相当于该部分，阳极系统内的氢浓度的降低也少。因此，通过输出电流越低时，越加长清洗间隔，统一排出阳极排出气体，使得在清洗阀36的开阀中，经由该清洗阀36可靠地排出阳极排出气体。

另一方面，在上述步骤s306中，判定为清洗阀开阀要求开启时间不足第1规定值时，在步骤s308中，控制器4将清洗阀开阀指令设为关闭。

进而，在上述步骤s302中判定为氢供给阀33被闭阀(阳极气体供给停止时)时，在步骤s309中，控制器4判定清洗阀开阀指令是否开启。如果清洗阀开阀指令为关闭，则控制器4进行步骤s310的处理，如果开启则进行步骤s311的处理。

在步骤s310中，控制器4将清洗阀36闭阀。这样，在清洗阀开阀要求开启时间为第1规定值以上之前，即使为阳极气体供给停止时清洗阀36也不开阀。

另一方面，在步骤s311中，控制器4将清洗阀36开阀。

在步骤s312中，控制器4累积清洗阀36被开阀的时间，将其计算作为清洗阀开阀时间。

在步骤s313中，控制器4判定在步骤s312中算出的清洗阀开阀时间是否成为作为在阳极气体供给停止时实际地打开清洗阀36的时间而被预先设定的第2规定值以上。这样，在本实施方式中，在清洗阀开阀要求开启时间为第1规定值以上后，仅将清洗阀36打开第2规定值。在本实施方式中，将第1规定值和第2规定值设定为相同的值，但是也可以设定为不同的值。第1规定值以及第2规定值分别作为可将阳极系统内的氢浓度管理为目标氢浓度，并且可以高精度地实施清洗流量的估计的值(例如0.5秒)，可以通过预先实验等来求。如果清洗阀开阀时间不足第2规定值，则控制器4进行步骤s314的处理，如果清洗阀开阀时间为第2规定值以上，则进行步骤s316的处理。

在步骤s314中，控制器4将清洗阀开阀继续标记设为开启。

在步骤s315中，控制器4将升压中标记设为关闭。该升压中标记是在高负载清洗处理中使用的标记。

另一方面，在上述步骤s313中判定为清洗阀开阀时间为第2规定值以上时，在步骤s316中，控制器4将在清洗阀开闭处理内算出的清洗阀开阀时间重置为零。

在步骤s317中，控制器4将清洗阀开阀继续标记设为关闭。

在步骤s318中，控制器4将清洗阀开阀指令设为关闭。之后，进至步骤s315，将升压中标记设为关闭。

图8是说明清洗流量估计处理的细节的流程图。

在步骤s401中，控制器4判定氢供给阀33是否被闭阀。如果是在氢供给阀33的闭阀时，则控制器4为了获取用于估计清洗流量的数据，进行步骤s402以后的处理。另一方面，在氢供给阀33的开阀时，控制器4为了根据获取的数据估计清洗流量，进行步骤s409以后的处理。

在步骤s402中，控制器4判定清洗阀36是否开阀。若清洗阀36开阀，则控制器4进行步骤s403的处理，在闭阀时进行步骤s406的处理。

在步骤s403中，控制器4根据阳极压力的降低，计算在清洗阀开阀时从阳极系统内流出的、每运算周期的气体量，通过将该气体量与前次值相加，计算清洗阀开阀时的流出气体量。

在该清洗阀开阀时从阳极系统内流出的每运算周期的气体量，例如可以预先通过实验等，作成将阳极压力的降低量(阳极压力的前次值－阳极压力的本次值)、和从阳极系统内流出的气体量相关联的图9所示的图，通过参照该图，根据阳极压力的降低量进行计算。在图9中，按照堆温度校正从阳极系统内流出的气体量，但是未必需要基于堆温度的校正。而且，即使例如通过计算将阳极压力的前次值等代入气体的状态方程式求得的阳极系统内的气体的摩尔数、与代入阳极压力的本次值等求得的阳极系统内的气体的摩尔数的变化，也可以求该气体量。

在步骤s404中，控制器4根据电流传感器43的检测值(输出电流)，计算在清洗阀开阀时由于发电在燃料电池堆1内消耗的每运算周期的氢量，通过将该氢量与前次值相加，计算清洗阀开阀时的发电消耗氢量。

在该清洗阀开阀时由于发电而在燃料电池堆1内被消耗的每运算周期的氢量，例如预先通过实验等作成将输出电流和消耗氢量相关联的、如图10所示的表，可以通过参照该表，根据输出电流进行计算。而且，例如将输出电流、运算周期以及燃料电池的张数代入使用了法拉第常数的运算式，计算被消耗的氢的摩尔质量也可以求出。

在步骤s405中，控制器4与步骤s312单独地计算清洗阀开阀时间。

另一方面，在步骤s402中判定为清洗阀36闭阀时，在步骤s406中，控制器4根据阳极压力的降低，计算在清洗阀闭阀时从阳极系统内流出的每运算周期的气体量，通过将该气体量与前次值相加，计算清洗阀闭阀时的流出气体量。

在步骤s407中，控制器4根据电流传感器43的检测值(输出电流)，计算在清洗阀闭阀时由于发电而在燃料电池堆1内被消耗的每运算周期的氢量，通过将该氢量与前次值相加，计算清洗阀闭阀时的发电消耗氢量。

在步骤s408中，控制器4累积将清洗阀36开阀的时间，将其计算作为清洗阀闭阀时间。

进而，在上述步骤s401中判定为氢供给阀33开阀时，在步骤s409中，控制器4判定用于计算清洗流量的数据量是否足够。具体地说，判定在步骤s405以及步骤s408中算出的清洗阀开阀时间以及清洗阀闭阀时间是否分别大于了预先设定的规定时间(例如0.5秒)。如果数据量足够，则控制器4进行步骤s410的处理，如果不足够，则结束本次的处理。因此，如果数据量不足够，不仅根据相当于脉动1周期的数据，而是根据相当于脉动多个周期的压力变化的数据估计清洗流量。

在步骤s410中，控制器4根据从步骤s403至步骤s408中获取的数据，计算清洗流量。具体地说，实施图11所示的计算，计算清洗流量。作为清洗流量的计算方法，参照图2，如前述那样，从清洗阀开阀时的流出气体量除以清洗阀开阀时间后获得的值(清洗阀开阀时的流出气体流量)，减去清洗阀闭阀时的流出气体量除以清洗阀闭阀时间后获得的值(清洗阀闭阀时的流出气体流量)，将相减后的值作为清洗流量，也可以如图11所示，通过预先从清洗阀开阀时的流出气体量减去清洗阀开阀时的发电消耗氢量，从清洗阀闭阀时的流出气体量减去清洗阀闭阀时的发电消耗氢量，使清洗流量的估计精度进一步提高。这是因为，发电消耗氢量由于负载变动而变化，所以在清洗阀36的开闭中未必是固定的。

在步骤s411中，控制器4参照图12的表，判定算出的清洗流量是否为预先设定的阈值以上。换言之，判定清洗量是否足够。控制器4在清洗流量为阈值以上时进行步骤s412的处理，在不足阈值时进行步骤s413的处理。

如图12所示，阈值被校正，使得发出清洗阀开阀指令的间隔(从清洗阀开阀指令发出开始至下一次的清洗阀开阀指令发出为止的间隔。以下称为“清洗间隔”。)越长，阈值越小。

这是因为，清洗间隔越长，从将清洗阀36开阀起至下一次开阀为止的期间越长，所以阳极系统内蓄积的液态水量变多。因此，清洗间隔越长，将清洗阀36开阀时排出的清洗量相对地越少。在本实施方式中，与氢供给阀33的开闭状态匹配地将清洗阀36开阀，所以至将清洗阀36开阀为止的间隔变化。在该情况下，与清洗间隔短的情况相比，在清洗间隔长时清洗量变少，其原因是由于清洗间隔变长，阳极系统内的液态水量增多。因此，通过发出清洗阀开阀指令的间隔越长，越减小阈值，减少被判断为清洗不足的频率。

而且，为了将阳极系统内的氢浓度管理为发电稳定的氢浓度，基本上燃料电池堆1的负载越高，需要越增多清洗量。在图12中，燃料电池堆1的负载越高阈值越减少，好像趋势相反，这是由于在纵轴上取清洗流量，对清洗流量乘以对应于每负载的基准占空比的清洗阀36的开阀时间所得到的清洗量本身，燃料电池堆1的负载越高，清洗量越多。

在步骤s412中，控制器4从步骤s301中算出的清洗阀开阀要求开启时间减去清洗阀开阀时间。

在步骤s413中，控制器4原样保持在步骤s301中算出的清洗阀开阀要求开启时间。这是因为在判断为清洗流量不足阈值时，为了进行稳定的发电，进一步需要执行清洗，因此可以在下一次的处理中执行追加清洗。

这样，在清洗流量不足阈值时(清洗量不足时)，通过不从清洗阀开阀要求开启时间减去清洗阀开阀时间，使清洗间隔比通常短，与清洗流量为阈值以上时(清洗量足够时)相比，使清洗阀开阀要求开启时间增加。由此，将清洗阀36开阀时间增加使清洗阀开阀要求开启时间增加的量，即相当于不减去的量。

在步骤s414中，控制器4将从步骤s403至步骤s408的数据重置为零。

图13是说明高负载清洗处理的细节的流程图。

在步骤s601中，控制器4判定清洗阀开阀指令是否为开启。控制器4在清洗阀开阀指令为开启时进行步骤s602的处理，在关闭时进行步骤s605的处理。

在步骤s602中，控制器4判定在步骤s312中算出的清洗阀开阀时间是否为零，或者升压中开阀标记是否为开启。控制器4在其中一个成立时进行步骤s603的处理，在任意一个都不成立时进行步骤s605的处理。

在步骤s603中，控制器4将升压中开阀标记设为开启。

在步骤s604中，控制器4将清洗阀36开阀。

另一方面，在上述步骤s601中判定为清洗阀开阀指令关闭时，在步骤s605中，控制器4累积清洗阀36被开阀的时间，计算作为清洗阀开阀时间。

在步骤s606中，控制器4将升压中开阀标记设为关闭。

在步骤s607中，控制器4将清洗阀36闭阀。

这样，在高负载时，即使为氢供给阀33的开阀中，也将清洗阀36开阀。这是因为，在高负载时燃料电池堆1内的液态水增加，所以通过从氢供给阀33的开阀时将清洗阀36开阀，可靠地进行液态水的排出。而且，在高负载时，由于发电而被消耗的氢量增多，所以氢供给阀33闭阀后的阳极压力的降低速度也变快，降压时间也变短。因此，通过在升压中将清洗阀36开阀，提高液态水的排出效率，即使降压时间变短，也可以在氢供给阀闭阀后经由清洗阀36可靠地排出清洗气体。因此，可以使清洗流量的估计精度提高。

图14a是说明本实施方式的氢供给阀33的控制的流程图。

在步骤s1中，控制器4参照图14b的表，根据燃料电池堆1的目标输出电流，设定阳极压力的脉动上限压力以及脉动下限压力。

在步骤s2中，控制器4判定阳极压力是否为脉动上限压力以上。若阳极压力为脉动上限压力以上时，则控制器4为了使阳极压降压，进行步骤s3的处理。另一方面，若阳极压力不足脉动上限压力，则进行步骤s4的处理。

在步骤s3中，控制器4将目标阳极压力设定为脉动下限压力。

在步骤s4中，控制器4判定阳极压力是否为脉动下限压力以下。若阳极压力为脉动下限压力以下，则控制器4为了使阳极压升压，进行步骤s5的处理。另一方面，若阳极压力高于脉动下限压力，则进行步骤s6的处理。

在步骤s5中，控制器4将目标阳极压力设定为脉动上限压力。

在步骤s6中，控制器4将目标阳极压力设定为与前次相同的目标阳极压力。

在步骤s7中，控制器4在设定脉动下限压力作为目标阳极压力时，反馈控制氢供给阀33，使得阳极压力为脉动下限压力。该反馈控制的结果，通常氢供给阀33的开度全闭，从高压氢罐31至燃料电池堆1的阳极气体的供给被停止。其结果，由于发电导致的燃料电池堆1内的阳极气体的消耗等，阳极压力降低。

另一方面，控制器4在设定脉动上限压力作为目标阳极压力时，反馈控制氢供给阀33，使得阳极压力升压至脉动上限压力。该反馈控制的结果，氢供给阀33被打开至希望的开度，从高压氢罐31向燃料电池堆1供给阳极气体，阳极压力上升。

图15以及图16是说明本实施方式的清洗控制的定时图。图15的定时图是运转区域为通常区域、清洗流量为阈值以上时的定时图。另一方面，图16的定时图是运转区域为通常区域、清洗流量不足阈值时的定时图。

如图15的(d)所示，通过清洗阀开阀要求信号生成处理，生成在基准清洗周期中，清洗阀开阀要求信号仅开启基准占空比的清洗阀开阀要求信号。然后，如图15的(e)所示，清洗阀开阀要求信号为开启的时间被累积，被计算作为清洗阀开阀要求开启时间。

在时刻t1，清洗阀开阀要求开启时间为第1规定值以上时，在之后的时刻t2氢供给阀33被开阀时(图15的(b))，清洗阀开阀指令开启(图15的(f))。

然后，在时刻t3中，在清洗阀开阀指令开启的状态下氢供给阀33被闭阀时，清洗阀36被开阀(图15的(c))。在清洗阀36被开阀时，如图15的(g)所示，清累积洗阀36被开阀的时间，计算作为清洗阀开阀时间。在时刻t4，清洗阀开阀时间为第2规定值以上时，清洗阀开阀指令关闭(图15的(f))，清洗阀36被闭阀(图15的(c))。

在从时刻t3至时刻t4的清洗阀开阀期间中，计算用于估计清洗流量的数据，即清洗阀开阀时的流出气体量或发电消耗氢量。

然后，在从时刻t4至时刻t5的清洗阀闭阀期间中，计算用于估计清洗流量的数据，即清洗阀开阀时的流出气体量和发电消耗氢量。

在时刻t5，在氢供给阀33被开阀时，如果数据量足够，则根据取得的数据计算清洗流量(图15的(i))。

如果该计算的清洗流量为阈值以上，则在时刻t6，将清洗阀开阀要求开启时间减小清洗阀开阀时间(＝第2规定值)(图15的(e))。由此，清洗阀开阀要求开启时间低于第1规定值，即使在时刻t7氢供给阀33被闭阀，清洗阀36也不开阀。

另一方面，如图16所示，如果清洗流量不足阈值，则在时刻t6中原样保持清洗阀开阀要求开启时间。因此，在时刻t6中，清洗阀开阀指令开启，在时刻t7可以将清洗阀36开阀。这样，如果清洗流量不足阈值，则可以在清洗流量估计后的氢供给阀33的闭阀时再度打开清洗阀36，实施追加清洗。由此，可以将阳极系统内的氢浓度管理为发电稳定的氢浓度。

图17也是说明本实施方式的清洗控制的定时图。图17的定时图是运转区域为高负载区域、清洗流量为阈值以上时的定时图。

如图17所示，在时刻t21，清洗阀开阀要求开启时间为第1规定值以上时(图17的(d))，清洗阀开阀指令被开启(图17的(e))。这时，如果运转区域为高负载区域，则通过高负载清洗处理，判定清洗阀开阀时间为零、或者升压中开阀标记为开启。在时刻t21中，由于清洗阀开阀时间为零，所以升压中标记被开启(图17的(h))，在氢供给阀33的开阀中，将清洗阀36开阀(图17的(b))。

这样，在高负载时，通过在氢供给阀33的开阀中使清洗阀36开阀，可以可靠地排出液态水，在氢供给阀闭阀后建议清洗阀36使清洗气体可靠地排出。由此，可以使清洗流量的估计精度提高。

在时刻t22，氢供给阀33被闭阀时，升压中标记为关闭(图17的(h))。然后，在时刻t23中，氢供给阀33被开阀，但是这时的清洗阀开阀时间尚未达到第2规定值(图17的(f))。因此，清洗阀36在氢供给阀33的闭阀中一直保持被打开(图17的(b))。而且，清洗阀开阀时间也不被重置(图17的(f))，清洗阀开阀指令也仍为开启(图17的(e))。

其结果，在时刻t23，再次判定清洗阀开阀时间为零、或者升压中开阀标记开启。在时刻t23，由于不满足任意一个条件，所以即使本次为高负载区域，在氢供给阀33的开阀中清洗阀36也被闭阀(图17的(b))。

然后，在时刻t24，氢供给阀33被闭阀时，将清洗阀36开阀(图17的(b))，再次增加清洗阀开阀时间(图17的(f))。

在时刻t25将氢供给阀33开阀，清洗阀开阀时间仍然没有达到第2规定值(图17的(f))，所以清洗阀36从时刻t24开始一直保持被打开(图17的(b))。而且，清洗阀开阀时间也不重置(图17的(f))，清洗阀开阀指令也仍为开启(图17的(e))。

在时刻t26将氢供给阀33闭阀时，在时刻t27，第2规定值达到清洗阀开阀时间时(图17的(f))，清洗阀开阀指令被关闭(图17的(e))，清洗阀36被闭阀(图17的(b))。

这样，在高负载区域等，从将氢供给阀33闭阀至开阀为止的间隔变短时，有在1次的脉动降压中清洗阀开阀时间达不到第2规定值的时候。这时，将清洗阀36的开阀分割进行，同时在氢供给阀33的开阀中仅进行最初的清洗。

以上说明的本实施方式的燃料电池系统100包括：控制至阳极系统内的阳极气体的供给的氢供给阀33(供给阀)；从阳极系统内将排出气体排出的清洗阀36；测量阳极系统内的压力的阳极压力传感器34(压力检测单元)；根据至阳极系统内的阳极气体供给停止时的清洗阀开阀时的压力降低和清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过清洗阀36从阳极系统内排出的排出气体的清洗量的清洗量估计单元(控制器4)。

由此，可以根据阳极气体供给停止时的清洗阀36的开阀时的压力降低，估计从阳极系统内排出的气体量，可以根据阳极气体供给停止时的清洗阀36的闭阀时的压力降低，不依赖于清洗阀36的开闭状态地估计从阳极系统内泄漏出来的气体量。因此，可以根据从这些阳极系统内排出的气体量以及从阳极系统内泄漏出来的气体量，高精度地估计经由清洗阀36从阳极系统内排出的排出废气的流量。

清洗量估计单元具体地说包括：根据清洗阀开阀时的压力降低估计在清洗阀开阀期间从所述阳极系统内流出的气体量的第1估计单元；以及根据清洗阀闭阀时的压力降低，不依赖于清洗阀的开闭状态地估计从阳极系统内流出的气体量的第2估计单元，根据第1估计单元估计的气体量和第2估计单元估计的气体量估计清洗量。

由此，因为可以不依赖于清洗阀的开闭状态地、由清洗阀闭阀时的压力降低估计从阳极系统内流出的气体量，所以可以由该估计结果和在清洗阀开阀期间从阳极系统内流出的气体量，高精度地估计通过清洗阀36仅从阳极系统内排出的排出废气的流量。

而且，按照本实施方式的燃料电池系统100包括：根据氢供给阀33的开闭状态和燃料电池堆1的负载，将清洗阀36开闭的清洗阀控制单元(控制器4)。

清洗阀控制单元，具体地说，根据燃料电池堆1的负载变更发出清洗阀36的开阀指令的间隔，在开阀指令发出时的氢供给阀33的闭阀中，将清洗阀36开阀。

在燃料电池堆1的负载小时，清洗量也变少即可。因此，通过在燃料电池堆1的负载小时增长清洗间隔，可以不依赖于负载地将一次排出的清洗量大致固定。然后，通过与氢供给阀33的闭阀一起将清洗阀36开阀，可以在阳极气体供给停止时可靠地建立清洗阀开阀状态，同时确保清洗流量的估计所需要的清洗量，所以可以可靠地探测清洗阀开阀时的压力降低。

而且，清洗阀控制单元在氢供给阀33的开阀中将清洗阀36闭阀，所以可以在阳极气体供给停止时可靠制定清洗阀开阀状态。另一方面，在燃料电池堆1的负载比规定负载高的情况下(处于高负载区域时)发出开阀指令时，在氢供给阀33的开阀中也将清洗阀36开阀，所以即使是液态水等增加的高负载区域，也可以可靠地将其从清洗阀36排出，可以可靠地探测清洗阀开阀时的压力降低。

而且，清洗阀控制单元根据清洗阀36的开阀时间，在氢供给阀33的闭阀中将清洗阀36闭阀，所以可以在氢供给阀33的闭阀中的清洗阀开阀时间达到了规定时间(第2规定值)后将清洗阀36闭阀。因此，可以在氢供给阀33的闭阀中可靠地制定清洗阀闭阀状态，可以可靠地探测清洗阀闭阀时的压力降低。其结果，可以可靠地实施清洗流量的估计。

而且，本实施方式的燃料电池系统100包括：根据由清洗量估计单元估计的清洗量，判定清洗量是否不足的判定单元(控制器4)。然后，清洗阀控制单元在判定为清洗量不足时，使发出清洗阀36的开阀指令的间隔，比根据燃料电池堆1的负载设定的间隔短。

具体地说，清洗阀控制单元根据燃料电池堆1的负载计算清洗阀36的开阀要求时间(基准占空比)，在所述开阀要求时间的累积值(清洗阀开阀要求开启时间)为第1规定值以上时发出清洗阀36的开阀指令，在判定为清洗量并非不足时，将开阀要求时间的累积值减去相当于清洗阀36的开阀时间，在判定为清洗量不足时，原样保持开阀要求时间的累积值。

由此，在清洗量不足时，可以实施基于负载的清洗和另外追加的清洗，所以可以抑制阳极系统内的氢浓度的降低，持续实施稳定的发电。

以上，本说明发明的实施方式，但是上述实施方式只不过表示了本发明的适用例的一部分，没有将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的结构的意思。

例如，在上述的实施方式中，在氢供给阀33的闭阀的同时将清洗阀36开阀，但是也可以在氢供给阀33的闭阀后，在经过规定时间(例如80ms)后将清洗阀36开阀。由此，可以减小氢供给阀33的响应延迟或阳极压力传感器34的检测值的过冲等对清洗流量的估计产生的影响，可以使清洗流量的估计精度进一步提高。

而且，在上述的实施方式中，阳极压力传感器34的检测值作为阳极系统内的压力进行了利用，但是例如也可以从氢供给阀33的开度等估计阳极系统内的压力。

而且，在上述的实施方式中，实施了使阳极压力脉动的脉动运转，但是也可以是根据燃料电池堆的负载，将阳极压力固定的燃料电池系统。在该情况下，也可以在负载降低时的下降过渡时(阳极压力降低时)进行清洗阀36的开闭。而且，也可以一次性地使阳极压力脉动。

而且，在上述的实施方式中，清洗阀开阀时间在成为第2规定值之前，在氢供给阀33的闭阀中一直将清洗阀36开阀，在高负载时等分割而实施清洗。相对于此，也可以一边在氢供给阀33的开阀前将清洗阀36闭阀，一边在清洗阀开阀时间成为第2规定值之前分割而进行清洗。

而且，在上述的实施方式中，与氢供给阀33的闭阀时同步，将清洗阀36开阀，但是不一定使其同步。

本申请要求基于2014年10月28日向日本国专利局提出申请的特愿2014－219709号的优先权，通过参照，该申请的全部内容并入本说明书中。