燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统与流程

1.本发明涉及具备使反应气体循环的循环泵的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池系统将反应气体(燃料气体、氧化剂气体)供给到燃料电池堆并且通过燃料电池堆内的电化学反应来进行发电。这种燃料电池系统中，如专利文献1公开那样，为了确保在燃料电池堆循环的反应气体的循环流量而具备使从燃料电池堆排出的反应排气(包含发电中未被使用的反应气体)在燃料气体供给路循环的循环泵。
3.另外，专利文献1公开的燃料电池系统基于成本、小型化的观点而应用了具有不具备传感器的(无传感器的)电机的循环泵。该情况下，燃料电池系统中，由电流传感器检测从逆变器供给到循环泵的电机的三相交流电流，基于其检测信号来计算循环泵的转速。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第4248225号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的问题
8.然而，燃料电池系统有可能在低温环境下(例如，冰点以下)因反应气体中含有的水蒸气在循环泵内冻结而阻害循环泵的旋转。特别是在循环泵的同转子连结的叶轮与循环泵的壳体固结的情况下，基于来自逆变器的电力供给而转子以及叶轮会振动。
9.当转子以及叶轮这样振动时，燃料电池系统的控制部会因为电流传感器检测出与从循环泵的电机产生的感应电压相伴的电流而运算出错误的转速。在控制部基于错误的转速来使向燃料电池堆供给的反应气体的供给量变化的情况下，有可能发生向燃料电池堆供给的反应气体的供给量不足等不良问题。还有，燃料电池堆会发生因为燃料气体不足的机会增加而容易劣化那样的不良问题。
10.用于解决问题的方案
11.本发明是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供以简单的结构来良好地判断循环泵是正常还是异常并且能够尽早做出所需的应对的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统。
12.为了实现所述目的，本发明的第一方式是燃料电池系统的运转方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆；反应气体供给路，其将反应气体供给到所述燃料电池堆；反应气体循环路，其使从所述燃料电池堆排出的反应排气在所述反应气体供给路循环；循环泵，其设置于所述反应气体循环路，被不具备旋转检测传感器的电机驱动；以及控制部，其控制所述电机的旋转，在所述燃料电池系统的运转方法中，包括：第一工序，由所述控制部在起动时使所述电机旋转，并且在该电机的转速达到既定值之后切断向所述电机供给的电力；以
及第二工序，在所述第一工序后所述电机因惯性而旋转的惯性期间，由所述控制部判定所述电机的所述转速是否在既定时间内成为既定值以下，所述控制部在所述第二工序中所述转速成为所述既定值以下的情况下判定为所述循环泵异常。
13.另外，为了实现所述目的，本发明的第二方式是燃料电池系统，具备：燃料电池堆；反应气体供给路，其将反应气体供给到所述燃料电池堆；反应气体循环路，其使从所述燃料电池堆排出的反应排气在所述反应气体供给路循环；循环泵，其设置于所述反应气体循环路，被不具备旋转检测传感器的电机驱动；以及控制部，其控制所述电机的旋转，在所述燃料电池系统中，所述控制部在起动时使所述电机旋转，并且在该电机的转速达到既定值之后切断向所述电机供给的电力，在切断后所述电机因惯性而旋转的惯性期间，判定所述电机的所述转速是否在既定时间内成为既定值以下，在所述转速成为所述既定值以下的情况下，判定为所述循环泵异常。
14.发明的效果
15.上述的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统中，在电机因惯性而旋转的惯性期间判定电机的转速是否在既定时间内成为既定值以下，由此能够短时间并且良好地判断泵是正常还是异常。由此，燃料电池系统能够实现尽早做出所需的应对。例如，燃料电池系统能够采用如下应对：使从反应气体供给路向燃料电池堆供给的反应气体的供给量增加、进行促使循环泵解冻的控制等。其结果是，燃料电池系统能够减少反应气体的供给量不足的机会来抑制燃料电池堆的劣化。
16.参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
17.图1是示出本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统的整体结构的说明图。
18.图2是示出进行循环泵的通常控制的ecu内的结构的框图。
19.图3是示出目标转速与估计转速的关系的曲线图。
20.图4是示出燃料电池系统的起动时的ecu内的结构的框图。
21.图5是示出起动时在各模式下逆变器输出的电流的状态的曲线图。
22.图6是示出燃料电池系统的运转方法的流程图。
23.图7是例示循环泵在正常的情况下与异常的情况下的估计转速的推移的曲线图。
具体实施方式
24.以下，关于本发明例举优选的实施方式，参照附图进行详细说明。
25.本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统10如图1所示，具备燃料电池堆12、燃料气体系装置14、氧化剂气体系装置16以及冷却装置18。该燃料电池系统10搭载于燃料电池汽车(以下，简称为车辆11)的电机室。燃料电池系统10向车辆11的蓄电池bt、行驶用电机(未图示)等供给燃料电池堆12的发电电力。而且，燃料电池系统10不限于搭载于车辆11，例如也可以用于定置型系统的用途。
26.燃料电池堆12具备通过作为反应气体的燃料气体(氢气、阳极气体)与氧化剂气体(空气中含有的氧、阴极气体)的电化学反应来进行发电的多个发电单电池20。在将燃料电
池堆12搭载于车辆11的状态下，多个发电单电池20以电极面为竖立姿态来沿着车宽方向层叠。而且，多个发电单电池20也可以在车辆11的车长方向(前后方向)、重力方向层叠。
27.各发电单电池20由电解质膜
‑
电极结构体22(以下，称为“mea 22”)、夹持mea 22的一对隔板24(第一以及第二隔板24a、24b)构成。mea 22具有：电解质膜26(例如，固体高分子电解质膜(阳离子交换膜))；在电解质膜26的一方面层叠的阳极电极28；以及在电解质膜26的另一方的面层叠的阴极电极30。第一隔板24a与mea 22之间形成沿着隔板表面流通燃料气体的燃料气体流路32。第二隔板24b与mea 22之间形成沿着隔板表面流通氧化剂气体的氧化剂气体流路34。另外，通过多个发电单电池20的层叠而在第一隔板24a与第二隔板24b彼此之间，形成沿着隔板表面流通制冷剂的制冷剂流路36。
28.还有，燃料电池堆12具备使燃料气体、氧化剂气体以及制冷剂分别沿着层叠体21的层叠方向流通的未图示的多个连通孔(燃料气体连通孔、氧化剂气体连通孔、制冷剂连通孔)。燃料气体连通孔与燃料气体流路32连通，氧化剂气体连通孔与氧化剂气体流路34连通，制冷剂连通孔与制冷剂流路36连通。
29.由燃料气体系装置14向燃料电池堆12供给燃料气体。在燃料电池堆12内，燃料气体在燃料气体连通孔(燃料气体入口连通孔)流通并流入燃料气体流路32，在阳极电极28处用于发电。含有发电中未被使用的(未反应的)燃料气体和水的燃料排气从燃料气体流路32流出到燃料气体连通孔(燃料气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12被排出到燃料气体系装置14。
30.另外，由氧化剂气体系装置16向燃料电池堆12供给氧化剂气体。在燃料电池堆12内，氧化剂气体在氧化剂气体连通孔(氧化剂气体入口连通孔)流通并流入氧化剂气体流路34，在阴极电极30处用于发电。含有发电中未被使用的(未反应的)氧化剂气体和水的氧化剂排气从氧化剂气体流路34流出到氧化剂气体连通孔(氧化剂气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12被排出到氧化剂气体系装置16。
31.还有，由冷却装置18向燃料电池堆12供给制冷剂。在燃料电池堆12内，制冷剂在制冷剂连通孔(制冷剂入口连通孔)流通并流入制冷剂流路36，来对发电单电池20进行温度调整。对发电单电池20进行了温度调整的制冷剂从制冷剂流路36流出到制冷剂连通孔(制冷剂出口连通孔)，并从燃料电池堆12被排出到冷却装置18。
32.另外，本实施方式涉及的燃料气体系装置14形成使从燃料电池堆12排出的燃料排气(未反应的燃料气体)在燃料气体的供给侧循环的循环回路。以下，具体说明该燃料气体系装置14。
33.燃料气体系装置14具有：向燃料电池堆12供给燃料气体的燃料气体供给路40；以及从燃料电池堆12排出燃料排气的燃料气体排出路42。另外，在燃料气体供给路40与燃料气体排出路42之间，设置使燃料气体排出路42的燃料排气在燃料气体供给路40循环的燃料气体循环路44。排出燃料排气的吹扫路46连接于该燃料气体循环路44。
34.贮存高压的燃料气体的罐48连接于燃料气体供给路40的上游端。罐48基于在罐内电磁阀(未图示)的开闭以及在中途设置的减压阀(未图示)来使燃料气体流出到燃料气体供给路40。
35.另外，在罐48的下游侧的燃料气体供给路40设置有调整向燃料电池堆12供给的燃料气体的流量的喷射器50。在燃料电池系统10运转时，喷射器50在比燃料气体供给路40靠
上游侧(高压侧)处开闭，向下游侧(低压侧)喷出既定量的燃料气体。另外在图1中，设为设置一个喷射器50的结构，但是也可以在燃料气体供给路40设置多个喷射器50。在设置多个喷射器50的情况下，一部分喷射器50也可以设置于绕过后述的引射器52的旁通路径(未图示)。
36.在燃料气体供给路40的喷射器50的下游侧设置有引射器52。引射器52利用伴着从喷射器50喷出的燃料气体的移动而产生的负压，从燃料气体循环路44吸引燃料排气并且将燃料气体供给到下游侧的燃料电池堆12。
37.另外，在燃料气体排出路42与燃料气体循环路44之间，设置将燃料排气中含有的液体(在发电时生成的液态水)与气体(燃料气体、水蒸气、氮气等)分离的气液分离器56。将分离出的液体排出的泄放路60的一端与气液分离器56的底部连接。泄放路60具有将流路开闭的泄放阀60a，并且与吹扫路46连接。吹扫路46将燃料气体、氮气从燃料气体循环路44排出，由此使由比引射器52靠下游侧的燃料气体供给路40、燃料气体排出路42以及燃料气体循环路44构成的循环路径的内部的氢气浓度提高。在吹扫路46的比与泄放路60的连接部位靠上游侧，设置将流路开闭的吹扫阀46a。
38.燃料气体循环路44连接于气液分离器56的上部，使分离了液态水的燃料排气流通。在燃料气体循环路44，设置使燃料排气在燃料气体供给路40循环的循环泵64。另外，燃料气体系装置14具备检测循环泵64的周边环境的温度的温度传感器62。
39.温度传感器62也可以直接检测循环泵64自身的温度，也可以利用以往设置于燃料气体系装置14的温度传感器。例如，作为以往设置于燃料气体系装置14的温度传感器62，能够举出为了检测从燃料电池堆12排出的燃料排气的温度而在燃料气体排出路42、气液分离器56设置的温度传感器。
40.循环泵64具有：具备未图示的定子和转子的泵用电机66；以及与转子连结的叶轮68。叶轮68在与燃料气体循环路44连通的泵壳体(未图示)的空间内旋转，由此使空间内的燃料排气循环。另外，本实施方式涉及的循环泵64构成为如下的无传感器型：不具备直接检测转子或者叶轮68的转速的编码器等旋转检测传感器。
41.泵用电机66是被供给三相交流电力来使转子旋转的交流电机。因此，逆变器72经由三相交流用的配线70u、70v、70w来与泵用电机66连接。另外，本实施方式涉及的泵用电机66构成为与交流电流的频率同步地旋转的同步型电机。
42.在三个配线70u、70v、70w分别设置对供给到泵用电机66的交流电流的状态进行检测的电流传感器74。详细来讲，电流传感器74包括在配线70u设置的电流传感器74a、在配线70v设置的电流传感器74b以及在配线70w设置的电流传感器74c。各电流传感器74a、74b、74c适用于能够适当检测在配线70u、70v、70w流动的电流的振幅以及周期(换言之，脉冲形状)。
43.逆变器72经由配线76来与作为电力供给源的蓄电池bt连接。另外，虽然省略图示，但也可以在逆变器72与蓄电池bt之间的配线76设置对蓄电池bt的供给电压进行降压的转换器等。逆变器72将从蓄电池bt供给的直流电力变换为三相交流电力，并且将变换成的三相交流电力分别输出到配线70u、70v、70w。另外，逆变器72与控制燃料气体系装置14的ecu(electronic control unit：控制部)80可通信地连接，基于ecu 80的动作指令来控制向泵用电机66供给的三相交流电力的电流、电压、周期等。
44.蓄电池bt通过被供给燃料电池堆12发电产生的电力、或者来自行驶用电机的再生电力来进行充电。另外，蓄电池bt在动力总成(日文：
パワートレイン
)(在图1中为逆变器72)的控制下对逆变器72放电适当的电力。
45.ecu 80构成为具有处理器82、存储器84、输入输出接口86的计算机。上述的温度传感器62以及电流传感器74(电流传感器74a～74c)、控制燃料电池系统10整体的发电ecu 88(参照图2)与ecu 80可通信地连接。而且也可以是，ecu 80与发电ecu 88一体地设置。在燃料电池堆12通常运转中，处理器82执行在存储器84中存储的未图示的程序，由此ecu 80在内部构建如图2所示的功能部，并控制燃料气体系装置14的动作。
46.如图2所示，在ecu 80的内部，构建燃料气体供给量设定部90、喷射器控制部92、泵通常控制部94、泵驱动控制部96以及估计转速计算部98。
47.燃料气体供给量设定部90基于发电ecu 88的发电要求量来设定向燃料电池堆12供给的燃料气体的供给量。喷射器控制部92基于燃料气体供给量设定部90设定的燃料气体的供给量来运算喷射器50的动作内容(即，从罐48侧喷出的燃料气体的量)，并基于该动作内容来控制喷射器50。
48.另一方面，泵通常控制部94基于燃料气体供给量设定部90设定的燃料气体的供给量来运算循环泵64的目标转速(即，从燃料气体循环路44循环的燃料排气的量)。泵驱动控制部96基于该循环泵64的目标转速来设定向循环泵64供给的三相交流电力的状态，并将与之相应的动作指令输出到逆变器72。由此，逆变器72配合目标转速来供给三相交流电力，使泵用电机66旋转。
49.而且，估计转速计算部98基于输入到ecu 80的电流传感器74a、74b、74c的检测信号，计算泵用电机66的估计转速。具体来讲，泵用电机66在供给三相交流电力时存在不通电的(成为断开的)相，ecu 80接收该不通电的相的电流传感器74的检测信号，并基于检测电流的既定点(例如零点)来检测转子的位置。而且估计转速计算部98监视转子的位置，由此计算(估计)泵用电机66的实际的转速。另外，泵驱动控制部96输入(反馈)计算出的估计转速，由此以该估计转速成为与目标转速一致的方式调整对逆变器72的动作指令。
50.这里，在车辆11处于冰点以下(0℃以下)等低温环境的情况下，如已述那样在燃料排气中含有水蒸气，由此在循环泵64的泵壳体内该水蒸气冻结而成为冰。这时，存在泵壳体的内壁(未图示)与叶轮68固结而叶轮68成为不能旋转状态的情况。
51.其中，当从逆变器72供给电力时，泵用电机66的转子以及叶轮68即使在不能旋转而固结的状态下也会振动。例如，与转子连结的叶轮68以16k～40khz程度范围的固有振动周期进行振动，由此从泵用电机66对定子产生与固有振动周期相应的感应电压(感应电动势)。当电流传感器74检测到与该感应电压相伴的电流时，ecu 80基于振动的周期计算出高的估计转速(例如，13000rpm程度)，识别为泵用电机66以该估计转速进行旋转。
52.以下，参照图3的曲线图，进一步详述在循环泵64冻结时估计转速升高的状况。以往，当从车辆11的停车状态开始起动时，为了使燃料电池堆12如通常那样进行发电而实施通常控制，如图3中虚线所示，在时间点ta的定时设定大致固定的泵用电机66的目标转速。基于与该目标转速相应的动作指令，逆变器72控制向泵用电机66供给的电力。
53.这里，在因低温环境而循环泵64的泵壳体内发生叶轮68冻结而成为固结状态(或者解冻中)的情况下，叶轮68振动。因此，以往，当从既定的电流传感器74(电流传感器74a、
74b、74c中的成为断开的相)接收与所检测到的感应电压相伴地电流的检测信号时，如图3中实线78所示，在叶轮68振动的定时计算出超过既定的目标转速的估计转速。
54.例如，在因冻结而叶轮68固结的情况下，由于想要从固结状态下动起来因此转子振动，计算出以超过目标转速的方式急剧上升并且之后急剧下降的、山形的估计转速(参照图3的时间点ta～时间点tb)。或者，即使在固结状态的叶轮68解冻的过程中，由于转子振动，在叶轮68从固结到脱离为止，也稳定地持续计算出比目标转速高的估计转速(参照图3的时间点tb以后)。
55.因而，当基于该估计转速来实施例如抑制从喷射器50排出的燃料气体的喷出量的控制或者抑制循环泵64的旋转的控制时，向燃料电池堆12供给的燃料气体不足。另外，当燃料气体的供给不足的机会增多时，燃料电池堆12劣化加快。
56.因此，本实施方式涉及的燃料电池系统10在低温环境下的起动时，如图4所示，在ecu 80内构建起动控制部100，进行用于对循环泵64的冻结进行判断的起动冻结判定控制。在起动控制部100的内部设置温度判定部102、喷射器监视部104、起动时旋转顺序设定部106、转速判定部108、经过时间判定部110以及异常判定部112。
57.温度判定部102，作为实施起动冻结判定控制的条件而基于温度传感器62的检测信号，来判定燃料电池系统10的周边是否处于低温环境下。实施起动冻结判定控制的温度条件没有特别限定，例如将周边的温度是0
°
以下设为条件。而且，燃料电池系统10也可以构成为在起动时不进行温度判定而立即实施起动冻结判定控制。
58.喷射器监视部104监视喷射器控制部92的控制内容或者喷射器50自身的动作，判断是否通过喷射器50进行动作来向燃料电池堆12供给燃料气体。即，当喷射器50进行动作时，燃料气体在燃料电池堆12、燃料气体排出路42、燃料气体循环路44依次流通，因此循环泵64的叶轮68从动旋转。为了区别该叶轮68的从动旋转与叶轮68在固结状态下的振动，起动控制部100构成为将喷射器50处于不工作状态作为条件来实施起动冻结判定控制。
59.起动时旋转顺序设定部106在实施起动冻结判定控制时沿着预先设定地顺序(模式顺序)使泵用电机66旋转。也就是说，起动时旋转顺序设定部106依次设定基于模式的目标转速，并输出到上述的泵驱动控制部96。由此，泵驱动控制部96按每个模式的目标转速向逆变器72输出驱动指令。
60.例如，如图5所示，ecu 80在燃料电池系统10的起动开始后，在至时间点t0为止期间进行实施起动冻结判定控制的温度判定，确立进行起动冻结判定控制的控制标记。由此，起动时旋转顺序设定部106首先在时间点t0至时间点t1为止的期间，实施使泵用电机66的旋转停止的停止模式。
61.然后，起动时旋转顺序设定部106在时间点t1至时间点t2的期间，为了检测转子的停止位置而实施位置确认模式。在该位置确认模式中，例如，关于三相交流电流的波形，从逆变器72输出一相断开(零)而其它两相为正负相反且脉冲宽度充分短的波形的电流，对泵用电机66进行通电。由此，泵用电机66的转子的位置暂时固结，基于此时的电流传感器74的检测信号，ecu 80的估计转速计算部98捕捉转子位置。
62.在检测转子的位置后(时间点t2之后)，起动时旋转顺序设定部106在时间点t2至时间点t3的期间实施确定通电模式。在该确定通电模式中，基于所检测出的转子位置来对既定的两相输出正负相反且脉冲宽度充分长的电流。
63.还有，在时间点t3至时间点t4的期间，起动时旋转顺序设定部106实施初期加速通电模式。在初期加速通电模式中，使三相交流的相位以从比较长的周期起逐渐缩短周期的方式进行变化由此使转子缓慢且以高扭矩进行旋转。由此，泵用电机66逐渐地提升转速。
64.这时，转速判定部108获取估计转速计算部98计算的估计转速，判定估计转速是否成为既定值(转速阈值thr)以上。转速阈值thr如果为能够检测出感应电压的转速(例如，300rpm)以上则没有特别限定，可以设定在1000rpm～4000rpm程度的范围。在本实施方式中将转速阈值thr设为2500rpm。转速判定部108在估计转速小于转速阈值thr的情况下继续进行初期加速通电模式，另一方面，在估计转速为转速阈值thr以上的情况下转移到之后的惯性运转模式。而且，从停止模式至初期加速通电模式为止的期间(时间点t0～时间点t4)是数百ms程度的短的期间，不会对泵用电机66的旋转延迟造成影响。
65.在时间点t4后的惯性运转模式中，起动时旋转顺序设定部106暂时切断(停止)向泵用电机66供给的三相交流电力，使泵用电机66的转子以及叶轮68因惯性而旋转。而且，在实施惯性运转模式的期间(惯性期间)中，起动控制部100通过确认转子的旋转状态来对循环泵64实施冻结判定。
66.即，在惯性运转模式中，由于没有进行使泵用电机66旋转的通电，循环泵64在未冻结的(叶轮68未固结的)情况下会因惯性而继续旋转并且转速逐渐下降。另一方面，在循环泵64冻结的(叶轮68固结的)情况下，转子、叶轮68的振动消失，因此即使假设在惯性运转模式前基于转子、叶轮68的振动而将估计转速计算得高，该估计转速也会急剧下降而不再旋转(估计转速成为零)。
67.因此，起动控制部100在进行惯性运转模式的时间点t4后，由经过时间判定部110测量时间，对惯性运转模式的实施期间(计数时间是否成为既定的时间阈值tht(既定时间))进行判定。时间阈值tht能够任意地设计，例如，可以是20ms～200ms程度的短时间，本实施方式中设为30ms。当由经过时间判定部110判定为计数时间超过时间阈值tht时，起动控制部100中，由异常判定部112判定循环泵64是正常还是异常(即，循环泵64是否冻结)。而且也可以设定为，在时间阈值tht经过后继续惯性运转模式(惯性运转模式的实施期间比时间阈值tht长)。
68.具体来讲，异常判定部112在惯性运转模式实施了既定期间之后，基于电流传感器74的检测信号，监视转子以及叶轮68的转速。即，在循环泵64正常(未冻结)的情况下，即使在既定期间经过后转子以及叶轮68也继续旋转。另一方面，在循环泵64异常(冻结)的情况下，转子以及叶轮68因冻结而成为固结(不能旋转)状态，因此在既定期间经过后转子以及叶轮68的振动收敛，所计算的转速成为零(或者零附近)。
69.因此，异常判定部112将基于电流传感器74的检测信号估计出的估计转速与预先保存的异常判定阈值tha(泵用电机66的转速的值：既定值)进行比较。异常判定阈值tha虽然依赖于实施惯性运转模式前的转速，但优选设定为300rpm以，本实施方式中设定为0rpm。
70.而且，在惯性运转模式中逆变器72不向泵用电机66供给三相交流电力。因而，三个电流传感器74a、74b、74c能够分别纯粹地检测与泵用电机66的感应电压(感应电动势)相伴的电流。而且，估计转速计算部98使用各电流传感器74a、74b、74c的检测信号来计算泵用电机66的估计转速(或者进行校正等)，由此能够精度良好地获得的惯性运转模式中的估计转速。
71.异常判定部112在估计转速超过异常判定阈值tha的情况下判定为循环泵64正常(未冻结)，另一方面，在估计转速为异常判定阈值tha以下的情况下判定为循环泵64异常(冻结)。
72.而且，在循环泵64正常的情况下，惯性运转模式后，起动控制部100结束起动冻结判定控制，ecu 80立即实施通常控制来使泵用电机66以与泵通常控制部94设定的目标转速一致的方式旋转。由此，ecu 80即使实施惯性运转模式泵用电机66的旋转也几乎不下降而能够转移到通常控制。
73.另一方面，在循环泵64异常的情况下，惯性运转模式后，当起动控制部100结束起动冻结判定控制时，ecu 80进行与循环泵64的异常相应的异常时控制。例如，作为异常时控制，能举出进行促使循环泵64解冻的控制、使喷射器50的喷出量增加的控制。由此，ecu 80能够适当地对燃料电池堆12供给燃料气体。
74.本实施方式涉及的燃料电池系统10基本如以上那样构成，以下说明燃料电池系统10的运转方法。
75.燃料电池系统10的燃料气体系装置14在起动时为了判断低温环境下的循环泵64是冻结还是未冻结而实施起动冻结判定控制。这时，如上所述，由温度传感器62检测循环泵64周边的温度，ecu 80的温度判定部102基于所检测出的温度来判定是否处于低温环境下，在处于低温环境下的情况下实施起动冻结判定控制。在该起动冻结判定控制中，ecu 80沿着图6所示的流程图的处理流程来进行处理。
76.该情况下，ecu 80首先在喷射器监视部104确认喷射器控制部92的动作内容，判定喷射器50是否进行动作(步骤s1)。而且，在喷射器50进行动作的情况下(步骤s1：“是”)，在喷射器控制部92进行暂时停止喷射器50的指示，并且待机既定时间直到喷射器50喷出燃料气体的影响没有了为止(步骤s2)。
77.在喷射器50没有动作的情况下(步骤s1：“否”)或者在步骤s2实施后，起动时旋转顺序设定部106沿着上述的顺序经由泵驱动控制部96向逆变器72输出动作指令，使循环泵64旋转(步骤s3)。即，起动时旋转顺序设定部106依次实施停止模式、位置确认模式、确定通电模式、初期加速通电模式。
78.而且，在实施初期加速通电模式时，估计转速计算部98基于各电流传感器74a、74b、74c中的断开的电流传感器74的检测信号，计算泵用电机66的估计转速(步骤s4)。另外，转速判定部108监视泵用电机66的估计转速是否成为转速阈值thr以上(步骤s5)。在估计转速小于转速阈值thr的情况下(步骤s5：“否”)，返回步骤s4，重复同样的处理。另一方面，在估计转速为转速阈值thr以上的情况下(步骤s5：“是”)，进至步骤s6。
79.在步骤s6中，起动时旋转顺序设定部106经由泵驱动控制部96来停止逆变器72的动作指令，由此停止向泵用电机66供给三相交流电力(第一工序)。也就是说，实施惯性运转模式。另外，经过时间判定部110从惯性运转模式的开始起进行计时，判定计数时间是否超过时间阈值tht(步骤s7)。而且，在计数时间小于时间阈值tht的情况下(步骤s7：“否”)继续该处理流程，在计数时间超过时间阈值tht的情况下(步骤s7：“是”)进至步骤s8。
80.在步骤s8中，估计转速计算部98计算惯性运转模式下的泵用电机66的估计转速。这时，估计转速计算部98基于电流传感器74a、74b、74c的各检测信号来计算泵用电机66的估计转速。
81.异常判定部112将所计算出的该估计转速与异常判定阈值tha进行比较(步骤s9：第二工序)。而且，在估计转速超过异常判定阈值tha的情况下(步骤s9：“是”)，判定为循环泵64正常，也就是说，循环泵64未冻结(步骤s10)。另一方面，在估计转速为异常判定阈值tha以下的情况下(步骤s9：“否”)，判定为循环泵64异常，也就是说，循环泵64冻结(步骤s11)。
82.通过实施以上的处理流程，起动控制部100结束起动冻结判定控制。ecu 80在循环泵64正常的情况下实施通常控制，使泵用电机66以与泵通常控制部94设定的目标转速一致的方式旋转。另一方面，ecu 80在循环泵64异常的情况下实施适当的异常时控制(促使循环泵64解冻的控制、使喷射器50的喷出量增加的控制等)。
83.然后，参照图7,说明正常时(未冻结时)的循环泵64的估计转速与异常时(冻结时)的循环泵64的估计转速的时间变化。而且，图7中的时间点t0、t3、t4、t5与图5中的时间点t0、t3、t4、t5分别对应。
84.在时间点t3，ecu 80(起动时旋转顺序设定部106)如上述那样实施初期加速通电模式。因此，泵用电机66的估计转速急剧上升。这时，在循环泵64冻结的情况下，叶轮68以及转子振动，因此估计转速呈山形状变动。
85.而且，在估计转速达到既定的转速(转速阈值thr)的时间点t4，ecu 80(起动时旋转顺序设定部106)如上述那样实施惯性运转模式。这时，在循环泵64冻结的情况下，山形状的估计转速超过既定值(转速阈值thr)，因此ecu 80转移到惯性运转模式。
86.在惯性运转模式中，停止从逆变器72向泵用电机66供给三相交流电力，由此使叶轮68以及转子因惯性而旋转。因此，在循环泵64未冻结的情况下，泵用电机66的估计转速暂时降低。而且，如上所述，惯性运转模式中判断为上述的没有进行异常判定的正常状态，因此从惯性运转模式起经过既定时间(时间阈值tht)的时间点t5起，转移到通常控制，估计转速再次上升。通常控制中，以成为泵通常控制部94设定的目标转速的方式来控制逆变器72，由此估计转速在目标转速附近变动。
87.另一方面，在循环泵64冻结的情况下，当实施惯性运转模式时，泵用电机66的估计转速急剧下降至0rpm。因而，在从惯性运转模式起经过既定时间(时间阈值tht)的时间点t5，估计转速成为0rpm(异常判定阈值tha以下)，判断为异常状态。
88.而且，本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如，燃料电池系统10在氧化剂气体系装置16中设置有使从燃料电池堆12排出的氧化剂排气循环的循环泵(未图示)的情况下，也可以与上述同样地对该循环泵实施起动冻结判定控制。
89.以下记载了根据上述的实施方式能够掌握的技术的思想和效果。
90.本发明的第一方式是燃料电池系统的运转方法，所述燃料电池系统10具备：燃料电池堆12；反应气体供给路(燃料气体供给路40)，其将反应气体(燃料气体)供给到燃料电池堆12；反应气体循环路(燃料气体循环路44)，其使从燃料电池堆12排出的反应排气(燃料排气)在反应气体供给路循环；循环泵64，其设置于反应气体循环路，被不具备旋转检测传感器的电机(泵用电机66)驱动；以及控制部(ecu 80)，其控制电机的旋转，所述燃料电池系统的运转方法中，包括：第一工序，由控制部在起动时使电机旋转，并且在该电机的转速达到既定值之后切断向电机供给的电力；以及第二工序，在第一工序后电机因惯性而旋转的
惯性期间(惯性运转模式)，由控制部判定电机的转速是否在既定时间内成为既定值以下，控制部在第二工序中，在转速成为既定值以下的情况下判定为循环泵64异常。
91.上述的燃料电池系统10的运转方法中，在电机(泵用电机66)因惯性而旋转的惯性期间，判定电机的转速是否在既定时间内成为既定值以下，由此能够良好地判断循环泵64是否正常地进行动作。由此，燃料电池系统10能够在短时间内精度良好地识别循环泵64是正常还是异常，能够实现尽早做出所需的应对。例如，能够采用如下应对：燃料电池系统10使从反应气体供给路(燃料气体供给路40)向燃料电池堆12供给的反应气体的供给量增加，进行促使循环泵解冻的控制等。其结果是，燃料电池系统10能够抑制燃料电池堆12的劣化。
92.另外，电机(泵用电机66)基于所供给的三相交流电力进行旋转，具备电流传感器74，该电流传感器74检测向电机供给的三相交流电力的电流以及在惯性期间基于电机产生的感应电压而成的电流，在控制部(ecu 80)中基于电流传感器74的检测信号来计算电机的转速。这样，燃料电池系统10即使将不具备传感器的电机应用于循环泵64，也能够由电流传感器74检测基于惯性期间中电机的感应电压而成电流，由此能够正确地计算电机的转速。
93.另外，电流传感器74针对基于惯性期间的感应电压而成的电流来检测三相全部的电流，控制部(ecu 80)基于所检测出的三相全部的电流来计算电机(泵用电机66)的转速。由此，燃料电池系统10能够精度良好地计算电机的转速。
94.另外，控制部(ecu 80)在正在向燃料电池堆12供给反应气体(燃料气体)的情况下，停止实施第一工序以及第二工序。由此，能够避免在因所供给的反应气体的流通而循环泵64的旋转加强的状况下实施上述的第一工序以及第二工序，能够防止对循环泵64是正常还是异常的判定精度降低。
95.另外，反应气体供给路是将反应气体的一方即燃料气体供给到燃料电池堆12的燃料气体供给路40，燃料气体供给路40具备喷出燃料气体的喷射器50，控制部(ecu 80)在喷射器50进行动作时停止实施第一工序以及第二工序。由此，燃料电池系统10能够防止在由喷射器50喷出燃料气体时实施上述的第一工序以及第二工序。
96.另外，本发明的第二方式是燃料电池系统，具备：燃料电池堆12；反应气体供给路(燃料气体供给路40)，其将反应气体(燃料气体)供给到燃料电池堆12；反应气体循环路(燃料气体循环路44)，其使从燃料电池堆12排出的反应排气(燃料排气)在反应气体供给路循环；循环泵64，其设置于反应气体循环路，被不具备旋转检测传感器的电机(泵用电机66)驱动；以及控制部(ecu 80)，其控制电机的旋转，在所述燃料电池系统10中，控制部在起动时使电机旋转，并且在该电机的转速达到既定值之后切断向电机供给的电力，在切断后电机因惯性而旋转的惯性期间，判定电机的转速是否在既定时间内成为既定值以下，在转速成为既定值以下的情况下判定为循环泵64异常。由此，燃料电池系统10能够良好地判断循环泵64是否正常地进行动作，因此能够尽早做出所需的应对。