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。在该种燃料电池系统中，如专利文献1公开的那样，为了确保向燃料电池堆循环的燃料气体的循环流量而具备使从燃料电池堆排出的燃料排气在燃料气体供给路循环的循环泵。另外，在专利文献1公开的燃料电池系统中，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。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利第4248225号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.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碍循环泵旋转。特别是当循环泵的同转子连接的叶轮与循环泵的壳体固结时，叶轮成为不能旋转的状态，反应气体的循环停止。
8.但是，以往的燃料电池系统没有考虑对循环泵进行解冻的结构。另外，为了对循环泵进行解冻，也能考虑在循环泵设置加热器，但该情况下会发生循环泵大型化、成本增加的问题。
9.本发明是解决上述的问题而做出的，目的在于提供通过有效率地对冻结的循环泵进行解冻从而即使在低温环境下也能够使反应气体稳定地循环的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统。
10.用于解决问题的方案
11.为了实现所述目的，本发明的第一方式涉及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，其设置在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，在低温环境下由所述控制部实施判定所述循环泵是冻结还是未冻结的冻结判定工序，包括：第一工序，在所述冻结判定工序中判定为所述循环泵冻结的情况下，对所述电机通电并且实施止动模式来将所述循环泵加热，该止动模式(日文：
ブレーキモード
)设为限制所述电机旋转的状态；以及第二工序，在使所述电机旋转之后将该电机的转速与既定值进行比较，在所述电机的转速超过既定值的情况下判定为所述循环泵解冻。
12.另外为了实现所述目的，本发明的第二方式涉及燃料电池系统，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，其设置在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，所述控制部在低温环境下判定所述循环泵是冻结还是未冻结，在判定为所述循环泵冻结的情况下，对所述电机通电并且实施止动模式来将所述循环泵加热，该止动模式设为限制所述电机旋转的状态，所述控制部在使所述电机旋转之后将该电机的转速与既定值进行比较，在所述电机的转速超过既定值的情况下判定为所述循环泵解冻。
13.发明的效果
14.上述的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统中，通过实施止动模式能够有效率地对冻结的循环泵进行解冻。通过将循环泵解冻，由此即使在低温环境下也能够在需要的定时使循环泵动作并且使反应气体稳定地循环。例如，燃料电池系统能够获得如下效果：循环泵使反应气体循环，由此起动开始时的处理时间缩短，并且良好地进行在起动停止时提高燃料电池堆的耐久性的处理(停止时发电等)等。因而，能够提高燃料电池系统的产品性能。
15.参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
16.图1是概略地示出本发明的第一实施方式涉及的燃料电池系统的整体结构的说明图。
17.图2是示出对循环泵进行控制的ecu内的结构的框图。
18.图3是示出进行冻结判定以及解冻控制的ecu内的结构的框图。
19.图4a是示出在止动模式中逆变器输出的电流的状态的曲线图。图4b是例示止动模式中的泵用电机的转速的曲线图。
20.图5是示出燃料电池系统的运转方法(冻结判定以及解冻控制)的流程图。
21.图6是示出泵用电机的在有无通电时的温度以及转速的变化的曲线图。
22.图7是概略地示出本发明的第二实施方式涉及的燃料电池系统的整体结构的框图。
具体实施方式
23.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。
24.〔第一实施方式〕
25.如图1所示，本发明的第一实施方式涉及的燃料电池系统10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)的电机室等。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不限定于搭载于车辆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(第一隔板24a、第二隔板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燃料气体和水的燃料排气(反应排气)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(反应气体供给路)；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(反应气体循环路)。从循环回路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)以及中途设置的减压阀(未图示)的开闭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)处进行开闭，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吸引燃料气体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具备检测流入到循环泵64的燃料气体的温度的温度传感器62。
39.温度传感器62例如设置在燃料气体排出路42的靠燃料电池堆12的出口侧附近的位置，并且检测从燃料电池堆12排出的燃料排气的温度。而且，也可以是，温度传感器62直接检测循环泵64内的燃料排气的温度，或者检测从循环泵64流出的燃料排气的温度。
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是将三相交流电力供给到定子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构成为能够检测在配线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 uni t：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。而且，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.具体来讲，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。逆变器72配合该操作指令的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.因此，在ecu 80的内部设置冻结判定部100以及解冻控制部102。冻结判定部100在使循环泵64动作之前的定时判定循环泵64是冻结还是未冻结。作为使循环泵64动作的定时，在所供给的燃料气体的空燃比(日文：
ストイキ
)不足的那样的情况下，例如能够举出燃料电池系统10起动开始(点火装置接通)时、在通常运转中要求向辅助设备等增加电流而进行高电流发电时或者燃料电池系统10运转停止(点火装置断开)时等。
52.冻结判定部100在判定循环泵64是冻结还是未冻结时，例如在以下例举的条件(a)～(g)中的任一条件成立的情况下，判定为循环泵64有可能冻结。
53.(a)循环泵64的估计转速不逐渐上升。
54.(b)使循环泵64动作的燃料电池系统10没有起动(起动失败了)。
55.(c)预测燃料电池系统10的周边环境为低温或者下次起动为低温起动。
56.(d)在燃料电池系统10中，检测反应气体的状态的传感器(温度传感器62、压力传
感器等)发生故障。
57.(e)燃料电池堆12的输出没有达到发电要求量。
58.(f)循环泵64的继电器发生故障。
59.(g)车内通信发生异常。
60.根据上述的条件(a)～(g)也能够理解为，在循环泵64仅稍微有可能冻结的情况下，即使实际上循环泵64没有冻结，冻结判定部100也判断为循环泵64冻结。ecu 80在冻结判定后实施解冻控制，由此能够更可靠并且短时间地判定循环泵64是冻结还是未冻结。
61.另外，循环泵64如果在起动开始时为冻结状态，即使被解冻，例如在周边环境为低温的情况、循环泵64继续停止状态的情况下等，循环泵64在通常运转时、起动停止时也有可能再次冻结。因此，冻结判定部100构成为，每隔既定时间或者在实际使用循环泵64的定时再次对循环泵64的冻结进行判定。
62.另一方面，ecu 80内的解冻控制部102，在循环泵64冻结的情况下实施对循环泵64进行解冻的解冻控制。这里，本实施方式涉及的循环泵64不是在泵壳体等直接具备加热器的结构。因此，解冻控制为了检测在同步型的泵用电机66中转子的位置而利用对旋转进行制动的止动模式的功能。即，在止动模式中，向泵用电机66供给三相交流电力并且使泵用电机66的旋转停止，用供给到泵用电机66的电力来促使循环泵64整体加热。
63.因此，如图3所示，在解冻控制部102的内部，构建模式执行部102a、转速解冻判定部102b、燃料气体温度解冻判定部102c、解冻未判定处理部102d。止动模式构成为依次实施多个种类的模式，将在每个模式下由不同的波形形成的三相交流电力供给到泵用电机66。具体来讲，如图4a所示，在止动模式的多个种类的模式中，包括制动模式、位置确定通电模式、加速通电模式、惯性运转模式。解冻控制部102的模式执行部102a以依次执行这些模式的方式进行处理。
64.即，模式执行部102a当在时间点t0确立进行解冻控制的未图示的控制标志时，首先在时间点t0至时间点t1的期间实施制动模式。制动模式中，向泵用电机66供给三相交流电力，并且将其电流值设为充分小的值。由此泵用电机66实质上无法与所供给的三相交流电流的周期同步，其旋转速度减速。实施该制动模式直到泵用电机66的转速成为既定值(例如，0rpm)以下为止。
65.当通过上述的制动模式使泵用电机66的转速降低至既定值以下时，模式执行部102a在之后的时间点t1至时间点t2的期间实施位置确定通电模式。在该位置确定通电模式中，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)而使其它两相为正负相反的且脉冲宽度长的波形的电流。即，供给到泵用电机66的三相交流电流整体成为零电流。由此泵用电机66利用被供给电流的两相的定子来固定转子的位置，基于这时的电流传感器74的检测信号，ecu 80捕捉转子位置。
66.例如，位置确定通电模式中的电流的脉冲宽度设定为数秒(例如2秒)程度。另外，模式执行部102a将在位置确定通电模式中所供给的三相交流电力的电流值设定为高于在制动模式中所供给的三相交流电力的电流值。该电流值(交流电流的峰值)没有特别限定，但优选例如设定为10a以上。
67.还有，在时间点t2至时间点t3的期间，模式执行部102a实施加速通电模式。在加速通电模式中，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。在加速通电模式中所供给的三相交流电力的电流值设定为进一步高于在位置确定通电模式中所供给的三相交流电力的电流值。该加速通电模式的电流值(交流电流的峰值)也没有特别限定，但优选例如设定为20a以上。
68.模式执行部102a预先规定加速通电模式的实施期间。循环泵64如果未冻结，则在该加速通电模式的实施期间中泵用电机66的转速为最低读取转速(能够基于电流传感器74的检测信号来读取转速的值)以上。因而，在加速通电模式的实施期间后(时间点t3后)，如果检测出泵用电机66的转速则可以说能够判定循环泵64是冻结还是未冻结。
69.因此，在时间点t3后的惯性运转模式中，模式执行部102a将向泵用电机66供给的三相交流电力暂时切断(停止)，使泵用电机66的转子以及叶轮68因惯性而旋转。而且，在惯性运转模式的实施期间(惯性期间)中，转速解冻判定部102b确认泵用电机66的估计转速，由此判定循环泵64是冻结还是未冻结。
70.作为一个例子，在进行惯性运转模式的时间点t3后，转速解冻判定部102b测量时间并在惯性运转模式实施了既定时间(例如30ms)之后，基于泵用电机66的估计转速来判定循环泵64是冻结还是未冻结。即，在循环泵64正常(未冻结)的情况下，即使在既定时间后转子以及叶轮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，由此在既定期间经过后转子以及叶轮68的振动收敛，所计算出的转速成为零(或者零附近)。
71.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。因此，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。因此，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。
72.以下，参照图4b，说明在循环泵64未冻结的情况下实施了上述的止动模式的情况下的泵用电机66的转速(估计转速)的变化。在止动模式实施前，泵用电机66因没有来自逆变器72的电力供给而停止旋转，或者与喷射器50喷出的燃料气体流通相伴而以低转速进行连带旋转。或者，即使在已经实施了止动模式的情况(多次重复进行止动模式的情况)下，泵用电机66也以低转速进行旋转。
73.因此，在止动模式实施时，当首先实施制动模式时，泵用电机66的转速降低(或者在停止的情况下转速继续保持为零地推移)。还有，在位置确定通电模式中，因转子固结而泵用电机66的转速成为零。而且，当实施加速通电模式时，泵用电机66的转速逐渐地上升。
74.另外还有，在泵用电机66的转速在某种程度上超过了最低读取转速的时间点t3，ecu 80转变为惯性运转模式。如上所述，在惯性运转模式中，切断来自逆变器72的电力供给，因而泵用电机66的转速逐渐地降低。而且，在惯性运转模式结束后，ecu 80转变为继续保持使循环泵64旋转的通常的控制，因此能够按照目标转速来提升泵用电机66的转速。
75.另一方面，在循环泵64冻结的情况下，如图4b中的双点划线所示，泵用电机66为不能旋转状态(即转速为零)。因此，止动模式实施中(制动模式、位置确定通电模式、加速通电模式、惯性运转模式)也继续保持为零地推移。但是，在循环泵64冻结状态中，因来自逆变器72的电力供给而转子以及叶轮68有时会振动，与该振动相伴地，ecu 80有可能计算出高转
速。特别是在加速通电模式中容易产生该振动。但是，在惯性运转模式中，来自逆变器72的电力供给被切断，因此振动在短时间内收敛。因而，转速解冻判定部102b能够基于检测的电流(估计转速)可靠地判定是冻结还是未冻结。
76.另外，在位置确定通电模式、加速通电模式中，如上述那样从逆变器72向泵用电机66供给具有高电流值的三相交流电力。因此，三相交流电力将泵用电机66加热，进一步地使冻结的循环泵64整体升温。由此，ecu 80在循环泵64的冻结状态下重复实施止动模式，由此能够促使循环泵64解冻。
77.返回至图3，解冻控制部102的燃料气体温度解冻判定部102c是判定循环泵64是否确实解冻的功能部。例如，燃料气体温度解冻判定部102c具有未图示的燃料气体的温度阈值(既定值)以及既定的监视期间阈值(既定时间)，并且判定温度传感器62检测到的燃料气体的温度是否遍及监视期间阈值均超过温度阈值。由此，能够识别为循环泵64确实解冻了的状态。例如，在上述的止动模式中，在即使判定为解冻但是循环泵64的估计转速也不上升的情况下，基于该燃料气体的温度来进行解冻状态的判定，由此能够精度良好地判定循环泵64的故障。
78.另外，解冻控制部102的解冻未判定处理部102d监视循环泵64的解冻是否完成，在解冻未完成的情况下存储其结果(解冻未完状态)。解冻控制部102确认解冻未完状态并在适当的定时再次进行止动模式，由此能够实现消除解冻未完状态。由此燃料电池系统10能够在起动停止时良好地使用循环泵64。
79.另外，在ecu 80的内部设置有停止时发电控制部104，该停止时发电控制部104在燃料电池系统10起动停止时使燃料电池堆12进行发电，停止时发电控制部104监视该解冻未完状态的标志并且进行停止时发电。
80.停止时发电是如下控制：在停止燃料电池系统10时使燃料电池堆12内干燥并抑制发电单电池20中含有的水冻结。燃料电池堆12因该停止时发电而能够利用与发电相伴的发热来使循环泵64升温。因这样的起动停止时的停止时发电，而能够消除解冻未完状态(将循环泵64解冻)，另外，因停止时发电而能够尽可能减少燃料气体循环路44内的水蒸气，并且抑制在下次起动开始时循环泵64冻结。
81.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。另外如上所述，燃料电池系统10在起动开始时、通常运转时、起动停止时判定循环泵64冻结的可能性，在循环泵64有可能冻结的情况下实施解冻控制。在以下，代表性地说明起动开始时的冻结判定以及解冻控制。
82.如图5所示，ecu 80的冻结判定部100例如关于循环泵64的冻结的可能性来判定上述的条件(a)～(g)中的任一个是否成立(步骤s1：冻结判定工序)。而且，在条件(a)～(g)全部不成立的情况(步骤s1：“否”)下，循环泵64未冻结，结束本处理流程，并实施通常的控制(通常运转)。另一方面，在条件(a)～(g)中的任一项成立的情况(步骤s1：“是”)下，进至步骤s2。
83.在步骤s2中，解冻控制部102的模式执行部102a实施止动模式(第一工序)。如图4a所示，止动模式在短时间(例如，数秒)之内依次实施制动模式、位置确定通电模式、加速通电模式、惯性运转模式。特别是在实施位置确定通电模式以及加速通电模式时，从逆变器72向泵用电机66供给大的电流，由此能够促使循环泵64升温。
84.而且在惯性运转模式中，ecu 80的转速解冻判定部102b判定泵用电机66的估计转速是否超过转速阈值thr(既定值：例如最低读取转速：300rpm)(步骤s3：第二工序)。在估计转速超过转速阈值thr的情况(步骤s3：“是”)下，识别循环泵64是未冻结的状态还是解冻完成了的状态(步骤s4)。另一方面，在估计转速为转速阈值thr以下的情况(步骤s3：“否”)下，识别循环泵64是冻结还是解冻未完成的状态(步骤s5)。
85.因此，解冻控制部102在识别到循环泵64冻结(未解冻)的情况(步骤s5之后)下，返回至步骤s2，再次从最初起重复止动模式。即，燃料电池系统10重复进行止动模式，由此能够在实施位置确定通电模式以及加速通电模式时进一步地使循环泵64升温。
86.另一方面，ecu 80在识别到循环泵64解冻了的情况(步骤s4之后)下，结束本处理流程，并转变通常的控制。由此，燃料电池系统10在起动开始时，根据需要使循环泵64旋转，由此使燃料气体循环路44的燃料气体在燃料气体供给路40循环。燃料电池堆12的燃料气体流路32供给大量的燃料气体，由此发电性能提高，另外能够抑制因供氢不足而导致劣化。
87.还有，ecu 80的燃料气体温度解冻判定部102c在判定循环泵64是解冻或未冻结时，使用温度传感器62检测出的温度信息、与温度信息相应的温度阈值以及监视期间阈值，来判定循环泵64确实解冻的状态。例如，在为了使循环泵64解冻而重复实施止动模式时(上述的处理流程中)，燃料气体温度解冻判定部102c基于温度传感器62的温度信息，来判定在循环泵64流通的燃料气体的温度是否遍及既定的监视期间阈值均为温度阈值以上。由此燃料气体温度解冻判定部102c识别循环泵64确实解冻的状态，在即使在该情况下循环泵64的转速也不上升的情况下，判定为循环泵64故障。即，ecu 80能够良好地区分判定循环泵64的故障与冻结，从而能够抑制循环泵64虽然发生故障却仍要继续保持运行。
88.然后参照图6，说明在循环泵64冻结时，在基于上述的处理流程来实施止动模式的情况下与在没有对泵用电机66进行通电的情况下的燃料气体的温度变化、以及循环泵64的旋转开始时间的不同。在图6中的曲线图中，横轴为时间，纵轴示出燃料气体的温度以及循环泵64的转速。
89.在没有对泵用电机66进行通电的情况下，如图6中用虚线所示的那样，在循环泵64流通的燃料气体的温度平缓地上升。因此，燃料气体的温度达到将循环泵64解冻的温度的时间tb延迟。当达到时间tb时，循环泵64解冻，由此转速上升。
90.另一方面，在对用电机66进行通电的情况下，如图6中用实线所示的那样，与没有对泵用电机66进行通电的情况相比，在循环泵64流通的燃料气体的温度快速地上升。因此，燃料气体的温度达到将循环泵64解冻的温度的时间ta比时间tb大幅度缩短。而且当达到时间ta时，循环泵64解冻，由此转速上升。即，在使具有无传感器的泵用电机66的循环泵64解冻的情况下，在泵用电机66中实施止动模式可以说是有效的。
91.另外如上所述，循环泵64即使在判定解冻之后也有可能再次冻结。也可以是，冻结判定部100每隔既定时间(例如，数分钟)，实施判定是冻结还是未冻结的冻结判定工序。在这时的冻结判定工序中，冻结判定部100比较循环泵64的目标转速与基于电流传感器74的检测而得的泵用电机66的估计转速之差。在目标转速与估计转速之差大的情况下，循环泵64有可能冻结。也就是说，冻结判定部100能够早期发现循环泵64的再冻结，并进行解冻控制(通过实施止动模式来进行解冻)。
92.或者，也可以是，冻结判定部100构成为，即使在通常运转时、起动停止时使循环泵
64实际地旋转(用于实施)的定时，也基于循环泵64的转速来判定循环泵64是冻结还是未冻结。由此，燃料电池系统10能够在循环泵64冻结的情况下，不判定为循环泵64故障而再次进行解冻控制。
93.还有，在车辆11驱动停止时，燃料电池系统10通过泵用电机66的止动模式来进行解冻，并且使燃料电池堆12进行停止时发电。由此进一步促使循环泵64解冻，能够在燃料电池系统10的起动停止的处理时良好地使用循环泵64。另外，因停止时发电而引起的发电单电池20的含水量的降低，而能够使在燃料气体排出路42、燃料气体循环路44内存在的水蒸气大幅度减少。因而，能够抑制循环泵64冻结，并能够在下次起动时良好地使用循环泵64。
94.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。
95.〔第二实施方式〕
96.图7所示的第二实施方式涉及的燃料电池系统10a中，在氧化剂气体系装置16a中设置使从燃料电池堆12排出的氧化剂排气循环的循环泵110(egr泵)。即使是该燃料电池系统10a，也能够与上述同样地对循环泵110实施冻结判定以及解冻控制。
97.例如在氧化剂气体系装置16a中，循环泵110设置于氧化剂气体循环路116，该氧化剂气体循环路116将向燃料电池堆12供给的氧化剂气体流通的氧化剂气体供给路112与从燃料电池堆12排出的氧化剂排气流通的氧化剂气体排出路114连接。另外，氧化剂气体循环路116连接在压缩机118与加湿器120之间。循环泵110在氧化剂气体系装置16a的ecu 122的控制下，例如在起动停止时进行动作，使流通过加湿器120的氧化剂排气在氧化剂气体供给路112循环。
98.由于在氧化剂排气中仍然含有水蒸气，因此循环泵110有可能冻结。因而，ecu 122实施冻结判定以及解冻控制，由此能够将循环泵110解冻并在起动停止时等适当的定时使循环泵110驱动。
99.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。
100.本发明的第一方式涉及燃料电池系统的运转方法，燃料电池系统10、10a具备：燃料电池堆12；反应气体供给路(燃料气体供给路40、氧化剂气体供给路112)，其将反应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、氧化剂气体循环路116)，其使从燃料电池堆12排出的反应排气在反应气体供给路循环；循环泵64、110，其设置在反应气体循环路，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、122)，其控制电机的旋转，在所述燃料电池系统的运转方法中，在低温环境下由控制部实施判定循环泵64、110是冻结还是未冻结的冻结判定工序，包括：第一工序，在冻结判定工序中判定为循环泵64、110冻结的情况下，对电机通电并且实施止动模式来将循环泵64、110加热，所述止动模式设为限制电机旋转的状态；以及第二工序，在使电机旋转后将该电机的转速与既定值(转速阈值thr)进行比较，在电机的转速超过既定值的情况下判定为循环泵64、110解冻。
101.上述的燃料电池系统10、10a的运转方法中实施止动模式，由此能够有效率地对冻结了的循环泵64、110进行解冻。循环泵64、110解冻，由此即使在低温环境下也能够在根据需要的定时使循环泵64、110动作并且使反应气体稳定地循环。例如，燃料电池系统10、10a通过由循环泵64、110使反应气体循环，能够获得如下等效果：起动开始的时间缩短，良好地进行起动停止时提高燃料电池堆12的耐久性的处理(停止时发电等)。因而，燃料电池系统
10、10a的产品性能提高。
102.另外，在第二工序中，在电机(泵用电机66)的转速为既定值以下的情况下判定为循环泵64、110冻结，并且再次实施第一工序。由此，燃料电池系统10能够使止动模式的循环泵64、110持续地进行升温，并且能够将循环泵64、110良好地解冻。
103.另外，在第二工序中，在切断对电机(泵用电机66)的电力供给来使电机因惯性而旋转的期间，将电机的转速与既定值进行比较。由此，燃料电池系统10、10a能够精度良好地识别电机的转速，并能够正确地判定是冻结还是未冻结。
104.另外，电机(泵用电机66)基于所供给的三相交流电力来进行旋转，在第一工序中，从电机停止旋转的状态起阶段性地增加三相交流电力的电流值来使电机逐渐地旋转。由此，燃料电池系统10、10a连续地进行第一工序以及第二工序，由此能够在实施循环泵64、110的升温与基于电机的转速来判定是冻结还是未冻结之间顺畅地切换。
105.另外，控制部(ecu 80、122)每隔既定时间进行冻结判定工序，将循环泵64、110的目标转速与基于传感器(电流传感器74)的检测而得的电机(泵用电机66)的估计转速进行比较来判定循环泵64、110是冻结还是未冻结。由此，在燃料电池系统10、10a动作中，即使暂时解冻了的循环泵64、110再冻结，也能够再次实施解冻控制(第一工序以及第二工序)来进行解冻。
106.另外，在第实施一工序以及第二工序时，在没有判定为循环泵64、110解冻的状态下，在燃料电池系统10、10a为起动停止的情况下使燃料电池堆12进行停止时发电，将该停止时发电的发热使用于循环泵64、110的解冻。由此，燃料电池系统10、10a能够在停止时发电时进一步促使循环泵64、110解冻。
107.另外，具有对从燃料电池堆12排出的反应气体的温度进行检测的温度传感器62，在反应气体的温度为既定值以上并且经过了既定时间之后循环泵64、110仍不旋转的情况下，判定为循环泵64、110故障。由此，燃料电池系统10、10a能够区分判定循环泵64、110的冻结与故障，并能够抑制将循环泵64、110的故障判定为冻结而仍使之动作。
108.另外，本发明的第二方式涉及燃料电池系统，具备：燃料电池堆12；反应气体供给路(燃料气体供给路40、氧化剂气体供给路112)，其将反应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、氧化剂气体循环路116)，其使从燃料电池堆12排出的反应排气在反应气体供给路循环；循环泵64、110，其设置在反应气体循环路，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、122)，其控制电机的旋转，在所述燃料电池系统10、10a中，控制部在低温环境下判定循环泵64、110是冻结还是未冻结，在判定为循环泵64、110冻结的情况下，对电机通电并且实施止动模式来将循环泵64、110加热，该止动模式设为限制电机的旋转的状态，在使电机旋转后，控制部将该电机的转速与既定值进行比较，在电机的转速超过既定值的情况下判定为循环泵64、110解冻。由此燃料电池系统10、10a有效率地对冻结了的循环泵64、110进行解冻，由此即使在低温环境下也能够使反应气体稳定地循环。