燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

已知一种间歇运行，在该间歇运行中，当燃料电池组的要求电力等于或低于预定电力时，通过使用二次电池的电力来暂时停止燃料电池组的发电。在该间歇运行中，氧化剂气体被供应到燃料电池组，使得燃料电池组的电压不超过在预定的上限电压和下限电压之间的范围。在向燃料电池组供应氧化剂气体时，已知根据燃料电池组的要求电力而选择性地使用的压缩机和鼓风机，并且该压缩机和鼓风机被设置在氧化剂气体流过的气体流路中(例如，参见第2005-259692号日本未审查专利申请公报)。

在被供应到燃料电池组的氧化剂气体的供应量方面，燃料电池组发电的发电运行与暂时停止发电的间歇运行不同。由于在发电运行中在燃料电池组中消耗了大量的氧化剂气体，所以可以使用排出压力大的排出器。另一方面，在间歇运行中，可以使用排出压力小的排出器，以便降低电力消耗。

在第2005-259692号日本未审查专利申请公报中，压缩机和鼓风机用作具有不同排出压力的两个排出器，并且设有绕过鼓风机的旁通流路，并且在该旁通流路中设置旁通阀。通过设置旁通流路，抑制了压缩机吸入和排出的氧化剂气体流经鼓风机，并且所述氧化剂气体流经旁通流路，以便高效地供应氧化剂气体。通过在旁通通道中设置旁通阀，抑制了从鼓风机排出的氧化剂气体流回旁通流路，以便高效地供应氧化剂气体。然而，设置旁通流路增大了燃料电池系统的尺寸。

发明内容

因此，本发明的目标在于，根据燃料电池组的发电状态而高效地供应氧化剂气体，并且抑制燃料电池系统的尺寸的增大。

上述目标通过一种燃料电池系统实现，所述燃料电池系统包括：燃料电池组；第一排出器，所述第一排出器被构造成吸入氧化剂气体并且朝向所述燃料电池组排出氧化剂气体，并且所述第一排出器被设置在将氧化剂气体供应到所述燃料电池组的氧化剂气体流路内；开关阀，所述开关阀被设置在所述氧化剂气体流路内，并且所述开关阀被构造成打开和关闭所述氧化剂气体流路的与所述第一排出器相邻的局部区域，所述开关阀和所述第一排出器在与氧化剂气体的流动相交叉的方向上并排布置；第二排出器，所述第二排出器被设置成相对于所述第一排出器和所述开关阀在氧化剂气体的流动的上游侧或下游侧处，并且所述第二排出器被构造成通过所述氧化剂气体流路吸入氧化剂气体并且通过所述氧化剂气体流路朝向所述燃料电池组排出氧化剂气体，所述第二排出器的排出压力高于所述第一排出器的排出压力；电压检测器，所述电压检测器被构造成检测所述燃料电池组的电压；以及控制器，所述控制器被构造成控制所述第一排出器和所述第二排出器，其中所述控制器被构造成：在所述燃料电池组的要求电力高于预定电力并且所述燃料电池组发电的发电运行中，在所述开关阀打开的状态下，所述控制器驱动所述第二排出器，所述控制器被构造成：当从所述发电运行切换到所述要求电力等于或低于所述预定电力的间歇运行时，所述控制器停止所述第二排出器，并且当在所述间歇运行中所述燃料电池组的电压等于或低于第一预定电压时，在所述开关阀关闭的状态下，所述控制器驱动所述第一排出器。

所述开关阀可以包括被可旋转地支撑的阀体，所述开关阀在所述发电运行中由于通过驱动所述第二排出器以及吸入和排出氧化剂气体之一而产生的力而打开，并且所述开关阀可以在所述间歇运行中由于通过驱动所述第一排出器以及吸入和排出氧化剂气体而产生的力而关闭。

所述开关阀可以根据来自所述控制器的指令而打开和关闭，并且所述控制器可以被构造成：当从所述发电运行切换到所述间歇运行时，在驱动所述第一排出器之前，所述控制器控制所述开关阀关闭，并且当从所述间歇运行切换到所述发电运行时，在驱动所述第二排出器之前，所述控制器控制所述开关阀打开。

所述控制器可以被构造成在所述发电运行中停止所述第一排出器。

所述第一排出器和所述开关阀可以在与氧化剂气体的流动正交的方向上并排布置在所述氧化剂气体流路内。

所述第一排出器可以包括第一框架以及位于所述第一框架内并旋转的旋转体，所述开关阀可以包括第二框架以及被可旋转地支撑并位于所述第二框架内的阀体，并且所述第一框架和所述第二框架可以与所述氧化剂气体流路的内壁接触。

所述第一框架和所述第二框架可以彼此接触。

所述控制器可以被构造成：在所述间歇运行中，当从所述燃料电池组的电压低于所述第一预定电压的状态切换到所述燃料电池组的电压等于或高于比所述第一预定电压高的第二预定电压的状态时，所述控制器关闭所述开关阀。

所述氧化剂气体流路可以包括空气滤清器壳体，所述空气滤清器壳体包括内部的空气元件，并且所述第一排出器和所述开关阀可以被设置在所述空气滤清器壳体内。

所述第一排出器和所述开关阀可以被设置在所述空气滤清器壳体内相对于所述空气元件在氧化剂气体的流动的下游侧处。

所述第二排出器可以被设置成相对于所述空气元件在氧化剂气体的流动的下游侧处。

所述第一排出器可以是风扇，并且所述第二排出器可以是压缩机。

本发明的效果

根据本发明，能够根据燃料电池组的发电状态而高效地供应氧化剂气体，并且能够抑制燃料电池系统的尺寸的增大。

附图说明

图1是安装在车辆上的根据第一实施例的燃料电池系统的示意图；

图2是第一实施例中的空气滤清器的分解透视图；

图3A是第一实施例中的空气滤清器的截面图，并且图3B是在空气流动的方向上观察的风扇和开关阀的平面图；

图4A和图4B是解释开关阀的打开和关闭的截面图；

图5是示出第一实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的流程图；

图6是示出第一实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的时序图；

图7A是第一实施例的变型例中的空气滤清器的截面图，并且图7B是在空气流动的方向上观察的风扇和开关阀的平面图；

图8是安装在车辆上的根据第二实施例的燃料电池系统的示意图；

图9是示出第三实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的流程图；并且

图10是示出第三实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的时序图。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述实施例。

[第一实施例]

[燃料电池系统的示意性构造]

图1是安装在车辆上的根据第一实施例的燃料电池系统的示意图。参考图1，燃料电池系统100包括电子控制单元(ECU)10、燃料电池组(下文中被称为FC)20、二次电池(下文中被称为BAT)22、氧化剂气体系统30、燃料气体系统50、电力系统70以及冷却系统80。此外，车辆包括用于行驶的电动机90、变速器91、车轮92以及加速器开度传感器93。车辆通过使用FC 20和BAT 22作为电源驱动电动机90来行驶。

FC 20接收燃料气体和氧化剂气体以发电。FC 20包括固体聚合物电解质型的堆叠单元电池21。单元电池21包括：膜电极组件，该膜电极组件是在电解质膜的两个表面上布置有电极的发电器；以及一对隔膜，所述一对隔膜夹住膜电极组件。电解质膜是由具有磺酸基的氟类树脂材料或烃类树脂材料形成的固体聚合物膜，并且在湿润状态下具有良好的质子传导性。电极包括碳载体和离聚物，该离聚物是具有磺酸基的固体聚合物并且在湿润状态下具有良好的质子传导性。碳载体负载用于促进发电反应的催化剂，例如铂或铂-钴合金。单元电池21设有用于使反应气体和冷却水流动的歧管。流过歧管的反应气体通过设置在单元电池21中的气体流路被供应到单元电池21的发电区域。

氧化剂气体系统30将作为氧化剂气体的含氧空气供应到FC 20，并将从FC 20排出的空气排至外部。氧化剂气体系统30包括气体供应管31、气体排出管32、旁通管33、空气滤清器34、空气压缩机35、中间冷却器36、进口密封阀37、压力调节阀38以及旁通阀39。

空气供应管31连接到FC 20的阴极进口歧管。气体排出管32连接到FC 20的阴极出口歧管。旁通管33使气体供应管31和气体排出管32连通。旁通阀39被设置在旁通管33中。旁通阀39切换气体供应管31和气体排出管32的连通状态。空气滤清器34、空气压缩机35和中间冷却器36从氧化剂气体的流动的上游侧起以该顺序布置在气体供应管31中。进口密封阀37在相对于气体供应管31与旁通管33的连接点在氧化剂气体流动的下游侧处被设置在气体供应管31中。压力调节阀38在相对于气体排出管32与旁通管33的连接点在氧化剂气体流动的上游侧处被设置在气体排出管32中。

空气滤清器34包括在空气滤清器壳体44内的空气元件41。风扇42和开关阀43也被设置在空气滤清器壳体44内。风扇42具有内置电动机。风扇42是排出压力低于10kPa的排出器。风扇42例如为轴流式的，但是可以为离心式的。风扇42吸入空气，并将吸入的空气朝向FC 20排出。空气压缩机35包括压缩机本体45、电动机46和逆变器47。压缩机本体45由电动机46驱动。空气压缩机35是排出压力为100kPa以上的排出器。关于电动机46，转速为例如1×10

由于通过气体供应管31、空气滤清器34、空气压缩机35以及中间冷却器36将空气供应到FC20，所以这些构件用作将氧化剂气体供应到FC 20的氧化剂气体流路40。ECU 10控制空气压缩机35、进口密封阀37、压力调节阀38、旁通阀39以及风扇42。ECU 10控制空气压缩机35和风扇42，以调节将要供应到FC 20的空气的流量。此外，ECU 10控制进口密封阀37、压力调节阀38以及旁通阀39的开度，以便调节将要供应到FC 20的空气的流量以及旁通空气的流量。

燃料气体系统50将氢气作为燃料气体供应到FC 20，并且使从FC 20排出的氢气循环到FC 20。燃料气体系统50包括罐60、气体供应管51、气体排出管52、气体循环管53、罐阀54、压力调节阀55、喷射器56、气液分离器57、排水阀58以及循环泵59。

罐60通过气体供应管51连接到FC 20的阳极进口歧管。罐60储存作为燃料气体的氢气。气体排出管52连接到FC 20的阳极出口歧管。气体循环管53使气液分离器57与气体供应管51连通。罐阀54、压力调节阀55以及喷射器56从氢气流动的上游侧起以该顺序布置在气体供应管51中。在罐阀54打开的状态下，调节压力调节阀55的开度，并且喷射器56喷射氢气。因而，氢气被供应到FC 20。

气体排出管52从氢气流动的上游侧起以如下顺序设有气液分离器57和排水阀58。气液分离器57将水分从由FC 20排出的氢气中分离并储存。当排水阀58打开时，气液分离器57中储存的水通过气体排出管52排出到外部。设置气体循环管53以使氢气返回到FC 20。气体循环管53的一端连接到气液分离器57。气体循环管53的另一端连接到气体供应管51。在气体循环管53中布置有循环泵59。从FC 20排出的氢气被循环泵59适当地加压，并被引入气体供给管51。ECU 10控制罐阀54、压力调节阀55、喷射器56、排水阀58以及循环泵59。

电力系统70包括燃料电池DC/DC变换器(下文中被称为FDC)71、电池DC/DC变换器(下文中被称为BDC)72、电动机逆变器(下文中被称为MINV)73、辅助逆变器(下文中被称为AINV)74以及电压传感器75。FDC 71调节来自FC 20的DC电流，并将该DC电流输出到MINV 73和/或AINV 74。BDC 72调节来自BAT 22的DC电流，并将该DC电流输出到MINV 73和/或AINV74。FC 20产生的电力能够对BAT 22进行充电。MINV 73将输入的DC电流变换成三相AC电力，并将该三相AC电力供应到电动机90。电动机90经由变速器91使车轮92旋转以使车辆行驶。可以经由AINV 74将FC 20和BAT 22的电力供应到负载装置。负载装置包括用于FC 20的辅助装置和用于车辆的辅助装置。用于FC 20的辅助装置包括上述空气压缩机35、进口密封阀37、压力调节阀38、旁通阀39、风扇42、罐阀54、压力调节阀55、喷射器56、排水阀58以及循环泵59。用于车辆的辅助装置包括例如空调、照明装置、危险警示灯等。

电压传感器75被附接到FC 20。电压传感器75检测例如FC 20的总电压，并且ECU10根据其获得检测结果。ECU 10可以通过将从电压传感器75获得的FC 20的总电压除以单元电池的总数来计算平均电池电压。电压传感器75用于控制FC 20的运行。例如，电压传感器75的检测结果用于FC 20的间歇运行。间歇运行是FC 20的要求电力等于或低于预定电力并且临时停止FC 20的发电的运行模式。另一方面，发电运行是FC 20的要求电力高于预定电力并且FC 20进行发电的运行模式。电压传感器75是电压检测器的示例。电压传感器75可以检测每一个单元电池电压。在这种情况下，ECU 10可以通过将每一个单元电池电压相加来计算FC 20的总电压，或者可以通过将FC 20的总电压除以单元电池的总数来计算平均电池电压。

冷却系统80通过使冷却水循环通过预定路径来冷却FC 20。冷却系统80包括供应管81、排出管82、散热器83以及水泵84。供应管81连接到FC 20的冷却水供应歧管。排出管82连接到FC 20的冷却水排出歧管。散热器83连接到供应管81和排出管82。水泵84位于供应管81中。水泵84使作为冷却介质的冷却水通过供应管81和排出管82在FC 20和散热器83之间循环。散热器83通过与外部空气进行热交换来冷却从FC 20排出的冷却水。ECU 10控制水泵84。

ECU 10包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。ECU10电连接到加速器开度传感器93、空气压缩机35、进口密封阀37、压力调节阀38、旁通阀39、风扇42、罐阀54、压力调节阀55、喷射器56、排水阀58、循环泵59以及FDC 71、BDC 72和电压传感器75。ECU 10基于下列参数计算FC 20的要求电力P：加速器开度传感器93的检测值、用于车辆和用于FC 20的上述辅助装置的驱动状态、BAT 22的储存电力等。根据FC 20的要求电力P，ECU 10控制空气压缩机35和风扇42，从而控制将要供应到FC 20的空气的流量，并且ECU 10控制喷射器56和/或循环泵59，从而控制将要供应到FC 20的氢气的流量。另外，要求电力P是由单元电池21构成的FC 20所要求的电力，并且要求电力P不包括诸如BAT 22之类的除了燃料电池之外的部件的要求电力。

[空气滤清器]

图2是第一实施例中的空气滤清器的分解透视图。参考图2，空气滤清器34包括上部空气滤清器壳体44a、下部空气滤清器壳体44b以及空气元件41。上部空气滤清器壳体44a和下部空气滤清器壳体44b连接以形成空气滤清器壳体44。空气元件41被布置在空气滤清器壳体44内。此外，风扇42和开关阀43也被布置在空气滤清器壳体44内。作为氧化剂气体的空气流入空气滤清器壳体44中并穿过空气元件41，以便去除空气中所含的诸如灰尘之类的异物。

图3A是第一实施例中的空气滤清器的截面图，图3B是当在空气流动的方向上观察时风扇和开关阀的平面图。在图3A和图3B中，为了清楚，以简化方式示出了空气滤清器34。图3B示出了开关阀43关闭的状态。为了清楚，在图3中每一个部分都带阴影线。参考图3A和图3B，设置在空气滤清器壳体44内的风扇42和开关阀43被布置在与在空气滤清器壳体44中流动的空气48的流动相交叉(正交)的方向上。由于将要供应到FC 20的空气48流入空气滤清器壳体44中，所以用于将氧化剂气体供应到FC 20的氧化剂气体流路40(参见图1)包括其中具有空气元件41的空气滤清器壳体44。由于开关阀43和风扇42并排设置，所以开关阀43打开和关闭氧化剂气体流路40的与风扇42相邻的局部区域。

风扇42包括框架42a和作为旋转推进器的旋转体42b。旋转体42b位于框架42a内。开关阀43包括框架43a、阀杆43b和阀体43c。开关阀43例如由诸如烯烃弹性体之类的树脂材料制成，但是可以由另一种材料(绝缘材料或金属材料)制成。阀杆43b的两端由框架43a可旋转地支撑。阀体43c被绕着阀杆43b可旋转地支撑并由框架43a支撑。阀体43c绕着作为轴线的阀杆43b旋转，由此，开关阀43打开和关闭流路的与风扇42相邻的局部区域。当开关阀43打开时，空气48容易流经开关阀43。当开关阀43关闭时，空气48几乎不会流经开关阀43。风扇42和开关阀43在相对于空气元件41在空气48的流动的下游侧处被布置在空气滤清器壳体44内。

风扇42的框架42a和开关阀43的框架43a接触并被固定到空气滤清器壳体44的内壁。风扇42的框架42a和开关阀43的框架43a彼此接触并固定。因此，风扇42和开关阀43在与空气48的流动正交的方向上被设置在空气滤清器壳体44的整个截面的上方。开关阀43可以在与空气48的流动正交的方向上占据空气滤清器壳体44的截面中未设置风扇42的面积的70％以上、80％以上或者90％以上。此外，开关阀43不限于设有一个阀体的情况，而是可以设有两个以上的阀体。

[开关阀的打开和关闭]

图4A和图4B是示出开关阀的打开和关闭的截面图。图4A示出了开关阀43打开的状态。图4B示出了开关阀43关闭的状态。如参考图1所描述的，空气压缩机35被设置成相对于风扇42和开关阀43在空气48的流动的下游侧处。为此，停止风扇42并且驱动空气压缩机35，并且空气压缩机35吸入空气48，这使得空间1中的压力低于空间2中的压力，如图4A中所示。也就是说，空间1中的压力变为负压。空间1相对于空气滤清器壳体44中的风扇42和开关阀43位于空气压缩机35侧。空间2相对于空气滤清器壳体44中的风扇42和开关阀43位于与空气压缩机35相反的一侧处。结果是，力在阀体43c的打开方向上施加在开关阀43上，然后开关阀43打开。

相反，停止空气压缩机35并且驱动风扇42，并且风扇42吸入并排出空气，这使得空间1中的压力高于空间2中的压力，如图4B中所示。也就是说，空间1中的压力变为正压。因而，力在阀体43c的关闭方向上施加在开关阀43上，然后开关阀43关闭。开关阀43关闭，由此抑制从风扇42排出到空间1中的空气48如虚线箭头所示地流回到空间2中。

以上述方式，开关阀43由于驱动空气压缩机35以及吸入和排出空气48而产生的力而打开，并且开关阀43由于驱动风扇42以及吸入和排出空气48而产生的力而关闭。

[ECU的间歇运行控制]

图5是示出第一实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的流程图。图5中所示的控制在FC 20的要求电力高于预定电力并且FC 20进行发电的发电运行期间开始。在发电运行中，驱动空气压缩机35并且停止风扇42。间歇运行是如下运行模式：当FC 20的要求电力低于预定电力并且FC 20的输出低且发电效率低时，使用BAT 22的电力来暂时停止FC 20的发电。因此，预定电力是基于FC 20的发电效率而确定的值，并且是被设定成抑制发电效率的劣化的阈值。

参考图5，ECU 10等待，直到FC 20的要求电力等于或低于预定电力(步骤S10)。当ECU 10确定了FC 20的要求电力等于或低于预定电力时(步骤S10：是)，则ECU 10从发电运行切换到间歇运行，并停止空气压缩机35的运行(步骤S12)。在切换到间歇运行时，设置在FDC 71中的开关元件被关闭，和/或扫描电流被减小到零。在间歇运行中，从提高燃料效率的观点出发，可以停止氢气的供应。空气压缩机35的运行停止，所以FC 20的平均电池电压降低。当FC 20的平均电池电压太低时，单元电池21的性能劣化。因此，ECU 10确定FC 20的平均电池电压是否等于或低于第一预定电压(步骤S14)。在此，第一预定电压是用作用于确定是否抑制单元电池21的性能劣化的阈值的电压值。第一预定电压例如为0.55V以上且0.65V以下。当FC 20的平均电池电压不等于或低于第一预定电压时(步骤S14：否)时，则ECU10确定FC 20的要求电力是否高于预定电力(步骤S16)。

当FC 20的要求电力高于预定电力时(步骤S16：是)，ECU 10启动空气压缩机35，使得与要求电力对应的空气量被供应到FC 20(步骤S18)。当FC 20的要求电力不大于预定电力时(步骤S16：否)，过程返回到步骤S14。

当在步骤S14中FC 20的平均电池电压等于或低于第一预定电压时(步骤S14：是)，ECU 10启动风扇42(步骤S20)。风扇42被驱动，以将空气供应到FC 20，然后FC 20的平均电池电压升高。此外，停止空气压缩机35并且驱动风扇42，由此，开关阀43关闭，并且抑制从风扇42排出的空气回流，如参考图4B所描述的那样。

接下来，ECU 10确定FC 20的要求电力是否高于预定电力(步骤S22)。当FC 20的要求电力高于预定电力时(步骤S22：是)，ECU 10停止风扇42的运行(步骤S24)。在此之后，ECU10启动空气压缩机35，以根据FC 20的要求电力供应适量的空气(步骤S18)。当停止风扇42并且驱动空气压缩机35时，开关阀43打开，并且空气压缩机35通过开关阀43吸入空气，如参考图4A所描述的那样。

当FC 20的要求电力不高于预定电力时(步骤S22：否)，ECU 10确定FC 20的平均电池电压是否等于或高于第二预定电压，该第二预定电压高于第一预定电压(步骤S26)。当驱动风扇42以向FC 20供应空气时，FC 20的平均电池电压升高。然而，如果FC 20的平均电池电压太高，则设置在单元电池21中的催化剂可能会溶出。因此，当FC 20的平均电池电压等于或高于第二预定电压时(步骤S26：是)，停止风扇42的运行(步骤S28)。停止风扇42的运行，使得FC 20的平均电池电压降低。在此，第二预定电压是用作用于确定是否抑制设置在单元电池21中的催化剂的溶出的阈值。第二预定电压例如为0.8V以上且0.9V以下。

如果FC 20的平均电池电压不等于或高于第二预定电压(步骤S26：否)，则过程返回到步骤S22。在在步骤S28中停止风扇42的运行之后，过程返回到步骤S14。

[时序图]

图6是示出第一实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的时序图。图6示出了FC 20的要求电力、FC 20的平均电池电压、空气压缩机35的驱动状态以及风扇42的驱动状态。参考图6，例如，当通过驾驶员的操作增大了加速器踏板的开度时，FC 20的要求电力增大。当FC 20的要求电力高于预定电力Ev时，根据来自ECU 10的指令来驱动空气压缩机35并且停止风扇42，这执行了发电运行。当停止风扇42并且驱动空气压缩机35时，如参考图4A所述，开关阀43打开。开关阀43打开，使得空气压缩机35通过开关阀43吸入空气，这抑制了吸入空气中的压力损失。这将空气高效地供应到FC 20。由空气压缩机35供应到FC 20的空气量对应于FC 20的要求电力，并且例如为200Nl/min至5000Nl/min。

例如，当通过驾驶员的操作来减小加速器踏板的开度时，FC 20的要求电力减小。当FC 20的要求电力等于或小于预定电力Ev时，运行切换到间歇运行(时间t1)，并且根据来自ECU 10的指令停止空气压缩机35的运行。当停止空气压缩机35时，FC 20的平均电池电压逐渐降低。当FC 20的平均电池电压降低到第一预定电压V1时，根据来自ECU 10的指令而开始风扇42的运行。当停止空气压缩机35并且驱动风扇42时，开关阀43关闭，如参考图4B所描述的那样。开关阀43关闭，使得抑制从风扇42排出的空气通过开关阀43回流。这将空气高效地供应到FC 20。通过风扇42供应到FC 20的空气量小到例如10Nl/min以下。

驱动风扇42，使得FC 20的平均电池电压逐渐升高。当FC 20的平均电池电压升高到第二预定电压V2时，根据来自ECU 10的指令而停止风扇42的运行。停止风扇42，使得FC20的平均电池电压逐渐降低。

ECU 10控制风扇42的运行，使得FC 20的平均电池电压大致落在第一预定电压V1和第二预定电压V2之间，直到FC 20的要求电力高于预定电力Ev为止。当FC 20的要求电力高于预定电力Ev时，将运行切换为发电运行(时间t2)，然后根据来自ECU 10的指令停止风扇42的运行，并开始空气压缩机35的运行。

在第一实施例中，在空气滤清器壳体44(氧化剂气体流路40)内设置有并排布置在与空气48(氧化剂气体)的流动相交叉的方向上的风扇42和开关阀43。开关阀43打开和关闭氧化剂气体流路40的与风扇42相邻的局部区域。空气压缩机35被设置成相对于风扇42和开关阀43在空气48的流动的下游侧处。在发电运行中，在开关阀43打开的状态下，ECU 10驱动空气压缩机35。由于空气压缩机35的排出压力高，因此空气压缩机35根据FC 20的要求电力而向FC 20供应大量空气。此外，由于开关阀43打开，因此将要被空气压缩机35吸入的空气流经开关阀43，这将空气高效地供应到FC 20。当从发电运行切换到间歇运行时，ECU 10停止空气压缩机35。当在间歇运行中FC 20的平均电池电压等于或低于第一预定电压时，在开关阀43关闭的状态下，ECU 10驱动风扇42。风扇42的排出压力小于空气压缩机35的排出压力，这抑制了间歇运行中的电力消耗。此外，开关阀43关闭，这抑制了从风扇42排出的空气的回流，并且将空气高效地供应到FC 20。以这种方式，根据FC 20的发电状态高效地供应空气。风扇42和开关阀43被并排设置在空气滤清器壳体44内，这抑制了燃料电池系统100的尺寸的增大。

开关阀43(该开关阀43包括被可旋转地支撑的阀体43c)在发电运行中由于通过驱动空气压缩机35以及吸入空气而产生的力而打开，如图4A中所示的那样，并且该开关阀43在间歇运行中由于通过驱动风扇42以及吸入和排出空气而产生的力而关闭，如图4B中所示的那样。因而，与对开关阀43进行电控制从而将其打开和关闭的情况相比，不使用电配线简化了构造并且抑制了电力消耗。

如图3A和图3B中所示，风扇42和开关阀43在与空气48的流动正交的方向上并排布置在空气滤清器壳体44内。这减小了风扇42和开关阀43的安装空间。此外，在开关阀43关闭的状态下，驱动风扇42，这有效地抑制了从风扇42排出的空气48的回流。为了抑制从风扇42排出的空气48的回流，风扇42的框架42a和开关阀43的框架43a可以与空气滤清器壳体44的内壁接触。风扇42的框架42a和开关阀43的框架43a可以彼此接触。

ECU 10在发电运行中停止风扇42，如图5和图6中所示的那样。这降低了电力消耗。

如图5和图6中所示，当在间歇运行中从FC 20的平均电池电压等于或低于第一预定电压的情况切换到FC 20的平均电池电压等于或高于第二预定电压的情况时，在开关阀43关闭的状态下，ECU 10停止风扇32。这有效地抑制了空气被供应到FC 20，并且有效地抑制了设置在单元电池21中的催化剂由于FC 20的平均电池电压的升高而溶出。

虽然例示出了被设置在空气滤清器壳体44内的风扇42和开关阀43，但是风扇42和开关阀43可以被设置在除了空气滤清器壳体44之外的氧化剂气体流路40内，例如被设置在气体供应管31内。从确保设置风扇42和开关阀43的空间以及使设置风扇42和开关阀43的过程最小化的观点来看，风扇42和开关阀43被设置在空气滤清器壳体44内。

风扇42和开关阀43在相对于空气元件41在空气48的流动的下游侧处被设置在空气滤清器壳体44内，如图3A中所示的那样。空气元件41除了将灰尘从空气中去除之外还将水分从空气中去除，使得风扇42吸入水分含量低的空气。这抑制了对风扇42的耐水性的影响。

空气压缩机35被设置成相对于空气元件41在空气48的流动的下游侧处。因而，空气压缩机35吸入水分含量低的空气，这抑制了对空气压缩机35的耐水性的影响。

[第一实施例的变型例]

图7A是第一实施例的变型例中的空气滤清器的截面图，图7B是当在空气流动的方向上观察时风扇和开关阀的平面图。在图7A和图7B中，为了清晰，以简化方式示出了空气滤清器34。图7B示出了开关阀43关闭的状态。在图7B中，为了清楚，每一个部分都带阴影线。参考图7A和图7B，在风扇42和开关阀43之间设有用于连接该风扇42和开关阀43的连接壁49。风扇42和开关阀43分别布置在空气48的流动的方向上的前后位置中。图7A示出了风扇42相对于开关阀43位于空气48的流动的下游侧处的情况，但是风扇42可以相对于开关阀43位于空气48的流动的上游侧处。其他部件与第一实施例中的图3A和图3B中的那些部件相同，因而省略其说明。

如在第一实施例的变型例中的那样，在风扇42和开关阀43两者之间设有用于连接该风扇42和开关阀43的连接壁49，并且风扇42和开关阀43并排布置在与空气48的流动相交叉的方向上，以便分别布置在空气48的流动的方向上的前后位置中。即使在设置连接壁49的情况下，风扇42和开关阀43也可以并排设置在与空气48的流动正交的方向上。

[第二实施例]

图8是安装在车辆上的根据第二实施例的燃料电池系统的示意图。参考图8，在根据第二实施例的燃料电池系统200中，空气压缩机35、空气滤清器34以及中间冷却器36从流经空气供应管31的氧化剂气体的流动的上游侧起以该顺序布置。其他部件与第一实施例中的那些部件相同，因而省略其说明。

如上所述，第一实施例例示出了被设置成相对于风扇42和开关阀43在氧化剂气体的流动的下游侧处的空气压缩机35。然而，在第二实施例中，空气压缩机35被设置成相对于风扇42和开关阀43在氧化剂气体的流动的上游侧处。同样地，在第二实施例中，开关阀43在发电运行中由于通过驱动空气压缩机35和排出空气而产生的力而打开，并且开关阀43在间歇运行中由于驱动风扇42以及吸入和排出空气而产生的力而关闭。

[第三实施例]

第三实施例与第一实施例的不同在于，开关阀43是电磁阀或电动阀，并且根据来自控制器10的指令来控制开关阀43的打开和关闭。其他部件与第一实施例中的那些部件相同，因而省略其说明。

[ECU的间歇运行控制]

图9是示出第三实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的流程图。与图5中所示的第一实施例中的控制类似地，图9中所示的控制始于FC 20的要求电力高于预定电力并且FC20进行发电的发电运行。参考图9，ECU 10执行与图5中的第一实施例中的步骤S10和S12相同的步骤S40和S42。在步骤S42之后，ECU 10指示开关阀43关闭(步骤S44)。

接下来，ECU 10确定FC 20的平均电池电压是否等于或低于第一预定电压(步骤S46)。当FC 20的平均电池电压不等于或低于第一预定电压时(步骤S46：否)，ECU 10确定FC20的要求电力是否高于预定电力(步骤S48)。当FC 20的要求电力高于预定电力时(步骤S48：是)，ECU 10指示开关阀43打开(步骤S50)，并启动空气压缩机35，以供应与FC 20的要求电力对应的空气量(步骤S52)。当FC 20的要求电力不高于预定电力时(步骤S48：否)，过程返回到步骤S46。

在步骤S46中，当FC 20的平均电池电压等于或低于第一预定电压时(步骤S46：是)，ECU 10执行步骤S54至S62，该步骤S54至S62与图5中的第一实施例中的步骤S20至S28相同。

[时序图]

图10是示出第三实施例中的ECU的间歇运行控制的示例的时序图。图10示出了FC20的要求电力、FC 20的平均电池电压、空气压缩机35的驱动状态、风扇42的驱动状态以及开关阀43的开关状态。参考图10，当FC 20的要求电力高于预定电力Ev时，根据来自ECU 10的指令，驱动空气压缩机35，停止风扇42，并且开关阀43打开，并且在上述条件下进行发电运行。

当FC 20的要求电力等于或低于预定电力Ev时，运行切换为间歇运行(时间t1)，根据来自ECU 10的指令，停止空气压缩机35的运行并且开关阀43关闭。停止空气压缩机35，使得FC 20的平均电池电压逐渐降低。FC 20的平均电池电压降低到第一预定电压V1，然后根据来自ECU 10的指令开始风扇42的运行。驱动风扇42，使得FC 20的平均电池电压20逐渐升高。当FC 20的平均电池电压升高到第二预定电压V2时，根据来自ECU 10的指令，停止风扇42的运行。停止风扇42，使得FC 20的平均电池电压逐渐降低。

ECU 10控制风扇42的运行，使得FC 20的平均电池电压大致落在第一预定电压V1和第二预定电压V2之间，直到FC 20的要求电力高于预定电力Ev为止。当FC 20的要求电力高于预定电力Ev时，将运行切换为发电运行(时间t2)，根据来自ECU 10的指令，停止风扇42的运行，开关阀43打开，并且开始空气压缩机35的运行。

根据第三实施例，开关阀43是根据来自ECU 10的指令而打开和关闭的阀。在从发电运行切换到间歇运行时，ECU 10在驱动风扇42之前关闭开关阀43。因而，当风扇42启动时，开关阀43关闭。这有效地抑制了从风扇42排出的空气的回流。在从间歇运行切换到发电运行时，ECU 10在驱动空气压缩机35之前打开开关阀43。当空气压缩机35启动时，开关阀43打开。这将空气高效地供应到FC 20。

在开关阀43是根据来自ECU 10的指令而打开和关闭的阀的情况下，与在第一实施例中开关阀43由于通过驱动空气压缩机35和风扇42而产生的力而打开和关闭相比，开关阀43稳定地打开和关闭。

第一实施例至第三实施例例示出了用作第一排出器的风扇42和用作第二排出器的空气压缩机35。然而，其他装置也可以是第一排出器和第二排出器，只要第二排出器的排出压力高于第一排出器的排出压力即可。例如，第一排出器可以是鼓风机(排出压力：10kPa以上且低于100kPa)，并且第二排出器可以是压缩机。第一排出器可以是风扇，并且第二排出器可以是鼓风机。可替代地，一对第一排放器和第二排放器可以是风扇、鼓风机或压缩机。然而，从在FC 20的发电运行中向FC 20供应大量的氧化剂气体的观点来看，第二排出器可以是压缩机。从抑制间歇运行中的电力消耗的观点来看，第一排出器可以是风扇。

在间歇运行控制中，第一实施例至第三实施例例示出了将FC 20的平均电池电压与预定电压进行比较的情况。然而，可以将除了平均电池电压以外的FC 20的电压(例如，FC20的总电压)与预定电压进行比较。

虽然已经详细地描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于这些特定实施例，而是可以在所要求保护的本发明的范围内改变或修改。

最后，本发明的几个方面总结如下。根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料电池组；第一排出器，所述第一排出器被构造成吸入氧化剂气体并且朝向所述燃料电池组排出氧化剂气体，并且所述第一排出器被设置在将氧化剂气体供应到所述燃料电池组的氧化剂气体流路内；开关阀，所述开关阀被设置在所述氧化剂气体流路内，并且所述开关阀被构造成打开和关闭所述氧化剂气体流路的与所述第一排出器相邻的局部区域，所述开关阀和所述第一排出器在与氧化剂气体的流动相交叉的方向上并排布置；第二排出器，所述第二排出器被设置成相对于所述第一排出器和所述开关阀在氧化剂气体的流动的上游侧或下游侧处，并且所述第二排出器被构造成通过所述氧化剂气体流路吸入氧化剂气体并且通过所述氧化剂气体流路朝向所述燃料电池组排出氧化剂气体，所述第二排出器的排出压力高于所述第一排出器的排出压力；电压检测器，所述电压检测器被构造成检测所述燃料电池组的电压；以及控制器，所述控制器被构造成控制所述第一排出器和所述第二排出器，其中所述控制器被构造成：在所述燃料电池组的要求电力高于预定电力并且所述燃料电池组发电的发电运行中，在所述开关阀打开的状态下，所述控制器驱动所述第二排出器，所述控制器被构造成：当从所述发电运行切换到所述要求电力等于或低于所述预定电力的间歇运行时，所述控制器停止所述第二排出器，并且当在所述间歇运行中所述燃料电池组的电压等于或低于第一预定电压时，在所述开关阀关闭的状态下，所述控制器驱动所述第一排出器。

当在发电运行中在开关阀打开的状态下驱动第二排出器时，被第二排出器吸入和排出的氧化剂气体流经开关阀，这高效地供应与燃料电池组的要求电力对应的大量的氧化剂。在在间歇运行中，在开关阀关闭的情况下驱动第一排出器，这抑制了从第一排出器排出的氧化剂气体的回流，并且将氧化剂气体高效地供应到燃料电池组。第一排出器和开关阀并排地布置在氧化剂气体流路内，这抑制了燃料电池系统的尺寸的增大。