燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法

技术领域

本公开涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。

背景技术

在搭载于燃料电池车辆等的燃料电池系统中，一般而言，在系统停止时，进行以下动作，即，执行向燃料电池供给吹扫气体的扫气处理，使燃料电池内部的水分量减少来确保低温环境下的系统的启动性。关于这样的燃料电池系统，提出有扫气处理的开始的时机、和对燃料电池系统具备的氢罐的氢填充的开始的时机的调整所涉及的技术(例如，参照日本特开2017-134993)。

然而，以往，对于氢填充时的燃料电池的冻结防止，没有进行充分的研究。例如，本申请发明人等发现了如果与氢填充并行地进行扫气处理，则产生如下新问题，即，由于为了向氢罐填充而向燃料电池系统供给的氢流入至连接氢罐与燃料电池的氢流路，所以可能在上述氢流路内、燃料电池内产生冻结。

发明内容

本公开能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本公开的一个方式，提供燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，形成有供氢流动的电池内氢流路；氢罐，储藏氢；氢供给路，连接上述氢罐与上述燃料电池；截断阀，截断上述氢供给路中的氢的流通；检测部，检测氢开始对于上述氢罐的填充；以及扫气控制部，当停止上述燃料电池系统并且在应该执行对上述电池内氢流路进行扫气的扫气处理的状态下由上述检测部检测到氢开始填充时，将上述截断阀闭阀，作为上述扫气处理，执行使在上述氢供给路中残留于比上述截断阀靠氢流动的下游侧的氢向上述电池内氢流路流动来对上述电池内氢流路进行扫气的处理。

根据该方式的燃料电池系统，将截断阀闭阀，并使在氢供给路中残留于比截断阀靠下游的氢向电池内氢流路流动来对电池内氢流路进行扫气，因此能够与氢填充并行地进行扫气处理。其结果是，当在低温环境下进行氢填充的情况下，能够遏制燃料电池的冻结，并且，能够抑制由用于填充的低温的氢向燃料电池流动导致燃料电池、燃料气体的流路冻结。

(2)也可以构成为，上述方式的燃料电池系统还具备：循环流路，包括上述电池内氢流路和上述氢供给路的一部分，并且是供氢循环的流路；循环装置，使氢在上述循环流路内循环；以及排出阀，使氢从上述循环流路排出，上述扫气控制部执行的上述扫气处理包括使用上述循环装置来使氢在上述循环流路内循环的动作、和使上述排出阀开阀的动作。根据该方式的燃料电池系统，通过使在循环流路内残留的氢在循环流路内循环，能够进行扫气处理。

(3)也可以构成为：上述方式的燃料电池系统还具备调节阀，上述调节阀设置于上述截断阀与上述燃料电池之间来调节向上述燃料电池供给的氢量，上述扫气控制部执行的上述扫气处理包括驱动上述调节阀，向上述电池内氢流路供给在上述氢供给路中残留于上述调节阀与上述截断阀之间的氢的动作。根据该方式的燃料电池系统，能够使用在氢供给路中残留于调节阀与截断阀之间的氢来进行扫气处理，因此能够使扫气处理的效率提高。

(4)也可以构成为：上述方式的燃料电池系统还具备低温判断部，上述低温判断部判断上述燃料电池系统的环境温度是否是在上述燃料电池系统的下次启动时可能产生上述燃料电池的冻结的问题的低温环境温度，上述扫气控制部在通过上述低温判断部判断为上述环境温度是上述低温环境温度时，判断为是应该执行上述扫气处理的状态。根据该方式的燃料电池系统，当在低温环境下进行氢填充的情况下，能够与氢填充并行地适当地进行扫气处理。

(5)也可以构成为：上述方式的燃料电池系统还具备氧化气体供给部，上述氧化气体供给部向电池内氧化气体流路供给氧化气体，上述电池内氧化气体流路供含有氧的氧化气体在上述燃料电池内流动，上述扫气控制部执行的上述扫气处理包括驱动上述氧化气体供给部，使氧化气体向上述电池内氧化气体流路流动来对上述电池内氧化气体流路进行扫气的动作。根据该方式的燃料电池系统，能够并行地进行电池内氢流路的扫气和电池内氧化气体流路的扫气，因此能够提高扫气处理的效率。

(6)也可以构成为，上述方式的燃料电池系统还具备：制冷剂流路，供冷却上述燃料电池的制冷剂流动；分支流路，从上述制冷剂流路分支，以使设置于供向上述燃料电池供给的氢或者氧化气体流动的反应气体流路的部件与上述制冷剂能够进行热交换的方式引导上述制冷剂；温度传感器，探测上述燃料电池的温度；制冷剂泵，使上述燃料电池内的上述制冷剂流入至上述分支流路；以及保温控制部，在停止上述燃料电池系统并且上述温度传感器探测到的上述燃料电池的温度超过预先确定的基准温度时，驱动上述制冷剂泵。根据该方式的燃料电池系统，能够通过制冷剂将设置于供向燃料电池供给的氢或者氧化气体流动的反应气体流路的部件升温或者保温，因此能够遏制上述部件的冻结。

本公开能够通过上述以外的各种方式实现，例如，能够通过搭载燃料电池系统的燃料电池车辆、搭载燃料电池系统的移动体、燃料电池的扫气方法、燃料电池系统的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时的记录介质等方式实现。

附图说明

以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中，

图1是示意性地表示燃料电池系统的简要结构的说明图。

图2是表示停止时扫气控制处理程序的流程图。

图3是示意性地表示燃料电池系统的简要结构的说明图。

图4是示意性地表示燃料电池系统的简要结构的说明图。

图5是表示填充时保温控制处理程序的流程图。

图6是表示停止时扫气控制处理程序的流程图。

具体实施方式

A.第1实施方式：

(A-1)燃料电池系统的整体结构：

图1是示意性地表示作为本公开的第1实施方式的燃料电池系统15的简要结构的说明图。本实施方式的燃料电池系统15作为驱动用电源搭载于燃料电池车辆10。但是，燃料电池系统15也可以作为车辆以外的移动体的驱动用电源。燃料电池系统15具备燃料电池20、燃料气体供给系统200、氧化气体供给系统300、排气系统400、冷却系统500、氢填充系统600以及控制部900。

燃料电池20是产生燃料电池车辆10的驱动能量的装置。燃料电池20具有层叠有多个单电池的电池组结构，接受含有氢的燃料气体和含有氧的氧化气体的供给而发电。本实施方式的燃料电池20是固体高分子型燃料电池。在构成燃料电池20的各单电池中，在之间隔着电解质膜，在阳极侧形成有供燃料气体流动的流路，在阴极侧形成有供氧化气体流动的流路。也将在燃料电池20内供燃料气体流动的流路称为“电池内氢流路”。另外，也将在燃料电池20内供氧化气体流动的流路称为“电池内氧化气体流路”。并且，在燃料电池20的内部形成有供用于冷却燃料电池20的制冷剂流动的流路。此外，作为燃料电池20，并不限定于固体高分子型燃料电池，也可以采用固体氧化物型燃料电池等其他种类的燃料电池。

燃料气体供给系统200具备氢罐210、燃料气体供给管220、燃料气体排气管230、燃料气体回流管240、调节器260、喷射器270、气液分离器280以及氢泵290。氢罐210是储藏作为燃料气体的氢气的储藏装置，经由燃料气体供给管220与燃料电池20连接。对氢罐210的结构在后面进一步详细地进行说明。在燃料气体供给系统200中，储藏于氢罐210的氢气经过在调节器260中的减压，被从喷射器270供给至燃料电池20的阳极侧流路。喷射器270在内部具备电磁阀，通过该电磁阀的开闭动作，调节来自氢罐210的供给氢量。在图1中，作为喷射器270示出了单一的喷射器，但也可以设置多个喷射器。另外，喷射器270只要能够调节在燃料气体供给管220流动的氢量，并且能够在后述的填充时、扫气处理时截断燃料气体的流通即可，例如，也可以由能够将向下游侧流动的氢的流量调节为任意流量的流量调整阀构成。在从氢罐210向燃料电池20供给燃料气体时，在燃料气体供给管220中，从氢罐210到调节器260是最高压力，从调节器260到喷射器270、从喷射器270到燃料电池20压力依次变低。

燃料气体排气管230是供从燃料电池20排出的阳极废气流动的流路。燃料气体回流管240连接于燃料气体排气管230、和燃料气体供给管220中的比喷射器270靠下游侧的部位。从燃料电池20向燃料气体排气管230排出的阳极废气经由燃料气体回流管240，再次被引导至燃料气体供给管220。因此，在燃料电池系统15中，燃料气体一边通过发电消耗氢，一边在形成于燃料气体排气管230、燃料气体回流管240、燃料气体供给管220的一部分以及燃料电池20内的电池内氢流路中循环。也将上述的燃料气体排气管230、燃料气体回流管240、燃料气体供给管220的一部分以及电池内氢流路统称为“循环流路”。在燃料气体回流管240设置有为了使燃料气体循环而将燃料气体加压的已述的氢泵290。氢泵290也称为“循环装置”。在循环流路内使氢循环的循环装置除了如泵那样使用机械式的驱动力的结构之外，例如，也可以为使用利用高压流体的力来吸取低压的流体的喷射泵等的不同的结构。

在燃料气体排气管230与燃料气体回流管240的连接部设置有气液分离器280。在阳极废气中，除了在发电中未消耗的氢之外还包含氮、水蒸气等杂质。气液分离器280分离阳极废气中的水和气体(氢和氮等)。在本实施方式中，经由气液分离器280，从在上述的流路内循环的燃料气体中去除杂质。

氧化气体供给系统300具备空气压缩机320、氧化气体供给管330以及密封阀360。本实施方式的燃料电池20使用空气作为氧化气体。空气压缩机320被空气压缩机用马达350驱动而压缩空气，并经由氧化气体供给管330向燃料电池20的阴极侧流路供给空气。空气压缩机320也称为“氧化气体供给部”。密封阀360在氧化气体供给管330中设置于与燃料电池20的连接部附近，在对燃料电池20供给氧化气体时开阀。

排气系统400具备排气管410、背压阀420、燃料气体排出管430、排气阀440、氧化气体旁通管450以及旁通阀460。排气管410是从燃料电池20排出阴极废气的流路。在排气管410设置有背压阀420。通过调节背压阀420的开度，能够调整电池内氧化气体流路中的氧化气体的压力(背压)。燃料气体排出管430连接气液分离器280与排气管410。在燃料气体排出管430设置有排气阀440。暂时将排气阀440开阀，从气液分离器280排出水和气体，由此减低在已述的循环流路内循环的燃料气体中的杂质的浓度。排气阀440也称为“排出阀”。

氧化气体旁通管450连接氧化气体供给管330与排气管410。氧化气体旁通管450在排气管410中比设置背压阀420的部位靠下游的位置连接于排气管410。在氧化气体旁通管450设置有旁通阀460。通过将旁通阀460开阀，空气压缩机320排出的空气的至少一部分能够不经由燃料电池20而经由氧化气体旁通管450向排气管410流动。已述的燃料气体排出管430在排气管410中比背压阀420靠下游侧的部位并且比与氧化气体旁通管450的连接部靠上游侧的部位连接于排气管410。从燃料气体排出管430流入至排气管410的阳极废气在被从燃料电池20排出的阴极废气与经由了氧化气体旁通管450的氧化气体中的至少一方稀释后，向大气释放。

冷却系统500具备制冷剂供给管510、制冷剂排出管515、制冷剂旁通管550、第1制冷剂泵525、散热器530以及切换阀565。也将制冷剂供给管510、制冷剂排出管515、制冷剂旁通管550以及燃料电池20内的制冷剂的流路统称为“制冷剂流路”。制冷剂供给管510是用于向燃料电池20供给制冷剂的管，在制冷剂供给管510配置有第1制冷剂泵525。制冷剂排出管515是用于从燃料电池20排出制冷剂的管。在制冷剂排出管515的下游部与制冷剂供给管510的上游部之间设置有用于冷却制冷剂的散热器530。在散热器530设置有散热器风扇535。散热器风扇535向散热器530送风，促进从散热器530的散热。上述第1制冷剂泵525调节在制冷剂供给管510、制冷剂排出管515以及燃料电池20内的流路中循环的制冷剂的流量。在制冷剂排出管515中，在与燃料电池20的连接部的附近设置有探测从燃料电池20排出的制冷剂温度的FC温度传感器570。在本实施方式的燃料电池系统15中，将FC温度传感器570探测的制冷剂的温度作为燃料电池20的温度使用。FC温度传感器570也简称为“温度传感器”。温度传感器只要能够探测燃料电池20的温度即可，除了为探测从燃料电池20排出的制冷剂的温度的传感器之外，例如，也可以是直接探测燃料电池20的温度的温度传感器。

制冷剂旁通管550是连接制冷剂供给管510与制冷剂排出管515的流路。在制冷剂旁通管550从制冷剂排出管515分支的分支部设置有切换阀565，上述切换阀565在经由散热器530的流路与不经由的制冷剂旁通管550之间切换制冷剂流动的路径。切换阀565是能够变更经由散热器530流动的制冷剂的流量与绕过散热器530流动的制冷剂的流量的比例的阀。

氢填充系统600具备氢罐210、氢填充管30以及加注器64。氢罐210被设置为氢填充系统600和已述的燃料气体供给系统200共用。加注器64设置于燃料电池车辆10的车身22的侧面，是用于在向氢罐210填充氢时将未图示的氢填充装置与燃料电池车辆10连接的构造。氢填充管30是连接氢罐210与加注器64的流路。此外，上述的氢填充装置是用于向氢罐210填充氢的装置，例如能够设置于氢站。氢填充装置具备预冷器，为了抑制在氢填充时由于所谓的绝热压缩现象而氢罐内的温度过度地上升，在氢填充之前冷却氢。因此，从氢填充装置经由加注器64供给的氢例如成为-40℃左右的低温。

氢罐210具备配置于罐接头内的阀机构62。阀机构62在其内部形成阀内流路34。阀内流路34具备第1流路35、第2流路36以及第3流路37。第1流路35的一端在阀机构62的表面开口，连接氢填充管30。在第1流路35设置有仅允许氢从氢填充管30朝向氢罐210内的流动的罐逆止阀52。第1流路35的另一端与第3流路37的一端连接。第2流路36的一端在阀机构62的表面开口，连接燃料气体供给管220。在第2流路36设置有作为进行第2流路36的开闭的电磁阀的主截止阀53。第2流路36的另一端与第3流路37的一端连接。第3流路37的另一端在氢罐210内开口。但是，也可以不设置第1流路35与第2流路36合流的第3流路37，而将第1流路35和第2流路36分别与氢罐210内的空间连接。氢罐210还具备探测氢罐210内部的温度的罐温度传感器45。

在加注器64的内部形成有第4流路38。第4流路38的一端与氢填充管30连接。第4流路38的另一端在车身22的表面开口，形成供从氢填充装置70供给的氢流入的填充口26。在第4流路38设置有仅允许氢从填充口26朝向氢填充管30的流动的加注器逆止阀51。在图1所示的结构中，也将连接氢罐与燃料电池20的流路称为“氢供给路”。在本实施方式中，“氢供给路”包括第3流路37、第2流路36以及燃料气体供给管220。

在车身22设置有覆盖加注器64的盖24。盖24经由铰接开闭自如地安装于车身22，在通过已述的氢填充装置向氢罐210进行氢填充时打开。在盖24设置有爪部25，在车身22且在与爪部25对应的位置设置有卡合部27。在不进行氢填充时，通过卡合上述爪部25与卡合部27，从而盖24成为关闭状态。在本实施方式的燃料电池车辆10中，在其驾驶席的附近设置有填充口开关28。填充口开关28与上述卡合部27经过继电器电连接，如果由使用者对填充口开关28施加操作力而接通，则将该操作力向卡合部27传递，解除卡合部27与爪部25的卡合状态，盖24打开。另外，在车身22中且在加注器64的附近设置有检测盖24已变为了关闭状态这一情况的盖传感器46。检测向氢罐210的氢填充的开始的填充口开关28也称为“检测部”。在本实施方式的燃料电池车辆10中，氢填充的开始通过填充口开关接通来检测，氢填充的结束通过盖传感器46来检测，但也可以为不同的结构。例如，也可以通过盖传感器46来检测氢填充的开始与结束双方。

控制部900由微型计算机构成，具有CPU、ROM、RAM以及输入输出接口。控制部900进行燃料电池系统15的发电控制、燃料电池20的扫气所涉及的控制、向氢罐210的氢填充所涉及的控制，并且进行燃料电池车辆10整体的控制。对于燃料电池20的扫气所涉及的控制、向氢罐210的氢填充所涉及的控制，在之后详细地进行说明。控制部900取得来自设置于燃料电池车辆10的各部的传感器(包括设置于燃料电池系统15的各部的传感器、加速器开度传感器、制动踏板传感器、换挡位置传感器以及车速传感器)的输出信号。而且，控制部900向燃料电池车辆10中的发电、行驶等所涉及的各部、具体而言燃料电池系统15具备的已述的各阀、泵等输出驱动信号。此外，实现上述功能的控制部900不需要构成为单一的控制部。例如，也可以由燃料电池系统15的动作所涉及的控制部、燃料电池车辆10的行驶所涉及的控制部、进行与行驶无关的车辆辅机的控制的控制部等多个控制部构成，并在这些多个控制部之间交换必要的信息。

(A-2)填充时扫气处理：

图2是表示由本实施方式的燃料电池系统15的控制部900执行的停止时扫气控制处理程序的流程图。在输入了使包括燃料电池车辆10搭载的燃料电池系统15在内的系统停止的指示时，具体而言，在由驾驶员关闭启动开关(未图示)时，起动本程序。在执行本程序时控制部900作为“扫气控制部”发挥功能。

如果起动本程序，则控制部900的CPU判断是否正在低温环境下使用燃料电池车辆10、即使用燃料电池车辆10的当前的环境温度是否是在下次启动时可能产生燃料电池20的冻结的问题的低温环境温度(步骤S100)。具体而言，例如，控制部900的CPU取得设置于燃料电池车辆10的外部气温传感器910的探测信号，在外部气温是冰点下的情况下，判断为是上述低温环境下。也可以通过与外部气温是否是冰点下不同的基准来判断是否是低温环境下，例如，也可以以预先确定的比0℃低的温度为基准来判断。在步骤S100中，控制部900作为“低温判断部”发挥功能。如果判断为不是低温环境下(步骤S100：否)，则控制部900的CPU结束本程序。

如果判断为是低温环境下(步骤S100：是)，则控制部900的CPU开始结束时扫气处理(步骤S110)。即，在本实施方式中，当在步骤S100中判断为是低温环境下时，判断为是应该执行扫气处理的状态。结束时扫气处理是指，在燃料电池系统15停止时执行并使反应气体向燃料电池20内的反应气体的流路流动来对反应气体流动的流路进行扫气的处理，为了抑制气体流路中的液体水的滞留来遏制气体流路中的结露、冻结而执行。具体而言，对于电池内氢流路，将主截止阀53和喷射器270开阀，并且驱动氢泵290，还在预先确定的时机将排气阀440开阀。另外，对于电池内氧化气体流路，一边控制密封阀360和旁通阀460，一边驱动空气压缩机320，以便向电池内氧化气体流路供给空气。由此，能够使用氢罐210内的氢来对电池内氢流路进行扫气，并且能够通过作为氧化气体的空气对电池内氧化气体流路进行扫气。

如果在步骤S110中开始结束时扫气处理，则控制部900的CPU判断填充口开关28是否已接通(步骤S120)。如已述的那样，填充口开关28是在开始向氢罐210的氢填充时由燃料电池车辆10的使用者操作的开关，通过填充口开关28接通而盖24打开，能够对加注器64连接燃料电池供给装置，并开始向氢罐210的氢填充。

如果判断为填充口开关28已接通(步骤S120：是)，则控制部900的CPU将喷射器270闭阀，从已述的结束时扫气处理变更控制为填充时扫气处理(步骤S130)。在本实施方式中，也将在步骤S130中闭阀的喷射器270称为“截断阀”。在步骤S130中执行的填充时扫气处理是指，在向氢罐210的氢填充时执行并且不使用氢罐210内的氢来对电池内氢流路进行扫气的处理。具体而言，一边如上述那样将喷射器270闭阀来遏制氢从氢罐210向燃料电池20的流动，一边以预先确定的输出驱动氢泵290，并且在预先确定的时机将排气阀440开阀。由此，能够一边使在氢供给路中残留于比喷射器270靠氢流动的下游侧的氢向电池内氢流路流动并循环，一边使包含从电池内氢流路排出的液体水、水蒸气在内的阳极废气从排气阀440排出来对电池内氢流路扫气。在本实施方式中，在填充时扫气处理中，电池内氧化气体流路的扫气与结束时扫气处理相同地进行。

如果在步骤S130中开始填充时扫气处理，则控制部900的CPU判断电池内氢流路所涉及的氢系统扫气和电池内氧化气体流路所涉及的空气系统扫气是否已完成(步骤S140)。控制部900的CPU反复执行步骤S140的判断直至氢系统扫气和空气系统扫气完成。

在填充时扫气处理中，在使氢向电池内氢流路流动，并使空气向电池内氧化气体流路流动时，例如，也可以以能够抑制燃料电池20的电压(阴极的电极电位)过度地变高的程度在燃料电池20中进行微小的发电。通过这样的发电产生的电力例如能够通过在填充时扫气处理中被驱动的氢泵290、空气压缩机320消耗。由于通过这样的微小的发电产生的生成水是与发电量对应的少量，所以抑制为不损害填充时扫气处理的效果的量。因此，即使在填充时扫气处理的执行时使燃料电池20发电，也能够对电池内氢流路、电池内氧化气体流路进行扫气来减少流路内的水分量。此外，进行填充时扫气处理时所需要的电力、例如为了驱动氢泵290、空气压缩机320所需要的电力由燃料电池车辆10搭载的未图示的蓄电池供给。

在步骤S140中，在判断氢系统扫气的完成时，例如，反复进行在预先确定的时机将排气阀440开阀的动作，在开阀的动作达到了预先确定的次数时，能够判断为氢系统扫气已完成。另外，在判断空气系统扫气的完成时，例如，在从开始空气系统扫气起的空气压缩机320的驱动时间超过了预先确定的基准时间时，能够判断为空气系统扫气已完成。或者也可以构成为：使用交流阻抗法来测定燃料电池20的阻抗的电阻成分，在求出的阻抗的值变得比预先确定的基准值大时，通过电解质膜的水分量比基准的状态降低，判断为填充时扫气处理已完成。具体而言，在使燃料电池20进行已述的微小发电时，对从燃料电池20取出的电流重叠交流信号(例如，200Hz～1kHz的比较高的频率的信号)，通过交流阻抗法检测燃料电池20的阻抗即可。或者也可以构成为：通过交流阻抗法以外的方法、例如电流截断法测定电解质膜的膜电阻，在测定出的膜电阻超过了预先确定的基准值时，判断为填充时扫气处理已完成。也可以构成为：在步骤S140的判断中，例如，变更用于判断填充时扫气处理的完成的基准，以便外部气温、燃料电池20的温度越低，则越长时间地进行填充时扫气处理。

如果判断为填充时扫气处理已完成(步骤S140：是)，则控制部900的CPU停止填充时扫气处理(步骤S150)，并结束本程序。在停止填充时扫气处理时，控制部900的CPU停止氢泵290和空气压缩机320的驱动。

如果在步骤S120中判断为填充口开关28未接通(步骤S120：否)，则控制部900的CPU判断结束时扫气处理是否已完成(步骤S160)。结束时扫气处理是否已完成的判断能够与步骤S140中的填充时扫气处理是否已完成的判断相同地进行。即，判断排气阀440的开阀的动作的次数、从开始空气系统扫气起的空气压缩机320的驱动时间、燃料电池20的阻抗的值等是否超过了预先确定的基准值即可。此时，用于判断结束时扫气处理是否已完成的基准和用于判断填充时扫气处理是否已完成的基准可以相同，也可以不同。

在结束时扫气处理未完成时(步骤S160：否)，控制部900的CPU返回至步骤S120，进行填充口开关28是否已接通的判断。如果填充口开关28接通，则控制部900的CPU执行已述的步骤S130以后的处理。

如果填充口开关28未接通而结束时扫气完成(步骤S160：是)，则控制部900的CPU停止结束时扫气处理(步骤S170)，并结束本程序。在停止结束时扫气处理时，控制部900的CPU停止氢泵290和空气压缩机320的驱动，并且将主截止阀53闭阀。

根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池系统15，当在低温环境下进行向氢罐210的氢填充时，通过与氢填充并行进行扫气处理，能够遏制氢填充时的燃料电池20的冻结，并且能够抑制由用于填充的低温的氢向燃料电池20流动导致燃料电池20、燃料气体的流路冻结。在本实施方式中，在向氢罐210的氢填充时，将作为截断阀的喷射器270闭阀，使用在燃料气体的流路中残留于比喷射器270靠氢流动的下游侧的氢来进行扫气处理，因此抑制用于氢填充的低温的氢向燃料电池20流动。这样，由于能够并行地进行氢填充和扫气处理，因此例如当在低温环境下在氢站进行氢填充时，不需要在氢填充的动作的开始之前使使用者等待至用于遏制燃料电池20的冻结的扫气处理完成。在第1实施方式中，每次将排气阀440开阀时，循环流路内的压力降低，但循环流路内的压力与大气压相比足够高，在通过将排气阀440开阀而能够向外部排出循环流路内的液体水、水蒸气的期间，能够继续进行氢系统扫气。

B.第2实施方式：

在第1实施方式中，在执行填充时扫气处理时将作为截断阀的喷射器270闭阀，但也可以为不同的结构。以下，作为第2实施方式，对在执行填充时扫气处理时将作为截断阀的主截止阀53闭阀的结构进行说明。第2实施方式的燃料电池系统15和燃料电池车辆10具有与第1实施方式相同的结构，因此对与第1实施方式共同的部分标注相同的附图标记。第2实施方式的控制部900与第1实施方式相同地执行图2所示的停止时扫气控制处理程序。以下，对第2实施方式与第1实施方式不同的点进行说明。

在第2实施方式中，控制部900的CPU在步骤S130中开始的填充时扫气处理的氢系统扫气中一边将作为截断阀的主截止阀53闭阀来遏制氢从氢罐210向燃料电池20的流动，一边以预先确定的输出驱动氢泵290，并且在预先确定的时机将排气阀440开阀，并且进行喷射器270的开阀控制。在喷射器270的开阀控制中，例如，在与燃料电池20连接的燃料气体的流路中，在喷射器270的下游设置用于检测向燃料电池20供给的燃料气体的压力的压力传感器，以该压力传感器的检测值不低于预先确定的压力的方式使喷射器270开阀即可。在氢供给路中，在闭阀的主截止阀53与喷射器270之间残留有与喷射器270的下游相比高压的氢。因此，例如在将排气阀440开阀来使循环流路内的燃料气体的一部分从排气阀440排出，从而循环流路内的压力降低后，只要使喷射器270开阀，就能够提高暂时降低的循环流路内的压力。在第2实施方式中，在氢供给路中，在主截止阀53与喷射器270之间的压力高于比喷射器270靠下游的压力的期间，通过将喷射器270开阀，能够向循环流路补充氢。在第2实施方式中，喷射器270是设置在作为截断阀的主截止阀53与燃料电池20之间来调节向燃料电池20供给的氢量的阀，也称为“调节阀”。

如果为这样的结构，在获得与第1实施方式相同的效果的基础上，还起到能够使在比截断阀靠氢流动的下游侧残留并能够用于填充时扫气处理的氢的量增加的效果。而且，在第2实施方式中，在填充时扫气处理的执行中，在反复将排气阀440开阀时，通过使用喷射器270将在主截止阀53与喷射器270之间残留的氢向循环流路供给，从而能够更长时间地维持循环流路内的压力较高的状态。因此，能够提高使液体水、水蒸气从排气阀440排出的扫气处理的效率。其结果是，通过更快速地完成填充时扫气处理、更长时间地进行填充时扫气处理，能够更充分地使燃料电池20内的水分量减少。

C.第3实施方式：

在第1实施方式和第2实施方式中，燃料电池系统15具备向燃料电池20引导阳极废气的循环流路作为燃料气体的流路，但也可以为不同的结构。以下，作为第3实施方式，对燃料气体的流路不具备循环流路，不将阳极废气向燃料电池20供给而向燃料电池系统15外排出的结构进行说明。

图3是示意性地表示第3实施方式的燃料电池系统15a的简要结构的说明图。在第3实施方式中，对与第1实施方式共同的部分标注相同的附图标记。另外，第3实施方式的燃料电池系统15a的控制部900与第1实施方式相同地执行图2所示的停止时扫气控制处理程序。以下，对第3实施方式与第1实施方式不同的点进行说明。

对于第3实施方式的燃料电池系统15a而言，如已述的那样，燃料气体的流路不具备循环流路，不将阳极废气向燃料电池20供给而向燃料电池系统15外排出。此时，从燃料气体排气管230排出的阳极废气例如也可以在燃料电池车辆10搭载的其他的装置中利用，或者也可以被从燃料电池20向排气管410排出的阴极废气稀释而向燃料电池系统15a外排出。这样的第3实施方式的燃料电池系统15a在图2的步骤S130中执行的填充时扫气处理的氢系统扫气中对于截断阀和调节阀进行与第2实施方式相同的控制。即，一边将作为截断阀的主截止阀53闭阀来遏制氢从氢罐210向燃料电池20的流动，一边进行作为调节阀的喷射器270的开阀控制。即，驱动喷射器270，向电池内氢流路供给在氢供给路中残留于喷射器270与主截止阀53之间的氢来进行氢系统扫气。

即使为这样的结构，也能够与第1实施方式相同地在低温环境下与向氢罐210的氢填充并行地进行扫气处理，并且获得遏制氢填充时的燃料电池20的冻结的效果。此时，与第2实施方式相同，能够使用在主截止阀53与喷射器270之间残留的比较高压的氢来进行氢系统扫气。

D.第4实施方式：

图4是示意性地表示第4实施方式的燃料电池系统15b的简要结构的说明图。在第4实施方式中，对与第1实施方式共同的部分标注相同的附图标记。另外，第4实施方式的燃料电池系统15b的控制部900与第1实施方式或者第2实施方式相同地执行图2所示的停止时扫气控制处理程序。而且，第4实施方式的燃料电池系统15b在停止系统并向氢罐210填充氢时，与第1实施方式相同地执行填充时扫气处理，并且执行使用燃料电池20内的制冷剂将设置于氢供给路的氢泵290和排气阀440升温或者保温的填充时保温处理。以下，对第4实施方式与第1实施方式不同的点进行说明。

燃料电池系统15b具备作为从已述的制冷剂流路分支的流路的分支流路580。分支流路580的两端连接于制冷剂排出管515。第4实施方式的分支流路580是以各个氢泵290及排气阀440的每一个与制冷剂能够进行热交换的方式引导制冷剂的流路，接近并绕过氢泵290和排气阀440。另外，在分支流路580设置有用于使燃料电池20内的制冷剂流入至分支流路的第2制冷剂泵582。因此，即使停止第1制冷剂泵525，也能够通过驱动第2制冷剂泵582，使燃料电池20内的制冷剂流入至分支流路580，使制冷剂与氢泵290及排气阀440进行热交换。

图5是表示由第4实施方式的燃料电池系统15b的控制部900执行的填充时保温控制处理程序的流程图。在输入了使包括燃料电池车辆10搭载的燃料电池系统15b在内的系统停止的指示时，具体而言，在通过驾驶员关闭了启动开关(未图示)时，本程序与图2的停止时扫气控制处理程序一起起动，并反复执行。在执行本程序时控制部900作为“保温控制部”发挥功能。

如果起动本程序，则控制部900的CPU判断燃料电池车辆10的当前的使用环境是否是在下次启动时可能产生燃料电池20的冻结的问题的低温环境下(步骤S200)。该步骤S200是与步骤S100相同的工序。如果判断为不是低温环境下(步骤S200：否)，则控制部900的CPU结束本程序。

如果判断为是低温环境下(步骤S200：是)，则控制部900的CPU判断填充口开关28是否已接通(步骤S210)。该步骤S210是与步骤S120相同的工序，在填充口开关2接通后，能够进行向氢罐210的氢填充。如果判断为填充口开关28未接通(步骤S210：否)，则控制部900的CPU结束本程序。

如果判断为填充口开关28接通(步骤S210：是)，则控制部900的CPU从FC温度传感器570取得燃料电池20的温度，并与预先确定的基准温度比较(步骤S220)。在步骤S220使用的基准温度是指用于判断是否能够通过使燃料电池20内的制冷剂与氢泵290及排气阀440进行热交换来遏制氢泵290和排气阀440的冻结的温度。这样的基准温度预先确定并存储于控制部900的存储器内。基准温度考虑燃料电池20的热容量、制冷剂的配管中的散热、与氢泵290及排气阀440之间的热交换的效率等而适当地设定即可，也可以根据外部气温等变更基准温度。例如，基准温度能够在10℃～30℃的范围内适当设定。如果判断为燃料电池20的温度为基准温度以下(步骤S220：否)，则控制部900的CPU结束本程序。

如果判断为燃料电池20的温度超过基准值(步骤S220：是)，则控制部900的CPU执行使燃料电池20内的制冷剂向分支流路580流动来将氢泵290和排气阀440升温或者保温的动作(步骤S230)。具体而言，控制部900的CPU驱动第2制冷剂泵582。驱动第2制冷剂泵582来使燃料电池20内的制冷剂流入至分支流路580，由此制冷剂与氢泵290及排气阀440进行热交换，从而将氢泵290和排气阀440升温或者保温。此时的制冷剂的流量只要能够遏制制冷剂的散热，并且向氢泵290和排气阀440传递制冷剂的热即可，因此比在燃料电池20发电时驱动第1制冷剂泵525时的流量小。另外，在步骤S230中，控制部900的CPU切换切换阀565，以使制冷剂绕过散热器530并经由制冷剂旁通管550的方式引导制冷剂。通过绕过散热器530，能够遏制制冷剂的降温。

在执行步骤S230后，控制部900的CPU判断是否关闭了填充口26，即，判断盖传感器46是否检测到盖24变为了关闭状态(步骤S240)。在判断为填充口26未关闭时(步骤S240：否)，控制部900的CPU反复进行步骤S240的判断直至判断为关闭了填充口26。在该期间，驱动第2制冷剂泵582，继续将氢泵290和排气阀440升温或者保温的动作。

如果判断为已关闭填充口26(步骤S240：是)，则控制部900的CPU停止将氢泵290和排气阀440升温或者保温的动作(步骤S250)，并结束本程序。具体而言，在步骤S250中，停止第2制冷剂泵582。

如果为这样的结构，在与第1实施方式相同的效果的基础上，通过执行填充时保温处理，获得在氢填充时遏制氢泵290和排气阀440冻结的效果。氢泵290和排气阀440一般与在发电时发热的燃料电池20分离地设置，在低温环境下温度容易降低，从而容易冻结。如果在氢泵290内液体水冻结，则有可能在基于氢泵290的氢循环的动作中产生异常。另外，如果排气阀440冻结，则有可能在从循环流路排出包含液体水和水蒸气在内的燃料气体的动作中产生异常。因此，如果氢泵290或者排气阀440冻结，则有可能在氢系统扫气的动作中产生异常。根据本实施方式，通过将氢泵290和排气阀440升温或者保温，能够遏制上述异常的发生。

在上述的填充时保温处理中，如果能够实现比燃料电池20发电时的制冷剂的流量小的适当的制冷剂流量，则不需要设置与第1制冷剂泵525分开的泵作为第2制冷剂泵582，也可以使用单一的制冷剂泵。但是，通过使用比第1制冷剂泵525小的第2制冷剂泵582，能够容易地实现比发电时小的制冷剂流量，从而能够容易地遏制填充时保温处理的执行时的制冷剂泵的消耗电力。

在第4实施方式中，在执行填充时保温处理时，在步骤S210中确认了填充口开关28接通，但也可以不进行这样的动作。但是，如果确认填充口开关28接通，则遏制在氢填充时以外时驱动第2制冷剂泵582，因此能够遏制基于第2制冷剂泵582的消耗电力，从而优选。

在第4实施方式中，在填充时保温处理中，将氢泵290与排气阀440双方升温或者保温，但也可以仅将任一个部件升温或者保温。另外，也可以在这些部件的基础上、或者代替这些部件，使其他的部件与制冷剂进行热交换来升温或者保温。成为填充时保温处理的对象的部件只要是设置于向燃料电池20供给的氢或者氧化气体流动的反应气体流路的部件(例如，各种阀等)即可，通过进行填充时保温处理，能够在低温环境下进行氢填充时遏制这些部件的冻结即可。其结果是，能够遏制由设置于反应气体流路的部件冻结而导致在填充时扫气处理的动作中产生异常。

E.其他的实施方式：

(E1)在上述第1实施方式中，将在填充时扫气处理的执行时闭阀的截断阀作为喷射器270，在第2和第3实施方式中，将上述截断阀作为主截止阀53，但也可以为不同的结构。截断阀只要能够截断连接氢罐210与燃料电池20的氢供给路中的氢的流通，也可以是其他种类的阀。另外，截断阀也可以不能完全地截断氢供给路中的氢的流通。只要能够以遏制由向氢罐210填充的低温的氢的流入引起的燃料电池20的冻结的方式抑制氢的流入即可，也可以允许微量的氢的流通。

(E2)在上述各实施方式中，假定在已移动至具备氢填充装置的氢站的燃料电池车辆10中，在系统停止后迅速地进行氢填充的动作的情况，但也可以为不同的结构。例如，当在已停止系统的燃料电池车辆10的停车场所，由搭载有氢填充装置的车辆等构成的移动氢站移动来通过移动氢站进行氢填充的情况下，也能够应用本申请的公开。

燃料电池车辆10除了如已述的那样在低温环境下在系统停止时执行结束时扫气处理以外，也可以在燃料电池系统15为停止状态时，通过使燃料电池系统15暂时地起动的唤醒处理来执行扫气处理。具体而言，也可以在控制部900中在燃料电池系统15的停止中设定唤醒计时，以预先确定的基准的时间间隔，作为唤醒处理基于外部气温等判断是否需要扫气处理，在判断为需要扫气处理时，进行与结束时扫气相同的扫气处理，从而遏制下次启动时的冻结。在伴随着这样的唤醒处理的扫气处理的执行中，在通过移动氢站进行氢填充的情况下，能够进行与上述各实施方式相同的填充时扫气处理。以下，对具体的动作进行说明。此外，本变形例的燃料电池系统15和燃料电池车辆10具有与第1实施方式相同的结构，因此对与第1实施方式共同的部分标注相同的附图标记。

图6是表示由本变形例的燃料电池系统15的控制部900执行的停止时扫气控制处理程序的流程图。在执行上述的唤醒处理时起动本程序。如果起动本程序，则控制部900的CPU判断燃料电池车辆10的当前的使用环境是否是在下次启动时可能产生燃料电池20的冻结的问题的低温环境下(步骤S300)。步骤S300是与步骤S100相同的工序。其后，控制部900的CPU判断填充口开关28是否接通(步骤S310)。步骤S310是与步骤S120相同的工序。在本变形例中，在唤醒处理的执行时，有时填充口开关28已经接通并开始氢填充，因此在结束时扫气处理等扫气处理的开始之前，判断填充口开关28是否接通。在填充口开关28接通的情况下(步骤S310：是)，控制部900的CPU开始填充时扫气处理(步骤S330)，执行作为与步骤S140及步骤S150相同的处理的步骤S340及步骤S350，并结束本程序。

在判断为填充口开关未接通的情况下(步骤S310：否)，控制部900的CPU开始结束时扫气处理(步骤S355)，如果判断为结束时扫气处理已完成(步骤S360)，则停止结束时扫气处理(步骤S370)，并结束本程序。步骤S360和步骤S370是与步骤S160和步骤S170相同的工序。此外，当在步骤S355中开始结束时扫气处理后填充口开关28变为了接通的情况下，通过中断处理，从结束时扫气处理控制变更为填充时扫气处理即可。即使为这样的结构，也获得并行地进行氢填充和扫气处理，并且遏制由填充的低温的氢引起的燃料电池20的冻结的效果。

(E3)在上述各实施方式中，在燃料电池系统停止时，在包括填充时扫气处理在内的扫气处理的执行之前判断是否是低温环境下(步骤S100)，在是低温环境下时，判断为是应该执行扫气处理的状态并进行扫气处理，但也可以为不同的结构。例如，也可以在燃料电池系统停止时，不进行步骤S100的判断而进行扫气处理。如果为这样的结构，则若在非低温环境下的情况下进行扫气处理，则能够在下次启动时遏制在燃料电池20残留的液体水的影响来使燃料电池20启动，如果在低温环境下进行启动处理，则获得与实施方式相同的效果。

(E4)在上述各实施方式中，填充时扫气处理包括氢系统扫气和空气系统扫气，同时或者并行地执行氢系统扫气和空气系统扫气，但也可以为不同的结构。例如，也可以当在步骤S110中开始结束时扫气后，在步骤S120中判断为填充口开关28接通，并在步骤S130中从结束时扫气控制变更为填充时扫气时，在判断为空气系统扫气已完成的情况下，仅进行氢系统扫气作为填充时扫气。

(E5)在上述各实施方式中，在燃料电池车辆搭载了本公开的燃料电池系统，但除了乘用车之外，还能够应用于公交车、卡车、或者两用车辆、电车等各种移动体。

本公开并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够通过各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者为了实现上述效果的一部分或者全部，与在发明的概要栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，如果未说明为其技术特征在本说明书中是必须的，则能够适当地删除。