本申請主張基于2016年3月4日提出申請的日本專利申請(特愿2016-042187)的優先權，其全部的公開為了全部的目的而通過參照引入。

本發明涉及燃料電池系統及燃料電池系統的控制方法。

背景技術：

在冰點下這樣的低溫環境下的燃料電池系統的啟動時，燃料電池組內的燃料氣體流路中殘留的水分結冰，燃料氣體無法充分遍及燃料氣體流路，燃料氣體濃度不足，存在燃料電池的發電性能的下降、不穩定化、燃料電池的損傷這樣的問題。為了解決該問題，提出了在低溫環境下的燃料電池系統的啟動之前使燃料氣體流路中的燃料氣體濃度增大的低溫啟動處理技術。

低溫啟動處理是使噴射器工作來向燃料電池的陽極側送入燃料氣體，使殘存于陽極側的雜質(氮、水分)與同樣殘存的燃料氣體(氫)一起向燃料電池的外部排出的處理，因此進行使排出氣體中的排出氫濃度降低至規定濃度以下的處理。排出氫濃度的降低通過使進行陰極側的氧化氣體供給的鼓風機工作并使陽極排出氣體與陰極排出氣體混合來實現。在低溫啟動處理的執行時，由于燃料電池未啟動，所以鼓風機、噴射器等的驅動使用二次電池的電力。

然而，在低溫環境下，二次電池中的起電能力也下降，因此從二次電池供給的電力量是有限制的，有時無法使燃料氣體流路中的氫濃度上升至期望的氫濃度，即無法完成低溫啟動處理。并且，根據二次電池的充電狀態，有在燃料氣體流路中的氫濃度更低的狀態下必須停止低溫啟動處理的問題。

技術實現要素：

因此，期望一種在低溫環境下不受二次電池的電力供給能力的影響而使燃料電池的燃料氣體流路中的氫濃度上升至期望的氫濃度的技術，即完成低溫啟動處理的技術。

本發明是為了解決上述的課題而完成的，能夠作為以下的方式實現。

第一方式提供一種燃料電池系統。第一方式的燃料電池系統具備：燃料電池，在內部具有燃料氣體流路；二次電池；燃料氣體濃度上升機構，使所述燃料氣體流路中的燃料氣體濃度上升；溫度測定部，測定與所述燃料電池相關的溫度；以及控制部，在由所述溫度測定部測定出的溫度低于規定的溫度的情況下，使用所述二次電池的電力來使所述燃料氣體濃度上升機構工作，執行使所述燃料氣體濃度朝向第一目標濃度上升的燃料氣體濃度上升處理，所述控制部在所述燃料氣體濃度成為比所述第一目標濃度低的第二目標濃度以上時，使由所述燃料電池進行的發電開始并使用來自所述燃料電池的電力來使所述燃料氣體濃度上升機構工作，執行所述燃料氣體濃度上升處理直至所述燃料氣體濃度成為所述第一目標濃度以上為止。

根據第一方式的燃料電池系統，在燃料氣體濃度上升處理執行中，在燃料氣體濃度成為比燃料氣體濃度上升處理的完成時的目標濃度即第一目標濃度低的第二目標濃度以上時，使由燃料電池進行的發電開始并使用來自燃料電池的電力來使燃料氣體濃度上升機構工作，因此能夠在低溫環境下不受二次電池的電力供給能力的影響而使燃料電池的燃料氣體流路中的氫濃度上升至期望的氫濃度。

在第一方式的燃料電池系統中，可以的是，所述燃料電池具備與所述燃料氣體流路連通的燃料氣體導入部和燃料廢氣排出部，所述燃料氣體濃度上升機構包括：燃料氣體供給裝置，與所述燃料氣體導入部連接；以及燃料廢氣排出閥，與所述燃料廢氣排出部連接，所述控制部對所述燃料氣體供給裝置進行控制來使燃料氣體經由所述燃料氣體導入部向所述燃料氣體流路供給，并且對所述燃料廢氣排出閥進行控制來使燃料廢氣經由所述燃料廢氣排出部從所述燃料氣體流路排出，由此執行所述燃料氣體濃度上升處理。在該情況下，通過對燃料氣體供給裝置進行控制來使燃料氣體經由燃料氣體導入部向燃料氣體流路供給，并且使燃料廢氣經由燃料廢氣排出部從燃料氣體流路排出，從而能夠執行燃料氣體濃度上升處理。

可以的是，第一方式的燃料電池系統還具備：燃料氣體循環管，將所述燃料廢氣排出部與所述燃料氣體導入部連接，使排出的所述燃料廢氣循環；以及循環泵，配置于所述燃料氣體循環管，所述控制部在所述燃料氣體濃度上升處理的執行前使由所述循環泵實現的燃料廢氣的循環停止，在所述燃料氣體濃度上升處理的完成后使由所述循環泵實現的所述燃料廢氣的循環開始。在該情況下，在燃料氣體濃度上升處理時使循環泵停止，因此能夠防止殘存于燃料氣體流路的非燃料氣體對于燃料氣體流路的再分配。

可以的是，第一方式的燃料電池系統還具備壓力傳感器，該壓力傳感器測定所述燃料氣體流路的壓力，所述控制部具有預先準備的與所述第一目標濃度對應的第一燃料廢氣量和與所述第二目標濃度對應的第二燃料廢氣量，使用由所述壓力傳感器測定出的壓力值來算出從所述燃料電池排出的燃料廢氣的累計排氣量，通過對算出的所述燃料廢氣的累計排氣量是否為所述第一燃料廢氣量以上及算出的所述燃料廢氣的累計排氣量是否為所述第二燃料廢氣量以上進行判定，來判定所述燃料氣體濃度是否為所述第一目標濃度以上以及所述燃料氣體濃度是否為所述第二目標濃度以上。在該情況下，可以不用設置氫濃度傳感器，而使用通常大多數情況下具備的壓力傳感器并基于燃料廢氣的累計排氣量來判定燃料氣體流路中的燃料氣體濃度是否為第一目標濃度以上以及燃料氣體流路中的燃料氣體濃度是否為第二目標濃度以上。

可以的是，第一方式的燃料電池系統還具備流量計，該流量計測定從所述燃料電池排出的燃料廢氣的流量，所述控制部具有預先準備的與所述第一目標濃度對應的第一燃料廢氣量和與所述第二目標濃度對應的第二燃料廢氣量，使用通過所述流量計測定出的流量值來算出從所述燃料電池排出的燃料廢氣的累計排氣量，通過對算出的所述燃料廢氣的累計排氣量是否為所述第一燃料廢氣量以上及算出的所述燃料廢氣的累計排氣量是否為所述第二燃料廢氣量以上進行判定，來判定所述燃料氣體濃度是否為所述第一目標濃度以上以及所述燃料氣體濃度是否為所述第二目標濃度以上。在該情況下，可以不用設置氫濃度傳感器，而使用通常經常使用的流量計并基于燃料廢氣的累計排氣量來判定燃料氣體流路中的燃料氣體濃度是否為第一目標濃度以上以及燃料氣體流路中的燃料氣體濃度是否為第二目標濃度以上。

可以的是，第一方式的燃料電池系統還具備燃料氣體濃度傳感器，該燃料氣體濃度傳感器測定所述燃料氣體濃度，所述控制部使用由所述燃料氣體濃度傳感器測定出的燃料氣體濃度來判定所述燃料氣體濃度是否為所述第一目標濃度以上以及所述燃料氣體濃度是否為所述第二目標濃度以上。在該情況下，能夠更高精度地測定燃料氣體流路中的燃料氣體濃度，能夠實現燃料氣體濃度上升處理中的從燃料電池的電力供給的定時的最佳化。

在第一方式的燃料電池系統中，可以的是，所述控制部在由所述溫度測定部測定出的溫度為所述規定的溫度以上的情況下或者在所述燃料氣體濃度成為所述第一目標濃度以上且所述燃料氣體濃度上升處理完成之后，執行與輸出要求相應的燃料電池的運轉控制處理。在該情況下，能夠根據輸出要求來使燃料電池工作。

第二方式提供一種燃料電池系統的控制方法。第二方式的燃料電池系統的控制方法包括：取得與燃料電池相關的溫度，所述燃料電池在內部具有燃料氣體流路；在取得的所述溫度低于規定的溫度的情況下，使用二次電池的電力來使燃料氣體濃度上升機構工作，而使所述燃料氣體流路中的燃料氣體濃度朝向第一目標濃度上升，所述燃料氣體濃度上升機構是使所述燃料氣體流路中的燃料氣體濃度上升的機構；在所述燃料氣體濃度成為比所述第一目標濃度低的第二目標濃度以上時，使由所述燃料電池進行的發電開始并使用來自所述燃料電池的電力來使所述燃料氣體濃度上升機構工作，而使所述燃料氣體濃度上升直至所述燃料氣體濃度成為所述第一目標濃度以上為止；在所述燃料氣體濃度成為所述第一目標濃度以上時，根據輸出要求來對所述燃料電池的運轉進行控制；以及在所述取得的所述溫度為所述規定的溫度以上的情況下，根據輸出要求來對所述燃料電池的運轉進行控制。

根據第二方式的燃料電池系統的控制方法，能夠獲得與第一方式的燃料電池系統同樣的作用效果。并且，第二實施方式的燃料電池系統的控制方法與第一方式的燃料電池系統一樣能夠以各種方案來實現。

本發明也能夠作為燃料電池系統的控制程序來實現。

附圖說明

圖1是示意性地表示第一實施方式的燃料電池系統的結構的說明圖。

圖2是表示搭載第一實施方式的燃料電池系統的車輛的說明圖。

圖3是說明需要氫濃度上升處理的理由的說明圖。

圖4是表示第一實施方式的氫濃度上升處理的處理例程的流程圖。

圖5是表示氫濃度上升處理時的各要素的動作狀態的時間圖。

圖6是說明使用累計燃料廢氣量來推定燃料氣體流路內的氫濃度的理論的說明圖。

圖7是示意性地表示第二實施方式的燃料電池系統的結構的說明圖。

圖8是表示第二實施方式的氫濃度上升處理的處理例程的流程圖。

圖9是表示第二實施方式的氫濃度上升處理時的各要素的動作狀態的時間圖。

圖10是表示第一變形例中的燃料廢氣排出部周邊的結構的說明圖。

圖11是表示第二變形例中的氧化氣體供給系統的結構的說明圖。

具體實施方式

以下說明本發明的燃料電池系統及燃料電池系統的控制方法。

·第一實施方式：

圖1是示意性地表示第一實施方式的燃料電池系統的結構的說明圖。燃料電池系統fc具備燃料電池10、燃料氣體供給系統、氧化氣體供給系統、冷卻系統及控制部50。需要說明的是，在本實施例中，反應氣體是向燃料電池10中的電化學反應提供的燃料氣體及氧化氣體的總稱。需要說明的是，作為燃料氣體，例如包括純氫、氫含有量高的富氫氣體，作為氧化氣體，例如包括空氣(大氣)、氧。

燃料電池10具有被供給燃料氣體的陽極以及被供給氧化氣體的陰極。在本實施例中，使用固體高分子型的燃料電池，燃料電池10具備膜電極接合體(mea：membraneelectrodeassembly)，該膜電極接合體在電解質膜的各面上具備載持有陽極催化劑的陽極催化劑層以及載持有陰極催化劑的陰極催化劑層。需要說明的是，除了陽極催化劑層及陰極催化劑層以外，可以還具備由氣體擴散性高的材質例如多孔體、膨脹合金構成的陽極氣體擴散層及陰極氣體擴散層。

電解質層可通過固體高分子電解質膜例如由包含全氟化碳磺酸的氟系樹脂構成的質子傳導性的離子交換膜來形成。陽極催化劑層及陰極催化劑層包含促進電化學反應的催化劑，例如由鉑(pt)或鉑合金這樣的貴金屬或貴金屬合金構成的催化劑，所述貴金屬合金由貴金屬和其他金屬構成。各催化劑層可以通過涂敷于電解質層的表面來形成，或者也可以通過使催化劑金屬載持于各氣體擴散層來與各氣體擴散層一體地形成。各氣體擴散層可以使用具有導電性及氣體透過性的部件，例如碳制多孔體、碳紙。

燃料電池10具備燃料氣體流路105，在陽極具備燃料氣體導入部100a及燃料廢氣排出部100b，在陰極具備氧化氣體供給部100c及氧化廢氣排出部100d。燃料氣體導入部100a和燃料廢氣排出部100b經由燃料氣體流路105連通(連接)。

燃料氣體供給系統具備氫氣罐11、氫供給裝置12、燃料氣體供給管110以及燃料廢氣排出管111。氫氣罐11是為了供給燃料氣體即氫而用高壓儲藏氫氣的氫儲藏部。除此以外，也可以使用利用了氫儲藏合金、碳納米管的氫儲藏部和儲藏液體氫的氫儲藏部。

燃料電池10的燃料氣體導入部100a和氫氣罐11通過燃料氣體供給管110來連接。在燃料氣體供給管110上配置有壓力控制閥21、氫供給裝置12及壓力傳感器62。壓力控制閥21將從氫氣罐11供給的燃料氣體的壓力調整成規定的壓力，并且根據來自控制部50的閉閥要求來形成閉閥狀態并停止從氫氣罐11向燃料電池10的燃料氣體的供給。氫供給裝置12根據來自控制部50的控制信號，對從氫氣罐11放出(供給)的規定壓力的燃料氣體的壓力進行減壓，并且將燃料氣體的流量調整成期望的流量，將燃料氣體向燃料電池10供給。作為燃料氣體供給裝置的氫供給裝置12可以使用例如一個或多個氫噴射器。氫供給裝置12及后述的燃料廢氣排出閥22構成使燃料氣體流路105中的燃料氣體濃度上升的燃料氣體濃度上升機構。壓力傳感器62對燃料電池10內的壓力即燃料氣體流路105的壓力進行檢測。

在燃料電池10的燃料廢氣排出部100b配置有氣液分離器13及燃料廢氣排出閥22。燃料廢氣排出管111的一端連接于燃料廢氣排出閥22，燃料廢氣排出管111的另一端連接于氧化廢氣排出管121。氣液分離器13將包含于燃料廢氣的氣體成分和液體成分分離。燃料廢氣排出閥22通過控制部50來控制，在開閥狀態下容許來自氣液分離器13的液體成分、主要為生成水的排出，在閉閥狀態下停止來自氣液分離器13的液體成分的排出。燃料廢氣排出閥22通常被閉閥，通過定期地使燃料廢氣排出閥22開閥，將蓄積于氣液分離器13的液體成分經由燃料廢氣排出管111及氧化廢氣排出管121向燃料電池10的外部排出。

氧化氣體供給系統包括氧化氣體供給管120、氧化氣體鼓風機32、氧化廢氣排出管121、消聲器14。在燃料電池10的氧化氣體供給部100c連接有氧化氣體供給管120，氧化氣體鼓風機32和燃料電池10經由氧化氣體供給管120連接。在氧化氣體供給管120上具備用于將陰極從大氣密封的第一陰極密封閥23。在燃料電池10的氧化廢氣排出部100d連接有氧化廢氣排出管121。在氧化廢氣排出管121上具備第二陰極密封閥24、消聲器14。第二陰極密封閥24與氧化氣體鼓風機32協作來調整陰極壓力，并且與第一陰極密封閥協作來將陰極從大氣密封。消聲器14降低與陰極廢氣的排出相伴產生的排氣聲。

在燃料電池10的輸出端子即陽極端子101及陰極端子102經由電力控制部40連接有二次電池41及作為負載的驅動用電動機42。在本實施方式中，二次電池41使用鋰離子電池，驅動用電動機42使用三相交流電動機。作為二次電池41，除此以外，也可以使用鎳氫電池、電容器，作為驅動用電動機42，也可以使用直流電動機或其他交流電動機。二次電池41通過由燃料電池10生成的電力或在車輛的減速時獲得的再生電力來充電。儲存于二次電池41的電力用于在燃料電池10的運轉開始時驅動輔機，或者不使燃料電池10運轉而通過驅動用電動機42驅動車輛。在燃料電池系統fc搭載于車輛的情況下，作為負載，除了驅動用電動機42以外，還可以使用例如用于使燃料電池10工作的輔機驅動用的促動器(未圖示，主要為電動機)。

電力控制部40具備第一dc-dc轉換器、變換器、第二dc-dc轉換器，所述第一dc-dc轉換器用于將二次電池41的輸出電壓降壓并向低電壓輔機輸出，所述變換器用于為了對驅動用電動機42進行驅動而將來自燃料電池10或二次電池41的直流電流變換成交流電流，或者在再生時將通過由驅動用電動機42進行的發電而獲得的交流電流變換成直流電流，所述第二dc-dc轉換器將二次電池41的輸出電壓升壓至驅動用電動機42的驅動電壓，并且為了對二次電池41進行充電而將燃料電池10的輸出電壓及再生時的驅動用電動機42的輸出電壓降壓。

電力控制部40對二次電池41的充電或放電進行控制，并且以使二次電池41的充電狀態(soc：stateofcharge)成為規定的范圍內的方式對二次電池41的充電狀態進行控制。電力控制部40根據來自控制部50的控制信號對驅動用電動機42的旋轉進行控制，并且執行將通過驅動用電動機42發電的電力儲存于二次電池41的充電控制，所述驅動用電動機42在再生時作為發電機起作用。

在陽極端子101及陰極端子102上連接有用于測定燃料電池的電壓的作為電壓測定部的電壓計60，計測燃料電池10具備的所有單電池的輸出電壓。在與燃料電池10的陰極端子102連接的電源線纜上配置有電流計61。

冷卻系統包括熱交換器15、冷卻液用泵33及作為溫度測定部的溫度傳感器63。燃料電池10和熱交換器15經由冷卻液配管130連接。在冷卻液配管130上配置有用于使冷卻液配管130內的冷卻液循環的冷卻液用泵33。溫度傳感器63配置于與熱交換器15的出口側連接的冷卻液配管130，測定冷卻液溫度。需要說明的是，冷卻液作為制冷劑使用，除了水及防凍液以外，也可以使用通過在氣體與液體之間發生相變化而在與例如大氣之間進行熱的傳遞的冷卻物質。

控制部50根據從輸出要求檢測部65輸入的輸出要求來對燃料電池系統fc的動作進行控制。輸出要求檢測部65包括例如對來自駕駛者的輸出要求進行檢測的加速器踏板、燃料電池系統fc的輔機的控制部。控制部50具備中央運算裝置(cpu)51、存儲器52、輸入輸出接口53。cpu51、存儲器52及輸入輸出接口53通過雙向通信總線相互連接。cpu51執行存儲于存儲器52的程序，對燃料電池系統fc的動作進行控制。cpu51可以為多線程cpu，或者也可以作為多個cpu的集合體的總稱使用。存儲器52中存儲有用于執行氫濃度上升處理的氫濃度上升處理程序p1、用于執行燃料電池系統fc整體的運轉控制處理的燃料電池控制程序p2，所述氫濃度上升處理是在燃料電池系統的啟動時使燃料氣體流路105內的氫濃度上升的處理。這些程序p1、p2通過cpu51來執行，由此作為氫濃度上升處理執行部、燃料電池控制部起作用。并且，存儲器52具備用于暫時存儲cpu51的運算結果的作業區域。輸入輸出接口53是供計測信號線及控制信號線連接的接口，所述計測信號線及控制信號線用于將在控制部50的外部具備的各種傳感器及促動器與控制部50連接。在本實施例中，未圖示的作為輸出要求傳感器的加速器開度傳感器、氫供給裝置12、壓力控制閥21、燃料廢氣排出閥22、第一、第二陰極密封閥23、24、氧化氣體鼓風機32、冷卻液用泵33、電力控制部40分別經由控制用信號線連接于輸入輸出接口53，電壓計60、電流計61、壓力傳感器62及溫度傳感器63經由計測信號線連接于輸入輸出接口53。

簡單說明燃料電池系統fc的動作。儲藏于氫氣罐11的高壓氫氣在通過壓力控制閥21減壓之后，又通過氫供給裝置12調整成規定的壓力及燃料氣體流量，并經由燃料氣體供給管110及燃料氣體導入部100a向燃料電池10的陽極供給。向燃料電池10內供給的燃料氣體中的包括未向起電反應提供的燃料氣體在內的燃料廢氣(陽極廢氣)在規定的定時經由燃料廢氣排出部100b及燃料廢氣排出管111向氧化廢氣排出管121導入，通過陰極廢氣稀釋為規定氫濃度以下，從消聲器14向大氣中放出。

通過氧化氣體鼓風機32取入的大氣(空氣)經由氧化氣體供給管120及氧化氣體供給部100c向燃料電池10的陰極供給。控制部50在燃料電池10運轉時使第一及第二陰極密封閥23、24為開閥狀態。

供給到陽極的氫通過陽極催化劑層而分離成氫離子(質子)和電子，氫離子經由膜電極接合體向陰極移動，電子經由外部電路向陰極催化劑層移動。移動到陰極的氫離子在陰極催化劑層中與供給到陰極的氧及經由外部電路的電子發生反應，生成水。通過該一系列的反應，能夠得到用于驅動負載的電流。

圖2是表示搭載第一實施方式的燃料電池系統的車輛的說明圖。在本實施方式中，燃料電池系統fc搭載于車輛(轎車)80。基于從輸出要求檢測部65即加速器踏板輸入的輸出要求，控制部50進行上述的處理，從燃料電池10向驅動用電動機42供給電力，對車輪81進行驅動而使車輛80行駛。

說明第一實施方式的作為燃料氣體濃度上升處理的氫濃度上升處理。需要說明的是，在本說明書中，使用氫氣作為燃料氣體，因此有時將燃料氣體稱為氫氣(氫)。首先，說明執行氫濃度上升處理的理由。圖3是說明需要氫濃度上升處理的理由的說明圖。需要說明的是，在圖3中，用實線表示與第一實施方式有關的構成要素，用雙點劃線表示僅與第二實施方式有關的構成要素。在燃料電池10的運轉停止時，執行使燃料氣體流路105內的水分向燃料電池10外部排出并用燃料氣體充滿陽極側的清洗處理。然而，將燃料氣體流路105內的水分全部排出并不現實，結果在燃料氣體流路105中殘存有殘留水分。燃料電池10在低溫環境下例如冰點以下(小于0度)的環境下放置時，燃料氣體流路105內的殘留水分結冰而成為結冰體bl。車輛在夜間駐車后，在白天的長時間駐車后，生成結冰體bl的可能性尤其變高。結冰體bl將燃料氣體流路105a堵塞或成為燃料氣體流路105a中的燃料氣體的流動阻力，與不存在結冰體bl的燃料氣體流路105b相比，燃料氣體即氫難以遍及燃料氣體流路105a。其結果是，在存在結冰體bl的燃料氣體流路105a中，發生燃料氣體不足(燃料氣體濃度不足)，可能產生燃料電池10的發電性能的下降、不穩定化、燃料電池的損傷。因此，在燃料電池10的低溫啟動時，執行將燃料廢氣排出閥22打開，從氫供給裝置12供給燃料氣體，用燃料氣體置換燃料氣體流路105內的殘存氣體等的氫濃度上升處理。

圖4是表示第一實施方式的氫濃度上升處理的處理例程的流程圖。圖5是表示氫濃度上升處理時的各要素的動作狀態的時間圖。圖6是說明使用累計燃料廢氣量來推定燃料氣體流路內的氫濃度的理論的說明圖。第一實施方式的氫濃度上升處理通過控制部50(cpu51)執行氫濃度上升處理程序p1來實現。

cpu51在接受用于使燃料電池系統啟動的啟動開關的接通輸入時，執行氫濃度上升處理程序p1，取得由溫度傳感器63測定出的冷卻液溫度tw(℃)(步驟s100)。冷卻液溫度tw為與燃料電池10(燃料電池系統fc)相關的溫度，作為表示燃料電池10的內部溫度(燃料氣體流路105的溫度)的指標使用。需要說明的是，在本實施方式中，溫度傳感器63將與溫度值對應的測定值(電壓值、電流值)向控制部50輸入。cpu51判定冷卻液溫度tw是否小于0℃(tw＜0℃)，即燃料電池10的溫度是否為冰點以下(步驟s110)。

在cpu51判定為冷卻液溫度tw不小于0℃(tw≥0℃)的情況下(步驟s110：否)，結束本處理例程，根據輸出要求來執行使燃料電池10工作的燃料電池控制程序p2。

在cpu51判定為冷卻液溫度tw小于0℃的情況下(步驟s110：是)，開始氫濃度上升處理(步驟s120)。cpu51向燃料廢氣排出閥22發送開閥信號，向氫供給裝置12發送氫供給信號(t0)。cpu51向氧化氣體鼓風機32發送氧化氣體供給信號，向第一陰極密封閥23及第二陰極密封閥24發送開閥信號(t0)。需要說明的是，以下，將在氫濃度上升處理時工作的氫供給裝置12、燃料廢氣排出閥22、第一陰極密封閥23、第二陰極密封閥24及氧化氣體鼓風機32總稱為對象輔機。在接受開閥信號的燃料廢氣排出閥22、第一及第二陰極密封閥23、24中，未圖示的促動器通過二次電池41的電力將閥打開。在接受供給信號的氫供給裝置12及氧化氣體鼓風機32中，未圖示的噴射器及泵通過二次電池41的電力進行工作。即，在氫濃度上升處理的開始時，二次電池41與各對象輔機連接，通過二次電池41的電力來驅動各對象輔機的促動器，與各對象輔機未連接的燃料電池10不進行發電。在圖5及圖6中，橫軸表示經過時間(sec)，t0對應于氫濃度上升處理的開始時，t1對應于燃料氣體濃度(氫濃度)達到第二目標濃度dh2的時期，t2對應于氫濃度上升處理的完成時。需要說明的是，本氫濃度上升處理不是根據經過時間而是根據燃料氣體濃度來控制各對象輔機的動作，因此t1及t2并非一定為同一時間。

氫濃度上升處理開始后，殘存于燃料氣體流路105的殘存氣體被通過氫供給裝置12供給的氫氣朝向燃料廢氣排出部100b壓出。到達燃料廢氣排出部100b的殘存氣體及氫氣經過氣液分離器13及燃料廢氣排出閥22，經由燃料廢氣排出管111導向氧化廢氣排出管121。在氧化氣體供給系統中，氧化氣體鼓風機32工作，氧化氣體從氧化氣體供給部100c向未圖示的氧化氣體流路供給，從氧化廢氣排出部100d向氧化廢氣排出管121排出。因此，導向氧化廢氣排出管121的殘存氣體及氫氣在由氧化廢氣稀釋至氫濃度成為規定濃度以下之后，從消聲器14向大氣中放出。

cpu51判定燃料氣體流路105內的燃料氣體濃度(氫濃度)dh是否成為第二目標濃度dh2以上(步驟s130)，在成為dh≥dh2之前繼續上述的處理(步驟s130：否)。在氫濃度上升處理中作為處理結束的目標的第一目標濃度dh1對應于為了使燃料電池10產生根據來自輸出要求檢測部65的輸出要求對驅動用電動機42進行驅動的電力而要求的氫濃度。因此，有時為了實現第一目標濃度dh1而需要時間，尤其在低溫環境下，二次電池41的起電性能也下降，有可能無法獲得足夠的電力量，無法達成第一目標濃度dh1。因此，在第一實施方式中，導入為了對象輔機的驅動所需要的電力的發電而要求的氫濃度即比第一目標濃度dh1低的第二目標濃度dh2，在成為dh≥dh2的時刻開始由燃料電池10進行的發電，不依賴于二次電池41的電力而驅動對象輔機，完成氫濃度上升處理。需要說明的是，第二目標濃度dh2是即使執行發電，燃料電池10也不會損傷，即不會使催化劑劣化或者催化劑的劣化的程度較小的氫濃度，是針對燃料電池系統fc的每個類型而實驗性地求出并預先確定的特性值。

在本實施方式中，取代使用氫濃度傳感器這樣的燃料氣體濃度傳感器來直接檢測燃料氣體流路105內的氫濃度，方便而言為燃料廢氣中的氫濃度dh，而將從氫濃度上升處理開始時排出的燃料廢氣的累計排氣量(l)即累計燃料廢氣量ag作為用于判定(推定)燃料氣體流路105內的氫濃度dh的指標來使用。即，使用基于燃料氣體濃度(氫濃度)與累計燃料廢氣量的關系而預先確定的與第一目標濃度dh1對應的第一燃料廢氣量ag1及與第二目標濃度dh2對應的第二燃料廢氣量ag2，來判定燃料氣體流路105內的氫濃度dh。cpu51可以使用累計燃料廢氣量ag來假設性地取得燃料氣體濃度并進行判定。需要說明的是，求出累計燃料廢氣量ag的處理、以及使用累計燃料廢氣量ag來進行的燃料氣體濃度是否為第一目標濃度dh1以上及燃料氣體濃度是否為第二目標濃度dh2以上的判定可以由與cpu51不同的cpu執行，通過將判定結果向cpu51提供而執行基于cpu51的燃料氣體濃度上升處理。關于該理論，參照圖3及6進行說明。

換言之，氫濃度上升處理是通過氫氣來置換燃料氣體流路105中的殘存氣體的處理。從氫供給裝置12至燃料氣體導入部100a為止的的燃料氣體供給管110的容量、燃料氣體流路105的總容量、從燃料廢氣排出部100b至燃料廢氣排出閥22為止的燃料廢氣排出管111的容量以及氣液分離器13的容量在設計上是已知的。因此，也能夠算出為了實現燃料電池10的穩定工作所要求的氫濃度即第一目標濃度dh1而應供給的供給氫氣量，即應從燃料廢氣排出部100b排出的第一燃料廢氣量ag1(應置換的氣體量)。需要說明的是，在氫濃度上升處理中，將燃料廢氣排出閥22開閥，因此伴隨于燃料廢氣的排出而燃料氣體流路105的壓力下降。因此，如圖6所示，對于燃料電池10，以將燃料氣體流路105的壓力維持成規定壓力(高與低之間的壓力)的方式間歇性地供給氫氣。其結果是，燃料廢氣也間歇性地排出，因此在本實施方式中，為了明示間歇性地排出的累計燃料廢氣量的總量而使用累計燃料廢氣量ag的用語。燃料廢氣量通過將由配置于燃料氣體供給管110的壓力傳感器62檢測到的燃料氣體流路105的壓力代入范德瓦爾斯的狀態方程式來求出。

因此，步驟s130中的是否dh≥dh2的判定使用為了實現第二目標濃度dh2而應排出的第二燃料廢氣量ag2來執行。具體而言，cpu51取得經由壓力傳感器62檢測到的燃料氣體流路105的壓力，使用取得的壓力來算出累計燃料廢氣量ag，判定是否累計燃料廢氣量ag≥第二燃料廢氣量ag2。第二燃料廢氣量ag2使用第一目標濃度dh1與第一燃料廢氣量ag1的關系和預先確定的第二目標濃度dh2，例如通過比例計算來決定，或者針對燃料電池系統fc的每個類型而實驗性地求出。在圖6的例子中，第二燃料廢氣量ag2設為第一燃料廢氣量ag1的50％的值，但是僅僅為例示，例如也可以為第一燃料廢氣量ag1的30％～70％的值。

在cpu51判定為dh≥dh2時(步驟s130：是)，開始從燃料電池10向對象輔機的電力供給(步驟s140)。在圖5及圖6中，相當于時間t1的時刻。cpu51將燃料電池10與對象輔機連接，向燃料廢氣排出閥22發送閉閥信號，對于其他對象輔機，使其動作繼續。其結果是，燃料電池10開始發電，發電的電力用于各對象輔機的促動器的驅動。如圖5所示，cpu51使燃料電池10的發電量(電流值)慢慢增大，使二次電池41的電流值慢慢減小，在通過燃料電池10能夠供給各對象輔機的驅動所要求的電力時，停止從二次電池41向各對象輔機的電力供給。

cpu51判定燃料氣體流路105內的氫濃度dh是否成為第一目標濃度dh1以上(步驟s150)，在成為dh≥dh1之前繼續上述的處理(步驟s150：否)。在cpu51判定為dh≥dh1時(步驟s150：是)，結束本處理例程，完成氫濃度上升處理。需要說明的是，在進行氫濃度dh是否達到第一目標濃度dh1的判定時，也使用累計燃料廢氣量ag。cpu51使用從壓力傳感器62取得的燃料氣體流路105的壓力來判定累計燃料廢氣量ag是否成為第一燃料廢氣量ag1以上，由此判定是否dh≥dh1。

根據以上說明的第一實施方式的燃料電池系統fc，控制部50以比作為氫濃度上升處理的完成目標的第一目標濃度dh1低的第二目標濃度dh2來開始基于燃料電池10的發電，取代二次電池41的電力而通過燃料電池的電力來驅動對象輔機。因此，能夠不依賴于二次電池41的電力容量，完成氫濃度上升處理。

在第一實施方式中，使用從燃料電池10排出的累計燃料廢氣量ag來判定燃料氣體流路105內的氫濃度是否成為第一或第二目標濃度dh1、dh2以上。因此，由測定環境引起的誤差較小，能夠基于測定容易的參數來判定燃料氣體流路105內的氫濃度是否成為第一或第二目標濃度dh1、dh2以上。需要說明的是，使用累計燃料廢氣量ag的氫濃度的推定如上述那樣是氫濃度上升處理中十分有意義的方法。并且，能夠不進行規定濃度的氫的有無的檢測，不用重新使用用于測定氫濃度的氫濃度傳感器而能夠判定燃料氣體流路105內的氫濃度是否為第一或第二目標濃度dh1、dh2以上。

·第二實施方式：

以下，說明第二實施方式的燃料電池系統fca。圖7是示意性地表示第二實施方式的燃料電池系統的結構的說明圖。第二實施方式的燃料電池系統fca在以下兩點上與第一實施方式的燃料電池系統fc不同：具備將燃料廢氣重新投入燃料電池10的燃料廢氣循環系統；取代氫濃度上升處理程序p1，具備包含燃料廢氣循環系統的氫濃度上升處理程序p1a。需要說明的是，對于其他結構，由于與第一實施方式的燃料電池系統fc相同，所以標注與在第一實施方式中使用的標號相同的標號并省略說明。

燃料廢氣循環系統具備燃料廢氣循環管112和燃料廢氣循環泵31，所述燃料廢氣循環管112將燃料電池10的燃料廢氣排出部100b與燃料氣體供給管110中的氫供給裝置12的下游部連接，所述燃料廢氣循環泵31配置于燃料廢氣循環管112。燃料廢氣循環泵31經由控制用信號線與控制部50的輸入輸出接口53連接，由控制部50控制，向陽極重新投入燃料廢氣，并且調整應向陽極供給的燃料氣體流量，降低或防止燃料氣體流路105中的燃料氣體分布(燃料氣體濃度)的偏差。需要說明的是，可以不用具備氣液分離器13及燃料廢氣排出閥22而將燃料廢氣循環管112直接連接于燃料電池的燃料廢氣排出部100b。

說明第二實施方式中的氫濃度上升處理。第二實施方式的氫濃度上升處理通過cpu51執行氫濃度上升處理程序p1a來實現。圖8是表示第二實施方式的氫濃度上升處理的處理例程的流程圖。圖9是表示第二實施方式的氫濃度上升處理時的各要素的動作狀態的時間圖。第二實施方式的氫濃度上升處理除了增加了對于燃料廢氣循環泵31的處理步驟這點以外，與第一實施方式的氫濃度上升處理相同。關于其他的處理步驟，對于與第一實施方式的氫濃度上升處理中的處理步驟相同的處理步驟，標注與在第一實施方式中使用的步驟編號相同的步驟編號并省略說明。

cpu51在步驟s100及s110的處理執行后，開始氫濃度上升處理(步驟s121)。cpu51在使燃料廢氣循環泵31停止之后，執行在第一實施方式中說明的氫濃度上升處理。如已述的那樣，燃料廢氣循環泵31為了抑制或防止燃料氣體流路105中的燃料氣體濃度的偏差而工作。因此，在燃料電池系統fca的啟動時，之前的燃料電池系統fca的停止時殘存于燃料氣體流路105的除氫以外的成分例如氮、氧與作為燃料氣體的氫一起向燃料氣體流路105分散供給。如圖3所示，在結冰體bl存在于燃料氣體流路105a的情況下，向本來僅想供給氫的燃料氣體流路105a供給氮、氧，無法使氫濃度上升。其結果是，用于填補不足的氫濃度的氫濃度上升處理的實效性變低。因此，在氫濃度上升處理時，使燃料廢氣循環泵31停止，僅將從氫供給裝置12供給的氫向燃料氣體流路105供給。

cpu51在步驟s130～s150的處理執行后完成氫濃度上升處理時(步驟s150：是)，使燃料廢氣循環泵31啟動(步驟s160)，結束本處理例程。

根據以上說明的第二實施方式的燃料電池系統fca，在具備燃料廢氣循環泵31的情況下，控制部50在氫濃度上升處理的執行時使燃料廢氣循環泵31停止。因此，能夠防止作為氫濃度上升處理的阻礙的以燃料廢氣的循環為起因的殘存氮、氧等向燃料氣體流路105的分配。其結果是，在具備燃料廢氣循環泵31的燃料電池系統fca中，與第一實施方式的燃料電池系統fc一樣，也能夠不依賴于二次電池41的電力容量而完成氫濃度上升處理。

以下，說明變形例。

(1)第一變形例：

圖10是表示第一變形例中的燃料廢氣排出部周邊的結構的說明圖。在上述各實施方式中，不用測定燃料氣體流路105(燃料廢氣)中的氫濃度，使用累計燃料廢氣量來判定燃料氣體流路105中的氫濃度是否成為第一或第二目標濃度dh1、dh2以上。相對于此，在第一變形例中，在燃料廢氣排出部100b與氣液分離器13之間的燃料廢氣排出管111上具備作為燃料氣體濃度取得部的氫濃度傳感器64。氫濃度傳感器64經由計測信號線連接于控制部50的輸入輸出接口53。由于必須判定燃料氣體流路105中的氫濃度是否達到第一及第二目標濃度dh1、dh2這兩個目標濃度，所以氫濃度傳感器64不是對規定濃度以上的氫濃度進行檢測的氫濃度傳感器，而是能夠輸出與氫濃度對應的計測信號的氫濃度傳感器。通過使用氫濃度傳感器64，能夠以更高的精度來判定燃料氣體流路105中的氫濃度，能夠進一步降低或防止給燃料電池10帶來損傷等的可能性，并能夠更準確地判定氫濃度上升處理中的基于燃料電池10的電力供給開始時期。

(2)第二變形例：

圖11是表示第二變形例中的氧化氣體供給系統的結構的說明圖。在上述各實施方式中，在燃料電池10的外部不具備將來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體向氧化廢氣排出管121供給的結構。在第二變形例中，具備旁通燃料電池10并將來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體向氧化廢氣排出管121供給的結構。在氧化氣體供給管120上，取代第一陰極密封閥23而配置有分流閥23a，分流閥23a和第二陰極密封閥24的下游側的氧化廢氣排出管121通過旁通管122連接。分流閥23a經由控制信號線連接于控制部50的輸入輸出接口53。cpu51在使來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體旁通的情況下，使第二陰極密封閥24閉閥，實現來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體僅在旁通管122流動的旁通流fl1。另一方面，cpu51在將來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體向燃料電池10內部引導的情況下，使第二陰極密封閥24開閥，實現來自氧化氣體鼓風機32的氧化氣體在旁通管122流動的旁通流fl1及在燃料電池10內部流動的通常流fl2。

在具備分流閥23a及旁通管122的情況下，在氫濃度上升處理時，cpu51在燃料氣體流路105的氫濃度dh成為第二目標濃度dh2以上之前，以形成旁通流fl1的方式切換第二陰極密封閥24。即，在該狀態下，為了稀釋燃料廢氣而執行氧化氣體的供給，燃料電池10未開始發電。因此，不需要向燃料電池10內的氧化氣體的供給，在考慮由流路阻力等引起的壓力損失的情況下，優選不經過燃料電池10內部而將氧化氣體向氧化廢氣排出管121供給。

另一方面，在燃料氣體流路105的氫濃度dh成為第二目標濃度dh2以上時，開始燃料電池10的發電，因此cpu51將第二陰極密封閥24慢慢打開，除了旁通流fl1以外還實現通常流fl2。需要說明的是，在燃料電池系統fc的運轉結束時，為了防止催化劑劣化而向燃料電池10的陽極充滿氫，氫也經由膜電極接合體向陰極側移動。因此，cpu51在向燃料電池10開始供給氧化氣體時(燃料電池10的發電開始時)，以燃料廢氣不向氧化廢氣排出管121供給的方式使燃料廢氣排出閥22閉閥，使從氧化廢氣排出管121排出的氫濃度為規定濃度以下。cpu51在能夠排出陰極內的全部殘存氧化氣體的定時，使燃料廢氣排出閥22開閥，在燃料氣體流路105的氫濃度dh成為第一目標濃度dh1以上之前繼續氫濃度上升處理。

(3)第三變形例：

在上述各實施方式中，可以的是，在燃料電池系統fc的運轉結束時，控制部50以將對于氫濃度上升處理的執行而言充分的電力儲存于二次電池41的方式管理二次電池41的soc。例如，可以的是，在燃料電池系統fc的運轉結束時，以根據soc來進行從燃料電池10向二次電池41的充電的方式執行控制。或者，可以的是，基于車輛行駛中或車輛停止后且燃料電池系統fc的運轉結束前的外部氣溫，預測低溫狀態下的下一次燃料電池10的啟動，在預測到低溫狀態下的啟動的情況下，以滿足soc的方式執行對于二次電池41的充電控制。

(4)第四變形例：

在上述各實施方式中，在冷卻液溫度小于0℃即處于冰點下的情況下，開始執行氫濃度上升處理，但是也可以取代冰點下，在小于4℃時執行。通常已知的是，在氣溫低于4度時，由于風的影響等而路面可能凍結，車輛在受到風的影響的環境下，燃料電池10的燃料氣體流路105中的水分同樣有可能凍結。如此，氫濃度上升處理可以考慮燃料電池系統fc被利用的環境，以燃料電池10的燃料氣體流路105中的水分可能凍結的溫度為基準溫度來開始執行。

(5)第五變形例：

在上述各實施方式中，基于冷卻液溫度來測定與燃料電池10相關的溫度，但是除此以外，也可以基于從作為溫度測定部的外部氣溫傳感器、配置于燃料電池10的內部的溫度傳感器取得的測定溫度來測定與燃料電池10相關的溫度。

(6)第六變形例：

在上述各實施方式中，使用通過壓力傳感器62測定出的壓力來求出累計燃料廢氣量ag，但是例如也可以的是，在燃料廢氣排出部100b與氣液分離器13之間的燃料廢氣排出管111上具備流量傳感器，控制部50使用通過流量傳感器測定出的流量來求出累計燃料廢氣量ag。

(7)第七變形例：在上述的各實施方式中，通過氫供給裝置12及燃料廢氣排出閥22來實現燃料氣體濃度上升機構，但是在不具備氫供給裝置12的情況下，也可以通過壓力控制閥21及燃料廢氣排出閥22來實現燃料氣體濃度上升機構。并且，在采用利用配管將氫氣罐11與燃料廢氣循環管112中的燃料廢氣循環泵31的上游側連接并將閥配置于連接位置的上游側的結構的情況下，可以通過該閥、燃料廢氣循環泵31及燃料廢氣排出閥22來實現燃料氣體濃度上升機構。

(8)第八變形例：在上述的各實施方式中，說明了燃料電池系統fc搭載于車輛的情況，但是車輛不論是汽車、摩托車都能夠適用，除此以外，若應用于鐵路車輛、船舶這樣的移動體，則能夠獲得同樣的技術效果。并且，燃料電池系統fc也可以是具備二次電池的安置型的燃料電池系統。

以上，基于實施例、變形例而說明了本發明，但是上述的發明的實施方式是用于使本發明的理解容易的內容，并不限定本發明。本發明能夠不脫離其宗旨以及權利要求書地進行變更、改良，并且其等價物也包含于本發明。例如，發明內容一欄所述的各方式中的技術性特征所對應的實施方式、變形例中的技術性特征能夠為了解決上述的課題的一部分或全部或者為了達成上述的效果的一部分或全部而適當地進行替換或組合。并且，該技術性特征若在本說明書中不是作為必須的內容進行說明的，則能夠適當刪除。