(57)【要約】【課題】電解質膜が所望の湿潤状態に維持されるようにすること。【解決手段】電解質膜として固体高分子膜を有する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路に設けられ、前記酸化剤ガス供給路を流れる前記酸化剤ガスを加湿する加湿器と、一端が前記加湿器よりも上流側で前記酸化剤ガス供給路に接続し、他端が前記加湿器よりも下流側で前記酸化剤ガス供給路に接続するバイパス路と、前記バイパス路の前記一端が前記酸化剤ガス供給路に接続する接続部と前記加湿器との間で前記酸化剤ガス供給路に設けられたバルブと、前記燃料電池の交流インピーダンスを取得する取得部と、前記バルブが閉じていて且つ前記取得部で取得した前記交流インピーダンスの増加速度が所定値以上である場合に、前記バルブを開けるバルブ制御部と、を備える燃料電池システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜として固体高分子膜を有する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路に設けられ、前記酸化剤ガス供給路を流れる前記酸化剤ガスを加湿する加湿器と、
一端が前記加湿器よりも上流側で前記酸化剤ガス供給路に接続し、他端が前記加湿器よりも下流側で前記酸化剤ガス供給路に接続するバイパス路と、
前記バイパス路の前記一端が前記酸化剤ガス供給路に接続する接続部と前記加湿器との間で前記酸化剤ガス供給路に設けられたバルブと、
前記燃料電池の交流インピーダンスを取得する取得部と、
前記バルブが閉じていて且つ前記取得部で取得した前記交流インピーダンスの増加速度が所定値以上である場合に、前記バルブを開けるバルブ制御部と、を備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜として固体高分子膜を用いた燃料電池が知られている。固体高分子膜からなる電解質膜は、良好な発電性能を得るために所望の湿潤状態に維持することが好ましい。また、燃料電池の内部水分量は、燃料電池のインピーダンスから求められることが知られている。例えば、発電中に計測した燃料電池の交流インピーダンスを用いて燃料電池の湿潤状態を検出し、検出した湿潤状態に応じて燃料電池に供給する反応ガスの加湿量を調整することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３２５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路に加湿器を設け、加湿器で加湿された酸化剤ガスを燃料電池に供給することで、電解質膜の乾燥を抑制することが知られている。しかしながら、酸化剤ガスが加湿器を経由して燃料電池に供給されると、加湿器での圧力損失によって燃費の悪化を招く。また、燃料電池の交流インピーダンスの値が電解質膜の乾燥を示す所定値を超えたときに酸化剤ガスを加湿器に流入させ始めても、電解質膜が所望の湿潤状態を維持することは難しい。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃費の悪化を抑えつつ、電解質膜が所望の湿潤状態に維持されるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電解質膜として固体高分子膜を有する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路に設けられ、前記酸化剤ガス供給路を流れる前記酸化剤ガスを加湿する加湿器と、一端が前記加湿器よりも上流側で前記酸化剤ガス供給路に接続し、他端が前記加湿器よりも下流側で前記酸化剤ガス供給路に接続するバイパス路と、前記バイパス路の前記一端が前記酸化剤ガス供給路に接続する接続部と前記加湿器との間で前記酸化剤ガス供給路に設けられたバルブと、前記燃料電池の交流インピーダンスを取得する取得部と、前記バルブが閉じていて且つ前記取得部で取得した前記交流インピーダンスの増加速度が所定値以上である場合に、前記バルブを開けるバルブ制御部と、を備える燃料電池システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃費の悪化を抑えつつ、電解質膜を所望の湿潤状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、セルの断面図である。
【図３】図３は、燃料電池と出力制御装置について説明する図である。
【図４】図４は、カソードガスの加湿処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、加湿バルブの開度の決定に用いられるマップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、例えば燃料電池車両又は定置用燃料電池装置などに用いられ、要求電力に応じて電力を出力する発電システムである。図１のように、燃料電池システム１００は、燃料電池１０、酸化剤ガス配管系３０、燃料ガス配管系４０、冷媒配管系６０、出力制御装置７０、及び制御ユニット８０を備える。
【００１１】
酸化剤ガス配管系３０は、空気などのカソードガス（酸化剤ガス）を燃料電池１０に供給し、燃料電池１０で消費されなかったカソード排ガス（酸化剤オフガス）を排出する。燃料ガス配管系４０は、水素などのアノードガス（燃料ガス）を燃料電池１０に供給し、燃料電池１０で消費されなかったアノード排ガス（燃料オフガス）を排出する。冷媒配管系６０は、燃料電池１０を冷却する冷媒を燃料電池１０に循環させる。出力制御装置７０は、インバータなどを備えており、燃料電池１０の出力を制御する。制御ユニット８０は、システム全体を統括制御する。
【００１２】
燃料電池１０は、カソードガスとアノードガスの供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数のセルが積層されたスタック構造を有する。図２は、セルの断面図である。図２のように、セル１１は、膜電極ガス拡散層接合体１６（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称す）と、ＭＥＧＡ１６を挟持するアノードセパレータ１７ａ及びカソードセパレータ１７ｃと、を含む。ＭＥＧＡ１６は、アノードガス拡散層１５ａ及びカソードガス拡散層１５ｃと、膜電極接合体１４（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称す）と、を含む。
【００１３】
ＭＥＡ１４は、電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面に設けられたアノード触媒層１３ａと、他方の面に設けられたカソード触媒層１３ｃと、を含む。電解質膜１２は、例えばスルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成される固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層１３ａ及びカソード触媒層１３ｃは、例えば電気化学反応を進行する触媒（白金又は白金−コバルト合金など）を担持するカーボン担体（カーボンブラックなど）と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。
【００１４】
アノードガス拡散層１５ａ及びカソードガス拡散層１５ｃは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成され、例えば炭素繊維又は黒鉛繊維などの多孔質の繊維部材によって形成される。
【００１５】
アノードセパレータ１７ａ及びカソードセパレータ１７ｃは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成される。例えば、アノードセパレータ１７ａ及びカソードセパレータ１７ｃは、プレス成型による曲げ加工によって凹凸形状が形成されたステンレス鋼、アルミニウム、又はチタンなどの金属部材、或いは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンなどのカーボン部材、によって形成される。アノードセパレータ１７ａとアノードガス拡散層１５ａとが接する面には、アノードガス拡散層１５ａ及びアノード触媒層１３ａに供給されるアノードガスが流れるアノードガス流路１８ａが形成される。カソードセパレータ１７ｃとカソードガス拡散層１５ｃとが接する面には、カソードガス拡散層１５ｃ及びカソード触媒層１３ｃに供給されるカソードガスが流れるカソードガス流路１８ｃが形成される。また、カソードセパレータ１７ｃのアノードセパレータ１７ａと接する側の面には、冷媒が流れる冷媒流路１９が形成される。
【００１６】
図１のように、酸化剤ガス配管系３０は、酸化剤ガス供給配管３１、エアコンプレッサ３２、加湿器３３、バイパス配管３４、加湿バルブ３５、バイパスバルブ３６、酸化剤オフガス排出配管３７、及び調圧バルブ３８を備える。
【００１７】
酸化剤ガス供給配管３１は、燃料電池１０のカソードガス供給マニホールドの入口に接続される。エアコンプレッサ３２は、酸化剤ガス供給配管３１を介して燃料電池１０と接続されていて、制御ユニット８０からの指令によって駆動し、外気を取り込んで圧縮した空気をカソードガスとして燃料電池１０に供給する。バイパス配管３４は、加湿器３３を迂回するように、一端が加湿器３３よりも上流側で酸化剤ガス供給配管３１に接続し、他端が加湿器３３よりも下流側で酸化剤ガス供給配管３１に接続する。エアコンプレッサ３２から送り込まれる空気は、加湿器３３を経由せずに、バイパス配管３４を経由して燃料電池１０に供給されることができる。
【００１８】
加湿バルブ３５は、例えば電磁弁であり、加湿器３３よりも上流側且つバイパス配管３４の接続箇所よりも下流側で酸化剤ガス供給配管３１に設けられている。加湿バルブ３５は、制御ユニット８０からの指令によって開度が制御され、加湿器３３を経由して燃料電池１０に供給されるカソードガスの流量を制御する。バイパスバルブ３６は、例えば電磁弁であり、バイパス配管３４に設けられている。バイパスバルブ３６は、制御ユニット８０からの指令によって開度が制御され、加湿器３３を経由せずに燃料電池１０に供給されるカソードガスの流量を制御する。
【００１９】
酸化剤オフガス排出配管３７は、燃料電池１０のカソードガス排出マニホールドの出口に接続され、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧バルブ３８は、加湿器３３よりも下流側で酸化剤オフガス排出配管３７に設けられている。調圧バルブ３８は、例えば電磁弁であり、制御ユニット８０からの指令によって開度が制御され、酸化剤オフガス排出配管３７におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整する。
【００２０】
加湿器３３は、酸化剤ガス供給配管３１と酸化剤オフガス排出配管３７にわたって設けられていて、酸化剤オフガス排出配管３７を流れるカソード排ガスに含まれる水分を用いて酸化剤ガス供給配管３１を流れるカソードガスを加湿する。加湿器３３は、例えば中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束をケーシング内に備えた内部加湿方式の加湿器である。カソード排ガスは中空糸膜内を流れ、中空糸膜束の外にカソードガスが流れることで、中空糸膜を介した水分交換が行われる。なお、加湿器３３は、酸化剤ガス供給配管３１に設けられ、酸化剤ガス供給配管３１を流れるカソードガスを加湿することができれば、その他の構成をしていてもよい。
【００２１】
燃料ガス配管系４０は、燃料ガス供給配管４１、水素タンク４２、バルブ４３、レギュレータ４４、インジェクタ４５、燃料オフガス排出配管４６、気液分離器４７、燃料ガス循環配管４８、循環ポンプ４９、及びバルブ５０を備える。
【００２２】
水素タンク４２は、燃料ガス供給配管４１を介して燃料電池１０のアノードガス供給マニホールドの入口と接続されている。バルブ４３、レギュレータ４４、及びインジェクタ４５は、燃料ガス供給配管４１にこの順序で上流側から設けられている。バルブ４３は、例えば電磁弁であり、制御ユニット８０からの指令により開閉し、水素タンク４２からインジェクタ４５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ４４は、インジェクタ４５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧バルブであり、その開度が制御ユニット８０によって制御される。インジェクタ４５は、例えば電磁弁式の開閉弁であり、制御ユニット８０からの指令に基づいて開閉し、水素タンク４２からの水素をアノードガスとして燃料電池１０に供給する。
【００２３】
燃料オフガス排出配管４６は、燃料電池１０のアノードガス排出マニホールドの出口に接続され、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素又は窒素など）を含むアノード排ガスが流れる。燃料オフガス排出配管４６には気液分離器４７が設けられている。気液分離器４７には、燃料オフガス排出配管４６の他に燃料ガス循環配管４８が接続されている。気液分離器４７は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については燃料ガス循環配管４８へと誘導し、水分については燃料オフガス排出配管４６へと誘導する。燃料ガス循環配管４８は、燃料ガス供給配管４１のインジェクタ４５より下流側に接続されている。燃料ガス循環配管４８には循環ポンプ４９が設けられている。循環ポンプ４９は、制御ユニット８０からの指令に基づいて駆動する。気液分離器４７において分離された気体成分に含まれる水素は、循環ポンプ４９によって、燃料ガス供給配管４１へと送り出される。このように、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて再び燃料電池１０に供給することで、水素の利用効率を向上させることができる。
【００２４】
気液分離器４７において分離された水分は、燃料オフガス排出配管４６を介して外部へと排出される。バルブ５０は、例えば電磁弁であり、気液分離器４７よりも下流側で燃料オフガス排出配管４６に設けられている。バルブ５０は、制御ユニット８０からの指令に応じて開閉する。制御ユニット８０は、燃料電池システム１００の運転中において、通常時ではバルブ５０を閉じておき、排水タイミング及びアノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングなどの所定のタイミングでバルブ５０を開く。
【００２５】
冷媒配管系６０は、冷媒配管６１、ラジエータ６２、及び循環ポンプ６３を備える。冷媒配管６１は、燃料電池１０を冷却する冷媒を循環させるための配管である。冷媒配管６１は、燃料電池１０に設けられた冷媒供給マニホールドと冷媒排出マニホールドとの間に接続されている。ラジエータ６２は、冷媒配管６１に設けられていて、冷媒配管６１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることによって冷媒を冷却する。循環ポンプ６３は、冷媒配管６１に設けられていて、制御ユニット８０からの指令に基づき駆動して冷媒を循環させる。
【００２６】
出力制御装置７０は、インバータなどを備えていて、制御ユニット８０からの指令に基づいて駆動し、燃料電池１０の出力を制御する。図３は、燃料電池と出力制御装置について説明する図である。図３のように、燃料電池１０は、抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｃと、電気二重層容量Ｃｄと、を含んでいる。抵抗Ｒｓは、燃料電池１０のセパレータのバルク抵抗及び接触抵抗などを含んでいる。抵抗Ｒｃは、電解質膜の膜抵抗及び界面抵抗などを含んでいる。出力制御装置７０は、インバータ７１と、電流計７２と、電圧計７３と、を備えている。
【００２７】
出力制御装置７０を駆動して燃料電池１０の出力を制御するときに、インバータ７１から種々の周波数成分を含む高周波ノイズが発生する。この高周波ノイズは、電流計７２及び電圧計７３の出力から抽出することができる。制御ユニット８０は、例えば電流計７２及び電圧計７３から高周波ノイズを抽出し、これを周波数解析することによって、燃料電池１０の交流インピーダンスを取得する。電解質膜１２の膜抵抗に起因する交流インピーダンスの取得は、例えば数百Ｈｚ以上の周波数について解析を行うことで実行できる。周波数解析による交流インピーダンスの算出については、ここでは説明を省略する。
【００２８】
図１のように、制御ユニット８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びメモリなどを備えるマイクロコンピュータを含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリは、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。制御ユニット８０は、燃料電池システム１００の各構成を統合的に制御して、燃料電池システム１００の運転を制御する。例えば、制御ユニット８０は、燃料電池１０に供給するカソードガスの加湿を制御する処理を実行する。この処理は、制御ユニット８０のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びメモリにより機能的に実現される取得部８１、算出部８２、及びバルブ制御部８３により実行される。
【００２９】
取得部８１は、出力制御装置７０が備える電流計７２及び電圧計７３の出力を用いて、燃料電池１０の交流インピーダンスを取得する。算出部８２は、取得部８１で取得した交流インピーダンスの時系列データに基づいて、交流インピーダンスの増加速度を算出する。バルブ制御部８３は、交流インピーダンスの増加速度に基づいて、加湿バルブ３５の開閉を制御する。
【００３０】
図４は、カソードガスの加湿処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下において、交流インピーダンスの値は、交流インピーダンスの実部の値を用いることができる。図４のように、制御ユニット８０は、加湿バルブ３５が閉じているか否か（すなわち、加湿バルブ３５の開度がゼロか否か）を判断する（ステップＳ１０）。例えば燃料電池１０の温度が低い場合では、発電反応で生じる生成水が蒸発し難く、電解質膜１２は乾燥し難い。したがって、燃料電池１０に加湿したカソードガスを供給しなくても電解質膜１２は所望の湿潤状態を維持できると考えられる。カソードガスが加湿器３３を通過すると圧力損失が生じるため、燃費の悪化を招く。そこで、燃料電池１０の温度が低いなどのカソードガスを加湿しなくてもよい状況にある場合では、燃費の悪化を抑制するために、加湿バルブ３５を閉じ且つバイパスバルブ３６を開いて、カソードガスが加湿器３３を経由せずにバイパス配管３４から燃料電池１０に供給される制御が行われる。
【００３１】
加湿バルブ３５が開いている場合は（ステップＳ１０：Ｎｏ）、例えば燃料電池１０の温度が高くて電解質膜１２が乾燥し易い状況にある場合などであり、既にカソードガスは加湿器３３を経由して燃料電池１０に供給されているため、電解質膜１２は所望の湿潤状態になるように制御されている。したがって、加湿バルブ３５が開いている場合は（ステップＳ１０：Ｎｏ）、本加湿処理の制御を終了する。
【００３２】
一方、加湿バルブ３５が閉じている場合は（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、例えば燃料電池１０の温度が低いなどのカソードガスを加湿しなくてもよい状況にある場合であるが、例えば燃料電池１０の温度が上昇した場合などでは、電解質膜１２が乾燥する恐れがある。したがって、加湿バルブ３５が閉じている場合は（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、電解質膜１２の乾燥を抑制して所望の湿潤状態が維持されるように、ステップＳ１２に移行する。
【００３３】
ステップＳ１２では、制御ユニット８０は、燃料電池１０の交流インピーダンスを取得する。例えば、制御ユニット８０は、出力制御装置７０の電流計７２及び電圧計７３から出力される電流値及び電圧値を所定のサンプリング間隔で取得する。上述したように、これら電流値及び電圧値には高周波ノイズが含まれている。制御ユニット８０は、取得した電流値及び電圧値から高速フーリエ変換によって周波数成分を抽出して燃料電池１０の交流インピーダンスを算出し、交流インピーダンスの時系列データを取得する。
【００３４】
次いで、制御ユニット８０は、ステップＳ１２で取得した交流インピーダンスの時系列データから、交流インピーダンスの増加速度を算出する（ステップＳ１４）。増加速度は、単位時間当たりの交流インピーダンスの増加量であり、例えば横軸を時間、縦軸を交流インピーダンスとして表したグラフの傾きから求めることができる。次いで、制御ユニット８０は、交流インピーダンスの増加速度が所定値（例えば０．５ｍΩ／１００ｓｅｃ）以上か否かを判断する（ステップＳ１６）。交流インピーダンスの増加速度が所定値以上ではない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、電解質膜１２は所望の湿潤状態を維持できる状況にあると想定されるため、ステップＳ１０に戻る。
【００３５】
一方、交流インピーダンスの増加速度が所定値以上である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、電解質膜１２の乾燥が進んで所望の湿潤状態を維持できないことが想定される。そこで、制御ユニット８０は、加湿器３３で加湿されたカソードガスが燃料電池１０に供給されるように、加湿バルブ３５を所定開度に開く（ステップＳ１８）。加湿バルブ３５の開度は、予めメモリに記憶されたマップを参照して行うことができる。このように、ステップＳ１６における所定値は、電解質膜１２が湿潤状態を維持できるか否かの切り分けが可能な値とすることができる。
【００３６】
図５は、加湿バルブの開度の決定に用いられるマップの一例である。図５の横軸は燃料電池１０の温度であり、縦軸は加湿バルブ３５の開度である。図５のように、電解質膜１２の相対湿度が所定の湿度（例えば３０％ＲＨ）となるように、燃料電池１０の温度と加湿バルブ３５の開度との関係が決められている。燃料電池１０の温度が高いほど、加湿バルブ３５の開度は大きくなっている。これは、燃料電池１０の温度が高いほど電解質膜１２の乾燥が進み易いと考えられるため、電解質膜１２が所望の湿潤状態を維持するように加湿器３３で加湿されたカソードガスの流量を多くするためである。なお、燃料電池１０の温度は、冷媒配管６１を流れる冷媒の温度を測定する温度センサの値から取得することができる。
【００３７】
このように、ステップＳ１８において加湿バルブ３５を所定開度に開けることで、燃料電池１０に供給されるカソードガスの一部は加湿器３３で加湿されることから、電解質膜１２が乾燥することが抑制され、電解質膜１２を所望の湿潤状態に維持することができる。
【００３８】
制御ユニット８０は、加湿バルブ３５を所定開度に開けてから所定時間（例えば１０秒程度）経過した後に、加湿バルブ３５を閉じて（ステップＳ２０）、加湿制御の処理を終了する。加湿バルブ３５を閉じることで、燃費の悪化を抑制できる。
【００３９】
上述したように、燃料電池１０に加湿器３３で加湿されたカソードガスが供給されなくてもよい場合では、燃費の悪化を抑制するために、加湿器３３を経由せずに燃料電池１０にカソードガスを供給することが好ましい。そこで、実施例１では、一端が加湿器３３よりも上流側で酸化剤ガス供給配管３１に接続し、他端が加湿器３３よりも下流側で酸化剤ガス供給配管３１に接続するバイパス配管３４が設けられている。これにより、加湿器３３を経由せずに燃料電池１０にカソードガスを供給することが可能となり、燃費の悪化を抑制できる。
【００４０】
また、加湿したカソードガスを供給しなくてもよい状態から、電解質膜１２を湿潤させるために加湿したカソードガスを供給することが求められる状態に変化する場合がある。この場合に、例えば燃料電池１０の交流インピーダンスの値が電解質膜１２の乾燥を示す所定値を超えたときにカソードガスを加湿器３３に流入するように制御したとしても、タイムラグなどによって電解質膜１２を所望の湿潤状態に維持することが難しい。電解質膜１２が所望の湿潤状態から外れて乾燥状態になると、例えば燃料電池１０が低負荷運転から高負荷運転に移行したときに、電解質膜１２のプロトン伝導性の低下によって高負荷運転で求められる要求電力を出力できないことがある。また、電解質膜１２の乾燥を示す所定値を低く設定した場合は、加湿したカソードガスを供給しなくてよい場合にも関わらずカソードガスが加湿器３３を通過することになるため、燃費の点で好ましくない。
【００４１】
これに対し、実施例１では、制御ユニット８０は、加湿バルブ３５が閉じていて且つ燃料電池１０の交流インピーダンスの増加速度が所定値以上である場合に、加湿バルブ３５を開ける。交流インピーダンスの増加速度に基づいて加湿バルブ３５を開けることで、電解質膜１２が今後乾燥することが想定される場合に、加湿器３３で加湿したカソードガスを燃料電池１０に供給することができる。よって、電解質膜１２を所望の湿潤状態に維持することができる。このため、例えば燃料電池１０が低負荷運転から高負荷運転に移行したとしても、高負荷運転で求められる要求電力を出力することができる。
【００４２】
図１のように、バイパス配管３４にバイパスバルブ３６が設けられていることが好ましい。これにより、加湿バルブ３５とバイパスバルブ３６の両方の開度を制御することで、加湿器３３を通過して燃料電池１０に供給されるカソードガスの流量とバイパス配管３４を介して燃料電池１０に供給されるカソードガスの流量とを良好な精度で制御することができる。
【００４３】
実施例１では、出力制御装置７０から発生する高周波ノイズを周波数解析することで、燃料電池１０の交流インピーダンスを取得する場合を例に示したが、その他の方向によって燃料電池１０の交流インピーダンスを取得してもよい。例えば、燃料電池１０の交流インピーダンスを測定するために用いられるインピーダンス測定器を備え、このインピーダンス測定器から燃料電池１０の交流インピーダンスを取得してもよい。また、燃料電池１０の交流インピーダンスの取得は、燃料電池１０全体の交流インピーダンスを取得する場合に限られず、燃料電池１０を構成する各セル１１の交流インピーダンスを取得するようにしてもよい。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  燃料電池
１２  電解質膜
１４  膜電極接合体
１６  膜電極ガス拡散層接合体
３０  酸化剤ガス配管系
３１  酸化剤ガス供給配管
３２  エアコンプレッサ
３３  加湿器
３４  バイパス配管
３５  加湿バルブ
３６  バイパスバルブ
３７  酸化剤オフガス排出配管
４０  燃料ガス配管系
６０  冷媒配管系
７０  出力制御装置
７１  インバータ
７２  電流計
７３  電圧計
８０  制御ユニット
８１  取得部
８２  算出部
８３  バルブ制御部
【図１】
2020077494.tif 000003
【図２】
2020077494.tif 000004
【図３】
2020077494.tif 000005
【図４】
2020077494.tif 000006
【図５】
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