(57)【要約】【課題】燃料電池の高分子膜の乾燥状態を簡便な方式で的確に判定できるようにする。【解決手段】燃料電池１１を収納するスタックケース１２の換気出口１４近傍に湿度センサ１５を設置する。そして、燃料電池１１を起動する前にスタックケース１２内を換気するための換気装置１３を作動させ、そのときの湿度センサ１５の検出値、具体的には湿度センサ１５の検出値が最初のピークに達するまでの間の当該検出値の時間変化の傾きから燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜として高分子膜を備えた燃料電池と、
前記燃料電池を収納するケースと、
前記ケース内の気体を前記ケースの換気出口から外部に排出する換気手段と、
前記ケースの換気出口近傍に設置された湿度検出手段と、
前記換気手段の作動時に、前記湿度検出手段の検出結果に基づいて前記高分子膜の乾燥状態を推定する膜乾燥状態推定手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記高分子膜は表面に電極が形成されて膜電極接合体とされるとともに、当該膜電極接合体が電極プレートにより挟み込まれて燃料電池セルが構成され、
前記燃料電池セルにおいて、前記高分子膜の外周部端面が外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池を起動する前に前記換気手段を作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記膜乾燥状態推定手段は、前記湿度検出手段の検出値が最初のピークに達するまでの間の当該検出値の時間変化の傾きから前記燃料電池の起動前における前記高分子膜の乾燥状態を推定することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記膜乾燥状態推定手段の推定結果に応じて、前記燃料電池の運転状態を最適化することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
外気温を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記膜乾燥状態推定手段は、前記温度検出手段の検出結果に応じて、前記高分子膜の乾燥状態の推定結果を補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記湿度検出手段及び前記温度検出手段の検出結果とに基づいて、前記ケースの換気出口における気体の流れの有無を判断することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記換気手段の作動時に、前記湿度検出手段の検出値の変化幅と前記温度検出手段の検出値の変化幅とが所定範囲内の場合、前記換気手段に故障が生じていると判断することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記湿度検出手段及び前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ケース内が結露する状態にあるか否かを判断することを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記ケース内が結露する状態にあると判断した場合、前記換気手段による換気流量を増大させることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池は車両の駆動動力源として用いられる燃料電池であり、
前記膜乾燥状態推定手段の推定結果の情報を前記車両の運転者に報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
電解質膜として高分子膜を備え、換気手段による換気が行われるケースの内部に収納された燃料電池の膜乾燥状態を推定する方法であって、
前記ケースの換気出口近傍に湿度検出手段を設置し、当該湿度検出手段の検出結果に基づいて前記高分子膜の乾燥状態を推定することを特徴とする燃料電池の膜乾燥状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池をケースに収納した燃料電池システムに関するものであり、特に、ケースに設置した湿度検出手段により燃料電池を構成する高分子膜の乾燥状態を推定する新規な燃料電池システム及び燃料電池の膜乾燥状態推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極（水素極）に水素ガス、酸化剤極（空気極）に空気をそれぞれ供給し、燃料電池において水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の駆動エネルギ源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては、例えば車載用に好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。この固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と空気極との間に高分子膜が設けられたものであり、この高分子膜が水素イオン伝導体（電解質膜）として機能するようになっている。この固体高分子タイプの燃料電池では、燃料極で水素ガスが水素イオンと電子とに分離される反応が起き、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、高分子膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは高分子膜中を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
ところで、高分子膜をイオン伝導体として機能させるためには、高分子膜にある程度の水分を含ませておく必要がある。このため、このような固体高分子タイプの燃料電池を用いた燃料電池システムでは、水素ガスや空気等の供給ガスを加湿装置により加湿した状態で燃料電池に供給したり、燃料電池に直接水を供給したりすることで、燃料電池の高分子膜を加湿することが一般に行われている。この場合、水分管理を適切に行うことが特に重要な課題となっており、燃料電池の高分子膜が常に最適な加湿状態となるように系内の水分を制御することが必要である。
【０００５】
このような観点から、例えば、下記特許文献１においては、単セル、またはブロック毎のセル電圧の経時変化のパターンを種々記憶しておき、実際の電圧の変化をそのパターンと比較することにより膜の含水状態を判定し、その状態に応じて膜の湿潤を促進させる等、最適運転パターンを選択するという運転方法を提案している。
【特許文献１】特開平９−２４５８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の技術のように、セル電圧の経時変化のパターンを記憶して比較するとした場合、セル電圧に対する感度を持つパラメータは数多く存在し、またこれらのパラメータが相互に影響を与え合っていることも多分にあるため、セル電圧の変化のみから膜の含水状態を特定するということは非常に困難である。特に、自動車の駆動エネルギ源として燃料電池を使用する場合には、要求される出力の変化が激しく、比較し得るセル電圧の変化パターンを設定すること自体が難しいという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な方式により燃料電池の高分子膜の乾燥状態を的確に判定することが可能な燃料電池システム及び燃料電池の膜乾燥状態推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、電解質膜として高分子膜を備えた燃料電池と、燃料電池を収納するケースと、ケース内の気体をケースの換気出口から外部に排出する換気手段と、ケースの換気出口近傍に設置された湿度検出手段と、換気手段の作動時に、湿度検出手段の検出結果に基づいて高分子膜の乾燥状態を推定する膜乾燥状態推定手段とを備える構成としている。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池の膜乾燥状態推定方法は、電解質膜として高分子膜を備え、換気手段による換気が行われるケース内部に収納された燃料電池の膜乾燥状態を推定する方法であって、ケースの換気出口近傍に湿度検出手段を設置し、この湿度検出手段の検出結果に基づいて高分子膜の乾燥状態を推定するようにしている。
【００１０】
例えば、高分子膜の外周部端面が露出した構造の燃料電池がケース内部に収納されている場合を考えると、高分子膜の外周部端面から蒸発する水分によってケース内部の湿度が上昇することになり、換気手段を作動したときにケースの換気出口から排出される気体の湿度は、高分子膜から蒸発した水分量を反映したものとなる。したがって、換気手段の作動時にこのケースの換気出口から排出される気体の湿度を湿度検出手段で検出することで、燃料電池の高分子膜から蒸発した水分量を把握することができる。そして、膜乾燥状態推定手段がこの湿度検出手段の検出結果に基づいて高分子膜の乾燥状態を推定することにより、簡便な方式で燃料電池の高分子膜の乾燥状態を的確に判定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一般的に種々の要求（例えば燃料電池スタック自体の保護、感電−短絡防止、ブラケット取り付け、周辺機器の収容容器等）からほとんどの場合に使用されるケースの換気出口に湿度検出手段を設置し、その検出結果に基づいて高分子膜の乾燥状態を推定するといった極めて簡便な方式により、高分子膜の乾燥状態を的確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
先ず、本実施形態の燃料電池システムが備える固体高分子タイプの燃料電池の１発電単位である単セルの構造を図１を用いて簡単に説明する。固体高分子タイプの燃料電池を構成する単セルは、電解質膜として高分子膜１を備えており、この高分子膜１の両表面上に白金等の触媒を担持するカーボン層やガス拡散層が各々形成されて、アノード側電極となる燃料極２やカソード側電極となる酸化剤極３とされている。一般的にはこれら高分子膜１や各電極２，３を総称して膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrolyte Assembly）と呼ぶ。
【００１４】
燃料電池の単セルは、このＭＥＡが一対のバイポーラプレート４，５で挟持された構造となっている。すなわち、燃料極２の高分子膜１が接する面とは反対側の面には、燃料ガス通路を有する多孔質導電性物質で形成されたアノードバイポーラプレート４が配置されている。また、酸化剤極３の高分子膜１が接する面とは反対側の面には、酸化剤ガス通路を有する多孔質導電性物質で形成されたカソードバイポーラプレート５が配設されている。
【００１５】
ここで、前記アノードバイポーラプレート４やカソードバイポーラプレート５は、外周端部において前記ＭＥＡの高分子膜１に対してシール６を介して重ね合わされているが、アノードバイポーラプレート４やカソードバイポーラプレート５にＭＥＡがシール６を介して挟まれてなる単セルにおいては、ＭＥＡの高分子膜１の外周部端面がシール６等で覆われておらず、外部に露出した構造となっている（図１中のＡ部参照。）。したがって、このような単セルでは、燃料電池の運転中に、高分子膜１が保持している水分が膜端面から少しずつ蒸発することになる。
【００１６】
固体高分子タイプの燃料電池は、以上のような構造の単セルが多数積層されてスタック構造とされたものである。このようなスタック構造の燃料電池をシステムに組み込む場合、一般的には、図２に示すように、感電防止や設置用ブラケットとしてスタックケース１２が使用され、燃料電池１１はこのスタックケース１２の内部に収納される。この場合、スタックケース１２には、必ずケース内の換気を行うための換気装置１３が設置される。これは、燃料ガスとして使用する水素の完全なシールが困難で、微量ではあるが燃料電池１１からの漏洩が発生し、その漏洩水素のスタックケース１２内での滞留防止、濃度希釈を行う必要があるからである。そして、スタックケース１２の換気出口１４には、通常、図示しない水素濃度センサや温度センサが設置されており、これらのセンサの検出値を用いてシール性の劣化や破損に対する監視を行い、必要に応じて換気装置１３を作動させてスタックケース１２内の換気を行うようにしている。
【００１７】
ここで、本実施形態の燃料電池システムでは、スタックケース１２の換気出口１４近傍に、前記水素濃度センサや温度センサに加えて湿度検出手段である湿度センサ１５を設置し、この換気出口１４から排気されるスタックケース１２内の空気の湿度を検出することで、燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定するようにしている。すなわち、上述した構造の固体高分子タイプの燃料電池１１では、運転中に高分子膜１が保持している水分が膜端面から少しずつ蒸発するので、この蒸発した水分によってスタックケース１２内の湿度は上昇することになり、換気装置１３を作動したときにスタックケース１２の換気出口１４から排出される気体の湿度は、高分子膜１から蒸発した水分量を反映したものとなる。したがって、換気装置１３の作動時にこのスタックケース１２の換気出口１４から排出される気体の湿度を湿度センサ１５で検出することで、燃料電池１１の高分子膜１から蒸発した水分量を把握することができる。
【００１８】
なお、本実施形態のように、図１に示すような単セルを積層した燃料電池１１を使用する場合、運転中に膜端面から蒸発する水蒸気により、スタックケース１２内は湿度が高い状態となる。したがって、スタックケース１２外の周囲温度が低い場合には、スタックケース１２の壁面、あるいは燃料電池１１の表面に結露が生じる可能性があり、換気装置１３はこのような結露を防止する目的でも使用される。
【００１９】
図３は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成を示した図である。スタックケース１２に収納された燃料電池１１に対し、図示しない燃料ガス供給装置や酸化剤ガス供給装置により、加湿装置１６を介して燃料ガス（水素）及び酸化剤ガス（空気）が供給され、燃料電池１１内で反応消費後、残ったガスが排出される。また、燃料電池１１は、クーラントポンプ１７により圧送されるクーラントにより冷却され、図示されないラジエータ等の熱交換器により排熱される。発電された電力は、負荷装置１８により取り出されて利用される。
【００２０】
スタックケース１２には、換気入口１９及び換気出口１４が設けられており、換気入口１９側に設置された換気装置１３によりスタックケース１２内部に空気が圧送され、換気出口１４からスタックケース１２の外部に排出される。この換気出口１４の近傍には、上述したように、この排出空気の湿度を検出するための湿度センサ１５が設置されている。そして、コントローラ（膜乾燥状態推定手段）２０がこの湿度センサ１５の検出値を読み込んで、その検出結果に基づいて高分子膜１の乾燥状態を推定し、それに応じて本実施形態の燃料電池システムにおける各アクチュエータに運転指令を出力することで、燃料電池１の運転状態が高分子膜１１の乾燥状態に応じた最適な状態となるように制御している。
【００２１】
図４は、燃料電池１の起動時におけるスタックケース１２の換気出口１２近傍における空気湿度の変化の例を示した図である。図中の上側に湿度の時間変化を、下側に燃料電池１１からの出力の取出し量を示している。
【００２２】
通常、大きく間隔を開けずに燃料電池１１の運転を再開する場合には、燃料電池１１の運転を停止させた後に換気装置１３も停止してから、燃料電池１１の運転中に蒸発した水蒸気により、スタッケース１２内の温度が下がるにつれてスタックケース１２内の湿度は高くなる。その一方で、湿度センサ１５の設置されている換気出口１４では、ほぼ外気と同等の湿度となる。そして、次の始動時に、燃料電池１１起動前（燃料ガスや酸化剤ガスの供給前で且つクーラントも停止している状態）に換気装置１３のみを作動させると、スタックケース１２内の高い湿度の空気が換気出口１４から外部に排出され、その後、換気入口１９から導入された外気に近づくため、換気出口１４の近傍の湿度は、図に示すように山を描くように変化することになる。その後、燃料電池１１の運転が開始されると、再度水蒸気の蒸発により湿度が増し、換気流量と外気の湿度とのバランスで平衡に達する。
【００２３】
しかしながら、前回の運転が高分子膜１の乾燥を促進させるような運転条件で運転されていたり、長期に運転がされていなかった場合には、換気装置１３の始動時の湿度の変化の山が通常より低いか、同等でも、発電を開始してからの湿度が上がらず、換気開始時とほとんど差がないという状態になる。
【００２４】
そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、以上のようなスタックケース１２の換気出口１４近傍における湿度の変化を利用して、燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定し、その推定結果に応じて後の運転条件を最適化させるようにしている。これにより、例えば、長期放置した後の運転再開時等、高分子膜１が乾燥しきってしまって運転に耐えない状態であったとしても、その状態を運転開始前に判断できるので、交換等の対応を速やかに可能となる。あるいは、運転は可能でも出力低下が生じるような場合、原因が高分子膜１の乾燥であることがわかるので、出力低下の原因追及のような作業を必要とせず、多少の出力制限後、高分子膜１が十分に湿潤すれば、通常の運転に復帰可能となる。
【００２５】
また、本実施形態の燃料電池システムでは、スタックケース１２の換気出口１４近傍に設置した湿度センサ１５の検出結果に基づいて燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定するようにしているので、以下のような効果も得られる。すなわち、高分子膜１の乾燥状態を把握するためだけであれば、燃料電池１１の酸化剤極出口の酸化剤ガス（空気）の湿度を直接モニタリングすることが確実であり、そのような手法も考えられるが、常に高温、高湿のオフガスに曝される状態はセンサにとって非常に厳しい環境であり、また、センサ部での結露防止や取り付け配管部の保温等の対策も必要で、設置の自由度が低いという問題点がある。これに対して、本実施形態の燃料電池システムでは、スタックケース１２の換気出口１４近傍といった環境条件として緩やかな部位に、設置自由度も高い状態で湿度センサ１５を取り付けるだけで燃料電池１の高分子膜１の乾燥状態を推定できるので、コスト低減、システム全体の小型化に貢献できる。
【００２６】
図５は、本実施形態の燃料電池システムにおける制御フローを示す図である。本実施形態の燃料電池システムでは、システムが起動すると、先ず、湿度センサ１５を起動して、スタックケース１２の換気出口１４における空気の湿度のモニタを開始する（ステップＳ１）。このとき、モニタ開始時の湿度をＨ_iniとして記憶しておく。
【００２７】
次に、換気装置１３を作動させて、スタックケース１２内の換気を開始する（ステップＳ２）。そして、スタックケース１２の換気出口１４における湿度の時間変化、特に、最初に湿度が上昇してピークに達するまでの間の傾きを演算し、傾きが正であるか否かを確認する（ステップＳ３）。ここで、傾きが負であればスタックケース１２内が外気よりも乾燥しているということであるので、燃料電池１１の高分子膜１が極めて激しい乾燥状態にあって運転には耐えない状態であると判断して（ステップＳ４）、運転を停止させる（ステップＳ５）。
【００２８】
一方、ステップＳ３での確認の結果、湿度の時間変化の傾きが正である場合には、次に、その傾きが第１の基準値ＤＨ_L1以下であるかどうかを確認する（ステップＳ６）。ここで、傾きが第１の基準値ＤＨ_L1以下の場合には、燃料電池１１の高分子膜１がかなり乾燥してはいるが、特定の制限下では運転可能と判断して（ステップＳ７）、燃料電池１１の取出し可能な出力を所定値以下に制限するとともに、加湿装置１６に高加湿状態でガスを供給するよう指令する（ステップＳ８）。
【００２９】
そして、以上のような出力制限及び高加湿運転指令を行った後、燃料電池１１のセル電圧をモニタリングして予めコントローラ２０内に記憶されている通常状態における電圧レベルと比較し、セル電圧のレベルが通常状態の電圧レベルに復帰したかどうかを判断する(ステップＳ９）。そして、燃料電池１１のセル電圧のレベルが通常状態の電圧レベルに復帰した段階で、通常運転に移行する（ステップＳ１０）。
【００３０】
一方、ステップＳ６での確認の結果、湿度の時間変化の傾きが第１の基準値ＤＨ_L1を超えている場合には、次に、その傾きが第２の基準値ＤＨ_L2（ＤＨ_L2＞ＤＨ_L1）以下であるかどうかを確認する（ステップＳ１１）。ここで、傾きが第２の基準値ＤＨ_L2以下、すなわち第１の基準値ＤＨ_L1と第２の基準値ＤＨ_L2の間の傾きである場合には、燃料電池１１の高分子膜１が緩やかな乾燥状態であり、多少の出力制限で運転可能と判断して（ステップＳ１２）、燃料電池１１の取出し可能な出力に若干の制限を加える（ステップＳ１３）。なお、ここでの出力制限はステップＳ８での出力制限よりも緩い制限であり、燃料電池１１の取出し可能電力としてはステップＳ８よりも大きな値を負荷装置１８に指令する。
【００３１】
そして、以上のような出力制限を行った後、燃料電池１１のセル電圧をモニタリングして予めコントローラ２０内に記憶されている通常状態における電圧レベルと比較し、セル電圧のレベルが通常状態の電圧レベルに復帰したかどうかを判断する(ステップＳ１４）。そして、燃料電池１１のセル電圧のレベルが通常状態の電圧レベルに復帰した段階で、通常運転に移行する（ステップＳ１０）。
【００３２】
一方、ステップＳ１１での確認の結果、湿度の時間変化の傾きが第２の基準値ＤＨ_L2を超えている場合には、次に、燃料電池１１の運転を開始させた後の湿度センサ１５の検出値とモニタ開始時に記憶した初期値Ｈ_iniとの差を演算し、その差が所定の基準値ＨＤ以下であるかどうかを確認する（ステップＳ１５）。そして、その差が基準値ＨＤ以下の場合には、湿度センサ１５の検出値の時間変化の傾きが第２の基準値ＤＨ_L2以下であった場合と同様に、燃料電池１１の高分子膜１が緩やかな乾燥状態にあると判断して（ステップＳ１２）、燃料電池１１の取出し可能な出力に若干の制限を加え（ステップＳ１３）、燃料電池１１のセル電圧のレベルが通常状態の電圧レベルに復帰した段階で、通常運転に移行する（ステップＳ１０）。
【００３３】
一方、ステップＳ１５での確認の結果、燃料電池１１の運転を開始させた後の湿度センサ１５の検出値とモニタ開始時に記憶した初期値Ｈ_iniとの差が所定の基準値ＨＤを超えている場合には、燃料電池１１の高分子膜１が通常の湿潤状態にあると判断して（ステップＳ１６）、通常運転に移行する（ステップＳ１０）。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、一般的に種々の要求（例えば燃料電池１１自体の保護、感電−短絡防止、ブラケット取り付け、周辺機器の収容容器等）からほとんどの場合に使用されるスタックケース１２の換気出口１４に湿度検出手段（湿度センサ１５）を設置して、その検出結果に基づいて燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定するといった極めて簡便な方式により、高分子膜１の乾燥状態を的確に判定することができる。また、例えば燃料電池１１の酸化剤極出口の酸化剤ガスの湿度を直接モニタする場合に比較し、湿度センサ１５に対する環境条件が緩く、設置の自由度があるため、低コスト且つ小型化が可能である。
【００３５】
さらに、本実施形態の燃料電池システムにおいては、燃料電池１１の運転開始前に換気装置１３を作動させて湿度センサ１５の検出値をモニタリングすることで、燃料電池１１の運転前に事前に高分子膜１の乾燥状態を判定でき、それに応じて燃料電池１１の運転状態を最適化することができる。また、燃料電池１１の運転開始後にその他の要因で出力低下が発生した場合には、その原因の特定をより迅速に行うことが可能となる。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の燃料電池システムについて、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す図である。本実施形態の燃料電池システムは、基本構成を図３に示した第１の実施形態の燃料電池システムと同様とし、第１の実施形態の燃料電池システムの構成に、外気温を検出する温度検出手段である温度センサ２１が追加されたものである。この温度センサ２１は、例えば、湿度センサ１５と同様に、スタックケース１２の排気出口１４近傍に設置される。
【００３７】
ここで、本実施形態の燃料電池システムにおける制御の流れを簡単に説明する。本実施形態の燃料電池システムにおいても、基本的な制御の概要は上述した第１の実施形態と同様であり、図５に示した制御フローに従って制御が行われるが、特に、本実施形態の燃料電池システムにおいては、ステップＳ１において湿度センサ１５による湿度のモニタ開始と同時に温度センサ２１による外気温のモニタも開始させ、湿度の初期値Ｈ_iniとともに温度の初期値Ｔ_iniも記憶しておく。
【００３８】
そして、ステップＳ６において湿度の時間変化の傾きを判定する際に、予めコントローラ２０に記憶された温度テーブルを参照して、第１の基準値ＤＨ_L1に対して、初期温度Ｔ_iniに応じた係数をかけて補正する。例えば、外気温が高い場合には湿度変化幅が小さくなるので、第１の基準値ＤＨ_L1に１より小さい係数をかけて補正し、外気温が低い場合には湿度変化幅が大きくなるので、第１の基準値ＤＨ_L1に１より大きい係数をかけて補正する。また、ステップＳ１１でも同様に、第２の基準値ＤＨ_L2に対して初期温度Ｔ_iniに応じた係数をかけて補正を行う。さらに、ステップＳ１５においても、同様にして所定の基準値ＨＤに対して初期温度Ｔ_iniに応じた係数をかけて補正を行う。そして、補正後の各基準値を用いて燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を判定する。
【００３９】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、スタックケース１２の排気出口１４から排出される空気の湿度変化だけでなく、外気温の状態（温度環境）も考慮に入れて燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態を推定するようにしているので、高分子膜１の乾燥状態をより精度良く判定することが可能となる。
【００４０】
（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の燃料電池システムについて、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す図である。本実施形態の燃料電池システムは、基本構成を図６に示した第２の実施形態の燃料電池システムと同様とし、第２の実施形態の燃料電池システムの構成に報知手段としての運転状態伝達装置２２が追加されたものである。このような本実施形態の燃料電池システムでは、発電を行う燃料電池１１が例えば車両の駆動動力源として用いられ、運転状態伝達装置２２は、燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態についての情報や、高分子膜１が乾燥している場合の燃料電池１１の運転制限についての情報などを、例えば画像や文字、音声、警告音等によって車両の運転者に報知する目的で使用される。勿論、上述したコントローラ２０が同様の報知機能を内蔵している場合には、個別の構成として運転状態伝達装置２２を別途設ける必要はない。
【００４１】
ここで、本実施形態の燃料電池システムにおける制御の流れを簡単に説明する。本実施形態の燃料電池システムにおいても、基本的な制御の概要は上述した第１及び第２の実施形態と同様であり、図５に示した制御フローに従って制御が行われるが、特に、本実施形態の燃料電池システムにおいては、ステップＳ４やステップＳ７、ステップＳ１２において燃料電池１１の高分子膜１が乾燥状態にあると判定したときに、運転状態伝達装置２２に指令を送ってその状態を車両の運転者に知らせる。また、高分子膜１の乾燥状態に応じて、例えばステップＳ５で運転を停止させたときやステップＳ８で出力制限及び高加湿運転を行うとき、ステップＳ１３で出力制限を行うときなどに、運転状態伝達装置２２に指令を送ってその情報を車両の運転者に知らせるようにしてもよい。さらに、出力制限を行った後に通常運転に復帰する場合にも、運転状態伝達装置２２に指令を送ってその情報を車両の運転者に知らせるようにしてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、運転状態伝達装置２２を用いて、燃料電池１１の高分子膜１の乾燥状態についての情報や高分子膜１が乾燥している場合の燃料電池１１の運転制限についての情報などを、当該燃料電池システムが搭載された車両の運転者に知らせるようにしているので、車両の運転者は予め出力の低下具合を予測することができ、また、運転者が出力低下の原因究明等で対応に時間を取られるといった不都合も解消できる。
【００４３】
なお、上述した第２、第３の実施形態の燃料電池システムにおいては、湿度とともに温度の値もモニタリングしているが、図５のフローチャートにおけるステップＳ２で換気装置１３を始動した際に、湿度と温度の変化が非常に小さい、或いは全くないという場合には、換気装置１３自体に故障が生じて作動していないか、配管が詰まる等して空気の流れが妨げられている可能性が高い。したがって、換気装置１３の作動時に湿度センサ１５の検出値の変化幅と温度センサ２１の検出値の変化幅とが所定範囲内であるか否かを判定することによって、換気装置１３の故障や配管の詰まり等が生じているかどうかを判断することができ、換気装置１３自体に故障診断のためのセンサや制御ロジックを組まなくとも、高分子膜１の乾燥状態を推定するためのセンサで診断を兼ねることができる。このような手法で換気装置１３の故障診断を行うことにより、部品数を削減しながら簡素且つ適正な故障診断が可能となる。
【００４４】
また、上述した各実施形態の燃料電池システムでは、スタックケース１２の排気出口１４近傍に湿度センサ１５（及び温度センサ２１）を設置して換気装置１３を始動した際の湿度（及び温度）を検出するようにしているので、これらの検出値をもとにスタックケース１２内が飽和状態で結露が生じる状態にあるか否かを判断することも可能である。そこで、このような湿度センサ１５（及び温度センサ２１）の検出値からスタックケース１２内が結露する状態にあると判定した場合には、速やかにスタックケース１２内の水蒸気を排出させるよう、換気装置１３の空気流量を増加させるよう指令することが望ましい。これにより、凝縮した液水がスタックケース１２内に溜まり、汚れることで、燃料電池１１を構成する単セルを短絡させたり、燃料電池１１からスタックケース１２へ漏電させてしまうという不具合を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】固体高分子タイプの燃料電池を構成する単セルの構造を示す要部断面図である。
【図２】燃料電池を収納したスタックケースの構造を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図４】スタックケースの換気出口での空気湿度の時間変化の様子を示す図である。
【図５】本発明の燃料電池システムにおける制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  高分子膜
１１  燃料電池
１２  スタックケース
１３  換気装置
１４  換気出口
１５  湿度センサ
２０  コントローラ
２１  温度センサ
２２  運転状態伝達装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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