(57)【要約】【課題】燃料電池の膜湿潤状態をリアルタイムに判定する。【解決手段】大気圧と、エアポンプ２の吸気温度と、加湿器４の入口空気温度に基づいて加湿器入口空気湿度を求めるとともに、燃料電池スタック１のカソード出口空気温度と燃料電池スタック１の冷媒出口における冷媒温度に基づいてカソード出口空気湿度を求め、加湿器入口空気湿度とカソード出口空気湿度に基づいてマップを参照して燃料電池スタック１のカソードの仮の湿度を求め、水素センサ４０により希釈ボックス出口の水素濃度を検出し、検出された水素濃度と基準水素濃度との比較値に基づいて補正係数を求め、前記カソードの仮の湿度に前記補正係数を乗じることでカソードの湿度を求める。【選択図】図１
2011216416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段と、
前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段と、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値と前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて前記カソードの湿度を演算するカソード湿度演算手段と、
を備え、
前記カソード湿度演算手段は、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を演算する判定値演算部と、
前記２つの判定値から前記カソードの仮の湿度を求める仮カソード湿度演算部と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算部と、
前記仮カソード湿度演算部により求められた仮カソード湿度に前記補正係数演算部により求められた補正係数を乗じることで前記カソードの湿度を求めるカソード湿度補正部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段と、
前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段と、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値と前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて前記アノードの湿度を演算するアノード湿度演算手段と、
を備え、
前記アノード湿度演算手段は、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を演算する判定値演算部と、
前記２つの判定値から前記アノードの仮の湿度を求める仮アノード湿度演算部と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算部と、
前記仮アノード湿度演算部により求められた仮アノード湿度に前記補正係数演算部により求められた補正係数を乗じることで前記アノードの湿度を求めるアノード湿度補正部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段と、前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段と、を備える燃料電池システムにおける前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定する方法において、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を求める判定値演算工程と、
予め作成されたマップを用いて前記２つの判定値に基づいて前記カソードの仮の湿度を求める仮カソード湿度演算工程と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算工程と、
前記カソードの仮の湿度に前記補正係数を乗じることで前記カソードの湿度を求めるカソード湿度補正工程と、
を順に用いて前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定することを特徴とする燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法。
【請求項４】
固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段と、前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段と、を備える燃料電池システムにおける前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定する方法において、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を求める判定値演算工程と、
予め作成されたマップを用いて前記２つの判定値に基づいて前記アノードの仮の湿度を求める仮アノード湿度演算工程と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算工程と、
前記アノードの仮の湿度に前記補正係数を乗じることで前記アノードの湿度を求めるアノード湿度補正工程と、
を順に用いて前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定することを特徴とする燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システム、および燃料電池システムにおける燃料電池の膜湿潤状態判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜型の燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料電池内部の加湿状態が燃料電池の発電性能に大きく影響を与えるため、燃料電池内部の湿度管理が大変に重要である。
【０００３】
従来の前記湿度の判定方法としては、例えば、燃料電池のセル電圧が低下した時に、酸化剤ガスの流量を増大させた後、平均セル電圧と最低セル電圧の電圧差を検出し、該電圧差が判定値以下の場合は加湿不足であると判定し、前記判定値よりも大きい場合は過加湿であると判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、別の湿度判定方法として、セル電圧が正常範囲を下回るセルを検出し、その異常セルの燃料電池スタックにおける積層位置に基づいて燃料電池スタックの加湿状態を判定する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９４１７７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の湿度判定方法はいずれも、燃料電池内部の湿度状態が標準か湿度不足か過加湿かといった定性的な判定しかできない。
しかしながら、燃料電池システムを常に最適な作動状態に保つためには、燃料電池内部の湿度を定量的且つリアルタイムに把握することが求められており、従来の湿度判定方法ではこの要求に応えることができなかった。
そこで、この発明は、燃料電池の膜湿潤状態を定量的且つリアルタイムに把握することができる燃料電池システム、および燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池スタック１）と、
前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段（例えば、後述する実施例における大気圧センサ３０、吸気温度センサ３１）と、
前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段（例えば、後述する実施例における加湿器入口温度センサ３２、カソード出口温度センサ３３、冷媒出口温度センサ３４）と、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値と前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて前記カソードの湿度を演算するカソード湿度演算手段（例えば、後述する実施例における電子制御装置５０）と、
を備え、
前記カソード湿度演算手段は、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を演算する判定値演算部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ０１，Ｓ０２）と、
前記２つの判定値から前記カソードの仮の湿度を求める仮カソード湿度演算部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ０３）と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器（例えば、後述する実施例における希釈ボックス６）の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器（例えば、後述する実施例における加湿器４）の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算部と、
前記仮カソード湿度演算部により求められた仮カソード湿度に前記補正係数演算部により求められた補正係数を乗じることで前記カソードの湿度を求めるカソード湿度補正部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８）と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池スタック１）と、
前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段（例えば、後述する実施例における大気圧センサ３０、吸気温度センサ３１）と、
前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段（例えば、後述する実施例における加湿器入口温度センサ３２、カソード出口温度センサ３３、冷媒出口温度センサ３４）と、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値と前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて前記アノードの湿度を演算するアノード湿度演算手段（例えば、後述する実施例における電子制御装置５０）と、
を備え、
前記アノード湿度演算手段は、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を演算する判定値演算部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０１，Ｓ１０２）と、
前記２つの判定値から前記アノードの仮の湿度を求める仮アノード湿度演算部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０３）と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器（例えば、後述する実施例における希釈ボックス６）の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器（例えば、後述する実施例における加湿器４）の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算部と、
前記仮アノード湿度演算部により求められた仮アノード湿度に前記補正係数演算部により求められた補正係数を乗じることで前記アノードの湿度を求めるアノード湿度補正部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８）と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池スタック１）と、前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段（例えば、後述する実施例における大気圧センサ３０、吸気温度センサ３１）と、前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段（例えば、後述する実施例における加湿器入口温度センサ３２、カソード出口温度センサ３３、冷媒出口温度センサ３４）と、を備える燃料電池システムにおける前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定する方法において、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を求める判定値演算工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０１，Ｓ１０２）と、
予め作成されたマップを用いて前記２つの判定値に基づいて前記カソードの仮の湿度を求める仮カソード湿度演算工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０３）と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器（例えば、後述する実施例における希釈ボックス６）の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器（例えば、後述する実施例における加湿器４）の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算工程と、
前記カソードの仮の湿度に前記補正係数を乗じることで前記カソードの湿度を求めるカソード湿度補正工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８）と、
を順に用いて前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定することを特徴とする燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、固体高分子電解質膜を挟むアノードとカソードとを備え反応ガスを供給されることにより発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池スタック１）と、前記燃料電池の環境条件を測定する環境条件測定手段（例えば、後述する実施例における大気圧センサ３０、吸気温度センサ３１）と、前記燃料電池の温度条件を測定する燃料電池温度条件測定手段（例えば、後述する実施例における加湿器入口温度センサ３２、カソード出口温度センサ３３、冷媒出口温度センサ３４）と、を備える燃料電池システムにおける前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定する方法において、
前記環境条件測定手段により測定された環境条件値および前記燃料電池温度条件測定手段により測定された燃料電池の温度条件値に基づいて２つの判定値を求める判定値演算工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０１，Ｓ１０２）と、
予め作成されたマップを用いて前記２つの判定値に基づいて前記アノードの仮の湿度を求める仮アノード湿度演算工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０３）と、
前記燃料電池の前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスによって希釈する希釈器（例えば、後述する実施例における希釈ボックス６）の出口水素濃度と、前記希釈器の上流下流間の温度差と、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソードガスと前記カソードオフガスとの間で水分を授受する加湿器（例えば、後述する実施例における加湿器４）の上流下流間の圧力差と、前記加湿器の上流下流間の温度差と、のうちのいずれか１つとその基準値との比較値に基づいて補正係数を求める補正係数演算工程と、
前記アノードの仮の湿度に前記補正係数を乗じることで前記アノードの湿度を求めるアノード湿度補正工程（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８）と、
を順に用いて前記固体高分子電解質膜の湿潤状態を判定することを特徴とする燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池のカソードの湿度を真値に極めて近い値でリアルタイムに推定することができる。
請求項２に係る発明によれば、燃料電池のアノードの湿度を真値に極めて近い値でリアルタイムに推定することができる。
請求項３に係る発明によれば、燃料電池の固体高分子電解質膜の湿潤状態を、カソードの湿度の推定値に基づいて極めて正確に把握することができる。
請求項４に係る発明によれば、燃料電池の固体高分子電解質膜の湿潤状態を、アノードの湿度の推定値に基づいて極めて正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの実施例１における概略構成図である。
【図２】実施例１におけるカソードの湿度判定処理を示すフローチャートである。
【図３】実施例１において用いられる加湿器入口空気湿度マップである。
【図４】実施例１において用いられるカソード出口空気湿度マップである。
【図５】実施例１において用いられるカソード湿度マップである。
【図６】パージ弁開弁後の希釈器出口水素濃度の時間的変化を示す図である。
【図７】実施例１において用いられる希釈器出口水素濃度積算値差をパラメータとする補正係数マップである。
【図８】この発明に係る燃料電池システムの実施例２におけるアノードの湿度判定処理を示すフローチャートである。
【図９】実施例２において用いられるアノード湿度マップである。
【図１０】この発明に係る燃料電池システムの実施例３において用いられる加湿器前後の供給空気圧力差をパラメータとする補正係数マップである。
【図１１】この発明に係る燃料電池システムの実施例５における要部構成図である。
【図１２】この発明に係る燃料電池システムの実施例７における要部構成図である。
【図１３】実施例７において用いられる加湿器前後の供給空気温度差をパラメータとする補正係数マップである。
【図１４】実施例３から実施例１０の変形例における要部構成図である。
【図１５】この発明に係る燃料電池システムの実施例１１において用いられる希釈器前後の温度差をパラメータとする補正係数マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係る燃料電池システム、および燃料電池システムの膜湿潤状態判定方法の実施例を図１から図１５の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施例は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムに適用した態様である。
図１は燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池スタック（燃料電池）１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで構成された単位燃料電池（以下、単セルという）を複数積層して構成されており、燃料ガスとして水素ガスが供給される水素極と、酸化剤ガスとして酸素を含む空気が供給される空気極と、冷却液が供給される冷却通路とを備えている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。また、この発電に伴う発熱により燃料電池スタック１が上限温度を越えないように、前記冷却通路を流れる冷却液で熱を奪い冷却するようになっている。
【００１３】
外気はエアポンプ（コンプレッサ）２によって加圧され、供給空気通路３、加湿器４を通って燃料電池スタック１の空気極に供給され、この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池スタック１から空気オフガスとして排出され、空気オフガス通路５、前記加湿器４を通って希釈ボックス（希釈器）６に排出される。なお、以下の説明では、燃料電池スタック１から排出される空気オフガスと区別するため、燃料電池スタック１に供給される空気を供給空気と称す。
【００１４】
加湿器４は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池スタック１から排出された空気オフガスを、反応ガスとして燃料電池スタック１に供給される供給空気に対する加湿ガスとして利用している。加湿器４において、水透過膜を介して供給空気と空気オフガスが接触し、空気オフガスに含まれる水分が水透過膜の膜孔を透過して供給空気に移動することにより、供給空気が加湿される。このように加湿された空気が燃料電池スタック１に供給されることにより、燃料電池スタック１の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
エアポンプ２は、燃料電池スタック１に要求されている出力に応じた質量の空気が空気極に供給されるように回転数制御される。
【００１５】
一方、水素タンク７から放出された水素ガスは、水素供給通路８，水素遮断弁９、圧力制御弁１０、エゼクタ１１を通って燃料電池スタック１の水素極に供給される。この水素ガスは発電に供された後、未反応の水素ガスは燃料電池スタック１から水素オフガスとして排出され、水素オフガス回収路１２を通ってエゼクタ１１に吸引され、水素タンク７から供給される水素ガスと合流し再び燃料電池スタック１に供給されるようになっている。なお、水素オフガス回収路１２には、水素オフガスに含まれる水分を除去するキャッチタンク１３が設けられており、エゼクタ１１には水分を除去された水素オフガスが供給される。
【００１６】
圧力制御弁１０は、例えば空気式の比例圧力制御弁からなり、エアポンプ２から供給される供給空気の圧力を信号圧として空気信号導入路１９を介して入力され、圧力制御弁１０の出口側の水素ガス圧力が前記信号圧に応じた所定圧力範囲となるように水素ガスの圧力を減圧制御する。このように供給空気の圧力を基準圧として、圧力制御弁１０で燃料電池スタック１に供給される水素ガスの圧力を制御することによって、エゼクタ１１を通過する水素ガスの流量が制御されるとともに、燃料電池スタック１内の固体高分子電解質膜を介した空気圧と水素ガス圧との差圧が所定の範囲に収まるように制御される。
【００１７】
水素オフガス回収路１２はキャッチタンク１３の下流において、パージ弁１４を備えた水素オフガスパージ通路１５が分岐し、希釈ボックス６に接続されている。パージ弁１４は通常は閉じていて、燃料電池スタック１の運転状態に応じて設定される所定時間毎に所定時間だけ開弁するように制御され、水素オフガス回収路１２を流れる水素オフガスを希釈ボックス６へ排出する。
また、キャッチタンク１３もドレンバルブ１６を備えたドレン通路１７を介して希釈ボックス６に接続されており、ドレンバルブ１６は燃料電池スタック１の運転状態に応じて設定される所定時間毎に開弁制御され、キャッチタンク１３に溜まった水を希釈ボックス６に排水する。
希釈ボックス６に排出された水素オフガスは、希釈ボックス６に排出された空気オフガスによって希釈され、キャッチタンク１３から排出された水とともに、排気通路１８を介して外気に放出される。希釈ボックス６の出口には、外気に放出されるガスの水素濃度を検出するための水素センサ４０が設けられている。
【００１８】
また、燃料電池スタック１を冷却するための冷却液は、ウォーターポンプ２０によって昇圧されて燃料電池スタック１に供給され、燃料電池スタック１内の冷却通路を通る際に燃料電池スタック１から熱を奪って燃料電池スタック１を冷却し、これにより熱せられた冷却液はラジエタ（放熱器）２１に送られ、ラジエタ２１において外部に放熱することにより冷却液は冷却され、再びウォーターポンプ２０に戻るようになっている。この冷却液の循環回路２２に、ラジエタ２１を迂回するバイパス通路２３が接続されており、循環回路２２とバイパス通路２３との連結部に設けられたサーモスタットバルブ２４によって、冷却液をバイパス通路２３を通さずラジエタ２１を経由して循環させるか、ラジエタ２１を通さずバイパス通路２３を経由して循環させるかが決定される。つまり、冷却液が所定温度よりも低いときには、冷却液を冷却する必要がないので、ラジエタ２１を通さずバイパス通路２３を経由し燃料電池スタック１との間で冷却液を循環させ、冷却液が所定温度よりも高いときには、冷却液を冷却する必要があるので、バイパス通路２３を通さずラジエタ２１を経由し燃料電池スタック１との間で冷却液を循環させる。なお、図中、符号２５はリザーブタンクであり、ラジエタ２１およびウォータポンプ２０に接続されている。
【００１９】
また、この燃料電池システムには、燃料電池スタック１内のカソードまたはアノードの湿度を推定するために必要な物理量を検出するための各種センサが設置されている。すなわち、燃料電池システムは、大気圧Ｐを検出する大気圧センサ３０と、エアポンプ２に吸引される空気の温度（以下、エアポンプ吸気温度という）Ｔ１を検出する吸気温度センサ３１と、加湿器４に供給される空気の温度（以下、加湿器入口空気温度という）Ｔ２を検出する加湿器入口温度センサ３２と、燃料電池スタック１から排出され加湿器４に供給される前の空気オフガスの温度（以下、カソード出口空気温度という）Ｔ３を検出するカソード出口温度センサ３３と、燃料電池スタック１から排出された直後の冷却液の温度（以下、冷媒出口温度という）Ｔ４を検出する冷媒出口温度センサ３４と、を備え、これらセンサ３０〜３４の出力信号が電子制御装置（ＥＣＵ）５０に入力される。
【００２０】
なお、この実施例において、大気圧センサ３０と吸気温度センサ３１は環境条件測定手段を構成し、加湿器入口温度センサ３２とカソード出口温度センサ３３と冷媒出口温度センサ３４は燃料電池スタック温度条件測定手段を構成し、電子制御装置５０はカソード湿度演算手段およびアノード湿度演算手段を構成する。
【００２１】
次に、この燃料電池システムにおいて燃料電池スタック１内のカソードの湿度を推定する方法を説明する。
本出願の発明者は、このように構成された燃料電池システムに対して行った多くの実験を通して、大気圧Ｐと、エアポンプ吸気温度Ｔ１と、加湿器入口空気温度Ｔ２と、加湿器４に供給される空気の湿度（以下、加湿器入口空気湿度という）Ａとの間には相関があること、カソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度Ｔ４と、燃料電池スタック１のカソードから排出された空気の湿度（以下、カソード出口空気湿度という）Ｂとの間には相関があること、さらに、加湿器入口空気湿度Ａと、カソード出口空気湿度Ｂと、燃料電池スタック１内のカソードにおける湿度（以下、カソード湿度という）Ｈｃおよびアノードにおける湿度（以下、アノード湿度という）Ｈａとの間には相関があることを、経験的な知見として得た。
【００２２】
なお、加湿器入口空気湿度Ａと、カソード出口空気湿度Ｂと、燃料電池スタック１内のアノード湿度Ｈａとの間に相関があるのは、この燃料電池システムでは、前述したように、カソード側の供給空気の圧力を基準圧として圧力制御弁１０を制御することによって、燃料電池スタック１に供給される水素ガスの圧力を制御し、エゼクタ１１を通過する水素ガスの流量を制御していることによる。
【００２３】
そこで、この発明では、実際に燃料電池車両用に組み立てられた標準モデルとしての前記燃料電池システムに対して、予め、燃料電池スタック１の周りの環境条件や燃料電池スタック１の運転条件を種々変化させて、前記相関関係のある各物理量のデータを多数採取し、これに基づいて図３〜図５、および図９に示すようなマップを予め作成し、電子制御装置５０の記憶手段に記憶しておく。なお、この事前のデータ採取のときには、前記標準モデルの燃料電池システムに、加湿器入口空気湿度Ａ、カソード出口空気湿度Ｂ、カソード湿度Ｈｃ、アノード湿度Ｈａを検出するためのセンサを設置して行う。
【００２４】
図３に示される加湿器入口空気湿度マップは、大気圧Ｐと、エアポンプ吸気温度Ｔ１と、加湿器入口空気温度Ｔ２と、加湿器入口空気湿度Ａのデータに基づいて作成されたマップであり、大気圧Ｐの大きさ（大気圧値）毎に、エアポンプ吸気温度Ｔ１と加湿器入口空気温度Ｔ２から加湿器入口空気湿度Ａを検索することができるように構成されている。つまり、図３に示すマップは、大気圧がある値のときの加湿器入口空気湿度マップであり、このようなマップが大気圧値毎に多数作成されているのである。
図４に示されるカソード出口空気湿度マップは、カソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度Ｔ４と、カソード出口空気湿度Ｂのデータに基づいて作成されたマップであり、カソード出口空気温度Ｔ３と冷媒出口温度Ｔ４からカソード出口空気湿度Ｂを検索することができるように構成されている。
【００２５】
図５に示されるカソード湿度マップは、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂとカソード湿度Ｈｃのデータに基づいて作成されたマップであり、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂからカソード湿度Ｈｃを検索することができるように構成されている。
図９に示されるアノード湿度マップは、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂとアノード湿度Ｈａのデータに基づいて作成されたマップであり、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂからアノード湿度Ｈａを検索することができるように構成されている。
【００２６】
図３の加湿器入口空気湿度マップと図４のカソード出口空気湿度マップと図５のカソード湿度マップを用いることにより、大気圧Ｐと、エアポンプ吸気温度Ｔ１と、加湿器入口空気温度Ｔ２と、カソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度Ｔ４とに基づいて、燃料電池スタック１内のカソード湿度Ｈｃを予測することができる。
また、図３の加湿器入口空気湿度マップと図４のカソード出口空気湿度マップと図９のアノード湿度マップを用いることにより、大気圧Ｐと、エアポンプ吸気温度Ｔ１と、加湿器入口空気温度Ｔ２と、カソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度Ｔ４とに基づいて、燃料電池スタック１内のアノード湿度Ｈａを予測することができる。
【００２７】
ただし、このようにして予測されるカソード湿度Ｈｃあるいはアノード湿度Ｈａは、標準モデルの燃料電池システムに当てはめた場合の予測値であり、実際に現在運転している燃料電池システムにおける燃料電池スタック１内部の水分状況が反映されているとは言い難い。
そこで、この発明では、前記マップに基づいて予測されるカソード湿度Ｈｃあるいはアノード湿度Ｈａを仮のカソード湿度あるいは仮のアノード湿度として、この仮のカソード湿度あるいは仮のアノード湿度に対して、現在運転中の燃料電池システムにおける燃料電池スタック１内部の水分状況に応じた補正を行うことで、より真値に近いカソード湿度Ｈｃあるいはアノード湿度Ｈａをリアルタイムに推定することができるようにした。
【００２８】
次に、仮のカソード湿度あるいは仮のアノード湿度に対する補正方法を実施例毎に説明する。
実施例１および実施例２では、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度に基づいて、仮のカソード湿度あるいは仮のアノード湿度に対する補正を行う。これについて詳述する。
前述したように、燃料電池スタック１の運転状態に応じてエアポンプ２の回転数が制御され、燃料電池スタック１のカソードに供給される供給空気の供給量が制御されるので、燃料電池スタック１の運転状態に応じてカソードから排出されて希釈ボックス６に導入される空気オフガスの流量も決まる。一方、水素オフガス回収路１２から水素オフガスをパージするパージ弁１４も、燃料電池スタック１の運転状態に応じて開弁周期および開弁時間が制御される。
【００２９】
したがって、燃料電池スタック１が基準となる運転条件（以下、基準運転条件という）において定常運転を行っている場合には、希釈ボックス６に流入する水素オフガスの流量および空気オフガスの流量は常にある一定の流量であり、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度の時間的変化もある決まったパターンとなる。図６は、パージ弁１４の開閉タイミングと希釈ボックス出口の水素濃度の時間的変化を示したもので、実線は基準となる運転条件で定常運転を行っている場合を示し、このとき燃料電池スタック１のカソード湿度およびアノード湿度は標準加湿状態となっているものとする。
【００３０】
ところが、燃料電池スタック１のカソードおよびアノードが標準加湿状態よりも増大して過加湿状態となっている場合に、燃料電池スタック１を基準運転条件で定常運転していたときと同じ条件でパージ弁１４を開弁制御したときには、図６において破線で示すように、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度が全体的に低下し、一方、カソードおよびアノードが標準加湿状態よりも低減して乾燥状態になっている場合に、燃料電池スタック１を基準運転条件で定常運転していたときと同じ条件でパージ弁１４を開弁制御したときには、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度が全体的に上昇することを、本出願の発明者は多数の実験結果から知見した。
【００３１】
この理由は次のように推察される。例えば、燃料電池スタック１のカソードおよびアノードが標準湿度状態よりも増大して過加湿状態となった場合を考える。この場合には、アノードにおいて水蒸気分圧が上昇し、その逆に水素分圧が低下する。その結果、燃料電池スタック１を基準運転条件で定常運転していたときと同じ条件でパージ弁１４を開弁制御した場合に、パージ弁１４を開弁したときに排出されるパージガス中の水素濃度が低くなるため、希釈ボックス６に流入する水素濃度も低くなる。また、アノードの水素分圧が低下すると、アノード側から固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動する水素の量も低下するため、空気オフガス中の水素濃度も若干ではあるが低下する。すなわち、カソードおよびアノードが標準湿度状態よりも増大して過加湿状態になると、希釈ボックス６に流入する水素オフガスおよび空気オフガスの水素濃度が低下する。その結果、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度が、図６において破線で示すように全体的に低下すると考えられる。
同様の考え方で、カソードおよびアノードが標準加湿状態よりも低減して乾燥状態になると、希釈ボックス６に流入する水素オフガスおよび空気オフガスの水素濃度が上昇するので、希釈ボックス６から排出されるガスの水素濃度も全体的に上昇すると考えられる。
【００３２】
そこで、実施例１では、希釈ボックス出口の水素濃度を基準水素濃度と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例２では、希釈ボックス出口の水素濃度を基準水素濃度と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
【００３３】
＜実施例１＞
以下、実施例１を具体的に説明する。
実施例１において使用する補正係数マップの作成方法を説明する。まず、燃料電池スタック１を基準運転条件で定常運転していたときのパージ条件でパージ弁１４を開弁制御し、図６に示すように、パージ弁１４の開弁を開始した時を基点にして、一定時間ｔ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎の水素濃度積算値（以下、基準水素濃度積算値という）を算出する。また、カソード湿度を標準加湿状態からずらして行った実験結果から前記同一タイミングで前記一定時間ｔ毎の水素濃度積算値を算出する。そして、同じ経過時間毎に基準水素濃度積算値との水素濃度積算値差を求め、これから補正係数Ｙ１を決定し、図７に示すような補正係数マップを作成する。
【００３４】
図７に示す補正係数マップでは、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値にほぼ等しいときには補正係数Ｙ１＝１に設定され、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値よりも大きいほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低いことが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ１に設定されており、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値よりも小さいほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高いことが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ１に設定されている。
そして、この補正係数マップを電子制御装置５０に記憶しておく。
【００３５】
次に、希釈ボックス出口水素濃度に基づいて補正を行う場合のカソードの湿度判定処理を図２のフローチャートに従って説明する。このカソード湿度判定処理は電子制御装置５０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ０１において、吸気温度センサ３１により検出された現在のエアポンプ吸気温度Ｔ１と、大気圧センサ３０により検出された現在の大気圧Ｐと、加湿器入口温度センサ３２により検出された現在の加湿器入口空気温度Ｔ２に基づき、図３の加湿器入口空気湿度マップを参照して、加湿器入口空気湿度Ａを検索する。
【００３６】
次に、ステップＳ０２に進み、カソード出口温度センサ３３により検出された現在のカソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度センサ３４により検出された現在の冷媒出口温度Ｔ４に基づき、図４のカソード出口空気湿度マップを参照して、カソード出口空気湿度Ｂを検索する。
次に、ステップＳ０３に進み、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂに基づき、図５のカソード湿度マップを参照して、カソード湿度Ｈｃ（仮のカソード湿度）を検索する。
次に、ステップＳ０４に進み、ステップＳ０３の処理により得られたカソード湿度Ｈｃが６０％未満か否かを判定する。
ステップＳ０４における判定結果が「ＮＯ」（６０％以上）である場合には、ステップＳ０５に進み、ステップＳ０３の処理により得られたカソード湿度Ｈｃが８０％を越えているか否かを判定する。
【００３７】
ステップＳ０５における判定結果が「ＮＯ」（８０％以下）である場合には、ステップＳ０６に進み、カソード湿度Ｈｃが６０％〜８０％であるので、カソードは乾燥状態でもなく湿潤状態でもない標準状態であると判定し、ステップＳ０３で得られたカソード湿度Ｈｃに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のカソード湿度Ｈｃを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ０４における判定結果が「ＹＥＳ」（６０％未満）である場合には、ステップＳ０７に進み、カソードは乾燥状態であると判定し、ステップＳ０３で得られたカソード湿度Ｈｃに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のカソード湿度Ｈｃを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３８】
ステップＳ０５における判定結果が「ＹＥＳ」（８０％を越えている）である場合には、ステップＳ０８に進み、カソードは湿潤状態であると判定し、ステップＳ０３で得られたカソード湿度Ｈｃに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のカソード湿度Ｈｃを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
なお、ステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において補正係数Ｙ１は、パージ弁１４の開弁開始から所定時間後に水素センサ４０で検出された現在の希釈ボックス出口水素濃度から算出した一定時間ｔの水素濃度積算値と、前記所定時間後に対応する基準水素濃度積算値との差に基づいて、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値差をパラメータとする補正係数マップを参照して検索し、決定する。
ここで、希釈ボックス出口水素濃度をパラメータとする補正係数マップは、標準状態、乾燥状態、湿潤状態とも同じマップとしてもよいし、標準状態、乾燥状態、湿潤状態で互いに異なる専用のマップとしてもよい。
【００３９】
このように、図５のカソード湿度マップを検索することによって求めた仮のカソード湿度Ｈｃに対して、補正係数Ｙ１を乗じて補正を行うと、真値に近いカソード湿度Ｈｃをリアルタイムに推定することができる。また、このカソード湿度Ｈｃの推定値に基づいて、燃料電池スタックの固体高分子電解質膜の湿潤状態を、極めて正確に把握することができる。
【００４０】
その結果、このカソード湿度Ｈｃに基づき燃料電池スタック１の運転を制御することで、カソードの湿度管理を適正に実行することが可能となる。例えば、カソード湿度が乾燥状態の領域にあるときには、燃料電池スタック１からの取り出し電流を抑制することで、単セル面内での湿度不足に伴う電力集中を未然に防いだり、カソード湿度を上げる方向に進ませることができ、カソード湿度の適正化を図ることができる。
また、燃料電池システムを長時間停止していた場合にも、起動した瞬間からカソード湿度を把握することができるので、そのときのカソード湿度に応じた燃料電池スタックの起動制御が可能となり、発電し易い環境へ移行することができる。
【００４１】
＜実施例２＞
次に、実施例２を具体的に説明する。前述したように、実施例２では、希釈ボックス出口の水素濃度を基準水素濃度と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
実施例２において使用する補正係数マップの作成方法を説明する。まず、燃料電池スタック１を基準運転条件で定常運転していたときのパージ条件でパージ弁１４を開弁制御し、パージ弁１４の開弁を開始した時を基点にして、一定時間ｔ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎の水素濃度積算値（以下、基準水素濃度積算値という）を算出する。また、アノード湿度を標準加湿状態からずらして行った実験結果から前記同一タイミングで前記一定時間ｔ毎の水素濃度積算値を算出する。そして、同じ経過時間毎に基準水素濃度積算値との水素濃度積算値差を求め、これから補正係数Ｙを決定し、補正係数マップを作成する。なお、実施例２の補正係数マップも、前述した図７に示す補正係数マップと同様であるので、図示を省略し、以下の説明では、実施例２における補正係数マップとして図７を援用する。
【００４２】
この補正係数マップでは、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値にほぼ等しいときには補正係数Ｙ１＝１に設定され、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値よりも大きいほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低いことが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ１に設定されており、実際の水素濃度積算値が基準水素濃度積算値よりも小さいほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高いことが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ１に設定されている。
そして、この補正係数マップを電子制御装置５０に記憶しておく。
【００４３】
次に、アノードの湿度判定処理を図８のフローチャートに従って説明する。このアノード湿度判定処理は電子制御装置５０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、吸気温度センサ３１により検出された現在のエアポンプ吸気温度Ｔ１と、大気圧センサ３０により検出された現在の大気圧Ｐと、加湿器入口温度センサ３２により検出された現在の加湿器入口空気温度Ｔ２に基づき、図３の加湿器入口空気湿度マップを参照して、加湿器入口空気湿度Ａを検索する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０２に進み、カソード出口温度センサ３３により検出された現在のカソード出口空気温度Ｔ３と、冷媒出口温度センサ３４により検出された現在の冷媒出口温度Ｔ４に基づき、図４のカソード出口空気湿度マップを参照して、カソード出口空気湿度Ｂを検索する。
次に、ステップＳ１０３に進み、加湿器入口空気湿度Ａとカソード出口空気湿度Ｂに基づき、図９のアノード湿度マップを参照して、アノード湿度Ｈａ（仮のアノード湿度）を検索する。
次に、ステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０３の処理により得られたアノード湿度Ｈａが４０％未満か否かを判定する。
ステップＳ１０４における判定結果が「ＮＯ」（４０％以上）である場合には、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０３の処理により得られたアノード湿度Ｈａが６０％を越えているか否かを判定する。
【００４５】
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（６０％以下）である場合には、ステップＳ１０６に進み、アノード湿度Ｈａが４０％〜６０％であるので、アノードは乾燥状態でもなく湿潤状態でもない標準状態であると判定し、ステップＳ１０３で得られたアノード湿度Ｈａに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のアノード湿度Ｈａを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ１０４における判定結果が「ＹＥＳ」（４０％未満）である場合には、ステップＳ１０７に進み、アノードは乾燥状態であると判定し、ステップＳ１０３で得られたアノード湿度Ｈａに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のアノード湿度Ｈａを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４６】
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（６０％を越えている）である場合には、ステップＳ１０８に進み、アノードは湿潤状態であると判定し、ステップＳ１０３で得られたアノード湿度Ｈａに補正係数Ｙ１を乗じて、補正後のアノード湿度Ｈａを算出し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
なお、ステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において補正係数Ｙ１は、パージ弁１４の開弁開始から所定時間後に水素センサ４０で検出された現在の希釈ボックス出口水素濃度から算出した一定時間ｔの水素濃度積算値と、前記所定時間後に対応する基準水素濃度積算値との差に基づいて、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値差をパラメータとする補正係数マップを参照して検索し、決定する。
ここで、希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップは、標準状態、乾燥状態、湿潤状態とも同じマップとしてもよいし、標準状態、乾燥状態、湿潤状態で互いに異なる専用のマップとしてもよい。
【００４７】
このように、図９のアノード湿度マップを検索することによって求めた仮のアノード湿度Ｈａに対して、補正係数Ｙ１を乗じて補正を行うと、真値に近いアノード湿度Ｈａをリアルタイムに推定することができる。また、このアノード湿度Ｈａの推定値に基づいて、燃料電池スタックの固体高分子電解質膜の湿潤状態を、極めて正確に把握することができる。
【００４８】
その結果、このアノード湿度Ｈａに基づき燃料電池スタック１の運転を制御することで、アノードの湿度管理を適正に実行することが可能となる。例えば、アノード湿度が乾燥状態の領域にあるときには、燃料電池スタック１からの取り出し電流を抑制することで、単セル面内での湿度不足に伴う電力集中を未然に防いだり、アノード湿度を上げる方向に進ませることができ、アノード湿度の適正化を図ることができる。
また、燃料電池システムを長時間停止していた場合にも、起動した瞬間からアノード湿度を把握することができるので、そのときのアノード湿度に応じた燃料電池スタックの起動制御が可能となり、発電し易い環境へ移行することができる。
【００４９】
次に、別のパラメータを用いたカソード湿度およびアノード湿度の補正方法を説明する。
燃料電池スタック１が基準運転条件において定常運転を行っている場合には、燃料電池スタック１のカソード湿度およびアノード湿度はある一定の湿度（標準加湿状態）となり、このとき、供給空気通路３において加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差は一定値となり、空気オフガス通路５において加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差は一定値となるが、カソード湿度あるいはアノード湿度が増加すると前記圧力差が増加し、カソード湿度あるいはアノード湿度が減少すると前記圧力差が減少することを、本出願の発明者は多数の実験結果から知見した。
【００５０】
この理由は、次のように推測される。例えば、燃料電池スタック１のカソードが標準加湿状態よりも増大して過加湿状態となった場合を考える。この場合には、燃料電池スタック１のカソードから排出され加湿器４に流入する空気オフガスの水分量が増大する。そのため、加湿器４内において空気オフガスから供給空気へ移動する水分量が標準加湿状態のときよりも多くなり、この水分移動のために加湿器４を通過する供給空気のエネルギーが標準加湿状態のときより多く消費され、これが加湿器４を通過する間の供給空気の圧力損失の増大となって現れ、同時に前記水分移動のために加湿器４を通過する空気オフガスのエネルギーも標準加湿状態のときより多く消費され、これが加湿器４を通過する間の空気オフガスの圧力損失の増大となって現れると考えられる。
【００５１】
その逆に、カソードおよびアノードが標準加湿状態よりも低減して乾燥状態になると、燃料電池スタック１のカソードから排出され加湿器４に流入する空気オフガスの水分量が減少するため、加湿器４内において空気オフガスから供給空気へ移動する水分量が標準加湿状態のときよりも少なくなり、この水分移動のために消費される供給空気のエネルギーが標準加湿状態のときより少なくなり、これが加湿器４を通過する間の供給空気の圧力損失の減少となって現れ、同時に前記水分移動のために消費される空気オフガスのエネルギーが標準加湿状態のときより少なくなり、これが加湿器４を通過する間の空気オフガスの圧力損失の減少となって現れると考えられる。
【００５２】
そこで、実施例３では、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例４では、前記比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
また、実施例５では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例６では、前記比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
【００５３】
＜実施例３＞
以下、実施例３を具体的に説明する。前述したように、実施例３では、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正する
すなわち、実施例３では、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差と、基準圧力差との差圧をパラメータとする補正係数Ｙ２を設定し、この補正係数Ｙ２を用いて仮のカソード湿度を補正する。そして、これを実現するために、図１に示すように、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を検出する差圧センサ５１を設置し、差圧センサ５１の出力信号を電子制御装置５０に出力するようにした。
【００５４】
図１０は、カソード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する供給空気通路３における加湿器４の上流と下流の圧力差を基準圧力差として、差圧センサ５１により検出される実圧力差から前記基準圧力差を減算して得られる差圧をパラメータとする補正係数マップである。この補正係数マップでは、差圧がほぼ０のときは補正係数Ｙ２＝１に設定されており、差圧が正値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ２に設定され、差圧が負値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ２に設定されている。
そして、この補正係数マップを電子制御装置５０に記憶しておく。
【００５５】
この差圧に基づいて仮のカソード湿度を補正する場合のカソードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてカソード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図２のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、図１０に示される差圧をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ２を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００５６】
＜実施例４＞
次に、実施例４を具体的に説明する。前述したように、実施例４では、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
すなわち、実施例４では、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差と、基準圧力差との差圧をパラメータとする補正係数Ｙ２を設定し、この補正係数Ｙ２を用いて仮のアノード湿度を補正する。
【００５７】
実施例４では、実施例３と同様に、アノード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する供給空気通路３における加湿器４の上流と下流の圧力差を基準圧力差として、差圧センサ５１により検出される実圧力差から前記基準圧力差を減算して得られる差圧をパラメータとする補正係数マップを作成し、これを電子制御装置５０に記憶しておく。なお、実施例４の補正係数マップは、傾向としては図１０に示す実施例３の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、差圧がほぼ０のときは補正係数Ｙ２＝１に設定されており、差圧が正値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ２に設定され、差圧が負値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ２に設定されている。以下の説明では、実施例４における補正係数マップとして図１０を援用する。
【００５８】
この差圧に基づいて仮のアノード湿度を補正する場合のアノードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてアノード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図８のフローチャートにおけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１０に示される差圧をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ２を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００５９】
＜実施例５＞
次に、実施例５を具体的に説明する。前述したように、実施例５では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正する。
すなわち、実施例５では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差と、基準圧力差との差圧をパラメータとする補正係数Ｙ２を設定し、この補正係数Ｙ２を用いて仮のカソード湿度を補正する。そして、これを実現するために、図１１に示すように、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を検出する差圧センサ５２を設置し、差圧センサ５２の出力信号を電子制御装置５０に出力するようにした。
【００６０】
実施例５では、カソード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する空気オフガス通路５における加湿器４の上流と下流の圧力差を基準圧力差として、差圧センサ５２により検出される実圧力差から前記基準圧力差を減算して得られる差圧をパラメータとする補正係数マップを作成し、これを電子制御装置５０に記憶しておく。なお、実施例５の補正係数マップは、傾向としては図１０に示す実施例３の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、差圧がほぼ０のときを補正係数Ｙ２＝１に設定され、差圧が正値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ２に設定され、差圧が負値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ２に設定されている。なお、以下の説明では、実施例５における補正係数マップとして図１０を援用する。
【００６１】
この差圧に基づいて仮のカソード湿度を補正する場合のカソードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてカソード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図２のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１０に示される差圧をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ２を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００６２】
＜実施例６＞
次に、実施例６を具体的に説明する。前述したように、実施例６では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差を基準圧力差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
すなわち、実施例６では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差と、基準圧力差との差圧をパラメータとする補正係数Ｙ２を設定し、この補正係数Ｙ２を用いて仮のアノード湿度を補正する。なお、実施例６の補正係数マップは、傾向としては図１０に示す実施例３の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、差圧がほぼ０のときは補正係数Ｙ２＝１に設定されており、差圧が正値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ２に設定され、差圧が負値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ２に設定されている。以下の説明では、実施例６における補正係数マップとして図１０を援用する。
【００６３】
この差圧に基づいて仮のアノード湿度を補正する場合のアノードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてアノード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図８のフローチャートにおけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１０に示される差圧をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ２を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００６４】
なお、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側圧力との圧力差は、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差と、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側圧力と下流側圧力との圧力差、との和である。
したがって、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側圧力との圧力差と、これに対応する基準圧力差との差圧をパラメータとして補正係数Ｙ２を設定し、この補正係数Ｙ２を用いて仮のカソード湿度や仮のアノード湿度を補正することも可能である。この場合には、図１４に示すように、供給空気通路３における加湿器４の上流側圧力と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側圧力との圧力差を検出する差圧センサ５３を設置する。
【００６５】
次に、別のパラメータを用いたカソード湿度およびアノード湿度の補正方法を説明する。
燃料電池スタック１が基準運転条件において定常運転を行っている場合には、燃料電池スタック１のカソード湿度およびアノード湿度はある一定の湿度（標準加湿状態）となり、このとき、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差は一定値となり、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度との温度差は一定値となるが、カソード湿度あるいはアノード湿度が増加すると前記温度差が増加し、カソード湿度あるいはアノード湿度が減少すると前記温度差が減少することを、本出願の発明者は多数の実験結果から知見した。
【００６６】
この理由は、次のように推測される。例えば、燃料電池スタック１のカソードが標準加湿状態よりも増大して過加湿状態となった場合を考える。この場合には、燃料電池スタック１のカソードから排出され加湿器４に流入する空気オフガスの水分量が増大する。そのため、加湿器４内において空気オフガスから供給空気へ移動する水分量が標準加湿状態のときよりも多くなり、この水分移動量の増加に伴い、加湿器４を通過する間に供給空気の温度が標準加湿状態のときよりも上昇し、これにより供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差が大きくなり、同時に、加湿器４を通過する間に空気オフガスの温度が標準加湿状態のときよりも低下し、これにより空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度との温度差が大きくなると考えられる。
【００６７】
その逆に、カソードおよびアノードが標準加湿状態よりも減少して乾燥状態になると、燃料電池スタック１のカソードから排出され加湿器４に流入する空気オフガスの水分量が減少するため、この水分移動量の減少に伴い、加湿器４を通過する間に供給空気の温度が標準加湿状態のときほど上昇せず、これにより供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差が小さくなり、同時に、加湿器４を通過する間に空気オフガスの温度が標準加湿状態のときほど低下せず、これにより空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度との温度差が小さくなると考えられる。
【００６８】
そこで、実施例７では、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例８では、前記比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
また、実施例９では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例１０では、前記比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
【００６９】
＜実施例７＞
以下、実施例７を具体的に説明する。前述したように、実施例７では、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正する。
すなわち、実施例７では、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ３を設定し、この補正係数Ｙ３を用いて仮のカソード湿度を補正する。そして、これを実現するために、図１２に示すように、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を検出する温度差センサ５４を設置し、温度差センサ５４の出力信号を電子制御装置５０に出力するようにした。
【００７０】
図１３は、カソード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差として、温度差センサ５４により検出される実温度差から前記基準温度差を減算して得られる温度差をパラメータとする補正係数マップである。この補正係数マップでは、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときは補正係数Ｙ３＝１に設定されており、温度差が正値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ３に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ３に設定されている。
そして、この補正係数マップを電子制御装置５０に記憶しておく。
【００７１】
この温度差に基づいて仮のカソード湿度を補正する場合のカソードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてカソード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図２のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、図１３に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ３を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００７２】
＜実施例８＞
次に、実施例８を具体的に説明する。前述したように、実施例８では、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
すなわち、実施例８では、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ３を設定し、この補正係数Ｙ３を用いて仮のアノード湿度を補正する。
【００７３】
実施例８では、実施例７と同様に、アノード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差として、温度差センサ５４により検出される実温度差から前記基準温度差を減算して得られる温度差をパラメータとする補正係数マップを作成し、これを電子制御装置５０に記憶しておく。なお、実施例８の補正係数マップは、傾向としては図１３に示す実施例７の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときを補正係数Ｙ３＝１に設定され、温度差が正値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ３に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ３に設定されている。以下の説明では、実施例８における補正係数マップとして図１３を援用する。
【００７４】
この差圧に基づいて仮のアノード湿度を補正する場合のアノードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてアノード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図８のフローチャートにおけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１３に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ３を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００７５】
＜実施例９＞
次に、実施例９を具体的に説明する。前述したように、実施例９では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正する。
すなわち、実施例９では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ３を設定し、この補正係数Ｙ３を用いて仮のカソード湿度を補正する。そして、これを実現するために、図１１に示すように、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を検出する温度差センサ５５を設置し、温度差センサ５５の出力信号を電子制御装置５０に出力するようにした。
【００７６】
実施例９では、カソード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差として、温度差センサ５５により検出される実温度差から前記基準温度差を減算して得られる温度差をパラメータとする補正係数マップを作成し、これを電子制御装置５０に記憶しておく。なお、実施例９の補正係数マップは、傾向としては図１３に示す実施例７の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときは補正係数Ｙ３＝１に設定されており、温度差が正値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ３に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ３に設定されている。以下の説明では、実施例９における補正係数マップとして図１３を援用する。
【００７７】
この温度差に基づいて仮のカソード湿度を補正する場合のカソードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてカソード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図２のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１３に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ３を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００７８】
＜実施例１０＞
次に、実施例１０を具体的に説明する。前述したように、実施例１０では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
すなわち、実施例１０では、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度の温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ３を設定し、この補正係数Ｙ３を用いて仮のアノード湿度を補正する。なお、実施例１０の補正係数マップは、傾向としては図１３に示す実施例７の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときは補正係数Ｙ３＝１に設定されており、温度差が正値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ３に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ３に設定されている。以下の説明では、実施例１０における補正係数マップとして図１３を援用する。
【００７９】
この温度差に基づいて仮のアノード湿度を補正する場合のアノードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてアノード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図８のフローチャートにおけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、援用する図１３に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ３を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００８０】
なお、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側温度との温度差は、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と下流側温度との温度差と、空気オフガス通路５における加湿器４の上流側温度と下流側温度との温度差、との和である。
したがって、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側温度との温度差と、これに対応する基準温度差との温度差をパラメータとして補正係数Ｙ３を設定し、この補正係数Ｙ３を用いて仮のカソード湿度や仮のアノード湿度を補正することも可能である。この場合には、図１４に示すように、供給空気通路３における加湿器４の上流側温度と空気オフガス通路５における加湿器４の下流側温度との温度差を検出する温度差センサ５６を設置する。
【００８１】
次に、さらに別のパラメータを用いたカソード湿度およびアノード湿度の補正方法を説明する。
前述したように、燃料電池スタック１が基準運転条件において定常運転を行っている場合には、燃料電池スタック１のカソード湿度およびアノード湿度はある一定の湿度（標準加湿状態）となり、このとき、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差は一定値となるが、カソード湿度あるいはアノード湿度が増加すると前記温度差が増加し、カソード湿度あるいはアノード湿度が減少すると前記温度差が減少することを、本出願の発明者は多数の実験結果から知見した。
【００８２】
この理由は、次のように推測される。例えば、燃料電池スタック１のカソードが標準加湿状態よりも増大して過加湿状態となった場合を考える。この場合には、燃料電池スタック１のカソードから排出され希釈ボックス６に流入する空気オフガスの水分量が増大する。ところで、希釈ボックス６はアルミニウム等で形成されていて放熱性が高く、流入した空気オフガス等を冷却する機能がある。このように放熱性の高い希釈ボックス６に水分量の多い空気オフガスが流入すると、流量が同じであっても水分量の少ない空気オフガスのときよりも、希釈ボックス６を介して放熱される熱量が多くなり、これにより希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差が増加すると考えられる。
その逆に、カソードおよびアノードが標準加湿状態よりも減少して乾燥状態になると、燃料電池スタック１のカソードから排出され希釈ボックス６に流入する空気オフガスの水分量が減少するため、希釈ボックス６を介して放熱される熱量が少なくなり、これにより希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差が減少すると考えられる。
【００８３】
そこで、実施例１１では、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正することとし、実施例１２では、前記比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正することとする。
【００８４】
＜実施例１１＞
以下、実施例１１を具体的に説明する。前述したように、実施例１１では、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のカソード湿度を補正する。
すなわち、実施例１１では、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ４を設定し、この補正係数Ｙ４を用いてカソード湿度Ｈｃを補正する。そして、これを実現するために、図１に示すように、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を検出する温度差センサ５７を設置し、温度差センサ５７の出力信号を電子制御装置５０に出力するようにした。
【００８５】
図１５は、カソード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を基準温度差として、温度差センサ５７により検出される実温度差から前記基準温度差を減算して得られる温度差をパラメータとする補正係数マップである。この補正係数マップでは、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときは補正係数Ｙ４＝１に設定されており、温度差が正値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ４に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどカソード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ４に設定されている。
そして、この補正係数マップを電子制御装置５０に記憶しておく。
【００８６】
この温度差に基づいて仮のカソード湿度を補正する場合のカソードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてカソード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図２のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７，Ｓ０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、図１５に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ４を用いることだけであるので、説明は省略する。
【００８７】
＜実施例１２＞
次に、実施例１２を具体的に説明する。前述したように、実施例１２では、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を基準温度差と比較し、その比較値から補正係数を求めて仮のアノード湿度を補正する。
すなわち、実施例１２では、希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差と、基準温度差との温度差をパラメータとする補正係数Ｙ４を設定し、この補正係数Ｙ４を用いて仮のアノード湿度を補正する。
【００８８】
実施例１２では、実施例１１と同様に、アノード湿度が標準加湿状態の燃料電池スタック１を定常運転しているときに発生する希釈ボックス６の上流側の空気オフガスの温度と希釈ボックス６から排出されるガスの温度との温度差を基準温度差として、温度差センサ５７により検出される実温度差から前記基準温度差を減算して得られる温度差をパラメータとする補正係数マップを作成し、これを電子制御装置５０に記憶しておく。なお、実施例１２の補正係数マップは、傾向としては図１５に示す実施例１１の補正係数マップと同様であるので図示を省略するが、実温度差と基準温度差との温度差がほぼ０のときは補正係数Ｙ４＝１に設定されており、温度差が正値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも高くなることが推定されるので、この場合には増大させるように１よりも大きい補正係数Ｙ４に設定されており、実温度差と基準温度差との温度差が負値で大きくなるほどアノード湿度が標準加湿状態よりも低くなることが推定されるので、この場合には減少させるように１よりも小さい補正係数Ｙ４に設定されている。以下の説明では、実施例１２における補正係数マップとして図１５を援用する。
【００８９】
この温度差に基づいて仮のアノード湿度を補正する場合のアノードの湿度判定処理は、前述した希釈ボックス出口水素濃度に基づいてアノード湿度を補正する場合と、基本的に同じであり、異なるところは、図８のフローチャートにおけるステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８において、図７の希釈ボックス出口水素濃度積算値をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ１を用いる代わりに、図１５に示される温度差をパラメータとする補正係数マップに基づいて決定された補正係数Ｙ４を用いることだけであるので、説明は省略する。
なお、カソードの湿度判定処理とアノードの湿度判定処理のいずれか一方を実行することにより、燃料電池スタック１の膜湿潤状態を判定することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  燃料電池スタック（燃料電池）
４  加湿器
６  希釈ボックス（希釈器）
３０  大気圧センサ（環境条件測定手段）
３１  吸気温度センサ（環境条件測定手段）
３２  加湿器入口温度センサ（燃料電池スタック温度条件測定手段）
３３  カソード出口温度センサ（燃料電池スタック温度条件測定手段）
３４  冷媒出口温度センサ（燃料電池スタック温度条件測定手段）
５０  電子制御装置（カソード湿度演算手段、アノード湿度演算手段）
【図１】
2011216416.tif 000003
【図２】
2011216416.tif 000004
【図３】
2011216416.tif 000005
【図４】
2011216416.tif 000006
【図５】
2011216416.tif 000007
【図６】
2011216416.tif 000008
【図７】
2011216416.tif 000009
【図８】
2011216416.tif 000010
【図９】
2011216416.tif 000011
【図１０】
2011216416.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011216416.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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