(57)【要約】【課題】燃料電池の乾燥を防止して、燃料電池の運転を継続できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１は、水素ガスおよびエアの反応により発電する燃料電池１０と、燃料電池１０にエア供給路４３を介してエアを供給するエアポンプ２２と、エア供給路４３に設けられ、燃料電池１０からエア排出路４４に排出されたエアに含まれる水分を回収し、回収した水分をエア供給路４３のエアに加える膜加湿器２４と、エア供給路４３のカソードガスの湿度を推定するエア湿度推定部３１と、エア湿度推定部３１により推定した湿度に基づいて、エア供給路４３のエアの湿度の上昇を要求するエア湿度上昇要求信号を出力するエア湿度上昇要求部３２と、エア湿度上昇要求信号に基づいて、エア供給路４３のエアの圧力を制御するエアポンプ２２および背圧弁２５と、を備える。【選択図】図１
2008305700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスおよびカソードガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガス供給経路を介してカソードガスを供給するカソードガス供給手段と、
前記カソードガス供給経路に設けられ、前記燃料電池からカソードガス排出経路に排出されたカソードオフガスに含まれる水分を回収し、回収した水分を前記カソードガス供給経路のカソードガスに加えるカソードガス加湿手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定するカソードガス湿度推定手段と、
前記カソードガス湿度推定手段により推定した湿度に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度の上昇を要求するカソードガス湿度上昇要求信号を出力するカソードガス湿度上昇要求手段と、
前記カソードガス湿度上昇要求信号に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御するカソードガス圧力制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の温度を測定する燃料電池温度測定手段と、
前記カソードガス加湿手段の入口近傍のカソードガスの温度を測定するカソードガス温度測定手段と、を備え、
前記カソードガス湿度推定手段は、前記燃料電池温度測定手段により測定した前記燃料電池の温度と、前記カソードガス温度測定手段により測定した前記カソードガス加湿手段の入口近傍のカソードガスの温度と、に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定す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】
前記燃料電池の発電要求に応じて、前記燃料電池に供給するカソードガスの圧力を決定する発電要求圧力決定手段と、
前記カソードガス湿度上昇要求信号に応じて、前記カソードガスの圧力の増加量を決定する圧力増加量決定手段と、を備え、
前記カソードガス圧力制御手段は、前記発電要求圧力決定手段により決定したカソードガスの圧力と、前記圧力増加量決定手段により決定したカソードガスの圧力の増加量と、に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池に供給するカソードガスの圧力を測定するカソードガス圧力測定手段と、
前記カソードガス圧力測定手段の故障を検知する故障検知手段と、を備え、
前記カソードガス圧力制御手段は、前記カソードガスの圧力の上限値を予め所定値に設定しておき、前記故障検知手段により前記カソードガス圧力測定手段の故障を検知した場合には、前記カソードガスの圧力の上限値を、前記所定値以下の値に設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の発電要求に応じて、前記燃料電池に供給するカソードガスの流量を決定する発電要求流量決定手段と、
前記カソードガス排出経路から排出するカソードオフガスの排出量を制御する背圧弁と、を備え、
前記カソードガス圧力制御手段は、前記発電要求流量決定手段により決定したカソードガスの流量が所定量以上の場合には、前記背圧弁を開いて前記カソードオフガスを排出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【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。詳しくは、燃料電池の乾燥を防止できる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。
【０００３】
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜と、で構成される。
【０００４】
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。
【０００５】
ところで、このような燃料電池が乾燥して、固体高分子電解質膜の含水量が不足すると、イオン抵抗が高くなり、出力が低下する。そこで、固体高分子電解質膜の湿度が低下したのを検知すると、燃料電池への空気の供給を停止する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムによれば、燃料電池への空気の供給を停止することで、燃料電池から水分を含む空気が排出されるのを防止して、固体高分子電解質膜の含水量が不足するのを防止できる。
【特許文献１】特開２００６−９２８０１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、上述の燃料電池システムでは、燃料電池への空気の供給を停止するため、燃料電池の運転を継続できない。このため、燃料電池の乾燥を防止して、燃料電池の運転を継続できる燃料電池システムの開発が要請されている。
【０００７】
本発明は、燃料電池の乾燥を防止して、燃料電池の運転を継続できる燃料電池システム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】
本発明の燃料電池システムは、アノードガスおよびカソードガスの反応により発電する燃料電池（例えば、実施形態の燃料電池１０）と、前記燃料電池にカソードガス供給経路（例えば、実施形態のエア供給路４３）を介してカソードガスを供給するカソードガス供給手段（例えば、実施形態のエアポンプ２２）と、前記カソードガス供給経路に設けられ、前記燃料電池からカソードガス排出経路（例えば、実施形態のエア排出路４４）に排出されたカソードオフガスに含まれる水分を回収し、回収した水分を前記カソードガス供給経路のカソードガスに加えるカソードガス加湿手段（例えば、実施形態の膜加湿器２４）と、を備える燃料電池システムであって、前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定するカソードガス湿度推定手段（例えば、実施形態のエア湿度推定部３１）と、前記カソードガス湿度推定手段により推定した湿度に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度の上昇を要求するカソードガス湿度上昇要求信号を出力するカソードガス湿度上昇要求手段（例えば、実施形態のエア湿度上昇要求部３２）と、前記カソードガス湿度上昇要求信号に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御するカソードガス圧力制御手段（例えば、実施形態のエアポンプ２２、背圧弁２５）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
カソードガス供給経路のカソードガスの圧力が上昇すると、燃料電池内のカソードガスに含まれる水蒸気が凝縮しやすくなり、カソード排出経路のカソードオフガスに含まれる水分量が増加する。よって、カソードガス加湿手段において、カソードガス排出経路のカソードオフガスからカソードガス供給経路のカソードガスに水分が移動しやすくなるので、カソードガス加湿手段の水分交換率が向上する。
以上のように、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力が上昇すると、燃料電池に供給されるカソードガスの湿度が上昇する。
【００１０】
そこで、この発明によれば、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度の上昇を要求するカソードガス湿度上昇要求信号を出力する。そして、カソードガス湿度上昇要求信号に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御する。よって、燃料電池に供給されるカソードガスの湿度を上昇させることができるから、燃料電池やカソードガス加湿手段の乾燥を防止でき、燃料電池の発電性能を確保して、燃料電池の運転を継続できる。
【００１１】
また、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度が低下したのを検知してから、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させると、検知して圧力を上昇させるまでの期間に、燃料電池が乾燥する場合がある。
そこで、この発明によれば、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御する。このため、推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度が低下すると予想される場合には、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させることで、燃料電池の乾燥を確実に防止できる。
【００１２】
この場合、前記燃料電池の温度を測定する燃料電池温度測定手段（例えば、実施形態の温度センサ５６）と、前記カソードガス加湿手段の入口近傍のカソードガスの温度を測定するカソードガス温度測定手段（例えば、実施形態の温度センサ５３）と、を備え、前記カソードガス湿度推定手段は、前記燃料電池温度測定手段により測定した前記燃料電池の温度と、前記カソードガス温度測定手段により測定した前記カソードガス加湿手段の入口近傍のカソードガスの温度と、に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定することが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、燃料電池温度測定手段により測定した燃料電池の温度と、カソードガス温度測定手段により測定したカソードガス加湿手段の入口近傍のカソードガスの温度と、に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定する。
したがって、湿度センサといった新たな装置を設けることなく、従来の燃料電池システムにも設けられる温度センサを利用して、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定できるので、低コストである。
また、例えばカソードガス供給手段の駆動により、カソードガス供給手段から供給されるカソードガスの温度が変動した場合でも、上述の燃料電池の温度およびカソードガスの温度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を高精度に推定できる。
【００１４】
この場合、前記燃料電池の発電要求に応じて、前記燃料電池に供給するカソードガスの圧力を決定する発電要求圧力決定手段（例えば、実施形態の発電要求圧力決定部３３）と、前記カソードガス湿度上昇要求信号に応じて、前記カソードガスの圧力の増加量を決定する圧力増加量決定手段（例えば、実施形態の圧力増加量決定部３４）と、を備え、前記カソードガス圧力制御手段は、前記発電要求圧力決定手段により決定したカソードガスの圧力と、前記圧力増加量決定手段により決定したカソードガスの圧力の増加量と、に基づいて、前記カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御することが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、発電要求圧力決定手段により決定したカソードガスの圧力と、圧力増加量決定手段により決定したカソードガスの圧力の増加量と、に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御する。すなわち、発電要求に応じたカソードガスの圧力に対して、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度の上昇要求に応じた増加量を決定する。このため、発電要求に応じた燃料電池の発電量を確保しつつ、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させて、燃料電池の乾燥を防止できる。
【００１６】
この場合、前記燃料電池に供給するカソードガスの圧力を測定するカソードガス圧力測定手段（例えば、実施形態の圧力センサ５４）と、前記カソードガス圧力測定手段の故障を検知する故障検知手段（例えば、実施形態の故障検知部３５）と、を備え、前記カソードガス圧力制御手段は、前記カソードガスの圧力の上限値を予め所定値に設定しておき、前記故障検知手段により前記カソードガス圧力測定手段の故障を検知した場合には、前記カソードガスの圧力の上限値を、前記所定値以下の値に設定することが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、カソードガスの圧力の上限値を予め所定値に設定しておき、カソードガス圧力測定手段の故障を検知した場合には、カソードガスの圧力の上限値を、この所定値以下の値に設定する。したがって、カソードガス圧力測定手段が故障して、カソードガスの圧力を測定できない場合であっても、カソードガスの圧力が過度に上昇するのを防止して、燃料電池の破損を防止しつつ、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させて、燃料電池の乾燥を防止できる。
【００１８】
この場合、前記燃料電池の発電要求に応じて、前記燃料電池に供給するカソードガスの流量を決定する発電要求流量決定手段（例えば、実施形態の発電要求流量決定部３６）と、前記カソードガス排出経路から排出するカソードオフガスの排出量を制御する背圧弁（例えば、実施形態の背圧弁２５）と、を備え、前記カソードガス圧力制御手段は、前記発電要求流量決定手段により決定したカソードガスの流量が所定量以上の場合には、前記背圧弁を開いて前記カソードオフガスを排出することが好ましい。
【００１９】
カソードガス排出経路からのカソードオフガスの排出量を減少させる制御を行うと、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力が上昇するが、燃料電池に供給されるカソードガスの流量が減少するので、燃料電池の発電量が低下する。
そこで、この発明によれば、燃料電池の発電要求量が多く、燃料電池に供給するカソードガスの流量が所定量以上であれば、背圧弁を開いてカソードオフガスを排出するので、燃料電池の発電要求量を確保できる。
また、燃料電池の発電要求量が減少して、燃料電池に供給するカソードガスの流量が所定量未満になってから、背圧弁を閉じることで、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させて、燃料電池の乾燥を防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度の上昇を要求するカソードガス湿度上昇要求信号を出力する。そして、カソードガス湿度上昇要求信号に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御する。よって、燃料電池に供給されるカソードガスの湿度を上昇させることができるから、燃料電池やカソードガス加湿手段の乾燥を防止でき、燃料電池の発電性能を確保して、燃料電池の運転を継続できる。
また、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を制御する。このため、推定した湿度に基づいて、カソードガス供給経路のカソードガスの湿度が低下すると予想される場合には、カソードガス供給経路のカソードガスの圧力を上昇させることで、燃料電池の乾燥を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
【００２２】
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０にアノードガスおよびカソードガスを供給する供給装置２０と、この供給装置２０を制御する制御装置（ＥＣＵ）３０と、を備える。
【００２３】
燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側にアノードガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むカソードガスとしてのエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
燃料電池１０には、この燃料電池１０から出力される電流および電圧を測定する電流計５１および電圧計５２が設けられる。
【００２４】
供給装置２０は、燃料電池１０のアノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク２１および遮断弁２３と、カソード電極側にエアを供給するカソードガス供給手段としてのエアポンプ（Ａ／Ｐ）２２、カソードガス加湿手段としての膜加湿器２４、および背圧弁２５と、燃料電池１０を冷却するラジエタ２６およびポンプ２７と、を含んで構成される。
【００２５】
水素タンク２１は、水素供給路４１を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。上述の遮断弁２３は、この水素供給路４１に設けられている。遮断弁２３を開くことにより、水素供給路４１を通って、水素タンク２１内の水素ガスが燃料電池１０のアノード電極側に供給される。
【００２６】
燃料電池１０のアノード電極側には、水素排出路４２が接続され、この水素排出路４２を通って、燃料電池１０で利用されたアノードオフガスが排出される。
【００２７】
燃料電池１０のカソード電極側には、カソードガス排出経路としてのエア排出路４４が接続されている。上述の背圧弁２５は、このエア排出路４４に設けられている。背圧弁２５を開くことにより、エア排出路４４を通って、燃料電池１０で利用されたエアが排出される。
【００２８】
エアポンプ２２は、カソードガス供給経路としてのエア供給路４３を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。エアポンプ２２を駆動することにより、エア供給路４３を通って、エアが燃料電池１０のカソード電極側に供給される。
【００２９】
エア供給路４３には、膜加湿器２４が設けられる。この膜加湿器２４は、燃料電池１０から排出されてエア排出路４４を流れるカソードオフガスとしてのエアに含まれる水分を回収し、この回収した水分をエア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアに加える。
【００３０】
なお、エア供給路４３のうち、膜加湿器２４の入口近傍には、エア供給路４３を流れるエアの温度を測定するカソードガス温度測定手段としての温度センサ５３が設けられ、燃料電池１０近傍には、エア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアの圧力を測定するカソードガス圧力測定手段としての圧力センサ５４が設けられる。また、エア排出路４４のうち燃料電池１０近傍には、燃料電池１０から排出されてエア排出路４４を流れるエアの温度を測定する温度センサ５５が設けられる。
【００３１】
ラジエタ２６は、冷却液供給路４５および冷却液排出路４６を介して、燃料電池１０に接続されている。冷却液供給路４５には、ポンプ２７が設けられる。このポンプ２７は、冷却液供給路４５および冷却液排出路４６を介して、燃料電池１０とラジエタ２６との間で冷却液を循環させる。これにより、ラジエタ２６で冷却された冷却液を燃料電池１０に供給して、燃料電池１０を冷却する。
【００３２】
冷却液排出路４６のうち燃料電池１０近傍には、燃料電池温度測定手段としての温度センサ５６が設けられる。ここで、燃料電池１０から排出された直後の冷却液の温度は、燃料電池１０の温度に略等しいため、温度センサ５６により、この冷却液の温度を測定することで、燃料電池の温度を測定できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、燃料電池の温度を測定するために、温度センサ５６により、燃料電池１０から排出された直後の冷却液の温度を測定したが、これに限らず、例えば、温度センサ５５により、燃料電池１０から排出された直後のエアの温度を測定してもよい。また、水素排出路４２のうち燃料電池１０近傍に温度センサを設け、この温度センサにより、燃料電池１０から排出された直後のアノードオフガスの温度を測定してもよい。また、燃料電池１０に温度センサを設け、この温度センサにより、燃料電池１０の温度を直接測定してもよい。
【００３４】
図２は、制御装置３０の概略構成を示すブロック図である。
制御装置３０は、カソードガス湿度推定手段としてのエア湿度推定部３１、カソードガス湿度上昇要求手段としてのエア湿度上昇要求部３２、発電要求圧力決定手段としての発電要求圧力決定部３３、圧力増加量決定手段としての圧力増加量決定部３４、故障検知手段としての故障検知部３５、および発電要求流量決定手段としての発電要求流量決定部３６を備える。
【００３５】
エア湿度推定部３１は、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定する。このエア湿度推定部３１は、図３に示すマップを記憶している。
このマップは、燃料電池１０の温度およびエア供給路４３のうち膜加湿器２４の入口近傍を流れるエアの温度と、エア供給路４３を流れるエアの湿度と、の相対関係を示すものである。具体的には、燃料電池１０の温度やエアの温度が上昇するに従って、エアの湿度が低下する。
エア湿度推定部３１は、このマップを参照し、温度センサ５６により測定した燃料電池と温度センサ５３により測定したエアの温度とに基づいて、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定する。
【００３６】
エア湿度上昇要求部３２は、エア湿度推定部３１により推定したエアの湿度に基づいて、エア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアの湿度が低下すると予想されるか否かを判別し、エアの湿度が低下すると予想される場合には、エア供給路４３を流れるエアの湿度の上昇を要求するエア湿度上昇要求信号を出力する。
【００３７】
発電要求圧力決定部３３は、燃料電池１０の発電要求に応じて、燃料電池１０に供給するエアの圧力を決定する。
圧力増加量決定部３４は、エア湿度上昇要求部３２により出力されたエア湿度上昇要求信号に応じて、エア供給路４３を流れるエアの圧力の増加量を決定する。
【００３８】
故障検知部３５は、圧力センサ５４の故障を検知する。
具体的には、まず、エアポンプ２２の回転数および背圧弁２５の開度に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの圧力を推定する。次に、この推定した圧力と、圧力センサ５４により測定したエア供給路４３を流れるエアの圧力と、の差を求める。そして、この差が所定値未満であれば、圧力センサ５４が正常であると判別し、所定値以上であれば、圧力センサ５４が故障していると判別する。
【００３９】
発電要求流量決定部３６は、燃料電池１０の発電要求に応じて、燃料電池１０に供給するエアの流量を決定する。
【００４０】
以上の燃料電池システム１における発電処理を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳＴ１において、制御装置３０により、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされたか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ２に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ１を繰り返す。
【００４１】
ステップＳＴ２において、エア湿度推定処理を行って、ステップＳＴ３に移る。このエア湿度推定処理では、後述するように、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定する。
【００４２】
ステップＳＴ３において、エア湿度上昇要求部３２により、燃料電池１０が乾燥すると予想されるか否かを判別する。具体的には、エア湿度推定処理で推定したエアの湿度に基づいて、エア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアの湿度が低下すると予想されるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、上述のエア湿度上昇要求信号を出力してステップＳＴ４に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ２に移る。
【００４３】
ステップＳＴ４において、エア湿度上昇制御処理を行って、ステップＳＴ５に移る。このエア湿度上昇制御処理では、後述するように、エア湿度上昇要求信号に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させて、燃料電池１０に供給されるエアの湿度を上昇させる。
【００４４】
ステップＳＴ５において、制御装置３０により、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、燃料電池システム１における発電処理を終了し、ＮＯであれば、ステップＳＴ２に移る。
【００４５】
エア湿度推定処理を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳＴ１１において、温度センサ５６により、燃料電池１０から排出された直後の冷却液の温度を測定することで、燃料電池１０の温度を測定する。
ステップＳＴ１２において、温度センサ５３により、エア供給路４３のうち膜加湿器２４の入口近傍を流れるエアの温度を測定する。
【００４６】
ステップＳＴ１３において、エア湿度推定部３１により、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定する。
【００４７】
ステップＳＴ１４において、圧力センサ５４により、燃料電池１０に供給されるエアの圧力を測定する。
ステップＳＴ１５において、電流計５１および電圧計５２により、燃料電池１０から出力される電流および電圧を測定し、制御装置３０により、これら測定結果から燃料電池１０の発電量を算出する。
【００４８】
ステップＳＴ１６において、制御装置３０により、圧力センサ５４により測定したエアの圧力と制御装置３０により算出した発電量とに応じて、エア湿度推定部３１により推定したエア供給路４３を流れるエアの湿度を補正する。これにより、燃料電池１０に供給されるエアの圧力や燃料電池１０の発電量に応じて、エア供給路４３を流れるエアの湿度が変化しても、この湿度の変化量を考慮して、推定した湿度を実際の湿度に近付けることができる。
【００４９】
エア湿度上昇制御処理を、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳＴ２１において、発電要求圧力決定部３３により、燃料電池１０の発電要求に応じて、燃料電池１０に供給するエアの圧力を決定する。
ステップＳＴ２２において、圧力増加量決定部３４により、ステップＳＴ３において出力されたエア湿度上昇要求信号に応じて、エア供給路４３を流れるエアの圧力の増加量を決定する。
【００５０】
ステップＳＴ２３において、発電要求圧力決定部３３により決定したエアの圧力に、圧力増加量決定部３４により決定したエアの圧力の増加量を積算し、燃料電池１０に供給するエアの圧力の目標値とする。
【００５１】
ステップＳＴ２４において、故障検知部３５により、圧力センサ５４が正常か否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ２８に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ２５に移る。
【００５２】
ステップＳＴ２５において、制御装置３０により、発電要求圧力決定部３３により決定した燃料電池１０に供給するエアの圧力の目標値が、予め設定された所定値としての燃料電池１０の許容圧力以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ２６に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ２７に移る。
【００５３】
ステップＳＴ２６において、制御装置３０により、発電要求圧力決定部３３により決定した目標値を、エア供給路４３を流れるエアの圧力の上限値に設定する。
ステップＳＴ２７において、制御装置３０により、燃料電池１０の許容圧力を、エア供給路４３を流れるエアの圧力の上限値に設定する。
【００５４】
ステップＳＴ２８において、制御装置３０により、燃料電池１０の要求するエアの流量が所定量以上か否かを判別する。
具体的には、まず、発電要求流量決定部３６により、燃料電池１０の発電要求に応じて、燃料電池１０に供給するエアの流量を決定する。次に、制御装置３０により、決定したエアの流量が所定量以上か否かを判別する。
この判別がＹＥＳであれば、ステップＳＴ２９に移り、ＮＯであれば、ステップＳＴ３０に移る。
【００５５】
ステップＳＴ２９において、背圧弁２９を開く。これにより、燃料電池１０で利用されたエアがエア排出路４４を通って排出され、エアポンプ２２から燃料電池１０にエアが供給される。
【００５６】
ステップＳＴ３０において、背圧弁２９を閉じる。これにより、燃料電池１０で利用されたエアがエア排出路４４を通って排出されるのを抑制し、上述の上限値までエア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させる。
また、背圧弁２５を閉じるだけでは、上限値まで上昇できない場合や、上限値まで上昇させるのに時間がかかる場合などには、エアポンプ２２の回転数を上昇させる。
【００５７】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの湿度の上昇を要求するエア湿度上昇要求信号を出力した。そして、エア湿度上昇要求信号に基づいて、背圧弁２５やエアポンプ２２を駆動して、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させた。よって、エア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアの湿度を上昇させることができるから、燃料電池１０や膜加湿器２４の乾燥を防止でき、燃料電池１０の発電性能を確保して、燃料電池１０の運転を継続できる。
【００５８】
（２）エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定し、この推定した湿度に基づいて、エア供給路４３を流れて燃料電池１０に供給されるエアの湿度が低下すると予想される場合には、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させたので、燃料電池の乾燥を確実に防止できる。
【００５９】
（３）温度センサ５６により測定した燃料電池１０の温度と、温度センサ５３により測定したエア供給路４３のうち膜加湿器２４の入口近傍を流れるエアの温度と、に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定した。
したがって、湿度センサといった新たな装置を設けることなく、従来の燃料電池システムにも設けられる温度センサを利用して、エア供給路４３を流れるエアの湿度を推定できるので、低コストである。
また、例えばエアポンプ２２の駆動により、エアポンプ２２から供給されるエアの温度が変動した場合でも、上述の燃料電池１０の温度およびエアの温度に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの湿度を高精度に推定できる。
【００６０】
（４）発電要求圧力決定部３３により決定した燃料電池１０に供給するエアの圧力と、圧力増加量決定部３４により決定したエア供給路４３を流れるエアの圧力の増加量と、に基づいて、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させた。すなわち、発電要求に応じたエア供給路４３を流れるエアの圧力に対して、エア供給路４３を流れるエアの湿度の上昇要求に応じた増加量を決定した。このため、発電要求に応じた燃料電池１０の発電量を確保しつつ、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させて、燃料電池１０の乾燥を防止できる。
【００６１】
（５）圧力センサ５４の故障を検知した場合には、燃料電池１０の許容圧力を、エア供給路４３を流れるエアの圧力の上限値に設定した。このため、圧力センサ５４が故障して、エア供給路４３を流れるエアの圧力を測定できない場合であっても、エアの圧力が過度に上昇するのを防止して、燃料電池１０の破損を防止しつつ、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させて、燃料電池１０の乾燥を防止できる。
【００６２】
（６）燃料電池１０の発電要求量が多く、燃料電池１０の要求するエアの流量が所定量以上であれば、背圧弁２５を開いてエアを排出するので、燃料電池１０の発電要求量を確保できる。
また、燃料電池１０の発電要求量が減少して、燃料電池１０の要求するエアの流量が所定量未満になってから、背圧弁２５を閉じることで、エア供給路４３を流れるエアの圧力を上昇させて、燃料電池１０の乾燥を防止できる。
【００６３】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【００６４】
また、上述の各実施形態に係る燃料電池システム１は、ＥＶ（Electric  Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid  Electric  Vehicle）に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
【図２】前記燃料電池システムが備える制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】前記制御装置が備えるマップを示す図である。
【図４】前記燃料電池システムの発電処理のフローチャートである。
【図５】前記燃料電池システムのエア湿度推定処理のフローチャートである。
【図６】前記燃料電池システムのエア湿度上昇制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２２…エアポンプ（カソードガス供給手段、カソードガス圧力制御手段）
２４…膜加湿器（カソードガス加湿手段）
２５…背圧弁（カソードガス圧力制御手段）
３０…制御装置
３１…エア湿度推定部（カソードガス湿度推定手段）
３２…エア湿度上昇要求部（カソードガス湿度上昇要求手段）
３３…発電要求圧力決定部（発電要求圧力決定手段）
３４…圧力増加量決定部（圧力増加量決定手段）
３５…故障検知部（故障検知手段）
３６…発電要求流量決定部（発電要求流量決定手段）
４３…エア供給路（カソードガス供給経路）
４４…エア排出路（カソードガス排出経路）
５３…温度センサ（カソードガス温度測定手段）
５４…圧力センサ（カソードガス圧力測定手段）
５６…温度センサ（燃料電池温度測定手段）
【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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