(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させるセル（１１）を有する燃料電池（１０）と、
前記セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方を流れる局所電流を測定する局所電流測定手段（１２、１５）と、
前記燃料電池（１０）の供給される酸化ガスと前記燃料電池（１０）で消費される酸化ガスとの比である酸化ガス過剰率を取得するための酸化ガス過剰率取得手段（１４、３４、３５）と、
前記酸化ガス過剰率と前記局所電流とに基づいて前記燃料電池（１０）の内部水分状態を判定する制御手段（５０）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】
前記制御手段（５０）は、前記酸化ガス過剰率と、前記セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方の局所電流と、前記セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方の内部水分量とが関連づけられたマップに基づいて、前記セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方における前記酸化ガス過剰率に対する前記局所電流の基準値を決定するとともに、前記局所電流の基準値と前記局所電流測定手段（１２、１５）で測定された局所電流とに基づいて前記燃料電池（１０）の水分状態を判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】
前記局所電流測定手段（１２）が前記セルの酸化ガス入口部（１１０ａ）の局所電流を測定するものであ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】
前記局所電流測定手段（１５）が、前記セルの酸化ガス出口部（１１０ｂ）の局所電流を測定するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段（５０）は、前記セルの酸化ガス入口部（１１０ａ）に設置される前記局所電流測定手段（１２）で測定された局所電流が前記基準値の下限値を下回っている場合には、前記燃料電池が乾燥していると判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６】
前記制御手段（５０）は、前記セルの酸化ガス入口部（１１０ａ）に設置される前記局所電流測定手段（１２）で測定された局所電流が前記局基準値の上限値を上回っている場合には、前記燃料電池が水分過剰となっていると判定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御手段（５０）は、前記セルの酸化ガス出口部（１１０ｂ）に設置される前記局所電流前記局所電流測定手段（１５）で測定された局所電流が前記基準値の下限値を下回っている場合には、前記燃料電池が水分過剰となっていると判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記酸化ガス過剰率取得手段は、前記燃料電池（１０）の全電流を測定する全電流測定手段（１４）と、前記燃料電池（１０）に供給される酸化ガス流量を測定する酸化ガス流量測定手段（３４）とを有し、
前記制御手段（５０）は、前記全電流測定手段（１４）で測定した前記燃料電池（１０）の全電流から算出される前記燃料電池（１０）の酸化ガス消費量と、前記酸化ガス流量測定手段（３４）で測定した前記酸化ガス流量とから前記酸化ガス過剰率を決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記酸化ガス過剰率取得手段は、前記燃料電池（１０）に供給される酸化ガスのうち前記燃料電池（１０）で消費されずに排出される排ガス中に含まれる酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段（３５）を有し、
前記制御手段（５０）は、酸素濃度測定手段（３５）にて測定した酸素濃度に基づいて酸化ガス過剰率を決定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つ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、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機、或いは家庭用発電機に適用して有効である
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に燃料電池の空気入口や出口の局所電流を測定することで燃料電池の水分状態を判定する燃料電池システムを提案している（特願２００３−４０４７６７）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、燃料電池に過剰に供給する空気の量（以下、空気過剰率）により、空気入口や空気出口の局所電流が変化するため、燃料電池の電流分布は空気過剰率によって変化する。このため、燃料電池の水分状態が変化していない場合でも、空気過剰率の変化により測定している局所電流が変化することがありうる。このため、局所電流により燃料電池の水分状態を判定する場合、燃料電池の水分状態が変化していない場合でも、水分状態が変化しているような誤判定をしてしまう可能性がある。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、燃料電池の局所電流により燃料電池内部の水分状態を判定する際に、燃料電池内部の水分状態を正確に診断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させるセル（１１）を有する燃料電池（１０）と、セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方を流れる局所電流を測定する局所電流測定手段（１２、１５）と、燃料電池（１０）の供給される酸化ガスと燃料電池（１０）で消費される酸化ガスとの比である酸化ガス過剰率を取得するための酸化ガス過剰率取得手段（１４、３４、３５）と、酸化ガス過剰率と局所電流とに基づいて燃料電池（１０）の内部水分状態を判定する制御手段（５０）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
このように、酸化ガス過剰率と局所電流とに基づいて燃料電池（１０）の内部水分状態を判定することで、燃料電池の水分状態を正確に診断することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明のように、制御手段（５０）は、酸化ガス過剰率と、セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方の局所電流と、セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方の内部水分量とが関連づけられたマップに基づいて、セル（１１）の酸化ガス入口部（１１０ａ）または酸化ガス出口部（１１０ｂ）の少なくとも一方における酸化ガス過剰率に対する局所電流の基準値を決定するとともに、局所電流の基準値と局所電流測定手段（１２、１５）で測定された局所電流とに基づいて燃料電池（１０）の水分状態を判定することができる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明のように、局所電流測定手段（１２）がセルにおける乾燥しやすい部位である酸化ガス入口部（１１０ａ）の局所電流を測定することで、燃料電池内における水分不足の発生を速やかに検出することができる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明のように、局所電流測定手段（１５）がセルにおける水分過剰となりやすい部位である酸化ガス出口部（１１０ｂ）の局所電流を測定することで、燃料電池内における水分過剰の発生を速やかに検出することができる。
【００１０】
また、制御手段（５０）は、請求項５に記載の発明のように、局所電流測定手段（１２）で測定された局所電流が基準値の下限値を下回っている場合には、燃料電池が乾燥していると判定し、請求項６に記載の発明のように、局所電流測定手段（１２）で測定された局所電流が基準値の上限値を上回っている場合には、燃料電池が水分過剰となっていると判定することができる。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明のように、制御手段（５０）は、前記セルの酸化ガス出口部（１１０ｂ）に設置される局所電流前記局所電流測定手段（１５）で測定された局所電流が前記基準値の下限値を下回っている場合には、燃料電池が水分過剰となっていると判定することができる。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明のように、酸化ガス過剰率取得手段は、燃料電池（１０）の全電流を測定する全電流測定手段（１４）と、燃料電池（１０）に供給される酸化ガス流量を測定する酸化ガス流量測定手段（３４）とを有し、制御手段（５０）は、全電流測定手段（１４）で測定した燃料電池（１０）の全電流から算出される燃料電池（１０）の酸化ガス消費量と、酸化ガス流量測定手段（３４）で測定した酸化ガス流量とから酸化ガス過剰率を決定することができる。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明のように、酸化ガス過剰率取得手段は、燃料電池（１０）に供給される酸化ガスのうち燃料電池（１０）で消費されずに排出される排ガス中に含まれる酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段（３５）を有し、制御手段（５０）は、酸素濃度測定手段（３５）にて測定した酸素濃度に基づいて酸化ガス過剰率を決定することができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００１６】
図１は本第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示している。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１０、水素供給装置２０、空気供給装置３０、制御部５０等を備えている。
【００１７】
燃料電池（ＦＣスタック）１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１１が複数積層されて構成されている。各セル１１は、電解質膜の両側面に電極が配置されたＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、このＭＥＡを挟持する空気側セパレータおよび水素側セパレータとを備えている。
【００１８】
図２は空気側セパレータ１１０の構成を示している。空気側セパレータ１１０は、空気入口部１１０ａと、空気出口部１１０ｂと、空気入口部１１０ａから空気出口部１１０ｂに向かって空気を流すための空気流路溝１１０ｃが形成されている。空気側セパレータ１１０は板状になっており、空気入口部１１０ａおよび空気出口部１１０ｂは、図２の紙面に対して垂直方向に貫通し、空気流路溝１１０ｃは溝が掘って形成されるとともに蛇行した形状になっている。
【００１９】
空気流路溝１１０ｃにおける空気流れ上流域、より詳細には、空気流路溝１１０ｃにおける空気入口部１１０ａ近傍には、セル１１の局所電流を測定する局所電流センサ１２が配置されている。ところで、空気流路溝１１０ｃにおける上流域の含水量と空気流路溝１１０ｃにおける下流域の含水量とを比較すると、下流域ほど酸化ガス流量が減少するとともに生成水が増加するため、上流域の方が含水量が低くなる傾向にある。したがって、本例では、局所電流センサ１２でセル１１内において水分不足が発生しやすい部位を流れる局所電流を測定し、セル１１の水分不足を診断している。なお、局所電流センサ１２は本発明の局所電流測定手段に相当する。
【００２０】
燃料電池１０では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
（水素極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（酸素極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
図１に戻り、燃料電池１０で発電した電力は、図示しないインバータを介して、走行用モータ（負荷）１３あるいは図示しない２次電池等に供給される。また、燃料電池１０の出力側には燃料電池１０の動作電流値を測定する全電流センサ１４が設けられている。なお、全電流センサ１４が本発明の全電流測定手段に相当する。
【００２１】
燃料電池１０には、水素供給装置２０から水素が供給され、空気供給装置３０から酸素を含んだ空気が供給されるように構成されている。なお、空気は本発明の酸化ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。
【００２２】
水素供給装置２０は、例えば水素貯蔵タンク等からなる水素供給源２１を備え、水素供給源２１から水素供給流路２２を介して燃料電池１０に水素が供給される。燃料電池１０への水素供給量は、水素調整弁２３で調整される。燃料電池１０に供給された水素のうち反応に用いられなかった未反応水素は、水素循環流路２４を介して水素供給流路２２に循環され再利用される。水素循環流路２４には、未反応水素を循環させるための未反応水素用ポンプ２５が設けられている。
【００２３】
空気供給装置３０は、例えば断熱圧縮機であるエアコンプレッサからなる空気供給源３１を備えている。空気供給源３１から空気供給流路３２を介して燃料電池１０に空気が供給される。燃料電池１０に供給された空気のうち反応に用いられなかった未反応空気は、空気排出流路３３を介して排ガスとして燃料電池１０より排出される。空気供給流路３１はセル１１の空気入口部１１０ａ（図２参照）に接続し、空気排出流路３３はセル１１の空気出口部１１０ｂ（図２参照）に接続している。空気供給流路３２には、燃料電池１０への空気供給量を測定するための空気流量センサ３４が設けられている。なお、空気流量センサ３４は本発明の酸化ガス流量測定手段に相当する。
【００２４】
空気供給源３１から燃料電池１０には、所定の空気過剰率で空気が供給される。すなわち、空気供給源３１から燃料電池１０には、燃料電池１０で消費される消費空気量に対して過剰な空気量が供給される。空気過剰率は、燃料電池１０に実際に供給される空気量を燃料電池１０での消費空気量で除した値である。
【００２５】
制御部（ＥＣＵ）５０は、本発明の制御手段に相当し、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部５０には、局所電流センサ１２、全電流センサ１４、空気流量センサ３４からの信号が入力する。また、制御部５０は各種機器に制御信号を出力する。
【００２６】
次に、セル１１内の水分量と発電電流との関係について図３に基づいて説明する。図３は、空気過剰率（空気供給量）を一定として燃料電池１０を運転した場合における、セル空気入口部１１０ａ近傍の水分量変化とセル空気入口部１１０ａ近傍の局所電流変化との関係を示している。図３に示すように、空気入口部１１０ａの水分量が低下すると空気入口部１１０ａの局所電流が低下し、逆に空気入口部１１０ａの水分量が増加すると空気入口部１１０ａの局所電流が増加する。
【００２７】
次に、空気過剰率とセル１１内の発電電流との関係について図４、図５に基づいて説明する。図４は、空気過剰率とセル１１内の電流分布との関係を示している。図５は、セル空気入口部１１０ａ近傍の水分量を一定として燃料電池１０を運転した場合における、空気過剰率とセル空気入口部１１０ａ近傍における局所電流変化との関係を示している。
【００２８】
図４に示すように、空気過剰率が大きい場合には、セル空気出口部１１０ｂ近傍での酸素濃度が高くなるため、セル空気出口部１１０ｂ近傍で発電量が増加する。この結果、空気入口部１１０ａの局所電流は空気過剰率が増加するに伴って低下する。逆に空気過剰率が小さい場合には、セル空気出口部１１０ｂ近傍での酸素濃度が低くなるため、セル空気出口部１１０ｂ近傍で発電量が減少し、空気入口部１１０ａの局所電流は増加する。このため、図５に示すように、空気過剰率が低下した場合はセル空気入口部１１０ａの局所電流が増加し、空気過剰率が増加した場合はセル空気入口部１１０ａの局所電流が低下する。
【００２９】
以上のことから、セル空気入口部１１０ａの局所電流は、（１）空気過剰率が低下した場合と空気入口部１１近傍の水分量が増加した場合は増加し、（２）空気過剰率が増加した場合と空気入口部１１近傍の水分量が減少した場合は低下するといった特性を示す。このため、セル空気入口部１１０ａの局所電流が変化した場合、空気過剰率の増減に起因するものか、セル空気入口部１１近傍の水分量の増減に起因するものかの区別が困難となる。
【００３０】
そこで、本第１実施形態では、所定の空気過剰率において、水分状態が適正となる局所電流の範囲をあらかじめ実験等により求めておき、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の範囲とを関連づけてマップ化しておく。図６は、セル空気入口部１１０ａ近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の基準値とが関連づけられたマップを示している。水分状態が適正となる局所電流の基準値には、上限値と下限値とから定まる所定の幅がある。図６に示すようなマップを用意することで、空気過剰率と局所電流を測定してセル１１内部の水分状態を正確に診断することができる。空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の範囲との関係は、セル１１の局所電流を測定する部位によって異なるので、上述のマップは局所電流を測定する部位毎に用意する必要があり、本第１実施形態ではセル１１の空気入口部１１０ａに対応するマップを用意している。このマップは、制御部５０のＲＯＭに格納されている。
【００３１】
次に、制御部５０が行う水分状態診断処理を図７、図８に基づいて説明する。図７は制御部５０のＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて行う水分状態診断処理を示すフローチャートであり、図８は制御部５０のＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて行う空気過剰率取得処理を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、図７に示すように、空気過剰率を取得する（Ｓ１０）。空気過剰率の測定は、図８に示すように行われる。空気流量センサ３４にて燃料電池１０に供給される空気流量を測定する（Ｓ２０）。全電流センサ１４にて燃料電池１０の動作電流値を測定し（Ｓ２１）、燃料電池１０の動作電流値から燃料電池１０での空気消費量を算出する（Ｓ２２）。
【００３３】
動作電流値を出力する際の空気消費量は、空気消費量［ｍｏｌ／ｓｅｃ］＝動作電流値［ｃ／ｓｅｃ］×（１／４）×（１／９６００［ｃ／ｍｏｌ］）×（１００／２１）×セル枚数〔枚〕で求めることができる。次に、空気過剰率＝測定空気流量／空気消費量で空気過剰率を算出し（Ｓ２３）、リターンする。
【００３４】
図７に戻り、上記図６のマップを用い、Ｓ１０で求めた空気過剰率において水分量が適正となる局所電流の基準値（上限値と下限値）を取得する（Ｓ１１）。次に、局所電流センサ１２でセル空気入口部１１０ａ近傍の局所電流を測定する（Ｓ１２）。次に、測定した局所電流が下限値を下回っているか否かを判定する（Ｓ１３）。この結果、測定した局所電流が下限値を下回っている場合には、セル入口部１１０ａ近傍で水分が不足して乾燥していると診断する（Ｓ１４）。
【００３５】
一方、測定した局所電流が下限値を下回っていない場合には、測定した局所電流が上限値を下回っているか否かを判定する（Ｓ１５）。この結果、測定した局所電流が上限値を下回っている場合には、セル入口部１１０ａ近傍の水分状態が適正であると診断する（Ｓ１６）。一方、測定した局所電流が下限値を下回っていない場合には、セル入口部１１０ａ近傍で水分が過剰であると診断する（Ｓ１７）。
【００３６】
以上のように、所定の空気過剰率において、水分状態が適正となる局所電流の範囲を関連づけたマップを用意した上で、空気過剰率と局所電流とを測定することで、空気過剰率を考慮した上で、燃料電池内部の水分状態を正確に診断することができる。また、本第１実施形態のように、他の部位より乾燥しやすいセル入口部１１０ａ近傍で水分状態を診断することで、セル入口部１１０ａ近傍が乾燥状態であれば、他の部位も乾燥状態にあると診断することができ、燃料電池１０での水分不足を正確に診断することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図９〜図１１に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較して、空気過剰率の測定方法が異なっている。
【００３８】
図９は、本第２実施形態の燃料電池システムの全体構成を示している。図９に示すように、本第２実施形態の燃料電池システムでは、空気流量センサ３４および全電流センサ１４が設けられておらず、空気排出流路３３に酸素濃度センサ３５が設けられている。酸素濃度センサ３５は、燃料電池１０から排出される空気排ガス中の酸素濃度を測定するものであり、一般的な酸素濃淡電池を用いることができる。酸素濃度センサ３５のセンサ信号は制御部５０に入力する。
【００３９】
図１０は、空気過剰率と空気排ガス中の酸素濃度との関係を示している。図１０に示すように、空気過剰率と空気排ガス中の酸素濃度は比例関係にある。従って、空気排ガス中の酸素濃度を測定することで、空気過剰率を算出することができる。
【００４０】
図１１は本第２実施形態の制御部５０が行う空気過剰率取得処理を示すフローチャートであり、上記第１実施形態の図８のフローチャートに対応している。図１１に示すように、本第２実施形態では、酸素濃度センサ３５にて空気排ガス中の酸素濃度を測定し（Ｓ３０）、空気排ガス中の酸素濃度から空気過剰率を決定する（Ｓ３１）。
【００４１】
以上、本第２実施形態の構成によれば、空気流量センサ３４および全電流センサ１４に代えて、酸素濃度センサ３５を設けるだけで簡易に空気過剰率を取得することができる。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図１２〜図１５に基づいて説明する。本第３実施形態では、セル１１の空気入口部１１０ａ近傍で水分不足を診断し、セル１１の空気出口部１１０ｂ近傍で水分過剰を診断している。
【００４３】
図１２は、本第３実施形態の空気側セパレータ１１０の構成を示している。図１２に示すように、本第３実施形態の空気側セパレータ１１０は、水分不足になりやすい部位である空気入口部１１０ａ近傍に第１の局所電流センサ１２が設られ、水分過剰になりやすい部位である空気出口部１１０ｂ近傍に第２の局所電流センサ１５が設けられている。これらの局所電流センサ１２、１５の信号は制御部５０に入力する。
【００４４】
図１３、図１４は空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の範囲とが関連づけられたマップを示している。図１３は、空気入口部１１０ａ近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の基準値とが関連づけられたマップである。図１４は、空気出口部１１０ｂ近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の基準値とが関連づけられたマップである。水分が過剰になりすぎた場合にはセル１１の局所電流が低下するので、図１４に示すマップでは局所電流が基準値を下回った場合に水分過剰となっている。これらのマップは、制御部５０のＲＯＭに格納されている。
【００４５】
図１５は、本第３実施形態における制御部５０のＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて行う水分状態診断処理を示すフローチャートである。まず、図１５に示すように、空気過剰率を取得する（Ｓ４０）。次に、図１３のマップを用いてＳ４０で求めた空気過剰率で水分量が適正となる局所電流の基準値を取得し（Ｓ４１）、上記図１４のマップを用てＳ４０で求めた空気過剰率で水分量が適正となる局所電流の基準値を取得する（Ｓ４２）。
【００４６】
次に、第１の局所電流センサ１２でセル空気入口部１１０ａ近傍の局所電流を測定し（Ｓ４３）、第２の局所電流センサ１５でセル空気出口部１１０ｂ近傍の局所電流を測定する（Ｓ４４）。
【００４７】
次に、Ｓ４３で測定した空気入口部１１０ａ近傍の局所電流がＳ４１で取得した空気入口部１１０ａ近傍における基準値を下回っているか否かを判定する（Ｓ４５）。この結果、測定した局所電流が基準値を下回っている場合には、セル入口部１１０ａ近傍で水分が不足して乾燥していると診断する（Ｓ４６）。
【００４８】
一方、測定した局所電流が基準値を下回っていない場合には、Ｓ４４で測定した局所電流がＳ４２で取得した空気出口部１１０ｂ近傍における基準値を下回っているか否かを判定する（Ｓ４７）。この結果、測定した局所電流が基準値を下回っている場合には、セル出口部１１０ｂ近傍で水分が過剰であると診断する（Ｓ４８）。一方、測定した局所電流が基準値を下回っていない場合には、セル出口部１１０ｂ近傍の水分状態が適正であると診断する（Ｓ４９）。
【００４９】
以上のように、水分不足になりやすい空気入口部１１０ａ近傍の局所電流を測定して燃料電池１０の水分不足を診断することで、燃料電池１０内部の水分不足を迅速に検出することができる。また、水分過剰になりやすい空気出口部１１０ｂ近傍の局所電流を測定して燃料電池１０の水分過剰を診断することで、燃料電池１０内部の水分過剰を迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】空気側セパレータの構成を示す概念図である。
【図３】空気過剰率を一定として燃料電池を運転した場合における、セル空気入口部近傍の水分量変化とセル空気入口部近傍の局所電流変化との関係を示す特性図である。
【図４】空気過剰率とセル内の電流分布との関係を示す特性図である。
【図５】セル空気入口部近傍の水分量を一定として燃料電池を運転した場合における、空気過剰率とセル空気入口部近傍における局所電流変化との関係を示す特性図である。
【図６】セル空気入口部近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の範囲とが関連づけられたマップを示す特性図である。
【図７】制御部が行う水分状態診断処理を示すフローチャートである。
【図８】制御部が行う空気過剰率取得処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図１０】空気過剰率と空気排ガス中の酸素濃度との関係を示す特性図である。
【図１１】第２実施形態の制御部が行う空気過剰率取得処理を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の空気側セパレータ１１０の構成を示す概念図である。
【図１３】空気入口部近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の基準値とが関連づけられたマップを示す特性図である。
【図１４】空気出口部近傍において、空気過剰率と水分状態が適正となる局所電流の基準値とが関連づけらたマップを示す特性図である。
【図１５】第３実施形態の制御部が行う水分状態診断処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０…燃料電池、１１…セル、１１０ａ…空気入口部、１１０ｂ…空気出口部、１２…局所電流センサ（局所電流測定手段）、１４…全電流センサ（全電流測定手段）、３４…空気流量センサ（酸化ガス流量測定手段）、３５…酸素濃度センサ（酸素濃度測定手段）、５０…制御部（制御手段）。
【図１】
0004734829.tif 000002
【図２】
0004734829.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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