(57)【要約】【課題】  燃料電池システムにおいて、セルの水分状態を診断可能にする。【解決手段】  固体高分子型の燃料電池は、セルの開回路電圧（ＯＣＶ）とセル内水分との間に特定の関係がある。そこで、セルの開回路電圧が第１閾値電圧Ｖ１以下の時はセル内が乾燥状態であると診断するとともに、セルの開回路電圧が第２閾値電圧Ｖ２以上の時はセル内が水分過多状態であると診断する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、
前記セルの開回路電圧を検出する電圧検出手段（１７）と、
前記セルの開回路電圧に基づいて前記セルの水分状態を診断する診断手段（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】
第１閾値電圧（Ｖ１）と、この第１閾値電圧（Ｖ１）よりも高い電圧値の第２閾値電圧（Ｖ２）とを設定し、
前記診断手段（５０）は、前記セルの開回路電圧が前記第１閾値電圧（Ｖ１）以下の時は前記セル内が乾燥状態であると診断するとともに、前記セルの開回路電圧が前記第２閾値電圧（Ｖ２）以上の時は前記セル内が水分過多状態であると診断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】
前記セルの開回路電圧を検出する際、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスに背圧をかけない状態で、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスを前記燃料電池（１０）に供給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】
電力を供給可能な電源装置（１２）と、
前記電源装置（１２）および前記燃料電池（１０）から電力を供給されて作動する電動機器（１１、１６）とを備え、
前記セルの開回路電圧を検出する際、前記電源装置（１２）および前記燃料電池（１０）のうち前記電源装置（１２）のみから前記電動機器（１１、１６）に電力を供給す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】
燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）の起動時で且つ前記セル内が乾燥状態であるときは、前記セルの電圧が所定電圧（Ｖ４）以下にならない範囲で前記燃料電池（１０）の負荷を高く制御するとともに、前記セル内の水分が最適状態であるときよりも前記燃料電池（１０）の温度を低く制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
冷却水を循環させて前記燃料電池（１０）の温度を制御する冷却システム（４０〜４４）を備え、
前記冷却水の流量を増やすことにより前記燃料電池（１０）の温度を低く制御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】
前記セルの電圧が所定電圧（Ｖ４）以下にならない範囲で前記燃料電池（１０）の負荷を段階的に増やすことを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池（１０）から電力を供給されて作動する電動機器（１１、１６）を備え、
前記電動機器（１１、１６）が消費する電力量以上の発電量となるように前記燃料電池（１０）の負荷を高く制御することを特徴とする請求項５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】
燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）の起動時で且つ前記セル内が水分過多状態であるときは、前記セル内の水分が最適状態であるときよりも、前記燃料電池（１０）の温度を高く制御するとともに、前記酸化ガスの供給量を多く制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
冷却水を循環させて前記燃料電池（１０）の温度を制御する冷却システム（４０〜４４）を備え、
前記冷却水の流量を減らすことにより前記燃料電池（１０）の温度を高く制御す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギー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器等の移動体に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素と酸素（空気）との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。例えば車両用等の駆動源として考えられている固体高分子型燃料電池では、起動時に燃料電池の温度不足による触媒活性不足、セルの水分不足による抵抗増加、水分過多による反応ガスの拡散阻害などにより出力不足が起きる問題がある。
【０００３】
また、燃料電池を車両用として用いる場合には、あらゆる環境下における始動性が重要となる。このため、燃料電池の水素と酸素の供給マニホールド部分に生成水を蓄え、発電を開始すると生成水を電気で加熱し、高温の水蒸気によりセルの高分子電解質膜を加湿することで出力不足を防止するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１９５２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のシステムでは、セルを加湿することはできるものの、過剰な水分を取り除くことはできないため、水分過多による出力低下を防ぐことはできない。また、セルの加湿および過剰な水分の除去が可能なシステムであっても、セルの水分状態に応じて適切な制御をしなければ、出力低下を防ぐことはできない。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、燃料電池システムにおいて、セルの水分状態を診断可能にすることを目的とする。また、セルの水分状態の診断結果に基づいてセルの水分状態を制御可能にすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、セルの開回路電圧を検出する電圧検出手段（１７）と、開回路電圧に基づいてセルの水分状態を診断する診断手段（５０）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
固体高分子型の燃料電池は、セルの開回路電圧とセル内水分との間に特定の関係があり（図２参照）、請求項１に記載の発明によれば、その関係を利用してセルの水分状態を診断することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、第１閾値電圧（Ｖ１）と、この第１閾値電圧（Ｖ１）よりも高い電圧値の第２閾値電圧（Ｖ２）とを設定し、診断手段（５０）は、セルの開回路電圧が第１閾値電圧（Ｖ１）以下の時はセル内が乾燥状態であると診断するとともに、セルの開回路電圧が第２閾値電圧（Ｖ２）以上の時はセル内が水分過多状態であると診断することを特徴とする。
【０００９】
これによると、セルの開回路電圧とセル内水分との間の特定の関係を利用して、セル内が乾燥状態であるか水分過多状態であるかを正確に診断することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、セルの開回路電圧を検出する際、燃料ガスおよび酸化ガスに背圧をかけない状態で、燃料ガスおよび酸化ガスを燃料電池（１０）に供給することを特徴とする。
【００１１】
これによると、背圧をかけない方がセルの開回路電圧が高くなり、セルの水分状態をより正確に診断することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、電力を供給可能な電源装置（１２）と、電源装置（１２）および燃料電池（１０）から電力を供給されて作動する電動機器（１１、１６）とを備え、セルの開回路電圧を検出する際、電源装置（１２）および燃料電池（１０）のうち電源装置（１２）のみから電動機器（１１、１６）に電力を供給することを特徴とする。
【００１３】
これによると、電動機器を作動させつつ、セルの開回路電圧を検出することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、燃料電池（１０）の起動時で且つセル内が乾燥状態であるときは、セルの電圧が所定電圧（Ｖ４）以下にならない範囲で燃料電池（１０）の負荷を高く制御するとともに、セル内の水分が最適状態であるときよりも燃料電池（１０）の温度を低く制御することを特徴とする。
【００１５】
これによると、負荷を高くすることにより生成水の生成量を増やしてセルを湿潤させることができる。また、燃料電池の温度を低くすることにより、燃料電池から排出される空気の温度も低くなり、低温の空気は高温の空気よりも水分を含みにくいため、燃料電池内の水分を持ち去るのを抑制することができる。したがって、それらが相俟って、乾燥状態での起動時にセル内の水分を速やかに最適状態にすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明の実施に際しては、請求項６に記載の発明のように、冷却水を循環させて燃料電池（１０）の温度を制御する冷却システム（４０〜４４）を備え、冷却水の流量を増やすことにより燃料電池（１０）の温度を低く制御することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明の実施に際しては、請求項７に記載の発明のように、セルの電圧が所定電圧（Ｖ４）以下にならない範囲で燃料電池（１０）の負荷を段階的に増やすことができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、燃料電池（１０）から電力を供給されて作動する電動機器（１１、１６）を備え、電動機器（１１、１６）が消費する電力量以上の発電量となるように燃料電池（１０）の負荷を高く制御することを特徴とする。
【００１９】
これによると、生成水の生成量を一層増やしてセルをより速やかに湿潤させることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを多数のセルにて電気化学反応させて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池（１０）を備える燃料電池システムであって、燃料電池（１０）の起動時で且つセル内が水分過多状態であるときは、セル内の水分が最適状態であるときよりも、燃料電池（１０）の温度を高く制御するとともに、酸化ガスの供給量を多く制御することを特徴とする。
【００２１】
これによると、燃料電池の温度を高くすることにより、燃料電池から排出される空気の温度も高くなり、燃料電池内から持ち去る水分の量を増加することができる。また、酸化ガスの供給量を多くすることにより、燃料電池内の水分の気化を促し、水分を取り除くことができる。したがって、それらが相俟って、水分過多状態での起動時にセル内の水分を速やかに最適状態にすることができる。
【００２２】
さらに、燃料電池の温度を高くすることにより燃料電池の活性化を図ることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明の実施に際しては、請求項１０に記載の発明のように、冷却水を循環させて燃料電池（１０）の温度を制御する冷却システム（４０〜４４）を備え、冷却水の流量を減らすことにより燃料電池（１０）の温度を高く制御することができる。
【００２４】
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】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４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。
【００２６】
図１は、本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、本実施形態の燃料電池システムは、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燃料電池（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０は、車両走行用のモータジェネレータ１１、二次電池１２、補機１６等の電気機器に電力を供給するように構成されている。なお、二次電池１２は本発明の電源装置に相当する。また、モータジェネレータ１１および補機１６は、本発明の電動機器に相当する。
【００２７】
燃料電池１０では、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
本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が複数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。
【００２８】
燃料電池システムには、燃料電池１０の酸素極側に空気（酸化ガス）を供給するための空気供給経路２０ａと、燃料電池１０からの空気を排出するための空気排出経路２０ｂと、燃料電池１０の水素極側に水素（燃料ガス）を供給するための水素供給経路３０ａと、燃料電池１０からの未反応水素ガス等を排出するための水素排出経路３０ｂとが設けられている。
【００２９】
空気供給経路２０ａには、空気圧送用の送風機２１が設けられている。この送風機２１は電動モータ２２によって駆動される。空気排出経路２０ｂには、空気排出経路２０ｂを開閉する空気排出経路開閉弁２３が設けられている。燃料電池１０に空気を供給する際には、空気排出経路開閉弁２３を開弁するとともに、電動モータ２２によって送風機２１を駆動する。
【００３０】
空気供給経路２０ａと空気排出経路２０ｂには、加湿器２４が設けられている。この加湿器２４は、燃料電池１０から排出される湿った排気空気に含まれる水分を用いて送風機２１の吐出後の空気を加湿するものであり、これにより、燃料電池１０内の固体高分子電解質膜を水分を含んだ湿潤状態にして、発電運転時における電気化学反応が良好に行われるようにしている。
【００３１】
水素供給経路３０ａには、水素ガスが充填された水素ボンベ３１、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁３２、および水素供給経路３０ａを開閉する水素供給経路開閉弁３３が設けられている。水素排出経路３０ｂには、水素排出経路３０ｂを開閉する水素排出経路開閉弁３４が設けられている。燃料電池１０に水素を供給する際には、水素供給経路開閉弁３３を開弁するとともに、水素調圧弁３２によって所望の水素圧力に調整する。水素排出経路３０ｂは、運転条件に応じて水素排出経路開閉弁３４によって開閉される。水素排出経路３０ｂは、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）、および酸素極から固体高分子電解質膜を通過して混入した窒素、酸素などを排出する。
【００３２】
燃料電池１０は発電に伴い熱を生じる。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０を冷却して作動温度が電気化学反応に適した温度（８０℃程度、以下制御目標温度ＴＨという）となるようにする冷却システム４０〜４４が設けられている。
【００３３】
冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４１、ウォータポンプ４１を駆動する電動モータ４２、ファン４４を備えたラジエータ４３が設けられている。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４３で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ４１による流量制御、およびファン４４による風量制御で、燃料電池１０の冷却量制御を行うことができる。
【００３４】
燃料電池１０と二次電池１２との間、および二次電池１２とモータジェネレータ１１との間は、双方向に電力を伝達可能なＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して電気的に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、燃料電池１０から二次電池１２、あるいは二次電池１２から燃料電池１０への、電力の流れをコントロールするものである。
【００３５】
燃料電池１０および二次電池１２とモータジェネレータ１１との間にインバータ１４が配置されている。このインバータ１４により、モータジェネレータ１１の機能、すなわち、電動機としての機能と発電機としての機能が切り換えられるようになっている。
【００３６】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とインバータ１４の作動により、例えば、急加速時などに急激に大きな電力が必要になった場合には、燃料電池１０からだけでなく二次電池１２からもモータジェネレータ１１に電力を供給することができる。また、燃料電池１０の発電時に余った電力や、モータジェネレータ１１によって回生された電力を、二次電池１２に蓄えることができる。
【００３７】
補機１６は、送風機２１の電動モータ２２やウォータポンプ４１の電動モータ４２等を含むものであり、インバータ１５を介して二次電池１２と接続されている。
【００３８】
燃料電池システムには、各セルの電圧を検出するセルモニタ１７と、燃料電池１０の温度を検出する温度センサ１８と、燃料電池１０の発電電流を検出する電流検出器１９が設けられている。なお、セルモニタ１７は本発明の電圧検出手段に相当する。
【００３９】
燃料電池システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０には、各種負荷からの要求電力信号、セルモニタ１７からの電圧信号、温度センサ１８からの温度信号、および電流検出器１９からの電流信号が入力される。また、制御部５０は、二次電池１２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、インバータ１４、１５、電動モータ２２、空気排出経路開閉弁２３、水素調圧弁３２、水素供給経路開閉弁３３、水素排出経路開閉弁３４、電動モータ４２、ファン４４等に制御信号を出力するように構成されている。なお、制御部５０は本発明の診断手段に相当する。
【００４０】
図２は、固体高分子型の燃料電池１０におけるセルの開回路電圧（以下、ＯＣＶという）と、セル内水分との関係を示す特性図である。なお、ＯＣＶは、空気排出経路開閉弁２３および水素排出経路開閉弁３４を全開にして、燃料電池１０に供給する空気および水素に背圧をかけない状態にしたときの、セルの電圧である。因みに、背圧をかけない方がセルの開回路電圧が高くなり、セルの水分状態をより正確に診断することができる。
【００４１】
図２に示すように、固体高分子型の燃料電池１０では、セル内水分が増加するのに伴ってＯＣＶが増加し、セル内水分がある程度まで多くなるとＯＣＶは略一定になる特性があり、したがってＯＣＶによりセルの水分状態の判定が可能である。ここで、セル内水分が最適範囲での最低電圧をＶ１、セル内水分が最適範囲での最高電圧をＶ３、閾値の電圧をＶ２とする。なお、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３であり、閾値電圧Ｖ２は最低電圧Ｖ１よりも最高電圧Ｖ３に近い値に設定する。なお、最低電圧Ｖ１は本発明の第１閾値電圧に相当し、閾値電圧Ｖ２は本発明の第２閾値電圧に相当する。
【００４２】
次に、セルの水分状態の診断、およびその診断結果に基づくセル内水分の制御について説明する。図３は燃料電池システムの起動時（発電開始時）の制御を示すフローチャート、図４は燃料電池１０の負荷制御の概念を示す図である。
【００４３】
車両のキースイッチがオンされると、図３に示す制御を開始する。まず、燃料電池１０に供給する空気および水素に背圧をかけない状態で、燃料電池１０に空気および水素を少量流して（ステップ１０１、以下、ステップはＳと略す）、セルのＯＣＶをセルモニタ１７にて検出する。
【００４４】
次いで、セルのＯＣＶに基づいてセルの水分診断を行う（Ｓ１０２）。具体的には、セルのＯＣＶが最低電圧Ｖ１以下（Ｓ１０２がＮＯ）であればセルが乾燥状態であると判断する。そして、乾燥状態であると判断された場合には、Ｓ１０３〜Ｓ１０８の制御を実行し、乾燥状態でないと判断された場合には、Ｓ１０９〜Ｓ１１５の制御を実行する。
【００４５】
Ｓ１０３〜Ｓ１０８では、燃料電池１０を湿潤させる制御を行う。まず、燃料電池１０への空気および水素の供給量を増加して、燃料電池１０の発電を開始する（Ｓ１０３）。このときは、モータジェネレータ１１や補機１６の使用電力に依存せずに発電を行い、燃料電池１０の発電量不足時には二次電池１２より電力を供給し、燃料電池１０の発電量余剰時には二次電池１２に蓄える。
【００４６】
次に、水素は通常時（セル内水分が最適範囲のとき）のストイキ値で、空気は通常時（セル内水分が最適範囲のとき）のストイキ値よりもストイキ値を下げて、燃料電池１０への供給を行う（Ｓ１０４）。このとき、加湿器２４により空気の加湿を行いながら供給を行う。因みに、本明細書でいう水素のストイキ値は、燃料電池１０への水素供給量を実際の水素消費量で除した値であり、空気のストイキ値は、燃料電池１０への空気供給量を実際の空気消費量で除した値である。
【００４７】
このように、空気のストイキ値を下げることにより、燃料電池１０から排出される空気を減らし、その排出空気が燃料電池１０内の水分を持ち去るのを防ぐことができる。したがって、空気を加湿することと相俟って、燃料電池１０を速やかに湿潤させることができる。
【００４８】
次に、ウォータポンプ４１の回転数を上げて冷却水の流量を最大にし、燃料電池１０の温度が低温側設定温度ＴＬ未満になるようにする（Ｓ１０５）。因みに、低温側設定温度ＴＬは制御目標温度ＴＨよりも低い値（例えば４０℃）に設定する。
【００４９】
このように、燃料電池１０の温度を低く制御することにより、燃料電池１０から排出される空気の温度も低くなる。そして、低温の空気は高温の空気よりも水分を含みにくいため、燃料電池１０内の水分を持ち去るのを抑制することができる。
【００５０】
次に、セル電圧が所定電圧Ｖ４以下にならない負荷まで燃料電池１０の発電量（負荷電流）を増やし（Ｓ１０６）、セル電圧が所定電圧Ｖ４以下（Ｓ１０７がＮ０）になったら、Ｓ１０４〜Ｓ１０６を繰り返してセル電圧が回復するまで負荷を保つ。これにより、図４に示すように、段階的に負荷電流を上げていく。そして、負荷電流を上げる事で生成水の生成量を増やしセルを湿潤させる。なお、Ｖ４＜Ｖ１である。
【００５１】
次に、セル電圧が所定電圧Ｖ４を超えると（Ｓ１０７がＹＥＳ）、セルのＯＣＶを検出する間のみモータジェネレータ１１や補機１６への電力供給を二次電池１２に切り替え、このときに検出したセルのＯＣＶに基づいてセルの水分診断を行う（Ｓ１０８）。そして、セルのＯＣＶが最低電圧Ｖ１以下（Ｓ１０８がＮＯ）であればセルがまだ乾燥状態であると判断してＳ１０４に戻り、燃料電池１０を湿潤させる制御を続行する。
【００５２】
一方、セルのＯＣＶが最低電圧Ｖ１を超えていれば（Ｓ１０８がＹＥＳ）セルが乾燥状態でないと判断してＳ１１０に進む。また、Ｓ１０２がＹＥＳの場合も、Ｓ１０９で燃料電池１０の発電を開始した後、Ｓ１１０に進む。
【００５３】
Ｓ１１０〜Ｓ１１５では、燃料電池１０の温度を上げる制御と余分な水分を除く制御を行う。
【００５４】
まず、水素は通常時のストイキ値で、空気は通常時のストイキ値よりもストイキ値を上げて、燃料電池１０への供給を行う（Ｓ１１０）。このとき、加湿器２４による加湿は停止する。このように、空気のストイキ値を上げることにより、燃料電池１０内の水分の気化を促し、水分を取り除くことができる。
【００５５】
次に、ウォータポンプ４１の回転数を下げて冷却水の流量を最小にし、燃料電池１０からの熱の流出を抑えて燃料電池１０の温度を上げる（Ｓ１１１）。このように、燃料電池１０の温度を上げることにより燃料電池１０の活性化を図ることができる。また、燃料電池１０の温度を高く制御することにより、燃料電池１０から排出される空気の温度も高くなるため、燃料電池１０内から持ち去る水分の量が増加して燃料電池１０内の乾燥が図られる。
【００５６】
次に、モータジェネレータ１１や補機１６の電力使用量以上の負荷を燃料電池１０にかけ、余剰電力を二次電池１２に蓄える（Ｓ１１２）。これにより、燃料電池１０の発熱を促す。
【００５７】
次に、温度センサ１８にて計測した燃料電池１０の温度が制御目標温度ＴＨ以上であるか否かを判定する（Ｓ１１３）。そして、燃料電池１０の温度が制御目標温度ＴＨ未満のときは（Ｓ１１３がＮＯ）、Ｓ１１０に戻る。一方、燃料電池１０の温度が制御目標温度ＴＨ以上のときは（Ｓ１１３がＹＥＳ）、冷却水の流量を増加させ燃料電池１０の温度を低下させる（Ｓ１１４）。
【００５８】
次に、セルのＯＣＶを検出する間のみモータジェネレータ１１や補機１６への電力供給を二次電池１２に切り替え、このときに検出したセルのＯＣＶに基づいてセルの水分診断を行う（Ｓ１１５）。そして、セルのＯＣＶが最低電圧Ｖ１以下であればセルが乾燥状態であると判断してＳ１０４に戻り、セルのＯＣＶが閾値電圧Ｖ２以上であればセルが水分過多状態であると判断してＳ１１０に戻る。また、セルのＯＣＶが最低電圧Ｖ１を超え且つ閾値電圧Ｖ２未満であれば、セル内水分が最適範囲であると推定して起動時の制御を終了し、モータジェネレータ１１や補機１６の電力使用量に合わせて燃料電池１０の発電量を制御する通常の制御に移行する。
【００５９】
本実施形態によると、固体高分子型の燃料電池におけるセルの開回路電圧とセル内水分との間の特定の関係を利用することにより、セルの開回路電圧を検出してセルの水分状態を診断することができる。その際、セルの開回路電圧を閾値電圧と比較することにより、セル内が乾燥状態であるか水分過多状態であるかを正確に診断することができる。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、燃料電池システムを燃料電池車両に適用する例を示したが、本発明の燃料電池システムは、燃料電池車両以外にも適用可能であり、例えば家庭用燃料電池システムにも適用することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、Ｓ１０４を実行する際に、燃料電池１０へ供給する空気および水素のうち空気のみを加湿したが、水素のみを加湿してもよいし、或いは空気と水素をともに加湿してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態になる燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】固体高分子型の燃料電池におけるセルの開回路電圧（ＯＣＶ）とセル内水分との関係を示す特性図である。
【図３】図１の燃料電池システムの起動時の制御を示すフローチャートである。
【図４】図１の燃料電池の負荷制御の概念を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…燃料電池、１７…セルモニタ（電圧検出手段）、５０…制御部（診断手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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