(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の抵抗を計測する計測手段と、
計測された前記抵抗に基づいて、前記燃料電池が、該燃料電池が有する複数の領域のうち含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、抵抗に基づく水分量推定とを切り換えて前記燃料電池内の推定水分量を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、前記積算による水分量推定として前記燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで前記推定水分量を算出し、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記抵抗に基づく水分量推定として前記計測手段による計測結果に基づいて前記推定水分量を算出する、
燃料電池内水分量推定システム。
【請求項２】
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記判定に用いられた計測結果と、予め計測された前記所定の湿潤状態における前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項１に記載の燃料電池内水分量推定システム。
【請求項３】
前記燃料電池は、領域として膜電極接合体を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項２に記載の燃料電池内水分量推定システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、領域として膜電極接合体およびガス拡散層を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤
である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項２に記載の燃料電池内水分量推定システム。
【請求項５】
前記燃料電池内の水分量を低減させる水分量低減手段を更に備え、
前記計測手段は、前記水分量低減が実行されている間に該燃料電池の抵抗を計測する、
請求項１から４の何れか１に記載の燃料電池内水分量推定システム。
【請求項６】
前記水分量低減手段は、前記燃料電池の運転終了時に前記水分量低減を行い、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、該判定から該燃料電池の次回起動時までに、前記推定水分量を算出する、
請求項５に記載の燃料電池内水分量推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池内の水分量を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流遮断法を用いて燃料電池内の水分量を測定する技術がある（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、吸気に含まれる水分量と、排気に含まれる水分量と、発電に伴って生成される水分量とを積算によって算出し、算出結果に基づいて吸気を制御する燃料電池システムにおいて、電流遮断法を用いて測定した水分量を用いて、定期的に積算によって算出された水分量を初期化する技術がある（特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６６６０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９２９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、燃料電池の発電効率を向上させる等、燃料電池の制御を行うために必要となる燃料電池内の水分量を推定（測定）することが行われている。ここで、燃料電池内の水分量を推定する方法としては、燃料電池における水分の入出量および発生量を積算する方法が採用されている。しかし、積算による算出は、積算を続けることによって誤差が蓄積するという問題を有する。
【０００５】
そこで、この蓄積する誤差を解消するために、計測された燃料電池の抵抗に基づいて燃料電池内の水分量を算出し、算出された値で、積算された推定水分量を定期的にリセットする方法が採用される。しかし、燃料電池内の水分量と、燃料電池において計測される抵抗とは必ずしも一意に対応しない場合があるため、不正確な水分量が算出され、リセットを行っても誤差の問題を解決できない場合がある。
【０００６】
本発明は、上記した問題に鑑み、燃料電池内の水分量を推定するにあたって、推定水分量の誤差を低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、燃料電池の抵抗から燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、抵抗に基づく水分量推定とを切り換えて推定水分量を算出することで、推定水分量の誤差を低減させることを可能にした。
【０００８】
詳細には、本発明は、燃料電池の抵抗を計測する計測手段と、計測された前記抵抗に基づいて、前記燃料電池が、該燃料電池が有する複数の領域のうち含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記燃料電池内の推定水分量を算出する算出手段とを備え、前記算出手段は、前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、前記燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで前記推定水分量を算出し、前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果に基づいて前記推定水分量を算出する、燃料電池内水分量推定システムである。
【０００９】
ここで、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域とは、一般に、発電への関与が大きい領域である。即ち、発電への関与が大きい領域ほど、含水量に応じた抵抗の変化が大きい。例えば、含水する領域として膜電極接合体、ガス拡散層、および流路を有する燃料電池において、含水量に応じた抵抗の変化が最も大きいのは、膜電極接合体のみが主に水を含む領域である場合である。これに対して、膜電極接合体から水が溢れ、ガス拡散層、続いて流路にも水が多く含まれる状態となると、含水量に応じた抵抗の変化が比較的小さくなるか、または抵抗と含水量との関連性が希薄となる。一般的には、流路まで水が溢れた状態では、発電への関与が大きい膜電極接合体は水浸しであるために、流路における水分量が変化したとしても、抵抗は殆ど変化しない。
【００１０】
このため、本発明に係る燃料電池内水分量推定システムは、燃料電池が、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きいために、抵抗に基づいて正確な水分量を算出可能な状態（所定の湿潤状態）にあるか否かを、交流インピーダンス法や電流遮断法等を用いて計測された抵抗に基づいて判定する。燃料電池が所定の湿潤状態にあると判定された場合、算出手段は、計測結果（抵抗）に基づいて推定水分量を算出する。
【００１１】
対して、所定の湿潤状態にない場合、含水量に応じた抵抗の変化が比較的小さいか、または抵抗と含水量との関連性が希薄であるため、抵抗に基づいて正確な水分量を算出することが出来ない。このため、燃料電池が所定の湿潤状態にないと判定された場合、算出手段は、燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで推定水分量を算出する。
【００１２】
なお、判定手段は、計測された抵抗に基づいて、予め求められた燃料電池の抵抗と湿潤領域との関係を参照することで、燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定する。例えば、計測された抵抗と、予め用意された閾値とを比較することで、燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定することが可能である。
【００１３】
また、本発明において、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記判定に用いられた計測結果と、予め計測された前記所定の湿潤状態における前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。
【００１４】
例えば、抵抗と水分量との関係を示すマップや関係式等を参照することで、計測されて判定に用いられた抵抗に応じた水分量を算出することが出来る。
【００１５】
前記燃料電池は、領域として膜電極接合体を有し、前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。
【００１６】
膜電極接合体は、発電への関与が大きく、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい。このため、膜電極接合体のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、所定の湿潤状態にある場合には、膜電極接合体における水分量と抵抗の関係に基づいて、計測された抵抗から正確な水分量を算出することが可能である。
【００１７】
また、本発明において、前記燃料電池は、領域として膜電極接合体およびガス拡散層を有し、前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分
量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。
【００１８】
また、本発明に係るシステムは、前記燃料電池内の水分量を低減させる水分量低減手段を更に備え、前記計測手段は、前記水分量低減が実行されている間に該燃料電池の抵抗を計測してもよい。
【００１９】
掃気処理等を行うことによって燃料電池内の水分量を積極的に低減させ、所定の湿潤状態に達したところで計測手段による計測結果に基づいて推定水分量を算出することで、推定水分量のリセットを行うことが可能である。
【００２０】
また、本発明において、前記水分量低減手段は、前記燃料電池の運転終了時に前記水分量低減を行い、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、該判定から該燃料電池の次回起動時までに、前記推定水分量を算出してもよい。
【００２１】
燃料電池の運転終了時に水分量低減を行い、次回起動時までにリセットを行うことで、次回起動時に、誤差の少ない推定水分量に基づいて、燃料電池の制御を行うことが可能となる。なお、終了時以外にも、定期的に水分量低減を行い、推定水分量をリセットすることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によって、燃料電池内の水分量を推定するにあたって、推定水分量の誤差を低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る燃料電池内水分量推定システムを備える燃料電池システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態における燃料電池システムの構成の概略を示した図である。燃料電池システムは、燃料電池１０と、燃料ガスを貯蔵するガスタンク２１と、燃料ガス通路２２と、循環通路２５と、燃料オフガス通路３０と、空気ブロワ５１と、酸化ガス通路５２と、酸化オフガス通路５３と、計測装置６０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）９０と、を備える。燃料電池システムは、ガスタンク２１より燃料ガス通路２２を通って供給される燃料ガスと、空気ブロワ５１より酸化ガス通路５２を通って供給される酸化ガスと、による電気化学反応を燃料電池１０内で進行させることで、発電を行う。
【００２５】
燃料ガス通路２２には、減圧弁２３及び流量制御弁２４が設けられている。ガスタンク２１から燃料電池１０に供給される燃料ガスは、減圧弁２３によって所定の圧力に減圧され、流量制御弁２４によって流量を調整されて、燃料ガス通路２２を通って燃料電池１０に供給される。燃料電池１０内を通過した燃料ガスは、循環通路２５へ排出される。
【００２６】
循環通路２５には、循環ポンプ２６が設けられている。循環ポンプ２６によって、燃料電池１０から排出された燃料ガスを燃料ガス通路２２に戻し、燃料電池１０に単位時間当たりに供給される水素ガス流量を増やすことが可能となる。
【００２７】
燃料オフガス通路３０には、パージ弁３１が設けられている。燃料ガスは、循環によってガス内の水素ガス濃度が低下するため、パージ弁３１を制御することによって、水素ガス濃度の低い燃料オフガスを循環通路２５から燃料オフガス通路３０に排出し、流量制御弁２４を制御することによって、ガスタンク２１から水素ガス濃度の高い燃料ガスを供給する。
【００２８】
計測装置６０は、燃料電池１０のインピーダンスを計測する。計測装置６０は、本発明の計測手段に相当する。計測手段によって計測されたインピーダンスは、ＥＣＵ９０へ送られる。
【００２９】
ＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、燃料電池システム全体の各要素を制御する。パージ弁３１、減圧弁２３、および流量制御弁２４は、ＥＣＵ９０によって開閉制御される。これらの制御は、燃料電池内の推定水分量を含む燃料電池の状態に基づいて、燃料電池の発電効率が最適となるように調整される。
【００３０】
ＥＣＵ９０は、計測装置６０によって計測されたインピーダンスに基づいて、燃料電池１０が、後述する所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定の結果に従って、水分量の収支を積算する方法、またはインピーダンスに基づいて算出する方法の何れかの方法を用いて、燃料電池１０内の水分量の推定値である推定水分量を算出する。即ち、ＥＣＵ９０は、本発明の判定手段に相当する判定部９１、および本発明の算出手段に相当する算出部９２、として機能する。
【００３１】
図２は、本実施形態における燃料電池１０を構成するセルの概略断面図である。燃料電池１０は、セルが１つまたは複数積層されることで構成され、酸化ガス流路１６を内面に有するカソード側セパレータ１１、カソード側ガス拡散層１２、膜電極接合体１３、アノード側ガス拡散層１４、燃料ガス流路１７を内面に有するアノード側セパレータ１５が順に積層されてなり、供給される反応ガスによる電気化学反応を膜電極接合体１３において進行させることで、発電を行う。反応ガスは、図示しない燃料タンクより供給される燃料ガスおよび外気より取得されて供給される酸化ガスである。酸化ガスはカソード側ガス拡散層１２に供給され、燃料ガスはアノード側ガス拡散層１４に供給される。
【００３２】
次に、燃料電池１０内における、湿潤である領域とインピーダンスとの関係について説明する。図３は、本実施形態に係る燃料電池１０全体における水分量とインピーダンスとの関係を示すグラフである。グラフは、横軸に燃料電池１０全体における水分量ＱFCを示し、縦軸に、水分量ＱFCに対応するインピーダンスＲFCを示す。
【００３３】
グラフ中の、符号Ａが示す範囲（以下、「範囲Ａ」と称する。）は、主に水を含む領域が膜電極接合体１３のみである場合に相当する範囲である。即ち、範囲Ａは、実際に発電が行われている膜電極接合体１３における水分量の変化を示す範囲であり、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が大きい。
【００３４】
また、符号Ｂが示す範囲（範囲Ｂ）は、主に水を含む範囲が膜電極接合体１３およびガス拡散層１２、１４である場合に相当する範囲である。即ち、範囲Ｂは、既に膜電極接合体１３から水分が溢れて含水領域がガス拡散層１２、１４まで広がっている状態における水分量の変化を示す範囲であり、範囲Ａに比して、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が小さい。
【００３５】
符号Ｃが示す範囲（範囲Ｃ）は、主に水を含む範囲が膜電極接合体１３、ガス拡散層１２、１４および流路１６、１７である場合に相当する範囲である。即ち、範囲Ｃは、ガス拡散層１２、１４からも水分が溢れ、含水領域が流路１６、１７まで達している状態における水分量の変化を示す範囲である。この場合、インピーダンスに直接関連する膜電極接合体１３およびガス拡散層１２、１４は水浸しの状態であるため、全体の水分量が変化しても、インピーダンスの変化は殆ど見られない。
【００３６】
ここで、図２および図３を参照して、ＥＣＵ９０による湿潤状態の判定処理および推定
水分量の算出処理について説明する。はじめに、ＥＣＵ９０は、計測されたインピーダンスと、ＲFC1（図３を参照）とを比較する。計測されたインピーダンスがＲFC1より大である場合、図３のグラフによって示されるインピーダンスと水分量との関係の通り（図３の範囲Ａを参照）、水分量はＱFC1より小である。このことは、インピーダンスが計測され
た時点において、主に水を含む範囲が膜電極接合体１３のみであることを意味する。
【００３７】
つまり、ＥＣＵ９０は、計測されたインピーダンスと、ＲFC1とを比較することで、燃
料電池１０における主に水を含む範囲が何れの領域まで達しているかを判断することが出来る。本実施形態においては、主に水を含む領域が膜電極接合体１３のみである状態（範囲Ａ）を、「所定の湿潤状態」とする。
【００３８】
先述の通り、主に水を含む領域が膜電極接合体１３のみである場合、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が大きい。このため、燃料電池１０が所定の湿潤状態にあると判定された場合、ＥＣＵ９０は、計測されたインピーダンスと、予め計測された所定の湿潤状態における燃料電池１０内の水分量との関係に基づいて推定水分量を算出することで、正確な推定水分量を得ることが出来る。より具体的には、所定の湿潤状態におけるインピーダンスと水分量との関係を有するマップ（図３の範囲Ａにおけるインピーダンスと水分量との関係を示したもの）を参照する方法や、所定の湿潤状態におけるインピーダンスと水分量との関係を表す関係式を用いる方法、インピーダンスに対応する水分量をＱFC1等の固定値とする方法、等の方法を用いて、推定水分量が算出される。
【００３９】
計測されたインピーダンスがＲFC1以下である場合、即ち、主に水を含む領域が膜電極
接合体１３以外にも存在する場合、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が小さい（図３の範囲ＢおよびＣを参照）。このため、燃料電池１０が所定の湿潤状態にないと判定された場合、ＥＣＵ９０は、燃料電池１０における水分の入出量および発生量を積算することで、推定水分量を算出する。燃料電池１０内の水分量は、主に、酸化ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分と、酸化オフガスと共に排出される水分と、燃料ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分と、燃料オフガスと共に排出される水分と、発電に伴って生成される水分と、によって増減する。このため、ＥＣＵ９０は、単位時間当りの、酸化ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分量ｑAirIn、酸化オフガスと
共に排出される水分量ｑAirOut、燃料ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分量ｑH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量ｑH2Out、および発電に伴って生成される水
分量ｑGenを夫々算出し、これらを合計することで単位時間当りの水分量の収支を算出す
る。そして、ＥＣＵ９０は、単位時間当りの水分量の収支を時間の経過に従って積算することで、燃料電池１０内の推定水分量ＱFCを算出する。
【００４０】
ここで、単位時間当たりに取り込まれる水分量、および排出される水分量を取得する方法には、実施の形態に適した方法が採用されることが好ましい。例えば、ガスの経路に図示しない流量測定装置、温度測定装置および湿度測定装置を設け、取り込まれる反応ガスおよび排出されるオフガスの流量、温度、および湿度を計測し、ＥＣＵ９０がこれらの計測結果に基づいて単位時間当たりの水分量を算出する方法がある。
【００４１】
また、上記方法の他にも、取り込まれる酸化ガスに含まれる水分量ｑAirInを固定値（
例えば、０）とする方法や、排出される酸化オフガスに含まれる水分量ｑAirOutを飽和水蒸気量とする方法、燃料電池１０の運転状態から、予め用意されたマップを用いて算出する方法、加湿モジュールがある場合に、予め用意された水交換率マップを用いて算出する方法、等がある。なお、単位時間当たりの水分量の単位としては、例えばグラム／秒が用いられる。
【００４２】
単位時間当りの、発電に伴って生成される水分量ｑGenを取得する方法としては、酸化
ガスおよび燃料ガスの供給量を含む燃料電池１０の運転状態に基づいて、予め用意された生成水分量のマップを用いて算出する方法等がある。但し、生成水分量を取得する方法は、上記方法に限定されず、実施の形態に適した方法が採用されることが好ましい。
【００４３】
ＥＣＵ９０は、このようにして取得された、酸化ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分量ｑAirIn、酸化オフガスと共に排出される水分量ｑAirOut、燃料ガスと共に燃
料電池１０内に取り込まれる水分量ｑH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量ｑH2Out、および発電に伴って生成される水分量ｑGenを、時間の経過に従って積算し（例えば、以下の式を参照）、推定水分量を算出する。
ＱFC＝∫（ｑGen＋ｑAirIn＋ｑH2In−ｑAirOut−ｑH2Out）ｄｔ
【００４４】
次に、本実施形態における処理の流れを説明する。図４は、本実施形態における燃料電池内水分量推定処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、燃料電池１０の運転開始とともに開始され、その後、燃料電池１０が運転を終了するまで繰り返し実行される。
【００４５】
ステップＳ１０１では、インピーダンスが計測される。計測装置６０は、交流インピーダンス法を用いて発電中の燃料電池１０のインピーダンスを計測し、計測結果をＥＣＵ９０へ出力する。その後、処理はステップＳ１０２へ進む。
【００４６】
ステップＳ１０２では、燃料電池１０が所定の湿潤状態にあるか否かが判定される。ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０１で計測されたインピーダンスを受け取り、このインピーダンスを、ＲFC1（図３を参照）と比較することで、燃料電池１０が所定の湿潤状態にある
か否かを判定する。本実施形態において、ＥＣＵ９０は、計測されたインピーダンスがＲFC1より大である場合に、燃料電池１０が所定の湿潤状態にあると判定する。燃料電池１
０が所定の湿潤状態にあると判定された場合、処理はステップＳ１０３へ進む。ＥＣＵ９０は、計測されたインピーダンスがＲFC1以下である場合、燃料電池１０が所定の湿潤状
態ではないと判定する。燃料電池１０が所定の湿潤状態にないと判定された場合、処理はステップＳ１０４へ進む。
【００４７】
ステップＳ１０３では、計測されたインピーダンスに基づいて、推定水分量が算出される。ＥＣＵ９０は、図示しない記憶装置に記憶された、予め用意されたマップを参照することで、ステップＳ１０１で計測されたインピーダンスに対応する推定水分量を算出する。ここで用いられるマップは、図３に示すグラフのうち範囲Ａにおけるインピーダンスと水分量との対応関係を有するマップである。なお、本実施形態では、マップを用いて算出することとしたが、先述の通り、マップを参照する以外の算出方法が採用されてもよい。例えば、対応関係を示す関係式（近似直線等）を用いる方法や、固定値（例えばＱFC1）
に決定される方法が採用されてもよい。その後、処理はステップＳ１０１へ進む。
【００４８】
ステップＳ１０４では、積算によって、推定水分量が算出される。ＥＣＵ９０は、単位時間当りの水分量の収支を積算することで、推定水分量を算出する。ＥＣＵ９０は、単位時間当りの、酸化ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分量、酸化オフガスと共に排出される水分量、燃料ガスと共に燃料電池１０内に取り込まれる水分量、燃料オフガスと共に排出される水分量、および発電に伴って生成される水分量を夫々算出し、これらを合計することで単位時間当りの水分量の収支を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、単位時間当りの水分量の収支を積算することで、燃料電池１０内の推定水分量を算出する。その後、処理はステップＳ１０１へ進む。
【００４９】
即ち、本実施形態に拠れば、インピーダンスから燃料電池１０が所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、インピーダンスに
基づく水分量推定とを切り換えて推定水分量を算出することで、推定水分量の誤差を低減させることが出来る。また、誤差の少ない推定水分量が得られるため、推定水分量に基づいて、より効果的に燃料電池を制御することが可能となる。
【００５０】
上述の実施形態では、膜電極接合体１３のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、計測されたインピーダンスがＲFC1より大である場合に、燃料電池が所定の湿潤状
態にあると判断したが、膜電極接合体１３およびガス拡散層１２、１４のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、計測されたインピーダンスがＲFC2より大である場合
に、燃料電池が所定の湿潤状態にあると判断してもよい。
【００５１】
なお、ＲFC2を基準として湿潤状態を判定する場合、インピーダンスに基づく推定水分
量の算出には、図３の範囲Ａおよび範囲Ｂにおけるインピーダンスと水分量との関係を示すマップ、関係式、または固定値等が用いられる。
【００５２】
また、燃料電池１０の運転終了前に掃気を行うことで燃料電池１０内の水分量を低減させ、燃料電池１０が所定の湿潤状態に達したところで上記計測インピーダンスに基づいて推定水分量を算出することで、推定水分量のリセットを行うこととしてもよい。この場合、ＥＣＵ９０は、掃気中に計測装置６０による計測結果を監視し、インピーダンスがＲFC1を超えた、即ち、主に水を含む領域が膜電極接合体１３のみとなったことを検出し、推
定水分量を、計測インピーダンスに基づいて算出された値でリセットする。計測インピーダンスに基づく推定水分量の算出には、上述の実施形態と同様に、マップ参照方式、関係式による方式、固定値方式等、実施の形態に適した方式が採用されてよい。なお、リセットが行われるタイミングは、燃料電池１０の運転終了前であってもよいし、次回起動時であってもよい。
【００５３】
終了時掃気としては、氷点下起動のために燃料電池１０内の水分量を低減させる終了時掃気や、通常の終了時に行われる終了時掃気等がある。氷点下起動のための終了時掃気では、燃料電池１０内の水分の凍結を防止するために、所定の湿潤状態の判断のための閾値をＲFC1とすることが好ましいが、通常の終了時に行われる終了時掃気では、所定の湿潤
状態の判断のための閾値をＲFC2としてもよい。
【００５４】
このように、運転終了前に掃気を行うことで、次回の運転開始時に、より正確な推定水分量に基づいて燃料電池の運転を制御することが可能となる。なお、運転終了時とは別に、定期的に掃気を行うことで、定期的に推定水分量をリセットすることとしてもよい。
【００５５】
また、燃料電池１０が発電を行っていない状態等、インピーダンスの計測ができない状態においても、所定の（例えば、一定時間の）掃気を行うことで、燃料電池が所定の湿潤状態となったとみなして、推定水分量のリセットを行うことが出来る。このようにすることで、インピーダンスの計測が出来ない状況下においても、推定水分量のリセットを行い、誤差を解消することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態における燃料電池システムの構成の概略を示した図である。
【図２】実施形態における燃料電池を構成するセルの概略断面図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池全体における水分量とインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図４】実施形態における燃料電池内水分量推定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１０  燃料電池
１１  カソード側セパレータ
１２  カソード側ガス拡散層
１３  膜電極接合体
１４  アノード側ガス拡散層
１５  アノード側セパレータ
１６  酸化ガス流路
１７  燃料ガス流路
２１  ガスタンク
５１  空気ブロワ
６０  計測装置
９０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
９１  判定部
９２  算出部
【図１】
0005151275.tif 000002
【図２】
0005151275.tif 000003
【図３】
0005151275.tif 000004
【図４】
0005151275.tif 000005