(57)【要約】【課題】要求出力に適切に対応できる燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池１０と、燃料電池１０への要求出力を算出する要求出力算出手段と、燃料電池１０の出力を制御する出力制御手段と、燃料電池１０の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、燃料電池１０の湿潤度を推定する湿潤度推定手段と、を備え、前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって燃料電池１０の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記出力制御手段は、燃料電池１０を発電させるために必要な冷媒ポンプ４１に供給する電力を低減し、燃料電池１０の走行モータ５５に供給する電力を増加させる。【選択図】図１
2013239351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池への要求出力を算出する要求出力算出手段と、
前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段と、
前記燃料電池の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、前記燃料電池の湿潤度を推定する湿潤度推定手段と、
を備える燃料電池システムであって、
前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、
前記出力制御手段は、
前記燃料電池を発電させるために必要な補機に供給する電力を低減し、前記燃料電池の外部負荷に供給する電力を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
カソードガスの圧力を調整する圧力調整手段を備え、
前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって、前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、
前記圧力調整手段が、カソードガス流路に流入するカソードガスの圧力を増加させる
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】
前記カソード流路に接続されるカソードガス供給流路に設けられ、カソードガスを加湿する加湿器と、
前記カソード供給流路に供給されるカソードガスが、前記加湿器をバイパスして前記カソード流路に流入するように設けられるバイパス流路と、
前記バイパス流路を通流するカソードガスの流量を調整するバイパス流量調整手段と、
を備え、
前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって、前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、
前記バイパス流量調整手段が、前記バイパス流路を通流するカソードガスの流量を低減する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記湿潤度推定手段は、
前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電流が所定値未満である状態が、所定時間を超えて継続した場合、
又は、
前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電流が所定値未満であると共に、前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電力の積算量が所定量を超えた場合、
前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池への要求出力を算出する要求出力算出ステップと、
前記燃料電池の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、前記燃料電池の湿潤度を推定する湿潤度推定ステップと、
前記要求出力算出ステップにおいて算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定ステップにおいて前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記燃料電池を発電させるために必要な補機に供給する電力を低減し、前記燃料電池の外部負荷に供給する電力を増加させる出力制御ステップと、を含む
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車などに使用される燃料電池には、アノードガス（水素）が供給されるアノード流路と、カソードガス（酸素を含む空気）が供給されるカソード流路と、が設けられている。そして、アノード側で生成される水素イオン（プロトン）を、固体高分子膜（電解質膜）を介してカソード側まで移動させ、カソードガスに含まれる酸素と電極反応させることによって、走行モータなどの負荷に電力を供給している。
【０００３】
ところで、アノード側からカソード側に向けて水素イオンをスムーズに移動させるためには、前記した固体高分子膜が適量の水を含有している必要がある。つまり、燃料電池から所望の電流を取り出すために、固体高分子膜を適度な湿潤状態にする必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、燃料電池のインピーダンスを測定し、このインピーダンスに基づいて燃料電池の湿潤状態（つまり、含水量）を推定することが記載されている。また、燃料電池車の走行速度が所定値以上である場合、乾燥運転から湿潤運転に切り替えて、燃料電池の固体高分子膜を湿潤することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３５３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、燃料電池のインピーダンスを測定できない場合や、インピーダンスの測定間隔が所定値以上である場合、湿潤運転を禁止して乾燥運転（つまり、通常運転）を行う。なお、燃料電池のインピーダンスを測定できない場合とは、例えば、燃料電池システムの制御系に、インピーダンス測定のための正弦波信号を重畳できない場合である。
【０００７】
このような状況において、例えば、燃料電池車を急加速させようとしても（つまり、燃料電池への要求出力が急増しても）、前記した固体高分子膜の含水量が足らず、要求出力に対して即座に応じることができない可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、要求出力に適切に対応できる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池への要求出力を算出する要求出力算出手段と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段と、前記燃料電池の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、前記燃料電池の湿潤度を推定する湿潤度推定手段と、を備える燃料電池システムであって、前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記出力制御手段は、前記燃料電池を発電させるために必要な補機に供給する電力を低減し、前記燃料電池の外部負荷に供給する電力を増加させることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり（つまり、燃料電池への要求出力が急増し）、湿潤度推定手段によって燃料電池の湿潤度が所定値未満である（つまり、燃料電池が乾燥状態である）と推定された場合、出力制御手段は、次のような制御を実行する。すなわち、出力制御手段は、燃料電池から補機に供給する電力を低減し、前記燃料電池から外部負荷に供給される電力を増加させる。
これによって、燃料電池が乾燥状態であるため、通常の制御では要求負荷に応えることができない場合であっても、補機に供給する電力を低減し、当該低減したぶんで外部負荷への供給電力を補うことで、要求出力に対応する出力電力を外部負荷に供給することができる。
【００１１】
また、前記燃料電池システムにおいて、カソードガスの圧力を調整する圧力調整手段を備え、前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって、前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記圧力調整手段が、カソードガス流路に流入するカソードガスの圧力を増加させることが好ましい。
【００１２】
かかる構成によれば、要求出力が急増した時点において燃料電池が乾燥状態であっても、圧力調整手段がカソードガスの圧力を増加させることによって、燃料電池内での水蒸気が凝縮しやすくなる。これによって燃料電池が短時間で加湿され、電流が効率的に生成できるため、要求出力に適切に対応することができる。
【００１３】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記カソード流路に接続されるカソードガス供給流路に設けられ、カソードガスを加湿する加湿器と、前記カソード供給流路に供給されるカソードガスが、前記加湿器をバイパスして前記カソード流路に流入するように設けられるバイパス流路と、前記バイパス流路を通流するカソードガスの流量を調整するバイパス流量調整手段と、を備え、前記要求出力算出手段によって算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定手段によって、前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記バイパス流量調整手段が、前記バイパス流路を通流するカソードガスの流量を低減することが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、要求出力が急増した時点において燃料電池が乾燥状態であった場合、バイパス流量調整手段が、バイパス流路を通流するカソードガスの流量を低減する。これによって、カソードガス供給流路に供給されるカソードガスのうち、加湿器を介してカソード流路に流入するものの比率が高くなる。したがって、加湿されたカソードガスがカソード流路に流入し、短時間で燃料電池を高湿潤の状態にすることができる。
【００１５】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記湿潤度推定手段は、前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電流が所定値未満である状態が、所定時間を超えて継続した場合、又は、前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電流が所定値未満であると共に、前記要求出力に応じた前記燃料電池の出力電力の積算量が所定量を超えた場合、前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定することが好ましい。
【００１６】
かかる構成によれば、要求出力に応じた燃料電池の出力電流が所定値未満である（つまり、燃料電池で生成される水の量が少ない）状態が所定時間を超えて継続した場合、湿潤度推定手段は、燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定する。
また、要求出力に応じた燃料電池の出力電流が所定値未満であると共に、この要求出力に応じた出力電力の積算量が所定量を超えた場合、湿潤度推定手段は、燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定する。
したがって、燃料電池の湿潤度を適切に推定することができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、アノード流路にアノードガスが供給され、カソード流路にカソードガスが供給されて発電する燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池への要求出力を算出する要求出力算出ステップと、前記燃料電池の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、前記燃料電池の湿潤度を推定する湿潤度推定ステップと、前記要求出力算出ステップにおいて算出される要求出力の増加が所定値以上であり、かつ、前記湿潤度推定ステップにおいて前記燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、前記燃料電池を発電させるために必要な補機に供給する電力を低減し、前記燃料電池の外部負荷に供給する電力を増加させる出力制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、要求出力算出ステップにおいて算出される要求出力の増加が所定値以上であり、湿潤度推定ステップにおいて燃料電池の湿潤度が所定値未満であると推定された場合、出力制御ステップにおいて燃料電池から補機に供給する電力を低減し、燃料電池から外部負荷に供給される電力を増加させる。これによって、燃料電池が乾燥状態であるため、通常の制御では要求負荷に応えることができない場合であっても、補機に供給する電力を低減し、当該低減したぶんで外部負荷への供給電力を補うことで、要求出力に対応する出力電力を外部負荷に供給することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、要求出力に適切に対応できる燃料電池システム及びその運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】（ａ）は燃料電池の膜含水量と、高出力要請時における燃料電池の出力との関係を示すグラフであり、（ｂ）は燃料電池の膜抵抗値と、膜含水量との関係を示すグラフである。
【図３】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は要求出力の推移であり、（ｂ）は水素圧の推移であり、（ｃ）はエア圧の推移であり、（ｄ）は燃料電池の出力電力の推移であり、（ｅ）は燃料電池の出力電流の推移であり、（ｆ）は発電レート積算値の推移である。
【図４】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は低負荷連続運転実績フラグの推移であり、（ｂ）は高出力準備完了フラグの推移であり、（ｃ）は加湿器バイパス弁の開度の推移であり、（ｄ）は冷媒ポンプの回転速度の推移であり、（ｅ）はコンプレッサの回転速度の推移である。
【図５】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は冷媒温度の推移であり、（ｂ）は水素ポンプの回転速度の推移であり、（ｄ）はエアポンプの回転速度の推移であり、（ｅ）は燃料電池の湿潤度の推移であり、（ｆ）はバッテリのＳＯＣの推移である。
【図６】燃料電池システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】燃料電池システムにおける乾燥モードでの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】燃料電池システムにおける高出力準備処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】燃料電池システムにおける高出力準備処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は、燃料電池システムにおける加湿モード１の処理の流れを示すフローチャートであり、（ｂ）は、燃料電池システムにおけう加湿モード２の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】燃料電池システムにおける代替加湿モードの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は水素圧の推移であり、（ｂ）はエア圧の推移であり、（ｃ）は燃料電池の出力電力の推移であり、（ｄ）は燃料電池の出力電流の推移であり、（ｅ）は発電レート積算値の推移である。
【図１３】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は目標水素圧との差の推移であり、（ｂ）は高負荷発電時間カウンタの推移であり、（ｃ）は加湿器バイパス弁の開度の推移であり、（ｄ）は低負荷連続運転実績フラグの推移であり、（ｅ）は高負荷発電実績フラグの推移である。
【図１４】燃料電池システムにおけるタイムチャートであり、（ａ）は冷媒温度の推移であり、（ｂ）は燃料電池の湿潤度の推移であり、（ｃ）は冷媒ポンプの回転速度の推移であり、（ｄ）はコンプレッサの回転速度の推移である。
【図１５】燃料電池システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】燃料電池システムにおける加速判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】燃料電池システムにおける加速制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】燃料電池システムにおける加速制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】燃料電池システムにおける急加速運転制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２０】燃料電池システムにおける加速運転制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】（ａ）はエアポンプの消費電力と、燃料電池への供給エア流量との関係を示すグラフであり、（ｂ）はエアポンプの消費電力と、燃料電池の安定発電度との関係を示すグラフである。
【図２２】高出力要求があった場合における燃料電池の出力の時間的変化を示すグラフである。
【図２３】（ａ）は燃料電池の劣化度合いと、インピーダンス及び劣化補正係数との関係を示すグラフであり、（ｂ）は燃料電池の劣化度合いと湿潤度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示すように、燃料電池システム１は、例えば、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対してアノードガス（水素）を供給するアノード系２０と、燃料電池１０のカソードに対してカソードガス（酸素を含む空気）を供給するカソード系３０と、燃料電池１０を経由するように冷媒を循環させて燃料電池１０を適温に保つ冷媒系４０と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系５０と、これらを制御するＥＣＵ６０と、を備えている。
【００２３】
＜燃料電池＞
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、図示しない膜／電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セル（図示せず）を複数積層して構成されている。
燃料電池１０の各セパレータには、各膜／電極接合体の全面に水素又は酸素を供給するための溝及び貫通孔が形成されており、これらの溝及び貫通孔がアノード流路１１、カソード流路１２として機能している。また、セパレータには、燃料電池１０を冷却するための冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）が通流する冷媒流路１３が形成されている。
【００２４】
燃料電池１０では、アノード流路１１を介してアノードガス(水素)が供給されると、（式１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介してカソードガス(酸素を含む空気)が供給されると、（式２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）が発生する。
【００２５】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−・・・（式１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ・・・（式２）
【００２６】
＜アノード系＞
アノード系２０は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、減圧弁２３と、エゼクタ２４と、水素圧センサ２５と、気液分離器２６と、水素ポンプ２７と、ドレン弁２８と、パージ弁２９と、を備えている。
【００２７】
水素タンク２１は、配管ａ１を介して遮断弁２２に接続され、高純度の水素が高圧で圧縮充填されている。
遮断弁２２は、配管ａ２を介して減圧弁２３に接続され、ＥＣＵ６０からの指令によって開かれると、水素タンク２１からの水素がアノード供給流路を介して燃料電池１０のアノード流路１１に供給されるようになっている。
なお、「アノード供給流路」は、配管ａ１、遮断弁２２、配管ａ２、減圧弁２３、配管ａ３、エゼクタ２４、及び配管ａ４を含んで構成されている。
【００２８】
減圧弁２３は、配管ａ３を介してエゼクタ２４に接続され、配管ａ２を介して供給されるアノードガス（水素）の圧力を、カソード流路１２を通流するカソードガス（空気）の圧力に応じて調整するものである。
エゼクタ２４は、配管ａ３を介してアノード流路１１の入口に接続され、水素タンク２１から供給される水素をノズル（図示せず）から噴射することによって、ノズルの周囲に負圧を発生させるものである。これによって、アノード流路１１の出口から排出されるアノードオフガス（未反応の水素を含む）が、配管ａ５，配管ａ６を介して吸引される。
水素圧センサ２５は、配管ａ４を通流する水素の圧力を検出し、ＥＣＵ６０に出力する機能を有している。なお、図１では、水素圧センサ２５を含むセンサ類からＥＣＵ６０に出力される検出信号の図示を省略している。
【００２９】
気液分離器２６は、配管ａ５を介してアノード流路１１の出口に接続され、アノード流路１１から排出されるアノードオフガスに含まれる水分を分離して一時的に貯留するものである。
水素ポンプ２７（アノード循環ポンプ）は、配管ａ６から分岐した配管ａ７に吸入側が接続され、配管ａ４から分岐した配管ａ８に吐出側が接続されている。そして、ＥＣＵ６０からの指令に従って水素ポンプ２７が駆動すると、配管ａ８，ａ４、アノード流路１１、配管ａ５、気液分離器２６、及び配管ａ７を含む「アノード循環流路」において、アノードオフガスを循環させるようになっている。
【００３０】
ドレン弁２８は、配管ａ９を介して気液分離器２６の下部に接続され、配管ａ１０を介して希釈器３７に接続されている。ドレン弁２８は、ＥＣＵ６０からの指令に従って開弁することにより、気液分離器２６に貯留された水を希釈器３７に排出する機能を有している。
パージ弁２９は、配管ａ６から分岐した配管ａ１１に接続され、配管ａ１２を介して希釈器３７に接続されている。パージ弁２９は、ＥＣＵ６０からの指令に従って開弁することにより、配管ａ４、アノード流路１１、配管ａ５，ａ６を含む循環流路に蓄積した不純物（窒素、水分など）を希釈器３７に排出する機能を有している。
【００３１】
＜カソード系＞
カソード系３０は、コンプレッサ３１と、インタークーラ３２と、加湿器３３と、加湿器バイパス弁３４と、エア圧センサ３５と、エアポンプ３６と、希釈器３７と、を備えている。
【００３２】
コンプレッサ３１（圧力調整手段）は、配管ｂ１を介してインタークーラ３２に接続され、ＥＣＵ６０からの指令に従って内部の羽根車（図示せず）を回転させることにより、車外から空気（カソードガス）を吸引・圧縮し、カソード供給流路を介して燃料電池１０のカソード流路１２に供給するものである。
なお、「カソードガス供給流路」は、配管ｂ１、インタークーラ３２、配管ｂ２、加湿器３３、及び配管ｂ３を含んで構成されている。また、加湿器バイパス弁３４が開いている場合、「カソードガス供給流路」は、配管ｂ４、加湿器バイパス弁３４、及び配管ｂ５をさらに含んで構成される。
【００３３】
インタークーラ３２は、配管ｂ２を介して加湿器３３に接続され、配管ｂ１を介してコンプレッサ３１から供給される高温の空気を冷却し、適温にする熱交換器である。
加湿器３３は、配管ｂ３を介してカソード流路１２の入口に接続され、配管ｂ２を介して流入する低湿潤のカソードガス（空気）と、配管ｂ６を介して流入する高湿潤のカソードオフガスとの間で、中空糸膜（図示せず）を介して水分交換を行い、カソード流路１２に向かうカソードガスを加湿するものである。
【００３４】
加湿器バイパス弁３４（バイパス流量調整手段）は、配管ｂ２から分岐する配管ｂ４に接続されると共に、配管ｂ３から分岐する配管ｂ５に接続される二方弁である。つまり、加湿器３３は、カソード供給流路に供給されるカソードガスが、加湿器３３をバイパスしてカソード流路１２に流入する「バイパス流路」（配管ｂ４，ｂ５）に設置されている。
【００３５】
加湿器バイパス弁３４は、例えば電磁弁であり、ＥＣＵ６０からの指令に従って、その開度が調整される。つまり加湿器バイパス弁３４の開度に応じて、加湿器３３をバイパスしてカソード流路１２に流入するカソードガスの流量（比率）を調整するようになっている。これによって、カソード流路１２に流入するカソードガスの加湿状態を調整することができる。ちなみに、後記する加湿モード（第２出力制御）が実行された場合、湿器バイパス弁は、ＥＣＵ６０の指令に従って開度を絞り、バイパス流路を通流するカソードガスの流量を低減する。
エア圧センサ３５は、配管ｂ３を通流する空気の圧力を検出し、ＥＣＵ６０に出力する機能を有している。
【００３６】
エアポンプ（カソード循環ポンプ）３６は、配管ｂ６から分岐する配管ｂ８に吸入側が接続され、配管ｂ３から分岐する配管ｂ９に吐出側が接続されている。そして、ＥＣＵ６０からの指令に従ってエアポンプ３６が駆動すると、配管ｂ９，ｂ３、カソード流路１２、配管ｂ６，ｂ８を含む「カソード循環流路」において、カソードオフガスを循環させるようになっている。
希釈器３７は、配管ｂ７を介して加湿器３３に接続され、配管ａ１０を介してドレン弁２８に接続され、配管ａ１２を介してパージ弁２９に接続されている。また、希釈器３７は、パージ弁２９が開いた場合に配管ａ１２を介して流入するアノードオフガスを、配管ｂ７を介して流入するカソードオフガスで希釈する。ちなみに、希釈器３７内のオフガスなど（水分を含む）は、配管ｂ１０を介して車外に排出される。
【００３７】
＜冷媒系＞
冷媒系４０は、冷媒ポンプ４１と、ラジエータ４２と、サーモスタット弁４３と、冷媒温度センサ４４と、を備えている。
【００３８】
冷媒ポンプ４１は、吸入側が配管ｃ４を介してサーモスタット弁４３に接続され、吐出側が配管ｃ１を介して冷媒流路１３の入口と接続されている。そして、ＥＣＵ６０からの指令に従って冷媒ポンプ４１が駆動すると、配管ｃ４を介して冷媒を吸入し、配管ｃ１を介して冷媒流路１３に圧送して、燃料電池１０の冷媒流路１３に冷媒を循環させるようになっている。
ラジエータ４２は、配管ｃ２を介して冷媒流路１３の出口に接続され、配管ｃ３を介してサーモスタット弁４３に接続されている。ラジエータ４２は、配管ｃ２から流入する冷媒を、外気との熱交換により放熱させるものである。
【００３９】
サーモスタット弁４３は、一方の流入口が配管ｃ３を介してラジエータ４２に接続され、他方の流入口が配管ｃ５、ｃ２を介して冷媒流路１３の出口に接続され、流出口が配管ｃ４を介して冷媒ポンプ４１の吸入側に接続されている。サーモスタット弁４３は、冷媒温度に応じて体積変化するワックス（図示せず）を有し、当該体積変化に応じて配管ｃ３と配管ｃ５とを通流する冷媒の流量比率を調整するものである。これによって、配管ｃ１を介して冷媒流路１３に流入する冷媒の温度を調整している。すなわち、冷媒温度が比較的高い場合、配管ｃ４を介してラジエータ４２に向かう冷媒の流量が多くなる。
冷媒温度センサ４４は、配管ｃ２を通流する冷媒の温度を検出し、ＥＣＵ６０に出力する機能を有している。
【００４０】
＜電力消費系＞
電力消費系５０は、出力検出器５１と、ＶＣＵ５２と、バッテリ５３と、電圧センサ５４と、走行モータ５５と、を備えている。
【００４１】
出力検出器５１は、電流センサ（図示せず）及び電圧センサ（図示せず）を備え、燃料電池１０の電流値、電圧値をそれぞれ検出してＥＣＵ６０に出力する機能を有している。
ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit）は、ＥＣＵ６０からの指令に従って燃料電池１０の発電電力やバッテリ５３の充放電を制御するものであり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電子回路が内蔵されている。
バッテリ５３は、燃料電池１０の負荷（走行モータ５５など）に対して電力供給可能であると共に、燃料電池１０からの電力により充電可能となっている。すなわち、バッテリ５３はＶＣＵ５２に接続され、燃料電池１０の余剰発電電力や走行モータ５５かからの回生電力を蓄えたり、充電した電力を放電して負荷への電力供給を補助したりする。ちなみに、バッテリ５３として、例えば、複数のリチウムイオン型の二次電池を使用することができる。
【００４２】
電圧センサ５４（充電量検出手段）は、バッテリ５３の充電量を検出し、当該充電量をＥＣＵ６０に出力する機能を有している。
走行モータ５５（外部負荷）は、燃料電池１０及び／又はバッテリ５３から供給される電力によって回転する電動モータであり、燃料電池１０が搭載された移動体の動力源となる。
【００４３】
＜制御系＞
ＥＣＵ６０（Electric Control Unit）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
また、ＥＣＵ６０には、図１に示す出力検出器５１及び各センサからの検出信号や、アクセル７１の開度を示す信号などが入力される。そして、ＥＣＵ６０は、入力される各信号に応じて遮断弁２２、ドレン弁２８、パージ弁２９、加湿器バイパス弁３４の開閉や、水素ポンプ２７、コンプレッサ３１、エアポンプ３６、冷媒ポンプ４１の駆動や、ＶＣＵ５２の動作などを制御する。
【００４４】
＜その他機器＞
アクセル７１は、燃料電池１０が搭載された燃料電池車（移動体）を運転する際に、運転者によって踏まれるペダルであり、運転席の足元に配置されている。また、アクセル７１は、その開度（つまり、踏み込み量）を示すアクセル開度情報をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００４５】
＜ＥＣＵ６０−要求出力算出機能＞
ＥＣＵ６０は、走行モータ５５を含む負荷の時々刻々の要求出力（つまり、要求電力）を算出する機能を備えている。なお、前記した要求出力は、アクセル７１からＥＣＵ６０に入力されるアクセル開度情報などに基づいて算出される。
【００４６】
＜ＥＣＵ６０−負荷領域判定機能＞
ＥＣＵ６０は、ＶＣＵ５２が備える電流センサ（図示せず）によって検出される電流値と、予め設定された閾値とを比較することによって、前記電流値が、高負荷発電領域にあるか低負荷発電領域にあるかを判定する機能を備えている。
なお、「高負荷発電領域」とは、燃料電池１０から出力される電流が所定値以上となる電流領域である。この場合、前記（式１）、（式２）の電極反応で生成される水によって、燃料電池１０の固体高分子膜が徐々に加湿される。
一方、「低負荷発電領域」とは、燃料電池１０から出力される電流が所定値未満となる電流領域である。この場合、生成される水が少ないため、燃料電池１０の固体高分子膜が徐々に乾燥していく。
【００４７】
以下の説明において、「燃料電池１０が加湿される（又は、乾燥する）」と記す場合、燃料電池１０が備える固体高分子膜が加湿される（又は、乾燥する）ことを意味するものとする。
【００４８】
＜ＥＣＵ６０−湿潤度推定機能＞
ＥＣＵ６０は、燃料電池１０の湿潤度と相関関係にある電流値を含む情報に基づいて、燃料電池１０の湿潤度を推定する機能を有している。すなわち、ＥＣＵ６０は、燃料電池１０の出力電流に応じて所定の発電レートを逐次積算することによって発電レート積算値を算出する機能を備えている。なお、発電レート積算値が大きくなるほど、燃料電池１０の湿潤度は小さくなる。
【００４９】
＜ＥＣＵ６０−湿潤度調整機能＞
ＥＣＵ６０は、前記した発電レート積算値と所定の閾値とを比較し、その比較結果に応じて乾燥モード及び加湿モードのうちいずれかを実行し、燃料電池１０の湿潤度を調整する機能を有している。
なお、「乾燥運転」とは、燃料電池１０を乾燥させる際の運転モードであり、「加湿運転」とは、燃料電池１０を加湿するための運転モードである。
すなわち、ＥＣＵ６０は、燃料電池１０の湿潤度が所定値未満である場合、電圧センサ５４（充電量検出手段）によって検出される要求出力に対応して燃料電池１０の出力を制御する乾燥運転（第１出力制御）から、要求出力を超えるように燃料電池１０の出力を制御する加湿運転（第２出力制御）に切り替える。
【００５０】
＜ＥＣＵ６０−高出力準備完了判定機能＞
ＥＣＵ６０は、加湿運転を開始してから所定時間が経過した場合に、高出力準備が完了したことを示すフラグを立てる機能を有している。ここで、「高出力準備が完了した」とは、例えば、アクセル７１の開度が大きくなって燃料電池車を急加速させる必要が生じた場合に、それに即座に対応できる（つまり、高出力運転できる）ことを意味している。
【００５１】
＜ＥＣＵ６０−加湿モード決定機能＞
ＥＣＵ６０は、加湿運転を実行する際にバッテリ５３の充電量と所定の閾値とを比較し、その比較結果に応じて、加湿モード１、加湿モード２、及び代替加湿モードのうちいずれのモードで加湿運転を実行するかを決定する機能を備えている。
ちなみに、電圧センサ５４（充電量検出手段）によって検出されるバッテリ５３の充電量が所定量以上である場合、ＥＣＵ６０は、加湿運転（第２出力制御）を実行して冷媒ポンプ４１の回転速度を上昇させる。一方、電圧センサ５４によって検出されるバッテリ５３の充電量が所定量未満である場合、ＥＣＵ６０は、加湿運転（第２出力制御）を実行してバッテリ５３への充電を行う。
【００５２】
＜ＥＣＵ６０−フラッディング防止機能＞
ＥＣＵ６０は、加湿運転を行う際に燃料電池１０でフラッディングが起こることを防止するために、水素ポンプ２７及び／又はエアポンプ３６を駆動する機能を有している。
【００５３】
＜ＥＣＵ６０−加速判定機能＞
ＥＣＵ６０は、アクセル７１から入力されるアクセル開度情報に基づいて目標水素圧力を算出し、目標水素圧力の偏差が所定値以上であるか否かによって、要求出力の上昇（又は急上昇）を判定する機能を有している。
【００５４】
＜ＥＣＵ６０−運転モード決定機能＞
ＥＣＵ６０は、前記した水素圧力と目標水素圧力との差を所定の閾値と比較し、その比較結果に応じて通常モード、加速モード、及び急加速モードのうちいずれのモードで加速運転するかを決定する機能を備えている。
【００５５】
＜燃料電池の湿潤状態について＞
図２（ａ）に示すグラフの横軸は、燃料電池１０が備える固体高分子膜の含水量（膜含水量）であり、縦軸は、高出力要請時（つまり、アクセル７１の開度が大きいとき）における燃料電池１０の出力可能電力である。
図２（ａ）に示すように、膜含水量ゼロから膜含水量Ｑ１までの領域Ａでは、固体高分子膜の含水量が増えるにつれて高出力要請時の出力可能電力も大きくなる。したがって、高出力要請時に即座に対応することのみを考慮すると、燃料電池１０は湿潤状態である方が好ましい。
【００５６】
ちなみに、膜含水量Ｑ１以上である領域Ｂでは、出力Ｗ１からほとんど上昇しない。これは、膜含水量Ｑ１以上の領域では、燃料電池１０が水分過多になるためである。当該領域では、フラッディングが起こりやすく、燃料電池１０での発電が不安定になりやすい。したがって、燃料電池１０の膜含水量をＱ１以下とすることが好ましい。
【００５７】
図２（ｂ）に示すグラフの横軸は、燃料電池１０の固体高分子膜の膜抵抗値であり、縦軸は、固体高分子膜の膜含水量である。
図２（ｂ）に示すように、燃料電池１０が乾燥し、膜含水量が減少するにつれて膜抵抗値が大きくなる。しかしながら、湿潤状態が長時間継続すると燃料電池１０の劣化が進むため、耐久性のみを考慮すると、燃料電池１０は乾燥しているほうが好ましい。
【００５８】
以上より、通常運転時には燃料電池１０を乾燥状態にして耐久性を良好に保ち、高出力運転時には燃料電池１０を湿潤状態にして性能を向上させる（つまり、膜抵抗値を小さくして高出力要請にすばやく対応する）必要がある。
【００５９】
なお、アクセル７１の開度が大きくなった時点において、既に燃料電池１０が充分に加湿されていれば、高出力要請に対して瞬時に対応できる。このような高性能を実現するため、本実施形態では、以下に示す手順にしたがって乾燥運転及び加湿運転を行う。
【００６０】
＜燃料電池システムの動作１＞
次に、図３〜図５に示すタイムチャートを参照しつつ、図６〜図１１示すフローチャートを用いて燃料電池システム１の動作を説明する。なお、図３〜図５に示す時刻ｔ０，ｔ１，・・・，ｔ５は、それぞれ共通であり、時間が経過するにしたがって各検出値、フラグ、指令値などが連動して推移していく。
また、図３〜図５のそれぞれのタイムチャートの具体的な意味については、フローチャートの説明と並行して順次説明していく。
【００６１】
図３（ａ）に示す「要求出力」とは、走行モータ５５（負荷）などの駆動に必要となる出力電力を意味し、ＥＣＵ６０によって算出される。
また、図３（ｄ）に示す「ＦＣ出力」とは、燃料電池１０からの出力電力を意味し、出力検出器５１（図１参照）によって検出される。
また、図３（ｅ）に示す「ＦＣ電流」とは、燃料電池１０からの出力電流を意味し、出力検出器５１によって検出される。
【００６２】
なお、「ＦＣ出力」及び「ＦＣ電流」は、燃料電池１０のアノード流路１１（図１参照）を通流する水素（アノードガス）の流量、カソード流路１２を通流する空気（カソードガス）の流量、燃料電池１０の湿潤度などによって決まる。
ＥＣＵ６０は、前記した要求出力に応じてコンプレッサ３１（図１参照）などの駆動を制御し、燃料電池１０から所定の電力を取り出すようになっている。
【００６３】
図３（及び図４、図５）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１において燃料電池システム１は、高負荷運転を行っている。ここで、「高負荷運転」とは、燃料電池１０から出力される電流（ＦＣ電流：図３（ｅ）参照）が、前記した高負荷領域にある状態を意味している。（式１）、（式２）を用いて説明したように、このような高負荷運転を実行した場合、燃料電池１０で生成される水の量が増える。その結果、燃料電池１０は加湿され、ＦＣ湿潤度Ｗ０（例えば、８５％）以上の高い値となる（図５（ｅ）の時刻ｔ０〜ｔ１参照）。
ちなみに、図３（ｅ）に示すように、ＦＣ電流が高負荷領域及び低負荷領域のうちいずれであるかは、閾値Ｉ０（例えば、１８０Ａ）を基準として判定される。
【００６４】
そして、時刻ｔ１において運転者の操作によりアクセル７１（図１参照）の開度が小さくなると、それに応じて要求負荷も小さくなり（図３（ａ）参照）、ＦＣ電流が閾値Ｉ０を下回って低負荷領域に入る（図３（ｅ）参照）。
【００６５】
次に、前記判断過程を含め、図６〜図１１のフローチャートを用いてＥＣＵ６０の処理を順次説明する。
図６のステップＳ１０１においてＥＣＵ６０は、出力検出器５１（図１参照）から入力される燃料電池１０の出力電流（ＦＣ電流）が、閾値Ｉ０以下であるか否かを判定する。
なお、閾値Ｉ０の値は、実験やシミュレーションに基づく値であり、予め記憶手段（図示せず）に格納されている。
【００６６】
ＦＣ電流が閾値Ｉ０以下である場合（Ｓ１０１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０２に進む。ちなみに、図３（ｅ）に示す「ＦＣ電流」が、時刻ｔ１において閾値Ｉ０以下となる過程が、この場合に対応する。
一方、ＦＣ電流が閾値Ｉ０より大きい場合（Ｓ１０１→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０３に進む。
【００６７】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値に低負荷発電レートを加算する。ここで、「低負荷発電レート」とは、ＦＣ電流の値が閾値Ｉ０以下の低負荷領域にある場合に逐次加算される正の値であり、予め記憶手段（図示せず）に格納されている。
図３（ｅ）の時刻ｔ１〜ｔ２では、ＦＣ電流が、閾値Ｉ０以下の低負荷領域にある。したがって、図３（ｆ）の時刻ｔ１〜ｔ２において燃料電池１０の乾燥が進み、低負荷発電レートが逐次加算されていくため、発電レート積算値ＦＳは徐々に増加していく。
【００６８】
なお、「発電レート積算値」（図３（ｆ）参照）とは、燃料電池１０の湿潤状態（乾燥度合い、及び、乾燥状態の継続）を示す値であり、発電レート積算値が大きいほど燃料電池１０の湿潤度は低く、乾燥している。
このように、ＦＣ電流が閾値Ｉ０より小さい（つまり、燃料電池１０で生成される水の量が少ない）場合に低負荷発電レート（正の値）を逐次加算していくことで、燃料電池１０の湿潤度を発電レート積算値に反映させることができる。
【００６９】
ステップＳ１０３においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値に高負荷発電レートを加算する。ここで、「高負荷発電レート」とは、ＦＣ電流の値が閾値Ｉ０より大きい高負荷領域にある場合に逐次加算される負の値であり、予め記憶手段（図示せず）に格納されている。
例えば、図３（ｅ）の時刻ｔ２〜ｔ３では、ＦＣ電流が、閾値Ｉ０より大きい高負荷領域にある。したがって、図３（ｆ）の時刻ｔ２〜ｔ３において、発電レート積算値ＦＳは徐々に減少していく。
このように、ＦＣ電流が閾値Ｉ０より大きい（つまり、燃料電池１０で生成される水の量が多い）場合に、発電レート積算値に高負荷発電レート（負の値）を逐次加算していくことで、燃料電池１０の湿潤度を発電レート積算値に反映させることができる。
【００７０】
ステップＳ１０４においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値ＦＳが、所定の閾値Ｆ１未満であるか否かを判定する。発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１未満である場合（Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０５に進む。
【００７１】
ステップＳ１０５においてＥＣＵ６０は、乾燥モードで低負荷運転を実行し、ステップＳ１０１の処理に戻る。なお、「乾燥モード」とは、比較的小さな要求出力（図３（ａ）の時刻ｔ１〜ｔ２参照）に対応して、所定のＦＣ電流を出力する運転モードである。この場合、燃料電池１０内で生成される水の量が少ないため、燃料電池１０は徐々に乾燥していく（図５（ｅ）参照）。
なお、図５（ｅ）に示す「ＦＣ湿潤度」は、燃料電池１０に含有可能な水量を１００％とした場合の値であり、燃料電池１０の湿潤度合いを意味している。
【００７２】
（２．乾燥モード）
次に、図７を用いて乾燥モード時の処理について説明する。
図７のステップＳ１０５１においてＥＣＵ６０は、アクセル７１の開度に応じてコンプレッサ３１の駆動を制御し、水素圧・エア圧を通常の値とする。ここで、「通常」とは、運転者によるアクセル７１の操作に応じた電力を生成する（つまり、それを超える電力を生成するものではない）ことを意味している。
また、「水素圧」とは、水素圧センサ２５によって検出される水素の圧力であり（図１、図３（ｂ）参照）、「エア圧」とは、エア圧センサ３５によって検出される空気の圧力である（図１、図３（ｃ）参照）。
【００７３】
ステップＳ１０５２においてＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１（図１参照）が備えるモータの回転速度を通常の値とする。すなわち、図４（ｄ）に示すように、ＦＣ電流が低負荷領域にある時刻ｔ１〜ｔ２において、ＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１を回転速度Ｐ１（例えば、定格の２０％）で回転させる。
ステップＳ１０５３においてＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７（図１参照）の駆動をＯＦＦにする。次に、ステップＳ１０５４においてＥＣＵ６０は、エアポンプ３６（図１参照）の駆動をＯＦＦにする。すなわち、ＥＣＵ６０は、図５（ｂ），（ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ２において水素ポンプ２７及びエアポンプ３６を停止させる。なお、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６は、後記する加湿モードにおいて駆動される。
【００７４】
ステップＳ１０５５においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４（図１参照）の開度を通常とする。すなわち、ＥＣＵ６０は、図４（ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ２において加湿器バイパス弁３４を開度Ｂ１（例えば、全開の８０％）にする。これによって、比較的乾燥した空気がカソード流路１２に流入する。
【００７５】
再び、図６に戻って説明を続ける。ステップＳ１０４において発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１以上である場合（Ｓ１０４→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。前記したように、発電レート積算値には燃料電池の湿潤度が反映されている。したがって、発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１以上である場合、燃料電池１０の湿潤度が所定値以下（例えば、１０％以下）であると推定される。
ステップＳ１０６においてＥＣＵ６０は、低負荷連続運転実績フラグをＯＮにする。つまり、図４（ａ）に示すように、発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１に達する時刻ｔ２において、ＥＣＵ６０は低負荷連続運転実績フラグをＯＮにする。
【００７６】
次に、ステップＳ１０７においてＥＣＵ６０は、高出力準備処理（湿潤度調整ステップ）を実行する。
なお、「高出力準備処理」とは、要求出力が急増した場合でも瞬時に対応できるように燃料電池１０を予め加湿しておく処理を意味している。
すなわち、発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１より大きくなると（つまり、燃料電池１０の乾燥度合いが大きくなると：図３（ｆ）、図５（ｅ）参照）、ＥＣＵ６０は低負荷連続運転実績フラグをＯＮにし（図４（ａ）参照）、燃料電池１０を加湿する高出力準備処理を開始する。
【００７７】
（３．高出力準備処理）
次に、図８を用いて高出力準備処理について説明する。ステップＳ２０１においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４（図１参照）の開度を絞る。つまり、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ２においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４の開度をＢ１（例えば、全開の８０％）からＢ２（例えば、全開の５％）に絞る。これによって、加湿器３３に流入する空気の流量を増加させ、加湿された空気をアノード流路１１に流入させることができる。
【００７８】
ステップＳ２０２においてＥＣＵ６０は、バッテリ５３の充電量（State Of Charge：ＳＯＣ）が、閾値Ｖｈ（上限値）より低いか否かを判定する。なお、バッテリ５３の充電量は、電圧センサ５４（図１参照）によって検出される電圧値に基づいて算出される。バッテリ５３の充電量が閾値Ｖｈより低い場合（Ｓ２０２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０３に進む。一方、バッテリ５３のＳＯＣが閾値Ｖｈ以上である場合（Ｓ２０２→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０６に進む。
【００７９】
ステップＳ２０３においてＥＣＵ６０は、バッテリ５３の充電量が閾値Ｖｍ（中央値）より低いか否かを判定する。なお、閾値Ｖｍは、閾値Ｖｈよりも低い所定の電圧閾値である。バッテリ５３の充電量が閾値Ｖｍより低い場合（Ｓ２０３→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０４に進む。一方、バッテリ５３のＳＯＣが閾値Ｖｍ以上である場合（Ｓ２０３→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０５に進む。
【００８０】
次に、ステップＳ２０４においてＥＣＵ６０は、加湿モード１で高負荷運転を実行する。例えば、図５（ｆ）に示す時刻ｔ２におけるバッテリ５３の充電量は、比較的低くなっている。つまり、バッテリ５３をさらに充電する余裕がある。この場合、ＥＣＵ６０は、要求出力に対応する電力よりも大きな電力を生成して、バッテリ５３を充電しつつ燃料電池１０を加湿する「加湿モード１」を実行する。
【００８１】
また、ステップＳ２０５においてＥＣＵ６０は、加湿モード２で高負荷運転を実行する。加湿モード２は、バッテリ５３のＳＯＣが比較的高い（Ｖｍ＜ＳＯＣ≦Ｖｈ）場合に実行される加湿モードである。
また、ステップＳ２０６においてＥＣＵ６０は、代替加湿モードで高負荷運転を実行する。代替加湿モードは、バッテリ５３がほぼ満充電の状態になっている（ＳＯＣ＞Ｖｈ）場合に実行される加湿モードである。
次に、前記した３つの加湿モードについて順次説明する。
【００８２】
（３−１．加湿モード１）
図１０（ａ）のステップＳ２０４１においてＥＣＵ６０は、高出力要請準備目標電流をセットする。ちなみに、「高出力要請準備目標電流」とは、要求出力に対応する電流よりも大きい所定の電流値であり、要求出力に応じて適宜設定される。
ステップＳ２０４２においてＥＣＵ６０は、水素圧及びエア圧を上昇させる。つまり、ＥＣＵ６０は、前記した高出力要請準備目標電流に対応させるように、コンプレッサ３１（図１参照）が備えるモータの回転速度を上昇させてエア圧を高くする。なお、それに応じて減圧弁２３の開度が変化し、水素圧が高くなる。
【００８３】
そうすると、前記した（式１）、（式２）の反応が促進され、より多くの水が生成される。なお、加湿モード１を実行する際、燃料電池１０の余剰電力はバッテリ５３（図１参照）に充電される。
【００８４】
（３−２．加湿モード２）
図１０（ｂ）に示すステップＳ２０５１，Ｓ２０５２の処理は、図１０（ａ）に示す加湿モード１のステップＳ２０４１、Ｓ２０４２と同様であるから説明を省略する。
ステップＳ２０５３においてＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１（図１参照）が備えるモータ（図示せず）の回転速度を上昇させる。すなわち、図４（ｄ）に示す時刻ｔ１〜ｔ２においてＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１が備えるモータの回転速度をＰ１（例えば、定格の２０％）からＰ２（例えば、定格の６０％）に上昇させる。
これによって、燃料電池１０を冷却して凝縮水を発生させ、より効果的に燃料電池１０を加湿することができる。ちなみに、図５（ａ）では、前記した（式１）、（式２）の反応が活性化しているため、燃料電池１０の温度（つまり、冷媒温度）が上昇している。
【００８５】
ステップＳ２０５４においてＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７（図１参照）を駆動させる。つまり、図５（ｂ）に示す時刻ｔ１〜ｔ２においてＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７が備えるモータを回転速度Ｈ２（例えば、定格の８０％）で駆動させる。
ステップＳ２０５５においてＥＣＵ６０は、エアポンプ３６（図２参照）を駆動させる。つまり、図５（ｃ）に示す時刻ｔ１〜ｔ２においてＥＣＵ６０は、エアポンプ３６が備えるモータを回転速度Ａ２（例えば、定格の８０％）で駆動させる。
【００８６】
このように、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６を駆動させることによって、図１に示す配管ａ８，ａ４を介してアノード流路１１にアノードオフガスが流入すると共に、配管ｂ９，ｂ３を介してカソード流路１２にカソードオフガスが流入する。したがって、前記した（式１）、（式２）の反応が促進されると共に、燃料電池１０の固体高分子膜から溢れ出た余分な水を排出し、フラッディングを抑制することができる。
なお、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６のうち、いずれか一方のみを駆動してもよい。
【００８７】
また、このように各ポンプを駆動させた場合でも、加湿モード１では、燃料電池車の走行及び各機器の駆動に必要となる量を上回る電力が生成される。この余剰電力は、バッテリ５３（図１参照）に充電される。つまり、図５（ｆ）に示す時刻ｔ２〜ｔ３において、バッテリ５３のＳＯＣは徐々に上昇していく。
ちなみに、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６をバッテリ５３からの電力で駆動してもよい。
【００８８】
（３−３．代替加湿モード）
図１１のステップＳ２０６１においてＥＣＵ６０は、電流指令値をセットする。なお、当該電流指令値は、要求出力電流に対応する値であり、前記した高出力要請準備目標電流より小さい。
また、代替加湿モードを行う際には、バッテリ５３がほぼ満充電の状態となっているため、バッテリ５３への充電は行わない。したがって、バッテリ５３に充電された電力を使用する場合、バッテリ５３のＳＯＣは徐々に減少していく（図５（ｆ）参照）。
【００８９】
図１１のステップＳ２０６２〜Ｓ２０６５は、図１０（ｂ）のステップＳ２０５２〜Ｓ２０５５と同様であるため、詳細な説明は省略する。
代替加湿モードを行う時刻ｔ４〜ｔ５において冷媒ポンプ４１が駆動されると共に（図４（ｄ）参照）、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６が駆動される（図５（ｂ），（ｃ）参照）。
そうすると、時刻ｔ４〜ｔ５において冷媒温度が上昇し（図４（ａ）参照）、水素圧及びエア圧が上昇する（図３（ｂ），（ｃ）参照）。これによって、図４（ｅ）に示すように、ＦＣ湿潤度が急速に上昇する。
【００９０】
このように、代替加湿モードで低負荷運転を実行することによって、水素圧及びエア圧を上昇させて前記（式１）、（式２）の反応を促進させると共に、冷媒ポンプ４１が備えるモータの回転速度を上昇させ、燃料電池１０を適温にする。これによって、燃料電池１０を加湿し、その後の高出力要求に備えることができる。また、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６を駆動することによって余分な水を排出し、燃料電池１０のフラッディングを防止することができる。
【００９１】
再び、図８に戻って説明を続ける。ステップＳ２０７においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値ＦＳに高負荷発電レートを加算する。ちなみに、高負荷発電レートは、前記したように負の値である。したがって、図３（ｆ）の時刻ｔ２〜ｔ３において加湿モード２を実行する際、及び、時刻ｔ４〜ｔ５において代替加湿モードを実行する際、発電レート積算値ＦＳは、徐々に減少していく。これは、燃料電池１０が徐々に加湿される過程（つまり、乾燥度合いが減少する過程）に対応している。
【００９２】
ステップＳ２０８においてＥＣＵ６０は、高出力準備完了フラグがＯＮであるか否かを判定する。高出力準備完了フラグがＯＮである場合（Ｓ２０８→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２１１に進む。一方、高出力準備完了フラグがＯＦＦである場合（Ｓ２０８→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０９に進む。
【００９３】
ステップＳ２０９においてＥＣＵ６０は、加湿運転を開始してから所定時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。ちなみに、所定時間Δｔ１は、前記した加湿運転による効果が燃料電池１０の湿潤状態に反映されるまでの遅れを想定した時間である。
加湿運転を開始してから所定時間Δｔ１が経過している場合（Ｓ２０９→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２１０に進む。一方、加湿運転を開始してから所定時間Δｔ１が経過していない場合（Ｓ２０９→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２０２に戻る。
【００９４】
ステップＳ２１０においてＥＣＵ６０は、高出力準備完了フラグをＯＮにする（図４（ｂ）参照）。ちなみに「高出力準備完了フラグ」とは、燃料電池１０が充分に湿潤し、高出力運転を行う準備ができたことを示すフラグである。
ステップＳ２１１においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ２以下であるか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ６０は、図３（ｆ）の時刻ｔ２〜ｔ３において徐々に減少する発電レート積算値が閾値Ｆ２以下になるか否かを、所定のサイクルタイムごとに監視する。
【００９５】
ステップＳ２１２においてＥＣＵ６０は、低負荷連続運転実績フラグをＯＦＦにする（図４（ａ）参照）。これは、加湿モードを終了する際のトリガとなる。
次に、ステップＳ２１３においてＥＣＵ６０は、再び乾燥モードで低負荷運転を実行する。すなわち、ＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４の開度を通常の値とし（図４（ｃ）参照）、冷媒ポンプ４１の回転速度を通常の値とする（図４（ｄ）参照）。
【００９６】
これによって、ＦＣ出力（図３（ｄ）参照）及びＦＣ電流（図３（ｅ）参照）は、要求出力（図３（ａ）参照）に応じた通常の値になる。なお、加湿モード２が終了した時刻ｔ３において、燃料電池１０は充分に湿潤されている（図５（ｅ）参照）。また、バッテリ５３は、ほぼ満充電の状態になっている（図５（ｆ）参照）。
【００９７】
次に、ステップＳ２１４においてＥＣＵ６０は、乾燥モード開始から所定時間Δｔ２が経過したか否かを判定する。なお、所定時間Δｔ２は、乾燥モードを開始してから(つまり、加湿モードを終了してから)、燃料電池１０が高湿潤状態を保っている時間である。
乾燥モード開始から所定時間Δｔ２が経過した場合（Ｓ２１４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ２１５に進む。一方、乾燥モード開始から所定時間Δｔ２が経過していない場合（Ｓ２１４→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０はステップＳ２１４の処理を繰り返す。次に、ステップＳ２１５においてＥＣＵ６０は、高出力準備完了フラグをＯＦＦにする。（図４（ｂ）参照）。
なお、ステップＳ２１５の処理を実行した後、ＥＣＵ６０の処理は、再び図６のステップＳ１０１に戻る。
【００９８】
例えば、時刻ｔ５付近において要求出力が増加し（図５（ａ）参照）、水素圧センサ２５によって検出される水素圧と目標水素圧との差が大きくなった場合でも（図５（ｄ）参照）、以下のように即座に対応できる。すなわち、前記差の増加に応じてコンプレッサ３１の回転速度を上昇させることによって（図４（ｅ）参照）、エア圧が上昇する（図３（ｃ）参照）。そうすると、エア圧の上昇に応じて減圧弁２３の開度が大きくなり、水素圧も上昇する（図３（ｂ）参照）。
ここで、時刻ｔ４〜ｔ５において実行した代替加湿モードにより、燃料電池１０は充分に加湿されている。したがって、前記（式１）、（式２）の反応がスムーズに進むため、ＦＣ電流及びＦＣ出力は、要求出力に応じて速やかに上昇する（図３（ｄ），（ｅ）参照）。
【００９９】
＜燃料電池システムの動作２＞
次に、図１２〜図１４に示すタイムチャートを参照しつつ、図１５〜図２０に示すフローチャートを用いて燃料電池システム１の動作を説明する。なお、図１２〜図１４に示す時刻ｔ６，ｔ７，・・・，ｔ１２は、それぞれ共通であり、時刻が経過するにしたがって各検出値、フラグ、指令値などが連動して推移していく。
【０１００】
図１５のステップＳ３０においてＥＣＵ６０は、加速判定処理を実行する。ここで、「加速判定処理」は、要求出力の増加（要求出力に対応する目標水素圧の偏差）に基づいて判定される。
【０１０１】
次に、ステップＳ４０においてＥＣＵ６０は、判定結果に応じた加速制御処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ６０は、要求出力に応じるために必要な目標水素圧の偏差（増加率）に応じて、加速制御処理を実行する。
【０１０２】
（４．加速判定処理）
図１６のステップＳ３０１においてＥＣＵ６０は、高負荷発電実績フラグがＯＮであるか否かを判定する。なお、高負荷発電実績フラグとは、加速を開始した時刻から所定時間Δｔ５後にＯＮされるフラグである（図１３（ｅ）参照）。
高負荷発電実績フラグがＯＮである場合（Ｓ３０１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０２に進む。一方、高負荷発電実績フラグがＯＦＦである場合（Ｓ３０１→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０４に進む。
【０１０３】
ステップＳ３０２においてＥＣＵ６０は、高負荷発電実績フラグをＯＮにしてから所定時間Δｔ３が経過したか否かを判定する。高負荷発電実績フラグをＯＮにしてから所定時間Δｔ３が経過した場合（Ｓ３０２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０３に進む。一方、高負荷発電実績フラグをＯＮにしてから所定時間Δｔ３が経過していない場合（Ｓ３０２→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理は図１７のステップＳ４０１に進む。
これは、高負荷発電フラグをＯＮにしてから所定時間Δｔ３が経過するまでは、燃料電池１０が高湿潤の状態を保っており、通常制御で足りるからである。
【０１０４】
ステップＳ３０３においてＥＣＵ６０は、高負荷発電実績フラグをＯＦＦにして、ステップＳ３０４の処理に進む。例えば、図１３（ｅ）の時刻ｔ７から所定時間Δｔ３が経過すると、ＥＣＵ６０は、高負荷発電実績フラグをＯＮからＯＦＦに切り替える。
ステップＳ３０４においてＥＣＵ６０は、発電レート積算値ＦＳが所定の閾値Ｆ１以上であるか否かを判定する。発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１以上である場合（Ｓ３０４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０５に進む。一方、発電レート積算値ＦＳが閾値Ｆ１未満である場合（Ｓ３０４→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０１（図１７参照）に進む。
【０１０５】
ステップＳ３０５においてＥＣＵ６０は、低負荷連続運転実績フラグをＯＮにする。例えば、図１２（ｅ）の時刻ｔ９において、発電レート積算値ＦＳは閾値Ｆ１に達する（つまり、燃料電池１０の乾燥状態が所定時間継続する）。そうすると、図１３（ｄ）に示すように、ＥＣＵ６０は、低負荷連続運転実績フラグをＯＦＦからＯＮに切り替える。
ステップＳ３０６においてＥＣＵ６０は、燃料電池１０の電流指令値が負荷領域判定閾値Ｉ０以上であるか否かを判定する。なお、負荷領域判定閾値Ｉ０は、電流指令値が、前記した高負荷領域にあるか否かを判定する際の閾値である。
【０１０６】
燃料電池１０の電流指令値が負荷領域判定閾値Ｉ０以上である場合（Ｓ３０６→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０７に進む。一方、燃料電池１０の電流指令値が負荷領域判定閾値Ｉ０未満である場合（Ｓ３０６→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０１（図１７参照）に進む。
【０１０７】
ステップＳ３０７においてＥＣＵ６０は、目標水素圧の偏差が所定値Ｐ０以上であるか否かを判定する。なお、目標水素圧の偏差は、要求出力の増加率に対応する。目標水素圧の偏差が所定値Ｐ０以上である場合（Ｓ３０７→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０８に進む。一方、目標水素圧の偏差が所定値Ｐ０未満である場合（Ｓ３０７→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０１（図１７参照）に進む。
【０１０８】
ステップＳ３０８においてＥＣＵ６０は、燃料電池１０の加速準備が完了したか否かを判定する。なお、加速準備が完了したか否か（つまり、燃料電池１０が充分に加湿されているか否か）は、例えば、発電レート積算値ＦＳが所定値以上であるか否かに基づいて判定することができる。
例えば、図１２（ｅ）の時刻ｔ１０において発電レート積算値はＦ１であり、高い値となっている（つまり、燃料電池１０が乾燥している：図１４（ｂ）参照）。また、図１３（ａ）の時刻ｔ１０においてアクセル７１の開度が急に大きくなり、目標水素圧の偏差が所定値Ｐ０に達している。
【０１０９】
このとき、通常の制御を行うとすると、急加速の要求に即座に対応できない。したがって、ＥＣＵ６０は、アクセル７１の開度が急に大きくなった場合に、目標水素圧の偏差や電流指令値などに応じて、後記する急加速運転制御、加速運転制御、又は通常制御を実行する。
【０１１０】
再び、図１６に戻って説明を続ける。燃料電池１０の加速準備が完了している場合（Ｓ３０８→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０１（図１７参照）に進む。一方、燃料電池１０の加速準備が完了していない場合（Ｓ３０９→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３０９に進む。
【０１１１】
ステップＳ３０９においてＥＣＵ６０は、電流指令値が急加速判定閾値Ｉａ以上であるか否かを判定する。なお、急加速判定閾値Ｉａは、前記した負荷領域判定閾値Ｉ０より大きい所定値である。
電流指令値が急加速判定閾値Ｉａ以上である場合（Ｓ３０９→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップ３１０に進む。一方、電流指令値が所定値Ｉａ未満である場合（Ｓ３０９→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ３１１に進む。
【０１１２】
ステップＳ３１０においてＥＣＵ６０は、急加速確定フラグをＯＮにする。また、ステップＳ３１１においてＥＣＵ６０は、加速確定フラグをＯＮにする。
【０１１３】
（５．判定結果に応じた加速制御処理）
図１７のステップＳ４０１においてＥＣＵ６０は、加速後タイマをスタートする。なお、加速後タイマの値は、後記する高負荷発電実績フラグをＯＮにする際、用いられる（図１８のＳ４１６参照）。
ステップＳ４０２においてＥＣＵ６０は、急加速判定確定フラグがＯＮであるか否かを判定する。急加速判定確定フラグがＯＮである場合（Ｓ４０２→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０４に進む。一方、急加速判定確定フラグがＯＦＦである場合（Ｓ４０２→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０３に進む。
【０１１４】
ステップＳ４０３においてＥＣＵ６０は、加速判定確定フラグがＯＮになっているか否かを判定する。加速判定確定フラグがＯＮである場合（Ｓ４０３→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０５に進む。一方、加速判定確定フラグがＯＦＦである場合（Ｓ４０３→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４１３に進む。
ステップＳ４０４においてＥＣＵ６０は、急加速運転制御を実行する。また、ステップＳ４０５においてＥＣＵ６０は、加速運転制御を実行する。
【０１１５】
（５−１．急加速運転制御）
次に、図１９を用いて、急加速運転制御について説明する。なお、急加速運転制御及び加速制御は、アクセル７１の開度が急に大きくなった時点において加速準備が完了していない（つまり、燃料電池１０が充分に加湿されていない）場合に実行される制御である。
ステップＳ４０４１においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４（図１参照）の開度を絞る。例えば、図１３（ｃ）の時刻ｔ１０においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４を所定量だけ絞る。これによって加湿器３３に流入する空気の流量（比率）が増加し、加湿された空気が配管ｂ３を介してカソード流路１２に流入する。
【０１１６】
ステップＳ４０４２においてＥＣＵ６０は、作動エア圧をセットする。なお、作動エア圧は、急加速制御が実行されるように予め設定される値である。これに応じて、図１２（ｂ）の時刻ｔ１０においてエア圧が上昇する。さらに、エア圧の上昇に応じて減圧弁２３の開度が大きくなり、水素圧も上昇する（図１２（ａ）参照）。
ステップＳ４０４３においてＥＣＵ６０は、エアポンプ３６の回転速度をセットする。なお、最大限の正味出力（走行モータ５５への出力）が得られるように、エアポンプ３６の回転速度を制限する。
ステップＳ４０４４においてＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１の回転速度をセットする。なお、最大限の正味出力が得られるように、冷媒ポンプ４１の回転速度も制限する。つまり、図１４（ｃ）の時刻ｔ１０において、冷媒ポンプ４１の回転速度を低下させる
【０１１７】
その結果、前記した（式１）、(式２)の反応が促進して燃料電池１０が加湿され（図１４（ｂ）参照）、ＦＣ出力及びＦＣ電流が急上昇する（図１４（ｃ），（ｄ）参照）。つまり、急加速の要求があった時点において燃料電池１０が乾燥状態であっても、水素ポンプ２７、エアポンプ３６及び冷媒ポンプ４１を含む「補機」の電力消費を低減させつつ、燃料電池１０を加湿する。これによって、補機の電力消費が低減されたぶん、外部負荷（走行モータ）への正味出力が一時的に急増され、急加速の要求に適切に応じることができる。
【０１１８】
（５−２．加速運転制御）
次に、図２０のステップＳ４０５１においてＥＣＵ６０は、加湿器バイパス弁３４（図１参照）の開度を絞る。次に、ステップＳ４０５２においてＥＣＵ６０は、作動エア圧を加速用マップから読み込む。なお、当該加速用マップは、燃料電池１０の状態などに応じて作動エア圧を出力するための実験などにより予め設定され、記憶手段（図示せず）に格納されている。
【０１１９】
再び、図１７に戻って説明を続ける。ステップ４０６においてＥＣＵ６０は、加速後高負荷発電カウンタの減算を開始する（図１３（ｂ）の時刻ｔ１０参照）。なお、加速後高負荷発電カウンタは、後記する低負荷連続運転実績フラグなどをＯＦＦする際のトリガとなる。また、加速後高負荷発電カウンタによってカウントされる時間Δｔ４（図１３（ｂ）参照）は、加速又は急加速の要求があった場合に、通常制御に移行しても適切に対応できる湿潤状態とするための加湿に要する時間である。
【０１２０】
ステップＳ４０７においてＥＣＵ６０は、加速後高負荷発電カウンタの値Ｃがゼロであるか否かを判定する。加速後高負荷発電カウンタの値Ｃがゼロである場合（Ｓ４０７→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０９に進む。一方、加速後高負荷発電カウンタの値Ｃがゼロでない場合（Ｓ４０７→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０８に進む。
【０１２１】
ステップＳ４０８においてＥＣＵ６０は、電流指令値が負荷領域閾値Ｉ０未満であるか否かを判定する。なお、負荷領域判定閾値Ｉ０は、電流指令値が、前記した高負荷領域にあるか否かを判定する際の閾値である。
電流指令値が負荷領域閾値Ｉ０未満である場合（Ｓ４０８→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０９に進む。一方、電流指令値が負荷領域閾値Ｉ０以上である場合（Ｓ４０８→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４０６に戻る。
【０１２２】
ステップＳ４０９においてＥＣＵ６０は、低負荷連続運転実績フラグをＯＦＦにする。例えば、図１３（ｂ）に示す時刻ｔ１０から時間Δｔ４をカウントする場合、図１２（ｅ）に示す発電レート積算値は、時刻ｔ１０から時間Δｔ４後の時刻ｔ１１に閾値Ｆ２を下回る（つまり、時刻ｔ１１において燃料電池１０は充分に加湿されている：図１４（ｂ）参照）。したがって、急加速運転の直後は燃料電池１０を加湿する必要はないため、前記したように低負荷連続運転実績フラグをＯＦＦにする。
【０１２３】
次に、ステップＳ４１０においてＥＣＵ６０は、急加速判定確定フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ４１１においてＥＣＵ６０は、加速判定確定フラグをＯＦＦにする。
そして、ステップＳ４１２においてＥＣＵ６０は、加速後高負荷発電カウンタをリセットする。
【０１２４】
次に、図１８のＳ４１３においてＥＣＵ６０は、通常制御のプログラムを記憶手段（図示せず）から読み出す。これは、加速運転又は急加速運転を行った場合でも、所定時間Δｔ４（図１３（ｂ）参照）の間に燃料電池１０が加湿されることで、通常制御に移行できるためである。
ステップＳ４１４においてＥＣＵ６０は、所定負荷まで減速したか否かを判定する。ちなみに、所定負荷は、高負荷発電実績フラグをＯＮにする必要がないと判断する際の閾値となる出力である。
【０１２５】
所定負荷まで減速した場合（Ｓ４１４→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４１７に進む。一方、所定負荷まで減速していない場合（Ｓ４１４→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４１５に進む。
ステップＳ４１５においてＥＣＵ６０は、加速運転を開始してから所定時間Δｔ５が経過したか否かを判定する。加速運転を開始してから所定時間Δｔ５が経過している場合（Ｓ４１５→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４１６に進む。一方、加速運転を開始してから所定時間Δｔ５が経過していない場合（Ｓ４１５→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ４１４に戻る。
【０１２６】
ステップＳ４１６においてＥＣＵ６０は、高負荷発電実績フラグをＯＮにする（図１３（ｅ）参照）。ちなみに、高湿潤状態が継続すると燃料電池１０は徐々に劣化する可能性がある。したがって、少なくとも高負荷運転終了から所定時間Δｔ３が経過するまでは（図１３（ｅ）参照）、低負荷運転（乾燥モード）を行って燃料電池１０を乾燥させる。
次に、ステップＳ４１７においてＥＣＵ６０は、加速後タイマをリセットする。
なお、低負連続運転実績フラグと高負荷発電実績フラグとがいずれも立つ場合、高負荷発電実績フラグを優先し、通常制御とすることが好ましい。
【０１２７】
＜フラッディングの抑制＞
前記した急加速運転では、カソード循環流路に設置されているエアポンプ３６の駆動を制限することによって、走行モータ５５に供給される正味出力を最大限に引き出している。
例えば、図２１（ａ）に示すように、エアポンプ３６消費電力をＰ２からＰ１に減少させて通常制御から専用制御（補機の出力を制限する制御）に移行した場合、燃料電池１０に供給されるエア流量はＱ２からＱ１に減少する。
この場合、図２１（ｂ）に示すように、燃料電池１０の安定発電度はα２からα１に減少する。さらに、エアポンプ３６の消費電力がＰ１を下回るとカソードガスの供給不足となり、安定発電度が急速に低下する。したがって、所定値以上の安定発電度を確保しつつ、最大限の正味出力を引き出すように、エアポンプ３６の回転速度を適度に低下させることが好ましい。
【０１２８】
≪効果≫
本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、低負荷運転時において、条件に応じて定期的に燃料電池１０を加湿する加湿運転を実行する。ここで、燃料電池１０の出力電流が低負荷領域にある場合（Ｓ１０１→Ｙｅｓ）、発電レート積算値に低負荷発電レート（正の値）を逐次加算していく（Ｓ１０２）。一方、燃料電池１０の出力電流が高負荷領域にある場合（Ｓ１０１→Ｎｏ）、発電レート積算値に高負荷発電レート（負の値）を逐次加算していく（Ｓ１０３）。これによって、燃料電池１０の湿潤状態を発電レート積算値に適切に反映させることができる。
【０１２９】
また、高湿潤状態が長時間継続すると、燃料電池１０のセルなどが劣化する可能性がある。したがって、加湿モードを開始してから所定時間が経過すると（つまり、発電レート積算値が所定値未満になると：Ｓ１０４→Ｙｅｓ）、速やかに乾燥モードに移行する（Ｓ１０５）。これによって、燃料電池１０の劣化を抑制できる。
このように、燃料電池１０の加湿状態を適切にコントロールすることで、アクセル７１の開度が大きくなって要求出力が急増した場合でも、燃料電池１０での電極反応がスムーズに進むため、前記要求出力に対して瞬時に応じることができる。
【０１３０】
また、加湿モードを実行する際、バッテリ５３に余裕がある場合には充電し（Ｓ２０４）、バッテリ５３に余裕がない場合には冷媒ポンプ４１などの回転速度を上昇させる（Ｓ２０６）。したがって、燃料電池１０で生成された余剰電力の収支を図り、無駄な電力消費をなくすことができる。なお、冷媒ポンプ４１の回転速度を上昇すると、燃料電池１０が急冷却されて凝縮水が増加するため、燃料電池１０の含水量を増加させ、電極反応を促進させることができる。
【０１３１】
また、本実施形態では、燃料電池システム１にインピーダンス計測装置を搭載する必要がなく、湿潤状態などを求めるプログラムをＥＣＵ６０に予め組み込んでフィードフォワード制御を実行する。したがって、ＥＣＵ６０の処理負荷を軽減できると共に、コストを削減できる。
また、コンプレッサ３１の下流側にインタークーラ３２を設けることで、圧縮されて高温・高圧になったカソードガス（空気）を適度に冷却し、燃料電池１０のカソード流路１２に供給することができる。
【０１３２】
また、前記した加湿制御によって燃料電池１０内で凝縮水が増加する。そうすると、カソード流路１２及びアノード流路１１においても凝縮水が発生し、水分過多になる可能性がある。したがって、アノード側に設けられている水素ポンプ２７を駆動してアノード流路１１内の余分な水を排出し（Ｓ２０５４，Ｓ２０６４）、カソード側に設けられているエアポンプ３６を駆動してカソード流路１２内の余分な水を排出する（Ｓ２０５５，Ｓ２０６５）。
これによって、前記した（式１）、（式２）の反応が促進されると共に、燃料電池１０の固体高分子膜から出た余分な水を掃気して、フラッディングを抑制することができる。
【０１３３】
ちなみに、水素ポンプ２７やエアポンプ３６によって凝縮水を排出しても、固体高分子膜には適度な水が保有される。これによって、燃料電池１０におけるフラッディングの発生を抑制すると共に、燃料電池１０を良好な高湿潤の状態にすることができる。
また、要求出力が急増した場合に燃料電池１０が充分に湿潤していなくとも（Ｓ３０７→Ｙｅｓ）、エアポンプ３６の出力を下げて供給流量を低減し（Ｓ４０４３）、冷媒ポンプ４１の出力を下げて冷媒の循環流量を低減する（Ｓ４０４４）。このように、これら補機への出力を一時的に低減することで浮いた電力を、走行モータ５５に振り分けることができる。したがって、走行モータ５５への正味出力を最大限に引き出すことができる。
【０１３４】
また、アノード流路１１内、及び、カソード流路１２内にたまった余分な水を、水素ポンプ２７やエアポンプ３６によって排出することで、燃料電池１０の固体高分子膜を充分に加湿しつつ、フラッディングを確実に防止することができる。
また、水素センサによって検出される水素圧と、目標水素圧との差に基づいて、通常制御、加速運転制御、又は急加速制御を行うことによって、燃料電池１０の状態に応じたきめ細かい制御を行うことができる。
【０１３５】
図２２は、高出力要求があった場合における燃料電池１０の出力の時間的変化を示すグラフである。図２２に示すように、高出力要求時において通常の乾燥運転（つまり、要求出力に対応した発電）を行っている場合、燃料電池１０が充分に加湿されるまでに所定時間（ｔＣ−ｔＡ）がかかる。
【０１３６】
これに対して、本実施形態に係る加湿潤運転を実行した場合、高出力要求があった時刻ｔＡにおいて燃料電池１０は充分に加湿されている。したがって、高出力要求に応じて燃料電池１０の出力電力を増加させ、速やかにＦＣ出力ＷＣを得ることができる。
また、要求出力が急増した場合に燃料電池１０が充分に湿潤していなくとも、補機への出力を制限する専用運転を実行することで、加湿運転よりも短時間でＦＣ出力ＷＢを得ることができる。
【０１３７】
≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池システム１について前記実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記実施形態では、発電レート積算値の値に基づいて燃料電池１０の湿潤度を推定する場合について説明したが、これに限らない。
例えば、前記実施形態では、燃料電池１０への要求出力に応じた出力電流が所定値未満である状態が所定時間を超えて継続した場合、ＥＣＵ６０が燃料電池１０の湿潤度を所定値未満と判定してもよい。
また、燃料電池１０への要求出力に応じた出力電流が所定値未満であると共に、前記要求出力に応じた出力電力の積算量が所定量を超えた場合、ＥＣＵ６０が燃料電池１０の湿潤度を所定値未満と判断してもよい。
【０１３８】
また、前記実施形態では、発電レート積算値の算出に際し、低負荷発電レート及び高負荷発電レートとして固定値を用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、低負荷発電レート及び高負荷発電レートが、燃料電池１０の出力電流の値に応じて適宜設定してもよい。
【０１３９】
また、前記した加湿モードにおいて、バッテリ５３の電力消費が順調である場合には、水素ポンプ２７及び／又はエアポンプ３６を使用しないようにしてもよい。
また、加湿モードと代替加湿モードを組み合わせてもよい。すなわち、エアポンプ３６などの補機に電力供給しつつ、余剰電力をバッテリ５３に充電してもよい。これによって、より速やかに燃料電池１０を加湿できると共に、無駄な電力消費を低減できる。
また、前記した代替加湿モードを実行する場合、水素ポンプ２７及びエアポンプ３６を駆動することとしたが、いずれか一方を駆動することとしてもよい。また、急加速運転時における水素ポンプ２７及びエアポンプ３６についても同様である。
また、前記した補機への電力供給を制限する専用運転を行う際に、エアポンプ３６及び水素ポンプ２７を停止させてもよい。これによって、より大きな正味電力を得ることができる。
【０１４０】
また、前記で説明した急加速運転制御を実行する際、冷媒ポンプ（補機）などの消費電力を低減させることとしたが、これに限らない。
例えば、配管ｂ７（図１参照）に背圧弁（圧力調整手段：図示せず）を設け、ＥＣＵ６０が当該背圧弁の開度を絞ることによって、カソード流路１２を通流する空気の圧力を増加させてもよい。これによって、燃料電池１０内の水蒸気が凝縮しやすくなり、生成された凝縮水によって燃料電池１０が加湿される。
【０１４１】
また、前記で説明した急加速（又は加速）運転制御を実行する際、ＥＣＵ６０が、負荷から燃料電池１０への要求出力を超えるように出力制御を実行してもよい。これによって、燃料電池での電極反応が促進され、生成される水によって加湿できる。
なお、余剰電力については、バッテリ５３の充電量が所定値以上である場合、冷媒ポンプ４１の回転速度を上昇に用い、バッテリ５３の充電量が所定値未満である場合、バッテリ５３に充電する。
【０１４２】
また、前記実施形態では、インピーダンス装置を用いない場合について説明したが、これに限らない。すなわち、燃料電池１０にインピーダンス装置を接続し、計測したインピーダンスをＥＣＵ６０に出力することとしてもよい。
この場合、インピーダンス装置を状態量の補正用として使用することができる。例えば新品時の設定パラメータに対し劣化補正をかける際に、インピーダンス運用初期からの偏差にて劣化補正係数を算出し、予め設定された運転条件（加湿制御ＭＡＰ）にフィードバックすることができる。
【０１４３】
すなわち、図２３（ａ）に示すように、燃料電池１０の劣化が進むにしたがってインピーダンスも大きくなり、劣化補正係数も大きくなる。なお、Ｚ１は燃料電池１０が新品である場合のインピーダンスである。
また、図２３（ｂ）に示すように、燃料電池１０の劣化が進むにしたがって、燃料電池１０の湿潤度が低下する。したがって、インピーダンス計測装置によって計測した燃料電池１０のインピーダンスを用いて算出した劣化補正係数を用いることで、より正確に燃料電池１０の湿潤度を把握することができる。
【０１４４】
また、インピーダンス計測装置を燃料電池１０の湿潤状態を検出する「湿潤度状態出手段」として用いてもよい。この場合、たとえインピーダンス測定値が使用できなくなっても、前記した発電レート積算値を用いたフィードフォワード制御に切り替えることによって、速やかに対応することができる。
【０１４５】
また、前記実施形態では、バイパス流路に加湿器バイパス弁３４を設ける場合について説明したが、これに限らない。すなわち、加湿器バイパス弁３４に代えて、水素インジェクタをバイパス流路に設けてもよい。また、エゼクタ２４の導入側に水素インジェクタを設けてもよい。
また、前記実施形態では、図１に示すように、配管ｃ４に冷媒ポンプ４１の吸入側を接続し、配管ｃ１に冷媒ポンプ４１の吐出側を接続する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、冷媒ポンプ４１に代えて、配管ｃ３上に冷媒ポンプを設けてもよい。また、これら２つを併用してもよい。
また、冷媒ポンプ４１に代えて、配管ｃ２のうち配管ｃ５との接続箇所よりも冷媒流路１３の出口側に冷媒ポンプを設けてもよい。
【０１４６】
また、ＥＣＵ６０は、燃料電池１０の湿潤度が所定値未満であると推定した場合、以下の（１）及び／又は（２）の制御を実行してもよい。
（１）ＥＣＵ６０が、バイパス流路ｂ４，ｂ５（図１参照）を通流するカソードガスの流量を低減するように加湿器バイパス弁３４を制御する。
（２）電圧センサ５４（図１参照）によって検出されるバッテリ５３の充電量が所定量以上である場合、ＥＣＵ６０が冷媒ポンプ４１の回転速度を上昇させ、電圧センサ５４によって検出されるバッテリ５３の充電量が所定量未満である場合、バッテリ５３への充電を行うように制御する。
【符号の説明】
【０１４７】
１  燃料電池システム
１０  燃料電池
１１  アノード流路
１２  カソード流路
１３  冷媒流路
２５  水素圧センサ
２７  水素ポンプ
３１  コンプレッサ
３３  加湿器
３４  加湿器バイパス弁（バイパス流量調整手段）
３５  エア圧センサ
３６  エアポンプ
４１  冷媒ポンプ
４４  冷媒温度センサ
５１  出力検出器
５２  ＶＣＵ
５３  バッテリ
５４  電圧センサ（充電量検出手段）
６０  ＥＣＵ（要求出力算出手段、湿潤度推定手段、湿潤度調整手段、バイパス流量調整手段）
７１  アクセル
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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