(57)【要約】【課題】触媒電極の形態変化に合わせて適切な水管理を行う燃料電池システムを提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池システム１であって、電解質部と、反応ガスが流れる空孔を有し且つ該電解質部を挟んで配置される触媒電極部と、を有する膜電極接合体と、空孔に流す反応ガスの湿度を制御目標値に制御する湿度制御手段５Ａと、空孔の変形により、空孔を流れる反応ガスの流れが空孔内に溜まる水で阻害されることによる膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知手段５Ｂと、発電能力検知手段５Ｂが膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、空孔内の反応ガスの流れが空孔内に溜まる水で阻害されないように制御目標値を補正する制御目標値補正手段５Ｃと、を備える。【選択図】図３
2009043448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池システムであって、
電解質部と、前記反応ガスが流れる空孔を有し且つ該電解質部を挟んで配置される触媒電極部と、を有する膜電極接合体と、
前記空孔に流す前記反応ガスの湿度を、該空孔内に溜まる水によって該反応ガスの流れが阻害されない制御目標値に制御する湿度制御手段と、
前記空孔の変形により、該空孔を流れる前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水で阻害されることによる前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知手段と、
前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記空孔内の前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水で阻害されないように前記制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、を備える
燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電能力検知手段は、
前記膜電極接合体の電気出力の低下を検出する電気出力検出手段と、
前記電気出力検出手段が前記膜電極接合体の電気出力の低下を検出すると、前記空孔を流れる前記反応ガスの流速を上げる流速変更手段と、
前記流速変更手段が前記反応ガスの流速を上げた時の前記膜電極接合体の電気出力の変化量に基づいて、前記電気出力検出手段が検出した前記膜電極接合体の電気出力の低下がフラッディングによるものであるか否かを検出するフラッディング検出手段と、を有し、
前記電気出力検出手段が検出した電気出力の低下がフラッディングによるものでないことが前記フラッディング検出手段によって検出されると、該電気出力の低下が前記空孔の変形による発電能力の低下であることを検知する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御目標値補正手段は、前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記制御目標値を一時的に変化させて該膜電極接合体の電気出力が最も高くなる時の値を取得し、取得した値を前記湿度制御手段の新たな制御目標値に補正する、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御目標値補正手段は、前記触媒電極の経年劣化に伴う前記空孔の変形により生ずる前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、該空孔を流れる前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水によって阻害されないように前記制御目標値を補正する、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池システムであって、
電解質部と、該電解質部を挟んで配置される触媒電極部と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に流す前記反応ガスの湿度を、該膜電極接合体に付着する水の状態に応じた制御目標値に制御する湿度制御手段と、
前記膜電極接合体の前記触媒電極部に付着する水の挙動と関連する該触媒電極部の物理的状態の変化による発電能力の低下であって、該膜電極接合体の該触媒電極部を流れる前記反応ガスの流れが該触媒電極部に付着する水で阻害されることによる該膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知手段と、
前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記触媒電極部を流れる前記反応ガスの流れが該触媒電極部に付着する水で阻害されないように前記
制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、を備える
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。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電を行う。電気化学反応は、膜電極接合体やガス拡散層を担持した燃料電池セルで行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、温度に応じて加湿度を制御する技術が記載されている。また、特許文献２には、セル電圧のバラつきに応じて水素量及び酸素量を制御する技術が記載されている。また、特許文献３には、セル電圧に応じて加湿量を制御する技術が記載されている。また、特許文献４には、水つまりを検出するとこれをパージする技術が記載されている。また、特許文献５には、セル電圧が所定値以上になると乾燥したガスを供給することで膜電極接合体の含水量を減らし、触媒層の劣化を抑制する技術が記載されている。また、特許文献６には、劣化の程度に応じて電気出力を制限する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１４２０１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２３５号公報
【特許文献３】特開２００３−５１３２９号公報
【特許文献４】特開２００２−２６０７０４号公報
【特許文献５】特開２００６−２０２７１８号公報
【特許文献６】特開２００６−１６４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池セルの触媒電極は、触媒を介して燃料ガスからプロトンを生成したり或いはプロトンと酸化ガスとを結合したりする。触媒電極は、触媒と反応ガスとの接触を増やすため、空孔によって表面積を広げている。
【０００５】
触媒電極は、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により生ずる生成水が付着する。触媒電極の空孔に生成水が溜まると、空孔を流れる反応ガスの流れが阻害されるために電気化学反応が弱まり、燃料電池セルの電気出力が低下する。
【０００６】
触媒電極は、発電を繰り返すことにより、その形態が徐々に変化する。例えば、触媒電極の空孔の形状が変化すると、空孔に溜まる生成水の溜まりやすさも変化する。燃料電池セルは、電解質膜に適度な水分を与えつつ、触媒と反応ガスとの接触を阻害しないようにする必要がある。このため、燃料電池セルは適切な水管理を施す必要があるが、触媒電極の形態が変化すると、最適な加湿量のパラメータ等も変化する。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑み、触媒電極の形態変化に合わせて適切な水管理を行う燃料電池システム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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、触媒電極の空孔の形状変化に伴う膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、反応ガスの湿度の制御目標値を補正する。
【０００９】
詳細には、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池システムであって、電解質部と、前記反応ガスが流れる空孔を有し且つ該電解質部を挟んで配置される触媒電極部と、を有する膜電極接合体と、前記空孔に流す前記反応ガス
の湿度を、該空孔内に溜まる水によって該反応ガスの流れが阻害されない制御目標値に制御する湿度制御手段と、前記空孔の変形により、該空孔を流れる前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水で阻害されることによる前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知手段と、前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記空孔内の前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水で阻害されないように前記制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、を備える。
【００１０】
燃料電池システムは、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させるための膜電極接合体を備える。この膜電極接合体は、電解質部が触媒電極部に挟まれた状態で配置されており、触媒電極部のアノード側で生成されたプロトンが電解質部を介して触媒電極部のカソード側に移動する。
【００１１】
プロトンが移動するには、電解質部が水を含んでいる必要がある。電解質部は触媒電極部に挟まれているため、電解質部に水を与えるには、触媒電極部を流れる燃料ガスや酸化ガスを加湿する。触媒電極部は、触媒としての機能を高めるため、空孔により表面積を広げている。反応ガスの湿度が高い場合、電解質部には十分な水が与えられるが、触媒電極の空孔が水で塞がれ、触媒の機能が低下する。反応ガスの湿度が低い場合、触媒電極の空孔が水で塞がれないので触媒の機能は低下しないが、電解質部に十分な水が与えられず、アノード側からカソード側に移動するプロトンが減る。このため、燃料電池システムは、発電能力を高めるため、適切な水管理を行う必要がある。そこで、湿度制御手段が、空孔内に溜まる水によって反応ガスの流れが阻害されないように、空孔に流す反応ガスの湿度を制御する。
【００１２】
触媒電極部は、起動停止の繰り返しにより形態が変化する。触媒電極部の形態が変化すると空孔も変形する。空孔が変形すると、空孔が水で塞がれやすくなる場合がある。ここで、反応ガスの湿度の制御目標値を変えないと、触媒電極部の形態変化に伴い空孔が水で塞がれやすくなる。これにより、膜電極接合体の発電能力が低下する。そこで、制御目標値補正手段は、触媒電極部の形態変化に伴う膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、反応ガスの湿度を制御する湿度制御手段の制御目標値を補正する。制御目標値補正手段は、湿度制御手段の制御目標値を下げることで空孔に溜まる水を減らし、空孔内を流通するガスの流れを回復させる。なお、膜電極接合体の発電能力の低下は、発電能力低下検知手段が検知する。
【００１３】
以上、本発明に係る燃料電池システムによれば、触媒電極の形態変化に合わせて適切な水管理を行うことが可能になる。
【００１４】
ここで、前記発電能力検知手段は、前記膜電極接合体の電気出力の低下を検出する電気出力検出手段と、前記電気出力検出手段が前記膜電極接合体の電気出力の低下を検出すると、前記空孔を流れる前記反応ガスの流速を上げる流速変更手段と、前記流速変更手段が前記反応ガスの流速を上げた時の前記膜電極接合体の電気出力の変化量に基づいて、前記電気出力検出手段が検出した前記膜電極接合体の電気出力の低下がフラッディングによるものであるか否かを検出するフラッディング検出手段と、を有し、前記電気出力検出手段が検出した電気出力の低下がフラッディングによるものでないことが前記フラッディング検出手段によって検出されると、該電気出力の低下が前記空孔の変形による発電能力の低下であることを検知するようにしてもよい。
【００１５】
膜電極接合体の発電能力が低下すると、電気出力が低下する。発電能力検知手段は、電気出力検出手段により電気出力の低下を検出することで、膜電極接合体の発電能力の低下を検知する。
【００１６】
膜電極接合体の電気出力は、触媒電極の形態変化により低下以外に、触媒電極の表面に付着した水により低下する場合（フラッディングの場合）が挙げられる。フラッディングの場合、反応ガスの流速を変化させることで触媒電極の表面に付着した水が移動する。触媒電極の表面に付着した水が移動すると、膜電極接合体の電気出力が変化する。そこで、発電能力検知手段は、触媒電極の形態変化による電気出力の低下とフラッディングによる電気出力の低下とを区別するため、流速変更手段により反応ガスの流速を上げる。そして、フラッディング検出手段は、流速変更手段が反応ガスの流速を上げた際の電気出力の変化量を監視する。フラッディング検出手段は、この電気出力の変化量から、膜電極接合体がフラッディング状態にあるか否かを検出する。発電能力検知手段は、電気出力検出手段が検出した電気出力の低下がフラッディングによるものでない場合に、この電気出力の低下が空孔の変形によるものであることを判別する。以上により、触媒電極の形態変化を検知することが可能になる。
【００１７】
ここで、前記制御目標値補正手段は、前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記制御目標値を一時的に変化させて該膜電極接合体の電気出力が最も高くなる時の値を取得し、取得した値を前記湿度制御手段の新たな制御目標値に補正するようにしてもよい。
【００１８】
触媒電極が形態変化した場合、湿度制御手段の制御目標値を適切な値に補正する必要がある。適切な値とは、空孔内に反応ガスの流れを阻害する水が溜まらない値であり、例えば、膜電極接合体の電気出力が最も高くなる値である。制御目標値補正手段は、電気出力が最も高くなる時の値を取得するため、膜電極接合体の発電能力が低下すると、湿度制御手段の制御目標値を一時的に変化させる。すなわち、制御目標値補正手段は、発電能力の低下を検知したら、電気出力を監視しながら湿度制御手段の制御目標値を一時的に下げたり上げたりする。制御目標値補正手段は、電気出力が最も高くなる時の値を取得したら、これを湿度制御手段の新たな制御目標値にする。これにより、触媒電極の形態が変化しても膜電極接合体の発電能力を最大限に発揮させることが可能になる。
【００１９】
ここで、前記制御目標値補正手段は、前記触媒電極の経年劣化に伴う前記空孔の変形により生ずる前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、該空孔を流れる前記反応ガスの流れが該空孔内に溜まる水によって阻害されないように前記制御目標値を補正してもよい。
【００２０】
触媒電極の形態変化は、長期間に渡る発電の繰り返しにより徐々に進行する。このような経年劣化に伴う発電能力の低下を検知し、触媒電極の形態変化に合わせて適切な水管理を行うことで、触媒電極が経年劣化しても膜電極接合体の発電能力を十分に発揮させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明は、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池システムであって、電解質部と、該電解質部を挟んで配置される触媒電極部と、を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体に流す前記反応ガスの湿度を、該膜電極接合体に付着する水の状態に応じた制御目標値に制御する湿度制御手段と、前記膜電極接合体の前記触媒電極部に付着する水の挙動と関連する該触媒電極部の物理的状態の変化による発電能力の低下であって、該膜電極接合体の該触媒電極部を流れる前記反応ガスの流れが該触媒電極部に付着する水で阻害されることによる該膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知手段と、前記発電能力検知手段が前記膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、前記触媒電極部を流れる前記反応ガスの流れが該触媒電極部に付着する水で阻害されないように前記制御目標値を補正する制御目標値補正手段と、を備えるものであってもよい。
【００２２】
この燃料電池システムの発電能力検知手段は、膜電極接合体の水の状態を変化させるような膜電極接合体の物理的状態の変化による発電能力の低下を検知する。ここで、膜電極接合体の物理的状態の変化とは、膜電極接合体の触媒電極部に付着する水の挙動と関連する触媒電極部の物理的状態の変化であって、発電に最適な湿度の制御目標値が変化してしまう物理的状態の変化であり、例えば、触媒電極部の空孔の変形や素材の変質等によって影響を受ける撥水性や親水性等、触媒電極部の保水性や吸水性に関する特性の変化である。この燃料電池システムは、水に関する物理的状態の変化に応じて湿度の制御目標値を補正することにより、膜電極接合体の発電能力を十分に発揮させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、触媒電極の形態変化に合わせて適切な水管理を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
＜実施形態の構成＞
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成図である。図１において示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック２、燃料電池スタック２のアノード側に燃料ガスである水素を供給する水素貯蔵タンク３、及び燃料電池スタック２のカソード側に酸化ガスである酸素を含む空気を供給する空気圧縮機４を備えている。また、燃料電池システム１は、各機器を制御する制御装置５（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を備え
ている。なお、本実施形態に係る燃料電池システム１は、電気モータで走行する燃料電池自動車に搭載されることを前提としている。しかし、本発明はこれに限定されるものでなく、地上に設置したり、自動車以外の移動媒体に搭載したりしてもよい。
【００２６】
燃料電池スタック２は、燃料電池自動車等の移動媒体に適する高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）であり、水素と酸素の供給を受けて発電
する。燃料電池スタック２は、燃料ガスである水素と酸化ガスである酸素との電気化学反応によって発電する膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を多数備え
ており、これら膜電極接合体を有する燃料電池セルが積層されていることにより、所望の電圧を出力するように構成されている。
【００２７】
燃料電池システム１は、水素貯蔵タンク３から燃料電池スタック２へ水素を供給する通路の途中に、水素入口弁６を備えている。水素入口弁６は、制御装置５の指令で開度を調整可能なコントロールバルブであり、水素貯蔵タンク３から燃料電池スタック２に流れる水素を制御する。
【００２８】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック２のアノード側から大気へアノードオフガスを放出する通路の途中に水素出口弁７を備えている。水素出口弁７は、制御装置５の指令で開度を調整可能なコントロールバルブであり、大気へ放出するアノードオフガスを制御する。
【００２９】
また、燃料電池システム１は、空気圧縮機４から燃料電池スタック２へ空気を供給する通路の途中に、加湿器８を備えている。加湿器８は、制御装置５の指令に応じて空気圧縮機４から燃料電池スタック２へ流れる空気の湿度を調整する。
【００３０】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック２のカソード側から大気へカソードオ
フガスを放出する通路の途中に空気出口弁９を備えている。空気出口弁９は、制御装置５の指令で開度を調整可能なコントロールバルブであり、大気へ放出するカソードオフガスを制御する。
【００３１】
制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory
）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力インターフェース等で構成されており、空気圧縮機４、加湿器８、空気出口弁９、水素入口弁６、及び水素出口弁７を制御する。
【００３２】
なお、制御装置５は、燃料電池スタック２の出力電圧を測定する電圧センサ１０、及び燃料電池スタック２の出力電流を測定する電流センサ１１と電気的に接続されており、燃料電池スタック２の出力電圧、及び出力電流を取得する。
【００３３】
図２は、制御装置５の機能ブロック図である。制御装置５は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及び入出力インターフェース等が協働することにより、弁や加湿器８、その他の補機類を制御する制御部５Ａ（本発明でいう、湿度制御手段に相当する）、膜電極接合体の発電能力の低下を検知する発電能力検知部５Ｂ（本発明でいう、発電能力検知手段に相当する）、湿度制御部５Ａの制御目標値を補正する制御目標値補正部５Ｃ（本発明でいう、制御目標値補正手段に相当する）の機能を実現する。
【００３４】
制御部５Ａは、燃料電池スタック２の出力電圧や出力電流、水素や酸素の供給流量毎に応じて予め定められた、最適な加湿量や弁開度等の制御目標値を示すマップを備えている。燃料電池システム１が起動されると、制御部５Ａは、このマップに基づいて各弁や加湿器８等の補機類を制御する。
【００３５】
発電能力検知部５Ｂは、触媒電極の形態変化（例えば、触媒の経年変化に伴い変化する保水性の変化）による膜電極接合体の発電能力の低下を検知する。発電能力検知部５Ｂは、電圧センサ１０や電流センサ１１から送られる信号に基づいて膜電極接合体の電気出力の低下を検出する電気出力検出部５Ｂ−ａを有している。また、発電能力検知部５Ｂは、フラッディング現象による一時的な電気出力の低下と、触媒電極の劣化等による発電能力の低下とを区別するため、空気出口弁９の開度を変更する流速変更部５Ｂ−ｂと、流速変更部５Ｂ−ｂが空気出口弁９の開度を変更したときの電気出力の変化量からフラッディングの有無を検出するフラッディング検出部５Ｂ−ｃと、を有している。発電能力検知部５Ｂは、電気出力検出部５Ｂ−ａが膜電極接合体の電気出力の低下を検出すると、流速変更部５Ｂ−ｂが空気の流速を上げる。フラッディングが発生している場合、空気の流速を上げると膜電極接合体に付着する水が移動するので反応ガスと触媒が接触しやすくなり、電気出力が変動する。そこで、フラッディング検出部５Ｂ−ｃが、流速変更部５Ｂ−ｂが空気の流速を上げた際の膜電極接合体の電気出力の変化量に基づいてフラッディングの有無を検出する。フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、膜電極接合体の電気出力の低下がフラッディングによるものでない場合に、膜電極接合体の発電能力が低下していると判断する。
【００３６】
制御目標値補正部５Ｃは、発電能力検知部５Ｂが膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、湿度制御部５Ａのマップが示す制御目標値を補正する。
【００３７】
＜実施形態の制御フロー＞
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の運転制御について説明する。図３は、燃料電池システム１の制御フロー図である。以下、図３に示す制御フロー図を参照しながら、燃料電池システム１の運転制御について説明する。
【００３８】
（ステップＳ１０１：発電開始）燃料電池自動車に乗車した運転者によって燃料電池システム１が起動されると、制御部５Ａは、水素入口弁６および水素出口弁７を開いて燃料
電池スタック２に水素を供給すると共に、空気出口弁９を開いて空気圧縮機４を起動し、マップの制御目標値に従って湿度を制御した空気を燃料電池スタック２に供給する。制御部５Ａは、燃料電池スタック２への水素と酸素の供給を開始したら、燃料電池スタック２に電気的負荷を接続する。これにより、燃料電池スタック２内の膜電極接合体で水素と酸素とが電気化学反応し、発電が開始される。
【００３９】
（ステップＳ１０２：電気出力監視）電気出力検出部５Ｂ−ａは、制御部５ＡがステップＳ１０１の処理を実行して発電を開始すると、電圧センサ１０と電流センサ１１で燃料電池スタック２の電気出力を監視する。図４において、経年劣化に伴う電気出力の変化を示す。図４において示すように、電気出力検出部５Ｂ−ａは、燃料電池スタック２の電気出力の低下量（ΔＶ1）が所定値以上に達すると、燃料電池スタック２に供給する空気の
流速を変更する処理（ステップＳ１０３）を実行する。なお、所定値は、ＲＯＭ等に予め記憶されている値であり、例えば、触媒電極の劣化が進行し、制御目標値を補正することが望ましい状態にあるときの膜電極接合体の電気出力である。
【００４０】
（ステップＳ１０３：流速変更）流速変更部５Ｂ−ｂは、電気出力検出部５Ｂ−ａが燃料電池スタック２の電気出力の低下を検出すると、空気出口弁９の開度を一時的に上げ、再び元の開度に戻す。流速変更部５Ｂ−ｂが空気出口弁９の開度を上げることにより、燃料電池スタック２のカソード側を流れる空気の流量が上がるため、膜電極接合体に生成水が付着していた場合にこの水が下流側に流れる。
【００４１】
（ステップＳ１０４：フラッディング検出）フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、流速変更部５Ｂ−ｂが空気出口弁９の開度を変更した時の燃料電池スタック２の電気出力の変化を監視する。すなわち、フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、流速変更部５Ｂ−ｂが空気出口弁９の開度を上げる前の燃料電池スタック２の電気出力と、空気出口弁９の開度を上げた後の燃料電池スタック２の電気出力とを比較し、電気出力の変化を監視する。フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、流速変更部５Ｂ−ｂが流速を変更した後で燃料電池スタック２の電気出力が上がれば、電気出力検出部５Ｂ−ａがステップＳ１０２で検出した電気出力の低下はフラッディングによるものと判断する。一方、フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、流速変更部５Ｂ−ｂが流速を変更した後で燃料電池スタック２の電気出力が上がらなければ、電気出力検出部５Ｂ−ａがステップＳ１０２で検出した電気出力の低下はフラッディングによるものでなく、触媒電極の形態変化（劣化）による膜電極接合体の発電能力の低下であると判断する。すなわち、フラッディング検出部５Ｂ−ｃは、触媒電極のカーボン担体が経年劣化により酸化し、カーボン担体間の空孔が小さくなって生成水が溜まりやすくなり、発電能力が低下したと判断する。
【００４２】
（ステップＳ１０５：制御目標値補正）制御目標値補正部５Ｃは、発電能力検知部５Ｂが膜電極接合体の発電能力の低下を検知すると、湿度制御部５Ａのマップが示す制御目標値を補正する。制御目標値補正部５Ｃは、補正に際し、制御目標値を補正前よりも低い任意の値に補正する。制御目標値補正部５Ｃが制御目標値を補正することにより、燃料電池スタック２に供給される空気の加湿量が下がる。なお、制御目標値補正部５Ｃは、制御目標値の補正に際し、互いに異なる様々な値を設定し、燃料電池スタック２の電気出力が最も高くなる時の値を新たな制御目標値にする。図５において、加湿量を変更したときの電気出力との関係を時間経過のグラフで示す。図５において示すように、制御目標値補正部５Ｃは、制御目標値の補正に際して互いに異なる様々な値（加湿量Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・）を設定してそれぞれの電気出力（ＷA，ＷB，ＷC，ＷD，・・・）を取得し、出力が最も高くなる時の加湿量を調べて新たな制御目標値に補正する。なお、制御目標地補正部５Ｃは、加湿量を変更しても電気出力が高くならない場合（すなわち、電気出力Ｗ1が最も高
い場合）、制御目標値を変更することなく制御部５Ａに次のステップＳ１０６の処理を実行させる。
【００４３】
（ステップＳ１０６：運転継続）制御部５Ａは、ステップＳ１０４またはステップＳ１０５の処理が終了した後、各弁や加湿器８等の補機類を制御して発電を継続する。ステップＳ１０５の処理が終了した後の場合であれば、制御部５Ａは、制御目標値補正部５Ｃによって補正されたマップの制御目標値に基づいて加湿器８やその他の補機類を制御し、発電を継続する。
【００４４】
＜実施形態の効果＞
以上、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、フラッディングのような単位時間あたりの電圧変化が大きい挙動や、反応ガスの欠乏によるセル電圧の急激な低下、膜電極接合体の乾燥による抵抗の増加と、触媒電極の形態変化という比較的時間軸の長い経年変化とを区別し、経年変化に応じた水管理を行っているので効率的な発電を行うことが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態において、制御目標値の補正はカソード側を流れる空気の湿度制御について行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、アノード側を流れる水素の湿度の制御目標値を補正することで電解質膜の水管理を適切に行うようにしてもよい。
【００４６】
また、本実施形態において、燃料電池システム１は、電気出力検出部５Ｂ−ａが燃料電池スタック２全体の電気出力を監視することで膜電極接合体の電気出力の低下を検出しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、電気出力検出部５Ｂ−ａが、各燃料電池セルの電気出力を個別に取得し、電気出力が最も高い燃料電池セルと電気出力が最も低い燃料電池セルとの電気出力の差がある値を超えたときや、電気出力が最も低い燃料電池セルの電気出力がある値以下になったときに、ステップＳ１０３以降の処理を実行するようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態において、燃料電池システム１は、空気圧縮機４から供給される空気を加湿する加湿器８の制御目標値を補正しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに供給する反応ガスを加湿するにあたり、オフガスを冷却してオフガス中に含まれる水分を凝縮させ、凝縮した水を反応ガスの加湿に用いる水交換システムを用いたものであってもよい。
【００４８】
なお、本実施形態において、燃料電池システム１は、触媒電極の空孔の形態変化に応じて制御目標値を補正しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、膜電極接合体の触媒電極の物理的状態の変化（発電に最適な湿度の制御目標値が変化してしまうような触媒電極の物理的状態の変化であり、例えば、触媒電極（触媒層）の撥水材の流出や変質、電解質膜の経年変化、流路の表面状態（撥水性、親水性等）の変化）による保水性や吸水性の変化に応じて制御目標値を補正するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの構成図。
【図２】実施形態に係る制御装置の機能ブロック図。
【図３】実施形態に係る燃料電池システムの制御フロー図。
【図４】経年劣化に伴う電気出力の変化を示すグラフ。
【図５】加湿量を変更したときの電気出力との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・・・燃料電池システム
２・・・・・燃料電池スタック
３・・・・・水素貯蔵タンク
４・・・・・空気圧縮機
５・・・・・制御装置
５Ａ・・・・制御部
５Ｂ・・・・発電能力検知部
５Ｂ−ａ・・電気出力検出部
５Ｂ−ｂ・・流速変更部
５Ｂ−ｃ・・フラッディング検出部
５Ｃ・・・・制御目標値補正部
６・・・・・水素入口弁
７・・・・・水素出口弁
８・・・・・加湿器
９・・・・・空気出口弁
１０・・・・電圧センサ
１１・・・・電流センサ
【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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