JP4144323B2 - 燃料電池の状態判定装置および燃料電池システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の状態判定装置および燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池の状態を判定する燃料電池の状態判定装置および燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池システムとしては、湿潤状態で良好なプロトン導伝性を呈する電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルとこのセル間の隔壁をなすセパレータとにより構成された単電池を複数積層した燃料電池を有するものが知られている。セパレータには、アノード電極と共に燃料ガスとしての水素ガスを単セル内に行き渡らせるための燃料ガス通路が形成されると共に、カソード電極と共に酸化ガスとしての空気を単セル内に行き渡らせるための酸化ガス通路が形成されている。
【０００３】
この電解質膜は通常湿潤状態で良好なプロトン導電性を呈する電解質として機能するため、燃料ガスや酸化ガスを予め加湿したうえで供給することにより電解質膜の湿潤状態を維持しているが、種々の理由によりフラッディング現象(水分過多の状態）が発生し種々の不都合が生じることがある。例えばフラッディング現象が発生すると、ガス通路に水が生成してガス流れの抵抗になり、ガス拡散電極に対して十分なガスを供給できなくなることがある。したがって、燃料電池の水分状態を的確に把握して、燃料電池内を適切な水分状態に維持することは、燃料電池を効率よく運転する上で極めて重要である。
【０００４】
この点、従来の燃料電池システムとしては、燃料電池の出力電圧の時間微分値を演算しこの時間微分値と予め定めた設定値とに基づいて燃料電池への燃料ガスや酸化ガスの供給量，燃料ガスや酸化ガスの加湿量，燃料電池の温度を制御するものが提案されている（特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧がスパイク状に変化したときには燃料電池にフラッディング現象が生じていると判定して、燃料ガスや酸化ガスの供給量を増やしたり、燃料ガスや酸化ガスの加湿量を減らしたり、燃料電池の温度を上げたりすることにより、燃料電池のフラッディングを迅速に解消することができるとされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４８２５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃料電池システムでは、燃料電池に要求される要求出力が変更されたときに関しては何ら考慮されていない。即ち、燃料電池の出力電圧は、燃料電池の出力（発電電力）が変更されたときにも変化するから、燃料電池の電圧がスパイク状に変化したとしても燃料電池が水分過多の状態でない場合もあり、燃料電池の水分状態を誤判定する可能性がある。このため、燃料電池の水分状態が適切な状態に管理できずに燃料電池の運転効率が却って低下してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明の燃料電池の状態判定装置は、こうした問題を解決し、燃料電池の状態、特に水分状態をより適切に判定することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の水分状態をより適切な状態に管理することを目的の一つとする。更に、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の運転効率をより向上させることを目的の一つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池の状態判定装置および燃料電池システムは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明の燃料電池の状態判定装置は、
燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池の状態を判定する燃料電池の状態判定装置であって、
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池に要求される要求出力の変化に対する前記燃料電池の電圧の変化を推定する電圧変化推定手段と、
前記燃料電池に要求される要求出力が変更されたとき、該変更に伴って前記電圧変化推定手段により推定される電圧の変化と、該変更の前後に前記電圧検出手段により検出される電圧とに基づいて前記燃料電池の状態を判定する状態判定手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
この本発明の燃料電池の状態判定装置では、電圧検出手段が、燃料電池の電圧を検出し、電圧変化推定手段が、燃料電池に要求される要求出力の変化に対する燃料電池の電圧の変化を推定する。そして、状態判定手段が、燃料電池に要求される要求出力が変更されたとき、変更に伴って推定された燃料電池の電圧の変化と変更の前後に検出された燃料電池の電圧とに基づいて燃料電池の状態を判定する。これにより、燃料電池の要求出力が変更されたときに生じる燃料電池の電圧の変化により燃料電池の状態を誤判定するのを抑制することができる。この判定された燃料電池の状態を用いて燃料電池を運転するものとすれば、燃料電池の効率をより向上させることができる。なお、この本発明の燃料電池の状態判定装置は、燃料電池の状態を燃料電池に含まれる水分状態として判定するものとすることができる。
【００１１】
こうした本発明の燃料電池の状態判定装置において、前記電圧変化推定手段は、前記燃料電池の電流と電圧との関係を表わす出力特性に基づいて前記燃料電池の要求出力の変化に対する前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適切に燃料電池の状態を判定することができる。
【００１２】
また、出力特性に基づいて燃料電池の電圧の変化を推定する態様の本発明の燃料電池の状態判定装置において、前記燃料ガスの供給圧を検出する供給圧検出手段を備え、前記電圧変化推定手段は、前記検出された燃料ガスの供給圧に対応する前記出力特性を用いて前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段であるものとすることもできる。
【００１３】
また、出力特性に基づいて燃料電池の電圧の変化を推定する態様の本発明の燃料電池の状態判定装置において、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備え、前記電圧変化推定手段は、前記検出された燃料電池の温度に対応する前記出力特性を用いて前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】
燃料電池の状態を水分状態として判定する態様の本発明の燃料電池の状態判定装置において、前記状態判定手段は、前記検出された電圧の変化が前記推定された電圧の変化に対する許容範囲内にないときに水分過多と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、
燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
燃料電池の状態として水分状態を判定する上述の各態様の燃料電池の状態判定装置と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記状態判定装置により判定された水分状態に基づいて前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給および／または前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１６】
この本発明の燃料電池システムでは、燃料電池の状態を水分状態として判定する態様の上述の各態様の本発明の燃料電池の状態判定装置により判定された水分状態に基づいて、燃料電池への燃料ガスの供給または燃料電池への酸化ガスの供給を制御するから、より適切に判定された水分状態に基づいて燃料電池の水分状態をより適切に管理できる。この結果、燃料電池の効率をより向上させることができる。
【００１７】
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記状態判定装置により水分過多と判定されたとき、前記燃料電池に要求される要求出力の変更の前後に前記状態判定装置の前記電圧検出手段により検出された電圧の変化の程度と該要求出力の変更に伴って前記電圧変化推定手段により推定された電圧の変化の程度との差に基づいて前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給および／または前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を制御する手段であるものとすることもできる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給手段と前記酸化ガス供給手段は、前記燃料電池内の圧力を調節可能な手段であり、前記制御手段は、前記燃料電池内の圧力を調節する手段であるものとすることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である燃料電池システム２０を備える自動車の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池システム２０は、図示するように、水素タンク２２からポンプ２４を介して供給された燃料ガスとしての水素ガスとエアポンプ２８により供給された空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、燃料電池３０からの直流電圧および直流電流を調節するＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２により調節された直流電力をモータ３６の駆動に適した交流電力に変換するインバータ３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力端子にインバータ３４と並列して接続されたバッテリ３８と、システム全体および車両の走行をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００２０】
燃料電池３０は、図示しないが、電解質膜とこの電解質膜に狭持されたアノード電極およびカソード電極とからなる単セルとセル間の隔壁をなすセパレータとが複数積層した燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極とカソード電極に供給された水素ガスと空気による電気化学反応により水の発生を伴って発電する。なお、燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。
【００２１】
燃料電池３０から排出される排出ガス（酸素系の排出ガスおよび水素系の排出ガス）の排出管路６２，６４には、排出ガスの流量を調節する流量調節弁５８，６０が取り付けられており、この流量調節弁５８，６０のアクチュエータを駆動して排出ガスの流量を調節することにより燃料電池３０内を調圧できるようになっている。したがって、燃料電池３０にフラッディングが発生しているときには、流量調節弁５８，６０による燃料電池３０内の圧力変動を利用することにより、燃料電池３０内の水分を排出することができる。なお、排出管路５８からの排出ガスに含まれる未反応の水素は、図示しない燃焼室で燃焼させてから排気できるようになっている。勿論、未反応の水素を燃料電池３０に循環させて再び燃料として使用するものとしてもよい。
【００２２】
モータ３６は、例えば、電動機として機能すると共に発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、その回転軸にはディファレンシャルギヤ１４を介して車輪１２に接続された出力軸３９が連結されている。したがって、モータ３６から出力された動力はディファレンシャルギヤ１４を介して車輪１２に伝達され、車両の推進力が得られる。
【００２３】
バッテリ３８の出力端子には、ポンプ２４やエアポンプ２８、流量調節弁５８，６０のアクチュエータなどの補機に直流電力を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ４０が接続されている。
【００２４】
電子制御ユニット７０は、実施例の燃料電池システム２０のコントロールと燃料電池システム２０を搭載する自動車の走行のためのコントロールとを兼ねるものとしてＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムが記憶されたＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット７０には、燃料電池３０の温度を検出する温度センサ５０からの燃料電池温度Ｔｆｃや水素タンク２２から燃料電池３０へ供給される水素ガスの供給圧を検出する圧力センサ５２からの水素ガス供給圧Ｐｈ、燃料電池３０の出力端子間に取り付けられた電圧センサ５４からの出力電圧Ｖｆｃ、燃料電池３０の出力端子に取り付けられた電流センサ５６からの出力電流Ｉｆｃ、バッテリ３８の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキ開度ＢＰ、車両の走行速度を検出する車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、ポンプ２４への駆動信号や、エアポンプ２８への駆動信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２やＤＣ／ＤＣコンバータ４０への制御信号、インバータ３４へのスイッチング信号、流量調節弁５８，６０の各アクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２５】
こうして構成された実施例の燃料電池システム２０の動作、特に、燃料電池３０内の水分状態の判定するための動作や判定結果に基づく水分状態の管理のための動作について説明する。図２は、実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。以下、実施例の燃料電池システム２０の動作を、車両の走行に適用したときの動作として説明する。
【００２６】
運転制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰやブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキ開度ＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖ、電圧センサ５４からの燃料電池３０の出力電圧Ｖｆｃｏ、圧力センサ５２からの水素ガス供給圧Ｐｈ、温度センサ５０からの燃料電池温度Ｔｆｃ、バッテリ３８の充放電電流に基づいて演算されたバッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）などを入力し（ステップＳ１００）、入力したアクセル開度ＡＰとブレーキ開度ＢＰと車速Ｖとに基づいて出力軸３９に要求される要求動力Ｐｏを設定する（ステップＳ１０２）。要求動力Ｐｏの設定は、実施例では、アクセル開度ＡＰとブレーキ開度ＢＰと車速Ｖと要求出力Ｐｏとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡＰやブレーキ開度ＢＰ，車速Ｖが与えられると、マップから対応する要求動力Ｐｏを導出するものとした。
【００２７】
要求動力Ｐｏが設定されると、バッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）に基づいてバッテリ３８から出力すべきバッテリ出力Ｐｂ（放電側を正とし充電側を負とする）を設定する（ステップＳ１０４）。バッテリ出力Ｐｂの設定は、バッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）が所定の範囲内に維持されるように行なわれる。具体的には、バッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）が所定の上限値よりも大きいときにはバッテリ３８に放電が必要であるとしてバッテリ出力Ｐｂに正の値を設定し、バッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）が所定の下限値よりも小さいときにはバッテリ３８に充電が必要であるとしてバッテリ出力Ｐｂに負の値を設定する。
【００２８】
そして、要求動力Ｐｏからバッテリ出力Ｐｂを減じて燃料電池３０から出力すべき燃料電池要求出力Ｐｆｃを設定し（ステップＳ１０６）、この設定された燃料電池要求出力Ｐｆｃが変更されたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。この判定は、具体的には、今回のルーチンで設定された燃料電池要求出力Ｐｆｃと前回このルーチンで設定された燃料電池要求出力Ｐｆｃ（前回Ｐｆｃ）との比較により行なわれる。
【００２９】
燃料電池要求出力Ｐｆｃが変更されたと判定されたときには、ステップＳ１００で入力された水素ガス供給圧Ｐｈおよび燃料電池温度Ｔｆｃに対応する出力特性に基づいて燃料電池要求出力Ｐｆｃの変更に伴う予想電圧変化量ΔＶｒｅｆを推定し（ステップＳ１１０）、燃料電池要求出力Ｐｆｃが変更されていないと判定されたときには、予想電圧変化量ΔＶｒｅｆとして値０を設定する（ステップＳ１１２）。ここで、燃料電池３０の出力特性とは、図３に示すように、燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を表わす特性である。また、予想電圧変化量ΔＶｒｅｆは、燃料電池３０を要求出力Ｐｆｃで運転することにより出力電力が変化したときに、その出力電力の変化に伴って予想される出力電圧の変化の量を意味し、実施例では、図４に示すように、ステップＳ１００で入力された燃料電池３０の出力電圧Ｖｆｃｏと燃料電池３０の出力特性上における燃料電池要求出力Ｐｆｃに対応する燃料電池３０の出力電圧との偏差により導出するものとした。一般に、燃料電池３０内にフラッディング（水分過多の状態）が発生すると、燃料電池３０内のガス流路が塞がれるため燃料電池３０内の反応面積が減少してその出力電圧は低下するが、燃料電池３０の出力電力を増加したときにもその出力電圧は低下する（図３参照）。このため、単純に燃料電池３０の出力電圧の変化量に基づいてフラッディングの発生を判定するものとすると、フラッディングが発生していないにも拘わらずフラッディングが発生したと誤判定する場合がある。したがって、予想電圧変化量ΔＶｒｅｆを用いて燃料電池３０の出力電圧の変化が燃料電池３０の出力電力の変化に起因するものか燃料電池３０のフラッディングの発生に起因するものかを区別することにより、より正確にフラッディング発生を判定することができるのである。なお、水素ガス供給圧Ｐｈ毎および燃料電池温度Ｔｆｃ毎に対応する出力特性を用いるのは、水素ガス供給圧Ｐｈや燃料電池温度Ｔｆｃによって燃料電池３０の出力特性が変動するためである。実施例では、水素ガス供給圧Ｐｈ毎および燃料電池温度Ｔｆｃ毎の燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を予め求めてマップとして記憶しておき、水素ガス供給圧Ｐｈと燃料電池温度Ｔｆｃとが与えられると、マップから対応する出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を出力特性として導出して、この導出された出力特性を用いるものとした。このマップの一例を図５に示す。
【００３０】
そして、燃料電池３０の出力特性を用いて燃料電池要求出力Ｐｆｃを出力可能な燃料電池３０の運転ポイントＶｆｃ＊，Ｉｆｃ＊を設定し（ステップＳ１１４）、設定された運転ポイントＶｆｃ＊，Ｉｆｃ＊で燃料電池３０が運転されるようＤＣ／ＤＣコンバータ３２を駆動制御すると共に要求動力Ｐｏが出力軸３９に出力されるようインバータ３４を駆動制御する（ステップＳ１１６）。その後、電圧センサ５４からの燃料電池３０の出力電圧Ｖｆｃを入力し（ステップＳ１１８）、この出力電圧ＶｆｃからステップＳ１００で入力された出力電圧Ｖｆｃｏを減じて実際の燃料電池３０の出力電圧の変化量としての電圧変化量ΔＶｆｃを計算し（ステップＳ１２０）、この電圧変化量ΔＶｆｃとステップＳ１１０で推定された予想電圧変化量ΔＶｒｅｆとの偏差ΔＶを計算する（ステップＳ１２２）。
【００３１】
偏差ΔＶが計算されると、偏差ΔＶが予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ１２４）、許容範囲内にないと判定されたときには、燃料電池３０にフラッディングが発生或いはそのおそれがあると判断して、偏差ΔＶを打ち消す方向、すなわち燃料電池３０内の水分を排出するように燃料電池３０の排出管路６２，６４に設けられた流量調節弁５８，６０のアクチュエータを駆動制御する処理を行なって（ステップＳ１２６）、本ルーチンを終了する。これにより、流量調節弁５８，６０のアクチュエータの駆動制御により燃料電池３０内に圧力変動が発生して、燃料電池３０内に溜まっている水分が排出されることになる。なお、流量調節弁５８，６０のアクチュエータの駆動制御は、実施例では、偏差ΔＶを用いて次式（１）により目標流量Ｓを設定し、設定された目標流量Ｓとなるように比例制御により行なうものとした。ここで、Ｋはゲインを示す。なお、偏差ΔＶが許容範囲内にあると判定されたときには、流量調節弁５８，６０の調節は行なわずに本ルーチンを終了する。
【００３２】
Ｓ＝Ｋ・ΔＶ （１）
【００３３】
なお、運転処理ルーチンにおいては、ポンプ２４における水素ガスの供給量について説明しなかったが、燃料電池３０に要求される要求出力Ｐｆｃに基づいて調節するものとしてもよいし、出力軸３９への要求出力Ｐｏやバッテリ３８の残容量（ＳＯＣ）に基づいて調節するものとしてもよい。また、一定量の燃料が燃料電池３０に供給されるようポンプ２４を制御するものとしても構わない。
【００３４】
以上説明した実施例の燃料電池システム２０によれば、燃料電池３０に対する要求出力Ｐｆｃが変更されたときには、その変更に伴う燃料電池３０の出力電圧の変化量を前もって推定すると共にその変更に伴って実際に燃料電池３０を運転（ＤＣ／ＤＣコンバータ３２やインバータ３４を駆動）させたときの燃料電池３０の出力電圧の変化量を検出し、両者を比較することによりフラッディングの発生の有無を判定するから、燃料電池３０の出力（電力）の変化に起因する出力電圧の変化をフラッディングとして誤判定することがない。この結果、より適切にフラッディングの発生の有無を判定することができる。しかも、フラッディングが発生したと判定されたときには、推定された出力電圧の変化量と実際に検出された出力電圧の変化量との偏差に応じて流量調節弁５８，６０の開度を調節するから、燃料電池３０内をより適切な水分状態に管理することができ、燃料電池３０の運転効率をより向上させることができる。
【００３５】
実施例の燃料電池システム２０では、圧力センサ５２により検出された水素ガス供給圧Ｐｈと温度センサ５０により検出された燃料電池温度Ｔｆｃとに基づいて燃料電池３０の出力特性を設定し、設定された出力特性を用いて燃料電池３０の運転制御やフラッディングの判定を行なうものとしたが、出力特性に与える影響が小さい燃料電池であれば、水素ガス供給圧Ｐｈおよび燃料電池温度Ｔｆｃのいずれか一方に基づいて燃料電池３０の出力特性を導出するものとしても構わないし、水素ガス供給圧Ｐｈや燃料電池温度Ｔｆｃに拘わらず所定の出力特性を用いるものとしても構わない。
【００３６】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池３０の排出管路６２，６４に設けられた流量調節弁５８，６０の開度を調節することによる圧力変動を利用して燃料電池３０内の水分を排出するものとしたが、ポンプ２４やエアポンプ２８により燃料電池３０へ供給する燃料ガスや酸化ガスの流量を調節することにより、例えば、ガスの流量を一時的に増加させることにより燃料電池３０内の水分を排出するものとしても構わない。また、燃料電池３０内に形成された循環路内を流れる冷却媒体の循環を調節して、燃料電池３０の温度を上昇させることによりフラッディングを解消させるものとしても構わない。
【００３７】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池３０の出力端子間の電圧を検出して燃料電池３０のフラッディングの有無を判定するものとしたが、燃料電池３０を構成する単セル毎あるいは幾つかのセルを一のグループとしてグループ毎の電圧を検出して単セル毎あるいはグループ毎にフラッディングの有無を判定するものとしても構わない。
【００３８】
実施例の燃料電池システム２０では、自動車の走行に適用するものとしたが、他の如何なる負荷の駆動に適用するものとしても構わないのは勿論である。
【００３９】
実施例では、要求出力の変更に伴って推定された出力電圧の変化と要求出力の変更の前後に検出された出力電圧とに基づいて燃料電池内の水分状態を判定すると共に判定結果に基づいて燃料電池内を水分管理する燃料電池システム２０の形態として説明したが、燃料電池内の水分状態を判定する水分状態判定装置の形態としても構わない。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である燃料電池システム２０を備える自動車の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット７０により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】 燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を表わす出力特性の一例を示す説明図である。
【図４】 燃料電池３０の出力特性を用いて予想電圧変化量ΔＶｒｅｆを導出する様子を示す説明図である。
【図５】 水素ガス供給圧Ｐｈと燃料電池温度Ｔｆｃと出力電圧Ｖｆｃと出力電流Ｉｆｃとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１２ 車輪、１４ ディファレンシャルギヤ、２０ 燃料電池システム、２２水素タンク、２４ ポンプ、２８ エアポンプ、３０ 燃料電池、３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３４ インバータ、３６ モータ、３８ バッテリ、３９ 出力軸、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０ 温度センサ、５２ 圧力センサ、５４ 電圧センサ、５６ 電流センサ、５８，６０ 流量調節弁、６２，６４ 排出管路、７０ 電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ。

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池の状態を判定する燃料電池の状態判定装置であって、
   前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記燃料電池に要求される要求出力の変化に対する前記燃料電池の電圧の変化を推定する電圧変化推定手段と、
   前記燃料電池に要求される要求出力が変更されたとき、該変更の前後に前記電圧検出手段により検出される電圧と該変更に伴って前記電圧変化推定手段により推定される電圧の変化とに基づいて前記燃料電池に含まれる水分状態を判定する状態判定手段と
   を備える燃料電池の状態判定装置。
2. 請求項１記載の燃料電池の状態判定装置であって、
   前記電圧変化推定手段は、前記燃料電池の出力電流と出力電圧との関係を表わす出力特性に基づいて前記燃料電池の要求出力の変化に対する前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段である
   燃料電池の状態判定装置。
3. 請求項２記載の燃料電池の状態判定装置であって、
   前記燃料ガスの供給圧を検出する供給圧検出手段を備え、
   前記電圧変化推定手段は、前記検出された燃料ガスの供給圧に対応する前記出力特性を用いて前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段である
   燃料電池の状態判定装置。
4. 請求項２または３記載の燃料電池の状態判定装置であって、
   前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記電圧変化推定手段は、前記検出された燃料電池の温度に対応する前記出力特性を用いて前記燃料電池の電圧の変化を推定する手段である
   燃料電池の状態判定装置。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の燃料電池の状態判定装置であって、
   前記状態判定手段は、前記検出された電圧の変化が前記推定された電圧の変化に対する許容範囲内にないときに水分過多と判定する手段である
   燃料電池の状態判定装置。
6. 燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
   請求項１ないし５いずれか１項に記載の燃料電池の状態判定装置と、
   前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
   前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
   前記状態判定装置により判定された水分状態に基づいて前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給および／または前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を制御する制御手段と
   を備える燃料電池システム。
7. 請求項６記載の燃料電池システムであって、
   前記制御手段は、前記状態判定装置により水分過多と判定されたとき、前記燃料電池に要求される要求出力の変更の前後に前記状態判定装置の前記電圧検出手段により検出された電圧の変化の程度と該要求出力の変更に伴って前記電圧変化推定手段により推定された電圧の変化の程度との差に基づいて前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給および／または前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を制御する手段である
   燃料電池システム。
8. 請求項６または７記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料ガス供給手段と前記酸化ガス供給手段は、前記燃料電池内の圧力を調節可能な手段であり、
   前記制御手段は、前記燃料電池内の圧力を調節する手段である
   燃料電池システム。

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