JP5493695B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の制御に関するものである。

燃料電池の電流−電圧特性ならびに燃料電池のフラッディングの発生状態に基づいて、燃料電池が発電を開始した際に、発電電力の応答速度を推定し、駆動に必要な電力、二次電池が供給可能な電力を演算し、燃料電池システムがアイドルストップ状態から発電を復帰するタイミングを決定する燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００６−２２３０６１号公報

しかし、従来の技術では、燃料電池の始動時、間欠運転からの復帰時、あるいは、最大出力発生時において、燃料電池内に水溜まりが発生しているときの、燃料電池内の水を除去あるいは乾燥させる処理を考慮した発電制御については十分に考慮されていなかった。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決し、燃料電池に水が溜まっているときに適正な発電制御を行うことを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の実施の形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電力を生成する燃料電池と、二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池から外部負荷への電力供給を制御する制御部と、要求出力を取得する要求出力取得部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池内の水の量を取得し、前記水の量から前記燃料電池の電流制限値を決定し、少なくとも前記電流制限値に従って前記燃料電池システムから前記要求出力に応じた電力を前記外部負荷に供給し、前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっており、前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっている場合であって、前記二次電池に予め定められた第１の電力量以上の電力量が蓄積されている場合には、前記燃料電池からの電流制限値を、前記閾値以上の水が溜まっている場合の電流制限値よりも低下させて前記燃料電池からの出力を低下させるとともに、前記二次電池からの出力を増大させ、前記二次電池に予め定められた第１の電力量未満の電力量しか蓄積されていない場合には、前記燃料電池からの電流制限値を前記水の量から決定された電流制限値とし、前記燃料電池内の水の量が前記閾値よりも下がった場合には、前記二次電池からの電力を減少させ、前記燃料電池の電流制限を行わずに前記燃料電池からの出力を増大させる制御を行う。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池に水が溜まっており、二次電池にあらかじめ定められた電力量以上の電力が蓄積されているときには、燃料電池からの出力を下げて、その分二次電池の出力を増加する。その結果、燃料電池の電気化学反応による水の生成を減少させ、燃料電池中の水の除去、乾燥を促進し、適正な発電制御を行うことが可能となる。

［適用例１］
燃料電池システムであって、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電力を生成する燃料電池と、二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池から外部負荷への電力供給を制御する制御部と、要求出力を取得する要求出力取得部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池内の水分布を取得し、前記水分布から前記燃料電池の電流制限値を決定し、少なくとも前記電流制限値に従って前記燃料電池システムから前記要求出力に応じた電力を前記外部負荷に供給し、前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっており、かつ、前記二次電池に予め定められた第１の電力量以上の電力量が蓄積されている場合には、前記燃料電池からの電流制限値を前記水分布から決定された電流制限値よりも低下させて前記燃料電池からの出力を低下させるとともに、前記二次電池からの出力を増大させ、前記燃料電池内の水の量が前記閾値よりも下がった場合には、前記二次電池からの電力を減少させ、前記燃料電池の電流制限を緩和して前記燃料電池からの出力を増大させる制御を行う、燃料電池システム。
この適用例によれば、燃料電池に水が溜まっており、二次電池にあらかじめ定められた電力量以上の電力が蓄積されているときには、燃料電池からの出力を下げて、その分二次電池の出力を増加する。その結果、燃料電池の電気化学反応による水の生成を減少させ、燃料電池中の水の除去、乾燥を促進し、適正な発電制御を行うことが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっており、かつ、前記二次電池に、前記第１の電力量以上の、予め定められた第２の電力量が蓄積されている場合には、前記燃料電池からの電流制限値をゼロに決定して前記燃料電池からの出力を停止するとともに、前記二次電池のみから電力を前記外部負荷に供給し、前記燃料電池内の水の量が前記閾値よりも下がった場合には、前記二次電池からの電力を減少させ、前記燃料電池の電流制限を緩和して前記燃料電池からの出力を増大させる制御を行う、燃料電池システム。
この適用例によれば、二次電池のみから出力し、燃料電池から出力しないので、燃料電池における電気化学反応による水の生成を抑制できるので、燃料電池中の水をより除去、乾燥させることが可能となる。

［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記水分布から決定された電流制限値よりも低い電流制限値で前記燃料電池を動作させている期間、前記燃料電池に供給する前記燃料ガスと前記酸化ガスのガス流量について、前記水分布から決定された電流制限値を維持するのに必要な流量と同量以上のガス流量を供給する、燃料電池システム。
この適用例によれば、燃料ガスや酸化ガスの流れにより、燃料電池内の水を除去、乾燥させやすい。

［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、アノード及びカソードのそれぞれに反応ガスの供給を受けることにより発電を行う膜電極接合体と、前記反応ガスの入口における発電環境を決定する入口環境決定手段と、を有しており、前記制御部は、前記膜電極接合体の発電量と発電環境との関係を定めた発電特性を記憶する発電特性記憶手段と、前記膜電極接合体の反応ガス消費量及び水生成量と前記発電量との関係を定めた消費生成特性を記憶した消費生成特性記憶手段と、前記膜電極接合体を、仮想的に、前記反応ガスの流れに沿って並んだ複数の小領域に区分する小領域定義手段と、前記複数の小領域のそれぞれにおける発電量を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に基づいて、前記発電特性に従って算出する発電量算出手段と、前記複数の小領域のそれぞれにおける反応ガス消費量及び水生成量を、当該小領域で生成された発電量に基づいて、前記消費生成特性に従って算出する消費生成量算出手段と、前記複数の小領域のそれぞれが生成する発電環境を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に、当該小領域における反応ガス消費量及び水生成量を反映させることにより算出する発電環境更新手段と、前記膜電極接合体のカソードからアノードへの水移動量と発電環境との関係を定めた水移動特性を記憶する水移動特性記憶手段と、前記複数の小領域のそれぞれにおける水移動量を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に基づいて、前記水移動特性に従って算出する水移動量算出手段と、を有しており、前記発電環境更新手段は、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域のカソードに存在する水量と当該小領域における水生成量との和から、当該小領域における水移動量を減ずることで当該小領域のカソードに存在する水量を算出するカソード水量更新手段と、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域のアノードに存在する水量に当該小領域における水移動量を加えることで当該小領域のアノードに存在する水量を算出するアノード水量更新手段と、を含むことを特徴とする燃料電池システム。
この適用例によれば、燃料電池内の水分布を容易に判断することが可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池の運転制御方法等、様々な形態で実現することができる。

燃料電池システムを搭載した車両を示す説明図である。 燃料電池システムの構成を示す説明図である。 燃料電池スタックの構成を示す説明図である。 第１の制御パターンの動作を示すフローチャートである。 第１の制御パターンにおける燃料電池の電流制限値及び燃料電池と二次電池の出力を示す説明図である。 第２の制御パターンの動作を示すフローチャートである。 第２の制御パターンにおける燃料電池の電流制限値及び燃料電池と二次電池の出力を示す説明図である。 本実施例において用いられる電流密度Ｉのマップを示す。 図８の場合と同様の規則に従って膜電極接合体１２の抵抗値Rと発電環境との関係を定義したマップである。 同様の規則に従って膜電極接合体１２のカソードからアノードへの水移動量H2O_mと発電環境との関係を定義したマップである。 膜電極接合体小片を用いて特定の発電環境下での発電状態を測定するためのシステムの図である。 膜電極接合体１２内の水分布を含む面内状態の予測に用いる仮想的な分割方法を説明するための図である。 ｎ−１領域における発電環境を基礎としてｎ領域における発電環境を予測する手順を説明するための図である。 制御部５３０が実行するルーチンのフローチャートである。

［水分布を考慮した燃料電池システムの制御］
図１は、燃料電池システムを搭載した車両を示す説明図である。車両５００は、燃料電池５１０と、制御部５３０（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、要求出力検知部５３５と、二次電池５４０と、分配コントローラ５５０と、駆動モータ５６０と、ドライブシャフト５７０と、分配ギア５８０と、車輪５９０と、を備える。

燃料電池５１０は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。燃料電池５１０の構成については、後述する。制御部５３０は、要求出力検知部５３５から取得した要求出力値に基づいて、燃料電池５１０と二次電池５４０の動作を制御する。要求出力検知部５３５は、車両のアクセル（図示せず）の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、運転手からの要求出力を検知する。二次電池５４０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池５４０への充電は、例えば、燃料電池５１０から出力される電力を用いて直接充電することや、車両５００が減速するときに車両５００の運動エネルギーを駆動モータ５６０により回生して充電すること、により行うことが可能である。分配コントローラ５５０は、制御部５３０からの命令を受けて、燃料電池５１０から駆動モータ５６０への引き出す電力量と、二次電池５４０から駆動モータ５６０へ引き出す電力量を制御する。また、分配コントローラ５５０は、車両５００の減速時には、制御部５３０からの命令を受けて、駆動モータ５６０により回生された電力を二次電池５４０に送る。駆動モータ５６０は、車両５００を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ５６０は、車両５００が減速するときには、車両５００の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト５７０は、駆動モータ５６０が発する駆動力を分配ギア５８０に伝達するための回転軸である。分配ギア５８０は、左右の車輪５９０へ駆動力を分配する。

図２は、燃料電池システムの構成を示す説明図である。燃料電池５１０は、燃料電池スタック６００と、燃料ガス供給系（アノード系）６５０と、酸化ガス供給系（カソード系）７００と、冷却系７５０と、を備えている。

燃料電池スタック６００は、多数の単セル（図示せず）が積層して構成されている。燃料電池には、燃料電池スタックに流れる電流及び電圧を測定するための電流電圧計６０５が接続されている。なお、電流電圧計６０５は、単セル毎の電流、電圧を測定できるように構成されていてもよい。

燃料ガス供給系６５０は、燃料ガスタンク６５５と、燃料ガス供給管６６０と、燃料ガス排気管６６５と、開閉バルブ６７０と、レギュレータ６７５と、燃料ガスポンプ６８０と、圧力計６８５、６８７と、露点計６９０と、流量計６９５と、を備える。燃料ガスタンク６５５は、燃料ガスを貯蔵する。本実施例では、燃料ガスとして、水素を用いている。燃料ガスタンク６５５と、燃料電池スタック６００とは、燃料ガス供給管６６０で接続されている。燃料ガス供給管６６０上には、燃料ガスタンク６５５からの燃料ガスの供給をオンオフするための開閉バルブ６７０と、燃料電池スタック６００に供給される燃料ガスの圧力を調整するためのレギュレータ６７５が設けられている。

燃料電池スタック６００には、燃料排ガスを排出するための燃料ガス排気管６６５の一端が接続されている。そして、燃料ガス排気管６６５の他端は、燃料ガス供給管６６０に接続されている。燃料ガス排気管６６５には、未反応の燃料ガスが含まれているが、これにより、未反応の燃料ガスを再び燃料電池スタック６００に供給することが可能となる。

燃料ガス供給管６６０上には、燃料電池スタック６００に供給される燃料ガスの圧力を測定するための圧力計６８５、燃料ガスの露点を測定するための露点計６９０、燃料ガスの流量を測定するための流量計６９５が設けられている。なお、露点計６９０の代わりに湿度計を設けてもよい。また、燃料ガス排気管６６５上には、燃料電池スタック６００から排出される燃料排ガスの圧力を測定するための圧力計６８７が設けられている。

酸化ガス供給系７００は、コンプレッサ７０５と、酸化ガス供給管７１０と、酸化ガス排気管７１５と、加湿装置７２０と、背圧弁７２５と、圧力計７３０、７３２と、露点計７３５と、流量計７４０と、を備える。本実施例では、酸化ガスとして空気を用いる。コンプレッサ７０５は、大気中の空気を取り込んで圧縮する。コンプレッサ７０５は、酸化ガス供給管７１０により、燃料電池スタック６００に接続されている。燃料電池スタック６００には、酸化排ガスを排出するための酸化ガス排気管７１５が接続されている。ここで、酸化ガス供給管７１０と酸化ガス排気管７１５には、加湿装置７２０が設けられている。燃料電池では、例えば、水素と、空気中の酸素と、を反応させて発電を行う。このとき、水素と酸素とが反応して水が生成する。生成した水は、酸化排ガスとともに燃料電池スタック６００から排出される。加湿装置７２０は、酸化排ガス中に含まれる水分を用いて、燃料電池スタック６００に供給される酸化ガスを加湿する。加湿装置７２０は、例えば、酸化ガス流路と、酸化排ガス流路とを備え、その２つの流路の間に加湿膜を備える構成であってもよい（図示せず）。これにより、加湿膜を介して、酸化配ガス中の水分を、酸化ガスに移動させることが可能である。酸化ガス排気管７１５には、背圧弁７２５が設けられている。背圧弁７２５は、燃料電池スタック６００内の空気の圧力を調整するために用いられる。

酸化ガス供給管７１０上には、燃料電池スタック６００に供給される酸化ガスの圧力を測定するための圧力計７３０、酸化ガスの露点を測定するための露点計７３５、酸化ガスの流量を測定するための流量計７４０が設けられている。なお、露点計７３５の代わりに湿度計を設けてもよい。また、酸化ガス排気管７１５上には、燃料電池スタック６００から排出される酸化排ガスの圧力を測定するための圧力計７３２が設けられている。

また、本実施例では、燃料ガス排気管６６５と酸化ガス排気管７１５とを繋ぐ第２の燃料ガス排気管７４５と、第２の燃料ガス排気管７４５に設けられた排気弁７４７を備える。上述のように本実施例では、燃料ガス排気管６６５は燃料ガス供給管６６０に接続されており、燃料ガスを還流して再利用している。ここで、燃料電池スタック６００を長時間運転すると、燃料排ガス中に、反応に寄与しない窒素が増えてくる。この窒素は、酸化ガス（空気中）の窒素が、燃料電池の電解質膜（図示せず）を透過してきたものと考えられる。燃料排ガス中に窒素が増えると、燃料ガス中にも窒素が増え、燃料電池スタック６００の反応性が落ちる。従って、本実施例では、燃料排ガス中の窒素の量が増えた場合には、排気弁７４７を開け、窒素を酸化ガス排気管７１５に流し、燃料ガス中の窒素の量を排気する。なお、このとき水素も一部が酸化ガス排気管７１５に流れる。しかし、酸化ガス排気管７１５や加湿装置７２０には、触媒が存在しないので、水素は酸化ガス排気管７１５に流れても、空気中の酸素と反応しない。また、水素の自然発火温度は、空気中で５７０℃、酸素中で５６０℃であるので、自然発火もしない。

冷却系７５０は、ポンプ７５５と、冷却水供給管７６０と、冷却水排出管７６５と、冷却水還流管７７５と、ラジエータ７７０と、ロータリー弁７８０と、温度計７８５、７９０と、を備える。ポンプ７５５は、冷却水に圧力をかけて、燃料電池スタックに送る。ポンプ７５５と、燃料電池スタック６００とは、冷却水供給管７６０により接続されている。燃料電池スタック６００には、冷却水を排出するための冷却水排出管７６５が接続されている。冷却水供給管７６０と、冷却水排出管７６５とは、ラジエータ７７０及び冷却水還流管７７５により接続されている。ラジエータ７７０は、冷却水排出管７６５を流れる温度の高い冷却水を冷却して冷却水供給管７６０に送る。冷却水還流管７７５は、冷却水排出管７６５を流れる冷却水をそのまま冷却水供給管７６０に送る。冷却水供給管７６０は、ロータリー弁７８０により、ラジエータ７７０と、冷却水還流管７７５とに接続されている。すなわち、ロータリー弁７８０の開度を変更することにより、燃料電池スタック６００に供給する冷却水の温度を調整することが可能である。また、冷却水供給管７６０には燃料電池スタック６００に供給される冷却水の温度を測定する温度計７８５が設けられ、冷却水排出管７６５には燃料電池スタック６００から排出される冷却水の温度を測定する温度計７９０が設けられている。

図３は、燃料電池スタックの構成を示す説明図である。燃料電池スタック６００は、複数の単セル６１０が積層されている。各単セル６１０は、電解質膜６２０と、アノード電極６３０と、カソード電極６３５と、アノードガス流路６４０と、カソードガス流路６４５と、を備えている。本実施例では、電解質膜６２０として、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂から成るプロトン伝導性のイオン交換膜を用いている。アノード電極６３０、カソード電極６３５は、電解質膜の両面に配置されている。アノード電極６３０、カソード電極６３５は、燃料電池における電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属から成る白金合金触媒を含んでいる。なお、電解質膜６２０と、アノード電極６３０、カソード電極を合わせて膜電極接合体１２とも呼ぶ。アノードガス流路６４０、カソードガス流路６４５は、膜電極接合体１２の両面にそれぞれ配置されている。アノードガス流路６４０、カソードガス流路６４５は、例えば、多孔体や、カーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーや、エキスパンドメタルを用いて形成することが可能である。なお、アノードガス流路６４０は、図示しないマニホールドを介して、図２に示す燃料ガス供給管６６０、燃料ガス排気管６６５と接続されている。また、カソードガス流路６４５は、図示しないマニホールドを介して、図２に示す酸化ガス供給管７１０、酸化ガス排気管７１５と接続されている。

燃料電池スタック６００内には、燃料電池５１０の運転状態により、水が溜まる場合がある。燃料電池スタック６００内水が溜まると、燃料電池５１０の反応性が低下し、燃料電池５１０の出力が低下して、車両５００のドライバビリティが悪くなるなどの問題が生じる場合がある。したがって、燃料電池スタック６００内の水をすみやかに除去、乾燥させて、燃料電池の反応性を向上させる制御を行うことが好ましい。以下、その制御について説明する。

図４は、第１の制御パターンの動作を示すフローチャートである。第１の制御パターンは、二次電池５４０（図１）からの出力を増加するとともに、その分燃料電池５１０からの出力を低減し、その期間、燃料電池スタック６００（図２）からの水の除去、乾燥を行う制御パターンである。

まず、ステップＳ４００では、制御部５３０（図１）は、要求出力検知部５３５から、運転手が要求する要求出力を取得する。上述したように、要求出力検知部５３５は、運転手が踏み込んだ、車両５００のアクセル（図示せず）の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、要求出力を検知する。

ステップＳ４１０では、制御部５３０は、燃料電池スタック６００（図２）に供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の圧力、湿度、燃料電池スタック６００から排出される排ガス（燃料排ガス、酸化排ガス）の圧力、燃料電池に供給、排出される冷却水の温度、燃料電池スタック６００が発生させる電圧、電流を用いて燃料電池スタック６００内の水の分布を取得する。なお、具体的な水分布の取得処理の例については後述する。

ステップＳ４２０では、制御部５３０は、燃料電池スタック６００内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっているか否かを判断する。燃料電池スタック６００内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっていない場合には、制御部５３０は、制御をステップＳ４７０に移行し、燃料電池５１０（図１）の電流制限（出力制限）を行わない出力制御を行う。一方、燃料電池スタック６００内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっている場合には、制御部５３０は、処理をステップＳ４３０に移行し、燃料電池５１０から出力する電流制限値を決定する。なお、この電流制限値の大きさは、燃料電池スタック６００内の水の量に依存する。

ステップＳ４４０において、制御部５３０は、二次電池５４０（図１）にあらかじめ定められた電力量以上の電力量（充電量）が蓄積されているか否かを判断する。二次電池５４０にあらかじめ定められた電力量（第１の電力量）以上の電力量が蓄積されている場合には、制御部５３０は、ステップＳ４５０において、分配コントローラ５５０を制御し、二次電池５４０から出力する電力を上げ、その分、燃料電池５１０から出力する電力を下げる。具体的には、制御部５３０は、燃料電池５１０から出力する電流制限値を下げる。ステップＳ４６０では、制御部５３０は、ステップＳ４３０あるいはステップＳ４５０で決定された電流制限値で燃料電池を運転する。なお、制御部５３０は、燃料電池５１０から出力する電流制限値を下げた場合でも、燃料電池スタック６００（図２）に供給する反応ガスの流量を維持することが好ましい。これにより、反応ガスの流量により、燃料電池スタック内の水の除去、乾燥を促進することが可能となる。

図５は、第１の制御パターンにおける燃料電池の電流制限値及び燃料電池と二次電池の出力を示す説明図である。図５（Ａ）は、従来の制御パターンにおける電流制限値を示し、図５（Ｂ）は従来の制御パターンにおける燃料電池と二次電池の出力、図５（Ｃ）は、図４に示した第１の制御パターンにおける電流制限値、図５（Ｄ）は、第１の制御パターンにおける燃料電池と二次電池の出力を示している。

ここで、図５（Ａ）において、電流Ｉｆ０は、従来の制御パターンにおける燃料電池５１０（図１）の電流制限値を示し、電流Ｉｆ０の大きさは、水分布から求めた電流制限値Ｉａと等しい。図５（Ｃ）において、電流Ｉｆ１は、第１の制御パターンにおける燃料電池５１０の電流制限値を示し、時刻Ｔ０からＴ１までの間は、Ｉｆ１＜Ｉａであるが、時刻Ｔ１以降は、Ｉｆ１＞Ｉａとなっている。

また、図５（Ｂ）（Ｄ）において、曲線Ｐａは、燃料電池５１０（図１）と二次電池５４０の出力の合計を示している。この曲線Ｐａは、従来の制御パターン、第１の制御パターン、いずれも同じである。曲線Ｐｆ０は、従来の制御パターンにおける燃料電池５１０の出力を示している。曲線Ｐｆ１は、第１の制御パターンによる燃料電池５１０の出力を示している。なお、図５（Ｄ）では、比較のため、曲線Ｐｆ０、Ｐｆ１の両方が示されている。

図５（Ｄ）に示すように、要求出力が上がってから（時刻Ｔ０から）時刻Ｔ１までの間は、燃料電池５１０からの出力は、従来の制御パターンによる制御による出力の方が、第１の制御パターンによる制御による出力よりも大きい。この理由は、図５（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間において、第１の制御パターンは、従来の制御パターンよりも電流制限値を下げて燃料電池５１０からの出力を制限しているからである。

一方、時刻Ｔ１を過ぎた後は、制御部５３０（図１）は、燃料電池５１０からの出力について、第１の制御パターンによる制御による出力の方を、従来の制御パターンによる制御による出力よりも大きくすることが可能となる。この理由は、以下に示すとおりである。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、制御部５３０（図１）は、図５（Ｃ）に示すように従来の制御パターンよりも電流制限値を下げて燃料電池５１０からの出力を制限する。したがって、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、燃料電池５１０の電気化学反応による水の生成量が少ない。一方、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間、制御部５３０は、反応ガスの流量を維持する。その結果、電気化学反応による水の生成量に比して反応ガスによる水の持ち出し量を多くすることが出来、燃料電池スタック６００（図２）中の水の除去、乾燥を促進することが可能となる。そうすると、段々と燃料電池スタック６００内の過剰な水の量が少なくなり、時刻Ｔ１になったときには、燃料電池スタック６００の中には、過剰な水が存在しなくなる。時刻Ｔ１以降は、燃料電池スタック６００内に過剰な水が存在しなくなるので、図４に示すステップＳ４２０における判断において、閾値以上の水溜まりが無いと判断する。その結果、制御部５３０は処理をステップＳ４７０に移行して電流制限をしなくてもよくなり、図５（Ｃ）に示すように従来の制御パターンよりも、電流制限値を大きくすることが可能となる。

すなわち、第１の制御パターンでは、制御部５３０は、燃料電池スタック６００に水が溜まっているときには、燃料電池５１０からの電流制限値（出力）を小さく制限し、前記小さくした分、前記二次電池５４０からの出力を大きくする制御を行う。そして、制御部５３０は、燃料電池５１０からの電流制限値を小さく制限している期間であっても反応ガスの流量を維持し、燃料電池スタック６００内の過剰な水の除去、乾燥を促進する。その結果、制御部５３０は、従来の制御パターンよりもすみやかに燃料電池５１０の電流制限運転を解除することができ、燃料電池５１０の適正な発電制御を行うことが可能となる。

図６は、第２の制御パターンの動作を示すフローチャートである。第２の制御パターンとは、ある条件が成立した場合に、二次電池５４０（図１）からのみ出力するとともに、その間燃料電池５１０からの出力を停止し、燃料電池５１０からの出力を停止している期間、燃料電池スタック６００（図２）からの水の除去、乾燥を行う制御パターンである。

第２の制御パターンのステップＳ６００からステップＳ６５０まで及びステップＳ６９０の動作は、第１の制御パターンのステップＳ４００からステップＳ４５０まで及びステップＳ４７０の動作と同じため、説明を省略する。ステップＳ６６０では、制御部５３０（図１）は、燃料電池５１０からの出力をさらに下げても、ドライバビリティを維持できるか、を判断する。具体的には、制御部５３０は、二次電池５４０に一定以上の電力量（第２の電力量）が蓄積されているか否かにより判断することが可能である。制御部５３０は、二次電池５４０に第２の電力量が蓄積されている場合には、ステップＳ６７０において、燃料電池５１０の電流制限値を更に下げて燃料電池５１０からの出力をさらに下げるとともに、反応ガスを大容量で流すように制御を設定する。なお、この場合、二次電池５４０からの出力のみでドライバビリティを維持できる場合には、燃料電池５１０の電流制限値をゼロとし（燃料電池５１０を非発電状態とし）、反応ガスの流量を維持して燃料電池スタック６００（図２）内の水の除去、乾燥を促進することが好ましい。ステップＳ６８０では、制御部５３０は、ステップＳ６３０あるいはステップＳ６５０、ステップＳ６７０で決定された電流制限値で燃料電池を運転する。

図７は、第２の制御パターンにおける燃料電池の電流制限値及び燃料電池と二次電池の出力を示す説明図である。図７（Ａ）は、従来の制御パターンにおける電流制限値を示し、図７（Ｂ）は従来の制御パターンにおける燃料電池と二次電池の出力、図７（Ｃ）は、図６に示した第２の制御パターンにおける電流制限値、図７（Ｄ）は、第２の制御パターンにおける燃料電池と二次電池の出力を示している。

図７（Ｂ）（Ｄ）において、曲線Ｐａ、Ｐｆ０の意味は第１の制御パターン（図５（Ｂ）（Ｄ））における意味と同じである、曲線Ｐｆ２は、第２の制御パターンによる燃料電池５１０の出力を示している。なお、図７（Ｄ）では、比較のため、従来の制御パターンにおける曲線Ｐｆ０と、第２の制御パターンにおける曲線Ｐｆ２の両方が示されている。

制御部５３０は、図７（Ｂ）に示すように、要求出力が上がってから（時刻Ｔ０から）時刻Ｔ２までの間は、図６のステップＳ６７０で制限した電流値（＝ゼロ）に従い、燃料電池５１０（図１）から出力を発生させず、二次電池５４０からのみ出力を発生させる。なお、制御部５３０は、この期間、燃料電池５１０からの電力は引き出さないが、燃料電池スタック６００（図２）への反応ガスの供給は維持する。この期間は、燃料電池５１０の電気化学反応による水の生成量がなく、反応ガスの流量が維持されるので、燃料電池スタック６００（図２）中の水の除去、乾燥を促進することが可能となる。

燃料電池スタック６００内の水は徐々に除去、乾燥されていく。そして、時刻Ｔ２に達すると、ステップＳ６２０において、燃料電池スタック６００内に閾値以上の水溜まりが無いと判断される量まで水が減少する。すなわち、時刻Ｔ２以降は、制御部５３０（図１）は、ステップＳ６２０において、燃料電池スタック６００内に閾値以上の水溜まりが無いと判断する。そして、制御部５３０は、処理をステップＳ６９０に移行し、図７（Ｃ）に示すように、燃料電池５１０を電流制限なし運転させる。で燃料電池の図５のステップＳ５３０における電流制限値を急速に大きくすることが可能となる。

時刻Ｔ３は、従来の制御パターンにおける曲線Ｐｆ０と第２の制御パターンにおける曲線Ｐｆ２が交わる点における時刻である。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間における燃料電池５１０からの出力は、従来の制御パターンによる制御による出力の方が、第２の制御パターンによる制御による出力よりも大きい。しかし、時刻Ｔ３を過ぎると、燃料電池５１０からの出力は、第２の制御パターンによる制御による出力の方が、従来の制御パターンによる制御による出力よりも大きくなる。このように、第２の制御パターンにおいても、燃料電池スタック６００内の水の掃気を促進し、適正な発電制御を行うことが可能となる。

図７（Ｄ）では、第１の制御パターンによる燃料電池５１０の出力を示す曲線Ｐｆ１及び、曲線Ｐｆ０と曲線ｐｆ１の交点の時刻である時刻Ｔ１も表示している。時刻Ｔ１とＴ３とを比較すると、時刻Ｔ３の方が早い。すなわち、第２の制御パターンの方が、燃料電池スタック６００内の過剰な水分を早く除去、乾燥させることが出来、燃料電池５１０についてより早く適正な発電制御を行うことが可能となる。この理由は、以下の通りである。

第２の制御パターンでは、時刻Ｔ２までの期間は、制御部５３０は、燃料電池５１０を発電させないので、燃料電池スタック６００内に水が生成しない。一方、第１の制御パターンでは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２（時刻Ｔ１より前の時刻）までの間、燃料電池５１０は、電流制限をされてはいるが出力を出しているので、電気化学反応により、水が生成する。ここで、第２の制御パターンにより時刻Ｔ２で燃料電池スタック６００内の過剰な水が除去、乾燥されたとすると、第１の制御パターンでは、燃料電池スタック６００内には、時刻Ｔ２までの期間に生成した水の量だけ過剰に水が残存していることになる。したがって、第１の制御パターンでは、時刻Ｔ２において、制御部５３０が、ステップＳ４２０（図４）の判断をする際、閾値以上の水溜まりがあると判断し、ステップＳ４７０に処理を以降しない。その結果、第２の制御パターンの方が、燃料電池スタック６００内の過剰な水分を早く除去、乾燥させることが出来、燃料電池５１０についてより早く適正な発電制御を行うことが可能となる。

第２の制御パターンが利用される例として、二次電池５４０の容量が大きい場合の他、二次電池の容量に比して、要求出力が二次電池５４０の蓄電量に比して相対的に低い場合が挙げられる。要求出力が低い場合には、二次電池５４０からの出力のみで運転のドライバビリティを確保することが可能である。したがって、制御部５３０は、図６のステップＳ６４０における判断において、単に二次電池の容量だけでなく、要求出力の大きさとの比較にもとづいて、燃料電池５１０の電流制限をさらに引き下げるか否かを判断してもよい。

上記説明では、要求出力が上がったときを例にして説明したが、要求出力が変わらず、燃料電池スタック６００内の水の量が変化した場合に適用することが可能である。すなわち、燃料電池スタック６００内の水の量が増加した場合には、制御部５３０は、二次電池５４０からの出力を上げ、燃料電池５１０からの出力を下げ、燃料電池スタック６００からの水の除去、乾燥を促進してもよい。

上記実施例では、燃料電池５１０の電流制限をする期間、反応ガスの流量を維持しているが、燃料電池５１０の電気化学反応に必要な反応ガスの流量よりも多ければ、水分布から求めた電流制限値を維持するのに必要な反応ガスの流量よりも少なくしてもよい。この反応ガスの流れにより、燃料電池スタック６００内の水を除去、乾燥させることが可能となる。

［燃料電池の発電分布及び水分布の予測］
本実施例では、圧力計６８５、６８７、７３０、７３２、露点計６９０、７３５、及び温度計７８５、７９０の出力は、制御部５３０に供給されている。制御部５３０は、それらの計測器の出力により、膜電極接合体１２の圧力及び温度に関する環境を検知することができる。

本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池５１０が備える個々の膜電極接合体１２の発電分布を正確に予測し、この発電分布に基づいて水分布を予測することが可能である。制御部５３０は、個々の膜電極接合体１２の発電分布を予測するために、図８から図１０に示す複数のマップを記憶している。

図８は、本実施例において用いられる電流密度Ｉのマップを示す。膜電極接合体１２は、その面内において、発電環境に応じた電流密度Ｉで発電を行う。図８は、膜電極接合体１２を取りまく発電環境と、膜電極接合体１２が発生する電流密度Ｉとの関係を定義したマップを示す。

膜電極接合体１２の発電状態は、以下に説明する複数のパラメータにより決定される。ここでは、それらのパラメータを総称して「発電環境」と称することとする。
１．アノードを流れる燃料ガスの相対湿度An_RH
２．カソードを流れる酸化ガスの相対湿度Ca_RH
３．アノードの圧力P_An
４．カソードの圧力P_Ca
５．アノードを流れる燃料ガス中の水素濃度
６．カソードを流れる酸化ガス中の酸素濃度
７．膜電極接合体１２の温度
但し、「相対湿度」は、（蒸気圧）／（飽和蒸気圧）×１００である。

上記７つのパラメータのうち、３のアノードの圧力P_Anと、４のカソードの圧力P_Caとは、ほぼ同じ圧力と扱うこともできる。加えて、前者が発電状態に与える影響は、後者による影響に比して十分に小さい。このため、本実施形態では、３のアノード圧力P_Anの影響は無視すると扱うこともできる。また、上記のパラメータのうち、５の水素濃度は、位置によらずほぼ１００％と扱うこともでき、７の温度は、位置によらずほぼ冷却水温と同じと扱うこともできる。このため、本実施形態では、５の水素濃度と７の温度も一定値として取り扱うこともできる。

図８は、残る４つのパラメータで決まる発電環境と、電流密度Ｉとの関係を定義している。より具体的には、図８（Ａ）は、カソード圧力P_Caが１４０kPaである場合に発生する電流密度Ｉを、アノード相対湿度An_RH、カソード相対湿度Ca_RH、及び酸素濃度との関係で定義したマップである。また、図８（Ｂ）は、カソード圧力P_Caが２００kPaである場合に発生する電流密度Ｉを、アノード相対湿度An_RH、カソード相対湿度Ca_RH、及び酸素濃度との関係で定義したマップである。

図９は、図８の場合と同様の規則に従って、膜電極接合体１２の抵抗値Rと発電環境との関係を定義したマップである。また、図１０は、同様の規則に従って、膜電極接合体１２のカソードからアノードへの水移動量H2O_mと発電環境との関係を定義したマップである。制御部５３０は、膜電極接合体１２の発電環境が特定されると、これらのマップを参照することにより、その発電環境下で発生する電流密度I、抵抗値R、及び水移動量H2O_mを予測することができる。本実施例では、電流密度I、抵抗値R、及び水移動量H2O_mをマップから求めているが、発電環境を用いた数式から求めてもよい。

次に、図８から図１０に示すマップの作成方法について説明する。図７に示す膜電極接合体１２は、酸化ガスが流入してくる箇所と流出する箇所との間に十分に長い距離を有している。燃料ガスの流入経路についても同様である。このため、酸化ガスの圧力、及び燃料ガスの圧力は、膜電極接合体１２の面内において一定にはならない。

また、膜電極接合体１２は、発電に伴い、カソード側において水を生成する。生成された水は、酸化ガスの流れに伴って下流側に流される。このため、カソード側の水量は、膜電極接合体１２の面内において均一にはならない。その結果、カソード側の相対湿度Ca_RHには、ガスの流れに沿った分布が生ずる。

膜電極接合体１２のアノード側には、上述した通り、カソード側から水が移動してくる。このようにして移動してきた水は、燃料ガスの流れにより、その下流側に流される。このため、アノード側においても、水の量は面内で均一にはならない。その結果、アノード側の相対湿度An_RHにも、ガスの流れに沿った分布が生ずる。

更に、膜電極接合体１２は、カソードに供給される空気中の酸素を消費することで発電を行う。このため、カソードの面内における酸素濃度は、空気の入口に近いほど高くなり、空気の出口に近づくに連れて低くなる。このように、膜電極接合体１２においては、カソード側の酸素濃度にも、面内に分布が発生する。

図８から図１０に示すマップを作成するにあたっては、発電環境を特定して、その結果生ずる結果を測定することが必要である。これらのマップを作成するにあたって特定するべき発電環境のうち、温度T及び圧力P_Caは、膜電極接合体１２の全面において比較的容易に均一化することができる。しかしながら、アノード相対湿度An_RH、カソード相対湿度Ca_RH、及び酸素濃度は、上述したように、膜電極接合体１２の全面において均一にすることは難しい。このため、フルサイズの膜電極接合体１２を用いた場合、発電環境を特定することが困難となる。そこで、本実施形態では、サイズを除いて膜電極接合体１２と同じ構造を有する膜電極接合体小片を作成し、この小片を用いて上記マップを作成することとした。

図１１は、膜電極接合体小片を用いて、特定の発電環境下での発電状態を測定するためのシステムの図である。膜電極接合体小片６０は、電解質膜の両側に、カソード側のガス流路と、アノード側のガス流路とを、コフロー流路の関係で備えている。膜電極接合体小片６０は、それらのガス流路の入口から出口までの発電環境、具体的には、アノード相対湿度An_RH、カソード相対湿度Ca_RH、酸素濃度、及び圧力が均一であるとみなせる程度の大きさを有している。ここでは、上記の観点から、膜電極接合体６０のサイズを１cm×１cmとしている。

図１１に示すシステムは、膜電極接合体小片６０のカソード側に連通する酸化ガス供給通路６２及び酸化ガス排出通路６４を備えている。酸化ガス供給通路６２には、コンプレッサ６６が連通している。コンプレッサ６６は、エアフィルタ６８を介して吸入した空気を膜電極接合体小片６０に向けて供給することができる。

酸化ガス供給通路６２には、調整バルブ７０を介して窒素タンク７２が連通している。窒素タンク７２は、調整バルブ７０の開度に応じた量の窒素を酸化ガス供給通路６２に供給することができる。

酸化ガス供給通路６２は、バブラー７４を備えている。バブラー７４は、ヒータ７６と温度計７８とを内蔵した加湿器である。バブラー７４によれば、設定温度における水蒸気の飽和状態を作り出すことができる。例えば、設定温度が４０℃であれば、膜電極接合体小片６０に流れ込む酸化ガスを４０℃における飽和状態になるように加湿することができる。

バブラー７４の下流には、圧力計８０と、ヒータ８２が配置されている。膜電極接合体小片６０は、上述した通り、その内部における圧力の分布が無視できる大きさとされている。このため、圧力計８０の計測値は、膜電極接合体小片６０のカソードにおける圧力P_Ca（均一値）として取り扱うことができる。

ヒータ８２は、膜電極接合体小片６０の前段での結露を防止するために設けられている。このような構成によれば、バブラー７４で加湿された酸化ガスを、そのままの湿度で膜電極接合体小片６０に供給することができる。従って、図１１に示すシステムによれば、膜電極接合体小片６０に供給する酸化ガスの湿度を、極めて精度良く制御することができる。

膜電極接合体小片６０のカソードに供給された酸化ガスは、酸化ガス排出通路６４から流出する。酸化ガス排出通路６４には、露点計８４が設けられている。露点計８４によれば、膜電極接合体小片６０から流出してくる酸化ガスの湿度を正確に測定することができる。

図１１に示すシステムは、膜電極接合体小片６０のアノード側に連通する燃料ガス供給通路８６及び燃料ガス排出通路８８を備えている。燃料ガス供給通路８６には、調整バルブ９０を介して水素タンク９２が連通している。この構成によれば、調整バルブ９０の開度を制御することで、所望の圧力で水素ガスを膜電極接合体小片６０に供給することができる。

燃料ガス供給通路８６は、調整バルブ９０の下流に、バブラー９４を備えている。バブラー９４は、カソード側のバブラー７４と同様に、ヒータ９６及び温度計９８を備えており、設定温度下での飽和状態が形成されるように燃料ガスを加湿することができる。

バブラー９４の下流には、圧力計１００と、ヒータ１０２が配置されている。圧力計１００の計測値は、膜電極接合体小片６０のアノードにおける圧力P_An（均一値）として取り扱うことができる。また、ヒータ１０２によれば、膜電極接合体小片６０の前段での結露を防止することができる。このような構成によれば、膜電極接合体小片６０のアノードに流入する燃料ガスの湿度を、極めて精度良く制御することができる。

膜電極接合体小片６０のアノードに供給された燃料ガスは、燃料ガス排出通路８８から流出する。燃料ガス排出通路８８には、露点計１０４が設けられている。露点計１０４によれば、膜電極接合体小片６０から流出してくる燃料ガスの湿度を正確に測定することができる。

膜電極接合体小片６０には、冷却水供給通路１０６及び冷却水排出通路１０８が連通している。冷却水排出通路１０８には、温度計１１０が設けられている。図１１に示すシステムは、温度計１１０の計測値をフィードバックすることにより、膜電極接合体小片６０を流れる冷却水の温度を正確に制御することができる。また、このシステムにおいては、その冷却水の温度を、膜電極接合体小片６０の温度として取り扱うことができる。

図１１に示すシステムは、更に、膜電極接合体小片６０のアノード側電極とカソード側電極とを結ぶ測定回路１１２を備えている。測定回路１１２には、電流計１１４と可変抵抗１１６を備えている。この構成によれば、可変抵抗１１６を調整することで、アノード電極とカソード電極との間に生ずる電位差を所望の値（例えば０．６V、或いは０．８V）に制御した状態で、膜電極接合体小片６０が発する電流量（電流密度I）を計測することができる。

上述した通り、図８から図１０に示すマップを作成するためには、膜電極接合体を取りまく発電環境を特定することが必要である。具体的には、アノード相対湿度An_RH、カソード相対湿度Ca_RH、カソード圧力P_Ca、水素濃度、酸素濃度、及び温度Tを特定することが必要である。

アノード相対湿度An_RH、及びカソード相対湿度Ca_RHは、それぞれ下記の演算式により求めることができる。
An_RH＝（燃料ガスの蒸気圧）／（温度Tにおける飽和水蒸気圧）×１００・・・（１）
Ca_RH＝（酸化ガスの蒸気圧）／（温度Tにおける飽和水蒸気圧）×１００・・・（２）

図１１に示すシステムによれば、冷却水温が「温度T」であるから、その温度を決めることで、右辺第２項における「飽和水蒸気圧」を決めることができる。そして、このシステムによれば、バブラー７４，９４の温度を変化させることにより、（１）式の「燃料ガスの湿度」、並びに（２）式の「酸化ガスの湿度」を任意に変化させることができる。従って、図１１に示すシステムによれば、膜電極接合体６０のアノード相対湿度An_RH及びカソード相対湿度Ca_RHを、正確かつ簡単に、任意の値に制御することができる。

また、図１１に示すシステムによれば、コンプレッサ６６の運転状態を制御することで、カソード圧力P_Caを任意の値に制御することができる。更に、調整バルブ７０によって、酸化ガス供給通路６２に流れ込む窒素の量を調整することにより、膜電極接合体小片６０に流れ込む酸化ガス中の酸素濃度も正確に制御することができる。このように、図１１に示すシステムによれば、図８から図１０に示すマップを設定するにあたって特定するべき全てのパラメータを、容易かつ正確に設定することが可能である。

図７に示す膜電極接合体１２には、それぞれが目標（ＯＣＶ（開回路電圧）〜最高出力電圧）の起電力を発生することが求められる。このため、図８から図１０に示すマップは、膜電極接合体１２が目標の起電力を発生している状況下での「電流密度I」、「抵抗値R」、及び「水移動量H2O_m」を定義している必要がある。本実施例では、「電流密度I」、「抵抗値R」、及び「水移動量H2O_m」をマップから求めているが、「発電環境」を用いた数式から求めてもよい。

図１１に示すシステムでは、可変抵抗１１６を調整することにより、膜電極接合体小片６０の起電力を調整しながら、電流計１１４により電流密度Iを計測することができる。また、その際の電流と電圧との関係から、膜電極接合体小片６０の抵抗値Rを計算することができる。更に、カソードで生成される水量は、電流密度Iに比例するため、電流密度Iが判れば水生成量が計算できる。そして、カソードに流入する酸化ガスの湿度（つまり水量）と、カソードにおける生成水量と、カソードから流出する酸化ガスの湿度（つまり水量）とが判れば、膜電極接合体小片６０の内部でカソードからアノードに移動する水量H2O_mは計算することができる。

つまり、図１１に示すシステムによれば、膜電極接合体小片６０を取りまく発電環境を適宜変更しながら、電流密度I及び抵抗値Rを計測し、また、水移動量H2O_mを算出することができる。このため、このシステムを用いれば、図８から図１０に示すマップを、簡単な処理により、極めて正確に設定することが可能である。

図１２は、膜電極接合体１２内の水分布を含む面内状態の予測に用いる仮想的な分割方法を説明するための図である。より具体的には、図１２（Ａ）は、膜電極接合体１２のアノード面を示す斜視図である。膜電極接合体１２の内部には、上述した通り、アノード側及びカソード側の双方に、燃料ガス又は酸化ガスを流通させるためのガス流路が形成されている。本実施形態では、それらのガス流路が、コフロー流路を形成するように、つまり、アノード側の燃料ガスと、カソード側の酸化ガスとが、膜電極接合体１２の一端から他端へ、同じ方向（図１２（Ａ）中に矢印で示す方向）に進むように構成されている。

図１２（Ｂ）は、膜電極接合体１２の一部を帯状に切り出した部分（以下、「帯状部分１２０」と称す）を示す。膜電極接合体１２は、仮想的には、この帯状部分１２０が縦方向に複数連なって構成されたものとみなすことができる。帯状部分１２０において、カソード側の酸化ガス、及びアノード側の燃料ガスは、図１２（Ｂ）中に矢印で示すように、長手方向に向かって互いに平行に流通する。

帯状部分１２０は、図１２（Ｂ）に示すように、反応ガスの流れ方向に並んだｓ個の小領域で構成されているとみなすことができる。本実施形態では、これらの小領域は、図１１に示す膜電極接合体小片６０と同様に、１cm×１cmの大きさを有しているものとする。

膜電極接合体１２を、図１２（Ｂ）に示す小領域に分解して考えた場合、個々の小領域においては、発電環境が均一であるとみなすことができる。また、この場合、ｎ−１番目の小領域（以下、「ｎ−１領域」と称す）における発電環境が判れば、その領域における発電状態を予測することができる。そして、ｎ−１領域における発電環境と発電状態が判れば、ｎ領域における発電環境が予測できる。このため、膜電極接合体１２を図１２（Ｂ）に示すような小領域に区分して考えると、１番目の小領域における発電環境が判れば、以後、順番に、ｓ領域に至るまで、個々の小領域における発電環境と発電状態とを予測することが可能である。

図１３は、ｎ−１領域における発電環境を基礎として、ｎ領域における発電環境を予測する手順を説明するための図である。ｎ−１領域のカソードには、ｎ−２領域のカソードから酸化ガスが流入し、また、ｎ−２領域のカソードに存在する水が流入する。ここでは、ｎ−２領域から流入する酸素量O2(n-1)及び水量H2O_Ca(n-1)が既知であるものとする（符号１２２参照）。

カソード相対湿度Ca_RHは、カソード圧力P_Ca、カソード水量H2O_Ca、酸化ガス量（窒素量N2＋酸素量O2）から次式によって算出することができる。
Ca_RH＝[P_Ca×H2O_Ca／{(N2＋O2)＋H2O_Ca}]／（飽和水蒸気圧）×１００
・・・（３）

上記（３）式右辺に含まれる全てのパラメータは、下記の通り、ｎ−１領域において特定することが可能である。従って、ｎ−１領域のカソード相対湿度Ca_RHは、上記（３）式を用いることにより算出することができる（符号１２４参照）。
・カソード圧力P_Ca(n-1)は、膜電極接合体１２のカソード側入口及び出口における圧力計７３０、７３２の測定値から比例計算による求めることができる（符号１２５参照）。
・水量H2O_Ca(n-1)は、上記の通り既知である。
・N2は、流通過程で一定とみなせるため膜電極接合体１２に流入する空気流量から算出することができる。
・酸素量O2(n-1)は、上記の通り既知である。
・飽和水蒸気圧は、温度計７８５、７９０により検知される温度Tから特定することができる。

酸化ガス中の酸素濃度は、窒素量N2及び酸素量O2から、次式に従って算出することができる。
酸素濃度＝O2／(N2＋O2) ・・・（４）
従って、ｎ−１領域における酸素濃度（O2濃度(n-1)）は、膜電極接合体１２に流入する窒素量N2と、ｎ−２領域から流入してくる酸素量O2(n-1)から算出することができる（符号１２６参照）。

ｎ−１領域のアノードには、ｎ−２領域のアノードから燃料ガスが流入し、また、ｎ−２領域のアノードに存在する水が流入する。ここでは、ｎ−２領域から流入してくる水素量H2(n-1)及び水量H2O_An(n-1)が既知であるものとする（符号１２８参照）。

アノード相対湿度An_RHは、アノード圧力P_An、アノード水量H2O_An、水素量H2から次式によって算出することができる。
An_RH＝{P_An×H2O_An／(H2＋H2O_An)}／（飽和水蒸気圧）×１００・・・（５）

上記（５）式右辺に含まれる全てのパラメータは、下記の通り、ｎ−１領域において特定することが可能である。従って、ｎ−１領域のアノード相対湿度Ca_Anは、上記（５）式を用いることにより算出することができる（符号１３０参照）。
・アノード圧力P_An(n-1)は、膜電極接合体１２のアノード側入口及び出口における圧力計６８５、６８７の測定値から比例計算により求めることができる（符号１３１参照）。
・水量H2O_An(n-1)、及び水素量H2(n-1)は、上記の通り既知である。
・飽和水蒸気圧は、温度計７８５、７９２により検知される温度Tから特定することができる。

アノード相対湿度An_RH(n-1)（１３０）、カソード相対湿度Ca_RH(n-1)（１２４）、及びO2濃度(n-1)（１２６）が判ると、図８（Ａ）に示すマップから、カソード圧力P_Ca＝１４０kPaの下での電流密度Iを読み出すことができる。また、図８（Ｂ）に示すマップから、カソード圧力P_Ca＝２００kPaの下での電流密度Iを読み出すことができる。

他方、ｎ−１領域におけるカソード圧力P_Ca(n-1)は、上述した通り、圧力計７３０、７３２の計測値を用いた比例計算により求めることができる。電流密度Iは、カソード圧力P_Caに対して比例的な関係を示すため、ｎ−１領域の電流密度I(n-1)は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すマップからそれぞれ読み出した電流密度Iに基づいて、比例計算により算出することができる（符号１３２参照）。

同様に、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すマップを参照することで、ｎ−１領域における抵抗値Rを算出することができる（符号１３４参照）。更に、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すマップを参照することで、ｎ−１領域における水移動量H2O_mを算出することができる（符号１３６参照）。

膜電極接合体１２のカソード側では、電流密度Iに応じた量の酸素が消費される。この酸素消費量O2_offは、次式により算出することができる。但し、次式におけるFはファラデー定数である。
O2_off＝I／４／F×２２．４×６０ ・・・（６）

従って、ｎ−１領域の電流密度I(n-1)が判れば、その領域におけるカソード側の酸素消費量O2_0ff(n-1)を求めることができる（符号１３８参照）。そして、ｎ−１領域から流出してn領域に流入する酸素量O2(n)は、ｎ−１領域に流入してくる酸素量O2(n-1)から、ｎ−１領域で消費される酸素量O2_off(n-1)を減じた量となるから、次式により求めることができる（符号１４０参照）。
O2(n)＝O2(n-1)−O2_off(n-1) ・・・（７）

また、膜電極接合体１２のカソード側では、電流密度Iに応じた量の水が生成される。この生成水量H2Oは、次式により算出することができる。
H2O＝I／２／F×２２．４×６０ ・・・（８）

従って、ｎ−１領域の電流密度I(n-1)が判れば、その領域のカソードで生成される水量H2O (n-1)を求めることができる（符号１４２参照）。そして、ｎ−１領域から流出してｎ領域のカソードに流入する水の量H2O_Ca(n)は、ｎ−１領域に流入してくる水量H2O_Ca(n-1)とｎ−１領域で生成される水量H2O(n-1)との和から、ｎ−１領域においてカソードからアノードに移動する水量H2O_m(n-1)を減じた量であるから、次式により求めることができる（符号１４４参照）。
H2O_Ca(n)＝H2O_Ca(n-1)＋H2O(n-1)−H2O_m(n-1) ・・・（９）

次に、アノード側の発電状態の予測について説明する。すなわち、膜電極接合体１２のアノード側では、電流密度Iに応じた量の水素が消費される。この水素消費量H2_offは、次式により算出することができる。
H2_off＝I／２／F×２２．４×６０ ・・・（１０）

従って、ｎ−１領域の電流密度I(n-1)が判れば、その領域におけるアノード側の水素消費量H2_0ff(n-1)を求めることができる（符号１４６参照）。そして、ｎ−１領域から流出してｎ領域に流入する水素量H2(n)は、ｎ−１領域に流入してくる水素量H2(n-1)から、ｎ−１領域で消費される水素量H2_off(n-1)を減じた量となるから、次式により求めることができる（符号１４８参照）。
H2(n)＝H2(n-1)−H2_off(n-1) ・・・（１１）

アノードの水量は、カソード側から移動してくる水量だけ増加する。このため、ｎ−１領域から流出してｎ領域のアノードに流入する水の量H2O_An(n)は、ｎ−１領域に流入してくる水量H2O_An(n-1)に、ｎ−１領域における水移動H2O_m(n-1)を加えた量となる。この水量H2O_An(n)は、次式により求めることができる（符号１５０参照）。
H2O_An(n)＝H2O_An(n-1)＋H2O_m(n-1) ・・・（１２）

以上説明した通り、上記の処理によれば、ｎ−１領域の発電環境が判れば、この領域における発電状態を予測することができる。より具体的には、以下の値が判ればｎ−１領域における電流密度I(n-1)、抵抗値R(n-1)、及び水移動量H2０_mを算出することができる。
・n-1領域のカソードに流入する酸素量O2(n-1)、水量H2０_Ca(n-1)
・n-1領域のアノードに流入する水素量H2(n-1)、水量H2O_An(n-1)
・n-1領域のカソード圧力P_Ca、アノード圧P_An

また、ｎ−１領域の発電環境に、上記の処理により予測される発電状態を反映させると、次段のｎ領域における発電環境を特定することができる。このため、以上の処理によれば、１番目の小領域における発電環境さえ特定できれば、ｓ領域に至るまで、個々の小領域における発電環境及び発電状態を、順次演算により求めることができる。

図２に示すシステムにおいて、１番目の領域のカソードに流入する酸素量O2(1)は、コンプレッサ７０５によって圧送される空気の量に、空気中の酸素濃度（既知）を掛け合わせることで求めることができる。１番目の領域のカソードに流れ込む水量H2０_Ca(1)は、カソード側の露点計７３５の出力に基づいて算出することができる。

また、１番目の領域のアノードに流入する水素量H2(1)は、流量計６９５に基づいて検知することができる。１番目の領域のアノードに流れ込む水量H2O_An(1)は、アノード側の露点計６９０の出力に基づいて算出することができる。

更に、１番目の領域のカソード圧力P_Caは、カソード入口の圧力計７３０の出力と、カソード出口の圧力計７３２の出力とを基礎として比例計算を行うことで算出することができる。同様に、１番目の領域のアノード圧力P_Anは、アノード入口の圧力計６８５の出力と、アノード出口の圧力計６８７の出力とを基礎として比例計算を行うことで算出することができる。

このように、図２に示すシステムによれば、１番目の領域における発電状態を予測するために必要な全ての数値を取得することが可能である。従って，本実施形態のシステムでは、膜電極接合体１２の１領域からs領域のそれぞれが、どのような発電環境の下で、どのような発電状態にあるのかを、演算により予測することができる。

図１４は、制御部５３０が実行するルーチンのフローチャートである。図１４に示すルーチンでは、先ず、領域番号ｎに１がセットされる（ステップＳ１４１０）。

次に、領域ｎのカソード状態量が算出される（ステップＳ１４２０）。具体的には、ｎ＝１の領域を対象として、カソードに流入する酸素量O2(n)及び水量H2０_Ca(n)が算出される（図１３中、符号１２２参照）。次いで、圧力計７３０、７３２の出力を基礎とする比例計算によりカソード圧力P_Ca(n)が算出される（図１３中、符号１２５参照）。更に、上記（３）式に従ってカソード相対湿度Ca_RH(n)が、また、上記（４）式に従ってカソードの酸素濃度O2濃度(n)が、それぞれ算出される（図１３中、符号１２４，１２６参照）。

図１４に示すルーチンでは、次に、領域ｎのアノード状態量が算出される（ステップＳ１４３０）。具体的には、ｎ＝１の領域を対象として、アノードに流入する水素H2(n)及び水量H2０_An(n)が算出される（図１３中、符号１２８参照）。次いで、圧力計６８５、６８７出力を基礎とする比例計算によりアノード圧力P_An(n)が算出される（図１３中、符号１３１参照）。更に、上記（５）式に従ってアノード相対湿度An_RH(n)が算出される（図１３中、符号１３０参照）。

次に、ｎ領域における発電状態が算出される（ステップＳ１４４０）。具体的には、先ず、図８（Ａ）に示すマップ、及び図８（Ｂ）に示すマップから、それぞれ、電流密度Iが読み出される。次に、図８（Ａ）に示すマップからは、カソード圧力P_Caが１４０kPaである場合の電流密度Iが読み出される。また、図８（Ｂ）に示すマップからは、カソード圧力P_Caが２００kPaである場合の電流密度Iが読み出される。本ステップでは、それらのマップ値に比例計算を施すことで、カソード圧P_Ca(n)に対応する電流密度Iが算出される（図１３中、符号１３２参照）。

上記ステップＳ１４４０では、また、図９（Ａ）に示すマップ、及び図９（Ｂ）に示すマップを参照して、抵抗値R(n)が算出される（図１３中、符号１３４参照）。更に、ここでは、図１０（Ａ）に示すマップ、及び図１０（Ｂ）に示すマップを参照して、水移動量H2O_m(n)が算出される（図１３中、符号１３６参照）。２つのマップ値からカソード圧P_Ca(n)に応じた抵抗値R(n)及び水移動量H2O_m(n)を算出する手法は、電流密度Iの場合と同様であるため、ここではその詳細は省略する。

次に、ｎ領域における生成・消費量が算出される（ステップＳ１４５０）。具体的には、カソード側で消費される酸素量O2_off(n)が上記（６）式に従って、また、生成される水の量H2O(n)が上記（８）式に従って、それぞれ算出される（図１３中、符号１３８、１４２参照）。更に、アノード側で消費される水素量H2_off(n)が、上記（１０）式に従って算出される（図１３中、符号１４６参照）。

以上の処理が終わると、領域番号ｎが、最終値ｓに達しているかが判別される（ステップＳ１４６０）。その結果、ｎがｓに達していないと判断された場合は、ｎがインクリメントされた後（ステップＳ１４７０）、再び、上記ステップＳ１４１０以降の処理が実行される。

ｎが２以上である場合、ステップＳ１４２０では、カソードの酸素量O2(n)及び水量H2O_Caが、それぞれ上記（７）式又は（９）式に従って算出される（図１３中、符号１４０，１４４参照）。また、この場合は、ステップＳ１４３０において、アノードの水素量H2(n)及び水量H2O_Anが、それぞれ上記（１１）式又は（１２）式に従って算出される。

以後、ステップＳ１４６０において、ｎ＝ｓの成立が判定されるまで、上記の処理が繰り返し実行される。その結果、１番目の領域からｓ領域まで、全ての領域において、発電環境と、発電状態とが算出される。つまり、以上の処理によれば、上記の小領域をメッシュの単位として、膜電極接合体１２の発電環境及び発電状態の分布を予測することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、膜電極接合体１２の温度が、全面において均一であることとしているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、膜電極接合体１２の温度が面内で分布を持つ場合には、その分布を考慮して発電状態の分布を予測することとしてもよい。温度分布を考慮した予測は、例えば、以下のような手法により実現することができる。

電流密度I、抵抗値R、水移動量H2O_mに関するマップを、複数の温度についてそれぞれ準備する。それぞれのマップは、膜電極接合体小片６０の温度を変えて（図１２参照）電流密度I、抵抗値R、水移動量H2O_mを測定することで設定する。膜電極接合体１２の個々の小領域における温度は、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域の温度に、当該領域の発熱量を反映させることにより予測する。発熱量は、当該領域の電流密度Iに基づいて算出する。当該領域の温度が判ったら、温度別に準備された複数のマップから読み出したマップ値を基礎として、比例計算により、当該領域の温度に対応する電流密度I、抵抗値R、水移動量H2O_mを算出する。

また、上述した実施の形態１では、膜電極接合体１２の抵抗値Rの分布をも予測することとしているが、抵抗値Rの予測は、必要がなければ省略してもよい。

また、上述した実施の形態１では、マップ設定の作業を簡単化するために膜電極接合体小片１２を用いた測定（図１２参照）を行うこととしているが、図８から図１０に示すマップを設定する手法は、これに限定されるものではない。例えば、膜電極接合体１２を計測の対象としてマップ設定の作業を行うこととしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、燃料電池１０のアノードに加湿された水素ガスが供給される場合に備えて、アノード側の入口にも露点計６９０を配置することとしているが、この発明はこれに限定されるものではない。すなわち、アノードに供給する燃料ガスが加湿されない場合には、上記の露点計６９０は省略することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、アノード圧P_Anを予測するために、入口と出口の２カ所に圧力計６８５、６８７を配置することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、膜電極接合体１２内部での圧力分布は、入口及び出口の一方で圧力が判れば推定することが可能である。このため、アノード側の圧力計は、入口側及び出口側の何れか一方にのみ配置することとしてもよい。この点は、カソード側の圧力計についても同様である。

尚、上述した実施の形態においては、制御部５３０が、図８に示すマップを記憶していることにより「発電特性記憶手段」が実現されている。また、制御部５３０が、上記（６）式、（８）式、及び（１０）式を記憶していることにより「消費生成特性記憶手段」が実現されている。また、コンプレッサ７０５、加湿器７２０、レギュレータ６７５及び燃料ガスタンク６５５が「入口環境決定手段」に相当している。また、制御部が、膜電極接合体１２を上記の小領域に区分して演算処理を進めることにより「小領域定義手段」が実現されている。また、制御部５３０が、ステップＳ１４４０において電流密度I(n)を算出することにより「発電量算出手段」が、ステップＳ１４５０の処理を実行することにより「消費生成量算出手段」が、それぞれ実現されている。更に、制御部５３０が、ステップＳ１４２０において、上記（７）式及び（９）式によりO2(n)及びH2O_Ca(n)を算出し、かつ、ステップＳ１４３０において、上記（１１）式及び（１２）式によりH2(n)及びH2O_An(n)を算出することにより「発電環境更新手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態においては、制御部５３０が、図９に示すマップを記憶していることにより「抵抗特性記憶手段」が実現されている。また、制御部５３０が、ステップＳ１４４０において抵抗値R(n)を算出することにより「抵抗値算出手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態においては、制御部５３０が、図１０に示すマップを記憶していることにより「水移動特性記憶手段」が実現されている。また、制御部が、ステップＳ１４４０において水移動量H2O_m(n)を算出することにより「水移動量算出手段」が実現されている。更に、制御部５３０が、ステップＳ１４２０において、上記（９）式によりH2O_Ca(n)を算出することにより「カソード水量更新手段」が、ステップＳ１４３０において、上記（１２）式によりH2O_An(n)を算出することにより「アノード水量更新手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、制御部５３０が、ステップＳ１４４０において、上記（６）式に従って酸素消費量O2_off(n)を算出することにより「酸素消費量算出手段」が、上記（１０）式に従って水素消費量H2_off(n)を算出することにより「水素消費量算出手段」が、それぞれ実現されている。更に、制御部５３０が、ステップＳ１４２０において、上記（７）式によりO2(n)を算出することにより「酸素量更新手段」が、ステップ１６４において、上記（１１）式によりH2(n)を算出することにより「水素量更新手段」が、それぞれ実現されている。

以上の説明では、燃料ガスと酸化ガスとがコフローの場合を例にとり説明したが、燃料ガスと酸化ガスとがカウンターフローで流される場合についても、同様に水分布を求めることが可能である。また、水分布の取得方法は、上記以外にも様々な方法を採用することが可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池
１２…膜電極接合体
６０…膜電極接合体
６２…酸化ガス供給通路
６４…酸化ガス排出通路
６６…コンプレッサ
６８…エアフィルタ
７０…調整バルブ
７２…窒素タンク
７４…バブラー
７６…ヒータ
７８…温度計
８０…圧力計
８２…ヒータ
８４…露点計
８６…燃料ガス供給通路
８８…燃料ガス排出通路
９０…調整バルブ
９２…水素タンク
９４…バブラー
９６…ヒータ
９８…温度計
１００…圧力計
１０２…ヒータ
１０４…露点計
１０６…冷却水供給通路
１０８…冷却水排出通路
１１０…温度計
１１２…測定回路
１１４…電流計
１１６…可変抵抗
１２０…帯状部分
５００…車両
５１０…燃料電池
５３０…制御部
５３５…要求出力検知部
５４０…二次電池
５５０…分配コントローラ
５６０…駆動モータ
５７０…ドライブシャフト
５８０…分配ギア
５９０…車輪
６００…燃料電池スタック
６０５…電流電圧計
６１０…単セル
６２０…電解質膜
６３０…アノード電極
６３５…カソード電極
６４０…アノードガス流路
６４５…カソードガス流路
６５０…燃料ガス供給系
６５５…燃料ガスタンク
６６０…燃料ガス供給管
６６５…燃料ガス排気管
６７０…開閉バルブ
６７５…レギュレータ
６８０…燃料ガスポンプ
６８５…圧力計
６８７…圧力計
６９０…露点計
６９５…流量計
７００…酸化ガス供給系
７０５…コンプレッサ
７１０…酸化ガス供給管
７１５…酸化ガス排気管
７２０…加湿装置
７２５…背圧弁
７３０…圧力計
７３２…圧力計
７３５…露点計
７４０…流量計
７４５…第２の燃料ガス排気管
７４７…排気弁
７５０…冷却系
７５５…ポンプ
７６０…冷却水供給管
７６５…冷却水排出管
７７０…ラジエータ
７７５…冷却水還流管
７８０…ロータリー弁
７８５…温度計
７９０…温度計

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電力を生成する燃料電池と、
   二次電池と、
   前記燃料電池と前記二次電池から外部負荷への電力供給を制御する制御部と、
   要求出力を取得する要求出力取得部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記燃料電池内の水の量を取得し、
   前記水の量から前記燃料電池の電流制限値を決定し、
   少なくとも前記電流制限値に従って前記燃料電池システムから前記要求出力に応じた電力を前記外部負荷に供給し、
   前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっている場合であって、
   前記二次電池に予め定められた第１の電力量以上の電力量が蓄積されている場合には、前記燃料電池からの電流制限値を、前記閾値以上の水が溜まっている場合の電流制限値よりも低下させて前記燃料電池からの出力を低下させるとともに、前記二次電池からの出力を増大させ、
   前記二次電池に予め定められた第１の電力量未満の電力量しか蓄積されていない場合には、前記燃料電池からの電流制限値を前記水の量から決定された電流制限値とし、
   前記燃料電池内の水の量が前記閾値よりも下がった場合には、前記二次電池からの電力を減少させ、前記燃料電池の電流制限を行わずに前記燃料電池からの出力を増大させる制御を行う、
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記燃料電池内にあらかじめ定められた閾値以上の水が溜まっており、かつ、前記二次電池に、前記第１の電力量以上の、予め定められた第２の電力量が蓄積されている場合には、
   前記燃料電池からの電流制限値をゼロに決定して前記燃料電池からの出力を停止するとともに、前記二次電池のみから電力を前記外部負荷に供給し、
   前記燃料電池内の水の量が前記閾値よりも下がった場合には、前記二次電池からの電力を減少させ、前記燃料電池の電流制限を緩和して前記燃料電池からの出力を増大させる制御を行う、燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記閾値以上の水が溜まっている場合の電流制限値よりも低い電流制限値で前記燃料電池を動作させている期間、前記燃料電池に供給する前記燃料ガスと前記酸化ガスのガス流量について、前記閾値以上の水が溜まっている場合の電流制限値を維持するのに必要なガス流量を維持する、燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載に燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池は、
   アノード及びカソードのそれぞれに反応ガスの供給を受けることにより発電を行う膜電極接合体と、
   前記反応ガスの入口における発電環境を決定する入口環境決定手段と、
   を有しており、
   前記制御部は、
   前記膜電極接合体の発電量と発電環境との関係を定めた発電特性を記憶する発電特性記憶手段と、
   前記膜電極接合体の反応ガス消費量及び水生成量と前記発電量との関係を定めた消費生成特性を記憶した消費生成特性記憶手段と、
   前記膜電極接合体を、仮想的に、前記反応ガスの流れに沿って並んだ複数の小領域に区分する小領域定義手段と、
   前記複数の小領域のそれぞれにおける発電量を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に基づいて、前記発電特性に従って算出する発電量算出手段と、
   前記複数の小領域のそれぞれにおける反応ガス消費量及び水生成量を、当該小領域で生成された発電量に基づいて、前記消費生成特性に従って算出する消費生成量算出手段と、
   前記複数の小領域のそれぞれが生成する発電環境を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に、当該小領域における反応ガス消費量及び水生成量を反映させることにより算出する発電環境更新手段と、
   前記膜電極接合体のカソードからアノードへの水移動量と発電環境との関係を定めた水移動特性を記憶する水移動特性記憶手段と、
   前記複数の小領域のそれぞれにおける水移動量を、反応ガスの流れの上流側に位置する小領域で生成された発電環境に基づいて、前記水移動特性に従って算出する水移動量算出手段と、
   を有しており、
   前記発電環境更新手段は、
   反応ガスの流れの上流側に位置する小領域のカソードに存在する水量と当該小領域における水生成量との和から、当該小領域における水移動量を減ずることで当該小領域のカソードに存在する水量を算出するカソード水量更新手段と、
   反応ガスの流れの上流側に位置する小領域のアノードに存在する水量に当該小領域における水移動量を加えることで当該小領域のアノードに存在する水量を算出するアノード水量更新手段と、
   を含むことを特徴とする燃料電池システム。

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