本發(fā)明涉及燃料電池的狀態(tài)估計裝置、狀態(tài)估計方法、以及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知測量燃料電池的電壓值和阻抗值，根據(jù)這些值估計異常。作為燃料電池的異常，例如考慮陽極電極中的氫氣的不足(氫饑餓(starvation))，陰極電極中的氧的不足(氧饑餓)，以及電解質(zhì)膜的干燥(脫水)等。

在WO2010128555中，提出了在所謂的科爾-科爾圖(cole-cole plot)中描繪的燃料電池的內(nèi)部阻抗的圓弧相對較大時，估計為陽極的氫濃度相對較低(即，為氫饑餓狀態(tài))的氫濃度測量方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如果發(fā)生氫饑餓，則認(rèn)為燃料電池整體的內(nèi)部阻抗的值增加，內(nèi)部阻抗的圓弧確實地變大。但是，雖說內(nèi)部阻抗的圓弧相對地變大，并不能斷定其要因是氫饑餓所導(dǎo)致的。例如，有時內(nèi)部阻抗的圓弧也由于陰極的氧濃度的降低而變大。因此，在以往的使用了內(nèi)部阻抗的燃料電池的狀態(tài)估計方法中，難以適當(dāng)?shù)毓烙嬋剂想姵氐臓顟B(tài)。

本發(fā)明是著眼于這樣問題點而完成的，其目的是提供能夠適當(dāng)?shù)毓烙嬋剂想姵氐臓顟B(tài)的燃料電池的狀態(tài)估計裝置以及方法。進(jìn)而，在本發(fā)明提供使用了該狀態(tài)估計裝置的燃料電池系統(tǒng)。

按照本發(fā)明的一個方式，提供接受陽極氣體以及陰極氣體的供給而發(fā)電的燃料電池的狀態(tài)估計裝置。更詳細(xì)地說，該狀態(tài)估計裝置包括根據(jù)從燃料電池輸出的規(guī)定頻率的交流信號測量該燃料電池的內(nèi)部阻抗的內(nèi)部阻抗測量單元。而且，該狀態(tài)估計裝置包括計算從內(nèi)部阻抗的測量值的虛數(shù)分量求得的關(guān)于電極的狀態(tài)量的第2預(yù)備估計值的狀態(tài)量預(yù)備估計值計算單元。進(jìn)而，狀態(tài)估計裝置包括根據(jù)該算出的第1預(yù)備估計值以及第2預(yù)備估計值決定所述電極的狀態(tài)量的最終估計值的狀態(tài)量最終估計值決定單元。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式的燃料電池的立體圖。

圖2是圖1的燃料電池的II－II截面圖。

圖3是本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式中采用的燃料電池堆的等效電路模型的圖。

圖5是表示決定表示第1實施方式的燃料電池堆的狀態(tài)的最終估計值的流程的流程圖。

圖6是表示基于內(nèi)部阻抗Z的虛數(shù)分量Z_im的預(yù)備估計值R_act1以及預(yù)備估計值C_dl1的計算的細(xì)節(jié)的流程圖。

圖7是表示基于內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量Z_re的預(yù)備估計值R_act2和雙電層電容(electrical Double-Layer Capacitor)的預(yù)備估計值C_dl2的計算的流程的流程圖。

圖8是表示電解質(zhì)膜電阻的計算的流程的流程圖。

圖9是表示第2實施方式的燃料電池堆的動作控制的流程的流程圖。

圖10是表示減小第1預(yù)備估計值和第2預(yù)備估計值之差的處理的流程的流程圖。

圖11表示考慮了測量系統(tǒng)的電抗成分的燃料電池堆的等效電路。

圖12包含噪聲而表示進(jìn)行了S/N比增加處理的情況下的輸出電流與不進(jìn)行該處理的情況下的輸出電流的方式。

圖13是表示燃料電池堆的單元電壓、反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值Ract1和第2預(yù)備估計值Ract2的關(guān)系的曲線圖。

具體實施方式

以下，參照附圖等，說明本發(fā)明的實施方式。

燃料電池的單元通過作為燃料極的陽極電極和作為氧化劑極的陰極電極夾著電解質(zhì)膜而構(gòu)成。在燃料電池的單元中，含有氫的陽極氣體被提供給陽極電極，另一方面，含有氧的陰極氣體被提供給陰極電極，通過使用這些氣體進(jìn)行發(fā)電。在陽極電極以及陰極電極的兩電極中進(jìn)行的電極反應(yīng)如以下那樣。

陽極電極：2H₂→4H⁺+4e^-···(1)

陰極電極：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O···(2)

通過這些(1)、(2)的電極反應(yīng)，燃料電池的單元生成1V(伏特)左右的電動勢。這里，上述(1)以及(2)中表示的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，例如對于陰極電極將陽極電極的電位提高規(guī)定值以上等，通常，通過施加與將燃料電池連接到負(fù)載使用的情況相反符號的電壓，可以產(chǎn)生與上述(1)以及(2)相反的反應(yīng)。因此，通過將交流電壓施加到燃料電池單元，以上述(1)以及(2)表示的反應(yīng)以及與其相反的反應(yīng)的相互的轉(zhuǎn)換，與該交流電壓的正負(fù)變動對應(yīng)地產(chǎn)生。

圖1以及圖2是用于說明本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池單元10的結(jié)構(gòu)的圖。圖1是燃料電池單元10的立體圖，圖2是圖1的燃料電池單元10的II－II截面圖。

如圖1以及圖2所示，燃料電池單元10包括：膜電極接合體(MEA)11；夾著MEA11來配置的陽極分離器12以及陰極分離器13。

MEA11由電解質(zhì)膜111、陽極電極112、陰極電極113構(gòu)成。MEA11在電解質(zhì)膜111的一個面?zhèn)染哂嘘枠O電極112，另一個面?zhèn)染哂嘘帢O電極113。

電解質(zhì)膜111是由氟系樹脂形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜。電解質(zhì)膜111在濕潤狀態(tài)下表示良好的電傳導(dǎo)性。而且，作為電解質(zhì)膜111，也可以根據(jù)設(shè)想的燃料電池的對應(yīng)，例如使用使磷酸(H₃PO₄)浸漬在規(guī)定的基體(マトリックス)中的材料等其它材料。

陽極電極112具有催化劑層112A和氣體擴(kuò)散層112B。催化劑層112A是由承載了白金或者白金等的碳粒子所形成的部件，被設(shè)置為與電解質(zhì)膜111接觸。氣體擴(kuò)散層112B被配置在催化劑層112A的外側(cè)。氣體擴(kuò)散層112B是由具有氣體擴(kuò)散性以及導(dǎo)電性的碳布所形成的構(gòu)件，被設(shè)置為與催化劑層112A以及陽極分離器12接觸。

與陽極電極112同樣，陰極電極113也具有催化劑層113A和氣體擴(kuò)散層113B。催化劑層113A被配置在電解質(zhì)膜111和氣體擴(kuò)散層113B之間，氣體擴(kuò)散層113B被配置在催化劑層113A和陰極分離器13之間。

陽極分離器12被配置在氣體擴(kuò)散層112B的外側(cè)。陽極分離器12具有用于對陽極電極112供給陽極氣體(氫氣)的多個陽極氣體流路121。陽極氣體流路121被形成作為溝狀通路。

陰極分離器13被配置在氣體擴(kuò)散層113B的外側(cè)。陰極分離器13具有用于對陰極電極113供給陰極氣體(空氣)的多個陰極氣體流路131。陰極氣體流路131形成作為溝狀通路。

陽極分離器12以及陰極分離器13被構(gòu)成為，使得流過陽極氣體流路121的陽極氣體的流動方向與流過陰極氣體流路131的陰極氣體的流動方向成為相互相反方向。而且，陽極分離器12以及陰極分離器13也可以構(gòu)成為，使得這些氣體的流動方向向相同的方向流過。

這樣，在將這樣的燃料電池單元10作為汽車用電源使用的情況下，被要求的電力大，所以作為將數(shù)百張的燃料電池單元10層積后的燃料電池堆來使用。然后，構(gòu)成對燃料電池堆供給陽極氣體以及陰極氣體的燃料電池系統(tǒng)，取出用于驅(qū)動車輛的電力。

而且，在本實施方式中，以層積了燃料電池單元10的燃料電池堆的單位進(jìn)行如后所述的阻抗測量，也可以以一張燃料電池單元10的單位或一部分燃料電池堆(例如數(shù)十張的單元)的單位進(jìn)行阻抗測量。

而且，在燃料電池堆中，通過多張串聯(lián)地配置一張燃料電池單元10中的陽極電極112、陰極電極113、以及電解質(zhì)膜111，構(gòu)成作為總和的陽極電極、陰極電極、以及電解質(zhì)膜。但是，以下為了方便說明，對于作為該總和的陽極電極、陰極電極、以及電解質(zhì)膜，也附加與單元單體的陽極電極112、陰極電極113、以及電解質(zhì)膜111相同的標(biāo)號。

圖3是本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的概略圖。

燃料電池系統(tǒng)100具有燃料電池堆1、陰極氣體給排裝置2、陽極氣體給排裝置3、電力系統(tǒng)5、以及控制器6。

燃料電池堆1如上述那樣，是將多張燃料電池單元10(單位單元)層積的層積電池。燃料電池堆1接受陽極氣體以及陰極氣體的供給，發(fā)電車輛的行駛所需要的電力。作為取出電力的輸出端子，燃料電池堆1具有陽極電極側(cè)端子1A和陰極電極側(cè)端子1B。

陰極氣體給排裝置2對燃料電池堆1供給陰極氣體，同時將從燃料電池堆1排出的陰極排出氣體排出到外部。陰極氣體給排裝置2包括：陰極氣體供給通路21；陰極氣體排出通路22；過濾器23；氣流傳感器24；陰極壓縮機(jī)25；陰極壓力傳感器26；水分回收裝置(WRD；Water Recovery Device)27；以及陰極調(diào)壓閥28。

陰極氣體供給通路21是對燃料電池堆1供給的陰極氣體流過的通路。陰極氣體供給通路21的一端連接到過濾器23，另一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體入口部。

陰極氣體排出通路22是從燃料電池堆1排出的陰極排出氣體流過的通路。陰極氣體排出通路22的一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體出口部，另一端形成作為開口端。陰極排出氣體是包含陰極氣體和因電極反應(yīng)而生成的水蒸氣等的混合氣體。

過濾器23是將被取入陰極氣體供給通路21的陰極氣體中包含的塵埃等除去的構(gòu)件。

陰極壓縮機(jī)25被設(shè)置在過濾器23下游側(cè)的陰極氣體供給通路21上。陰極壓縮機(jī)25將陰極氣體供給通路21內(nèi)的陰極氣體壓送后提供給燃料電池堆1。

氣流傳感器24被設(shè)置在過濾器23和陰極壓縮機(jī)25之間的陰極氣體供給通路21上。氣流傳感器24檢測對燃料電池堆1供給的陰極氣體的流量。

陰極壓力傳感器26被設(shè)置在陰極壓縮機(jī)25和WRD27之間的陰極氣體供給通路21上。陰極壓力傳感器26檢測對燃料電池堆1供給的陰極氣體的壓力。在陰極壓力傳感器26中檢測的陰極氣體壓力代表包含了燃料電池堆1的陰極氣體流路等的陰極系統(tǒng)整體的壓力。

WRD27跨過陰極氣體供給通路21和陰極氣體排出通路22進(jìn)行連接。WRD27是回收流過陰極氣體排出通路22的陰極排出氣體中的水分，使用該回收的水分加濕流過陰極氣體供給通路21的陰極氣體的裝置。

陰極調(diào)壓閥28被設(shè)置在比WRD27下游的陰極氣體排出通路22上。陰極調(diào)壓閥28通過控制器6被開閉控制，調(diào)整對燃料電池堆1供給的陰極氣體的壓力。

接著，說明陽極氣體給排裝置3。

陽極氣體給排裝置3對燃料電池堆1供給陽極氣體，同時將從燃料電池堆1排出的陽極排出氣體排出至陰極氣體排出通路22。陽極氣體給排裝置3包括：高壓罐31；陽極氣體供給通路32；陽極調(diào)壓閥33；陽極壓力傳感器34；陽極氣體排出通路35；緩沖罐36；清洗通路37；以及清洗閥38。

高壓罐31是將對燃料電池堆1供給的陽極氣體保持為高壓狀態(tài)而貯藏的容器。

陽極氣體供給通路32是將從高壓罐31排出的陽極氣體提供給燃料電池堆1的通路。陽極氣體供給通路32的一端連接到高壓罐31，另一端連接到燃料電池堆1的陽極氣體入口部。

陽極調(diào)壓閥33被設(shè)置在高壓罐31下游的陽極氣體供給通路32上。陽極調(diào)壓閥33通過控制器6進(jìn)行開閉控制，調(diào)整對燃料電池堆1供給的陽極氣體的壓力。

陽極壓力傳感器34被設(shè)置在陽極調(diào)壓閥33下游的陽極氣體供給通路32上。陽極壓力傳感器34檢測對燃料電池堆1供給的陽極氣體的壓力。在陽極壓力傳感器34中檢測到的陽極氣體壓力代表包含緩沖罐36或燃料電池堆1的陽極氣體流路等的陽極系統(tǒng)整體的壓力。

陽極氣體排出通路35是流過從燃料電池堆1排出的陽極排出氣體的通路。陽極氣體排出通路35的一端連接到燃料電池堆1的陽極氣體出口部，另一端連接到緩沖罐36。在陽極排出氣體中，包含在電極反應(yīng)中未使用的陽極氣體、或者從陰極氣體流路131泄漏至陽極氣體流路121的氮氣等雜質(zhì)氣體或水分等。

緩沖罐36是暫時存儲流過陽極氣體排出通路35的陽極排出氣體的容器。存儲在緩沖罐36中的陽極排出氣體在清洗閥38被打開時，通過清洗通路37被排出到陰極氣體排出通路22。

清洗通路37是用于排出陽極排出氣體的通路。清洗通路37的一端連接到陽極氣體排出通路35，另一端連接到比陰極調(diào)壓閥28下游的陰極氣體排出通路22。

清洗閥38被設(shè)置在清洗通路37上。清洗閥38通過控制器6進(jìn)行開閉控制，控制從陽極氣體排出通路35排出到陰極氣體排出通路22的陽極排出氣體的清洗流量。

在清洗閥38執(zhí)行成為開閥狀態(tài)的清洗控制時，陽極排出氣體通過清洗通路37以及陰極氣體排出通路22排出到外部。這時，陽極排出氣體在陰極氣體排出通路22內(nèi)與陰極排出氣體混合。這樣，通過使陽極排出氣體和陰極排出氣體混合后排出到外部，混合氣體中的陽極氣體濃度(氫濃度)被決定為排出允許濃度以下的值。

電力系統(tǒng)5包括：電流傳感器51；電壓傳感器52；行駛電動機(jī)53；逆變器54；電池55；DC/DC轉(zhuǎn)換器56；以及交流電源57。

電流傳感器51檢測從燃料電池堆1被取出的輸出電流。電壓傳感器52檢測燃料電池堆1的輸出電壓，即陽極電極側(cè)端子1A和陰極電極側(cè)端子1B之間的端子間電壓。電壓傳感器52既可以構(gòu)成為檢測燃料電池單元10的每1張的電壓，也可以構(gòu)成為檢測燃料電池單元10的每多張的電壓。

行駛電動機(jī)53是三相交流同步電動機(jī)，是用于驅(qū)動車輪的驅(qū)動源。行駛電動機(jī)53具有作為從燃料電池堆1以及電池55接受電力的供給而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動機(jī)的功能、以及作為通過被外力旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而發(fā)電的發(fā)電機(jī)的功能。

逆變器54由IGBT等多個半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成。逆變器54的半導(dǎo)體開關(guān)通過控制器6進(jìn)行開關(guān)控制，由此，直流電力被變換為交流電力，或者交流電力被變換為直流電力。在使行駛電動機(jī)53具有作為電動機(jī)的功能的情況下，逆變器54將燃料電池堆1的輸出電力和電池55的輸出電力的合成直流電力變換為三相交流電力，提供給行駛電動機(jī)53。相對于此，在使行駛電動機(jī)53具有作為發(fā)電機(jī)的功能的情況下，逆變器54將行駛電動機(jī)53的再生電力(三相交流電力)變換為直流電力，提供給電池55。

電池55構(gòu)成為使其被燃料電池堆1的輸出電力的剩余部分以及行駛電動機(jī)53的再生電力充電。被充電到電池55的電力，根據(jù)需要被提供給陰極壓縮機(jī)25等輔機(jī)類或者行駛電動機(jī)53。

DC/DC轉(zhuǎn)換器56是使燃料電池堆1的輸出電壓升降壓的雙方向性的電壓變換機(jī)。通過由DC/DC轉(zhuǎn)換器56控制燃料電池堆1的輸出電壓，調(diào)整燃料電池堆1的輸出電流等。

交流電源57是為了如后所述的燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗測量而對燃料電池堆1施加交流電壓的電源，通過控制器6對其交流電壓的振幅或相位(特別是角頻率ω)等參數(shù)進(jìn)行控制。而且，作為內(nèi)部阻抗測量用的電源，也可以取代該交流電源57或者與其同時，將對燃料電池堆1供給交流電流的交流電流源相對于燃料電池堆1串聯(lián)地設(shè)置。進(jìn)而，也可以將交流電源57和交流電流源設(shè)置在與端子1A以及1B、逆變器54以及DC/DC轉(zhuǎn)換器56之間路徑不同的系統(tǒng)中。

控制器6由具有中央運(yùn)算裝置(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)以及輸入輸出接口(I/O接口)的微計算機(jī)構(gòu)成。在控制器6中，除了來自電流傳感器51和電壓傳感器52等各種傳感器的信號，還輸入來自檢測油門踏板的踏下量的油門行程傳感器(未圖示)等傳感器的信號。

控制器6根據(jù)燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制陽極調(diào)壓閥33或陰極調(diào)壓閥28、陰極壓縮機(jī)25等，調(diào)整對燃料電池堆1供給的陽極氣體或陰極氣體的壓力或流量。

而且，控制器6根據(jù)燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，計算燃料電池堆1的目標(biāo)輸出電力。進(jìn)而，控制器6根據(jù)行駛電動機(jī)53的要求電力或陰極壓縮機(jī)25等輔機(jī)類的要求電力、電池55的充放電要求等，計算目標(biāo)輸出電力。特別是，在本實施方式中，根據(jù)如后所述的燃料電池堆1的狀態(tài)量的最終估計值，調(diào)整目標(biāo)輸出電力的值。

進(jìn)而，控制器6根據(jù)上述算出的目標(biāo)輸出電力，參照預(yù)先確定的燃料電池堆1的IV特性(電流電壓特性)，計算燃料電池堆1的目標(biāo)輸出電流。然后，控制器6通過DC/DC轉(zhuǎn)換器56控制燃料電池堆1的輸出電壓，使得燃料電池堆1的輸出電流成為目標(biāo)輸出電流，進(jìn)行對行駛電動機(jī)53或輔機(jī)類供給需要的電流的控制。

而且，控制器6控制陰極壓縮機(jī)25等，使得燃料電池堆1的各電解質(zhì)膜111的濕潤度(含水量)成為適于發(fā)電的狀態(tài)?？刂破?具有計算與電解質(zhì)膜111的濕潤度存在相關(guān)關(guān)系的燃料電池堆1的電解質(zhì)膜電阻的功能。而且，控制器6也可以具有控制陰極壓縮機(jī)25等的功能，以便電解質(zhì)膜電阻取使得電解質(zhì)膜111的濕潤度成為良好的狀態(tài)而確定的規(guī)定的目標(biāo)值。

進(jìn)而，在本實施的方式中，控制器6控制交流電源57，以便每當(dāng)燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗測量時，將規(guī)定頻率的交流電壓施加到燃料電池堆1。并且，控制器6具有作為內(nèi)部阻抗測量單元的功能，該內(nèi)部阻抗測量單元根據(jù)這樣施加的規(guī)定頻率的交流電壓、以及作為相對于該交流電壓的燃料電池堆1的輸出交流電流的、由電流傳感器51檢測出的值，測量燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗。

更詳細(xì)地說，該控制器6除去對于來自交流電源57的交流電壓值(即，電壓傳感器52中測量的值)進(jìn)行了傅里葉變換的值、和對于從電流傳感器51接收的輸出交流電壓值進(jìn)行了傅里葉變換的值，計算規(guī)定頻率中的燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗。

進(jìn)而，控制器6具有作為狀態(tài)量預(yù)備估計值計算單元和狀態(tài)量最終估計值決定單元的功能。狀態(tài)量預(yù)備估計值計算單元計算從內(nèi)部阻抗的測量值的實數(shù)分量求得的有關(guān)電極的狀態(tài)量的第1預(yù)備估計值、和從該內(nèi)部阻抗的測量值的虛數(shù)分量求得的有關(guān)電極的狀態(tài)量的第2預(yù)備估計值，狀態(tài)量最終估計值決定單元根據(jù)該算出的各預(yù)備估計值決定燃料電池堆1的最終估計值。而且，關(guān)于各預(yù)備估計值的計算、以及基于這些計算的最終估計值的決定在后面詳細(xì)地說明。

圖4是表示燃料電池堆1的等效電路的示意圖。

如圖4所示，本實施方式的燃料電池堆1的等效電路可以認(rèn)為是由作為燃料電池堆1的電解質(zhì)膜111的電阻成分即電解質(zhì)膜電阻R_m、陰極電極113的反應(yīng)電阻R_act以及雙電層電容C_dl所構(gòu)成的電路。即，在本實施方式的燃料電池堆1的等效電路中，忽略陽極電極112中的反應(yīng)電阻成分以及雙電層電容成分。

作為其理由，列舉以下這一點，即首先，在陽極氣體流路內(nèi)的陽極氣體濃度成為適于發(fā)電的濃度的情況下，陽極電極112側(cè)的反應(yīng)電阻的值非常小，即使相對于陰極電極113的反應(yīng)電阻值R_act加以忽略，對實際的等效電路模型也沒有大的影響。

而且，這樣由于陽極電極112側(cè)的反應(yīng)電阻的值非常小，在對燃料電池堆1施加了交流電壓的情況中，該陽極電極112側(cè)的反應(yīng)電阻的部分中電流非常容易流過。即，由于這意味著與該反應(yīng)電阻并聯(lián)地配置的雙電層電容成分中基本上不流過電流，使用即使忽略阻抗測量時陽極電極112的雙電層電容成分，對實際的等效電路模型也沒有大的影響。

由于以上的理由，即使在燃料電池堆1的等效電路模型中忽略陽極電極112的影響，也可以確保一定的精度。因此，以下以圖4所示的燃料電池堆1的等效電路模型為前提，進(jìn)行各預(yù)備估計值的計算以及最終估計值的決定。

而且，一般來說，已知“頻率f”和“角頻率ω”之間存在ω＝2πf的關(guān)系，它們之間僅有乘以了無量綱的常數(shù)2π的差異，所以以下為了簡化說明，將“頻率”和“角頻率”視為等同，在表示任意一個的情況下都使用“ω”的記號。

(第1實施方式)

圖5是表示第1方式的燃料電池堆1的狀態(tài)估計的流程的流程圖。而且，下述的步驟S101～步驟S104構(gòu)成內(nèi)部阻抗測量步驟，步驟S105以及步驟S106構(gòu)成狀態(tài)量預(yù)備估計值計算步驟，步驟S107構(gòu)成狀態(tài)量最終估計值計算步驟。

如圖示那樣，首先，在步驟S101中，控制器6在內(nèi)部阻抗測量定時中，通過交流電源57對燃料電池堆1施加從規(guī)定的頻帶(例如數(shù)Hz～數(shù)kHz)選擇的兩個不同的頻率ω₁以及ω₂的交流電壓V_in1以及V_in2。

在步驟S102中，控制器6對相對于電流傳感器51中測量的上述交流電壓V_in1以及V_in2的各自的輸出電流的電流值I_out1以及I_out2實施傅里葉變換處理，計算電流振幅值I_out(ω₁)以及I_out(ω₂)。

在步驟S103中，控制器6對頻率ω₁以及ω₂的交流電壓V_in1以及V_in2分別實施傅里葉變換處理，計算電壓振幅值V_out(ω₁)以及V_out(ω₂)。

在步驟S104中，控制器6對各頻率ω₁以及ω₂，將上述電壓振幅值V_out(ω₁)以及V_out(ω₂)分別除以電流振幅值I_out(ω₁)以及I_out(ω₂)，計算內(nèi)部阻抗Z₁、Z₂。然后，求該內(nèi)部阻抗Z₁，Z₂的虛數(shù)分量Z_im1以及Z_im2和實數(shù)分量Z_re1以及Z_re2。

在步驟S105中，根據(jù)內(nèi)部阻抗Z₁，Z₂的虛數(shù)分量Z_im1以及Z_im2計算反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值R_act1以及燃料電池的雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1。以下說明該計算的具體步驟。

圖6是表示基于內(nèi)部阻抗Z的虛數(shù)分量Z_im1以及Z_im2的第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值C_dl1的計算的細(xì)節(jié)的流程圖。

在步驟S1101中，根據(jù)燃料電池堆1的等效電路模型求內(nèi)部阻抗Z的虛數(shù)分量Z_im的關(guān)系式。

首先，基于上述圖4所示的燃料電池堆1的等效電路模型的算式，如以下那樣。

其中，Z是燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗，j是虛數(shù)單位，ω是交流信號的角頻率，R_m是電解質(zhì)膜電阻的值，R_act是陰極電極113的反應(yīng)電阻值，以及C_dl意味著陰極電極113的雙電層電容。

對于該式(1)，取兩邊的虛數(shù)分量，將C_dl設(shè)為C_dl1，將R_act改寫為R_act1來進(jìn)行變形時，得到

那樣的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量Z_im的關(guān)系式。

在步驟S1102中，對于上述式(2)，代入頻率ω₁以及ω₂、以及在步驟S104中求得的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量Z_im1以及Z_im2，得到將未知數(shù)設(shè)為R_act1以及C_dl1的方程式并解它。

特別是，對于上述式(2)，在縱軸上?。?/ωZ_im、在橫軸上取1/ω²，以兩個頻率ω₁以及ω₂繪制該坐標(biāo)上的2點，描繪直線，如果求出該直線的斜率以及截距，因為該斜率等于1/(C_dl1·R_act1²)，截距等于C_dl1，所以雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1可以作為截距的值求出。而且，可以通過該求得的第1預(yù)備估計值C_dl1和斜率的值，求反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值R_act1。

返回圖5，在步驟S106中，控制器6根據(jù)內(nèi)部阻抗Z的實數(shù)分量Z_re，計算反應(yīng)電阻的第2預(yù)備估計值R_act2以及雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2。

圖7是表示基于內(nèi)部阻抗Z的實數(shù)分量Z_re的第2預(yù)備估計值R_act2以及第2預(yù)備估計值C_dl2的計算的細(xì)節(jié)的流程圖。

如圖示那樣，在步驟S1201中，根據(jù)燃料電池堆1的等效電路模型求出內(nèi)部阻抗Z的實數(shù)分量Z_re的關(guān)系式。

具體地說，對于上述式(1)，取兩邊的實數(shù)分量，將C_dl設(shè)為C_dl2，將R_act改寫為R_act2來變形時，得到

的內(nèi)部阻抗Z的實數(shù)分量Z_re的關(guān)系式。

這里，在上述(3)式中，未知數(shù)是雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2、反應(yīng)電阻的第2預(yù)備估計值R_act2、以及電解質(zhì)膜電阻R_m，所以為了求反應(yīng)電阻的第2預(yù)備估計值R_act2，除了需要在步驟S104中求得的實數(shù)分量Z_re1以及Z_re2，還需要求電解質(zhì)膜電阻R_m。因此，在下一個步驟S1202中，求電解質(zhì)膜電阻R_m。

圖8是表示電解質(zhì)膜電阻R_m的測量(以下將該測量也記載為HFR測量)的流程的流程圖。而且，該HFR測量雖然也可以與上述內(nèi)部阻抗測量一起進(jìn)行，但是在本實施方式中，例如設(shè)想由于確認(rèn)電解質(zhì)膜111的濕潤度等理由，而預(yù)先單獨地進(jìn)行。

在步驟S1301中，控制器6在內(nèi)部阻抗測量定時中，通過交流電源57對燃料電池堆1施加高頻率ω_∞(數(shù)kHz～數(shù)十kHz)的交流電壓V_in。

在步驟S1302中，控制器6對在電流傳感器51中測量的與上述交流電壓V_in相對的輸出電流的電流值I_out實施傅里葉變換處理，計算電流振幅值I_out(ω_∞)。

在步驟S1303中，控制器6對交流電壓V_in實施傅里葉變換處理，計算電壓振幅值V_out(ω_∞)。

在步驟S1304中，將上述電壓振幅值V_out(ω_∞)除以電流振幅值I_out(ω_∞)，計算內(nèi)部阻抗Z，決定該實數(shù)分量作為燃料電池堆1的電解質(zhì)膜電阻R_m。

而且，在上述等效電路模型的式(1)中表示的燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗中，在頻率為數(shù)kHz以上的量級的足夠大的值的情況下，作為ω→∞的情況處理，可以將式(1)的右邊的第2項的值大致近似為0。因此，在頻率為數(shù)十kHz以上的量級的情況下，內(nèi)部阻抗Z的實數(shù)分量Z_re與電解質(zhì)膜電阻的值R_m基本上一致，所以通過該測量，得到高精度的電解質(zhì)膜電阻的值R_m。

返回圖7，在步驟S1203中，對于上述式(3)，代入兩個頻率ω₁以及ω₂、內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量Z_re1以及Z_re2、以及算出的電解質(zhì)膜電阻值R_m，得到將未知數(shù)設(shè)為C_dl2以及R_act2的方程式并解它。

特別是，如果在縱軸取1/(Z_Re－R_m)、橫軸取ω²，在兩個頻率ω₁以及ω₂繪制該坐標(biāo)上的2點，描繪直線，求該直線的斜率以及截距，則該斜率等于C_dl2²·R_act2，截距等于1/R_act2。因此，可以由截距的值求R_act2，可以由求得的R_act2以及斜率的值計算C_dl2。

而且，作為求出上述電解質(zhì)膜電阻R_m的方法，也可以取代在步驟S1301～S1303中進(jìn)行HFR測量，而在三個頻率ω₁、ω₂、以及ω₃進(jìn)行內(nèi)部阻抗的實部分量Z_re的測量，將這些頻率ω₁、ω₂、以及ω₃和Z_re的測量值代入式(3)，解以C_dl2、R_act2、以及R_m為未知數(shù)而得到的方程式。由此，可以計算雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2、以及反應(yīng)電阻的第2預(yù)備估計值R_act2而不進(jìn)行HFR測量。

返回圖5，在步驟S107中，根據(jù)算出的反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2、以及雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2，計算反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf以及雙電層電容的最終估計值C_dlf。

具體地說，將反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf決定為Max{R_act1，R_act2}，將雙電層電容的最終估計值C_dlf決定為Min{C_dl1，C_dl2}。其中，Max{x，y}意味著x和y的值中較大的值(在x＝y(tǒng)的情況下x和y的任意一個都可以)。而且，Min{x，y}意味著x和y的值內(nèi)的較小的值(在x＝y(tǒng)的情況下，x和y的任意一個都可以)。而且，反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf以及C_dlf的計算不限于該方法，例如，也可以通過R_actf＝(R_act1+R_act2)/2，C_dlf＝(C_dl1+C_dl2)/2等其它的計算方法來計算。

通過以上那樣的各步驟得到的最終估計值R_actf以及C_dlf良好地近似于燃料電池堆1的實際的反應(yīng)電阻的值以及雙電層電容。特別是，在燃料電池堆1中發(fā)生了某些異常的情況下，可知反應(yīng)電阻的值處于變大的傾向，另一方面雙電層電容處于變小的傾向。

因此，如上述那樣，通過將反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf決定為Max{R_act1，R_act2}，將雙電層電容的最終估計值C_dlf決定為Min{C_dl1，C_dl2}，當(dāng)進(jìn)行將最終估計值(R_actf，C_dlf)設(shè)為控制參數(shù)之一的燃料電池堆1的動作控制時，可以確保為了迅速檢知異常狀態(tài)的足夠的余量。

按照上述的本實施方式的控制器6(狀態(tài)估計裝置)以及具有該控制器的燃料電池系統(tǒng)100，可以得到以下的效果。

控制器6具有作為根據(jù)從燃料電池堆1輸出的規(guī)定頻率(ω₁，ω₂)的交流信號(I_out1，I_out2)測量該燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗Z的內(nèi)部阻抗測量單元的功能。而且，控制器6具有作為計算從內(nèi)部阻抗的測量值(Z₁，Z₂)的實數(shù)分量Z_re求得的有關(guān)作為電極的陰極電極113的狀態(tài)量的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)、以及作為從該內(nèi)部阻抗的測量值(Z₁，Z₂)的虛數(shù)分量Z_im求得的有關(guān)陰極電極113的狀態(tài)量的第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的狀態(tài)量預(yù)備估計值計算單元的功能。進(jìn)而，控制器6具有作為根據(jù)該算出的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)以及第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)決定燃料電池堆1的狀態(tài)量的最終估計值(R_actf，C_dlf)的狀態(tài)量最終估計值決定單元的功能。

由此，如圖5所示的步驟S107的部分中說明的那樣，使用從相互獨立的分量即內(nèi)部阻抗虛數(shù)分量Z_im以及內(nèi)部阻抗實數(shù)分量Z_re分別算出的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)以及第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)決定用于估計燃料電池堆1的狀態(tài)的最終估計值(R_actf，C_dlf)。由此，該最終估計值(R_actf，C_dlf)成為與燃料電池堆1的狀態(tài)一致的高精度的值。作為結(jié)果，如果使用該最終估計值(R_actf，C_dlf)作為控制參數(shù)，則可以執(zhí)行燃料電池堆1的優(yōu)選的動作控制。

特別是，如本實施方式那樣，由控制器6通過對第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)以及第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)取Max{R_act1，R_act2}以及Min{C_dl1，C_dl2}來決定最終估計值R_actf以及C_dlf，用于決定最終估計值R_actf以及C_dlf的運(yùn)算也變得容易。

特別是在燃料電池堆1中發(fā)生了某些異常的情況下，反應(yīng)電阻的值存在變大的傾向，所以如上述那樣，通過將反應(yīng)電阻值的第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2內(nèi)的值較大的一方即Max{R_act1，R_act2}設(shè)為最終估計值R_actf，從而能夠進(jìn)行迅速檢知燃料電池堆1的異常狀態(tài)的保守的燃料電池堆1的控制。

而且，當(dāng)求燃料電池堆1的反應(yīng)電阻值的第1預(yù)備估計值R_act1時，根據(jù)上述式(2)，使用各頻率ω₁以及ω₂、以及與這些各頻率ω₁以及ω₂對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量的測量值Z_im1以及Z_im2。由此，可以更可靠地求出第1預(yù)備估計值R_act1。

特別是，優(yōu)選在將橫軸設(shè)為1/ω²，將縱軸設(shè)為－1/(ω·Z_im)的坐標(biāo)中，使用各頻率ω₁以及ω₂、以及與這些各頻率ω₁以及ω₂對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量的測量值Z_im1以及Z_im2，繪制所述坐標(biāo)上的2點，計算連接該2點得到的直線的斜率以及截距，根據(jù)該算出的斜率以及截距求上述第1預(yù)備估計值R_act1。

由此，可以由上述斜率以及截距簡便并且高速地計算第1預(yù)備估計值R_act1，而不求電解質(zhì)膜電阻R_m等其它的參數(shù)。而且，上述坐標(biāo)上的繪制數(shù)也可以為3點以上。通過將繪制數(shù)設(shè)為3點以上，得到與實際的值更一致的精度高的直線，作為結(jié)果，使用第1預(yù)備估計值R_act1最終得到的最終估計值R_actf的精度也進(jìn)一步提高。

進(jìn)而，當(dāng)求反應(yīng)電阻值的第2預(yù)備估計值R_act2時，根據(jù)上述(3)式，使用各頻率ω₁以及ω₂、與這些各頻率ω₁以及ω₂對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量的測量值Z_re1以及Z_re2、以及預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m。由此，可以更可靠地求出第2預(yù)備估計值R_act2。

特別是，優(yōu)選在將橫軸設(shè)為ω²、將縱軸設(shè)為1/(Z_re－R_m)的坐標(biāo)上，使用各頻率ω₁以及ω₂、與這些各頻率ω1以及ω2對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量的測量值Z_re1以及Z_re2、以及預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m，繪制所述坐標(biāo)上的2點，計算連接該2點得到的直線的截距，根據(jù)該算出的截距求出上述第2預(yù)備估計值R_act2。

由此，在使用了內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量Z_re的第2預(yù)備估計值R_act2的計算中，例如，在為了掌握被認(rèn)為對燃料電池堆1的性質(zhì)產(chǎn)生較大影響的電解質(zhì)膜111的濕潤度等的狀態(tài)而預(yù)先計算電解質(zhì)膜電阻R_m的情況等下，可以對其加以利用。這樣，通過直接利用預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m，可以簡便并且快速地求出第2預(yù)備估計值R_act2。

而且，控制器6在使用雙電層電容作為陰極電極113的狀態(tài)量的情況下，將雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2中的值較小的一方，即Min{C_dl1，C_dl2}設(shè)為最終估計值C_dlf。

由此，因為在燃料電池堆1中發(fā)生了某些異常的情況下，存在燃料電池堆1的雙電層電容變小的傾向，所以通過將第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2內(nèi)的較小的值設(shè)為雙電層電容的最終估計值C_dlf，能夠進(jìn)行迅速地檢知燃料電池堆1的異常狀態(tài)的保守的燃料電池堆1的控制。

進(jìn)而，當(dāng)求燃料電池堆1的雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1時，根據(jù)上述的(2)，使用各頻率ω₁以及ω₂、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量的測量值Z_im1以及Z_im2求所述雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1。由此，可以更可靠地求雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1。

特別是，優(yōu)選在將橫軸設(shè)為1/ω²、將縱軸設(shè)為－1/(ω·Z_im)的坐標(biāo)上，使用各頻率ω₁以及ω₂、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的虛數(shù)分量的測量值Z_im1以及Z_im2，繪制所述坐標(biāo)上的2點，計算連接該2點得到的直線的截距，根據(jù)該算出的截距求出上述第1預(yù)備估計值C_dl1。

由此，可以從上述斜率以及截距簡便并且高速地計算第1預(yù)備估計值C_dl1，而不求電解質(zhì)膜電阻R_m等其它的參數(shù)。而且，上述坐標(biāo)上的繪制數(shù)也可以為3點以上。這樣，通過將繪制數(shù)取3點以上，使用最小二乘法等近似法確定直線，得到與實際的值更一致的精度高的直線，作為結(jié)果，從第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2最終得到的最終估計值C_dlf的精度也進(jìn)一步提高。

而且，當(dāng)求燃料電池堆1的雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2時，根據(jù)上述的式(3)，使用各頻率ω₁以及ω₂、與這些各頻率ω1以及ω2對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量的測量值Z_re1以及Z_re2、以及預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m，求所述雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2。由此，可以更可靠地求雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2。

特別是，優(yōu)選在將橫軸設(shè)為ω²、將縱軸設(shè)為1/(Z_re－R_m)的坐標(biāo)上，使用各頻率ω₁以及ω₂、與這些各頻率ω1以及ω2對應(yīng)的內(nèi)部阻抗的實數(shù)分量的測量值Z_re1以及Z_re2、以及預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m繪制所述坐標(biāo)上的2點，計算連接該2點得到的直線的斜率以及截距，根據(jù)該算出的斜率以及截距求雙電層電容的第2預(yù)備估計值C_dl2。

由此，在第2預(yù)備估計值C_dl2的計算中，例如，在為了掌握被認(rèn)為對燃料電池堆1的性質(zhì)產(chǎn)生較大影響的電解質(zhì)膜111的濕潤度等的狀態(tài)而預(yù)先計算電解質(zhì)膜電阻R_m的情況等下，可以對其加以利用。這樣，通過直接利用預(yù)先算出的電解質(zhì)膜電阻R_m，可以簡便并且快速地求第2預(yù)備估計值C_dl2。

(第2實施方式)

以下，說明第2實施方式。而且，對于與第1實施方式相同的要素附加相同的標(biāo)號，省略其說明。

在本實施方式中，特別是，將第1實施方式中求得的反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值R_act1與第2預(yù)備估計值R_act2相互比較，而且，將雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1與第2預(yù)備估計值C_dl2相互比較。然后，根據(jù)這些比較結(jié)果決定反應(yīng)電阻值以及雙電層電容的最終估計值，作為燃料組1的動作控制的參數(shù)，根據(jù)它進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)1的動作控制。

具體地說，在上述第1預(yù)備估計值和第2預(yù)備估計值實質(zhì)上相互一致的情況下，判斷為可以正常地進(jìn)行燃料電池堆1中的狀態(tài)量的估計，直接采用對各預(yù)備估計值實施規(guī)定的運(yùn)算所得到的最終估計值。

另一方面，在上述第1預(yù)備估計值和第2預(yù)備估計值實質(zhì)上相互不一致的情況下，判斷為不能正常地進(jìn)行燃料電池堆1中的狀態(tài)量的估計。在該情況下，因為認(rèn)為如上述那樣對各預(yù)備估計值實施規(guī)定的運(yùn)算而得到的最終估計值的精度低，所以進(jìn)行決定其它替代的最終估計值的處理。以下，說明本實施方式的處理的細(xì)節(jié)。

圖9是表示基于燃料電池堆1的最終估計值的決定以及該最終估計值的燃料電池堆1的動作控制的流程的流程圖。圖10是表示圖9所示的處理的一部分的副處理的流程圖。而且，以下的各處理中的各運(yùn)算使用在控制器6中具有的中央運(yùn)算裝置和隨機(jī)接入存儲器等來執(zhí)行。

在步驟S201中，判定基于在任意的內(nèi)部阻抗測量定時測量的內(nèi)部阻抗的上述的第1預(yù)備估計值R_act1和第2預(yù)備估計值R_act2的差ΔR_act(＝|R_act2－R_act1|)是否為規(guī)定值Rα以上，或者第1預(yù)備估計值C_dl1和第2預(yù)備估計值C_dl2的差ΔC_dl(＝|C_act2－C_act1|)是否為規(guī)定值Cα以上。而且，在規(guī)定值Rα以及規(guī)定值Cα是考慮燃料電池堆1的規(guī)格和單元的層積數(shù)等各種要素后適當(dāng)確定的閾值。

即，在本步驟中，進(jìn)行反應(yīng)電阻的第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2、以及雙電層電容的第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2是否實質(zhì)上相互一致的判定。然后，通過控制器6，如上述那樣，在第1預(yù)備估計值和第2預(yù)備估計值分別實質(zhì)上一致的情況(ΔR_act＜Rα并且ΔC_dl＜Cα)下，判斷為正常地進(jìn)行燃料電池堆1的估計，在不一致的情況(ΔR_act≧Rα或者ΔC_dl≧Cα)下判斷為不正常地進(jìn)行。

以下列舉不能正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)量的估計的情況的例子，說明在該情況下第1預(yù)備估計值和第2預(yù)備估計值實質(zhì)上不一致。

首先，作為不能正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)量的估計的情況之一，列舉在對燃料電池堆1設(shè)想了上述圖4所示的等效電路模型的情況中，通過上述HFR測量求得的電解質(zhì)膜電阻的值R_m從實際的值較大地偏離的情況。

這樣，如果如上述步驟S1203中記載的那樣，將從實際的值偏離的電解質(zhì)膜電阻R_m代入式(3)而計算第2預(yù)備估計值(R_act2，C_act2)，則第2預(yù)備估計值(R_act2，C_act2)的計算結(jié)果中包含從實際的值偏離的電解質(zhì)膜電阻的值R_m的影響，產(chǎn)生誤差。

另一方面，由于在式(2)中不包含電解質(zhì)膜電阻R_m的項，所以在根據(jù)該式(2)算出的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_act1)中，不包含從實際的值偏離的電解質(zhì)膜電阻的值R_m的影響，正確的值被維持。因此，認(rèn)為該正確的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_act1)和上述產(chǎn)生了誤差的第2預(yù)備估計值(R_act2，C_act2)的值必然不一致。

而且，作為不能正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)量的估計的其它情況，列舉控制器6等的阻抗測量系統(tǒng)的電抗成分的影響強(qiáng)到不能忽視的程度。在該情況下，燃料電池堆1的等效電路模型接近圖11所示的電路模型，即設(shè)想的圖4的等效電路模型不成立，所以不能正確地求出燃料電池堆1的狀態(tài)量的最終估計值。

在該情況下，根據(jù)圖11中記載的等效電路模型算出的內(nèi)部阻抗的更確定的算式表示為，

。其中，L是阻抗測量系統(tǒng)的電抗的值。因此，取式(4)的兩邊的虛數(shù)分量，進(jìn)行變形時，成為

因此，如果假設(shè)電抗值L已知，使用內(nèi)部阻抗的測量值的虛數(shù)分量Z_im1以及Z_im2，根據(jù)式(5)求反應(yīng)電阻的估計值R_act和雙電層電容的估計值C_dl，則這些值中包含該電抗值L的影響，所以可知與從基于圖4的等效電路模型的式(2)算出的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_act1)，值上產(chǎn)生偏差。

另一方面，如參照上述式(4)可知，電抗值L的項是純虛數(shù)分量，所以取式(4)中兩邊的實數(shù)分量時，沒有留下該電抗L的項。因此，取式(4)的實數(shù)分量的式與上述式(3)一致，關(guān)于原來根據(jù)式(3)算出的第2預(yù)備估計值(R_act2，C_act2)，值不改變。由此，在不能忽略阻抗測量系統(tǒng)的電抗成分的影響的情況下，認(rèn)為第1預(yù)備估計值(R_act1，C_act1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_act2)的值不一致。

接著，在步驟S202中，在步驟S201中判定為ΔR_act不足規(guī)定值Rα并且ΔC_dl不足規(guī)定值Cα的情況下，判斷為可以正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計。然后，在該情況下，與上述的步驟S107的情況相同，基于第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2的Max{R_act1，R_act2}、以及基于第1預(yù)備估計值C_dl1以及第2預(yù)備估計值C_dl2的Min{C_dl1，C_dl2}被分別確定作為反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf、以及雙電層電容的最終估計值C_dlf，轉(zhuǎn)移到如后所述的步驟S206的處理。

另一方面，在步驟S203中，在步驟S201中判定為ΔR_act為規(guī)定值Rα以上，或者ΔC_dl為規(guī)定值Cα以上的情況下，進(jìn)行使ΔR_act或者ΔC_dl的值減少的處理。這即是，在由于第1預(yù)備估計值R_act1與第2預(yù)備估計值R_act2實質(zhì)上不一致，或者第1預(yù)備估計值C_dl1與第2預(yù)備估計值C_dl2實質(zhì)上不一致，不能正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計的情況下，嘗試糾正以便能夠正常地進(jìn)行估計的處理。以下說明該處理的細(xì)節(jié)。

在圖10中，表示使ΔR_act或者ΔC_dl的值減少的處理的流程的流程圖。

首先，在步驟S2101中，進(jìn)行S/N比增加處理。具體地說，通過控制器6進(jìn)行增大在內(nèi)部阻抗測量時對燃料電池堆1施加的電壓V_in1以及V_in2的振幅，調(diào)整輸出電流的處理，以便容易從噪聲區(qū)別輸出電流的信息。

而且，本實施方式的S/N比是被定義為，將電流傳感器51中測量的輸出電流I_out的有效值，除以測量的雜音電流的有效值的值。而且，作為用于測量該雜音電流的裝置，可以使用公知的噪聲測量裝置。

在圖12中，表示進(jìn)行了增大施加電壓V_in的振幅的處理的情況下的輸出電流I_out、與未進(jìn)行的情況下的輸出電流I_out的方式的一例。在該圖中，用虛線表示進(jìn)行S/N比增加處理之前的輸出電流以及噪聲，用實線表示進(jìn)行了S/N比增加處理后的輸出電流以及噪聲。進(jìn)而，用相對較細(xì)的虛線僅表示噪聲。由圖可知，因為在進(jìn)行上述處理之前的相對振幅較小的輸出電流中噪聲相對較大，所以難以得到輸出電流的信息。

另一方面，在進(jìn)行了增大施加電壓V_in的振幅的處理之后輸出電流的振幅增加，噪聲相對變小，所以容易得到輸出電流的信息。但是，增大施加電壓V_in的振幅的處理優(yōu)選被調(diào)整為起因于輸出電流I_out的增大的陽極113中的氫消耗不過大的程度。而且，該S/N比增加處理(S2101)也可以根據(jù)需要省略，僅進(jìn)行下一個頻率搜索處理(S2102)。

接著，在步驟S2102中，進(jìn)行搜索極力減小ΔR_act以及ΔC_dl的值那樣的頻率ω的值的處理。具體地說，通過控制器6，使從交流電源57對燃料電池堆1施加的電壓V_in1以及V_in2中的頻率ω₁以及ω₂的值在規(guī)定的范圍連續(xù)變化，求與該變化的頻率對應(yīng)的ΔR_act以及ΔC_dl的值。然后，在ΔR_act以及ΔC_dl的值為最小的情況中，記錄這時的頻率ω₁以及ω₂的值以及ΔR_act以及ΔC_dl的值。而且，關(guān)于使頻率ω₁以及ω₂的值變化的范圍沒有特別限制，但是優(yōu)選在認(rèn)為圖4所示的等效電路模型與實際的燃料電池堆1良好地一致的數(shù)Hz～數(shù)kHz之間變化。

這里，例如在某個頻率的值中，圖11所示的阻抗測量系統(tǒng)的電抗成分強(qiáng)烈地影響，ΔR_act以及ΔC_dl的值變大。另一方面，在其它的頻率的值中，可以忽略該電抗成分的影響，作為結(jié)果，有時實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型良好地一致。

因此，通過該頻率搜索處理，發(fā)現(xiàn)上述的ΔR_act以及ΔC_dl的值最小的頻率，采用這樣的頻率進(jìn)行內(nèi)部阻抗測量，作為結(jié)果，使ΔR_act以及ΔC_dl的值減少，可以使實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型良好地一致。

以下，將ΔR_act以及ΔC_dl的值最小的頻率ω₁以及ω₂分別記載為(ω₁)_min以及(ω₂)_min，將這時的ΔR_act以及ΔC_dl分別記載為(ΔR_act)_min以及(ΔC_dl)mi_n。

返回圖9，在步驟S204中，判定上述的(ΔR_act)_min是否為規(guī)定值Rα以上，或者(ΔC_dl)_min是否為規(guī)定值Cα以上。即，判定進(jìn)行了使ΔR_act以及ΔC_dl的值減少的處理之后的(ΔR_act)_min以及(ΔC_dl)_min是否小到可以正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計的程度。

這里，在判定為(ΔR_act)_min不足規(guī)定值Rα并且(ΔC_dl)_min不足規(guī)定值Cα的情況下，判斷為可以正常地進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計，進(jìn)至上述步驟S202，根據(jù)上述(ω₁)_min以及(ω₂)_min求得的Max{R_act1，R_act2}、以及Min{C_dl1，C_dl2}分別被確定作為反應(yīng)電阻的最終估計值R_actf、以及雙電層電容的最終估計值C_dlf。

另一方面，在判定為(ΔR_act)_min為規(guī)定值Rα以上、或者(ΔC_dl)_min為規(guī)定值Cα以上的情況下，在步驟S205中，判斷為不能正常進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計，進(jìn)行替代的最終估計值的決定處理。

具體地說，在最終估計值的例外決定處理中，將作為以前的測量(例如前次的測量)的、判定為ΔR_act不足規(guī)定值Rα且ΔC_dl不足規(guī)定值Cα的測量時所決定的最終估計值(R_actf，C_dlf)，決定作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)。

而且，也可以將上述的以前的測量中的最終估計值存儲在例如控制器6等中具有的規(guī)定的存儲部件中，從該存儲部件讀出該最終估計值(R_actf，C_dlf)作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，以便能夠順利地進(jìn)行替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)的決定。

進(jìn)而，也可以取代使用上述本次以前的測量中的最終估計值的方法，將預(yù)先確定的值決定作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)。在該情況下，考慮安全性等情況，優(yōu)選將該值設(shè)定為具有余量的保守的值。

接著，在步驟S206中，通過控制器6，根據(jù)上述步驟S202或者步驟S205中決定的最終估計值(R_actf，C_dlf)或者替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，進(jìn)行燃料電池堆1的動作控制。

即，控制器6根據(jù)這些最終估計值(R_actf，C_dlf)或替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，掌握燃料電池堆1的容量或劣化的程度，進(jìn)行對作為負(fù)載的行駛電動機(jī)53等供給的目標(biāo)輸出電力的值的調(diào)整。

按照上述的本實施方式的控制器6(狀態(tài)估計裝置)以及具有它的燃料電池系統(tǒng)100，可以得到以下的效果。

本實施方式的控制器6進(jìn)一步具有在第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差為規(guī)定值以上的情況下判斷為不正常地進(jìn)行燃料電池堆1的估計的燃料電池異常狀態(tài)判定功能。由此，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行不能正常地估計燃料電池堆1的狀態(tài)的情況的判斷。

本實施方式的控制器6還具有作為在第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差不足規(guī)定值的情況下判斷為正常地進(jìn)行燃料電池堆1的估計的燃料電池正常狀態(tài)判定單元的功能。由此，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行可以正常地估計燃料電池堆1的狀態(tài)的情況的判斷。

這里，以下對可通過第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的實質(zhì)上一致或者不一致，以判斷是否可以正常地進(jìn)行燃料電池堆1的估計這一點，說明其客觀的根據(jù)。

圖13是表示單元電壓和第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2的關(guān)系的曲線圖。而且，在該曲線圖中用于計算第1預(yù)備估計值R_act1以及第2預(yù)備估計值R_act2的內(nèi)部阻抗測量中使用的頻率ω₁以及ω₂例如是15Hz附近的確定頻帶中包含的頻率。而且，圖中單元電壓的大小與陽極112的催化劑層112A中的氫濃度的大小對應(yīng)。而且，這里確保足夠的S/N比。

由圖可知，與單元電壓的大小無關(guān)，第1預(yù)備估計值R_act1和第2預(yù)備估計值R_act2相互基本上一致。另一方面，可知在上述確定頻帶中包含的上述頻率ω₁以及ω₂中，實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型一致。因此，在該情況下，因為根據(jù)圖4的等效電路模型決定的最終估計值(R_actf，

C_dlf)的精度被較高地保持，所以作為結(jié)果，如果使用該最終估計值(R_actf，C_dlf)，則認(rèn)為能夠進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的正常估計。

由于這樣的理由，可知第1預(yù)備估計值R_act1和第2預(yù)備估計值R_act2的一致，與能夠進(jìn)行燃料電池堆1的正常估計相關(guān)。

而且，上述指定頻帶是對照測量條件或燃料電池堆1的結(jié)構(gòu)等各種條件而適當(dāng)確定的頻帶。但是，如果用于內(nèi)部阻抗測量的頻率是太大的值，則不能忽略上述的阻抗測量系統(tǒng)的電抗成分，圖4所示的等效電路模型與實際的燃料電池堆1的特性不一致。因此，作為上述指定頻帶，一般來說設(shè)想為數(shù)Hz～數(shù)kHz，特別地為數(shù)Hz～數(shù)百Hz，特別地為數(shù)Hz～數(shù)十Hz。

進(jìn)而，如在上述步驟S201以及步驟2102中說明的那樣，在第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差為規(guī)定值(Rα，Cα)以上的情況下，控制器6使用于內(nèi)部阻抗測量而施加的交流信號(V_in1，V_in2)的頻率(ω₁，ω₂)的值變化，以便第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差(ΔR_act以及ΔC_dl)減少。

由此，在燃料電池堆1中發(fā)生某些異常，設(shè)想的等效電路模型與實際的燃料電池堆1不一致，不能正常地估計燃料電池堆1的狀態(tài)的情況中，通過使施加的交流信號(V_in1，V_in2)的頻率(ω₁，ω₂)的值變化，搜索使上述差(ΔR_act以及ΔC_dl)減少的頻率，可以發(fā)現(xiàn)能夠使用上述設(shè)想的等效電路模型的頻率。因此，通過在內(nèi)部阻抗測量中使用該發(fā)現(xiàn)的頻率，可以得到高精度的最終估計值(R_actf，C_dlf)，有助于燃料電池堆1的狀態(tài)的正常估計。

而且，如在上述步驟S201以及步驟2101中說明的那樣，在第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差為規(guī)定值(Rα，Cα)以上的情況下，控制器6也可以增大為了內(nèi)部阻抗測量而施加的交流信號(V_in1，V_in2)的振幅值，以便第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差(ΔR_act，ΔC_dl)減少。

由此，在不能正常估計燃料電池堆1的狀態(tài)的情況中，通過增大為了內(nèi)部阻抗測量而施加的交流信號(V_in1，V_in2)的振幅值，容易確保S/N比。因此，可以得到更明確的輸出信號(I_in1，I_in2)的信息，有助于測量精度的提高。

進(jìn)而，如在上述步驟S205中說明的那樣，通過施加的交流信號(V_in1，V_in2)的頻率(ω₁，ω₂)的值的變化以及/或者振幅值的增加，第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差((ΔR_act)_min，(ΔC_dl)_min)未減少至不足規(guī)定值(Rα，Cα)的情況下，控制器6還具有作為燃料電池動作控制單元的功能，該燃料電池動作控制單元決定基于判定為第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差(ΔR_act，ΔC_dl)不足規(guī)定值(Rα，Cα)時的以前的內(nèi)部阻抗測量值的最終估計值，作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，根據(jù)決定的替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)進(jìn)行燃料電池堆1的動作控制。

由此，在第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)實質(zhì)上相互偏離的情況下，通過運(yùn)算它們而決定的最終估計值(R_actf，C_dlf)的可靠性成為降低的可靠性，因為將該預(yù)備估計值相互偏差產(chǎn)生以前的測量中的最終估計值設(shè)為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，可以防止以可靠性降低的參數(shù)進(jìn)行燃料電池堆1的動作控制。而且，優(yōu)選將判斷為不能正常進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的判定的前一次的測量時存儲的最終估計值決定為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)。

進(jìn)而，控制器6如上述步驟S205中說明的那樣，控制器6具有作為燃料電池動作控制單元的功能，該燃料電池動作控制單元在通過施加的交流信號(V_in1，V_in2)的頻率(ω₁，ω₂)的值的變化以及/或者振幅值的增加，第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)的差((ΔR_act)_min，(ΔC_dl)_min)未減少至不足規(guī)定值(Rα，Cα)的情況下，決定預(yù)先確定的值作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，根據(jù)該決定的替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)進(jìn)行燃料電池堆1的動作控制。

由此，即使在因第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)和第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)實質(zhì)上相互偏離，不能正常進(jìn)行燃料電池堆1的狀態(tài)的估計的情況下，也可以將預(yù)先確定值作為替代的最終估計值(R′_actf，C′_dlf)，繼續(xù)燃料電池堆1的動作控制。而且，在該情況下，希望考慮安全性等情況，將該值設(shè)定為在安全方面具有余量的保守的值。

以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但是上述實施方式只不過表示了本發(fā)明的適用例的一部分，沒有將本發(fā)明的技術(shù)的范圍限定于上述實施方式的具體的結(jié)構(gòu)的含義。

例如，上述實施方式中，說明了將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)適用于對車輛的行駛電動機(jī)53供給驅(qū)動電力的燃料電池堆1的例子，但是不限于此，例如可以將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)適用于對個人計算機(jī)或其它交通工具等中的負(fù)載元件供給電力的用途中所使用的任意的燃料電池。

而且，用于內(nèi)部阻抗Z的測量的電路結(jié)構(gòu)等也可能存在各種變更。例如，在本實施方式中通過交流電源57對燃料電池堆1施加電壓，測量輸出的交流電流，根據(jù)該施加電壓和輸出交流電流計算內(nèi)部阻抗，但是也可以從規(guī)定的電流源對燃料電池堆1供給交流電流，測量輸出的交流電壓，根據(jù)該交流電流和輸出交流電壓計算內(nèi)部阻抗。

進(jìn)而，在上述實施方式中，求有關(guān)陰極電極113的反應(yīng)電阻以及雙電層電容的第1預(yù)備估計值(R_act1，C_dl1)以及第2預(yù)備估計值(R_act2，C_dl2)，但是不限于此，例如在陽極氣體流路內(nèi)的陽極氣體濃度不足的所謂的氫饑餓狀態(tài)等情況，即陽極電極112側(cè)的反應(yīng)電阻等的狀態(tài)量增大至不能忽略的程度的情況下，也可以求有關(guān)陽極電極112的反應(yīng)電阻以及雙電層電容的第1預(yù)備估計值以及第2預(yù)備估計值。