燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】燃料電池系統(tǒng)具備接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發(fā)電的燃料電池。燃料電池系統(tǒng)還具備：濕潤控制狀態(tài)判定部，其判定對燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤度進行控制的濕潤控制是否被正常執(zhí)行；合成電容量計算部，其計算燃料電池的合成電容量；以及負極氣體濃度控制部，其在判定為濕潤控制正常時燃料電池的合成電容量小于規(guī)定值的情況下，判定為燃料電池內(nèi)的負極氣體濃度正在降低、或者執(zhí)行負極氣體濃度的上升控制。
【專利說明】
燃料電池系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種具備接受負極(anode)氣體和正極(cathode)氣體的供給來進行 發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本JP2009-210314A公開如下一種燃料電池系統(tǒng):計算燃料電池的電容器成分的 靜電容量，基于計算出的靜電容量來診斷燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤度(含水量）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 另一方面，本申請發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)了：燃料電池的負極電極側(cè)的雙電層電容量和正 極電極側(cè)的雙電層電容量的合成電容量不僅基于電解質(zhì)膜的濕潤度發(fā)生變化，還基于燃料 電池內(nèi)的負極氣體濃度發(fā)生變化。
[0004] 因此，在未考慮到燃料電池的合成電容量受負極氣體濃度的影響的上述燃料電池 系統(tǒng)中，無法將燃料電池的電解質(zhì)膜的干涸(干燥異常）、燃料電池內(nèi)的負極氣體濃度的降 低相區(qū)別地進行檢測。
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供如下一種燃料電池系統(tǒng):能夠與燃料電池的電解質(zhì)膜的濕 潤度相區(qū)別地檢測燃料電池內(nèi)的負極氣體濃度的狀態(tài)，從而能夠做出與負極氣體濃度狀態(tài) 相應(yīng)的適當(dāng)應(yīng)對。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的某個方式，提供一種具備接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發(fā) 電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)具備:濕潤控制狀態(tài)判定部，其判定對燃料電 池的電解質(zhì)膜的濕潤度進行控制的濕潤控制是否被正常執(zhí)行;合成電容量計算部，其計算 燃料電池的合成電容量；以及負極氣體濃度控制部，其在判定為濕潤控制正常時燃料電池 的合成電容量小于規(guī)定值的情況下，判定為燃料電池內(nèi)的負極氣體濃度正在降低、或者執(zhí) 行負極氣體濃度的上升控制。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的實施方式的燃料電池的立體圖。
[0008] 圖2是圖1的燃料電池的II-II截面圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0010] 圖4是表示燃料電池的等效電路的圖。
[0011] 圖5是燃料電池系統(tǒng)的控制器所執(zhí)行的管理控制的流程圖。
[0012]圖6是表示控制器所執(zhí)行的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR計算處理的流程圖。
[0013]圖7是用于說明燃料電池堆的合成電容量的計算原理的圖。
[0014]圖8是表示控制器所執(zhí)行的合成電容量C計算處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面，參照附圖等來說明本發(fā)明的實施方式。
[0016] 燃料電池構(gòu)成為用作為燃料極的負極電極和作為氧化劑極的正極電極將電解質(zhì) 膜夾在中間。燃料電池使用供給到負極電極的含有氫的負極氣體和供給到正極電極的含有 氧的正極氣體來進行發(fā)電。負極電極和正極電極這兩個電極處進行的電極反應(yīng)如下。
[0017] 負極電極:2H2->4H++4e ???(!)
[0018] 正極電極:4H++4e +〇2 ->2H2〇--- (2)
[0019] 通過該（1)、（2)的電極反應(yīng)，燃料電池產(chǎn)生IV(伏特)左右的電動勢。
[0020] 圖1和圖2是用于說明本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池10的結(jié)構(gòu)的圖。圖1是燃 料電池10的立體圖，圖2是圖1的燃料電池10的II-II截面圖。
[0021] 如圖1和圖2所示，燃料電池10具備膜電極組件(MEA)ll以及以將MEA 11夾在中間 的方式配置的負極隔板12和正極隔板13。
[0022] MEA 11由電解質(zhì)膜111、負極電極112以及正極電極113構(gòu)成。MEA 11在電解質(zhì)膜 111的其中一面?zhèn)染哂胸摌O電極112,在另一面?zhèn)染哂姓龢O電極113。
[0023]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)下表現(xiàn)出良好的電傳導(dǎo)性。
[0024]負極電極112具備催化劑層112A和氣體擴散層112B。催化劑層112A是由鉑或承載 有鉑等的炭黑粒子形成的構(gòu)件，設(shè)置成與電解質(zhì)膜111接觸。氣體擴散層112B配置于催化劑 層112A的外側(cè)。氣體擴散層112B是由具有氣體擴散性和導(dǎo)電性的碳布形成的構(gòu)件，設(shè)置成 與催化劑層112A及負極隔板12接觸。
[0025]與負極電極112同樣地，正極電極113也具備催化劑層113A和氣體擴散層113B。催 化劑層113A配置于電解質(zhì)膜111與氣體擴散層113B之間，氣體擴散層113B配置于催化劑層 113A與正極隔板13之間。
[0026]負極隔板12配置于氣體擴散層112B的外側(cè)。負極隔板12具備用于向負極電極112 供給負極氣體(氫氣）的多個負極氣體流路121。負極氣體流路121形成為槽狀通路。
[0027]正極隔板13配置于氣體擴散層113B的外側(cè)。正極隔板13具備用于向正極電極113 供給正極氣體(空氣）的多個正極氣體流路131。正極氣體流路131形成為槽狀通路。
[0028] 負極隔板12和正極隔板13構(gòu)成為使在負極氣體流路121中流動的負極氣體的流動 方向與在正極氣體流路131中流動的正極氣體的流動方向互為反向。此外，負極隔板12和正 極隔板13也可以構(gòu)成為使這些氣體的流動方向為向相同方向流動。
[0029] 在將這種燃料電池 10用作汽車用電源的情況下，由于所要求的電力大，因此作為 將數(shù)百塊燃料電池10層疊而得到的燃料電池堆1來使用。然后，構(gòu)成向燃料電池堆1供給負 極氣體和正極氣體的燃料電池系統(tǒng)1 〇〇，取出用于驅(qū)動車輛的電力。
[0030]圖3是本發(fā)明的一實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的概要圖。
[0031] 燃料電池系統(tǒng)100具備燃料電池堆1、正極氣體供排裝置2、負極氣體供排裝置3、堆 冷卻裝置4、電力系統(tǒng)5以及控制器6。
[0032] 燃料電池堆1是層疊多塊燃料電池 10(單位電池)而成的層疊電池。燃料電池堆1接 受負極氣體和正極氣體的供給來發(fā)出車輛行駛所需的電力。燃料電池堆1具有負極電極側(cè) 端子1A和正極電極側(cè)端子1B作為取出電力的輸出端子。
[0033]正極氣體供排裝置2向燃料電池堆1供給正極氣體，并且將從燃料電池堆1排出的 正極排氣排出到外部。正極氣體供排裝置2具備正極氣體供給通路21、正極氣體排出通路 22、過濾器23、氣流傳感器24、正極壓縮機25、正極壓力傳感器26、水分回收裝置(WRD;Water Recovery Device)27以及正極壓力調(diào)節(jié)閥28。
[0034]正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆1供給的正極氣體的通路。正極氣體供 給通路21的一端連接于過濾器23，另一端連接于燃料電池堆1的正極氣體入口部。
[0035]正極氣體排出通路22是流通從燃料電池堆1排出的正極排氣的通路。正極氣體排 出通路22的一端連接于燃料電池堆1的正極氣體出口部，另一端形成為開口端。正極排氣是 包含正極氣體、通過電極反應(yīng)而產(chǎn)生的水蒸氣等的混合氣體。
[0036]過濾器23是將取入到正極氣體供給通路21的正極氣體中含有的塵、埃等去除的構(gòu) 件。
[0037]正極壓縮機25設(shè)置于比過濾器23更靠下游側(cè)的正極氣體供給通路21。正極壓縮機 25加壓輸送正極氣體供給通路21內(nèi)的正極氣體來供給到燃料電池堆1。
[0038] 氣流傳感器24設(shè)置于過濾器23與正極壓縮機25之間的正極氣體供給通路21。氣流 傳感器24檢測供給到燃料電池堆1的正極氣體的流量。
[0039] 正極壓力傳感器26設(shè)置于正極壓縮機25與WRD 27之間的正極氣體供給通路21。正 極壓力傳感器26檢測供給到燃料電池堆1的正極氣體的壓力。由正極壓力傳感器26檢測出 的正極氣體壓力代表包括燃料電池堆1的正極氣體流路等在內(nèi)的整個正極系統(tǒng)的壓力。 [0040] WRD 27橫跨正極氣體供給通路21和正極氣體排出通路22地將它們連接。WRD 27回 收在正極氣體排出通路22中流動的正極排氣中的水分，使用所回收的該水分來加濕在正極 氣體供給通路21中流動的正極氣體。
[0041] 正極壓力調(diào)節(jié)閥28設(shè)置于比WRD 27更靠下游的正極氣體排出通路22。正極壓力調(diào) 節(jié)閥28由控制器6來控制開閉，對供給到燃料電池堆1的正極氣體的壓力進行調(diào)整。
[0042]接著，說明負極氣體供排裝置3。負極氣體供排裝置3向燃料電池堆1供給負極氣 體，并且將從燃料電池堆1排出的負極排氣排出到正極氣體排出通路22。負極氣體供排裝置 3具備高壓罐31、負極氣體供給通路32、負極壓力調(diào)節(jié)閥33、負極壓力傳感器34、負極氣體排 出通路35、緩沖罐36、放氣通路37以及放氣閥38。
[0043]高壓罐31是將要向燃料電池堆1供給的負極氣體保持為高壓狀態(tài)來貯存的容器。 [0044]負極氣體供給通路32是將從高壓罐31排出的負極氣體供給到燃料電池堆1的通 路。負極氣體供給通路32的一端連接于高壓罐31，另一端連接于燃料電池堆1的負極氣體入 口部。
[0045]負極壓力調(diào)節(jié)閥33設(shè)置于比高壓罐31靠下游的負極氣體供給通路32。負極壓力調(diào) 節(jié)閥33由控制器6來控制開閉，對供給到燃料電池堆1的負極氣體的壓力進行調(diào)整。
[0046]負極壓力傳感器34設(shè)置于比負極壓力調(diào)節(jié)閥33靠下游的負極氣體供給通路32。負 極壓力傳感器34檢測供給到燃料電池堆1的負極氣體的壓力。由負極壓力傳感器34檢測出 的負極氣體壓力代表包括緩沖罐36、燃料電池堆1的負極氣體流路等在內(nèi)的整個負極系統(tǒng) 的壓力。
[0047]負極氣體排出通路35是流通從燃料電池堆1排出的負極排氣的通路。負極氣體排 出通路35的一端連接于燃料電池堆1的負極氣體出口部，另一端連接于緩沖罐36。負極排氣 中包含電極反應(yīng)中未被使用的負極氣體、從正極氣體流路131向負極氣體流路121泄漏過來 的氮等雜質(zhì)氣體、水分等。
[0048] 緩沖罐36是暫時蓄積通過負極氣體排出通路35流過來的負極排氣的容器。積存在 緩沖罐36中的負極排氣在放氣閥38被打開時通過放氣通路37排出到正極氣體排出通路22。
[0049] 放氣通路37是用于排出負極排氣的通路。放氣通路37的一端連接于緩沖罐36的上 游的負極氣體排出通路35,另一端連接于比正極壓力調(diào)節(jié)閥28靠下游的正極氣體排出通路 22〇
[0050] 放氣閥38設(shè)置于放氣通路37。放氣閥38由控制器6來控制開閉，對從負極氣體排出 通路35排出到正極氣體排出通路22的負極排氣的放氣流量進行控制。
[0051]當(dāng)執(zhí)行放氣閥38為開閥狀態(tài)的放氣控制時，負極排氣通過放氣通路37和正極氣體 排出通路22排出到外部。此時，負極排氣在正極氣體排出通路22內(nèi)與正極排氣混合。通過像 這樣使負極排氣與正極排氣混合后排出到外部，混合氣體中的負極氣體濃度(氫濃度)被設(shè) 定為排出容許濃度以下的值。
[0052]堆冷卻裝置4是利用作為防凍液等的冷卻水對燃料電池堆1進行冷卻、將燃料電池 堆1調(diào)整為適于發(fā)電的溫度的溫度調(diào)整裝置。堆冷卻裝置4具備循環(huán)通路41、散熱器42、旁路 通路43、三通閥44、循環(huán)栗45、PTC加熱器46、入口水溫傳感器47以及出口水溫傳感器48。 [0053]循環(huán)通路41構(gòu)成為使冷卻水循環(huán)的環(huán)狀通路。循環(huán)通路41的一端連接于燃料電池 堆1的冷卻水入口部，另一端連接于燃料電池堆1的冷卻水出口部。
[0054]散熱器42設(shè)置于循環(huán)通路41。散熱器42是將從燃料電池堆1排出的冷卻水的熱散 出到外部的熱交換器。
[0055]旁路通路43是繞過散熱器42地流通冷卻水的通路。旁路通路43的一端連接于散熱 器42的上游的循環(huán)通路41，另一端連接于散熱器42的下游的循環(huán)通路41上設(shè)置的三通閥 44 〇
[0056]三通閥44根據(jù)冷卻水的溫度來切換冷卻水的循環(huán)路徑。具體地說，在冷卻水溫度 高于規(guī)定溫度的情況下，三通閥44以使從燃料電池堆1排出的冷卻水通過散熱器42再次供 給到燃料電池堆1的方式進行切換。與此相對，在冷卻水溫度低于規(guī)定溫度的情況下，三通 閥44以使從燃料電池堆1排出的冷卻水流過旁路通路43來再次供給到燃料電池堆1的方式 進行切換。
[0057] 循環(huán)栗45設(shè)置于比三通閥44靠下游的循環(huán)通路41，使冷卻水循環(huán)。
[0058] PTC加熱器46設(shè)置于旁路通路43 WTC加熱器46在燃料電池堆1暖機時被通電，使冷 卻水溫度上升。
[0059] 入口水溫傳感器47設(shè)置于燃料電池堆1的冷卻水入口部附近的循環(huán)通路41，出口 水溫傳感器48設(shè)置于燃料電池堆1的冷卻水出口部附近的循環(huán)通路41。入口水溫傳感器47 檢測流入燃料電池堆1的冷卻水溫度，出口水溫傳感器48檢測從燃料電池堆1排出的冷卻水 的溫度。根據(jù)由入口水溫傳感器47檢測出的入口水溫和由出口水溫傳感器48檢測出的出口 水溫而計算出的平均水溫被用作燃料電池堆1的內(nèi)部溫度、所謂的堆溫度。
[0060] 電力系統(tǒng)5具備電流傳感器51、電壓傳感器52、行駛馬達53、逆變器54、蓄電池55以 及DC/DC轉(zhuǎn)換器56。
[0061 ]電流傳感器51檢測從燃料電池堆1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、也就是說負極電極側(cè)端子1A與正極電極側(cè)端子1B之間的端子間電壓。電壓 傳感器52既可以構(gòu)成為檢測每塊燃料電池10的電壓，也可以構(gòu)成為檢測每多塊燃料電池10 的電壓。
[0062]行駛馬達53是三相交流同步馬達，是用于驅(qū)動車輪的驅(qū)動源。行駛馬達53具有作 為電動機的功能和作為發(fā)電機的功能，該作為電動機的功能是從燃料電池堆1和蓄電池55 接受電力的供給來進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，該作為發(fā)電機的功能是通過被外力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)來進行發(fā) 電。
[0063] 逆變器54由多個IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成。逆變器54的半導(dǎo)體開關(guān)由控制器6控制 開關(guān)，由此將直流電力變換為交流電力，或者將交流電力變換為直流電力。在使行駛馬達53 作為電動機而發(fā)揮功能的情況下，逆變器54將燃料電池堆1的輸出電力與蓄電池55的輸出 電力的合成直流電力變換為三相交流電力來供給到行駛馬達53。與此相對，在使行駛馬達 53作為發(fā)電機而發(fā)揮功能的情況下，逆變器54將行駛馬達53的再生電力(三相交流電力)變 換為直流電力來供給到蓄電池55。
[0064]構(gòu)成為對蓄電池55充入燃料電池堆1的輸出電力的剩余部分和行駛馬達53的再生 電力。充入到蓄電池55的電力根據(jù)需要被供給到正極壓縮機25等輔機類、行駛馬達53。 [0065] DC/DC轉(zhuǎn)換器56是使燃料電池堆1的輸出電壓升降的雙向性的電壓變換機。通過利 用DC/DC轉(zhuǎn)換器56對燃料電池堆1的輸出電壓進行控制，來調(diào)整燃料電池堆1的輸出電流等。 [0066] 控制器6由具備中央運算裝置(CPU)、只讀存儲器(R0M)、隨機存取存儲器(RAM)以 及輸入輸出接口（I/O接口）的微計算機構(gòu)成。除了來自氣流傳感器24等各種傳感器的信號 以外，來自檢測加速踏板的踏下量的加速行程傳感器61等檢測燃料電池系統(tǒng)100的狀態(tài)的 傳感器的信號也被輸入到控制器6。
[0067]控制器6根據(jù)燃料電池系統(tǒng)100的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來控制負極壓力調(diào)節(jié)閥33、正極壓力調(diào) 節(jié)閥28、正極壓縮機25等，對供給到燃料電池堆1的負極氣體、正極氣體的壓力、流量進行調(diào) 整。
[0068]另外，控制器6基于燃料電池系統(tǒng)100的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來計算燃料電池堆1的目標輸出 電力?？刂破?基于行駛馬達53的要求電力、正極壓縮機25等輔機類的要求電力、蓄電池55 的充放電要求等來計算目標輸出電力?？刂破?基于目標輸出電力，參照預(yù)先決定的燃料電 池堆1的IV特性（電流電壓特性)來計算燃料電池堆1的目標輸出電流。然后，控制器6通過 DC/DC轉(zhuǎn)換器56對燃料電池堆1的輸出電壓進行控制以使燃料電池堆1的輸出電流為目標輸 出電流，供給行駛馬達53、輔機類所需的電流。
[0069]另外，控制器6對正極壓縮機25、循環(huán)栗45等進行控制以使燃料電池10的電解質(zhì)膜 111的濕潤度(含水量)為適于發(fā)電的狀態(tài)。控制器6計算與電解質(zhì)膜111的濕潤度之間存在 相關(guān)關(guān)系的燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗HFR，以使?jié)駶櫠扰卸ㄓ脙?nèi)部阻抗HFR為目標HFR的方式 對正極壓縮機25、循環(huán)栗45等進行控制。在本實施方式中，目標HFR被設(shè)定為預(yù)先通過實驗 等決定的適于發(fā)電的規(guī)定值。也可以根據(jù)燃料電池系統(tǒng)100的狀態(tài)來適當(dāng)設(shè)定目標HFR。 [0070]例如基于交流阻抗法來計算濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR。在使用交流阻抗法的情 況下，控制器6以使燃料電池堆1的輸出電流和輸出電壓成為具有濕潤度判定用頻率(例如 1kHz)的交流信號的方式控制燃料電池堆1的輸出，基于此時檢測的輸出電流值和輸出電壓 值來計算濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR。參照圖6來在后面敘述濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR的 計算的一例。此外，也能夠使用交流阻抗法以外的手法、例如交流電橋法來計算濕潤度判定 用內(nèi)部阻抗HFR。
[0071 ]另外，在燃料電池系統(tǒng)100中，將燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度(氫濃度)維持為 能夠高效且穩(wěn)定地發(fā)電的濃度是重要的，必須避免負極氣體濃度成為使發(fā)電效率降低的濃 度。關(guān)于燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度，本申請發(fā)明人們發(fā)現(xiàn):在燃料電池堆1內(nèi)的負極氣 體濃度與燃料電池堆1的合成電容量之間存在相關(guān)關(guān)系。燃料電池堆1的合成電容量是指將 各燃料電池 10的負極電極112的雙電層電容量與正極電極113的雙電層電容量合成而得到 的電容量。本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100構(gòu)成為基于燃料電池堆1的合成電容量來檢測燃 料電池堆1中的負極氣體濃度的狀態(tài)。
[0072] 在燃料電池系統(tǒng)100中，基于使用交流阻抗法得到的合成電容量判定用內(nèi)部阻抗 來計算燃料電池堆1的合成電容量。例如，控制器6以使燃料電池堆1的輸出電流和輸出電壓 成為具有比濕潤度判定用頻率低的合成電容量判定用頻率(例如幾Hz~幾百Hz)的交流信 號的方式控制燃料電池堆1的輸出。然后，控制器6基于輸出電流值和輸出電壓值來計算合 成電容量判定用內(nèi)部阻抗，基于合成電容量判定用內(nèi)部阻抗的虛部成分Zim來計算燃料電 池堆1的合成電容量。參照圖8來在后面敘述合成電容量的計算的一例。
[0073] 接著，參照圖4來說明基于燃料電池 10的合成電容量的負極氣體濃度狀態(tài)的檢測 原理。圖4是表示燃料電池 10的等效電路的示意圖。
[0074] 如圖4所示，構(gòu)成燃料電池堆1的燃料電池10的等效電路由電解質(zhì)膜111的膜電阻 Rmem、負極電極112的法拉第阻抗Z Fa(電阻成分)及雙電層電容量Ca(電容器成分）以及正極 電極113的法拉第阻抗Zf。(電阻成分)及雙電層電容量Cc (電容器成分)來表不。
[0075] 在這種等效電路上例如疊加包含上述的合成電容量判定用頻率的交流電流(交流 信號）的情況下，能夠利用交流阻抗法來計算將燃料電池10的負極電極112的雙電層電容量 Ca與正極電極113的雙電層電容量Cc合成而得到的合成電容量。
[0076] 在此，在負極氣體內(nèi)幾乎不含雜質(zhì)氣體等、燃料電池 10內(nèi)的負極氣體濃度未降低 的情況下，在負極電極112的周邊存在足夠的量的負極氣體。負極氣體在負極電極112處的 反應(yīng)性高，因此在燃料電池10內(nèi)存在足夠的負極氣體的情況下，負極電極112的法拉第阻抗 ZFa非常小，合成電容量檢測時的交流電流幾乎不流入負極電極112的雙電層電容量Ca。因 此，燃料電池 10的合成電容量為不包含負極電極112的雙電層電容量Ca的、僅正極電極113 的雙電層電容量Cc的值。
[0077] 另一方面，當(dāng)負極氣體內(nèi)的雜質(zhì)氣體等增加、負極氣體濃度降低時，負極電極112 的周邊的負極氣體量減少。在這種情況下，負極電極112處的負極氣體的反應(yīng)性降低，因此 負極電極112的法拉第阻抗ZFa變大。這樣一來，合成電容量檢測時的交流電流不僅流入負極 電極112的法拉第阻抗Z Fa還流入雙電層電容量Ca。其結(jié)果，燃料電池10的合成電容量C如（1) 式所示那樣為將負極電極112的雙電層電容量Ca與正極電極113的雙電層電容量Cc合成而 得到的值。
[0078] [式1]
[0080]當(dāng)負極氣體濃度降低時，負極電極112的雙電層電容量Ca的影響變大而雙電層電 容量Ca的表觀上的值增大，因此負極氣體濃度越低，則通過(1)式計算出的燃料電池10的合 成電容量C越小。也就是說，燃料電池10的合成電容量C根據(jù)負極氣體濃度而變化，負極氣體 濃度越低則合成電容量C越低。在本實施方式中，利用這種合成電容量的特性，燃料電池系 統(tǒng)100構(gòu)成為基于燃料電池堆1的合成電容量來檢測負極氣體濃度的狀態(tài)。
[0081 ]在此，考慮正極氣體濃度降低、正極電極113周邊的正極氣體量減少的情況。正極 氣體在正極電極113處的反應(yīng)性低，因此正極電極113的法拉第阻抗ZFc大，在合成電容量檢 測時無法忽視正極電極113的雙電層電容量Cc。因此，即使正極氣體濃度降低、正極電極113 的法拉第阻抗Z Fc增大，正極電極113的雙電層電容量Cc也不會大幅變化。因而，在本實施方 式的燃料電池系統(tǒng)100中，即使處于正極氣體濃度降低這樣的狀況，也能夠基于燃料電池10 的合成電容量來高精度地檢測負極氣體濃度的狀態(tài)。
[0082]接著，參照圖5來說明燃料電池堆1的濕潤度和負極氣體濃度的管理控制。圖5是表 示燃料電池系統(tǒng)1〇〇的控制器6所執(zhí)行的管理控制的流程圖。該管理控制是在燃料電池系統(tǒng) 100啟動后到結(jié)束為止的期間內(nèi)以規(guī)定的運算周期重復(fù)執(zhí)行的。
[0083] 在步驟lOl(SlOl)中，控制器6執(zhí)行計算濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR的處理。濕潤度 判定用內(nèi)部阻抗HFR是與燃料電池 10的電解質(zhì)膜111的濕潤度之間存在相關(guān)關(guān)系的指標。電 解質(zhì)膜111的濕潤度越低、也就是說電解質(zhì)膜111越干燥，則濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR的值 越大。此外，參照圖6來在后面敘述濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR計算處理的詳情。
[0084] 在S102中，控制器6判定通過S101計算出的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR是否為規(guī)定 范圍內(nèi)的值。規(guī)定范圍被設(shè)定為電解質(zhì)膜111的濕潤度為適于發(fā)電的濕潤度的范圍。
[0085]在濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR為規(guī)定范圍內(nèi)的值的情況下，控制器6判定為濕潤控 制（濕潤度控制）被正常執(zhí)行，執(zhí)行S103的處理。另一方面，控制器6在濕潤度判定用內(nèi)部阻 抗HFR小于規(guī)定范圍的下限值的情況下判定為濕潤控制異常且電解質(zhì)膜111處于過干燥狀 態(tài)，在濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR大于規(guī)定范圍的上限值的情況下判定為濕潤控制異常且 電解質(zhì)膜111處于過濕潤狀態(tài)。在像這樣判定為濕潤控制異常的情況下，控制器6執(zhí)行S106 以后的處理。
[0086]在S102中判定為濕潤控制被正常執(zhí)行的情況下，控制器6在S103中執(zhí)行計算燃料 電池堆1的合成電容量C的處理。燃料電池堆1的合成電容量C是與燃料電池堆1內(nèi)的負極氣 體濃度之間存在相關(guān)關(guān)系的指標，負極氣體濃度越低則該合成電容量C的值越小。此外，參 照圖7和圖8來在后面敘述合成電容量C計算處理的詳情。
[0087] 在S104中，控制器6判定通過S103計算出的合成電容量C是否小于判定值Cr。判定 值Cr被設(shè)定為能夠判定燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度是否為發(fā)電所需的濃度的值。
[0088] 在計算出的合成電容量C為判定值Cr以上的情況下，控制器6判定為燃料電池堆1 內(nèi)的負極氣體濃度正常、向燃料電池堆1供給了發(fā)電所需的量的負極氣體，結(jié)束本管理控 制。另一方面，在計算出的合成電容量C小于判定值Cr的情況下，控制器6判定為燃料電池堆 1內(nèi)的負極氣體濃度低、負極氣體量不足，執(zhí)行S105的處理。
[0089] 在S105中，控制器6執(zhí)行使燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度恢復(fù)(上升）的控制。在 S105的處理后，控制器6結(jié)束本管理控制。
[0090] 在負極氣體濃度恢復(fù)控制中，控制器6以使負極壓力變高的方式控制負極壓力調(diào) 節(jié)閥33、或者以排出負極排氣的方式控制放氣閥38。此外，在燃料電池系統(tǒng)100構(gòu)成為通過 未圖示的回流栗使排出到負極氣體排出通路35的負極排氣回流到負極氣體供給通路32的 情況下，也可以以使回流的負極排氣的流量變多的方式控制回流栗，來使負極氣體濃度恢 復(fù)。
[0091]如上所述，控制器6在合成電容量C小于判定值Cr的情況下判定為負極氣體濃度正 在降低，執(zhí)行負極氣體濃度恢復(fù)控制。然而，控制器6也可以構(gòu)成為:在合成電容量C小于判 定值Cr的情況下，不判定負極氣體濃度的降低，而是僅執(zhí)行負極氣體恢復(fù)控制。另外，控制 器6還可以構(gòu)成為:在合成電容量C小于判定值Cr的情況下，判定出負極氣體濃度降低，向駕 駛員等通知處于低負極氣體濃度狀態(tài)。
[0092]另外，在S102中判定為濕潤控制異常的情況下，控制器6執(zhí)行S106的合成電容量C 計算處理，之后在S107中判定合成電容量C是否小于判定值(>。3106的處理是與S103的處理 相同的處理，S107的處理是與S104的處理相同的處理。
[0093]在S107中判定為合成電容量C小于判定值Cr的情況下，控制器6執(zhí)行S108的處理。 在S108中，控制器6執(zhí)行濕潤度恢復(fù)控制和負極氣體濃度恢復(fù)控制。在S108的處理后，控制 器6結(jié)束本管理控制。
[0094]已知的是，在濕潤控制存在異常的情況下，特別是在電解質(zhì)膜111的濕潤度過干燥 的情況下，因濕潤度的降低導(dǎo)致燃料電池堆1的合成電容量降低。因此，在濕潤控制存在異 常而電解質(zhì)膜111過干燥的狀態(tài)下，無法判別燃料電池堆1的合成電容量的降低是由濕潤度 的降低引起的還是由負極氣體濃度的降低引起的。其結(jié)果，存在以下?lián)鷳n:基于燃料電池堆 1的合成電容量無法檢測負極氣體濃度的降低。因此，在濕潤控制異常時燃料電池堆1的合 成電容量C變得小于判定值Cr的情況下，控制器6不僅執(zhí)行使電解質(zhì)膜111的濕潤度恢復(fù)的 控制，還同時執(zhí)行使燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度恢復(fù)(上升)的控制。
[0095]為了在電解質(zhì)膜111處于過干燥狀態(tài)的情況下提高濕潤度，控制器6以使正極氣體 流量變少的方式控制正極壓縮機25,或者以使堆溫度降低的方式控制循環(huán)栗45。另一方面， 為了在電解質(zhì)膜111處于過濕潤狀態(tài)的情況下使?jié)駶櫠冉档停刂破?以使正極氣體流量變 多的方式控制正極壓縮機25,或者以使堆溫度上升的方式控制循環(huán)栗45。此外，S108中的負 極氣體濃度恢復(fù)控制與S105的情況相同。
[0096]另一方面，在S107中判定為合成電容量C為判定值Cr以上的情況下，控制器6判斷 為至少負極氣體濃度沒有降低，執(zhí)行S109的處理。在S109中，控制器6僅執(zhí)行濕潤度恢復(fù)控 制，之后結(jié)束本管理控制。此外，S109中的濕潤度恢復(fù)控制與S108的情況相同。
[0097]參照圖6來說明在圖5的S101中執(zhí)行的燃料電池堆1的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR 的計算處理。濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR的計算處理是基于交流阻抗法的處理。
[0098]在S201中，控制器6以使從燃料電池堆1輸出的輸出電流和輸出電壓成為具有濕潤 度判定用頻率(例如1 kHz)的交流信號的方式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器56。
[0099]在S202中，控制器6對由電流傳感器51檢測出的輸出電流值(交流電流值)實施已 知的傅立葉變換處理，來計算濕潤度判定用頻率下的電流振幅值。
[0100] 在S203中，控制器6對由電壓傳感器52檢測出的輸出電壓值(交流電壓值)實施已 知的傅立葉變換處理，來計算濕潤度判定用頻率下的電壓振幅值。
[0101] 在S204中，控制器6將通過S203計算出的電壓振幅值除以通過S202計算出的電流 振幅值，來計算與電解質(zhì)膜111的濕潤度之間存在相關(guān)關(guān)系的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR。 在S204的處理后，控制器6結(jié)束濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR計算處理。
[0102] 通過S204計算出的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR用于在圖5的管理控制的S102中判 斷濕潤控制的狀態(tài)。
[0103] 接著，參照圖7和圖8來說明燃料電池堆1的合成電容量C的計算。圖7是用于說明燃 料電池堆1的合成電容量C的計算原理的圖，圖8是表示在圖5的S103和S106中執(zhí)行的合成電 容量C計算處理的流程圖。
[0104] 利用交流阻抗法來執(zhí)行燃料電池堆1的合成電容量C的計算。如圖4所示，構(gòu)成燃料 電池堆1的燃料電池10的等效電路由電解質(zhì)膜111的膜電阻Rmem、負極電極112的法拉第阻 抗Z Fa&雙電層電容量Ca以及正極電極113的法拉第阻抗ZFc及雙電層電容量Cc來表示。在這 種等效電路中，燃料電池10的內(nèi)部阻抗Z(合成阻抗)能夠如(2)式那樣表示。
[0105] [式 2]
[0107] co =2Jif
[0108] f:交流信號的頻率
[0109] 當(dāng)提取內(nèi)部阻抗Z的虛部成分Zim時，（2)式能夠如(3)式那樣變形。
[0110] [式 3]
[0112] 當(dāng)對(3)式進一步變形時，如(4)式那樣。
[0113] [式 4]
[0115] 當(dāng)將(4)式整理為《=①時，如(5)式那樣。
[0116] [式 5]
[0118] 該（5)式的右邊表示構(gòu)成燃料電池堆1的負極電極112與正極電極113的雙電層電 容量的串聯(lián)合成電容量。另外，當(dāng)將橫軸設(shè)為1/? 2并將縱軸設(shè)為-l/(co ?Zim)時，（4)式為 表示圖7的實線(特性圖）的線。如圖7所示，特性圖示出根據(jù)負極電極內(nèi)的負極氣體濃度(氫 濃度)而不同的趨勢，而這些實線的截距為負極電極112與正極電極113的雙電層電容量的 串聯(lián)合成電容量(C aC。/ (Ca+Cc))。
[0119] 在此，在負極電極側(cè)的負極氣體濃度足夠高、燃料電池堆1上疊加的交流電流的頻 率足夠低的情況下，對燃料電池堆1進行模型化而得到的等效電路為省略了圖4所示的等效 電路的負極電極112的電路。
[0120] 在這種等效電路中，作為與內(nèi)部阻抗Z的虛部成分Zim有關(guān)的式子，能夠得到（6) 式。
[0121][式 6]
[0123] (6)式表示在將橫軸設(shè)為l/c〇2并將縱軸設(shè)為-1八《 ? Zim)的情況下斜率為1/ (Cc ? Zfc2)且截距為Cc的直線。該(6)式的截距表示合成電容量C。在負極電極側(cè)的負極氣體 濃度足夠高、燃料電池堆1上疊加的交流電流的頻率足夠低的情況下，負極電極112的雙電 層電容量Ca不會反映到合成電容量C中，正極電極113的雙電層電容量Cc即為合成電容量C。 也就是說，表示以下含義:在圖7的特性圖La中，在低頻率區(qū)域相切的切線A的截距即為合成 電容量C。
[0124] 因而，能夠根據(jù)圖7的實線所示的特性圖的在低頻區(qū)域相切的切線A~D的截距來 求出各負極氣體濃度下的燃料電池堆1的合成電容量C。在負極氣體濃度高的正常狀態(tài)下， 合成電容量C為正極電極113的雙電層電容量Cc(切線A的截距）。而且，在發(fā)生異常等而負極 氣體濃度越低時，合成電容量C(切線B~D的截距)越接近串聯(lián)合成電容量(C aCcy(Ca+Cc))。 這樣，隨著負極氣體濃度降低，燃料電池堆1的合成電容量C降低。
[0125] 如上所述，能夠根據(jù)圖7的實線所示的特性圖的在低頻區(qū)域相切的切線的截距來 求出各負極氣體濃度下的燃料電池堆1的合成電容量。然而，為了描繪針對實線La~Ld的特 性圖的切線，需要多個頻率下的實測值。
[0126] 因此，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100構(gòu)成為計算預(yù)先設(shè)定的一個合成電容量判 定用頻率f下的-1/( ? ? Zim)來作為燃料電池堆1的合成電容量。
[0127] 如圖7所示，合成電容量判定用頻率f是基于每個負極氣體濃度的頻率fA~fD而設(shè) 定的，該每個負極氣體濃度的頻率fA~ft是根據(jù)在預(yù)先準備的每個負極氣體濃度的特性圖 (實線La~Ld)以及與各特性圖相切的切線(虛線A~D)中、特性圖的縱軸的值同與該特性圖 對應(yīng)的切線的截距的值相等的位置處的特性圖的橫軸的值而得到的。具體地說，將每個負 極氣體濃度的頻率fA~f D的平均值、中央值等設(shè)定為合成電容量判定用頻率f。合成電容量 判定用頻率f為比濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR計算時的濕潤度判定用頻率(例如1kHz)低的 頻率(幾Hz~幾百Hz)。而且，能夠?qū)⑦@樣設(shè)定的合成電容量判定用頻率f下的-l/(co ? Zim) 的值視作容許誤差范圍內(nèi)的燃料電池堆1的合成電容量。
[0128] 參照圖8來說明在圖5的S103和S106中執(zhí)行的燃料電池堆1的合成電容量C的計算 處理。合成電容量C計算處理是基于交流阻抗法的處理。
[0129] 在S301中，控制器6以使從燃料電池堆1輸出的輸出電流和輸出電壓成為具有合成 電容量判定用頻率f的交流信號的方式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器56。
[0130]在S302中，控制器6對由電流傳感器51檢測出的輸出電流值(交流電流值)實施已 知的傅立葉變換處理，來計算合成電容量判定用頻率下的電流振幅值。
[0131] 在S303中，控制器6對由電壓傳感器52檢測出的輸出電壓值(交流電壓值)實施已 知的傅立葉變換處理，來計算合成電容量判定用頻率下的電壓振幅值。
[0132] 在S304中，控制器6將通過S303計算出的電壓振幅值除以通過S302計算出的電流 振幅值，來計算合成電容量判定用內(nèi)部阻抗Z。
[0133] 在S305中，在控制器6對由電流傳感器51檢測出的輸出電流值和由電壓傳感器52 檢測出的輸出電壓值實施傅立葉變換處理之后，計算輸出電壓值相對于輸出電流值的相位 延遲9。
[0134] 在S306中，控制器6基于合成電容量判定用內(nèi)部阻抗Z和相位延遲0來計算合成電 容量判定用內(nèi)部阻抗Z的虛部成分Zim。
[0135] 在S307中，控制器6根據(jù)合成電容量判定用頻率f和合成電容量判定用內(nèi)部阻抗的 虛部成分Zim，基于(7)式來計算與負極氣體濃度之間存在相關(guān)關(guān)系的燃料電池堆1的合成 電容量C。在S307的處理后，控制器6結(jié)束合成電容量C計算處理。
[0136] [式 7]
[0139]通過S307計算出的燃料電池堆1的合成電容量C用于在圖5的管理控制的S104和 S107中判斷負極氣體濃度的狀態(tài)。
[0140]根據(jù)上述的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100,能夠得到以下的效果。
[0141] 燃料電池系統(tǒng)100具備接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發(fā)電的燃料電池堆 1以及控制燃料電池堆1的發(fā)電狀態(tài)等的控制器6?？刂破?包括：濕潤控制狀態(tài)判定部 (S102)，其判定對電解質(zhì)膜111的濕潤度進行控制的濕潤控制是否被正常執(zhí)行；以及合成電 容量計算部(S103 )，其計算燃料電池堆1的合成電容量。并且，控制器6包括負極氣體濃度控 制部(S105)，該負極氣體濃度控制部(S105)在判定為濕潤控制正常時合成電容量小于規(guī)定 值的情況下，判定為燃料電池堆1內(nèi)的負極氣體濃度正在降低或者執(zhí)行負極氣體濃度的上 升控制。這樣，在濕潤控制被正常執(zhí)行的情況下，基于燃料電池堆1的合成電容量來檢測負 極氣體濃度的狀態(tài)，因此能夠與電解質(zhì)膜111的濕潤度相區(qū)別地檢測負極氣體濃度的狀態(tài)。 其結(jié)果，能夠更可靠地執(zhí)行負極氣體濃度的降低判定、負極氣體濃度的恢復(fù)控制（上升控 制)。
[0142] 在判定出負極氣體濃度降低的情況下，能夠通知燃料電池堆1處于低負極氣體濃 度狀態(tài)、或者使燃料電池系統(tǒng)1〇〇的運轉(zhuǎn)停止。另一方面，在執(zhí)行負極氣體濃度的恢復(fù)控制 的情況下，能夠使燃料電池堆1中的發(fā)電效率等恢復(fù)。
[0143] 此外，在以往手法中，想到了將負極氣體濃度的變化作為燃料電池的輸出電壓的 變化來進行檢測等。然而，如燃料電池系統(tǒng)1〇〇那樣基于負極氣體濃度變化的合成電容量的 變化量比基于負極氣體濃度變化的輸出電壓的變化量大。因此，在如燃料電池系統(tǒng)100那樣 基于燃料電池堆1的合成電容量來檢測負極氣體濃度的狀態(tài)的情況下，能夠高精度地檢測 負極氣體濃度的狀態(tài)。
[0144] 控制器6包括:輸出控制部(S201、S301 )，其以使燃料電池堆1的輸出電流和輸出電 壓成為具有規(guī)定頻率的交流信號的方式控制燃料電池堆1的輸出；以及阻抗計算部(S204、 S304)，其計算燃料電池堆1的內(nèi)部阻抗。然后，控制器6基于根據(jù)濕潤度判定用頻率下的燃 料電池堆1的輸出電流和輸出電壓所計算出的濕潤度判定用內(nèi)部阻抗HFR來判定濕潤控制 的狀態(tài)。另外，控制器6基于根據(jù)被設(shè)定成比濕潤度判定用頻率低的合成電容量判定用頻率 下的燃料電池堆1的輸出電流和輸出電壓所計算出的合成電容量判定用內(nèi)部阻抗來計算燃 料電池堆1的合成電容量C。像這樣將交流阻抗法中的測定頻率分為濕潤度判定用頻率和合 成電容量判定用頻率來使用，因此能夠?qū)駶櫩刂频臓顟B(tài)和負極氣體濃度的狀態(tài)相區(qū)別地 進行檢測。
[0145] 在將合成電容量判定用頻率設(shè)為f、將合成電容量判定用內(nèi)部阻抗的虛部成分設(shè) 為Zim的情況下，控制器6基于上述的（7)式來計算燃料電池堆1的合成電容量C。這樣，根據(jù) 燃料電池系統(tǒng)1 〇〇，能夠使用合成電容量判定用頻率f和合成電容量判定用內(nèi)部阻抗的虛部 成分Zim來簡單且迅速地計算燃料電池堆1的合成電容量C。
[0146] 合成電容量判定用頻率f是基于每個負極氣體濃度的頻率而設(shè)定的，該每個負極 氣體濃度的頻率是根據(jù)在將橫軸設(shè)為1/?2并將縱軸設(shè)為_1/(? ? Zim)的預(yù)先準備的每個 負極氣體濃度的特性圖以及于各特性圖的低頻率區(qū)域與該特性圖相切的切線中、特性圖的 縱軸的值同與該特性圖對應(yīng)的切線的截距的值相等的位置處的特性圖的橫軸的值而得到 的。更具體地說，每個負極氣體濃度的頻率的平均值、中央值等被設(shè)定為合成電容量判定用 頻率f。通過使用這樣設(shè)定的一個合成電容量判定用頻率f和合成電容量判定用內(nèi)部阻抗的 虛部成分Zim，能夠簡單且迅速地計算燃料電池堆1的合成電容量C。
[0147] 控制器6在判定為濕潤控制異常時，在燃料電池堆1的合成電容量小于規(guī)定值的情 況下，執(zhí)行負極氣體濃度的恢復(fù)控制(上升控制)并且執(zhí)行提高燃料電池堆1的電解質(zhì)膜111 的濕潤度的控制。在濕潤控制異常時燃料電池堆1的合成電容量降低的情況下，無法判別合 成電容量的降低是由濕潤度的降低引起的還是由負極氣體濃度的降低引起的。因此，通過 同時執(zhí)行濕潤度恢復(fù)控制和負極氣體濃度恢復(fù)控制這兩方，即使處于無法明確地判別負極 氣體濃度的降低的狀態(tài)，也能夠使燃料電池系統(tǒng)1 〇〇的運轉(zhuǎn)繼續(xù)。
[0148] 以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但是上述實施方式不過示出了本發(fā)明的應(yīng)用例 的一部分，其宗旨并不是將本發(fā)明的保護范圍限定成上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0149] 本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的控制器6構(gòu)成為使用濕潤度判定用內(nèi)部阻抗來 檢測濕潤控制的異常。然而，控制器6也可以構(gòu)成為不使用濕潤度判定用內(nèi)部阻抗、而使用 燃料電池系統(tǒng)100的其它狀態(tài)信息來檢測濕潤控制的異常。
[0150] 另外，圖8表示燃料電池堆1的合成電容量C的計算方法的一例，合成電容量C的計 算方法不限定于圖8的手法。
[0151] 本申請基于2014年1月30日向日本專利局申請的專利申請No. 2014-15772要求優(yōu) 先權(quán)，通過參照將該申請的全部內(nèi)容引入本說明書中。
【主權(quán)項】
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具備接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發(fā)電的燃料電池， 該燃料電池系統(tǒng)還具備： 濕潤控制狀態(tài)判定部，其判定對所述燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤度進行控制的濕潤控 制是否被正常執(zhí)行； 合成電容量計算部，其計算所述燃料電池的合成電容量；以及 負極氣體濃度控制部，其在判定為所述濕潤控制正常時所述燃料電池的合成電容量小 于規(guī)定值的情況下，判定為所述燃料電池內(nèi)的負極氣體濃度正在降低、或者執(zhí)行負極氣體 濃度的上升控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備： 輸出控制部，其以使所述燃料電池的輸出電流和輸出電壓成為具有規(guī)定頻率的交流信 號的方式控制所述燃料電池的輸出； 阻抗計算部，其基于規(guī)定頻率下的所述燃料電池的輸出電流和輸出電壓來計算所述燃 料電池的內(nèi)部阻抗， 其中，所述濕潤控制狀態(tài)判定部基于根據(jù)濕潤度判定用頻率下的所述燃料電池的輸出 電流和輸出電壓所計算出的內(nèi)部阻抗，來判定濕潤控制的狀態(tài)， 所述合成電容量計算部基于根據(jù)被設(shè)定為比濕潤度判定用頻率低的合成電容量判定 用頻率下的所述燃料電池的輸出電流和輸出電壓所計算出的內(nèi)部阻抗，來計算所述燃料電 池的合成電容量。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在將合成電容量判定用頻率設(shè)為f、并將該合成電容量判定用頻率f下的內(nèi)部阻抗的虛 部成分設(shè)為Zim的情況下，所述合成電容量計算部根據(jù)（1)式來計算所述燃料電池的合成電 容量C，ω =2Jif 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述合成電容量判定用頻率是基于每個負極氣體濃度的頻率而設(shè)定的，所述每個負極 氣體濃度的頻率是根據(jù)在將橫軸設(shè)為l/ω2并將縱軸設(shè)為-1/( ω · Zim)的每個負極氣體濃 度的特性圖以及于各特性圖的低頻率區(qū)域與該特性圖相切的切線中、所述特性圖的縱軸的 值同與該特性圖對應(yīng)的所述切線的截距的值相等的位置處的所述特性圖的橫軸的值而得 到的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在判定為所述濕潤控制異常時所述燃料電池的合成電容量小于規(guī)定值的情況下，所述 負極氣體濃度控制部執(zhí)行負極氣體濃度的上升控制并且執(zhí)行提高所述燃料電池的電解質(zhì) 膜的濕潤度的控制。
【文檔編號】H01M8/04492GK105960728SQ201480074610
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】青木哲也, 松本充彥, 金子庸平
【申請人】日產(chǎn)自動車株式會社