燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统
阅读：73发布：2023-02-23
专利汇可以提供燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种根据负载的要求输出来选择性地停止 燃料 电池 的发电、能够执行在运转停止时间歇性地向 燃料电池 供给 阴极 气体的 怠速 停止运转的燃料电池系统的控制方法。在燃料电池系统的控制方法中，设定怠速停止运转中的燃料电池的 输出 电压 的上限值和下限值，以使燃料电池的输出电压为上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体，检测燃料电池的湿润状态，设定怠速停止运转中的燃料电池的湿润状态为适当状态的湿润适当范围，判定所检测出的燃料电池的湿润状态是否处于所设定的湿润适当范围内。在判定为燃料电池的湿润状态脱离所设定的湿润适当范围的情况下，重新设定燃料电池的输出电压，并且，以使燃料电池的输出电压为重新设定的输出电压的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体。，下面是燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统专利的具体信息内容。
1.一种燃料电池系统的控制方法，根据负载的要求输出来选择性地停止燃料电池的发电，能够执行在运转停止时间歇性地向所述燃料电池供给阴极气体的怠速停止运转，该燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：
设定所述怠速停止运转中的所述燃料电池的输出电压的上限值和下限值；
阴极气体供给步骤，以使所述燃料电池的输出电压为所述上限值与所述下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体；
检测所述燃料电池的湿润状态；
设定所述怠速停止运转中的所述燃料电池的湿润状态为适当状态的湿润适当范围；
判定所检测出的所述燃料电池的湿润状态是否处于所设定的所述湿润适当范围内；以及
重新设定步骤，在判定为所检测出的所述燃料电池的湿润状态脱离所设定的所述湿润适当范围的情况下，重新设定所述燃料电池的输出电压，
其中，在重新设定了所述燃料电池的输出电压的情况下，在所述阴极气体供给步骤中，以使所述燃料电池的输出电压为重新设定的所述输出电压的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述重新设定步骤中，在判定为所检测出的所述燃料电池的湿润状态脱离所设定的所述湿润适当范围的情况下，将所述燃料电池的输出电压的所设定的所述上限值以升高的方式重新设定。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
设定怠速停止运转中的所述燃料电池的目标湿润度或目标湿润范围；以及恢复设定步骤，基于所检测出的所述燃料电池的湿润状态以及所设定的所述目标湿润度或目标湿润范围，来将重新设定的所述燃料电池的输出电压的上限值和下限值恢复为重新设定前的上限值和下限值。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在所述恢复设定步骤中，在所检测出的所述燃料电池的湿润状态达到所设定的所述目标湿润度或目标湿润范围的情况下，在所述燃料电池的输出电压变为重新设定前的输出电压的所述上限值以下之后，将重新设定的所述燃料电池的上限值恢复为重新设定前的上限值。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
在以使所述燃料电池的输出电压为重新设定的所述输出电压的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体的情况下，在所述阴极气体供给步骤中，基于所检测出的所述燃料电池的湿润状态以及所设定的所述目标湿润度或目标湿润范围，来决定要供给的阴极气体流量和供给时间，基于所决定的该阴极气体流量和供给时间来间歇性地供给阴极气体。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，还包括运算怠速停止运转中的燃料电池的水收支的步骤，
在所检测出的所述燃料电池的湿润状态相比于所述湿润适当范围偏向湿润侧的情况下，为了使所运算出的所述水收支变为干燥方向，而在所述重新设定步骤中，至少将所述燃料电池的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，并且，在所述阴极气体供给步骤中，基于重新设定的该输出电压的上限值来决定要供给的阴极气体流量，基于所决定的该阴极气体流量和运算出的所述水收支来间歇性地供给阴极气体，
在所检测出的所述燃料电池的湿润状态相比于所述湿润适当范围偏向干燥侧的情况下，为了使所运算出的所述水收支变为湿润方向，而在所述重新设定步骤中，将所述燃料电池的输出电压的上限值以恢复为重新设定前的所述上限值的方式重新设定，并且，在所述阴极气体供给步骤中，基于重新设定的该输出电压的上限值来决定要供给的阴极气体流量，基于所决定的该阴极气体流量和所运算出的所述水收支来间歇性地供给阴极气体。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
还包括设定怠速停止运转中的所述燃料电池的目标湿润度或目标湿润范围的步骤，即使在判定为所检测出的所述燃料电池的湿润状态脱离所述湿润适当范围的情况下，也不在所述重新设定步骤中将所述燃料电池的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，而是在所述阴极气体供给步骤中，基于所检测出的所述燃料电池的湿润状态以及所设定的所述目标湿润度或目标湿润范围，来决定要供给的阴极气体流量和供给时间中的至少一方，基于所决定的该阴极气体流量和供给时间来间歇性地供给阴极气体。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述输出电压的重新设定的所述上限值比所述燃料电池的开路电压高。
9.一种燃料电池系统，根据负载的要求输出来选择性地停止燃料电池的发电，能够执行在运转停止时从阴极气体供给装置间歇性地向所述燃料电池供给阴极气体的怠速停止运转，该燃料电池系统包括：
湿润状态检测部，其检测所述燃料电池的湿润状态；
输出电压上下限值设定部，其设定所述怠速停止运转中的所述燃料电池的输出电压的上限值和下限值；
湿润适当范围设定部，其设定所述怠速停止运转中的所述燃料电池的湿润状态为适当状态的湿润适当范围；
湿润适当范围判定部，其判定由所述湿润状态检测部检测出的燃料电池的湿润状态是否处于由所述湿润适当范围设定部设定的湿润适当范围内；
输出电压重新设定部，其在所述湿润适当范围判定部判定为所检测出的所述燃料电池的湿润状态脱离所设定的所述湿润适当范围的情况下，重新设定所述燃料电池的输出电压；以及
控制部，其在所述输出电压上限值重新设定部重新设定了所述燃料电池的输出电压的情况下，进行控制使得以使所述燃料电池的输出电压为重新设定的所述输出电压的上限值与下限值之间的值的方式从所述阴极气体供给装置间歇性地供给阴极气体。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述湿润适当范围判定部判定为所检测出的所述燃料电池的湿润状态脱离所设定的所述湿润适当范围的情况下，所述输出电压重新设定部将所述燃料电池的输出电压的所设定的所述上限值以升高的方式重新设定。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备设定怠速停止运转中的所述燃料电池的目标湿润度或目标湿润范围的目标湿润度设定部，
所述输出电压重新设定部基于由所述湿润状态检测部检测出的燃料电池的湿润状态以及由所述目标湿润度设定部设定的目标湿润度或目标湿润范围，来将重新设定的所述燃料电池的输出电压的上限值恢复为重新设定前的上限值。
12.根据权利要求10或11所述的燃料电池系统，其特征在于，
由所述输出电压重新设定部重新设定的所述输出电压的上限值比所述燃料电池的开路电压高。
燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统
技术领域
背景技术
[0002] 以往，提出了一种搭载有燃料电池系统的燃料电池汽车(电动汽车)。在这种燃料电池系统中，将阳极气体(燃料气体)和阴极气体(氧化剂气体)供给到燃料电池(燃料电池堆)，使该燃料电池通过电化学反应来发电，由此将所发出的电力供给到后级的驱动马达。
[0003] 在该燃料电池汽车中，在低速行驶时或正在暂时停止等低负荷时(包括下坡行驶时)或进行使燃料电池的发电效率下降的运转时，不使燃料电池系统整体的工作变为停止状态，而是进行如以下那样的控制。即，在这种状态下，进行以下控制：停止与发电直接相关的阴极气体用的压缩机等用于驱动燃料电池系统的辅机类的动作来停止燃料电池的发电，使燃料电池变为怠速停止状态，利用仅来自二次电池的供电来驱动马达。
[0004] JP2012-89523A中公开了如下一种燃料电池系统：在阳极气体循环型的燃料电池系统中，在怠速停止运转中(怠速停止状态)间歇性地供给空气(阴极气体)，由此使燃料电池堆的输出电压或单电池电压在规定的范围内脉动。
[0005] 在这种燃料电池系统中，通过怠速停止运转中的阴极气体的间歇供给，来防止以下情况：从燃料电池堆内的阳极气体流路泄漏的残留阳极气体与阴极气体流路内的阴极气体发生反应，从而阴极气体流路中的氧浓度减少。由此，能够防止从怠速停止状态恢复为通常发电状态时的不良状况。
发明内容
[0007] 然而，在如上所述的以往的燃料电池系统中，存在以下问题：虽然在怠速停止运转时向燃料电池堆间歇性地供给阴极气体，但是未准确地掌握并控制燃料电池内的电解质膜的湿润状态。
[0008] 本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于提供如下一种燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统：在具备怠速停止功能的燃料电池系统中，能够适当地控制怠速停止运转中的燃料电池内的湿润状态、并且在从怠速停止运转恢复时使燃料电池的输出稳定。
[0009] 根据本发明的某个方式，燃料电池系统的控制方法根据负载的要求输出来选择性地停止燃料电池的发电，能够执行在运转停止时间歇性地向燃料电池供给阴极气体的怠速停止运转。该燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：设定怠速停止运转中的燃料电池的输出电压的上限值和下限值；阴极气体供给步骤，以使燃料电池的输出电压为上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体；在怠速停止运转中，检测燃料电池的湿润状态；以及设定怠速停止运转中的燃料电池的湿润状态为适当状态的湿润适当范围。另外，燃料电池系统的控制方法还包括以下步骤：判定所检测出的燃料电池的湿润状态是否处于所设定的湿润适当范围内；以及重新设定步骤，在判定为所检测出的燃料电池的湿润状态脱离所设定的湿润适当范围的情况下，将燃料电池的输出电压的所设定的上限值以升高的方式重新设定。而且，在燃料电池系统的控制方法中，在将燃料电池的输出电压的上限值以升高的方式进行了重新设定的情况下，在阴极气体供给步骤中，以使燃料电池的输出电压为重新设定的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体。附图说明
[0010] 图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统的整体结构的一例的图。
[0011] 图2是用于测定图1所示的燃料电池堆的内部阻抗的阻抗测定装置的电路图。
[0013] 图4是表示图1所示的燃料电池堆的I-V特性的图表。
[0015] 图6是表示本发明的第一实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
[0016] 图7是表示本发明的第一实施方式中的由控制器执行的怠速停止判定处理的一例的流程图。
[0017] 图8是表示作为图7的怠速停止判定处理的副例程的怠速停止运转处理的一例的流程图。
[0018] 图9是表示作为图8的怠速停止运转处理的副例程的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。
[0019] 图10是表示本发明的第二实施方式中的对燃料电池系统进行控制的控制器的功能结构的一例的框图。
[0020] 图11是表示本发明的第二实施方式中的由控制器执行的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。
[0021] 图12是表示本发明的第二实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图的一例。
[0022] 图13是表示本发明的第二实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图的另一例。
[0023] 图14是表示本发明的第三实施方式中的由控制器执行的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。
[0024] 图15是表示本发明的第三实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
[0025] 图16是表示本发明的第四实施方式中的由控制器执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。
[0026] 图17是表示本发明的第四实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
[0027] 图18是表示本发明的第五实施方式中的由控制器执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。
[0028] 图19是表示作为图18的怠速停止判定处理的副例程的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。
[0029] 图20是表示本发明的第五实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
[0030] 图21是表示本发明的第六实施方式中的由控制器执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。
[0031] 图22是表示本发明的第六实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
具体实施方式
[0032] 下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0033] (第一实施方式)
[0034] 图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统100的整体结构的一例的图。关于本实施方式的燃料电池系统100，在具备未图示的强电电池和驱动马达的电动汽车(燃料电池汽车)中将其燃料电池(燃料电池堆)用作驱动源之一。
[0035] 燃料电池系统100构成以下的电源系统：从外部对燃料电池堆1供给发电所需的阳极气体(氢)和阴极气体(空气)，使燃料电池堆1根据电负载的要求来发电。如后所述，本实施方式的燃料电池系统100及其控制器200专用于怠速停止中的燃料电池堆1的输出电压和阴极气体的供给中的控制。因此，在下面的说明中，专门说明怠速停止中的控制，适当地省略通常的控制、公知的控制的说明。
[0036] 如图1所示，燃料电池系统100包括燃料电池堆1、阴极气体供排装置2、阳极气体供排装置3、负载装置5、阻抗测定装置6以及控制器200。
[0037] 由于从作为负载装置5的驱动马达要求的电力大，因此燃料电池堆1是层叠数百块燃料电池而成的层叠电池。燃料电池堆1与负载装置5连接，向负载装置5供给电力。燃料电池堆1产生例如数百V(伏特)的直流的电压。
[0038] 虽未进行图示，但是燃料电池堆1是用阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)将各燃料电池的电解质膜夹在中间而构成的。在燃料电池堆1运转时，在阳极电极处，氢被离子化，生成氢离子和电子。另外，在阴极电极处，在阳极电极处生成并泄漏到阴极气体流路侧的氢离子、在系统中循环的电子以及所供给的氧进行反应，来生成水。
[0039] 阴极气体供排装置2是向燃料电池堆1供给阴极气体(氧化剂气体)、并且将从燃料电池堆1排出的阴极排气排出到大气的装置。即，阴极气体供排装置2构成向燃料电池的电解质膜供给氧化剂(空气)的氧化剂供给单元。
[0041] 阴极气体供给通路21是用于向燃料电池堆1供给阴极气体的通路。阴极气体供给通路21的一端开口，另一端与燃料电池堆1的阴极气体入口孔连接。
[0042] 压缩机22设置在阴极气体供给通路21上。压缩机22从阴极气体供给通路21的开口端取入含有氧的空气，将该空气作为阴极气体供给到燃料电池堆1。压缩机22的转速由控制器200来控制。
[0043] 流量传感器23设置在压缩机22与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路21上。流量传感器23对向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量进行检测。下面，将向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量仅称为“阴极气体流量”。由该流量传感器23检测出的阴极气体流量数据被输出到控制器200。
[0044] 压力传感器24设置在压缩机22与燃料电池堆1之间的阴极气体供给通路21上。压力传感器24对向燃料电池堆1供给的阴极气体的压力进行检测。由该压力传感器24检测出的阴极气体压力数据被输出到控制器200。
[0045] 阴极气体排出通路25是用于从燃料电池堆1排出阴极排气的通路。阴极气体排出通路25的一端与燃料电池堆1的阴极气体出口孔连接，另一端开口。
[0046] 阴极压力调节阀26设置在阴极气体排出通路25上。作为阴极压力调节阀26，例如使用能够阶梯式地变更阀的开度的电磁阀。阴极压力调节阀26由控制器200来控制开闭。通过该开闭控制来将阴极气体压力调节为期望的压力。阴极压力调节阀26的开度越大，则阴极压力调节阀26打开得越大，阴极排气的排出量越增加。另一方面，阴极压力调节阀26的开度越小，则阴极压力调节阀26闭合得越大，阴极排气的排出量越减少。
[0047] 阳极气体供排装置3是向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料气体)、并且使从燃料电池堆1排出的阳极排气循环到燃料电池堆1的装置。即，阳极气体供排装置3构成向燃料电池的电解质膜供给燃料(氢)的燃料供给单元。
[0049] 高压罐31将要向燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来进行贮存。
[0050] 阳极气体供给通路32是用于将高压罐31中贮存的阳极气体供给到燃料电池堆1的通路。阳极气体供给通路32的一端与高压罐31连接，另一端与燃料电池堆1的阳极气体入口孔连接。
[0051] 阳极压力调节阀33设置在高压罐31与引射器34之间的阳极气体供给通路32上。作为阳极压力调节阀33，例如使用能够阶梯式地变更阀的开度的电磁阀。阳极压力调节阀33由控制器200来控制开闭。通过该开闭控制来调节向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力。
[0052] 引射器34设置在阳极压力调节阀33与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路32上。引射器34是设置于阳极气体循环通路35与阳极气体供给通路32合流的部分处的机械式泵。通过在阳极气体供给通路32上设置引射器34，能够以简易的结构来使阳极排气循环到燃料电池堆1。
[0053] 引射器34使从阳极压力调节阀33供给的阳极气体的流速加速来产生负压，由此吸引来自燃料电池堆1的阳极排气。引射器34将所吸引到的阳极排气与从阳极压力调节阀33供给的阳极气体一起喷出到燃料电池堆1。
[0054] 虽未具体地进行图示，但是引射器34例如包括使开口从阳极压力调节阀33向燃料电池堆1缩窄的圆锥状的喷嘴以及具备从燃料电池堆1吸引阳极排气的吸引口的扩散器。此外，在本实施方式中，将引射器34用作阳极气体供给通路32与阳极气体循环通路35的接合部，但是该接合部也可以单纯为使阳极气体循环通路35与阳极气体供给通路32合流的结构。
[0055] 阳极气体循环通路35是使从燃料电池堆1排出的阳极排气与从高压罐31经由阳极压力调节阀33向燃料电池堆1供给的阳极气体混合后循环到阳极气体供给通路32的通路。阳极气体循环通路35的一端与燃料电池堆1的阳极气体出口孔连接，另一端与引射器34的吸引口连接。
[0056] 阳极循环泵36设置在阳极气体循环通路35上。阳极循环泵36借助引射器34来使阳极排气循环到燃料电池堆1。阳极循环泵36的转速由控制器200来控制。由此，能够调整在燃料电池堆1中循环的阳极气体(和阳极排气)的流量。下面，将在燃料电池堆1中循环的阳极气体的流量称为“阳极气体循环流量”。
[0057] 在此，控制器200基于阳极循环泵36的每单位时间的转速、后述的燃料电池堆1内的温度(或者由未图示的温度传感器检测出的阳极气体供排装置3的环境温度)以及由后述的压力传感器37检测出的阳极气体循环通路35内的阳极气体的压力，来估计(运算)阳极气体循环流量作为标准状态的流量。
[0058] 压力传感器37设置在引射器34与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路32上。压力传感器37对阳极气体循环系统中的阳极气体的压力进行检测。由该压力传感器37检测出的阳极气体压力数据被输出到控制器200。
[0059] 放气阀38设置在从阳极气体循环通路35分支出的阳极气体排出通路上。放气阀38将阳极排气中包含的杂质排出到外部。杂质是指从燃料电池堆1内的燃料电池的阴极气体流路(未图示)在电解质膜处透过来的阴极气体中的氮气、通过伴随发电的阳极气体与阴极气体的电化学反应而生成的水(生成水)等。放气阀38的开度、开闭频度由控制器200来控制。
[0060] 此外，虽未进行图示，但是阳极气体排出通路合流到比阴极压力调节阀26更靠下游侧的阴极气体排出通路25。由此，从放气阀38排出的阳极排气在阴极气体排出通路25内与阴极排气混合。由此，能够将混合气体中的氢浓度控制为排出容许浓度(4％)以下。
[0061] 负载装置5通过接受从燃料电池堆1供给的发电电力来被驱动。负载装置5例如包括对车辆进行驱动的驱动马达(电动马达)、辅助燃料电池堆1的发电的辅机的一部分、对驱动马达进行控制的控制单元等。作为燃料电池堆1的辅机，例如能够列举出压缩机22、阳极循环泵36、未图示的冷却水泵等。此外，冷却水泵是用于使对燃料电池堆1进行冷却的冷却水循环的泵。
[0062] 另外，负载装置5也可以在燃料电池堆1的输出侧包括升降燃料电池堆1的输出电压的DC/DC转换器、并且在DC/DC转换器与驱动马达之间包括将直流电力变换为交流电力的驱动逆变器。在该情况下，也可以以与燃料电池堆1电气地并联于驱动马达的方式设置高压电池。并且，负载装置5也可以为将辅机的一部分连接在DC/DC转换器与高压电池之间的电力线上的结构。此外，对负载装置5进行控制的控制单元(未图示)将向燃料电池堆1要求的要求电力输出到控制器200。例如，设置于车辆的加速踏板的踏下量越大，则负载装置5的要求电力越大。
[0063] 在负载装置5与燃料电池堆1之间的电力线上配置有电流传感器51和电压传感器52。
[0064] 电流传感器51连接于燃料电池堆1的正极端子1p与负载装置5之间的电力线。电流传感器51检测从燃料电池堆1输出到负载装置5的电流来作为燃料电池堆1的输出电流。由电流传感器51检测出的堆输出电流数据被输出到控制器200。
[0065] 电压传感器52连接于燃料电池堆1的正极端子1p与负极端子1n之间。电压传感器52对燃料电池堆1的正极端子1p与负极端子1n之间的电位差即端子间电压进行检测。下面，将燃料电池堆1的端子间电压称为“堆输出电压”或仅称为“输出电压”。由电压传感器52检测出的堆输出电压数据被输出到控制器200。
[0066] 阻抗测定装置6是测定燃料电池堆1的内部阻抗的装置。燃料电池堆1的内部阻抗与电解质膜的湿润状态有相关性。因此，通过测定燃料电池堆1的内部阻抗，能够基于该测定结果来检测(估计)电解质膜的湿润状态(湿润度)。
[0067] 一般来说，电解质膜的含水量越少、即电解质膜越偏干，则燃料电池堆1的内部阻抗越大。另一方面，电解质膜的含水量越多、即电解质膜越偏湿，则燃料电池堆1的内部阻抗越小。因此，作为表示电解质膜的湿润状态的参数，使用燃料电池堆1的内部阻抗。
[0069] 该阻抗测定装置6与从燃料电池堆1的正极端子(阴极侧端子)1p延伸的端子1B、从负极端子(阳极侧端子)1n延伸的端子1A、以及中途端子1C连接。此外，与中途端子1C连接的部分如图所示那样接地。
[0070] 如图2所示，阻抗测定装置6具备正极侧电压传感器62、负极侧电压传感器63、正极侧电源部64、负极侧电源部65、交流调整部66以及阻抗运算部61。
[0071] 正极侧电压传感器62与端子1B及中途端子1C连接，测定规定的频率下的端子1B相对于中途端子1C的正极侧交流电位差V1，将其测定结果输出到交流调整部66和阻抗运算部61。负极侧电压传感器63与中途端子1C及端子1A连接，测定规定的频率下的端子1A相对于中途端子1C的负极侧交流电位差V2，将其测定结果输出到交流调整部66和阻抗运算部61。
[0072] 正极侧电源部64例如由利用未图示的运算放大器的电压电流变换电路来实现，通过交流调整部66来控制该正极侧电源部64，使得规定的频率的交流电流I1流过包括端子1B和中途端子1C的闭合电路。另外，负极侧电源部65例如由利用运算放大器(OP放大器)的电压电流变换电路来实现，通过交流调整部66来控制该负极侧电源部65，使得规定的频率的交流电流I2流过包括端子1A和中途端子1C的闭合电路。
[0073] 在此，“规定的频率”是指适于检测(测定)电解质膜的阻抗的频率。下面，将该规定的频率称为“电解质膜响应频率”。
[0074] 交流调整部66例如由未图示的PI控制电路来实现，生成向正极侧电源部64和负极侧电源部65的指令信号，使得如上所述的交流电流I1、I2流过各闭合电路。根据这样生成的指令信号来增减正极侧电源部64和负极侧电源部65的输出，由此各端子间的交流电位差V1及V2均被控制为规定的水平(规定值)。由此，交流电位差V1及V2变为等电位。
[0075] 阻抗运算部61包括未图示的AD变换器、微机芯片等硬件以及计算阻抗的程序等软件结构。阻抗运算部61通过AD变换器将从各部62、63、64、65输入的交流电压(V1、V2)和交流电流(I1、I2)变换为数字数值信号，进行用于阻抗测定的处理。
[0076] 具体地说，阻抗运算部61通过用正极侧交流电位差V1的振幅除以交流电流I1的振幅来计算从中途端子1C到端子1B的第一阻抗Z1。另外，阻抗运算部61通过用负极侧交流电位差V2的振幅除以交流电流I2的振幅来运算从中途端子1C到端子1A的第二阻抗Z2。并且，阻抗运算部61通过将第一阻抗Z1与第二阻抗Z2相加来运算燃料电池堆1的内部阻抗Z。
[0077] 此外，在具备DC/DC转换器作为负载装置5的情况下，在测定燃料电池堆1的内部阻抗时，控制器200只要首先使该DC/DC转换器升高燃料电池堆1的输出电压即可。由此，起到以下效果：从驱动逆变器看燃料电池堆1侧时的阻抗上升，即使存在负载变动也不会对阻抗测定产生不良影响。
[0078] 在图2中，为了便于图示，示为将端子1B及端子1A与燃料电池堆1的各输出端子直接连接。然而，在本实施方式的燃料电池系统100中，不限于这种连接线，端子1B及端子1A也可以与在燃料电池堆1内层叠的多个燃料电池的最靠正极侧的燃料电池的正极端子以及最靠负极侧的燃料电池的负极端子连接。
[0079] 另外，在本实施方式中，阻抗运算部61为以下结构：由微机芯片等硬件执行预先存储在未图示的存储器中的程序，由此运算燃料电池堆1的内部阻抗。然而，阻抗运算部61不限于这种结构。例如，阻抗运算部61也可以由使用模拟运算IC的模拟运算电路来实现。通过使用模拟运算电路，能够输出阻抗的在时间上连续的变化。
[0081] 下面，将基于电解质膜响应频率来测定的内部阻抗称为HFR(High Frequency Resistance：高频电阻)。阻抗测定装置6将计算出的HFR输出到控制器200。
[0083] 流量传感器23、压力传感器24、压力传感器37、电流传感器51、电压传感器52以及阻抗测定装置6的各输出信号和负载装置5的要求电力被输入到控制器200。这些信号被用作与燃料电池系统100的运转状态有关的参数。
[0084] 控制器200根据燃料电池系统100的运转状态控制压缩机22和阴极压力调节阀26，由此控制向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量和压力。另外，控制器200通过控制阳极压力调节阀33和阳极循环泵36来控制向燃料电池堆1供给的阳极气体的流量和压力。
[0085] 此外，虽然省略了图示，但是燃料电池系统100具备用于对燃料电池堆1进行冷却的堆冷却装置。控制器200根据燃料电池系统100的运转状态控制堆冷却装置内的冷却水泵、三通阀以及散热风扇等，由此控制燃料电池堆1内的各燃料电池的温度(冷却水温度或堆温度)以及供给到燃料电池堆1的阴极气体的温度。
[0086] 例如，控制器200基于负载装置5的要求电力来运算阴极气体的目标流量及目标压力、阳极气体的目标流量及目标压力以及冷却水的目标温度(目标冷却水温度)。控制器200基于阴极气体的目标流量及目标压力来控制压缩机22的转速和阴极压力调节阀26的开度。另外，控制器200基于阳极气体的目标流量及目标压力来控制阳极循环泵36的转速和阳极压力调节阀33的开度。
[0087] 在这种燃料电池系统100中，当各电解质膜的湿润度(含水量)变得过高或过低时，其发电性能下降。为了使燃料电池堆1高效地发电，将燃料电池堆1的电解质膜维持为适度的湿润度(湿润状态)是重要的。因此，控制器200在能够确保负载装置5的要求电力的范围内对燃料电池堆1的湿润状态进行操作，使得成为燃料电池堆1的湿润度适于发电的状态。
[0088] 在本实施方式中，特别是详细说明燃料电池系统100的怠速停止(下面，也有时省略为“IS”)运转时的控制。在本说明书中，将使燃料电池堆1的湿润状态(燃料电池的电解质膜的湿润状态)向干燥(烘干)侧转变、即减少电解质膜的多余的水分称为“烘干操作”。另外，将使燃料电池堆1的湿润状态向湿润(润湿)侧转变、即增加电解质膜的水分称为“润湿操作”。
[0089] 在本实施方式中，为了在怠速停止运转时进行操作燃料电池堆1的湿润状态的湿润控制，控制器200主要对阴极气体流量进行控制。具体的怠速停止运转控制在后面叙述。
[0090] 接着，说明本实施方式的对燃料电池系统100进行控制的控制器200的控制功能。图3是本实施方式中的对燃料电池系统100进行控制的控制器200的功能结构的一例的框图。此外，图3所示的控制器200的功能框图主要示出了与本发明有关的功能，与燃料电池系统100的通常的运转控制、其它控制有关的功能有时会省略一部分。
[0091] 如图3所示，本实施方式的控制器200包括湿润状态检测部210、运转状态检测部220、输出电压上下限值设定部230、湿润适当范围设定部240、输出电压判定部250、湿润适当范围判定部260、输出电压上限值重新设定部270以及阴极气体供给控制部280。
[0092] 湿润状态检测部210对燃料电池堆1内的燃料电池的电解质膜的湿润状态进行检测。湿润状态检测部210特别是对燃料电池系统100的怠速停止运转中的电解质膜的湿润状态进行检测。具体地说，湿润状态检测部210获取由阻抗测定装置6测定出的燃料电池堆1的HFR。然后，湿润状态检测部210参照预先存储在未图示的存储器中的阻抗-湿润度对应表，来检测电解质膜的湿润度。检测出的湿润度数据被输出到湿润适当范围判定部260。此外，下面，将从阻抗测定装置6输出的HFR称为“测定HFR”。另外，将由湿润状态检测部210检测出的电解质膜的湿润度也称为“检测湿润状态”。
[0093] 在本实施方式中，设为湿润状态检测部210基于由阻抗测定装置6测定出的燃料电池堆1的HFR检测/运算燃料电池堆1内的燃料电池的电解质膜的湿润状态来进行说明。然而，也可以是，湿润状态检测部210将获取到的HFR直接输出到后级，后级的各部使用该HFR来进行控制。此外，在本实施方式中，由不对燃料电池系统100的运转做出贡献的阻抗测定装置6来测定HFR，因此即使根据需要而燃料电池系统100处于怠速停止运转中，也能够连续地或者始终测定燃料电池堆1的HFR。
[0094] 运转状态检测部220获取由电流传感器51和电压传感器52检测出的燃料电池堆1的堆输出电流数据和堆输出电压数据，将堆输出电流与堆输出电压相乘，由此检测燃料电池堆1的输出电力。在本实施方式中，运转状态检测部220将由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压输出到输出电压判定部250。下面，将由运转状态检测部220获取到的燃料电池堆1的输出电压也称为“检测输出电压”。
[0095] 另外，运转状态检测部220获取由流量传感器23检测出的阴极气体流量数据以及由压力传感器24检测出的阴极气体压力数据，检测出阴极气体供排装置2的运转状态。同样地，运转状态检测部220获取由压力传感器37检测出的阳极气体压力数据，估计阳极气体循环流量，由此检测出阳极气体供排装置3的运转状态。
[0096] 此外，运转状态检测部220还获取由控制器200内的未图示的各种运算部运算出的各种指令值数据。作为各种指示数据，至少包括压缩机22的转速数据、阴极压力调节阀26的开度数据、阳极压力调节阀33的开度数据以及阳极循环泵36的转速数据。
[0097] 输出电压上下限值设定部230设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值。这样设定的输出电压的上限值和下限值被输出到湿润适当范围设定部240和输出电压判定部250。在本实施方式中，如后所述，在怠速停止运转中，根据需要，通过对阴极气体供排装置2的压缩机22进行间歇运转来将燃料电池堆1的输出电压控制为这样设定的上限值与下限值之间的值。
[0098] 在此，说明输出电压的上限值和下限值的设定方法。“上限值”被设定为即使由于向燃料电池的阴极气体流路供给阴极气体而构成燃料电池堆1的各燃料电池单电池的单电池电压上升、各单电池的电解质膜的劣化也不加剧的最大的输出电压。
[0099] 另外，“下限值”被设定为在燃料电池系统100从怠速停止运转恢复为通常运转(通常的发电状态)时不会由于阴极气体流路内的氧不足而发生发电的响应延迟、而且能够确保未图示的驱动马达的最低输入电压的输出电压。只要使用规定的运算模型或者基于实验结果来预先设定输出电压的“上限值”和“下限值”即可。
[0100] 湿润适当范围设定部240设定怠速停止运转中的燃料电池的电解质膜的湿润状态(燃料电池堆1的湿润状态)适当的湿润适当范围。在本实施方式中，通过设置预先利用实验、仿真等获取到的湿润状态为适当状态的范围的上限值和下限值，来设定该湿润适当范围。此外，湿润状态的上限值和下限值也可以被设定为测定HFR的上限值和下限值。
[0101] 在怠速停止运转时，在每次间歇性地供给阴极气体时，由于所供给的阴极气体内的氧与残留氢的电化学反应，湿润状态向湿润侧变化，与通常运转时的湿润状态相比逐渐变湿。因此，湿润状态的下限值被设定为燃料电池堆1不会变得过湿润的湿润状态(HFR)。
[0102] 另一方面，湿润状态的上限值例如被设定为在燃料电池系统100从怠速停止运转恢复时不会发生燃料电池堆1的发电的响应延迟、而且燃料电池的电解质膜不会变得过干燥的湿润状态(HFR)。
[0103] 输出电压判定部250基于从运转状态检测部220获取到的燃料电池堆1的检测输出电压以及从输出电压上下限值设定部230获取到的输出电压的上限值和下限值来判定输出电压是否处于规定范围内。具体地说，输出电压判定部250判定检测输出电压是否变为输出电压的下限值以下，并且判定检测输出电压是否变为输出电压的上限值以上。这些判定结果被输出到阴极气体供给控制部280。
[0104] 湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210检测出的燃料电池堆1的湿润状态(检测湿润状态)是否处于由湿润适当范围设定部240设定的湿润适当范围内。在本实施方式中，湿润适当范围判定部260判定检测湿润状态是否变为湿润适当范围的下限值以下。然后，该判定结果被输出到输出电压上限值重新设定部270。
[0105] 在湿润适当范围判定部260判定为检测湿润状态脱离湿润适当范围的情况下、即判定为检测湿润状态变为湿润适当范围的下限值以下的情况下，输出电压上限值重新设定部270将由输出电压上下限值设定部230设定的燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定。
[0106] 具体地说，在判定为检测湿润状态变为湿润适当范围的下限值以下的情况下，输出电压上限值重新设定部270将由输出电压上下限值设定部230设定的燃料电池堆1的输出电压的上限值重新设定为比该上限值高的规定电压。此外，该“规定电压”为怠速停止运转中的干燥时的上限值。使用图4的图表来详细叙述重新设定的上限值(下面称为“重新设定上限值”)。
[0107] 阴极气体供给控制部280对阴极气体供排装置2的压缩机22进行控制，使得以使燃料电池堆1的输出电压为由输出电压上下限值设定部230设定的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地向燃料电池堆1供给阴极气体。
[0108] 具体地说，阴极气体供给控制部280基于输出电压判定部250的判定结果来使压缩机22间歇运转。即，在输出电压判定部250判定为检测输出电压变为输出电压的下限值以下的情况下，阴极气体供给控制部280向压缩机22输出用于驱动压缩机22的ON指令。而且，在输出电压判定部250判定为检测输出电压变为输出电压的上限值以上的情况下，阴极气体供给控制部280向压缩机22输出用于停止压缩机22的OFF信号。
[0109] 当在怠速停止运转中向燃料电池堆1供给阴极气体时，如上所述，所供给的氧与残留氢发生电化学反应。此时，不从燃料电池堆1取出输出电流，因此燃料电池堆1的输出电压(即，在燃料电池进行串联连接的情况下，构成燃料电池堆1的各燃料电池的单电池电压的总和)逐渐变高。当燃料电池堆1的输出电压达到上限值时，停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给。然而，供给氧与残留氢的电化学反应继续，因此在不取出输出电流的情况下，燃料电池堆1的输出电压会过冲。因此，在本实施方式中，将多余量的发电电力作为输出电流来取出，蓄积到未图示的高压电池中。
[0110] 接着，说明燃料电池堆1的输出电流与输出电压之间的关系。图4是表示图1所示的燃料电池堆1的I-V特性(堆输出电流与堆输出电流之间的关系)的图表。在该图表中，3条粗体的曲线分别表示规定的HFR下的燃料电池堆1的I-V特性。如图4所示，相对于规定的堆输出电流，堆输出电压越高，则HFR值越低。
[0111] 另外，图4中还一并示出了堆输出电流与在燃料电池堆1内生成的生成水的水量(下面称为“生成水量”)之间的关系的图表。根据该直线可知，在燃料电池堆1内生成的生成水的量与此时输出的堆输出电流实质上成正比。
[0112] 此外，将各曲线的堆输出电流为0时的堆输出电压称为“开路电压”。当燃料电池堆1的输出电压变为该开路电压以上时，如I-V特性所示，堆输出电压为0。因此，通过使燃料电池堆1的输出电压为开路电压以上，能够抑制生成水的产生。
[0113] 在图4中，“IS时输出电压上限值”和“IS时输出电压下限值”分别表示由输出电压上下限值设定部230设定的输出电压的上限值和下限值。另外，“IS时输出电压重新设定上限值”表示由输出电压上限值重新设定部270重新设定的输出电压的重新设定上限值。
[0114] 另外，图中的黑圆表示怠速停止运转中的通常控制下的燃料电池堆1内的水收支的状态变化，图中的黑方块表示重新设定了输出电压的上限值的情况下的燃料电池堆1的水收支的状态变化。下面，将以使输出电压为未重新设定的上限值与下限值之间的值的方式进行的控制称为“通常怠速停止运转控制”，将以使输出电压为在重新设定了的情况下的重新设定上限值与下限值之间的值的方式进行的控制称为“重新设定怠速停止运转控制”。
[0115] 在通常怠速停止运转控制中，通过阴极气体的供给，推移为与I-V特性线交叉的IS时输出电压上限值的黑圆。此时，供给氧与残留氢发生电化学反应从而生成水，由此堆输出电流变为0，堆输出电压也下降为IS时输出电压下限值。另一方面，在重新设定怠速停止运转控制中，以升高输出电压的上限值的方式升高为重新设定上限值，因此，通过阴极气体的供给，推移为与I-V特性线交叉的IS干燥时输出电压上限值的黑方块。此时，与通常怠速停止运转控制时同样地，供给氧与残留氢发生电化学反应从而生成水，由此堆输出电流变为0，堆输出电压也下降为IS时输出电压下限值。因而，通过升高输出电压的上限值，能够减少由于在怠速停止运转中间歇供给阴极气体而产生的生成水量。
[0116] 具体地说，在本实施方式中，在转变为怠速停止运转后，与阴极气体供给控制部280所进行的阴极气体的间歇供给相应地，燃料电池堆1的输出电压被控制为IS时输出电压下限值与IS时输出电压上限值之间的值。由于规定的条件成立，将输出电压的上限值从IS时输出电压上限值切换为IS时输出电压重新设定上限值。由此，使向燃料电池堆1供给的阴极气体流量增加，并且使生成水量减少。因而，能够高效地使燃料电池堆1内的燃料电池的电解质膜干燥。
[0117] 图5是表示图1所示的燃料电池堆1的输出电流与堆水收支之间的关系的图。通常，在燃料电池系统100中，以使堆水收支变为0的方式对阴极气体流量、阴极气体压力、阳极气体循环流量以及堆温度(冷却水温度)等进行控制。在此，3条平行线示出了间歇供给的阴极气体流量(下面也称为“间歇时阴极气体流量”)相同的情况下的燃料电池堆1的输出电压与堆水收支之间的关系。
[0118] 随着间歇时阴极气体流量变大，相对于堆输出电流的水收支逐渐下降。即，可知当阴极气体流量大时燃料电池堆1干燥。因此，如本实施方式那样，在想要使燃料电池堆1干燥的情况下，其中一个方法是以提高阴极气体流量的方式进行控制。然后，在如怠速停止运转那样阴极气体的供给量少、间歇性地供给阴极气体的情况下，如图4所示那样升高作为间歇供给停止的时机的输出电压的上限值。由此也能够抑制生成水量，因此能够进一步促进燃料电池堆1的干燥。
[0119] 在此，当在怠速停止运转中间歇性地供给阴极气体时，如上所述那样输出电压会超过其上限值。在该情况下，超过输出电压的上限值的多余部分作为电流而输出，充入到高压电池。而且，供给氧与残存氢发生电化学反应从而产生生成水。因此，在燃料电池系统100的通常怠速停止运转控制中，燃料电池堆1内处于堆水收支为润湿侧的图5的斜线部分A的水收支区域。
[0120] 另一方面，在燃料电池系统100的重新设定怠速停止运转控制中，特别是在刚切换了燃料电池堆1的输出电压的上限值后，燃料电池堆1内处于图5的竖线部分B的水收支区域。在本实施方式中，根据需要来升高燃料电池堆1的输出电压，由此即使在燃料电池系统100的怠速停止运转中，也能够将燃料电池堆的HFR控制为目标HFR值附近。
[0121] 接着，使用图6所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作。图6是表示本发明的第一实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。
[0122] 在此，作为物理量，包括燃料电池堆1的输出电压及输出电流、阴极气体流量以及燃料电池的电解质膜的湿润状态。首先，当从通常运转转变为怠速停止运转时，由输出电压上下限值设定部230设定输出电压的上限值和下限值(参照图6A)。
[0123] 然后，当输出电压达到下限值时，控制器200的阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体。随着阴极气体的供给，供给氧与残留氢发生反应，燃料电池堆1的输出电压上升。当输出电压达到上限值时，阴极气体供给控制部280停止压缩机22来结束阴极气体的供给(参照图6C)。此时，供给氧与残留氢的电化学反应继续，但是输出电压被保持为上限值，因此多余部分的电力成为燃料电池堆1的输出电流，来对高压电池进行充电(参照图6B)。
[0124] 如上所述，基于阴极气体的间歇供给，输出电压上下脉动，在输出电压达到上限值的时机，间歇性地输出输出电流。另外，在供给阴极气体的时机，由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态(燃料电池的电解质膜的湿润度)从干燥侧呈阶梯状地向湿润侧过渡。
[0125] 在图6所示的状态变化中，通过阴极气体的第四次供给，燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值。此时，输出电压上限值重新设定部270将输出电压的上限值以升高的方式重新设定，此后，输出电压作为重新设定上限值与下限值之间的值脉动。
[0126] 此外，重新设定上限值在图4中被示作IS时输出电压重新设定上限值。在该图4中，设IS时输出电压重新设定上限值为比输出电流为0的开路电压低的值来进行说明。然而，也可以将IS时输出电压重新设定上限值设定为燃料电池堆1的开路电压以上。通过这样设定，在重新设定了输出电压之后，在燃料电池堆1的输出电压到达重新设定上限值时，不会产生生成水。由此，能够充分防止在怠速停止运转时燃料电池的电解质膜过湿，并且使电解质膜在短时间内干燥。下面，说明在本实施方式中将IS时输出电压重新设定上限值设定为开路电压以上的情况。
[0127] 当在由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值之后(参照图6D)燃料电池堆1的输出电压达到下限值时(参照图6A)，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体。在本实施方式中，设定了阴极气体流量的上限值，因此利用阴极气体供给控制部280来控制压缩机22的转速，使得变为该阴极气体流量的上限值(参照图6C)。
[0128] 当向燃料电池堆1供给阴极气体时，燃料电池堆1的输出电压开始上升。然后，当该输出电压达到由输出电压上限值重新设定部270设定的重新设定上限值时，阴极气体供给控制部280停止压缩机22，来停止阴极气体的供给。
[0129] 此时，如图6B所示，在输出电压为开路电压以上的期间不产生生成水，因此燃料电池堆1的湿润状态急剧地向干燥侧变化。之后，燃料电池堆1的输出电压逐渐下降，当输出电压再次达到下限值时(参照图6A)，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体。当向燃料电池堆1供给阴极气体时，燃料电池堆1的输出电压开始上升。然后，当该输出电压达到由输出电压上限值重新设定部270设定的重新设定上限值时，阴极气体供给控制部280停止压缩机22来停止阴极气体的供给。
[0130] 在图6的例子中，将输出电压的上限值以升高的方式重新设定后，通过阴极气体的两次供给，燃料电池堆1的湿润状态达到上限值。在本实施方式中，不对之后的控制进行说明，输出电压上限值重新设定部270只要以如下方式设定即可：根据需要来使当前设定的重新设定上限值逐渐降低或阶梯式地降低，变为燃料电池堆1的开路电压以下。由此，燃料电池堆1的湿润状态不会超过上限值地上升(干燥)，能够将该湿润状态控制为由湿润适当范围设定部240设定的湿润适当范围。
[0131] 接着，使用图7～图9所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，控制器200执行与燃料电池系统100的怠速停止运转有关的处理。图7是表示由本发明的第一实施方式中的控制器200执行的怠速停止判定处理的一例的流程图。由燃料电池系统100的控制器200例如每隔10m秒执行一次该怠速停止判定处理。此外，各流程图的步骤的顺序也可以在不产生矛盾的范围内进行变更。
[0132] 在该怠速停止判定处理中，控制器200首先判定规定的怠速停止开始条件是否已成立(步骤S1)。在判定为怠速停止开始条件未成立的情况下，控制器200将处理流程转变为步骤S4，执行(继续)通常运转处理，结束该怠速停止判定处理。
[0133] 另一方面，在判定为怠速停止开始条件已成立的情况下，控制器200将处理流程转变为步骤S2，执行怠速停止运转处理(步骤S2)。接着，控制器200判定规定的怠速停止结束条件是否已成立(步骤S3)。然后，控制器200重复该步骤S2和S3的处理，直到该怠速停止结束条件成立为止。在判定为怠速停止结束条件已成立的情况下，控制器200执行通常运转处理(步骤S4)，结束该怠速停止判定处理。
[0134] 此外，只要使用公知的条件来判定怠速停止开始条件和怠速停止结束条件即可，因此在此省略它们的详细说明。另外，关于通常运转处理，也是只要作为燃料电池系统100的通常运转处理利用公知的处理即可，因此省略以后的详细说明。下面，特别地使用流程图来详细说明本实施方式的怠速停止运转处理。
[0135] 图8是表示作为图7的步骤S2所示的怠速停止判定处理的副例程的怠速停止运转处理的一例的流程图。如怠速停止判定处理的步骤S1所示，当怠速停止开始条件成立时，执行怠速停止运转处理。
[0136] 在该怠速停止运转处理中，控制器200的阴极气体供给控制部280首先使压缩机22停止，停止阴极气体的供给(步骤S11)。然后，输出电压上下限值设定部230设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值(步骤S12)。然后，输出电压上限值重新设定部270执行输出电压上限值重新设定处理(步骤S13)。
[0137] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否变为在步骤S12中设定的下限值以下(步骤S14)。在判定为输出电压大于下限值的情况下，控制器200直接结束该怠速停止运转处理。此后，直到在步骤S3中怠速停止结束条件成立为止，控制器200执行该怠速停止运转处理。
[0138] 另一方面，在判定为输出电压为下限值以下的情况下，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体(步骤S15)。
[0139] 然后，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否变为在步骤S12中设定的上限值或者在后述的申请电压上限值重新设定处理的步骤S104中重新设定的上限值以上(步骤S16)。在判定为输出电压小于上限值的情况下，控制器200在该步骤S16中待机，直到输出电压变为上限值以上为止。
[0140] 另一方面，在判定为输出电压为上限值以上的情况下，阴极气体供给控制部280停止压缩机22来停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给(步骤S17)，结束该怠速停止运转处理。
[0141] 图9是表示作为图8的怠速停止运转处理的副例程的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。当在怠速停止运转处理的步骤S12中设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值时，控制器200执行该输出电压上限值重新设定处理。
[0142] 在该输出电压上限值重新设定处理中，控制器200的湿润适当范围设定部240首先通过从未图示的存储器等读出所需的数据来设定燃料电池堆1的湿润适当范围(步骤S101)。
[0143] 接着，湿润状态检测部210基于从阻抗测定装置6获取到的燃料电池堆1的内部阻抗来估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S102)。
[0144] 然后，湿润适当范围判定部260判定在步骤S102中估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否变为在步骤S11中设定的湿润适当范围外(步骤S103)。在判定为湿润状态处于湿润适当范围内的情况下，控制器200直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0145] 另一方面，在判定为湿润状态变为湿润适当范围外的情况下，输出电压上限值重新设定部270将在怠速停止运转处理的步骤S12中设定的输出电压的上限值以升高的方式重新设定(步骤S104)。具体地说，输出电压上限值重新设定部270从未图示的存储器获取使用图4来说明的燃料电池堆1的开路电压数据，将输出电压的上限值设定为该开路电压与规定的余量相加而得到的值。
[0146] 当像这样在输出电压上限值重新设定处理的步骤S104中重新设定了输出电压的上限值时，控制器200使用输出电压的重新设定上限值和下限值来执行怠速停止运转处理的步骤S14～S17的处理。
[0147] 如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100是根据驱动马达等负载的要求输出来选择性地停止燃料电池堆1(燃料电池)的发电、能够执行在运转停止时从阴极气体供排装置2(阴极气体供给装置)间歇性地向燃料电池堆1供给阴极气体的怠速停止运转的燃料电池系统100。燃料电池系统100构成为包括：湿润状态检测部210，其对燃料电池堆1的湿润状态(各燃料电池的电解质膜的湿润度)进行检测(只要从阻抗测定装置6接受测定结果来进行估计、检测等即可)；输出电压上下限值设定部230，其设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值；以及湿润适当范围设定部240，其设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的湿润状态为适当状态的湿润适当范围。另外，燃料电池系统100构成为还包括：湿润适当范围判定部260，其判定由湿润状态检测部210检测出的燃料电池堆1的湿润状态是否处于由湿润适当范围设定部240设定的湿润适当范围内；以及输出电压上限值重新设定部270，其在湿润适当范围判定部260判定为由湿润状态检测部210检测出的燃料电池堆1的湿润状态脱离所设定的湿润适当范围的情况下，将燃料电池堆1的输出电压的所设定的上限值以升高的方式重新设定。而且，燃料电池系统100构成为包括控制器200(控制部，此外，只要如上述的实施方式那样构成为由控制器200所包括的阴极气体供给控制部280输出压缩机22的ON/OFF信号即可。)，在输出电压上限值重新设定部270将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定的情况下，控制器200进行控制使得以使该燃料电池堆1的输出电压为由输出电压上限值重新设定部270重新设定的上限值与下限值之间的值的方式从阴极气体供排装置2(阴极气体供给装置)间歇性地供给阴极气体。
[0148] 在燃料电池系统100的怠速停止运转中，阴极气体供给控制部280间歇性地供给阴极气体，因此供给氧与残留氢发生电化学反应从而产生生成水。由此，燃料电池堆1内的湿润状态逐渐向湿润侧变化。在该情况下，根据本实施方式的燃料电池系统100，针对湿润状态预先设定湿润适当范围，并且，当变为该湿润适当范围的下限值(测定HFR的下限值)时，将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定。通过像这样重新设定输出电压的上限值，在怠速停止运转中，阴极气体供给控制部280以使燃料电池堆1的输出电压为重新设定上限值与下限值之间的值的方式间歇性地运转压缩机22。因而，能够有效地抑制在怠速停止运转中燃料电池堆1变得过湿润，能够将燃料电池堆1的湿润状态控制为湿润适当范围内。
[0149] 在此，在以往的燃料电池系统中，在怠速停止运转中向燃料电池堆供给阴极气体，由此残留氢与供给氧发生电化学反应，在燃料电池堆内生成水。因此，还存在以下问题：怠速停止运转的时间越长，则燃料电池堆内越变得过湿润，有可能在怠速停止恢复时阳极气体流路堵塞而缺乏氢。在本实施方式的燃料电池系统100中，当在怠速停止运转中规定的条件成立时，由输出电压上限值重新设定部270将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，因此能够抑制残留氢与供给氧发生电化学反应。由此，能够排除以往会成为问题的氢缺乏的可能性。
[0150] 另外，在本实施方式的燃料电池系统100中，构成为由输出电压上限值重新设定部270重新设定的输出电压的上限值比燃料电池堆1的开路电压高。通过像这样将重新设定上限值设定为比燃料电池堆1的开路电压高的值，即使是将燃料电池堆1的输出电压升高至重新设定上限值的情况，根据燃料电池堆1的I-V特性来看也不会产生生成水。并且，由于输出电压的上限值以变高的方式重新设定，因此由阴极气体供给控制部280运转压缩机22的运转时间也变长。因而，能够使处于湿润侧的燃料电池堆1内充分干燥，即使在怠速停止运转中也能够将燃料电池堆1的湿润状态控制/管理为湿润适当范围。
[0151] 这样，能够适当地管理怠速停止运转中的燃料电池堆1的湿润状态，因此在从怠速停止运转恢复为通常运转(通常发电控制)时，能够使燃料电池堆1的输出电压稳定。反之，在使燃料电池车辆从怠速停止运转停止的情况下，由于燃料电池堆1的湿润状态未变化为湿润侧，因此能够缩短到使燃料电池车辆完全为停止状态为止的时间。
[0152] 并且，在停止燃料电池车辆时，已使燃料电池堆1内充分干燥，因此充分排除残留的水分后停止。因此，即使在车辆的停止中外部气温下降至零下，也能够防止由于在阳极气体循环通路、阴极气体供给通路、阴极气体排出通路等中阳极排气或阴极排气中包含的水分冷凝、凝固而导致的驱动部的损伤。由此，能够提高具备本实施方式的燃料电池系统100的燃料电池车辆的零下启动性能。
[0153] 另外，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法是根据负载的要求输出来选择性地停止燃料电池堆1(燃料电池)的发电、能够执行在运转停止时间歇性地向燃料电池堆1供给阴极气体的怠速停止运转的燃料电池系统100的控制方法，构成为包括以下步骤：设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值；阴极气体供给步骤，以使燃料电池堆1的输出电压为上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体；检测燃料电池堆1的湿润状态；设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的湿润状态为适当状态的湿润适当范围；判定所检测出的燃料电池堆1的湿润状态是否处于所设定的湿润适当范围内；以及在判定为所检测出的燃料电池堆1的湿润状态脱离所设定的湿润适当范围的情况下，重新设定燃料电池堆1的输出电压。另外，燃料电池系统100的控制方法构成为：在重新设定了燃料电池堆1的输出电压的情况下，在阴极气体供给步骤中，以使燃料电池堆1的输出电压为重新设定的输出电压的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体。在此，在燃料电池堆1的输出电压的重新设定中，只要以升高其上限值(或者，基于上限值和下限值的控制范围)的方式设定即可。本实施方式的燃料电池系统100的控制方法是这样构成的，因此能够起到与上述的燃料电池系统100同样的效果。即，根据本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，能够使从怠速停止运转恢复时的燃料电池堆1的输出电压稳定化、缩短从怠速停止运转起的燃料电池车辆的停止时间、以及提高零下启动性能。
[0154] 此外，在本实施方式中，说明了基于燃料电池堆1的输出电压和输出电流来实现本实施方式的控制方法的情况。然而，本发明不仅能够进行针对燃料电池堆1的物理量的控制，也能够基于燃料电池堆1内的各燃料电池的物理量来实现本实施方式的控制方法。
[0155] 此外，在本实施方式中，在湿润适当范围判定部260判定为由湿润状态检测部210检测出的燃料电池堆1的湿润状态脱离所设定的湿润适当范围的情况下，输出电压上限值重新设定部270将燃料电池堆1的输出电压的所设定的上限值以升高的方式重新设定。然而，本发明不限定于这种结构。在这种条件下，输出电压上限值重新设定部270(或控制器200)也可以不重新设定输出电压的上限值，而是例如对由输出电压上下限值设定部230设定的上限值和下限值这两方、即输出电压的变动范围(带)进行重新设定或者对该变动范围的中间值进行重新设定。另外，在对输出电压的变动范围进行重新设定的情况下，只要升高上限值并且将下限值也升高即可。在这样构成的情况下，也不会在输出电压的上限值附近在燃料电池堆1内产生水，因此能够使燃料电池堆1内的湿润状态向干燥侧转变。
[0156] (第二实施方式)
[0157] 下面，主要说明本发明的第二实施方式的与第一实施方式的不同点。此外，燃料电池系统100的整体结构与第一实施方式实质上相同，因此在此使用图1来进行说明，省略系统整体结构的详细说明。另外，在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用同一标记并适当省略重复的说明。
[0158] 在上述的第一实施方式中，没有具体地示出在将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定之后如何恢复为通常的怠速停止运转控制。在第二实施方式中，将重新设定上限值恢复为原来的上限值，这一点与第一实施方式不同。
[0159] 首先，说明本实施方式的对燃料电池系统100进行控制的控制器201的控制功能。图10是表示本发明的第二实施方式中的对燃料电池系统进行控制的控制器201的功能结构的一例的框图。此外，图10所示的控制器201的功能框图主要记载了本发明所涉及的功能，与燃料电池系统100的通常的运转控制、其它控制有关的功能有时会省略一部分。
[0160] 如图10所示，本实施方式的控制器201包括湿润状态检测部210、运转状态检测部220、输出电压上下限值设定部230、湿润适当范围设定部240、输出电压判定部250、湿润适当范围判定部260、输出电压上限值重新设定部270、阴极气体供给控制部280以及目标湿润度设定部290。
[0161] 在重新设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值的情况下，目标湿润度设定部290设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的目标湿润度或目标湿润范围。在本实施方式中，为了高效地执行从怠速停止运转向通常运转的恢复、车辆的停止，而设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的目标湿润度(目标湿润范围)。所设定的目标湿润度或目标湿润范围被输出到湿润适当范围判定部260。
[0162] 湿润适当范围判定部260将由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态与获取到的目标湿润度或目标湿润范围进行比较，将比较结果输出到输出电压上限值重新设定部270。
[0163] 在本实施方式中，输出电压上限值重新设定部270基于从湿润适当范围判定部260获取到的比较结果，来将重新设定的燃料电池堆1的输出电压的上限值恢复为重新设定前的上限值。具体地说，在湿润适当范围判定部260判定为由湿润状态检测部210估计的当前的燃料电池堆1的湿润状态已达到由目标湿润度设定部290设定的目标湿润度或目标湿润范围的情况下，输出电压上限值重新设定部270将重新设定上限值恢复为重新设定前的上限值。
[0164] 接着，使用图11所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，仅说明与第一实施方式不同的输出电压上限值重新设定处理的流程图。图11是表示由本发明的第二实施方式中的控制器201执行的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。当在怠速停止运转处理的步骤S12中设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值时，控制器201执行该输出电压上限值重新设定处理。
[0165] 在该输出电压上限值重新设定处理中，控制器201的湿润适当范围设定部240首先通过从未图示的存储器等读出所需的数据来设定燃料电池堆1的湿润适当范围(步骤S101)。
[0166] 接着，控制器201判定未图示的存储器中保存的重新设定标志是否为ON(开启)(步骤S201)。在此，“重新设定标志”是表示是否通过输出电压上限值重新设定部270重新设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值的标志。在重新设定标志为ON的情况下，表示在此前的例程中重新设定了输出电压的上限值。在判定为重新设定标志为ON的情况下，控制器201使处理流程转变为步骤S202。
[0167] 另一方面，在判定为重新设定标志不是ON而是OFF(关闭)的情况下，控制器201的湿润状态检测部210基于从阻抗测定装置6获取到的燃料电池堆1的内部阻抗来估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S102)。
[0168] 然后，湿润适当范围判定部260判定在步骤S102中估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否已在步骤S11中设定的湿润适当范围外(步骤S103)。在判定为湿润状态处于湿润适当范围内的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0169] 另一方面，在判定为湿润状态已在湿润适当范围外的情况下，输出电压上限值重新设定部270将在怠速停止运转处理的步骤S12中设定的输出电压的上限值以升高的方式重新设定(步骤S104)。具体地说，输出电压上限值重新设定部270从未图示的存储器获取使用图4来说明的燃料电池堆1的开路电压数据，将输出电压的上限值设定为该开路电压与规定的余量相加而得到的值。
[0170] 另外，在本实施方式中，在输出电压上限值重新设定部270重新设定了输出电压的上限值的情况下，控制器201将未图示的存储器中保存的重新设定标志从OFF切换为ON(步骤S104)。
[0171] 接着，控制器201的目标湿润度设定部290设定怠速停止运转时的燃料电池堆1的目标湿润范围或目标湿润度(步骤S202)。此外，在本实施方式中，设目标湿润范围或目标湿润度位于湿润适当范围的上限值附近。
[0172] 接着，控制器201的湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否已达到目标湿润范围或目标湿润度(步骤S203)。在判定为估计出的湿润状态未达到目标湿润范围或目标湿润度的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0173] 另一方面，在判定为估计出的湿润状态已达到目标湿润范围或目标湿润度的情况下，输出电压上限值重新设定部270将重新设定上限值恢复为作为原来的上限值的通常的上限值，并且将重新设定标志从ON切换为OFF(步骤S204)，结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0174] 下面，使用图12和图13所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作的例子。首先，使用图12来说明时序图的一例。图12是表示本发明的第二实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图的一例。在本例中，说明以下例子：重新设定上限值一下子被降低而恢复为原来的上限值。此外，也有时省略与第一实施方式中的图6的时序图同样的状态变化的说明。
[0175] 与图6所示的情况同样地，在燃料电池系统100的怠速停止运转中，输出电压被控制为上限值与下限值之间的值。通过向燃料电池堆1供给阴极气体，输出电压上下脉动，在输出电压达到上限值的时机，间歇性地输出燃料电池堆1的输出电流。由此，在燃料电池堆1内产生生成水，燃料电池堆1的湿润状态逐渐下降(向湿润方向变化)。
[0176] 当湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，输出电压上限值重新设定部270将输出电压的上限值切换为重新设定上限值。在重新设定输出电压的上限值后，通过以固定流量来进行规定时间的阴极气体的第二次供给，燃料电池堆1的湿润状态达到由目标湿润度设定部290设定的目标湿润范围。
[0177] 在第一实施方式中构成为：即使燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的上限值，也不变更输出电压的重新设定上限值。另一方面，在本实施方式的一例中，设定目标湿润范围，当湿润状态达到该目标湿润范围时，将输出电压的上限值从重新设定上限值一下子恢复为原来的上限值。
[0178] 此时，燃料电池堆1的输出电压恢复为原来的上限值，由此低于开路电压，因此产生比较大的输出电流，产生很多生成水。由此，燃料电池堆1的湿润状态也以大的阶梯向湿润侧变化。这样，在本例中，通过燃料电池堆1的湿润状态达到目标湿润范围，湿润状态会再次向湿润侧变化。
[0179] 接着，使用图13来说明时序图的另一例。图13是表示本发明的第二实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图的另一例。在本例中，说明以下例子：重新设定上限值基于各种函数呈阶梯状地被降低而恢复为原来的上限值。
[0180] 在本例中，特征在于，在图11所示的输出电压上限值重新设定处理的流程图的步骤S104中重新设定输出电压的上限值的情况下，在本例程中基于在步骤S102中估计出的实际的湿润状态(下面也称为“实际湿润状态”)与作为控制的目标的目标湿润状态之差，来对输出电压的重新设定上限值实施规定的处理。
[0181] 作为“规定的处理”，例如能够设想到以下情况：根据实际湿润状态与目标湿润状态之差来对输出电压的上限值执行反馈控制；作为该差与输出电压的上限值之间的函数，而运算输出电压的上限值；或者，基于该差与输出电压的上限值之间的表格，来决定输出电压的上限值。
[0182] 在图13的时序图中示出了使输出电压的重新设定上限值在阴极气体的供给时机呈一次函数地下降的例子。与图12的时序图同样地，当在步骤S102中估计出的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，输出电压上限值重新设定部270将燃料电池堆1的输出电压的上限值设定为开路电压以上的规定的重新设定上限值。之后，保持为规定的重新设定上限值，直到输出电压达到其下限值为止。
[0183] 当输出电压达到其下限值时，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体。当像这样开始阴极气体的供给时，重新设定上限值以基于当前的湿润状态与目标湿润状态之差的规定的斜率逐渐被降低。此时，由于供给阴极气体，因此燃料电池堆1的输出电压也上升。
[0184] 然后，在这些线在二维平面交叉的时机，阴极气体供给控制部280停止阴极气体的供给。此外，在本例中，设交叉后的输出电压的上限值仍比燃料电池堆1的开路电压高。因此，根据燃料电池堆1的I-V特性来看，不产生生成水。
[0185] 与重新设定了输出电压的上限值的情况同样地，在该交叉的时机的输出电压的上限值处，再次保持重新设定上限值直到下一个阴极气体的供给时机为止。当输出电压达到其下限值时，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22来向燃料电池堆1供给阴极气体。在上升的输出电压与下降的重新设定上限值在二维平面交叉的时机，阴极气体供给控制部280停止阴极气体的供给。
[0186] 在本例中，在该交叉时机，输出电压的上限值从重新设定上限值切换为原来的上限值。另外，第二次交叉时机下的输出电压的上限值比开路电压低，因此会输出输出电流并且产生生成水。由此，燃料电池堆1的湿润状态稍微向湿润侧变化。
[0187] 如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100构成为除了上述第一实施方式中的燃料电池系统100的结构以外，还具备设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的目标湿润度或目标湿润范围的目标湿润度设定部290。而且，输出电压上限值重新设定部270构成为基于由湿润状态检测部210检测出的燃料电池堆1的湿润状态以及由目标湿润度设定部290设定的目标湿润度或目标湿润范围来将重新设定的燃料电池堆1的输出电压的上限值恢复为重新设定前的上限值。在本实施方式中，通过像这样构成燃料电池系统100，当在怠速停止运转中燃料电池堆1的湿润状态进入目标湿润范围或达到目标湿润度时，将燃料电池堆1的输出电压的重新设定上限值恢复为原来的上限值。由此，能够缩短燃料电池堆1的各电极(阳极电极和阴极电极)暴露于高电位的时间，因此能够有效抑制燃料电池的电解质膜等的高电位劣化。
[0188] 因而，根据本实施方式的燃料电池系统100，除了第一实施方式的燃料电池系统100所起到的效果以外，还能够延长燃料电池堆1的各电极、电解质膜的寿命。
[0189] 另外，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法构成为除了上述第一实施方式的控制方法的各步骤以外还包括以下步骤：设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的目标湿润度或目标湿润范围；以及基于检测出的燃料电池堆1的湿润状态以及所设定的目标湿润度或目标湿润范围，来将重新设定的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值恢复为重新设定前的上限值和下限值。通过像这样构成本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，除了第一实施方式的燃料电池系统100的控制方法的效果以外，还能够缩短燃料电池堆1的各电极(阳极电极和阴极电极)暴露于高电位的时间，因此能够有效抑制燃料电池的电解质膜等的高电位劣化。此外，在仅重新设定了输出电压的上限值的情况下，不需要变更下限值(恢复原样)，因此只要仅将上限值恢复为重新设定前的上限值即可。
[0190] (第三实施方式)
[0191] 下面，主要说明本发明的第三实施方式与第二实施方式的不同点。此外，燃料电池系统100的整体结构与第一实施方式实质上相同，因此在此使用图1来进行说明，省略系统整体结构的详细说明。另外，在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用同一标记并适当省略重复的说明。
[0192] 在上述的第二实施方式中，在将燃料电池堆1的输出电压的重新设定上限值恢复为原来的上限值时，从重新设定上限值一下子恢复至原来的上限值或者基于实际湿润状态与目标湿润状态之差来对输出电压的重新设定上限值实施规定的处理。在本实施方式中，在以下方面与第二实施方式不同：不实施这种急剧的变化、烦杂的处理，而是取而代之地在燃料电池堆1的湿润状态达到目标湿润范围之后燃料电池堆1的输出电压下降至原来的上限值时，将重新设定上限值恢复为原来的上限值。
[0193] 此外，本实施方式的控制器201的功能实质上与第二实施方式的控制器201相同，因此在下面的说明中，使用图10的功能框图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。
[0194] 首先，使用图14所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，仅说明与第二实施方式不同的输出电压上限值重新设定处理的流程图。图14是表示由本发明的第三实施方式中的控制器201执行的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。当在怠速停止运转处理的步骤S12中设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值时，控制器201执行该输出电压上限值重新设定处理。
[0195] 在该输出电压上限值重新设定处理中，控制器201的湿润适当范围设定部240首先通过从未图示的存储器等读出所需的数据来设定燃料电池堆1的湿润适当范围(步骤S101)。
[0196] 接着，控制器201判定未图示的存储器中保存的重新设定标志是否为ON(步骤S201)。在重新设定标志为ON的情况下，表示在此前的例程中重新设定了输出电压的上限值。在判定为重新设定标志为ON的情况下，控制器201使处理流程转变为步骤S202。
[0197] 另一方面，在判定为重新设定标志不是ON而是OFF的情况下，控制器201的湿润状态检测部210基于从阻抗测定装置6获取到的燃料电池堆1的内部阻抗来估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S102)。
[0198] 然后，湿润适当范围判定部260判定在步骤S102中估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否已在步骤S11中设定的湿润适当范围外(步骤S103)。在判定为湿润状态处于湿润适当范围内的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0199] 另一方面，在判定为湿润状态已在湿润适当范围外的情况下，输出电压上限值重新设定部270将在怠速停止运转处理的步骤S12中设定的输出电压的上限值以升高的方式重新设定(步骤S104)。具体地说，输出电压上限值重新设定部270从未图示的存储器获取使用图4来说明的燃料电池堆1的开路电压数据，将输出电压的上限值设定为该开路电压与规定的余量相加而得到的值。
[0200] 另外，在本实施方式中，在输出电压上限值重新设定部270重新设定了输出电压的上限值的情况下，控制器201将未图示的存储器中保存的重新设定标志从OFF切换为ON(步骤S104)。
[0201] 接着，控制器201的目标湿润度设定部290设定怠速停止运转时的燃料电池堆1的目标湿润范围或目标湿润度(步骤S202)。此外，在本实施方式中，设目标湿润范围或目标湿润度位于湿润适当范围的上限值附近。
[0202] 接着，控制器201的湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否已达到目标湿润范围或目标湿润度(步骤S203)。在判定为估计出的湿润状态未达到目标湿润范围或目标湿润度的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0203] 另一方面，在判定为估计出的湿润状态已达到目标湿润范围或目标湿润度的情况下，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的当前的输出电压是否已变为重新设定之前的原来的输出电压的上限值以下(步骤S301)。在判定为当前的输出电压大于原来的上限值的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0204] 另外，在判定为当前的输出电压为原来的上限值以下的情况下，输出电压上限值重新设定部270将重新设定上限值恢复为作为原来的上限值的通常的上限值，并且将重新设定标志从ON切换为OFF(步骤S204)，结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0205] 下面，使用图15所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作的一例。图15是表示本发明的第三实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。在本例中，说明以下的例子：在湿润状态达到目标湿润范围之后，在输出电压第一次达到原来的上限值时，将输出电压的上限值恢复为原来的上限值。此外，也有时省略与第一实施方式中的图6的时序图同样的状态变化的说明。
[0206] 在本例中，特征在于，在图14所示的输出电压上限值重新设定处理的流程图的步骤S301、S204中将输出电压的重新设定上限值恢复为原来的上限值的情况下，基于当前的输出电压和原来的上限值来决定恢复的时机。
[0207] 在图15的时序图中，与上述的第一实施方式及第二实施方式同样地，间歇性地输出电池堆1的输出电流，由此在燃料电池堆1内产生生成水，燃料电池堆1的湿润状态逐渐下降(向湿润方向变化)。当由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，输出电压上限值重新设定部270将燃料电池堆1的输出电压的上限值设定为开路电压以上的规定的重新设定上限值。
[0208] 在输出电压的上限值被设定为重新设定上限值之后，当燃料电池堆1的输出电压达到下限值时，阴极气体供给控制部280以规定的最大流量向燃料电池堆1供给阴极气体。此时，输出电压的重新设定上限值比燃料电池堆1的开路电压高，因此不会产生输出电流，能够使燃料电池堆1急剧地干燥。
[0209] 之后，当判定为通过阴极气体的第二次供给而由湿润状态检测部210估计出的湿润状态已达到目标湿润范围时，输出电压判定部250进一步判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否变为原来的上限值以下(步骤S301)。
[0210] 然后，当判定为输出电压已变为原来的上限值以下时，输出电压上限值重新设定部270将输出电压的上限值从重新设定上限值重新设定为原来的上限值(步骤S204)。此后，阴极气体供给控制部280以使输出电压为原来的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地向燃料电池堆1供给阴极气体。
[0211] 在本实施方式中，与第二实施方式的情况相比，能够更长时间地将输出电压的上限值保持为重新设定上限值，因此在设定为重新设定上限值的期间，即使阴极气体供给控制部280向燃料电池堆1供给阴极气体，也不会取出多余的输出电压。由此，将燃料电池堆1的湿润状态更长时间地保持于目标湿润范围附近。
[0212] 如以上所说明的那样，相对于第二实施方式中的燃料电池系统100的控制方法，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法构成为：在恢复上限值的步骤中，在检测出的燃料电池堆1的湿润状态比所设定的目标湿润度或目标湿润范围干燥(或者已到达目标湿润度或目标湿润范围附近)的情况下，在燃料电池堆1的输出电压变为重新设定前的输出电压的上限值(原来的上限值)以下之后，将重新设定的燃料电池堆1的上限值恢复为重新设定前的上限值。
[0213] 通过像这样构成燃料电池系统100的控制方法，不会发生以下情况：虽然估计出的湿润状态已达到目标湿润范围，但是在燃料电池堆1的输出电压低于原来的上限值之前将重新设定上限值恢复为原来的上限值。因此，能够抑制由于将输出电压的上限值恢复为原来的上限值而产生的输出电流的消耗，也能够抑制生成水的产生。由此，能够将燃料电池堆1的湿润状态更长时间地保持于目标湿润范围(湿润适当范围)内。
[0214] 因而，根据本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，与第一实施方式及第二实施方式相比，能够提高将怠速停止运转中的燃料电池堆1的湿润状态保持于湿润适当范围的持续时间。由此，能够抑制怠速停止运转中的生成水的产生、并且抑制输出电流的取出，因此能够提高燃料电池车辆的燃烧消耗率。
[0215] (第四实施方式)
[0216] 下面，主要说明本发明的第四实施方式与第一实施方式的不同点。此外，燃料电池系统100的整体结构与第一实施方式实质上相同，因此在此使用图1来进行说明，省略系统整体结构的详细说明。另外，在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用同一标记并适当省略重复的说明。
[0217] 在上述的第一实施方式～第三实施方式中，根据间歇供给时的上限值来控制由阴极气体供给控制部280设定的阴极气体的供给量使得该供给量为规定量以下。在本实施方式中，在以下方面与第一实施方式～第三实施方式不同：在由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态低于湿润适当范围的下限值时，基于该估计出的湿润状态与目标湿润范围之间的偏差，来决定阴极气体的供给流量和供给时间。
[0218] 此外，本实施方式的控制器201的功能实质上与第二实施方式的控制器201相同，因此，在下面的说明中，使用图10的功能框图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。
[0219] 首先，使用图16所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。在本实施方式中，仅说明与第一实施方式不同的怠速停止运转处理的流程图。图16是表示由本发明的第四实施方式中的控制器201执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。当在图7所示的怠速停止判定处理的步骤S1中判定为怠速停止开始条件已成立时，控制器201执行该怠速停止运转处理。
[0220] 在该怠速停止运转处理中，控制器201的阴极气体供给控制部280首先使压缩机22停止，停止阴极气体的供给(步骤S11)。输出电压上下限值设定部230设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值(步骤S12)。然后，输出电压上限值重新设定部270执行输出电压上限值重新设定处理(步骤S13)。
[0221] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的下限值以下(步骤S14)。在判定为输出电压大于下限值的情况下，控制器201直接结束该怠速停止运转处理。此后，直到在怠速停止判定处理的步骤S3中判定为怠速停止结束条件已成立为止，控制器201执行该怠速停止运转处理。
[0222] 另一方面，在判定为输出电压已变为下限值以下的情况下，控制器201(也可以由湿润适当范围判定部260来进行)将由湿润状态检测部210估计出的当前的湿润状态与在输出电压上限值重新设定处理的步骤S202中设定的目标湿润范围进行比较，运算它们的偏差(步骤S21)。
[0223] 然后，控制器201基于运算出的偏差来决定要向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量和供给时间(步骤S22)。阴极气体供给控制部280基于所决定的阴极气体的流量和供给时间来驱动压缩机22，向燃料电池堆1供给阴极气体(步骤S15)。
[0224] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的上限值或在申请电压上限值重新设定处理的步骤S104中重新设定的上限值以上(步骤S16)。在判定为输出电压小于上限值的情况下，控制器201在该步骤S16中待机，直到输出电压变为上限值以上为止。
[0225] 另一方面，在判定为输出电压为上限值以上的情况下，湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210估计出的湿润状态是否已达到目标湿润范围(步骤S23)。在判定为估计出的湿润状态已达到目标湿润范围的情况下，阴极气体供给控制部280停止压缩机22，来停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给(步骤S17)，结束该怠速停止运转处理。
[0226] 在判定为估计出的湿润状态未达到目标湿润状态的情况下，湿润状态检测部210再次估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S24)，重复步骤S21～S24的处理，直到估计出的湿润状态达到目标湿润范围为止。
[0227] 下面，使用图17所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作的一例。图17是表示本发明的第四实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。在本例中，说明以下情况：在估计出的湿润状态达到目标湿润范围之后，通过急剧地向燃料电池堆1供给阴极气体，来尽快达到目标湿润范围。此外，也有时省略与第一实施方式中的图6的时序图同样的状态变化的说明。
[0228] 在本例中，特征在于，在判定为燃料电池堆1的湿润状态已达到湿润适当范围的下限值的情况下，基于估计出的湿润状态与目标湿润范围之间的偏差来决定阴极气体的供给流量和供给时间(步骤S21、S22)，基于所决定的供给流量和供给时间来向燃料电池堆1供给阴极气体。
[0229] 在图17的时序图中，当由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时(参照图17D)，控制器201基于根据湿润状态和目标湿润范围所运算出的偏差来决定要向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量和供给时间(步骤S21、S22)。
[0230] 基于这样决定的阴极气体的供给流量和供给时间，阴极气体供给控制部280向燃料电池堆1供给阴极气体(参照图17C)。由此，燃料电池堆1的输出电压达到重新设定上限值(参照图17A)，因此供给氧与多余的残留氢的电化学反应所产生的能量作为输出电流被取出(参照图17B)。
[0231] 当阴极气体的供给结束时，燃料电池堆1的湿润状态达到目标湿润范围。然后，燃料电池堆1的输出电压逐渐下降。在本实施方式中，省略将输出电压的上限值从重新设定上限值切换为原来的上限值这一点的具体说明。然而，如图17所示，例如，在湿润状态达到目标湿润范围之后燃料电池堆1的输出电压达到下限值时，输出电压上限值重新设定部270只要将输出电压的上限值从重新设定上限值切换为原来的上限值即可。
[0232] 如以上所说明的那样，相对于上述第二实施方式中的燃料电池系统100的控制方法，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法构成为：在以燃料电池堆1的输出电压为重新设定的输出电压的上限值与下限值(也可以不重新设定下限值)之间的值的方式间歇性地供给阴极气体的情况下，在阴极气体供给步骤中，基于检测出的燃料电池堆1的湿润状态以及所设定的目标湿润度或目标湿润范围，来决定要供给的阴极气体流量和供给时间，基于所决定的该阴极气体流量和供给时间来(间歇性地)向燃料电池堆1供给阴极气体。
[0233] 根据本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，在估计出的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，以一下子变为目标湿润范围的方式供给阴极气体，因此能够使燃料电池堆1内的湿润状态尽快转变为目标湿润范围。由此，能够使怠速停止运转中的燃料电池堆1内的湿润状态迅速地适当化。
[0234] (第五实施方式)
[0235] 下面，主要说明本发明的第五实施方式与第二实施方式的不同点。此外，燃料电池系统100的整体结构与第一实施方式实质上相同，因此在此使用图1来进行说明，省略系统整体结构的详细说明。另外，在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用同一标记并适当省略重复的说明。
[0236] 在上述的第四实施方式中，在由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态低于湿润适当范围的下限值时，基于该估计出的湿润状态与目标湿润范围之间的偏差来决定阴极气体的供给流量和供给时间，阴极气体供给控制部280基于所决定的阴极气体的供给流量和供给时间，向燃料电池堆1供给阴极气体。在本实施方式中，在以下方面与第四实施方式不同：在由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态低于湿润适当范围的下限值时，运算燃料电池堆1内的水收支，基于该运算出的水收支来重新设定输出电压的上限值，并且决定阴极气体供给流量。
[0237] 此外，本实施方式的控制器201的功能实质上与第二实施方式的控制器201相同，因此，在下面的说明中，使用图10的功能框图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。
[0238] 首先，使用图18和图19所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。图18是表示由本发明的第五实施方式中的控制器201执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。当在图7所示的怠速停止判定处理的步骤S1中判定为怠速停止开始条件已成立时，控制器201执行该怠速停止运转处理。
[0239] 在该怠速停止运转处理中，控制器201的阴极气体供给控制部280首先使压缩机22停止，停止阴极气体的供给(步骤S11)。输出电压上下限值设定部230设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值(步骤S12)。然后，输出电压上限值重新设定部270执行输出电压上限值重新设定处理(步骤S13)。
[0240] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的下限值以下(步骤S14)。在判定为输出电压大于下限值的情况下，控制器201直接结束该怠速停止运转处理。此后，直到在怠速停止判定处理的步骤S3中判定为怠速停止结束条件已成立为止，控制器201执行该怠速停止运转处理。
[0241] 另一方面，在判定为输出电压为下限值以下的情况下，控制器201基于通过电化学反应产生的生成水的量、阴极排气所包含的从燃料电池堆1排出的生成水的量等来运算燃料电池堆1内的水收支(步骤S31)。此外，燃料电池堆1的水收支不限于这样运算的情况，例如也可以使用规定的对应表等来决定。
[0242] 然后，控制器201基于运算出的水收支来决定要向燃料电池堆1供给的阴极气体的目标流量(步骤S32)。阴极气体供给控制部280基于所决定的阴极气体的目标流量，驱动压缩机22，来向燃料电池堆1供给阴极气体(步骤S15)。
[0243] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的上限值或在后述的申请电压上限值重新设定处理的步骤S402中重新设定的上限值以上(步骤S16)。在判定为输出电压小于上限值的情况下，控制器201在该步骤S16中待机，直到输出电压变为上限值以上为止。
[0244] 另一方面，在判定为输出电压为所设定的某一个上限值以上的情况下，湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210估计出的湿润状态是否已达到目标湿润范围(步骤S23)。在判定为估计出的湿润状态已达到目标湿润范围的情况下，阴极气体供给控制部280停止压缩机22来停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给(步骤S17)，结束该怠速停止运转处理。
[0245] 在判定为估计出的湿润状态未达到目标湿润状态的情况下，湿润状态检测部210再次估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S24)，重复步骤S16、S23、S24的处理，直到估计出的湿润状态达到目标湿润范围为止。
[0246] 图19是表示作为图18的怠速停止判定处理的副例程的输出电压上限值重新设定处理的一例的流程图。在怠速停止运转处理的步骤S12中设定了燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值时，控制器201执行该输出电压上限值重新设定处理。
[0247] 在该输出电压上限值重新设定处理中，控制器201的湿润适当范围设定部240首先通过从未图示的存储器等读出所需的数据来设定燃料电池堆1的湿润适当范围(步骤S101)。
[0248] 接着，控制器201判定未图示的存储器中保存的重新设定标志是否为ON(步骤S201)。在重新设定标志为ON的情况下，表示在此前的例程中重新设定了输出电压的上限值。在判定为重新设定标志为ON的情况下，控制器201使处理流程转变为步骤S202。
[0249] 另一方面，在判定为重新设定标志不是ON而是OFF的情况下，控制器201的湿润状态检测部210基于从阻抗测定装置6获取的燃料电池堆1的内部阻抗来估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S102)。
[0250] 然后，湿润适当范围判定部260判定在步骤S102中估计出的燃料电池堆1的湿润状态是否在步骤S11中设定的湿润适当范围外(步骤S103)。在判定为估计出的湿润状态处于湿润适当范围内的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0251] 另一方面，在判定为估计出的湿润状态在湿润适当范围外的情况下，控制器201基于通过电化学反应产生的生成水的量、阴极排气所包含的从燃料电池堆1排出的生成水的量等来运算燃料电池堆1内的水收支(步骤S401)。
[0252] 然后，输出电压上限值重新设定部270基于运算出的水收支，将在怠速停止运转处理的步骤S12中设定的输出电压的上限值以升高的方式重新设定(步骤S402)。具体地说，输出电压上限值重新设定部270基于使燃料电池堆1的水收支向烘干侧变化所需的阴极气体的流量等来设定重新设定上限值。
[0253] 另外，在本实施方式中，在输出电压上限值重新设定部270重新设定了输出电压的上限值的情况下，控制器201将未图示的存储器中保存的重新设定标志从OFF切换为ON(步骤S104)。
[0254] 接着，控制器201的目标湿润度设定部290设定怠速停止运转时的燃料电池堆1的目标湿润范围或目标湿润度(步骤S202)。此外，在本实施方式中，设目标湿润范围或目标湿润度位于湿润适当范围的上限值附近。
[0255] 接着，控制器201的输出电压判定部250判定燃料电池堆1的输出电压是否已变为下限值以下(步骤S403)。在判定为输出电压大于下限值的情况下，控制器201直接结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0256] 另一方面，在判定为输出电压已变为下限值以下的情况下，输出电压上限值重新设定部270将重新设定上限值恢复为作为原来的上限值的通常的上限值，并且将重新设定标志从ON切换为OFF(步骤S204)，结束该输出电压上限值重新设定处理。
[0257] 下面，使用图20所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作的一例。图20是表示本发明的第五实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。在本例中，说明以下情况：运算燃料电池堆1的水收支，基于运算出的水收支来向燃料电池堆1供给阴极气体。此外，也有时省略与第一实施方式中的图6的时序图同样的状态变化的说明。
[0258] 在本例中，特征在于，在判定为燃料电池堆1的湿润状态已变为湿润适当范围的下限值以下的情况下，控制器201运算燃料电池堆1的水收支，基于运算出的水收支来决定输出电压的上限值(或者上限值和下限值)的重新设定值，并且决定阴极气体的供给流量。
[0259] 在图20的时序图中，当由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时(参照图20D)，控制器201运算燃料电池堆1的水收支(参照图20E)，基于运算出的水收支来决定要向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量以及输出电压的重新设定上限值(步骤S32、S402)。
[0260] 阴极气体供给控制部280基于所决定的供给流量来驱动压缩机22，向燃料电池堆1供给阴极气体。由此，燃料电池堆1的输出电压达到重新设定上限值(参照图20A)，因此供给氧与多余的残留氢的电化学反应所产生的能量作为输出电流被取出(参照图20B)。
[0261] 然后，当燃料电池堆1的湿润状态进入目标湿润范围或达到目标湿润度时，停止阴极气体供给控制部280的阴极气体的供给(参照图20C)。之后，输出电压逐渐下降，达到下限值。在此期间，不会取出输出电流，因此能够将燃料电池堆1的湿润状态保持为目标湿润范围(参照图20D)。
[0262] 当输出电压达到下限值时，输出电压上限值重新设定部270将输出电压的上限值从重新设定上限值恢复为原来的上限值。此时，阴极气体供给控制部280间歇性地向燃料电池堆1供给阴极气体。因此，输出电压上升至上限值，多余的能量作为输出电流被取出。然后，燃料电池堆1的湿润状态与取出输出电流的量相应地向湿润侧变化。
[0263] 如以上所说明的那样，相对于上述第二实施方式中的燃料电池系统100的控制方法，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法还包括运算怠速停止运转中的燃料电池堆1的水收支的步骤，在检测出的燃料电池堆1的湿润状态相比于湿润适当范围偏向湿润侧的情况下，为了使运算出的水收支变为干燥方向，而在重新设定步骤中至少将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，并且在阴极气体供给步骤中基于重新设定的该输出电压的上限值来决定要供给的阴极气体流量，基于所决定的该阴极气体流量和运算出的水收支来间歇性地供给阴极气体。另外，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法构成为：在所检测出的燃料电池堆1的湿润状态相比于湿润适当范围偏向干燥侧的情况下，为了使所运算出的水收支变为湿润方向，而在重新设定步骤中将燃料电池堆1的输出电压的上限值以恢复为重新设定前的上限值的方式重新设定，并且在阴极气体供给步骤中基于重新设定的该输出电压的上限值(原来的上限值)来决定要供给的阴极气体流量，基于所决定的该阴极气体流量和所运算出的水收支来间歇性地供给阴极气体。
[0264] 根据本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，在估计出的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，基于燃料电池堆1内的水收支，以一下子变为目标湿润范围的方式供给阴极气体，因此能够使燃料电池堆1内的湿润状态尽快转变为目标湿润范围。由此，能够使怠速停止运转中的燃料电池堆1内的湿润状态迅速地适当化。另外，能够基于燃料电池堆1内的水收支来决定燃料电池堆1的输出电压的上限值和阴极气体的供给量，因此能够高精度地使燃料电池堆1的湿润状态适当化。此外，在燃料电池堆1的湿润状态相比于湿润适当范围偏向湿润侧的情况下，也可以使输出电压的下限值以升高的方式重新设定。在该情况下，在燃料电池堆1的湿润状态相比于湿润适当范围偏向干燥侧的情况下，只要将重新设定的输出电压的下限值以恢复为原来的下限值的方式重新设定即可。
[0265] (第六实施方式)
[0266] 下面，主要说明本发明的第六实施方式与第一实施方式的不同点。此外，燃料电池系统100的整体结构与第一实施方式实质上相同，因此在此使用图1来进行说明，省略系统整体结构的详细说明。另外，在本实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式相同的功能的部分，使用同一标记并适当省略重复的说明。
[0267] 在上述第一实施方式～第五实施方式中，当燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时，控制器200或201进行控制以将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，使湿润状态达到目标湿润范围。在本实施方式中，在以下方面与第一实施方式～第五实施方式不同：在这种状况下，也不升高燃料电池堆1的输出电压的上限值，而是通过增大阴极气体的供给量和供给时间中的至少一方来使燃料电池堆1的湿润状态达到目标湿润范围。
[0268] 此外，本实施方式的控制器200的功能除了省略输出电压上限值重新设定部270并且将湿润适当范围判定部260的判定结果直接输出到阴极气体供给控制部280这一点以外，与第一实施方式的控制器200相同，因此在下面的说明中，使用图3的功能框图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。
[0269] 首先，使用图21所示的流程图来说明本实施方式的燃料电池系统100的动作。图21是表示由本发明的第六实施方式中的控制器200执行的怠速停止运转处理的一例的流程图。当在图7所示的怠速停止判定处理的步骤S1中判定为怠速停止开始条件已成立时，控制器200执行该怠速停止运转处理。
[0270] 在该怠速停止运转处理中，控制器200的阴极气体供给控制部280首先使压缩机22停止，停止阴极气体的供给(步骤S11)。然后，输出电压上下限值设定部230设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值(步骤S12)。
[0271] 接着，湿润适当范围设定部240设定燃料电池堆1的湿润适当范围(其上限值和下限值)并且设定怠速停止运转时的目标湿润范围(步骤S41)，湿润状态检测部210估计燃料电池堆1的湿润状态(步骤S42)。
[0272] 接着，湿润适当范围判定部260判定所估计出的湿润状态是否为湿润适当范围的下限值(即，湿润侧的极限值)以下(步骤S43)。在判定为估计出的湿润状态为湿润适当范围的下限值以下的情况下，控制器200使处理流程转变为步骤S21。
[0273] 在该情况下，控制器200(也可以由湿润适当范围判定部260来进行)将由湿润状态检测部210估计出的当前的湿润状态与在步骤S41中设定的目标湿润范围进行比较，来运算它们的偏差(步骤S21)。
[0274] 然后，控制器200基于运算出的偏差来决定要向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量(步骤S44)。阴极气体供给控制部280基于所决定的阴极气体的流量来驱动压缩机22，向燃料电池堆1供给阴极气体(步骤S45)。
[0275] 接着，湿润适当范围判定部260判定由湿润状态检测部210估计出的湿润状态是否已达到目标湿润范围(步骤S23)。在估计出的湿润状态达到目标湿润范围之前，阴极气体供给控制部280继续向燃料电池堆1供给阴极气体。在判定为估计出的湿润状态已达到目标湿润范围的情况下，阴极气体供给控制部280停止压缩机22，来停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给(步骤S46)，结束该怠速停止运转处理。
[0276] 另一方面，在步骤S43中判定为估计出的湿润状态大于湿润适当范围的情况下，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的下限值以下(步骤S14)。在判定为输出电压大于下限值的情况下，控制器200直接结束该怠速停止运转处理。
[0277] 在判定为输出电压已变为下限值以下的情况下，阴极气体供给控制部280驱动压缩机22，来向燃料电池堆1供给阴极气体(步骤S15)。
[0278] 接着，输出电压判定部250判定由电压传感器52检测出的燃料电池堆1的输出电压是否已变为在步骤S12中设定的上限值以上(步骤S16)。在判定为输出电压小于上限值的情况下，控制器200在该步骤S16中待机，直到输出电压变为上限值以上为止。
[0279] 另一方面，在判定为输出电压为所设定的某一个上限值以上的情况下，阴极气体供给控制部280停止压缩机22，来停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给(步骤S17)，结束该怠速停止运转处理。
[0280] 下面，使用图22所示的时序图来说明本实施方式中的燃料电池系统100的动作的一例。图22是表示本发明的第六实施方式中的怠速停止运转处理中的各物理量的状态变化的时序图。在本例中，说明以下情况：在湿润状态达到目标湿润范围之后，不重新设定输出电压的上限值，而是急剧地向燃料电池堆1供给阴极气体，由此使得尽快达到目标湿润范围。此外，也有时省略与第一实施方式中的图6的时序图同样的状态变化的说明。
[0281] 在本例中，当由湿润状态检测部210估计出的燃料电池堆1的湿润状态达到湿润适当范围的下限值时(参照图22D)，阴极气体供给控制部280基于根据当前的湿润状态与目标湿润范围之间的偏差所设定的阴极气体的供给流量，向燃料电池堆1连续地供给阴极气体(参照图22C)。
[0282] 在此，在本例中，不通过输出电压上限值重新设定部270将输出电压的上限值以升高的方式进行重新设定，因此，通过阴极气体的供给，会取出某种程度的输出电流，与此相应地，会产生相应的生成水。然而，由于阴极气体的供给流量也相应地大，因此生成水的从燃料电池堆1排出的量也非常多。这样，在本例中，与第五实施方式的情况相比，使燃料电池堆1内干燥要稍微耗费时间。
[0283] 当估计出的湿润状态达到目标湿润范围时，阴极气体供给控制部280停止向燃料电池堆1的阴极气体的供给，由此，生成水的产生也停止。因此，与通常的怠速停止运转中同样地，燃料电池堆1的输出电压逐渐下降，达到输出电压的下限值。
[0284] 此后的控制与通常的怠速停止运转中同样，阴极气体供给控制部280向燃料电池堆1间歇性地供给阴极气体。在本实施方式中，控制器200在怠速停止运转中执行这种控制，对燃料电池堆1内的湿润状态进行控制。
[0285] 如以上所说明的那样，本实施方式的燃料电池系统100的控制方法构成为：还包括设定怠速停止运转中的燃料电池堆1的目标湿润度或目标湿润范围的步骤，即使在判定为检测出的燃料电池堆1的湿润状态脱离湿润适当范围的情况下，也不在重新设定步骤中将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定，而是在阴极气体供给步骤中，基于检测出的燃料电池堆1的湿润状态以及所设定的目标湿润度或目标湿润范围来决定要供给的阴极气体流量和供给时间中的至少一方，基于所决定的该阴极气体流量和供给时间来间歇性地供给阴极气体。
[0286] 根据本实施方式的燃料电池系统100的控制方法，与第一实施方式～第五实施方式不同，即使湿润状态达到湿润适当范围的下限值，也不将输出电压的上限值以升高的方式重新设定，因此能够抑制燃料电池堆1内的各燃料电池的电解质膜等暴露于高电位的情况。由此，能够抑制电解质膜的高电位劣化加剧，能够抑制燃料电池堆1的性能劣化，并且延长燃料电池堆1的寿命。
[0287] 此外，在图21所示的流程图和图22所示的时序图中，说明了仅设定阴极气体的供给流量的情况。然而，本发明也可以如第五实施方式那样，也决定供给时间，阴极气体供给控制部280根据供给流量和供给时间来向燃料电池堆1供给阴极气体。或者，也可以仅决定阴极气体的供给时间，阴极气体供给控制部280根据供给时间来向燃料电池堆1供给阴极气体
[0288] 以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0289] 在上述的各实施方式中说明了以下情况：在怠速停止运转中，将燃料电池堆1的湿润状态(燃料电池的电解质膜的湿润状态)用作进行通过重新设定燃料电池堆1的输出电流的上限值或供给多的阴极气体来使燃料电池堆1内干燥的控制的时机。然而，本发明不限于将燃料电池堆1的湿润状态用作控制对象，也可以将估计湿润状态之前的测定HFR用作控制对象。在该情况下，图3和图10的各块只要检测或获取或设定与燃料电池堆1的HFR有关的信息(数据)、或基于与燃料电池堆1的HFR有关的信息(数据)来进行判定即可。
[0290] 另外，在上述的各实施方式中，说明了使用燃料电池堆1的输出电压的上限值和下限值来进行各种控制的情况。然而，本发明也可以使用燃料电池堆1内的规定量的燃料电池的输出电压、各燃料电池的端子间电压的平均值等。
[0291] 并且，在上述的第一实施方式～第五实施方式中说明了以下情况：输出电压上限值重新设定部270在规定的条件下，将燃料电池堆1的输出电压的上限值以升高的方式重新设定。然而，本发明不限于这种控制，例如也可以构成为重新设定输出电压的上限值和下限值(即，变动范围(带))或其中间值。
[0292] 另外，在上述的各实施方式中说明了将湿润状态检测部分为作为检测部的阻抗测定装置6以及对其测定信号进行处理的控制器200的湿润状态检测部210来构成的情况，但是本发明不限于这种结构，例如也能够将这些功能构成为一体。另外，在上述的各实施方式中说明了由作为接口的致动器的压缩机22和组装到控制器200内的阴极气体供给控制部280来执行向燃料电池堆1的阴极气体的供给的情况，但是本发明不限于这种结构，例如能够将这些功能也与上述同样地构成为一体。
[0293] 并且，如上述的各实施方式中说明的那样，控制器200由微型计算机构成，至少对湿润状态检测部210、输出电压上下限值设定部230、湿润适当范围设定部240、输出电压判定部250、湿润适当范围判定部260、输出电压上限值重新设定部270以及阴极气体供给控制部280进行统一控制。而且，在怠速停止运转中，在燃料电池堆1的湿润状态脱离由湿润适当范围设定部240设定的湿润适当范围的情况下，输出电压上限值重新设定部270重新设定燃料电池堆1的输出电压(上限值、下限值、输出范围等)，控制器200控制阴极气体供排装置2使得以使燃料电池堆1的输出电压为重新设定的输出电压的上限值与下限值之间的值的方式间歇性地供给阴极气体，并且还进行怠速停止运转以外的通常运转时的控制，这是不言而喻的。
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