JP2000243418A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体高分子型燃料電池において電解質膜の加
湿状態をより正確に判定し、電解質膜の加湿状態が適正
な範囲になるよう調節する。 【解決手段】 電流計４２により検出される燃料電池３
０から出力される電流が所定値のときに抵抗値検出器４
８により検出される燃料電池３０の抵抗の微分値により
燃料電池３０の電解質膜の加湿状態を判定する。燃料電
池３０は、導電性の電極やセパレータと、プロトン導電
性の電解質膜とが積層されており、電極やセパレータの
導電性は加湿状態に影響は受けないが、電解質膜はその
加湿状態によりプロトン導電性が大きく変化する。した
がって、燃料電池３０の抵抗の変化率（微分値）は、電
解質膜のプロトン導電性の変化率を直接表わすことにな
る。この結果、電解質膜の加湿状態をより正確に判定す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、詳しくは、電解質膜と該電解質膜を狭持する二
つの電極とを有する単電池を積層してなる固体高分子型
の燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の燃料電池システムとして
は、固体高分子型の燃料電池の温度と燃料電池から出力
される電圧とに基づいて電解質膜に含まれる水分量の不
足を判定するものや、燃料電池の温度と燃料電池から出
力される電圧の変化量をパラメータとして導出される電
流閾値と燃料電池から出力される電流とに基づいて電解
質膜に含まれる水分量の不足を判定するものが提案され
ている（例えば、特開平７−２７２７３６号公報な
ど）。このシステムでは、燃料電池の反応温度と燃料電
池から出力される電圧の許容最低電圧との関係のテーブ
ルを用いて検出した燃料電池の反応温度から対応する許
容最低電圧を導出し、これを閾値として燃料電池から出
力される電圧と比較し、電圧が閾値より小さいときに電
解質膜に含まれる水分量が不足していると判定してい
る。また、このシステムでは、燃料電池の温度と燃料電
池から出力される電圧の変化量をパラメータとして最大
許容電流値を閾値として導出し、この閾値と燃料電池か
ら出力される電流とを比較し、電流が閾値より大きいと
きに電解質膜に含まれる水分量が不足していると判定し
ている。そして、このシステムでは、電解質膜に含まれ
る水分量が不足していると判定されたときには、負荷に
供給する電流を制限している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
燃料電池システムでは、電解質膜の水分量が燃料電池の
温度や燃料ガスの圧力，燃料ガスの供給量などの影響を
大きく受けることから、電解質膜の水分量の判定の精度
が低くなるという問題があった。また、上述の燃料電池
システムでは、電解質膜の水分量が不足していると判定
されたときには負荷に供給する電流を制限して電解質膜
をその破損から保護しているが、電解質膜の水分量を適
切な範囲にすることができないという問題もあった。
【０００４】本発明の燃料電池システムは、電解質膜の
加湿状態をより正確に判定することを目的の一つとす
る。また、本発明の燃料電池システムは、電解質膜の加
湿状態が適正な範囲になるよう調節することを目的の一
つとする。さらに、本発明の燃料電池システムは、電解
質膜の加湿状態を適正な範囲に調節できないときに異常
として判定すると共にこの異常を判定したときには電解
質膜をその破損から保護することをも目的の一つとす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池システムは、上述の目的の少なくとも一
部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】本発明の第１の燃料電池システムは、電解
質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する単電
池を積層してなる固体高分子型の燃料電池を有する燃料
電池システムであって、前記燃料電池にガス状の燃料を
供給すると共に該燃料電池へ供給する該燃料の圧力を調
整する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給される前記
燃料を加湿する加湿手段と、前記燃料電池から出力され
る電流を検出する電流検出手段と、電流掃引時の前記燃
料電池の抵抗を検出する抵抗検出手段と、前記電流検出
手段により検出される電流と前記抵抗検出手段により検
出される抵抗とに基づいて前記電解質膜の加湿状態を判
定する加湿状態判定手段とを備えることを要旨とする。
【０００７】この本発明の第１の燃料電池システムで
は、加湿状態判定手段が、電流検出手段により検出され
る燃料電池から出力される電流と抵抗検出手段により検
出される電流掃引時の燃料電池の抵抗とに基づいて電解
質膜の加湿状態を判定する。この判定は、燃料電池の抵
抗が電解質膜の加湿状態によって大きく変化することに
基づく。なお、燃料には、電解質膜を挟持する二つの電
極のいずれか一方に供給されるものや二つの電極の双方
に供給されるものも含まれる。この燃料の意味は、以下
の本発明の第２ないし第４の燃料電池システムにおいて
も同様である。
【０００８】こうした本発明の第１の燃料電池システム
によれば、燃料電池から出力される電流と電解質膜の加
湿状態により直接的に定まる燃料電池の抵抗とに基づい
て判定するから、電解質膜の加湿状態をより正確に判定
することができる。
【０００９】この本発明の第１の燃料電池システムにお
いて、前記加湿状態判定手段は、前記電流検出手段によ
り検出された電流の値が所定値のときの前記抵抗検出手
段により検出された抵抗の値の時間変化に基づいて前記
電解質膜の加湿状態を判定する手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、同一の電流を掃引していると
きの燃料電池の抵抗の値に基づいて判定されるから、よ
り正確に電解質膜の加湿状態を判定することができる。
この態様の本発明の第１の燃料電池システムにおいて、
前記加湿状態判定手段は、前記時間変化が所定範囲を上
回るときに前記電解質は加湿不足と判定し、前記時間変
化が前記所定範囲を下回るときに前記電解質は加湿過剰
と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１０】本発明の第２の燃料電池システムは、電解
質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する単電
池を積層してなる固体高分子型の燃料電池を有する燃料
電池システムであって、前記燃料電池にガス状の燃料を
供給すると共に該燃料電池へ供給する該燃料の圧力を調
整する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給される前記
燃料を加湿する加湿手段と、前記燃料電池から出力され
る電流を検出する電流検出手段と、前記燃料電池から出
力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池
に供給される前記燃料の供給量を変更する燃料供給量変
更手段と、該燃料供給量変更手段により前記燃料の供給
量が変更されたときの前記電流検出手段により検出され
る電流と前記電圧検出手段により検出される電圧とに基
づいて前記電解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定
手段とを備えることを要旨とする。
【００１１】この本発明の第２の燃料電池システムで
は、加湿状態判定手段が、燃料供給量変更手段により燃
料電池への燃料の供給量が変更されたときの電流検出手
段により検出される燃料電池から出力される電流と電圧
検出手段により検出される燃料電池から出力される電圧
とに基づいて電解質膜の加湿状態を判定する。この判定
は、燃料電池への燃料の供給量の変更が電解質膜の加湿
状態に影響を与えることに基づく。
【００１２】こうした本発明の燃料電池システムによれ
ば、電解質膜の加湿状態に影響を与える因子である燃料
電池への燃料の供給量と電流と電圧とに基づいて判定す
るから、電解質膜の加湿状態をより正確に判定すること
ができる。
【００１３】この本発明の第２の燃料電池システムにお
いて、前記加湿状態判定手段は、前記燃料供給量変更手
段により前記燃料の供給量が増加されたときであって前
記電流検出手段により検出された電流の値が所定値のと
きの前記電圧検出手段により検出された電圧の値の時間
変化に基づいて前記電解質膜の加湿状態を判定する手段
であるものとすることもできる。こうすれば、同一の電
流のときの電圧の時間変化に基づいて判定されるから、
より正確に電解質膜の加湿状態を判定することができ
る。この態様の本発明の第２の燃料電池システムにおい
て、前記加湿状態判定手段は、前記時間変化が所定範囲
を上回るときに前記電解質は加湿不足と判定し、前記時
間変化が前記所定範囲を下回るときに前記電解質は加湿
過剰と判定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】本発明の第３の燃料電池システムは、電解
質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する単電
池を積層してなる固体高分子型の燃料電池を有する燃料
電池システムであって、前記燃料電池にガス状の燃料を
供給すると共に該燃料電池へ供給する該燃料の圧力を調
整する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給される前記
燃料を加湿する加湿手段と、前記燃料電池から出力され
る電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池に供給
される前記燃料の供給量を変更する燃料供給量変更手段
と、該燃料供給量変更手段により燃料の供給量が変更さ
れる前後に前記電圧検出手段により検出される電圧に基
づいて前記電解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定
手段とを備えることを要旨とする。
【００１５】この本発明の第３の燃料電池システムで
は、加湿状態判定手段が、燃料供給量変更手段により燃
料電池への燃料の供給量が変更される前後に電圧検出手
段により検出される燃料電池から出力される電圧に基づ
いて電解質膜の加湿状態を判定する。この判定は、燃料
電池への燃料の供給量の変更が電解質膜の加湿状態に影
響を与えることに基づく。
【００１６】こうした本発明の第３の燃料電池システム
によれば、電解質膜の加湿状態に影響を与える因子であ
る燃料電池への燃料の供給量と電圧とに基づいて判定す
るから、電解質膜の加湿状態をより正確に判定すること
ができる。
【００１７】この本発明の第３の燃料電池システムにお
いて、前記加湿状態判定手段は、前記燃料供給量変更手
段により燃料の供給量が増加される前に前記電圧検出手
段により検出された電圧が該燃料供給量変更手段により
燃料の供給量が増加された後に該電圧検出手段により検
出された電圧より大きいときに加湿不足と判定する手段
であるものとすることもできる。
【００１８】本発明の第４の燃料電池システムは、電解
質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する単電
池を積層してなる固体高分子型の燃料電池を有する燃料
電池システムであって、前記燃料電池にガス状の燃料を
供給すると共に該燃料電池へ供給する該燃料の圧力を調
整する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給される前記
燃料を加湿する加湿手段と、前記燃料電池を構成する各
単電池または同数の単電池からなる各電池モジュールの
電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池に供給さ
れる前記燃料の供給量を変更する燃料供給量変更手段
と、該燃料供給量変更手段により燃料の供給量が変更さ
れる前後に前記電圧検出手段により検出される各単電池
または各電池モジュールの電圧のバラツキに基づいて前
記電解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定手段とを
備えることを要旨とする。
【００１９】この本発明の第４の燃料電池システムで
は、加湿状態判定手段が、燃料供給量変更手段により燃
料電池への燃料の供給量が変更される前後に電圧検出手
段により検出される燃料電池を構成する各単電池または
各電池モジュールの電圧のバラツキに基づいて電解質膜
の加湿状態を判定する。この判定は、燃料電池への燃料
の供給量の変更が電解質膜の加湿状態に影響を与えるこ
と及び電解質膜の加湿状態が各単電池や各電池モジュー
ルの電圧のバラツキとして表われることに基づく。
【００２０】こうした本発明の第４の燃料電池システム
によれば、電解質膜の加湿状態に影響を与える因子であ
る燃料電池への燃料の供給量と電解質膜の加湿状態を反
映する各単電池または各電池モジュールの電圧とに基づ
いて判定するから、電解質膜の加湿状態をより正確に判
定することができる。
【００２１】この本発明の第４の燃料電池システムにお
いて、前記加湿状態判定手段は、前記燃料供給量変更手
段により燃料の供給量が増加される前に前記電圧検出手
段により検出された各単電池または各電池モジュールの
電圧のバラツキが該燃料供給量変更手段により燃料の供
給量が増加された後に該電圧検出手段により検出された
各単電池または各電池モジュールの電圧のバラツキより
大きいときに加湿過剰と判定する手段であるものとする
こともできる。
【００２２】これら各態様を含め本発明の第１ないし第
４の燃料電池システムにおいて、前記加湿状態判定手段
による判定に基づいて前記加湿手段による前記燃料の加
湿を制御する加湿制御手段を備えるものとすることもで
きる。こうすれば、電解質膜の加湿状態に基づいて電解
質膜の加湿状態を調節することができる。
【００２３】この加湿制御手段を備える本発明の第１な
いし第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿制御手
段は、前記加湿状態判定手段により加湿不足と判定され
たとき、前記加湿手段による前記燃料の加湿量を増加す
る手段であるものとすることもできる。こうすれば、電
解質膜の加湿不足を解消することができる。
【００２４】また、加湿制御手段を備える本発明の第１
ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿制御
手段は、前記加湿状態判定手段により加湿不足と判定さ
れたとき、前記燃料供給手段により前記燃料電池へ供給
される前記燃料の圧力を増加する手段であるものとする
こともできる。こうすれば、燃料の圧力の増加に伴って
燃料中の水蒸気圧も増加するから、電解質膜の加湿不足
を解消することができる。
【００２５】さらに、加湿制御手段を備える本発明の第
１ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記燃料電
池の運転温度を制御する運転温度制御手段を備え、前記
加湿制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿不足
と判定されたとき、前記運転温度制御手段による前記燃
料電池の運転温度を低下させる手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、燃料電池の運転温度の低下に
より燃料の温度も低下し、これに伴って燃料中の水蒸気
圧が高くなるから、電解質膜の加湿不足を解消すること
ができる。
【００２６】あるいは、加湿制御手段を備える本発明の
第１ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿
制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿不足と判
定されたとき、前記燃料供給手段による前記燃料電池へ
の前記燃料の供給量を低減する手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、燃料の供給量の低減に伴って
電解質膜の水分の蒸発が抑制されるから、電解質膜の加
湿不足を解消することができる。
【００２７】加湿制御手段を備える本発明の第１ないし
第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿制御手段
は、前記加湿状態判定手段により加湿過剰と判定された
とき、前記加湿手段による前記燃料の加湿量を低減する
手段であるものとすることもできる。こうすれば、電解
質膜の加湿過剰を解消することができる。
【００２８】また、加湿制御手段を備える本発明の第１
ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿制御
手段は、前記加湿状態判定手段により加湿過剰と判定さ
れたとき、前記燃料供給手段により前記燃料電池へ供給
される前記燃料の圧力を低下させる手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、燃料の圧力の低下に伴っ
て燃料中の水蒸気圧も低下するから、電解質膜の加湿過
剰を解消することができる。
【００２９】さらに、加湿制御手段を備える本発明の第
１ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記燃料電
池の運転温度を制御する運転温度制御手段を備え、前記
加湿制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿過剰
と判定されたとき、前記運転温度制御手段による前記燃
料電池の運転温度を上昇させる手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、燃料電池の運転温度の上昇に
より燃料の温度も上昇し、これに伴って燃料中の水蒸気
圧が低くなるから、電解質膜の加湿過剰を解消すること
ができる。
【００３０】あるいは、加湿制御手段を備える本発明の
第１ないし第４の燃料電池システムにおいて、前記加湿
制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿過剰と判
定されたとき、前記燃料供給手段による前記燃料電池へ
の前記燃料の供給量を増加する手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、燃料の供給量の増加に伴って
電解質膜の水分の蒸発が促進されるから、電解質膜の加
湿過剰を解消することができる。
【００３１】これら各態様を含め、加湿制御手段を備え
る本発明の第１ないし第４の燃料電池システムにおい
て、前記加湿制御手段による前記燃料の加湿制御を所定
時間行なったにも拘わらず前記加湿状態判定手段により
加湿不足または加湿過剰と判定されたときに、前記燃料
電池システムの異常を検出する異常検出手段を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、燃料電池の異常を
検出することができる。この態様の本発明の第１ないし
第４の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段に
より異常を検出したとき、該異常を出力する異常出力手
段を備えるものとすることもできる。こうすれば、操作
者は燃料電池に異常が発生したのを迅速に知ることがで
きる。こうした異常検出手段を備える本発明の第１ない
し第４の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段
により異常を検出したとき、前記燃料電池システムの運
転を停止する異常時運転停止手段を備えるものとするこ
ともできる。こうすれば、異常に運転を継続することに
より生じる可能性のある燃料電池の破損等を防止するこ
とができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池システムの構成の概略を示す構成図である。図
示するように、実施例の燃料電池システム２０は、水素
を含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置２２
と、この燃料ガス供給装置２２から供給される燃料ガス
を加湿する燃料ガス加湿器２３と、酸素を含有する酸化
ガス（例えば、空気）を供給する酸化ガス供給装置２４
と、この酸化ガス供給装置２４から供給される酸化ガス
を加湿する酸化ガス加湿器２５と、燃料ガスと酸化ガス
との供給を受けて発電する固体高分子型の燃料電池３０
と、燃料電池３０を冷却する冷却装置５０と、燃料電池
システム２０の運転をコントロールする電子制御ユニッ
ト６０とを備える。
【００３３】燃料ガス供給装置２２は、水素を含有する
燃料ガスを供給する装置であり、例えば、メタノールや
メタンなどの炭化水素系の燃料を改質して水素リッチな
燃料ガスを供給する改質器としてもよく、水素を含有す
る燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵タンクとしてもよ
い。酸化ガス供給装置２４は、酸素を含有する酸化ガス
を供給する装置であり、単に空気を供給するエアポンプ
としてもよく、空気以外の酸化ガスを貯蔵する酸化ガス
貯蔵タンクとしてもよい。なお、燃料ガス供給装置２２
および酸化ガス供給装置２４は、信号ラインで電子制御
ユニット６０に接続されており、電子制御ユニット６０
によって燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量が制御さ
れるようになっている。
【００３４】燃料ガス加湿器２３および酸化ガス加湿器
２５は、水タンク２６から汲み上げた水を気化させて燃
料ガスや酸化ガスに供給する加湿器である。この燃料ガ
ス加湿器２３および酸化ガス加湿器２５は、信号ライン
で電子制御ユニット６０に接続されており、電子制御ユ
ニット６０によって燃料ガスの加湿量や酸化ガスの加湿
量が制御されるようになっている。
【００３５】燃料電池３０は、単電池３１を複数積層し
て構成される固体高分子型の燃料電池である。図２に燃
料電池３０を構成する単電池３１の概略構成を示す。図
示するように、単電池３１は、フッ素系樹脂などの高分
子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電
解質膜３２と、白金または白金と他の金属からなる合金
の触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成され
触媒が練り込められた面で電解質膜３２を挟持してサン
ドイッチ構造を構成するガス拡散電極としてのアノード
３３およびカソード３４と、このサンドイッチ構造を両
側から挟みつつアノード３３およびカソード３４とで燃
料ガスや酸化ガスの流路３６，３７を形成すると共に隣
接する単電池３１との間の隔壁をなす２つのセパレータ
３５とにより構成されている。
【００３６】燃料電池３０には、燃料電池３０から出力
される電圧Ｖを検出する電圧計４０や燃料電池３０から
出力される電流Ｉを検出する電流計４２，燃料電池３０
の温度を検出する燃料電池温度センサ４４，燃料ガスお
よび酸化ガスのガス圧Ｐを検出する圧力センサ４６，燃
料電池３０の抵抗値を検出する抵抗値検出器４８などが
取り付けられている。これらのセンサは信号ラインによ
り電子制御ユニット６０に接続されている。ここで、燃
料電池３０の抵抗値を検出するものとしては、燃料電池
３０の出力端子に交流電圧を作用させたときの電流値か
ら求めるものなどが知られている。燃料電池３０の抵抗
は、前述の燃料電池３０の構成から判断すると、アノー
ド３３やカソード３４，セパレータ３５の抵抗と、電解
質膜３２のプロトン導電性に基づく抵抗とに大別され
る。アノード３３やカソード３４，セパレータ３５は導
電性材料により形成されているから、加湿されているか
否かによってはその抵抗値を変化させない。一方、電解
質膜３２は、湿潤状態であるか否かによってプロトン導
電性が著しく変化する。したがって、燃料電池３０の抵
抗値は、電解質膜３２の保湿状態を反映することにな
る。
【００３７】燃料電池３０の燃料ガスおよび酸化ガスの
排出管には、それぞれ圧力調節バルブ２７，２８が取り
付けられており、燃料電池３０内の燃料ガスや酸化ガス
のガス圧を調節できるようになっている。なお、圧力調
節バルブ２７，２８の各アクチュエータ２７ａ，２８ａ
は信号ラインにより電子制御ユニット６０に接続されて
おり、電子制御ユニット６０による駆動制御を受ける。
【００３８】冷却装置５０は、燃料電池３０内部に備え
られている冷却板と、この冷却板に形成された冷却水の
流路と共に循環管路を形成する冷却水管路５２と、冷却
水管路５２に取り付けられ外気との熱交換により冷却水
を冷却する熱交換器５６と、冷却水を循環管路に循環さ
せる冷却水用ポンプ５４と、冷却水管路５２の燃料電池
３０の出口付近における冷却水の温度を検出する冷却水
温度センサ５８とを備える。冷却水用ポンプ５４と冷却
水温度センサ５８は信号ラインにより電子制御ユニット
６０に接続されており、燃料電池３０の冷却の制御が電
子制御ユニット６０によって行なわれるようになってい
る。即ち、冷却水温度センサ５８により検出される冷却
水の温度に基づいて冷却水用ポンプ５４が駆動され、冷
却水の循環流量の制御がなされのである。
【００３９】電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中
心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとし
て構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ６
４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ６６と、入出力
ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット
６０には、図示しない流量計や温度計などからの燃料ガ
ス供給装置２２や酸化ガス供給装置２４から供給される
燃料ガスや酸化ガスの供給量や温度，燃料ガス加湿器２
３や酸化ガス供給装置２４の運転状態，電圧計４０から
の燃料電池３０から出力される電圧Ｖ，電流計４２から
の燃料電池３０から出力される電流Ｉ，燃料電池温度セ
ンサ４４からの燃料電池の温度，圧力センサ４６からの
燃料電池３０の燃料ガスや酸化ガスのガス圧Ｐ，抵抗値
検出器４８からの燃料電池３０の抵抗，冷却水温度セン
サ５８からの冷却水の温度などが入力ポートを介して入
力されている。また、電子制御ユニット６０からは、燃
料ガス供給装置２２や酸化ガス供給装置２４への駆動信
号，燃料ガス加湿器２３や酸化ガス加湿器２５への駆動
信号，冷却水用ポンプ５４への駆動信号，インジケータ
６８への点灯信号などが出力ポートを介して出力されて
いる。
【００４０】次に、こうして構成された燃料電池システ
ム２０の動作、特に燃料電池３０の加湿の制御について
説明する。図３は、実施例の燃料電池システム２０の電
子制御ユニット６０により実行される加湿制御ルーチン
の一例を示すフローチャートである。このルーチンは、
燃料電池システム２０が始動された直後からその運転が
停止されるまで所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４１】この加湿制御ルーチンが実行されると、Ｃ
ＰＵ６２は、まず電解質膜３２の加湿状態を判定する処
理を実行する（ステップＳ１００）。この判定処理は、
図４ないし図７に例示する加湿状態判定処理ルーチンに
より行なわれるが、これらの判定処理の詳細な説明につ
いては後述する。なお、この判定処理では、「適正加
湿」と「加湿不足」と「加湿過剰」とが結果として出力
される。
【００４２】この加湿状態の判定処理による判定が「適
正加湿」であるときにはカウンタＣ１とＣ２とをリセッ
トし（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）、「加湿不足」の
ときには電解質膜３２の加湿不足を解消する処理を実行
すると共にカウンタＣ１をインクリメントし（ステップ
Ｓ１０８，Ｓ１１０）、「加湿過剰」のときには電解質
膜３２の加湿過剰を解消する処理を実行すると共にカウ
ンタＣ２をインクリメントする（ステップＳ１１２，Ｓ
１１４）。
【００４３】ここで、電解質膜３２の加湿不足を解消す
る処理としては、燃料ガス加湿器２３や酸化ガス加湿器
２５による燃料ガスや酸化ガスの加湿量を増加する処理
や圧力調節バルブ２７，２８を締め込んで燃料電池３０
内の燃料ガスや酸化ガスのガス圧Ｐを高くする処理，冷
却装置５０の冷却水用ポンプ５４による冷却水の循環流
量を増やして燃料電池３０の運転温度を低くする処理，
燃料ガス供給装置２２や酸化ガス供給装置２４から燃料
電池３０に供給される燃料ガスや酸化ガスの供給量を低
減する処理などを行なうのである。これらの処理のう
ち、燃料ガスや酸化ガスの加湿量を増加する処理は燃料
ガスや酸化ガスの加湿量を増加することにより直接的に
電解質膜３２の加湿不足を解消するものであり、燃料ガ
スや酸化ガスのガス圧Ｐを高くする処理はガス圧の増加
に伴って燃料ガスや酸化ガスの中の水蒸気圧も増加する
ことに基づいて電解質膜３２の加湿不足を解消するもの
であり、燃料電池３０の運転温度を低くする処理は燃料
電池３０の運転温度の低下により燃料ガスや酸化ガスの
温度も低下し、これに伴って燃料ガスや酸化ガスの中の
水蒸気圧が高くなることに基づいて電解質膜３２の加湿
不足を解消するものであり、燃料ガスや酸化ガスの供給
量を低減する処理は燃料ガスや酸化ガスの供給量の低減
に伴って電解質膜３２の水分の蒸発が抑制されることに
基づいて電解質膜３２の加湿不足を解消するものであ
る。このように電解質膜３２の加湿不足を解消する処理
は複数あるが、これらの処理のうちの一つを行なうもの
としてもよく、複数を組み合わせて行なうものとしても
よい。また、これらの処理の一つ又は複数を加湿制御ル
ーチンが実行される毎に順次代えて行なうものとしても
よい。
【００４４】また、電解質膜３２の加湿過剰を解消する
処理としては、燃料ガス加湿器２３や酸化ガス加湿器２
５による燃料ガスや酸化ガスの加湿量を低減する処理や
圧力調節バルブ２７，２８を開いて燃料電池３０内の燃
料ガスや酸化ガスのガス圧Ｐを低くする処理，冷却装置
５０の冷却水用ポンプ５４による冷却水の循環流量を減
らして燃料電池３０の運転温度を高くする処理，燃料ガ
ス供給装置２２や酸化ガス供給装置２４から燃料電池３
０に供給される燃料ガスや酸化ガスの供給量を増加する
処理などを行なうのである。これらの処理のうち、燃料
ガスや酸化ガスの加湿量を低減する処理は燃料ガスや酸
化ガスの加湿量を低減することにより直接的に電解質膜
３２の加湿過剰を解消するものであり、燃料ガスや酸化
ガスのガス圧Ｐを低くする処理はガス圧の低下に伴って
燃料ガスや酸化ガスの中の水蒸気圧も低下することに基
づいて電解質膜３２の加湿過剰を解消するものであり、
燃料電池３０の運転温度を高くする処理は燃料電池３２
の運転温度の上昇により燃料ガスや酸化ガスの温度も上
昇し、これに伴って燃料ガスや酸化ガスの中の水蒸気圧
が低くなることに基づいて電解質膜３２の加湿不足を解
消するものであり、燃料ガスや酸化ガスの供給量を増加
する処理は燃料ガスや酸化ガスの供給量の増加に伴って
電解質膜３２の水分の蒸発が促進されることに基づいて
電解質膜３２の加湿過剰を解消するものである。このよ
うに電解質膜３２の加湿過剰を解消する処理も複数ある
が、これらの処理のうちの一つを行なうものとしてもよ
く、複数を組み合わせて行なうものとしてもよい。ま
た、これらの処理の一つ又は複数を加湿制御ルーチンが
実行される毎に順次代えて行なうものとしてもよい。
【００４５】カウンタＣ１は、図３の加湿制御ルーチン
が繰り返して実行されたときに電解質膜３２の加湿不足
を解消する処理を続けて行なったときにインクリメント
されるものであり、加湿不足を解消する処理の連続処理
回数をカウントする。カウンタＣ２は、電解質膜３２の
加湿過剰を解消する処理の連続処理回数をカウントする
ものである。
【００４６】このように電解質膜３２の加湿状態の判定
結果に基づいて加湿不足や加湿過剰を解消する処理など
を行なうと、ＣＰＵ６２はカウンタＣ１，Ｃ２のいずれ
かが閾値Ｃｒｅｆ以上になっていないかを判定する（ス
テップＳ１１６）。閾値Ｃｒｅｆは、電解質膜３２の加
湿不足や加湿過剰を解消するための処理を充分行なった
と判断できるのに要する時間や処理の回数に基づいて設
定されるものである。したがって、カウンタＣ１，Ｃ２
のいずれかが閾値Ｃｒｅｆ以上のときには、燃料電池シ
ステム２０に異常が発生していると判断し、異常を操作
者に知らせるためにインジケータ６８を点灯し（ステッ
プＳ１１８）、燃料電池３０などの保護のために燃料電
池システム２０の運転を停止して（ステップＳ１２
０）、本ルーチンを終了する。なお、カウンタＣ１，Ｃ
２のいずれもが閾値Ｃｒｅｆ未満のときには、まだ燃料
電池システム２０に異常が発生していると判定できない
として本ルーチンを終了する。
【００４７】以上説明したように実施例の燃料電池シス
テム２０によれば、図３の加湿制御ルーチンを実行する
ことにより、電解質膜３２の加湿状態の判定結果に基づ
いて電解質膜３２の加湿状態を制御することができる。
例えば、燃料ガス加湿器２３や酸化ガス加湿器２５の加
湿量を増減することにより電解質膜３２の加湿不足や加
湿過剰を解消することができる。また、圧力調節バルブ
２７，２８を締め込んだり開いたりして燃料電池３０内
の燃料ガスや酸化ガスのガス圧Ｐを高くしたり低くし燃
料ガスや酸化ガスの中の水蒸気圧を増減して電解質膜３
２の加湿不足や加湿過剰を解消することができる。さら
に、冷却装置５０の冷却水用ポンプ５４による冷却水の
循環流量を増減して燃料電池３０の運転温度を低くした
り高くし燃料ガスや酸化ガスの中の水蒸気圧を高くした
り低くしたりして電解質膜３２の加湿不足や加湿過剰を
解消することができる。あるいは、燃料ガス供給装置２
２や酸化ガス供給装置２４から燃料電池３０に供給され
る燃料ガスや酸化ガスの供給量を増減して電解質膜３２
の水分の蒸発を促進したり抑制したりして電解質膜３２
の加湿不足や加湿過剰を解消することができる。
【００４８】また、実施例の燃料電池システム２０によ
れば、図３の加湿制御ルーチンを実行することにより、
繰り返し電解質膜３２の加湿不足や加湿過剰を解消する
処理を行なったにも拘わらず電解質膜３２の加湿不足や
加湿過剰が解消されないときに、燃料電池システム２０
に異常が発生していると判定し、操作者に知らせると共
に燃料電池システム２０の運転を停止することができ
る。この結果、操作者は異常を迅速に知ることができ、
異常を発生した状態で燃料電池システム２０が運転され
ることによって生じうる燃料電池システム２０の破損な
どを防止することができる。
【００４９】次に、図３のステップＳ１００の処理、す
なわち電解質膜３２の加湿状態を判定する処理について
説明する。図４ないし図７はいずれも電解質膜３２の加
湿状態を判定する加湿状態判定処理ルーチンの一例を示
すフローチャートである。図３のステップＳ１００では
これらの四つの加湿状態判定処理ルーチンのうちのいず
れか一つの加湿状態判定処理ルーチンを実行するものと
してもよく、複数の加湿状態判定処理ルーチンを組み合
わせて実行するものとしてもよい。また、これらの各処
理ルーチンの一つ又は複数を図３の加湿制御ルーチンが
実行される毎に順次代えて行なうものとしてもよい。以
下、各加湿状態判定処理ルーチンについて説明する。
【００５０】図４の加湿状態判定処理ルーチンが実行さ
れると、ＣＰＵ６２は、まず電流計４２により検出され
る燃料電池３０の出力電流Ｉと、抵抗値検出器４８によ
り検出される燃料電池３０の抵抗Ｒとを読み込む処理を
実行する（ステップＳ２００）。そして、読み込んだ電
流Ｉと所定電流Ｉｓｅｔと比較し（ステップＳ２０
２）、電流Ｉが所定電流Ｉｓｅｔに一致しないときに
は、ステップＳ２００の電流Ｉと抵抗Ｒとを読み込む処
理に戻る。ここで、所定電流Ｉｓｅｔは、燃料電池３０
から出力される電流としては大きくもなく小さくもない
一般的な電流として設定されるものである。したがっ
て、燃料電池３０から出力される電流Ｉは頻繁に所定電
流Ｉｓｅｔに一致する。
【００５１】電流Ｉが所定電流Ｉｓｅｔに一致すると抵
抗Ｒを前回抵抗Ｒ０に代入し（ステップＳ２０４）、再
び抵抗値検出器４８により検出される燃料電池３０の抵
抗Ｒを読み込む処理を実行する（ステップＳ２０６）。
そして読み込んだ抵抗Ｒから前回抵抗Ｒ０を減じたもの
を微小時間Δｔで割って、微分値ｄＲ／ｄｔを算出する
（ステップＳ２０８）。ここで、微小時間Δｔは、電流
Ｉが所定電流Ｉｓｅｔに一致するときのステップＳ２０
０の抵抗Ｒの読み込みからステップＳ２０６の抵抗Ｒの
読み込みまでに要した時間として設定されるものであ
り、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２の性能やＣＰＵ
６２によって並列処理される程度などにより定められ
る。なお、微分値ｄＲ／ｄｔは、微小時間Δｔにおける
燃料電池３０の抵抗Ｒの変化であるから厳密には微分値
ということができないが、厳密な微分値に近い値となる
ことは容易に想到されるから、本実施例では微分値と言
うことにする。
【００５２】微分値ｄＲ／ｄｔを計算すると、計算した
微分値ｄＲ／ｄｔが閾値αと閾値βとにより設定される
適正加湿範囲にあるか否かの判定を行なう（ステップＳ
２１０）。電解質膜３２が加湿不足のときにはそのプロ
トン導電性が低くなり、電解質膜３２の加湿状態の僅か
な差に対する反応は鈍くなるから、微分値ｄＲ／ｄｔは
小さな値となる。一方、電解質膜３２が加湿過剰のとき
にはそのプロトン導電性が高くなり、電解質膜３２の加
湿状態の僅かな差に対する反応も素早くなるから、微分
値ｄＲ／ｄｔは大きな値となる。したがって、電解質膜
３２の加湿状態が適正範囲にあるときの微分値ｄＲ／ｄ
ｔを求め、その下限を閾値αとすると共にその上限を閾
値βとして適正加湿範囲設定し、算出した微分値ｄＲ／
ｄｔをこの範囲と比較することにより電解質膜３２の加
湿状態を判定することができるのである。
【００５３】算出した微分値ｄＲ／ｄｔが適正加湿範囲
にあるときには「適正加湿」を判定結果とし（ステップ
Ｓ２１２）、微分値ｄＲ／ｄｔが閾値α以下のときには
「加湿不足」を判定結果とし（ステップＳ２１４）、微
分値ｄＲ／ｄｔが閾値β以上のときには「加湿過剰」を
判定結果として（ステップＳ２１６）、本ルーチンを終
了する。
【００５４】以上説明した図４の加湿状態判定処理ルー
チンを実行する実施例の燃料電池システム２０によれ
ば、燃料電池３０から出力される電流Ｉと燃料電池３０
の抵抗Ｒとに基づいて電解質膜３２の加湿状態を判定す
ることができる。しかも、燃料電池３０の抵抗Ｒは電解
質膜３２の加湿状態を直接的に反映するから、電解質膜
３２の加湿状態をより正確に判定することができる。
【００５５】次に、図５に例示する加湿状態判定処理ル
ーチンについて説明する。このルーチンが実行される
と、ＣＰＵ６２は、まず酸化ガス供給装置２４により燃
料電池３０に供給される酸化ガスの供給量を増加する処
理を実行し（ステップＳ３００）、電流計４２により検
出される燃料電池３０から出力される電流Ｉが所定電流
Ｉｓｅｔに一致するまで、電流Ｉと電圧計４０により検
出される燃料電池３０から出力される電圧Ｖとを読み込
む処理と読み込んだ電流Ｉを所定電流Ｉｓｅｔと比較す
る処理とを繰り返す（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。
ここで、所定電流Ｉｓｅｔは図４の加湿状態判定処理ル
ーチンにおける所定電流Ｉｓｅｔと同一である。
【００５６】電流Ｉが所定電流Ｉｓｅｔに一致すると電
圧Ｖを前回電圧Ｖ０に代入し（ステップＳ３０４）、再
び電圧計４０により検出される燃料電池３０の電圧Ｖを
読み込む処理を実行する（ステップＳ３０６）。そして
読み込んだ電圧Ｖから前回電圧Ｖ０を減じたものを微小
時間Δｔで割って、微分値ｄＶ／ｄｔを算出する（ステ
ップＳ３０８）。ここで、微小時間Δｔは、電流Ｉが所
定電流Ｉｓｅｔに一致するときのステップＳ３０１の電
圧Ｖの読み込みからステップＳ３０６の電圧Ｖの読み込
みまでに要した時間として設定されるものであり、電子
制御ユニット６０のＣＰＵ６２の性能やＣＰＵ６２によ
って並列処理される程度などにより定められるのは、図
４の加湿状態判定処理ルーチンにおける微小時間Δｔと
同様である。なお、微分値ｄＶ／ｄｔについても微分値
ｄＲ／ｄｔと同様に厳密性を欠く点もあるが同様に微分
値と言うことにする。
【００５７】微分値ｄＶ／ｄｔを計算すると、計算した
微分値ｄＶ／ｄｔが閾値γと閾値δとにより設定される
適正加湿範囲にあるか否かの判定を行なう（ステップＳ
３１０）。酸化ガスの供給量が増加されることにより電
解質膜３２の水分の蒸発が促進されるから、電解質膜３
２が加湿不足のときには更に加湿不足となってもプロト
ン導電性に余り変化が生じないから微分値ｄＶ／ｄｔは
小さな値となる。一方、電解質膜３２が加湿過剰のとき
には酸化ガスの供給量の増加により電解質膜３２の水分
の蒸発が促進されて適正加湿に近くなるからプロトン導
電性の変化も大きくなり微分値ｄＶ／ｄｔも大きな値と
なる。したがって、電解質膜３２の加湿状態が適正範囲
にあるときの微分値ｄＶ／ｄｔを求め、その下限を閾値
γとすると共にその上限を閾値δとして適正加湿範囲設
定し、算出した微分値ｄＶ／ｄｔをこの範囲と比較する
ことにより電解質膜３２の加湿状態を判定することがで
きるのである。
【００５８】算出した微分値ｄＶ／ｄｔが適正加湿範囲
にあるときには「適正加湿」を判定結果とし（ステップ
Ｓ３１２）、微分値ｄＶ／ｄｔが閾値γ以下のときには
「加湿不足」を判定結果とし（ステップＳ３１４）、微
分値ｄＶ／ｄｔが閾値δ以上のときには「加湿過剰」を
判定結果として（ステップＳ３１６）、本ルーチンを終
了する。
【００５９】以上説明した図５の加湿状態判定処理ルー
チンを実行する実施例の燃料電池システム２０によれ
ば、酸化ガスの燃料電池３０への供給量を増加したとき
の燃料電池３０から出力される電流Ｉと燃料電池３０か
ら出力される電圧Ｖとに基づいて電解質膜３２の加湿状
態を判定することができる。
【００６０】この図５の加湿状態処理判定ルーチンで
は、酸化ガスの燃料電池３０への供給量だけを増加した
が、この酸化ガスの燃料電池３０への供給量の増加に伴
って燃料ガスの燃料電池３０への供給量を増加するもの
としてもよい。
【００６１】次に、図６に例示する加湿状態判定処理ル
ーチンについて説明する。このルーチンが実行される
と、ＣＰＵ６２は、まず電圧計４０により検出される燃
料電池３０から出力される電圧Ｖを読み込み（ステップ
Ｓ４００）、読み込んだ電圧Ｖを前回電圧Ｖ０に代入す
る（ステップＳ４０２）。そして、酸化ガスの燃料電池
３０への供給量を増加して（ステップＳ４０４）、再び
電圧計４０により検出される燃料電池３０の電圧Ｖを読
み込む処理を実行する（ステップＳ４０６）。そして、
読み込んだ電圧Ｖから前回電圧Ｖ０を減じて電圧偏差Δ
Ｖを算出する（ステップＳ４０８）。
【００６２】電圧偏差ΔＶを算出すると、この電圧偏差
ΔＶの値が負の値になっているかを調べ（ステップＳ４
１０）、電圧偏差ΔＶが値０以上のときには「適正加
湿」を判定結果とし（ステップＳ４１２）、電圧偏差Δ
Ｖが負の値のときには「加湿不足」を判定結果として
（ステップＳ４１４）、本ルーチンを終了する。この判
定は、酸化ガスの燃料電池３０への供給量が増加される
ことにより電解質膜３２の水分の蒸発が促進されるが、
電解質膜３２が適正加湿にあるときにはある程度の水分
の蒸発が促進されても燃料電池３０から出力される電圧
Ｖに変化は見られず、電解質膜３２が加湿不足のときに
は更に加湿不足となって燃料電池３０から出力される電
圧Ｖが小さくなることに基づいている。
【００６３】以上説明した図６の加湿状態判定処理ルー
チンを実行する実施例の燃料電池システム２０によれ
ば、酸化ガスの燃料電池３０への供給量を増加したとき
の燃料電池３０から出力される電圧Ｖに基づいて電解質
膜３２の加湿状態を判定することができる。
【００６４】この図６の加湿状態処理判定ルーチンで
は、酸化ガスの燃料電池３０への供給量だけを増加した
が、この酸化ガスの燃料電池３０への供給量の増加に伴
って燃料ガスの燃料電池３０への供給量を増加するもの
としてもよい。
【００６５】次に、図７に例示する加湿状態判定処理ル
ーチンについて説明する。この加湿状態判定処理ルーチ
ンを実行する燃料電池システム２０では、燃料電池３０
に取り付けられている電圧計４０が燃料電池３０を構成
する各単電池３１の電圧を検出できるものである必要が
ある。以下、電圧計４０は、燃料電池３０の各単電池３
１の電圧Ｖを検出するものとして説明する。
【００６６】この図７の加湿状態判定処理ルーチンが実
行されると、ＣＰＵ６２は、まず電圧計４０により検出
される燃料電池３０を構成する各単電池３１の電圧Ｖを
読み込み（ステップＳ５００）、読み込んだ各電圧Ｖの
分散σ０を計算する（ステップＳ５０２）。続いて、酸
化ガスの燃料電池３０への供給量を増加して（ステップ
Ｓ５０４）、再び電圧計４０により検出される各単電池
３１の電圧Ｖを読み込み（ステップＳ５０６）、読み込
んだ各電圧Ｖの分散σ１を計算する（ステップＳ５０
８）。
【００６７】そして、計算した分散σ０とσ１とを比較
して（ステップＳ５１０）、分散σ０が分散σ１以下の
ときには「適正加湿」を判定結果とし（ステップＳ５１
２）、分散σ０が分散σ１より大きいときには「加湿過
剰」を判定結果として（ステップＳ５１４）、本ルーチ
ンを終了する。この判定は、酸化ガスの燃料電池３０へ
の供給量が増加されることにより電解質膜３２の水分の
蒸発が促進されることにより、加湿過剰の状態にある電
解質膜３２が適正加湿状態に近づき、各単電池３１の電
圧Ｖのバラツキが小さくなることに基づいている。
【００６８】以上説明した図７の加湿状態判定処理ルー
チンを実行する実施例の燃料電池システム２０によれ
ば、酸化ガスの燃料電池３０への供給量を増加する前後
の燃料電池３０を構成する各単電池３１の電圧Ｖのバラ
ツキに基づいて電解質膜３２の加湿状態を判定すること
ができる。
【００６９】この図７の加湿状態処理判定ルーチンで
は、燃料電池３０を構成する各単電池３１の電圧Ｖのバ
ラツキ（分散）より電解質膜３２の加湿状態を判定した
が、燃料電池システム２０を複数の単電池３１からなる
複数の電池モジュールにより構成し、各電池モジュール
の電圧のバラツキ（分散）に基づいて電解質膜３２の加
湿状態を判定するものとしてもよい。また、図７の加湿
状態処理判定ルーチンでは、酸化ガスの燃料電池３０へ
の供給量だけを増加したが、この酸化ガスの燃料電池３
０への供給量の増加に伴って燃料ガスの燃料電池３０へ
の供給量を増加するものとしてもよい。
【００７０】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である燃料電池システムの
構成の概略を示す構成図である。
【図２】 燃料電池３０を構成する単電池３１の概略構
成を示す構成図である。
【図３】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユ
ニット６０により実行される加湿制御ルーチンの一例を
示すフローチャートである。
【図４】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユ
ニット６０により実行される加湿状態判定処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
【図５】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユ
ニット６０により実行される加湿状態判定処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
【図６】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユ
ニット６０により実行される加湿状態判定処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
【図７】 実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユ
ニット６０により実行される加湿状態判定処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０ 燃料電池システム、２２ 燃料ガス供給装置、２
３ 燃料ガス加湿器、２４ 酸化ガス供給装置、２５
酸化ガス加湿器、２６ 水タンク、２７，２８圧力調節
バルブ、２７ａ，２８ａ アクチュエータ、３０ 燃料
電池、３１単電池、３２ 電解質膜、３３ アノード、
３４ カソード、３５ セパレータ、３６，３７ 流
路、４０ 電圧計、４２ 電流計、４４ 燃料電池温度
センサ、４６ 圧力センサ、４８ 抵抗値検出器、５０
冷却装置、５２ 冷却水管路、５４ 冷却水用ポン
プ、５６ 熱交換器、５８ 冷却水温度センサ、６０
電子制御ユニット、６２ ＣＰＵ、６４ ＲＯＭ、６６
ＲＡＭ、６８ インジケータ。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する単電池を積層してなる固体高分子型の燃
    料電池を有する燃料電池システムであって、 前記燃料電池にガス状の燃料を供給すると共に該燃料電
    池へ供給する該燃料の圧力を調整する燃料供給手段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料を加湿する加湿手段
    と、 前記燃料電池から出力される電流を検出する電流検出手
    段と、 電流掃引時の前記燃料電池の抵抗を検出する抵抗検出手
    段と、 前記電流検出手段により検出される電流と前記抵抗検出
    手段により検出される抵抗とに基づいて前記電解質膜の
    加湿状態を判定する加湿状態判定手段とを備える燃料電
    池システム。
  2. 【請求項２】 前記加湿状態判定手段は、前記電流検出
    手段により検出された電流の値が所定値のときの前記抵
    抗検出手段により検出された抵抗の値の時間変化に基づ
    いて前記電解質膜の加湿状態を判定する手段である請求
    項１記載の燃料電池システム。
  3. 【請求項３】 前記加湿状態判定手段は、前記時間変化
    が所定範囲を上回るときに前記電解質は加湿不足と判定
    し、前記時間変化が前記所定範囲を下回るときに前記電
    解質は加湿過剰と判定する手段である請求項２記載の燃
    料電池システム。
  4. 【請求項４】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する単電池を積層してなる固体高分子型の燃
    料電池を有する燃料電池システムであって、 前記燃料電池にガス状の燃料を供給すると共に該燃料電
    池へ供給する該燃料の圧力を調整する燃料供給手段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料を加湿する加湿手段
    と、 前記燃料電池から出力される電流を検出する電流検出手
    段と、 前記燃料電池から出力される電圧を検出する電圧検出手
    段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料の供給量を変更する
    燃料供給量変更手段と、 該燃料供給量変更手段により前記燃料の供給量が変更さ
    れたときの前記電流検出手段により検出される電流と前
    記電圧検出手段により検出される電圧とに基づいて前記
    電解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定手段とを備
    える燃料電池システム。
  5. 【請求項５】 前記加湿状態判定手段は、前記燃料供給
    量変更手段により前記燃料の供給量が増加されたときで
    あって前記電流検出手段により検出された電流の値が所
    定値のときの前記電圧検出手段により検出された電圧の
    値の時間変化に基づいて前記電解質膜の加湿状態を判定
    する手段である請求項４記載の燃料電池システム。
  6. 【請求項６】 前記加湿状態判定手段は、前記時間変化
    が所定範囲を上回るときに前記電解質は加湿不足と判定
    し、前記時間変化が前記所定範囲を下回るときに前記電
    解質は加湿過剰と判定する手段である請求項５記載の燃
    料電池システム。
  7. 【請求項７】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する単電池を積層してなる固体高分子型の燃
    料電池を有する燃料電池システムであって、 前記燃料電池にガス状の燃料を供給すると共に該燃料電
    池へ供給する該燃料の圧力を調整する燃料供給手段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料を加湿する加湿手段
    と、 前記燃料電池から出力される電圧を検出する電圧検出手
    段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料の供給量を変更する
    燃料供給量変更手段と、 該燃料供給量変更手段により燃料の供給量が変更される
    前後に前記電圧検出手段により検出される電圧に基づい
    て前記電解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定手段
    とを備える燃料電池システム。
  8. 【請求項８】 前記加湿状態判定手段は、前記燃料供給
    量変更手段により燃料の供給量が増加される前に前記電
    圧検出手段により検出された電圧が該燃料供給量変更手
    段により燃料の供給量が増加された後に該電圧検出手段
    により検出された電圧より大きいときに加湿不足と判定
    する手段である請求項７記載の燃料電池システム。
  9. 【請求項９】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する単電池を積層してなる固体高分子型の燃
    料電池を有する燃料電池システムであって、 前記燃料電池にガス状の燃料を供給すると共に該燃料電
    池へ供給する該燃料の圧力を調整する燃料供給手段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料を加湿する加湿手段
    と、 前記燃料電池を構成する各単電池または同数の単電池か
    らなる各電池モジュールの電圧を検出する電圧検出手段
    と、 前記燃料電池に供給される前記燃料の供給量を変更する
    燃料供給量変更手段と、 該燃料供給量変更手段により燃料の供給量が変更される
    前後に前記電圧検出手段により検出される各単電池また
    は各電池モジュールの電圧のバラツキに基づいて前記電
    解質膜の加湿状態を判定する加湿状態判定手段とを備え
    る燃料電池システム。
  10. 【請求項１０】 前記加湿状態判定手段は、前記燃料供
    給量変更手段により燃料の供給量が増加される前に前記
    電圧検出手段により検出された各単電池または各電池モ
    ジュールの電圧のバラツキが該燃料供給量変更手段によ
    り燃料の供給量が増加された後に該電圧検出手段により
    検出された各単電池または各電池モジュールの電圧のバ
    ラツキより大きいときに加湿過剰と判定する手段である
    請求項９記載の燃料電池システム。
  11. 【請求項１１】 前記加湿状態判定手段による判定に基
    づいて前記加湿手段による前記燃料の加湿を制御する加
    湿制御手段を備える請求項１ないし１０いずれか記載の
    燃料電池システム。
  12. 【請求項１２】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿不足と判定されたとき、前記加湿手段
    による前記燃料の加湿量を増加する手段である請求項１
    １記載の燃料電池システム。
  13. 【請求項１３】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿不足と判定されたとき、前記燃料供給
    手段により前記燃料電池へ供給される前記燃料の圧力を
    増加する手段である請求項１１記載の燃料電池システ
    ム。
  14. 【請求項１４】 請求項１１記載の燃料電池システムで
    あって、 前記燃料電池の運転温度を制御する運転温度制御手段を
    備え、 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿
    不足と判定されたとき、前記運転温度制御手段による前
    記燃料電池の運転温度を低下させる手段である燃料電池
    システム。
  15. 【請求項１５】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿不足と判定されたとき、前記燃料供給
    手段による前記燃料電池への前記燃料の供給量を低減す
    る手段である請求項１１記載の燃料電池システム。
  16. 【請求項１６】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿過剰と判定されたとき、前記加湿手段
    による前記燃料の加湿量を低減する手段である請求項１
    １記載の燃料電池システム。
  17. 【請求項１７】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿過剰と判定されたとき、前記燃料供給
    手段により前記燃料電池へ供給される前記燃料の圧力を
    低下させる手段である請求項１１記載の燃料電池システ
    ム。
  18. 【請求項１８】 請求項１１記載の燃料電池システムで
    あって、 前記燃料電池の運転温度を制御する運転温度制御手段を
    備え、 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判定手段により加湿
    過剰と判定されたとき、前記運転温度制御手段による前
    記燃料電池の運転温度を上昇させる手段である燃料電池
    システム。
  19. 【請求項１９】 前記加湿制御手段は、前記加湿状態判
    定手段により加湿過剰と判定されたとき、前記燃料供給
    手段による前記燃料電池への前記燃料の供給量を増加す
    る手段である請求項１１記載の燃料電池システム。
  20. 【請求項２０】 前記加湿制御手段による前記燃料の加
    湿制御を所定時間行なったにも拘わらず前記加湿状態判
    定手段により加湿不足または加湿過剰と判定されたとき
    に、前記燃料電池システムの異常を検出する異常検出手
    段を備える請求項１１ないし１９いずれか記載の燃料電
    池システム。
  21. 【請求項２１】 前記異常検出手段により異常を検出し
    たとき、該異常を出力する異常出力手段を備える請求項
    ２０記載の燃料電池システム。
  22. 【請求項２２】 前記異常検出手段により異常を検出し
    たとき、前記燃料電池システムの運転を停止する異常時
    運転停止手段を備える請求項２０または２１記載の燃料
    電池システム。
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