JP4415537B2

JP4415537B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP4415537B2
Application number: JP2002326867A
Authority: JP
Inventors: 朋範今村; 哲斉尾▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004164909A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機、或いは家庭用発電機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムでは、所定の出力が得られるように、水素や酸素を供給する補機の制御条件等を設定しているが、電解質膜の導電率、電極触媒の活性等が経時的に低下するため、当初設定された条件では所定の出力が得られなくなる。
【０００３】
このような燃料電池の劣化による出力低下を補償するためには、水素や酸素の供給量を増加させる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、燃料電池の出力は維持できるが、補機の消費動力が増加するため、補機の消費動力を差し引いた燃料電池システムとしての出力は低下する。また、燃料電池の出力を維持する条件が、必ずしも燃料電池システムの効率を最大にする動作条件と等しくなるものではない。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、劣化した際の燃料電池システム効率の低下を最小限に抑えることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、酸化ガスあるいは燃料ガスの少なくとも一方を燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、電流・電圧特性に基づいて燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、さらに、補機（３２、３４）にて供給される燃料ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、燃料電池（１０）のアノード電極の劣化状態を診断することを特徴とする。
【０００６】
これによると、劣化状態に応じて劣化後のシステム効率が最大となるように補機の制御条件を補正することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。
また、補機（３２、３４）にて供給される燃料ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、燃料電池（１０）のアノード電極の劣化状態を診断することにより、アノード電極の劣化の有無を推定することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、酸化ガスあるいは燃料ガスの少なくとも一方を燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、電流・電圧特性に基づいて燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、さらに、補機（２１、２３）にて供給される酸化ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、燃料電池（１０）のカソード電極の劣化状態を診断することを特徴とする。
【０００８】
これによると、劣化状態に応じて劣化後のシステム効率が最大となるように補機の制御条件を補正することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。また、補機（２１、２３）にて供給される酸化ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、燃料電池（１０）のカソード電極の劣化状態を診断することにより、カソード電極の劣化の有無を推定することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、酸化ガスあるいは燃料ガスの少なくとも一方を燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、電流・電圧特性に基づいて燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、さらに、燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、押し付け圧を変更して、セル間の接触抵抗の増加を診断することを特徴とする。
【００１０】
これによると、劣化状態に応じて劣化後のシステム効率が最大となるように補機の制御条件を補正することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。また、積層された多数のセルの押し付け圧を変更して、セル間の接触抵抗の増加を診断することにより、セル間の接触抵抗の増加の有無を推定することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、酸化ガスあるいは燃料ガスの少なくとも一方を燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、電流・電圧特性に基づいて燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、さらに、燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、押し付け圧を変更して、セルの電解質膜の劣化を診断することを特徴とする。
【００１２】
これによると、劣化状態に応じて劣化後のシステム効率が最大となるように補機の制御条件を補正することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。また、積層された多数のセルの押し付け圧を変更して、セルの電解質膜の劣化を診断することにより、セルの電解質膜の劣化の有無を推定することができる。
【００１３】
なお、請求項５に記載の発明のように、補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正する前の電流・電圧特性と、補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件の補正を行う際の電流・電圧特性とに基づいて、燃料電池（１０）の劣化状態を診断することができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば電気自動車に適用される。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電気エネルギを発生する燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、電気負荷１１や２次電池（図示せず）等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行用の電動モータが電気負荷１１に相当する。
【００１９】
本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２０】
（アノード電極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（カソード電極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
そして、各セル毎の出力電圧を検出すると共に燃料電池１０の出力電流を検出するセルモニタ１２が設けられ、セルモニタ１２で検出したセル電圧信号および電流信号が後述する制御部４０に入力されるようになっている。なお、セルモニタ１２は本発明の電圧計測手段および電流計測手段に相当する。
【００２１】
また、燃料電池１０は、積層された多数のセルが押し付け装置１３により所定の押し付け圧にて押し付けられている。押し付け装置１３は、本例では圧電素子を用いており、圧電素子に印加する電圧を調整することにより押し付け圧を制御するようになっている。
【００２２】
燃料電池システムには、燃料電池１０のカソード電極（空気極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０のアノード電極（燃料極）側に水素を供給するための燃料流路３０が設けられている。空気流路２０は燃料電池１０内部において空気が通過する部位を含み、燃料流路３０は燃料電池１０内部において水素が通過する部位を含む。なお、空気は本発明の酸化ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。
【００２３】
空気流路２０の最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気流路２０における空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられている。空気ポンプ２１は、電動モータ（図示せず）にて駆動され、燃料電池１０から電動モータに電力が供給され、その回転数を変動させることで空気供給量（酸素供給量）を調整することができる。空気流路２０における燃料電池１０の下流側には、燃料電池１０に供給される空気の圧力、換言すると空気流路２０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。なお空気ポンプ２１および空気調圧弁２３は、本発明の補機に相当する。
【００２４】
燃料流路３０の最上流部には、水素が充填された水素ボンベ３１が設けられ、燃料流路３０における水素ボンベ３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整するための水素調圧弁３２と、水素への加湿を行う加湿器３３が設けられている。
【００２５】
燃料流路３０における燃料電池１０の下流側は、水素調圧弁３２の下流側に接続されて燃料流路３０が閉ループに構成されており、これにより燃料流路３０内で水素を循環させて、燃料電池１０での未使用水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。
【００２６】
そして、燃料流路３０における燃料電池１０の下流側には、燃料流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３４が設けられている。水素ポンプ３４は、電動モータ（図示せず）にて駆動され、燃料電池１０から電動モータに電力が供給され、その回転数を変動させることで水素供給量を調整することができる。なお、水素調圧弁３２および水素ポンプ３４は、本発明の補機に相当する。
【００２７】
制御部（ＥＣＵ）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部４０には、セルモニタ１２からの電圧信号および電流信号が入力される。また、制御部４０は、演算結果に基づいて、空気ポンプ２１、加湿器２２、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、加湿器３３、水素ポンプ３４に制御信号を出力する。
【００２８】
なお、制御部４０は、本発明の演算手段に相当し、また、電流・電圧特性に基づいて燃料電池１０の劣化状態を診断して補機の制御条件を補正する制御手段に相当する。
【００２９】
次に、上記構成の燃料電池システムの作動を、図１〜図８に基づいて説明する。なお、図３〜図８は制御部４０にて実行される制御処理のうち、燃料電池１０の劣化状態を診断して補機等の制御条件を補正する、劣化補正制御の部分の流れ図である。
【００３０】
図２は燃料電池１０の出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）であり、実線は初期の電流・電圧特性、一点鎖線は劣化時の電流・電圧特性である。なお、初期の電流・電圧特性は、制御部４０に記憶されている。
【００３１】
図２に示すように、電流・電圧特性において電圧が最低になるときの電流値を、本明細書では限界電流値という。図２中の破線は、各特性線を直線近似したものであり、直線近似した線において電流Ｉ＝０のときの電圧差ΔＶｓを、本明細書ではシフト成分という。また、直線近似した線において電流変化量ΔＩに対する電圧変化量ΔＶの比（ΔＶ／ΔＩ）を、本明細書では傾き成分という。
【００３２】
図３は劣化補正制御の全体の流れを示すもので、燃料電池１０の劣化状態を診断するための情報として劣化特性データを収集し（ステップＳ１００）、劣化特性データに基づいて燃料電池１０の劣化内容を推定し（ステップＳ２００）、劣化状態に応じて補機等の制御条件を補正するようになっている（ステップＳ３００）。
【００３３】
劣化特性データの収集（図３のステップＳ１００）の詳細について、図４にて説明する。
【００３４】
まず、燃料電池１０に供給される水素の流量および圧力を所定条件に設定し（ステップＳ１０１）、燃料電池１０に供給される空気の流量、圧力および湿度を所定条件に設定して（ステップＳ１０２）、電流・電圧特性変化データを収集する（ステップＳ１０３、詳細後述）。
【００３５】
この所定条件下での電流・電圧特性変化データの収集により、劣化発生の有無が判定可能である。劣化発生の有無については、初期の電流・電圧特性と現在の電流・電圧特性とを比較することにより判定できる。
【００３６】
続いて、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２で設定した条件から、水素流量のみを増加させた条件を設定して（ステップＳ１０４）、電流・電圧特性変化データを収集する（ステップＳ１０５、詳細後述）。
【００３７】
次に、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２で設定した条件から、空気流量のみを増加させた条件を設定して（ステップＳ１０６）、電流・電圧特性変化データを収集する（ステップＳ１０７、詳細後述）。この各条件による電流・電圧特性の測定データに基づき、図６に示す手続で劣化要因の判定を行う。
【００３８】
電流・電圧特性変化データの収集（図４のステップＳ１０３、１０５、１０７）の詳細について、図５にて説明する。まず、燃料電池１０の電流を所定の増加速度で変化させつつ（ステップＳ１０３１）、燃料電池１０の電流と電圧をセルモニタ１２にて計測する（ステップＳ１０３２）。
【００３９】
次に、ステップＳ１０３２で得たデータに基づいて現在の電流・電圧特性の傾き成分を算出し（ステップＳ１０３３）、制御部４０に記憶された初期の電流・電圧データとステップＳ１０３２で得たデータとに基づいて、現在の電流・電圧特性のシフト成分を算出し（ステップＳ１０３４）、ステップＳ１０３２で得たデータに基づいて現在の電流・電圧特性の限界電流値を算出し（ステップＳ１０３５）、ステップＳ１０３３〜１０３５で算出した値を格納する（ステップＳ１０３６）。
【００４０】
劣化内容の推定（図３のステップＳ２００）の詳細について、図６にて説明する。
【００４１】
まず、燃料電池１０に供給される水素の流量を増加させたときのシフト成分の変化量を算出する（ステップＳ２０１）。ここで、アノード電極の触媒が劣化している場合には、水素流量を増加させることにより、水素流量を増加させる前の電流・電圧特性に対して、電流・電圧特性のシフト成分が減少する。よって、このシフト成分の増加量が所定値以下の場合には（ステップＳ２０２がＹＥＳ）、アノード電極の触媒の劣化無しと判定され（ステップＳ２０３）、一方、シフト成分の増加量が所定値を超えている場合には（ステップＳ２０２がＮＯ）、アノード電極の触媒の劣化有りと判定される（ステップＳ２０４）。
【００４２】
次に、燃料電池１０に供給される空気の流量を増加させたときのシフト成分の変化量を算出する（ステップＳ２０５）。ここで、カソード電極の触媒が劣化している場合には、空気流量を増加させることにより、空気流量を増加させる前の電流・電圧特性に対して、電流・電圧特性のシフト成分が減少する。よって、このシフト成分の増加量が所定値以下の場合には（ステップＳ２０６がＹＥＳ）、カソード電極の触媒の劣化無しと判定され（ステップＳ２０７）、一方、シフト成分の増加量が所定値を超えている場合には（ステップＳ２０６がＮＯ）、カソード電極の触媒の劣化有りと判定される（ステップＳ２０８）。
【００４３】
続いて、電流・電圧特性の傾き成分増加発生時の要因判定法を説明する。傾き成分の増加は、内部抵抗の増加が要因である。その内部抵抗の増加要因は、スタックの押し付け圧の低下によるセル間の接触抵抗の増加と、電解質膜自体の抵抗増加の２つがある。なお、現在の電流・電圧特性の傾き成分が、初期の傾き成分に対して増加していない場合は（ステップＳ２０９がＹＥＳ）、このような劣化が発生していないと考えられる。
【００４４】
傾き成分の増加量が所定値を超えている場合は（ステップＳ２０９がＮＯ）、まず、押し付け装置１３による押し付け圧を上げて（ステップＳ２１０）、電流・電圧特性を収集する（ステップＳ２１１、詳細は図５参照）。押し付け圧を上げて傾き成分が所定値以上低下した際には（ステップＳ２１２がＹＥＳ）、セル間の接触抵抗が増加していると判定される（ステップＳ２１３）。
【００４５】
次に、通常時の傾き成分の増加量から、押し付け圧の低下に起因する傾き成分の増加量を差し引いて、電解質膜の抵抗増加に起因する傾き成分の増加量を算出し（ステップＳ２１４）、ステップＳ２１４で算出した値が所定値以上であれば（ステップＳ２１５がＹＥＳ）、電解質膜の劣化があると判定する（ステップＳ２１６）。そして、ステップＳ２０１〜２１６での劣化内容の診断結果を保存する（ステップＳ２１７）。
【００４６】
制御条件の補正（図３のステップＳ３００）の詳細について、図７にて説明する。
【００４７】
アノード触媒が劣化した場合には（ステップＳ３０１がＹＥＳ）、燃料電池１０に供給される水素の流量の増加量を複数設定して、水素流量増加時の電流・電圧特性データを収集すると共に（ステップＳ３０２）、水素流量増加時の補機の消費電力を算出する（ステップＳ３０３）。
【００４８】
そして、ステップＳ３０２で得た電流・電圧特性と、ステップＳ３０３で算出した補機消費電力とに基づいて、燃料電池１０の各電流値毎に、燃料電池システムの出力が最大となる水素流量の条件を求める（ステップＳ３０４）。ここで求めた電流値と水素流量との関係が、アノード触媒劣化が生じた際における最適な運転条件であり、ここで求めた電流値と水素流量との関係となるように、電流と水素流量の制御マップを更新し（ステップＳ３０５）、以後、この更新した制御マップに基づいて水素流量を制御する。
【００４９】
次に、カソード触媒が劣化した場合には（ステップＳ３１１がＹＥＳ）、燃料電池１０に供給される空気の流量の増加量を複数設定して、空気流量増加時の電流・電圧特性データを収集すると共に（ステップＳ３１２）、空気流量増加時の補機の消費電力を算出する（ステップＳ３１３）。
【００５０】
そして、ステップＳ３１２で得た電流・電圧特性と、ステップＳ３１３で算出した補機消費電力とに基づいて、燃料電池１０の各電流値毎に、燃料電池システムの出力が最大となる空気流量の条件を求める（ステップＳ３１４）。ここで求めた電流値と空気流量との関係が、カソード触媒劣化が生じた際における最適な運転条件であり、ここで求めた電流値と空気流量との関係となるように、電流と空気流量の制御マップを更新し（ステップＳ３０５）、以後、この更新した制御マップに基づいて空気流量を制御する。
【００５１】
次に、押し付け圧の低下によるセル間の接触抵抗の増加が有り（ステップＳ３２１がＹＥＳ）、かつ、その接触抵抗の増加量が所定値以上の場合には（ステップＳ３２２がＹＥＳ）、押し付け装置１３による押し付け圧を上げると共に、押し付け圧が低下したことを知らせる警報を出力する（ステップＳ３２３）。
【００５２】
次に、電解質膜の劣化が有り（ステップＳ３３１がＹＥＳ）、かつ、その劣化度合が所定値以上の場合には（ステップＳ３３２がＹＥＳ）、加湿器２２、３３による加湿の条件を補正すると共に、電解質膜の劣化が有ったことを知らせる警報を出力する（ステップＳ３３３）。
【００５３】
ステップＳ３３３の詳細について、図８にて説明する。まず、電流と加湿量目標値のマップにおける、加湿量目標値を新値に増加補正し（ステップＳ３３３１）、この更新したマップに基づいて加湿量を制御して、電流・電圧特性を収集する（ステップＳ３３３２、詳細は図５参照）。
【００５４】
そして、加湿量目標値を補正後の電流・電圧特性の傾き成分が、補正前の傾き成分に対して減少した場合は（ステップＳ３３３３がＹＥＳ）、電流と加湿量目標値のマップを更新し（ステップＳ３３３４）、以後、この更新したマップに基づいて加湿量を制御する。
【００５５】
一方、加湿量目標値を補正しても傾き成分が減少しなかった場合は（ステップＳ３３３３がＮＯ）、加湿量を増加するだけでは電解質膜の劣化による出力低下を補償することが不可能と判断し、その旨を知らせる警報を出力する（ステップＳ３３３５）。
【００５６】
上記した本実施形態によると、補機の制御条件を補正する前の電流・電圧特性と、補機の制御条件の補正を行う際の電流・電圧特性とに基づいて、燃料電池１０の劣化状態を診断することができる。
【００５７】
すなわち、燃料ガスの量を変更してアノード電極の劣化状態を診断することができ、酸化ガスの量を変更してカソード電極の劣化状態を診断することができ、セルの押し付け圧を変更することによりセル間の接触抵抗の増加や電解質膜の劣化を診断することができる。
【００５８】
そして、劣化状態に応じて劣化後のシステム効率が最大となるように補機の制御条件を補正することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００５９】
また、補機の制御条件を変化させた際の燃料電池１０の出力電力と補機の制御条件を変化させた際の補機の消費動力との差が最大となるように、補機の制御条件を決定することにより、劣化した際のシステム効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００６０】
なお、制御条件の補正の手順（図３参照）において、ステップＳ３０２では水素流量を増加させたが、水素圧力を増加させるようにしてもよい。
【００６１】
この場合、ステップＳ３０２では燃料電池１０に供給される水素の圧力の増加量を複数設定して、水素圧力増加時の電流・電圧特性データを収集すると共に、ステップＳ３０３では水素圧力増加時の補機の消費電力を算出する。さらに、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０２で得た電流・電圧特性と、ステップＳ３０３で算出した補機消費電力とに基づいて、燃料電池１０の各電流値毎に、燃料電池システムの出力が最大となる水素圧力の条件を求め、ステップＳ３０５ではここで求めた電流値と水素圧力との関係となるように、電流と水素圧力の制御マップを更新し、以後、この更新した制御マップに基づいて水素圧力を制御する。
【００６２】
また、制御条件の補正の手順（図３参照）において、ステップＳ３１２では空気流量を増加させたが、空気圧力を増加させるようにしてもよい。
【００６３】
この場合、ステップＳ３１２では燃料電池１０に供給される空気の圧力の増加量を複数設定して、空気圧力増加時の電流・電圧特性データを収集すると共に、ステップＳ３１３では空気圧力増加時の補機の消費電力を算出する。さらに、ステップＳ３１４では、ステップＳ３１２で得た電流・電圧特性と、ステップＳ３１３で算出した補機消費電力とに基づいて、燃料電池１０の各電流値毎に、燃料電池システムの出力が最大となる空気圧力の条件を求め、ステップＳ３１５ではここで求めた電流値と空気圧力との関係となるように、電流と空気圧力の制御マップを更新し、以後、この更新した制御マップに基づいて空気圧力を制御する。
【００６４】
また、制御条件の補正の手順において、ステップＳ３０２で水素圧力を増加させるようにすることと、ステップＳ３１２で空気圧力を増加させるようにすることを、共に実施してもよいし、いずれか一方を実施してもよい。また、流量と圧力の増加を組み合わせて同時に行ってもよい。
【００６５】
（第２実施形態）
本実施形態は、上記第１実施形態の電流・電圧特性変化データの収集の手順（図５参照）を図９のように変更したものであり、その他の点は第１実施形態と同一である。
【００６６】
図９において、燃料電池１０を運転させながら、運転中の電流と電圧を計測し（ステップＳ１０３１ａ）、その計測したデータを統計処理して平均電流・電圧特性を算出し（ステップＳ１０３２ａ）、以下、第１実施形態と同様に、ステップＳ１０３３以降の処理を行う。
【００６７】
第１実施形態の方法では、データ収集は、燃料電池システム停止中（車両停止時もしくは２次電池での走行時）に行う必要があるが、本実施形態では、燃料電池システムは従来通り運転したまま、すなわち通常運転時に電流・電圧特性が測定できるため、システムを停止せずとも良い。
【００６８】
（第３実施形態）
本実施形態は、上記第１実施形態の劣化特性データの収集の手順（図４参照）を図１０のように変更したものであり、その他の点は第１実施形態と同一である。
【００６９】
第１実施形態のステップＳ１０４では水素流量を増加させた条件を設定したのに対し、本実施形態では水素圧力のみを増加させた条件を設定するようにしている（ステップＳ１０４ａ）。また、第１実施形態のステップＳ１０６では空気流量を増加させた条件を設定したのに対し、本実施形態では空気圧力のみを増加させた条件を設定するようにしている（ステップＳ１０６ａ）。
【００７０】
（第４実施形態）
本実施形態は、上記第１実施形態の劣化内容の推定の手順（図６参照）を図１１のように変更したものであり、その他の点は第１実施形態と同一である。
【００７１】
第１実施形態のステップＳ２０１では水素流量を増加させたときのシフト成分の変化量を算出したのに対し、本実施形態では水素圧力を増加させたときのシフト成分の変化量を算出するようにしている（ステップＳ２０１ａ）。また、第１実施形態のステップＳ２０５では空気流量を増加させたときのシフト成分の変化量を算出したのに対し、本実施形態では空気圧力を増加させたときのシフト成分の変化量を算出するようにしている（ステップＳ２０５ａ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。
【図２】図１の燃料電池１０の出力電流と出力電圧との関係を示す電流・電圧特性図である。
【図３】図１の制御部４０にて実行される劣化補正制御の部分の流れ図である。
【図４】図３の劣化特性データの収集の詳細を示す流れ図である。
【図５】図４の電流・電圧特性変化データの収集の詳細を示す流れ図である。
【図６】図３の劣化内容の推定の詳細を示す流れ図である。
【図７】図３の制御条件の補正の詳細を示す流れ図である。
【図８】図７の加湿条件の補正・劣化警報の出力の詳細を示す流れ図である。
【図９】第２実施形態にて実行される制御処理の要部を示す流れ図である。
【図１０】第３実施形態にて実行される制御処理の要部を示す流れ図である。
【図１１】第４実施形態にて実行される制御処理の要部を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池、１２…セルモニタ（電流計測手段兼電圧計測手段）、
２１…空気ポンプ（補機）、２３…空気調圧弁（補機）、
３２…水素調圧弁（補機）、３４…水素ポンプ（補機）、
４０…制御部（演算手段）。

Claims

酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、前記燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの少なくとも一方を前記燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、
前記燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、
前記出力電流と前記出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、
前記電流・電圧特性に基づいて前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、
さらに、前記補機（３２、３４）にて供給される前記燃料ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、前記燃料電池（１０）のアノード電極の劣化状態を診断することを特徴とする燃料電池システム。
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、前記燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの少なくとも一方を前記燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、
前記燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、
前記出力電流と前記出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、
前記電流・電圧特性に基づいて前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、
さらに、前記補機（２１、２３）にて供給される前記酸化ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、前記燃料電池（１０）のカソード電極の劣化状態を診断することを特徴とする燃料電池システム。
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、前記燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの少なくとも一方を前記燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、
前記燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、
前記出力電流と前記出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、
前記電流・電圧特性に基づいて前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、
さらに、前記燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、
前記押し付け圧を変更して、前記セル間の接触抵抗の増加を診断することを特徴とする燃料電池システム。
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、前記燃料電池（１０）から供給される電力によって作動して、前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの少なくとも一方を前記燃料電池（１０）に供給する補機（２１、２３、３２、３４）とを備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池（１０）の出力電流を計測する電流計測手段（１２）と、
前記燃料電池（１０）の出力電圧を計測する電圧計測手段（１２）と、
前記出力電流と前記出力電圧との関係を示す電流・電圧特性を演算する演算手段（４０）とを備え、
前記電流・電圧特性に基づいて前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、劣化状態に応じて、劣化後のシステム効率が最大となるように前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正し、
さらに、前記燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、
前記押し付け圧を変更して、前記セルの電解質膜の劣化を診断することを特徴とする燃料電池システム。
前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正する前の電流・電圧特性と、前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件の補正を行う際の電流・電圧特性とに基づいて、前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件を補正する前の電流・電圧特性と、前記補機（２１、２３、３２、３４）の制御条件の補正を行う際の電流・電圧特性とに基づいて、前記燃料電池（１０）の劣化状態を診断し、
さらに、前記補機（２１、２３）にて供給される前記酸化ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、前記燃料電池（１０）のカソード電極の劣化状態を診断することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、
前記押し付け圧を変更して、前記セル間の接触抵抗の増加を診断することを特徴とする請求項１、２、４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記補機（３２、３４）にて供給される前記燃料ガスの圧力または量の少なくとも一方を変更して、前記燃料電池（１０）のアノード電極の劣化状態を診断することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記燃料電池（１０）は、積層された多数のセルを所定の押し付け圧にて押し付けて構成され、
前記押し付け圧を変更して、前記セルの電解質膜の劣化を診断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。