專利名稱：燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了固體高分子型燃料電池的水蒸氣量以及氮?dú)饬康耐贫ǖ娜剂想姵叵到y(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
背景技術(shù)：
如以往所周知的那樣，為了以固體高分子型燃料電池高效地進(jìn)行發(fā)電，優(yōu)選為，將電解質(zhì)膜設(shè)為適度的濕潤(rùn)狀態(tài)，以防止在燃料電池內(nèi)存在過度的水分。作為對(duì)燃料電池的電池面內(nèi)的水分量進(jìn)行控制的技術(shù)，例如已知有專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)。該專利文獻(xiàn)1公開了以下內(nèi)容對(duì)反應(yīng)氣體(以空氣為代表的氧化氣體及以氫氣為代表的燃料氣體的總稱)的壓力、濕度、溫度、流量以及根據(jù)流路形狀所確定的壓損特性中的至少一個(gè)要素進(jìn)行調(diào)整，對(duì)作為電池面內(nèi)的液滴或是水蒸氣的水分量的分布進(jìn)行控制。另外，作為其他現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)有專利文獻(xiàn)2 5。專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-335444號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-222854號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2009-004151號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2008-041505號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開2005-339845號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，實(shí)際的燃料電池層壓有多個(gè)單電池，水分量沿著該層壓方向有所不同，另夕卜，水分量在電池面內(nèi)的反應(yīng)氣體流路的流路方向也有所不同。在該點(diǎn)上，對(duì)于專利文獻(xiàn)1， 并沒有進(jìn)行考慮了單電池的層壓方向的水分量或反應(yīng)氣體流路的流路方向的水分量的控制，難以高精度地控制燃料電池內(nèi)的水分量的分布。近年來，為了改善燃耗而進(jìn)行燃料電池的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料電池系統(tǒng)正在增多。在該間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使向陽(yáng)極電極以及陰極電極供給反應(yīng)氣體的輔機(jī)類停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，有時(shí)會(huì)因在停止前殘留的空氣與氫氣進(jìn)行反應(yīng)等，在燃料電池內(nèi)殘留下成為不純物的過度的水蒸氣及氮?dú)?。此時(shí)，在接下來開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 受到水蒸氣及氮?dú)獾挠绊?，反?yīng)氣體的供給變得不足或是電池電壓降低，存在燃耗惡化的可能性。本發(fā)明是鑒于上述情況而提出，其目的在于，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，防止在燃料電池內(nèi)殘留過度的水蒸氣及氮?dú)狻Ｓ糜谶_(dá)成上述目的的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，該燃料電池包括層壓多個(gè)但電池而成的電池層壓體，該單電池具有陽(yáng)極電極、陰極電極、位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的電解質(zhì)膜以及反應(yīng)氣體流路，其中，該燃料電池系統(tǒng)具有推定部以及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部， 該推定部推定電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的至少一方的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬?，該運(yùn)轉(zhuǎn)控制部在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由上述推定部推定的每個(gè)上述規(guī)定位置的上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环胶涂紤]上述單電池的層壓方向以及上述反應(yīng)氣體流路的流路方向而設(shè)定的每個(gè)上述規(guī)定位置的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)在至少一個(gè)位置處上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^上述閾值時(shí)，向上述反應(yīng)氣體流路供給包括氫氣的氣體，從上述燃料電池內(nèi)排出水蒸氣以及氮?dú)狻Ａ硗?，“多個(gè)規(guī)定位置”也包括規(guī)定位置相連續(xù)的情況。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的任意位置的水蒸氣量或氮?dú)饬砍^了對(duì)應(yīng)各個(gè)上述位置而設(shè)定的閾值時(shí)，使氣體在反應(yīng)氣體流路中流動(dòng)，因此，當(dāng)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，能夠切實(shí)地防止在燃料電池內(nèi)殘留過度的水蒸氣及氮?dú)狻Ｓ纱耍诮酉聛淼倪\(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)，可抑制因水蒸氣及氮?dú)庠斐傻姆磻?yīng)氣體的供給不足或者電池電壓的降低等， 能夠改善燃耗。另外，閾值是考慮了單電池的層壓方向和反應(yīng)氣體流路的流路方向的參數(shù)， 因而，使氣體流動(dòng)的頻率、時(shí)序最佳化，其結(jié)果為，能夠有效地減少水蒸氣及氮?dú)?，能夠抑制氣體的多余供給。也可以設(shè)成為，上述反應(yīng)氣體流路與循環(huán)流路連通，該循環(huán)流路對(duì)從上述燃料電池排出的氣體進(jìn)行處理并供給至上述燃料電池，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制部在超過上述閾值時(shí)進(jìn)行上述循環(huán)流路的氣體循環(huán)。此時(shí)，能夠適當(dāng)?shù)貜娜剂想姵嘏懦鏊魵饧暗獨(dú)?。也可以設(shè)成為，在上述循環(huán)流路經(jīng)由開閉閥連接有與該燃料電池系統(tǒng)的外部相通的排出流路，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制部在氣體循環(huán)時(shí)將上述開閉閥打開，通過上述排出流路進(jìn)行水蒸氣、氮?dú)獾呐懦觥４藭r(shí)，能夠有效地排出水蒸氣及氮?dú)?。也可以設(shè)成為，上述推定部中，作為上述水蒸氣量的推定，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的殘留水量分布以及上述電解質(zhì)膜的含水量分布，作為上述氮?dú)饬康耐贫?，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間的氮?dú)庖苿?dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的氮?dú)饬糠植?。此時(shí)，由于考慮了電極間的水移動(dòng)，所以，能夠確保含水量以及殘留水量、即水蒸氣量的高的推定精度。另外，由于考慮了電極間的氮?dú)庖苿?dòng)，所以，能夠確保氮?dú)饬康母叩耐贫ň?。此外，由于利用該高的推定精度的結(jié)果使氣體流動(dòng)，所以，能夠使其時(shí)序、頻率最佳化，由此，能夠適當(dāng)?shù)嘏懦鏊魵饧暗獨(dú)?。根?jù)另外觀點(diǎn)的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，該燃料電池包括層壓多個(gè)電電池而成的電池層壓體，該單電池具有陽(yáng)極電極、陰極電極、位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的電解質(zhì)膜以及反應(yīng)氣體流路，其中，該燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法具有以下工序推定電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的至少一方的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬?；以及，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由上述推定部推定的每個(gè)上述規(guī)定位置的上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环胶涂紤]上述單電池的層壓方向以及上述反應(yīng)氣體流路的流路方向而設(shè)定的每個(gè)上述規(guī)定位置的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)在至少一個(gè)位置處上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^上述閾值時(shí)，向上述反應(yīng)氣體流路供給包括氫氣的氣體，從上述燃料電池內(nèi)排出水蒸氣以及氮?dú)狻８鶕?jù)本發(fā)明，當(dāng)燃料電池的電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的任意位置的水蒸氣量或氮?dú)饬砍^了對(duì)應(yīng)各個(gè)上述位置而設(shè)定的閾值時(shí)，使氣體在反應(yīng)氣體流路中流動(dòng)，因此， 在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，能夠切實(shí)地防止在燃料電池內(nèi)殘留過度的水蒸氣及氮?dú)狻Ｓ纱耍?在接下來的運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)，可抑制因水蒸氣或氮?dú)庠斐傻姆磻?yīng)氣體的供給不足或者電池電壓的降低等，能夠改善燃耗。另外，閾值是考慮了單電池的層壓方向和反應(yīng)氣體流路的流路方向的參數(shù)，因而，將氣體流動(dòng)的頻率、時(shí)序最佳化，其結(jié)果為，能夠有效地減少水蒸氣及氮?dú)?，能夠抑制氣體的多余的供給。也可以設(shè)成為，當(dāng)超過上述閾值時(shí)，對(duì)從上述燃料電池的反應(yīng)氣體流路排出的氣體進(jìn)行處理并供給至上述燃料電池的反應(yīng)氣體流路的氣體循環(huán)。由此，能夠適當(dāng)?shù)貜娜剂想姵嘏懦鏊魵饧暗獨(dú)狻Ｒ部梢栽O(shè)成為，在氣體循環(huán)時(shí)，通過與進(jìn)行該氣體循環(huán)的循環(huán)流路連接的排出流路進(jìn)行水蒸氣、氮?dú)獾呐懦觥Ｓ纱?，能夠有效地排出水蒸氣及氮?dú)狻Ｒ部梢栽O(shè)成為，上述水蒸氣量以及氮?dú)饬康耐贫üば蛑校鳛樯鲜鏊魵饬康耐贫ǎ紤]經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的殘留水量分布以及上述電解質(zhì)膜的含水量分布，作為上述氮?dú)饬康耐贫?，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的氮?dú)庖苿?dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的氮?dú)饬糠植?。此時(shí)，由于考慮了電極間的水移動(dòng)，所以，能夠確保含水量以及殘留水量、即水蒸氣量的高的推定精度。另夕卜，由于考慮了電極間的氮?dú)庖苿?dòng)，所以，能夠確保氮?dú)饬康母叩耐贫ň?。此外，由于利用該高的推定精度的結(jié)果使氣體流動(dòng)，所以，能夠使其時(shí)序、頻率最佳化，由此，能夠適當(dāng)?shù)嘏懦鏊魵饧暗獨(dú)狻?br>

圖1是實(shí)施方式涉及的燃料電池的立體2是表示實(shí)施方式涉及的燃料電池的內(nèi)部的一部分的側(cè)視圖。圖3是實(shí)施方式涉及的單電池的剖視圖。圖4是實(shí)施方式涉及的隔板的俯視圖。圖5A是表示實(shí)施方式的第一變形例涉及的隔板的流路形狀的概略俯視圖。圖5B是表示實(shí)施方式的第二變形例涉及的隔板的流路形狀的概略俯視圖。圖5C是表示實(shí)施方式的第三變形例涉及的隔板的流路形狀的概略俯視圖。圖6是實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖7是實(shí)施方式涉及的控制裝置的功能方框圖。圖8是表示實(shí)施方式涉及的電池面內(nèi)的水蒸氣分布的推定方法的流程圖。圖9是表示實(shí)施方式涉及的關(guān)于電池層壓體的、反應(yīng)氣體的供給以及排出與電池流道的關(guān)系的圖。圖10是表示實(shí)施方式涉及的電解質(zhì)膜的相對(duì)濕度與的關(guān)系的特性映射圖。圖11是表示實(shí)施方式涉及的相對(duì)于電池面內(nèi)位置的電流密度的圖。圖12是表示實(shí)施方式涉及的電池面內(nèi)的反應(yīng)氣體流路以及電解質(zhì)膜的相對(duì)濕度分布的圖。圖13是表示實(shí)施方式涉及的電池面內(nèi)的殘留水量分布的圖。圖14是表示實(shí)施方式涉及的電池入口溫度的計(jì)算方法的流程圖。圖15A是表示實(shí)施方式涉及的關(guān)于電池組入口溫度所受到的散熱影響的、單電池的位置以及制冷劑流量的關(guān)系的圖。
圖15B是表示實(shí)施方式涉及的關(guān)于電池組入口溫度所受到的散熱影響的、單電池的位置以及外氣溫度的關(guān)系的圖。圖16是表示實(shí)施方式涉及的每個(gè)單電池的空氣流量以及空氣背壓的計(jì)算方法的流程圖。圖17是表示實(shí)施方式涉及的對(duì)應(yīng)于殘留水量的單電池的P-Q特性的映射圖。圖18A是表示實(shí)施方式涉及的電池入口壓力分布的圖。圖18B是表示實(shí)施方式涉及的電池流入流量分布的圖。圖18C是表示實(shí)施方式涉及的電池出口壓力分布的圖。圖19是表示實(shí)施方式涉及的電池出口溫度的計(jì)算方法的流程圖。圖20是表示實(shí)施方式涉及的關(guān)于電池組出口溫度所受到的散熱影響的、單電池的位置以及制冷劑流量的關(guān)系的圖。圖21是表示實(shí)施方式涉及的電池面內(nèi)的氮?dú)夥植嫉耐贫ǚ椒ǖ牧鞒虉D。圖22是表示實(shí)施方式涉及的電解質(zhì)膜的相對(duì)濕度與Dn2的關(guān)系的特性映射圖。圖23是表示實(shí)施方式涉及的相對(duì)于電池面內(nèi)位置的電流密度的圖。圖M是表示實(shí)施方式涉及的電池面內(nèi)的殘留氮?dú)饬糠植嫉膱D。圖25是實(shí)施方式的控制例的流程圖。圖沈是表示在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)相對(duì)于水蒸氣量的閾值進(jìn)行氣體循環(huán)的時(shí)序的時(shí)序圖。圖27是表示在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)相對(duì)于氮?dú)饬康拈撝颠M(jìn)行氣體循環(huán)的時(shí)序的時(shí)序圖。圖觀是示意性表示實(shí)施方式涉及的電池層壓體中的反應(yīng)氣體的流動(dòng)的圖。圖四是表示電池的層壓方向以及反應(yīng)氣體流路方向與閾值的關(guān)系的圖。圖30是表示進(jìn)行氣體循環(huán)時(shí)的氫泵的控制例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，對(duì)本實(shí)施方式涉及的包括燃料電池的燃料電池系統(tǒng)的概要進(jìn)行說明，接著，對(duì)燃料電池的水蒸氣量以及氮?dú)饬康耐贫ㄒ约袄迷撏贫ǖ目刂评M(jìn)行說明。以下，有時(shí)，作為燃料氣體以氫氣為例進(jìn)行說明， 作為氧化氣體以空氣為例進(jìn)行說明，將燃料氣體以及氧化氣體總稱為反應(yīng)氣體。A.燃料電池的概要如圖1以及圖2所示，疊層結(jié)構(gòu)的燃料電池1具有層壓多個(gè)固體高分子電解質(zhì)型的單電池2而成的電池層壓體3。在位于電池層壓體3的兩端的單電池2(以下稱為“端部電池加”)的外側(cè)，分別配置集電板fe、5b、絕緣板6a、6b以及端板7a、7b。張力板8、8架設(shè)在端板7a、7b之間并由螺栓9固定，在端板7b與絕緣板6b之間設(shè)有彈性模塊10。氫氣、空氣以及制冷劑從與端板7a的供給口 lla、12a以及13a連接的供給管14 被供給到電池層壓體3內(nèi)的歧管15a。然后，氫氣、空氣以及制冷劑在單電池2的平面方向流動(dòng)，到達(dá)電池層壓體3內(nèi)的歧管15b，從與端板7a的排出口 lib、12b以及1 連接的排出管16被排出到燃料電池1外。另外，供給管14、歧管15a、15b以及排出管16與氫氣、空氣以及制冷劑各流體對(duì)應(yīng)地設(shè)置，在圖2中標(biāo)以相同附圖標(biāo)記并省略說明。
如圖3所示，單電池2具備MEA20以及一對(duì)隔板22A、22B。MEA20 (膜一電極組件) 包括由離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜23和夾持電解質(zhì)膜23的陽(yáng)極電極MA及陰極電極MB。 隔板22A的氫流路25A面對(duì)電極24A，隔板22B的空氣流路25B面對(duì)電極MB。另外，隔板 22A、22B的制冷劑流路^A、26B在鄰接的單電池2、2之間連通。圖4是隔板22A的俯視圖。隔板22A具有分別在氫流路25A的外側(cè)貫通形成的氫入口 27a、空氣入口 ^a、制冷劑入口 ^a、氫出口 27b、空氣出口 ^b以及制冷劑出口 ^b。 入口 27aJ8a以及29a構(gòu)成與各個(gè)流體對(duì)應(yīng)的歧管15a的一部分，同樣，出口 27b 以及 29b構(gòu)成與各個(gè)流體對(duì)應(yīng)的歧管15b的一部分。在隔板22A中，氫氣從入口 27a被導(dǎo)入至氫流路25A，被排出至出口 27b。在該點(diǎn)上，制冷劑的流動(dòng)也同樣。另外，雖未詳述，但對(duì)于與隔板22A同樣構(gòu)成的隔板22B，空氣也是在其平面方向流動(dòng)。這樣一來，氫氣及空氣被供給至單電池2內(nèi)的電極24A、24B，由此， 在MEA20內(nèi)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得電動(dòng)勢(shì)。另外，通過該電化學(xué)反應(yīng)，在電極24B側(cè)生成水并放熱。并且，通過制冷劑的流動(dòng)，各單電池2的熱量被降低。另外，在電極24B側(cè)，還由空氣生成氮?dú)?。圖5A 圖5C是表示能夠適用本實(shí)施方式的隔板的其他流路形狀的概略俯視圖。 如圖5A所示，也可以將流路25A、25BJ6A、26B的流路形狀形成為在中途具有折回部的蛇紋流路形狀，來替代圖4所示的直線槽流路(凹凸的重復(fù)在一個(gè)方向上延伸)的樣式。另外， 如圖5B所示，也可以將流路25A、25BJ6A、26B形成為波狀，或是如圖5C所示地形成為沒有凹凸的平板狀。進(jìn)而，對(duì)于反應(yīng)氣體的流動(dòng)方式，也可以采用氫氣和空氣朝相反方向流動(dòng)的逆流類型來替代由圖1以及圖4所理解那樣的順流類型(氫氣及空氣朝同一方向流動(dòng))。 另外，隔板22A、22B的朝向?yàn)榭v向、橫向均可。也就是說，后述的燃料電池1的水分量的推定并不限定于燃料電池1的硬件構(gòu)成。B.燃料電池系統(tǒng)的概要如圖6所示，燃料電池系統(tǒng)100具備空氣配管系統(tǒng)300、氫配管系統(tǒng)400、制冷劑配管系統(tǒng)500以及控制裝置600。燃料電池系統(tǒng)100除了能夠搭載于車輛、船舶、飛行器、機(jī)器人等各種移動(dòng)體之外，還能夠應(yīng)用于固定型電源。此處，以搭載于汽車的燃料電池系統(tǒng)100 為例進(jìn)行說明?？諝馀涔芟到y(tǒng)300用于對(duì)燃料電池1供給、排出空氣，具有加濕裝置30、供給流路 31、排出流路32以及壓縮機(jī)33。由壓縮機(jī)33導(dǎo)入大氣中的空氣(低濕潤(rùn)狀態(tài)的空氣)并壓送到加濕裝置30，利用加濕裝置30在高濕潤(rùn)狀態(tài)的氧化廢氣之間進(jìn)行水分交換。其結(jié)果為，被適度加濕了的空氣從供給流路31被供給至燃料電池1。在排出流路32中，設(shè)置對(duì)燃料電池1的空氣背壓進(jìn)行調(diào)整的背壓閥34。另外，在背壓閥34的附近，設(shè)置對(duì)空氣背壓進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器P1。在壓縮機(jī)33中，設(shè)置對(duì)向燃料電池1供給的空氣供給流量進(jìn)行檢測(cè)的流量傳感器Fl。氫配管系統(tǒng)400用于對(duì)燃料電池1供給、排出氫氣，具有氫供給源40、供給流路 41、循環(huán)流路42以及切斷閥43等。來自氫供給源40的氫氣在由調(diào)節(jié)器44進(jìn)行了減壓之后，通過噴射器45對(duì)流量以及壓力進(jìn)行高精度的調(diào)整。然后，氫氣在合流點(diǎn)A與由循環(huán)流路42上的氫泵46壓送的廢氫氣合流，并被供給至燃料電池1。在循環(huán)流路42中，以分支狀連接有帶有作為開閉閥的排氣排水閥48的排出流路47，通過將排氣排水閥48開閥，將廢氫氣排出到排出流路32。在合流點(diǎn)A的下游側(cè)，設(shè)置對(duì)向燃料電池1供給的氫氣的供給壓力進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器P2。另外，在氫泵46上設(shè)有流量傳感器F2。另外，作為其他實(shí)施方式，也可以將燃料廢氣導(dǎo)入到氫稀釋器等中，還可以在循環(huán)流路42中設(shè)置氣液分離器。制冷劑配管系統(tǒng)500用于對(duì)燃料電池1循環(huán)供給制冷劑(例如冷卻水)，具有冷卻泵50、制冷劑流路51、散熱器52、旁通流路53以及切換閥M。冷卻泵50將制冷劑流路51 內(nèi)的制冷劑向燃料電池1內(nèi)壓送。制冷劑流路51具有位于燃料電池1的制冷劑入口側(cè)的溫度傳感器Tl和位于燃料電池1的制冷劑出口側(cè)的溫度傳感器T2。散熱器52對(duì)從燃料電池1排出的制冷劑進(jìn)行冷卻。切換閥M例如由旋轉(zhuǎn)閥構(gòu)成，根據(jù)需要在散熱器52和旁通流路53之間切換制冷劑的流通?？刂蒲b置600構(gòu)成為在內(nèi)部具備CPU、ROM、RAM的微型計(jì)算機(jī)。在控制裝置600 中，輸入對(duì)在各配管系統(tǒng)300、400、500中流動(dòng)的流體的壓力、溫度、流量等進(jìn)行檢測(cè)的傳感器(P1、P2、F1、F2、T1、T2)的檢測(cè)信息。另夕卜，在控制裝置600中，除了對(duì)燃料電池1所發(fā)電的電流值進(jìn)行檢測(cè)的電流傳感器61的檢測(cè)信息以外，還輸入外氣溫度傳感器62、車速傳感器63、油門開度傳感器等的檢測(cè)信息?？刂蒲b置600根據(jù)這些檢測(cè)信息等，對(duì)系統(tǒng)100內(nèi)的各種設(shè)備(壓縮機(jī)33、切斷閥43、噴射器45、氫泵46、排氣排水閥48、冷卻泵50、切換閥討等)進(jìn)行控制，對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行統(tǒng)一控制。另外，控制裝置600讀取各種檢測(cè)信息，利用存儲(chǔ)在ROM中的各種映射圖，推定燃料電池1的水蒸氣量及氮?dú)饬浚谠撏贫ɡ醚h(huán)流路42進(jìn)行氣體循環(huán)。如圖7所示，控制裝置600作為用于推定燃料電池1的水蒸氣量及氮?dú)饬坎?shí)現(xiàn)基于這些量的控制的功能塊，具備存儲(chǔ)部65、檢測(cè)部66、推定部67以及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68。存儲(chǔ)部65存儲(chǔ)有用于實(shí)現(xiàn)燃料電池1的水蒸氣量及氮?dú)饬康耐贫ㄒ约翱刂频母鞣N程序、各種映射圖。另外，映射圖是通過實(shí)驗(yàn)或者模擬預(yù)先獲得的。檢測(cè)部66讀取各種傳感器(P1、 P2、F1、F2、T1、T2、61 63)等的檢測(cè)信息。運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68根據(jù)推定部67的推定結(jié)果對(duì)各種設(shè)備發(fā)送控制指令，并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，使得燃料電池1成為所希望的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如水蒸氣狀態(tài)、氮?dú)鉅顟B(tài)、溫度狀態(tài)等)。此時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68根據(jù)需要執(zhí)行將陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)相區(qū)分的控制?；谟蓹z測(cè)部66取得的信息等，推定部67參照存儲(chǔ)部65中的各種映射圖等來推定燃料電池1的電解質(zhì)膜23內(nèi)以及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬?。具體而言，作為水蒸氣量的推定，推定部67考慮經(jīng)由電解質(zhì)膜23在電極24A、24B之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定單電池2的電池面內(nèi)的殘留水量分布以及含水量分布。另外，同樣地， 作為氮?dú)饬康耐贫?，推定?7考慮經(jīng)由電解質(zhì)膜23在電極24A、24B之間進(jìn)行的氮?dú)庖苿?dòng)來推定單電池2的電池面內(nèi)的殘留氮?dú)饬糠植家约昂獨(dú)饬糠植肌＿M(jìn)而，推定部67也推定各單電池2的層壓方向(以下稱為電池層壓方向)的殘留水量分布、含水量分布以及氮?dú)饬糠植?。此處，所說的“電池面內(nèi)”是指單電池2的平面方向(是指與圖4的紙面平行的方向，是指與電池層壓方向正交的方向)上的單電池2的內(nèi)部。所說的“殘留水量”是指存在于單電池2的反應(yīng)氣體流路內(nèi)的水蒸氣量。所說的反應(yīng)氣體流路是將氫流路25A以及空氣流路25B總稱起來的概念。所說的“含水量”是指單電池2的電解質(zhì)膜23中所含的水蒸氣量。另外，所說的“氮?dú)饬俊笔侵复嬖谟趩坞姵?的反應(yīng)氣體流路內(nèi)的氮?dú)饬俊?br> C.燃料電池的水蒸氣量的推定方法在本實(shí)施方式的水蒸氣量的推定方法中，將殘留水量和含水量區(qū)分開來進(jìn)行推定，此時(shí)，區(qū)分陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)地推定殘留水量分布。另外，關(guān)于殘留水量和含水量，不僅推定電池面內(nèi)的分布，也推定電池層壓方向的分布。以下，首先，對(duì)電池面內(nèi)的水蒸氣分布 (殘留水量分布以及含水量分布)的推定方法進(jìn)行說明。接著，對(duì)在推定時(shí)如何考慮電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差進(jìn)行說明，提及電池層壓方向的水蒸氣分布的推定方法。1.電池面內(nèi)的水蒸氣分布的推定方法如圖8所示，首先，讀取電流值I、電池入口溫度Tin, ρ電池出口溫度Tqut, i、空氣流量GU, i、氫流量QH2, i、空氣背壓Paini以及氫壓PH2, i、(步驟Si)。此處，電流值I是由電流傳感器61檢測(cè)到的。電池入口溫度Tin,i等中的下標(biāo)添加字的“i”是表示電池層壓體3中的單電池2的位置的電池流道。具體而言，當(dāng)將圖9所示的電池層壓體3設(shè)為模型時(shí)，距反應(yīng)氣體的供給口(相當(dāng)于圖1的供給口 lla、12a)以及排出口(相當(dāng)于圖1的排出口 llb、12b)最近的端部電池加的電池流道“i”為1。當(dāng)層壓了 200塊單位電池2時(shí)，另一個(gè)端部電池加的電池流道“i”為200。電池入口溫度Tin,i以及電池出口溫度TquU分別是單電池2 (電池流道i)的制冷劑入口 29a以及制冷劑出口 29b處的制冷劑溫度?？諝饬髁緼hi以及氫流量G^i分別是流入到單電池I的空氣入口 ^a以及氫入口 27a的空氣以及氫氣的供給流量?？諝獗硥?Paira以及氫壓PH2,i分別是單電池I的空氣出口 28b以及氫入口 27a處的空氣以及氫氣的壓力。當(dāng)燃料電池只具有一個(gè)單電池2、或不考慮電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差時(shí)， 如下所述。Tin, i 溫度傳感器Tl獲得的檢測(cè)值
Tqut, i 溫度傳感器T2獲得的檢測(cè)值Qair, i 流量傳感器Fl獲得的檢測(cè)值QH2, i 根據(jù)流量傳感器F2獲得的檢測(cè)值求出的氫供給流量Pair, i 壓力傳感器Pl獲得的檢測(cè)值PH2, i 壓力傳感器P2獲得的檢測(cè)值另一方面，當(dāng)燃料電池1具有多個(gè)單電池2時(shí)，根據(jù)電池層壓方向的位置，散熱量及壓損等有所不同，所以在單電池2之間存在散熱量偏差和反應(yīng)氣體及制冷劑的配流偏差。因此，優(yōu)選為，使用考慮了該方面的電池入口溫度Timi等。關(guān)于該考慮方法在后敘述。另外，作為電池入口溫度Timi等使用的各檢測(cè)值也能夠使用根據(jù)上述傳感器以外的傳感器或計(jì)算方法獲得的值。換言之，溫度傳感器、流量傳感器以及壓力傳感器也可以設(shè)置在圖6所示以外的位置上，其數(shù)量以及位置可進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變更。例如，也可將氫流量傳感器設(shè)置在燃料電池1的氫供給口 Ila附近，將其檢測(cè)值用作氫流量Qh2Y另外，電池入口溫度Tina以及電池出口溫度Ttma也可以通過在端部電池加或端板7a、7b上安裝溫度傳感器來進(jìn)行推定。這樣一來，通過測(cè)定燃料電池組本身的溫度來替代制冷劑的溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的水蒸氣分布的推定。在圖8所示的步驟S2中，根據(jù)電池入口溫度Tin,i計(jì)算各單電池2i的陰極入口露點(diǎn)Td,。A以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,M。在本實(shí)施方式中，由于在燃料電池系統(tǒng)1中使用有加濕器 30，所以，作為陰極入口露點(diǎn)Td, CA以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td, M，可分別使用電池入口溫度Tin, it)艮口，當(dāng)空氣入口 ^a以及氫入口 27a臨近制冷劑入口 ^a時(shí)，能夠如下那樣表示，能夠考慮露點(diǎn)的層壓偏差。TdcA = TdM = Tini另外，在步驟S2中，也可以根據(jù)電池出口溫度Tt^i計(jì)算各單電池&的陰極入口露點(diǎn)Td,。A以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,M。另外，根據(jù)其他實(shí)施方式，也可以使用露點(diǎn)計(jì)。例如，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)1中沒有使用加濕器、或沒有利用電池入口溫度Tina時(shí)，也可以在燃料電池1 的電池組入口(陽(yáng)極側(cè)供給口 Ila以及陰極側(cè)供給口 12a)分別設(shè)置露點(diǎn)計(jì)，將其檢測(cè)值設(shè)定為陰極入口露點(diǎn)Td,CA以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,AN。這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的推定。另外，在未在空氣配管系統(tǒng)300中搭載加濕器30的無加濕空氣系統(tǒng)中，也能夠?qū)㈥帢O入口露點(diǎn)Td,CA設(shè)為o°c進(jìn)行計(jì)算?；蛘撸部梢愿鶕?jù)外氣溫度以及外部濕度傳感器，作為陰極入口露點(diǎn)Td,。A=外氣溫度X外部溫度進(jìn)行計(jì)算。也就是說，本推定方法也可以應(yīng)用于無加濕系統(tǒng)。在圖8所示的步驟S3中，求出電極24A、24B之間的水移動(dòng)速度VH2aQ^M。水移動(dòng)速度νΗ2。,α—ΑΝ由下式計(jì)算。Vh20, CA-AN — DH2C)X (PH20，CA_Ph20，AN)此處，Ph20jca是單電池2i的電極MB側(cè)的水蒸氣分壓，由陰極入口露點(diǎn)計(jì)算。 另外，PH2。,AN是單電池A的電極24A側(cè)的水蒸氣分壓，由陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,AN計(jì)算。Dh2q是電解質(zhì)膜23中的水?dāng)U散系數(shù)。也可以使用恒定值，但由于根據(jù)濕度而有所變化，因此優(yōu)選為，考慮該方面。當(dāng)考慮濕度求取D·時(shí)，例如，預(yù)先制作圖10所示那樣的表示電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度與的關(guān)系的特性映射圖，可利用該特性映射圖來使用與電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)的D·的值。具體而言，可以使用在燃料電池系統(tǒng)1的前次運(yùn)轉(zhuǎn)中的關(guān)閉時(shí)推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度α、在燃料電池系統(tǒng)1的放置(停止)中推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度α、或者在燃料電池系統(tǒng)1中在此次推定緊前推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度α， 能夠根據(jù)映射圖來確定用于此次推定的的值(β )。在圖8所示的步驟S4中，根據(jù)水移動(dòng)速度VH2Q,eA —ΑΝ、露點(diǎn)Td,eA、露點(diǎn)！^^溫度丁^， i、空氣背壓i、氫壓PH2, i、空氣流量Ah i、氫流量QH2, i以及電流值I，利用映射圖來計(jì)算電流密度ix(其中，χ是任意自然數(shù))。電流密度ix是電池面內(nèi)的任意面積的電流密度，例如若將χ = 4時(shí)的各面積設(shè)為S1 S4，則I = i1Xs1+i2Xs2+i3Xs3+i4Xs40將計(jì)算電流密度ix的分布的結(jié)果的一個(gè)示例表示為圖11。另外，在步驟S4中，計(jì)算電池面內(nèi)的電流分布以及相對(duì)濕度分布。表示該電流分布以及相對(duì)濕度分布的函數(shù)I以及RH如下所示。另外，預(yù)先將函數(shù)I以及RH的相對(duì)于各個(gè)參數(shù)(Td,CA、Td,AN、Tqut, i、Pair,”ΡΗ2,”(^, ”0Η2, PVimo^mix)的靈敏度制成映射圖。另外， 也可以根據(jù)這些參數(shù)來計(jì)算電池面內(nèi)的過電壓分布。I — f (Td，ck、Td，M、Tout, i、Pair, i、Pn2, i、Qair, i、i、^H20, CA — AN、 χ)RH — f (Td，ck、Td，M、Tout, i、Pair, i、Pn2, i、Qair, i、i、^H20, CA — AN、 χ)圖12是表示由步驟S4計(jì)算的電池面內(nèi)的相對(duì)濕度分布(反應(yīng)氣體流路以及電解質(zhì)膜的相對(duì)濕度分布)的一個(gè)示例的圖。在圖12中，為了與電池面內(nèi)位置關(guān)聯(lián)地示出氫氣及空氣的流動(dòng)，在本實(shí)施方式中以逆流的流路形態(tài)為例。如圖12所示，在AN流路(氫流路25A)中從氫入口 27a到氫出口 27b相對(duì)濕度超過100%而處于過飽和狀態(tài)，另一方面，在CA 流路(空氣流路25B)中在空氣出口 28b側(cè)相對(duì)濕度低于100%。另外，在電解質(zhì)膜23中， 其中央部(單電池2的中心部)成為過飽和狀態(tài)。在圖8所示的步驟S5中，對(duì)于陽(yáng)極側(cè)以及陰極側(cè)，分別根據(jù)圖12所示的相對(duì)濕度分布的結(jié)果計(jì)算過飽和度0l(相對(duì)濕度超過100%的量)以及未飽和度O2(相對(duì)濕度低于100%的量)，通過下式計(jì)算液態(tài)水生成速度Vvap —_以及液態(tài)水蒸發(fā)速度Vli(1 — vap。這是鑒于在反應(yīng)氣體流路中的水的相(氣相、液相)變化的情況，分別來計(jì)算氫流路25A以及空氣流路25B中的Vvap —以及VlitlKVvap^liq = ^X O1Vliq^vap = k2X σ2此處，系數(shù)kp k2是根據(jù)溫度及疏水性確定的因子，取決于反應(yīng)氣體流路的物理性能。系數(shù)1^1 通過實(shí)驗(yàn)被預(yù)先制成映射圖。在圖8所示的步驟S6中，對(duì)于陽(yáng)極側(cè)以及陰極側(cè)，分別通過下式計(jì)算反應(yīng)氣體流路中的水移動(dòng)速度V_liq。通過反應(yīng)氣體流路中的反應(yīng)氣體的流動(dòng)使得液態(tài)水被吹走而從電池面內(nèi)排出，因此，考慮該情況，分別對(duì)氫流路25A以及空氣流路25B的水移動(dòng)速度V_liq 進(jìn)行計(jì)算。V_liq = k3XV_gas此處，所說的水移動(dòng)速度V_liq是指被反應(yīng)氣體吹走的液態(tài)水的移動(dòng)速度。另外， 所說的V_gas是指反應(yīng)氣體流路中的水蒸氣流量，使用根據(jù)與反應(yīng)氣體的供給流量及水蒸氣分壓等狀態(tài)量相關(guān)的映射圖計(jì)算得到的量。系數(shù)k3是根據(jù)溫度及疏水性確定的因子，取決于反應(yīng)氣體流路的物理性能。系數(shù)k3通過實(shí)驗(yàn)被預(yù)先制成映射圖。圖13是表示經(jīng)由步驟S4 S6計(jì)算出的電池面內(nèi)的殘留水量分布的一個(gè)示例的圖。該殘留水量分布通過在由步驟S4計(jì)算出的反應(yīng)氣體流路的相對(duì)濕度分布(圖1 中考慮反應(yīng)氣體流路中的液態(tài)水的變化(即，由上述步驟S5以及S6計(jì)算出的Vvap —liq、Vliq^vap 以及V_liq)而求出。如圖13可理解的那樣，在氫流路25A中氫出口 27b側(cè)比氫入口 27a 側(cè)的殘留水量多，在空氣流路25B中隨著朝向空氣出口 28b側(cè)，殘留水量逐漸減少。另外， 雖未圖示，但電池面內(nèi)的含水量分布可根據(jù)由步驟S4計(jì)算出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度分布(圖1 求出，與該相對(duì)濕度分布近似。根據(jù)以上說明的順序，能夠計(jì)算某一計(jì)算時(shí)間內(nèi)的單電池&的殘留水量以及含水量的變化量(水收支)，可求出氫流路25A的殘留水量分布、空氣流路25B的殘留水量分布以及電解質(zhì)膜23的含水量分布。能夠通過電池面內(nèi)具有靈敏度的網(wǎng)孔(例如圖13所示的 5個(gè)網(wǎng)孔)的粗糙度來計(jì)算水收支，能夠高精度地推定在電池內(nèi)的哪個(gè)位置有多少的殘留水量以及含水量(水蒸氣量)。2.推定水蒸氣分布時(shí)的電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差的考慮為了求出有關(guān)各單電池A的Ira, i、Tqut, ρ Pair, ρ PH2, ρ Qair, i以及QH2, i，進(jìn)行如下步馬聚ο(1)關(guān)于電池入口溫度Tmi的計(jì)算如圖14所示，首先，讀取電池組入口溫度Tin、制冷劑流量Q·、外氣溫度T ,ι以及車速V^J (步驟S11)。此處，Tin是由溫度傳感器Tl獲得的檢測(cè)值。Q皿是供給至燃料電池1的制冷劑流量，能夠根據(jù)冷卻泵50的轉(zhuǎn)速及其他檢測(cè)值進(jìn)行推定?；蛘?，也可以在制冷劑流路51設(shè)置流量傳感器，從而使用由流量傳感器獲得的檢測(cè)值。！^吣是由外氣溫度傳感器62獲得的檢測(cè)值，是由車速傳感器63獲得的檢測(cè)值。一般來講，在電池層壓體3中，隨著遠(yuǎn)離反應(yīng)氣體的供給口 14，也就是說隨著電池流道「i」變大，散熱量變大。另外，散熱的影響根據(jù)制冷劑流量、外氣溫度以及車速而有所變化。例如，如圖15A所示，制冷劑流量Q皿越多似>%)，則電池組入口溫度Tin越不受散熱的影響。也就是說，電池入口溫度TIN,i與電池組入口溫度Tin相比不降低。另外，如圖 15B所示，T外氣越高(I^R1 > T外氣^，則電池組入口溫度Tin越不受散熱的影響。因此，考慮由這樣的散熱引起的制冷劑溫度的降低，將電池入口溫度TIN, i作為以下函數(shù)進(jìn)行計(jì)算(步驟S12)。TINji = f(Q
llc、TIN、T 外氣、ν車速)由此，能夠根據(jù)上述的0皿、1 、1^1以及車速的各值來求出與電池流道i對(duì)應(yīng)的電池入口溫度TIN, i。 (2)關(guān)于空氣流量i以及空氣背壓Pair, i的計(jì)算如圖16所示，首先，讀取空氣流量Air、空氣背壓Pair、電池組入口溫度TIN、電池組出口溫度Iott以及電流值I (步驟S21)。此處，空氣流量Ah、空氣背壓以及電池組出口溫度Tott分別是由流量傳感器F1、壓力傳感器Pl以及溫度傳感器T2獲得的檢測(cè)值。另夕卜，在步驟S21中，將流入歧管15a的空氣的氣體密度作為電池組入口溫度Tin以及空氣流量Ak的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在接下來的步驟S22中，基于單電池&中的殘留水量來確定該單電池I的P-Q特性(表示空氣背壓與空氣流量的關(guān)系的特性)。例如，預(yù)先取得如圖17所示的、表示與多個(gè)殘留水量(x>y)對(duì)應(yīng)的P-Q特性(壓力-流量特性)的映射圖來確定出與根據(jù)圖8所示的流程計(jì)算出的緊前的殘留水量(單電池2i的陰極側(cè)殘留水量的總量)對(duì)應(yīng)的P-Q特性。接著，作為空氣流量Ak、空氣背壓Pm、電池組出口溫度TOT、上述計(jì)算出的氣體密度以及各單電池I的P-Q特性的函數(shù)，根據(jù)映射圖來計(jì)算電池入口壓力分布、電池流入流量分布以及電池出口壓力分布(步驟S2!3)。若表示電池入口壓力分布、電池流入流量分布以及電池出口壓力分布的一個(gè)示例，則如圖18A C所示那樣。此處，圖18B所示的電池流入流量以及圖18C所示的電池出口壓力相當(dāng)于與電池流道i對(duì)應(yīng)的空氣流量Qaini以及空氣背壓i，因此，能夠求出空氣流量i以及空氣背壓i (步驟S24)。另外，雖未詳述，但對(duì)于單電池&的氫流量QH2,i以及氫壓PH2,i，也能夠通過與空氣流量Ah i以及空氣背壓Pain i的計(jì)算同樣的方法進(jìn)行計(jì)算。在該情況下，圖18A所示的電池入口壓力與氫壓PH2,i相當(dāng)，圖18B所示的電池流入流量與氫流量QH2,i相當(dāng)，因而，能夠求出氫流量QH2, i以及氫壓PH2, i。(3)關(guān)于電池出口溫度Τ·」的計(jì)算如圖19所示，首先，作為溫度傳感器T2的檢測(cè)值，讀取電池組出口溫度Iott (步驟 S31)。另外，與上述的電池組入口溫度Tin的情況同樣地讀取制冷劑流量0皿、外氣溫度T外 1以及車進(jìn)而，讀取電池電壓Vi以及電流值I，并根據(jù)每個(gè)單電池&的I-V特性來推定各單電池I的放熱量(^1U。此處，電池電壓Vi能夠使用由圖示省略的電池監(jiān)控器檢測(cè)出的各單電池I的電壓值。其中，也可以不使用電池監(jiān)控器等傳感器，而是通過對(duì)各單電池&提供ι-ν映射圖(依存發(fā)電量、空氣流量、氫流量、空氣背壓、氫壓)來推定電池電壓\。另外，放熱量(^1U起因于由TAS引起的放熱和由過電壓引起的熱損失。與上述的電池組入口溫度Tin同樣，根據(jù)電池層壓體3中的單電池&的位置，電池組出口溫度Iott受到散熱的影響。例如，如圖20所示，制冷劑流量越多< Qllc2)， 則電池組出口溫度Tot越不受散熱的影響。因此，除了放熱量Qrella之外，還考慮制冷劑流量Qm,i以及散熱，將電池出口溫度 Tout, i作為以下函數(shù)進(jìn)行計(jì)算(步驟S32)。Tout ± = f (Qcell，i、QLLc，i、Τουτ、T外氣、V 車速)由此，能夠根據(jù)這些參數(shù)所示的各檢測(cè)值或者推定值來求出與電池流道i對(duì)應(yīng)的電池出口溫度Tqut^另外，Qllc, i是被供給至各單電池2的制冷劑流量，其考慮了將燃料電池1作為電池組而視作一點(diǎn)時(shí)的上述制冷劑流量Qm的配流偏差。具體而言，通過對(duì)應(yīng)若干制冷劑流量Qm的各個(gè)制冷劑流量分別預(yù)先制成表示制冷劑流量Qm和電池流道i之間的關(guān)系的映射圖，可使用該映射圖來計(jì)算與電池流道i對(duì)應(yīng)的Q^y根據(jù)以上說明的(1) (3)的順序，在圖8所示的流程(步驟S1、S2以及S4)中， 可以使用對(duì)于各單電池I的狀態(tài)量考慮了電池層壓方向的溫度分布(散熱量的偏差等)以及壓損分布(氧化氣體、燃料氣體以及制冷劑的配流偏差等)的值。由此，與將燃料電池1 作為電池組而視作一點(diǎn)的情況相比，能夠高精度地對(duì)所有單電池2推定(也就是說電池層壓方向上的)殘留水量分布以及含水量分布(水蒸氣分布)。D.燃料電池的氮?dú)饬康耐贫ǚ椒ū緦?shí)施方式的氮?dú)饬康耐贫ǚ椒ㄊ褂门c上述水蒸氣量的推定方法同樣的方法進(jìn)行。此時(shí)，區(qū)分陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)地推定氮?dú)饬糠植?。另外，不僅是電池面內(nèi)的分布，還推定電池層壓方向上的分布。以下，首先，對(duì)電池面內(nèi)的氮?dú)夥植嫉耐贫ǚ椒ㄟM(jìn)行說明。接著， 對(duì)在推定時(shí)如何考慮電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差進(jìn)行說明，提及電池層壓方向上的氮?dú)夥植嫉耐贫ǚ椒ā?.電池面內(nèi)的氮?dú)夥植嫉耐贫ǚ椒ㄈ鐖D21所示，首先，讀取電流值I、電池入口溫度Tin, i、電池出口溫度Tqut, i、空氣流量Qair, 氧流量Qq2, i、氮流量Qffi^i、氧氮=21 79)、氫流量QH2, i、氮流量QN2,AN,i、空氣背壓Pair, i以及氫壓PH2, i (步驟S41)。氧流量Qq2,i、氮流量Qn2^分別是流入單電池&的空氣入口的氧氣以及氮?dú)獾墓┙o流量。氮流量QN2, an, i是流入單電池I的氫入口 27a的氮?dú)獾牧髁?。?dāng)燃料電池只有一個(gè)單電池2、或沒有考慮電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差時(shí)，各值如下所示。Tin,,溫度傳感器Tl獲得的檢測(cè)值Tqut, i 溫度傳感器T2獲得的檢測(cè)值Qaini 流量傳感器Fl獲得的檢測(cè)值QH2, i 根據(jù)流量傳感器F2獲得的檢測(cè)值求出的氫供給流量Paini 壓力傳感器Pl獲得的檢測(cè)值PH2, i 壓力傳感器P2獲得的檢測(cè)值
氧流量Qffi, ”氮流量QN2, ca, i根據(jù)由流量傳感器Fl獲得的檢測(cè)值即Ai,, i通過空氣的氧和氮的比率來求出。流入陽(yáng)極側(cè)的氣體的氣體流量Qan,i是氫流量QH2,i、氮流量QffiIi、水蒸氣流量Qim i的總和，根據(jù)來自噴射器45的氫氣流量QH2. inj和由氫泵46產(chǎn)生的泵氣體流量Qpump的總和 (氫氣流量QH2. inj+泵氣體流量Qpump)求出。氫氣流量^.而通過一般的函數(shù)f(P、Flag)求出。P是噴射器45的上游壓力，F(xiàn)lag 是噴射器的打開信號(hào)。泵氣體流量Qpump通過一般的函數(shù)f(rpm、ΔΡ、Τ)求出。通過預(yù)先評(píng)價(jià)將ΔΡ與泵的電流值之間的關(guān)系制成映射圖。另外，rpm是泵的轉(zhuǎn)速，T是泵內(nèi)的溫度。另外，氫氣流量 (^.而通過一般的函數(shù)f(P、Flag)求出。P是噴射器45的上游壓力，F(xiàn)lag是噴射器的打開信號(hào)。泵氣體流量Qpump由氫氣、氮?dú)夂退魵獾牧髁繕?gòu)成。泵氣體流量Qpump中的氫氣與氮?dú)獾谋壤ㄟ^泵消耗動(dòng)力求出，水蒸氣流量根據(jù)由上述推定的水蒸氣分布所確定的氫出口 27b的水分量求出。由此，求出泵氣體流量Qpump中的氫氣流量QH2.PUMP、氮?dú)饬髁縌N2.pump和水蒸氣流量QH2aOTP。因此，求取氣體流量Qan, i =氫氣流量ζ Η2. INJ+氫氣流量ζ Η2.ΡωΡ+氮?dú)饬髁?br> QN2. PUMP+水蒸氣流量QH20. PUMP，S流量QH2,i成為S氣流量QH2. INJ+ S氣流量QH2. PUMP，氮流量QN2,AN, i成為氮?dú)饬髁縌n2. PUMP O當(dāng)燃料電池1具有多個(gè)單電池2時(shí)，在電池層壓方向上，在單電池2之間存在散熱量偏差和反應(yīng)氣體及制冷劑的配流偏差，因而，優(yōu)選為，使用考慮了該方面的電池入口溫度 Timi等。關(guān)于該考慮方法在后敘述。在圖21所示的步驟S42中，與上述步驟S2同樣地根據(jù)電池入口溫度Timi來計(jì)算各單電池ι的陰極入口露點(diǎn)以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,M。在本實(shí)施方式中，由于在燃料電池系統(tǒng)1中使用了加濕器30，所以，作為陰極入口露點(diǎn)Td,CA以及陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td,AN，能夠分別使用電池入口溫度Tin,i。S卩，當(dāng)空氣入口 ^a以及氫入口 27a接近制冷劑入口 29a時(shí)，能夠進(jìn)行如下表示，可考慮露點(diǎn)的層壓偏差。TdcA = TdM = Tini在圖21所示的步驟S43中，求出電極24A、24B之間的氮?dú)庖苿?dòng)速度VN2,eA —AN。氮?dú)庖苿?dòng)速度Vn2,CA^AN通過下式進(jìn)行計(jì)算。VN2, ca^an 一 Dn2X (PN2,ca~PN2,AN)此處，PN2,CA是單電池2i的電極MB側(cè)的氮?dú)夥謮?，通過陰極入口露點(diǎn)計(jì)算得到。另外，PN2, an是單電池A的電極24A側(cè)的氮?dú)夥謮海ㄟ^陽(yáng)極入口露點(diǎn)Td, AN計(jì)算得到。 Dn2是電解質(zhì)膜23中的氮擴(kuò)散系數(shù)。Dn2也可以使用恒定值，但由于根據(jù)濕度而有所變化，因此優(yōu)選為，考慮該方面。當(dāng)考慮濕度來求取Dn2時(shí)，例如，預(yù)先制作如圖22所示的表示電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度與Dn2的關(guān)系的特性映射圖，可利用該特性映射圖來使用與電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)的Dn2的值。具體而言，可使用在燃料電池系統(tǒng)1的前次運(yùn)轉(zhuǎn)中的關(guān)閉時(shí)推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度α、在燃料電池系統(tǒng)1的放置(停止)中推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度α、或者在燃料電池系統(tǒng)1中在此次推定緊前推定出的電解質(zhì)膜23的相對(duì)濕度a，能夠根據(jù)映射圖來確定此次推定所使用的Dn2的值(β )。在圖21所示的步驟S44中，根據(jù)氮?dú)庖苿?dòng)速度Vn2i0wan、露點(diǎn)、露點(diǎn)Td,AN、溫度
15Tout, i、空氣背壓Pair, i、氫壓PH2, i、氫流量QH2, i、氮流量QN2, AN, i以及電流值I，利用映射圖來計(jì)算電流密度ix(其中，χ為任意自然數(shù))。電流密度“是電池面內(nèi)的任意面積的電流密度， 例如若將χ = 4時(shí)的各面積設(shè)為S1 s4，則成為I = i1Xs1+i2Xs2+i3Xs3+i4Xs40將計(jì)算出電流密度ix的分布的結(jié)果的一個(gè)示例表示為圖23。 另外，在步驟S44中，計(jì)算電池面內(nèi)的電流分布以及相對(duì)濕度分布。表示該電流分布以及相對(duì)濕度分布的函數(shù)I以及RH如以下那樣地表示。另外，函數(shù)I以及RH的相對(duì)于
各個(gè)參數(shù)(Td ，CA、TcJ, ΑΝ、Τ〇υτ，i、Pair, i、PH2, i、i、AN, i、 VN2,cA^AN>ix)的靈敏度預(yù)先被制成映射圖。另外，也可以通過這些參數(shù)來計(jì)算電池面內(nèi)的過電壓分布。 I — f (Td，CA、Td，AN、Tout, i、Pair, i、Ph2, i、Qh2, i、Qn2, AN, i、^H20, CA — AN、CA — AN、 χ)
RH — f (Td CA、 Td，AN、 Tout, i、Pair, i、Ph2, i、Qh2, i、 Qn2, AN, i、^H20, CA — AN、 CA — AN、 χ)在步驟S44中，根據(jù)計(jì)算出的反應(yīng)氣體流路的規(guī)定位置的相對(duì)濕度并利用圖22的映射圖來求取Dn2，根據(jù)Dn2并利用上式來求取VN2,。A —Μ，利用該νΝ2,。Α — ΑΝ等并根據(jù)函數(shù)RH另外求取其他位置的相對(duì)濕度。反復(fù)進(jìn)行上述求取，例如對(duì)圖M所示的五個(gè)網(wǎng)孔的每一個(gè)都求取VN2, ι an，將該速度VN2, CA^AN換算成氮?dú)饬?，最終計(jì)算出電池面內(nèi)的氮?dú)饬糠植?。通過以上說明的順序，能夠計(jì)算處于某一計(jì)算時(shí)間的單電池&的氮?dú)饬康淖兓?(氮?dú)馐罩?，求取氫流路25A的氮?dú)饬糠植?、空氣流?5B的氮?dú)饬糠植?。能夠通過電池面內(nèi)的具有靈敏度的網(wǎng)孔(例如圖對(duì)所示的五個(gè)網(wǎng)孔)的粗糙度來計(jì)算氮?dú)馐罩?，能夠高精度地推定在電池?nèi)的哪個(gè)位置存在多少氮?dú)饬??？紤]了電池層壓方向的溫度偏差/配流偏差的關(guān)于各單電池&的TIN,^Tott,i、Pair, >ΡΗ2, >0θ2, >0Ν2,ΟΑ, >0Η2, 以及0Ν2,ΑΝ, 能夠與上述的水蒸氣分布的推定同樣地求出。各電池
的Q02, i、QN2, ca, i能夠根據(jù)上述那樣地計(jì)算出的各單電池A的Ai,, i并通過氧氣和氮?dú)獾谋嚷是蟪?。由此，在圖21所示的流程(步驟S41、S42以及S44)中，對(duì)于各單電池&的狀態(tài)量可以使用考慮了電池層壓方向的溫度分布(散熱量的偏差等)以及壓損分布(氧化氣體、 燃料氣體以及制冷劑的配流偏差等)的值。其結(jié)果為，與將燃料電池1作為電池組而視作一點(diǎn)時(shí)相比，能夠高精度地對(duì)所有單電池2推定(也就是說電池層壓方向上的)氮?dú)饬糠植肌.利用了推定結(jié)果的控制例接著，對(duì)利用了根據(jù)上述推定方法的推定結(jié)果的控制例進(jìn)行說明。作為本控制例，利用根據(jù)上述推定方法獲得的高精度的推定結(jié)果，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由推定部67推定的電解質(zhì)膜23內(nèi)或反應(yīng)氣體流路內(nèi)的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬颗c對(duì)每個(gè)上述規(guī)定位置設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)至少在一個(gè)位置上水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^了規(guī)定的閾值時(shí)，進(jìn)行循環(huán)流路42的氣體循環(huán)，進(jìn)行降低燃料電池1內(nèi)的水蒸氣及氮?dú)獾奶幚?。每個(gè)規(guī)定位置的閾值通過考慮單電池2的層壓方向以及反應(yīng)氣體流路的流路方向而進(jìn)行設(shè)定。另外，當(dāng)至少在一個(gè)位置上水蒸氣量以及氮?dú)饬康碾p方都超過規(guī)定的閾值時(shí)，也可以進(jìn)行循環(huán)流路42的氣體循環(huán)。與該處理關(guān)聯(lián)的控制由接收了來自推定部67的信號(hào)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68執(zhí)行。圖25是本控制例的流程圖。圖26、圖27是表示在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)進(jìn)行氣體循環(huán)的時(shí)序的時(shí)序圖。
首先，使用上述的推定方法，推定燃料電池1的電解質(zhì)膜23內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的多個(gè)規(guī)定位置處的水蒸氣量以及氮?dú)饬俊⒁簿褪钦f殘留水量、含水量、氮?dú)饬康姆植?。該水蒸氣量和氮?dú)饬康耐贫ǔ掷m(xù)地或是斷續(xù)地、定期地進(jìn)行。接著，判斷是否為間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止中，當(dāng)為間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止中時(shí)，對(duì)上述電解質(zhì)膜23內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的各規(guī)定位置的水蒸氣量和氮?dú)饬颗c其位置上的閾值進(jìn)行比較。接著，判斷在任意一個(gè)位置上水蒸氣量或者氮?dú)饬渴欠癯^閾值，也就是說，在燃料電池1內(nèi)水蒸氣量或者氮?dú)饬渴欠駵袅艘?guī)定量以上。另外，當(dāng)不是間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止中時(shí)，再次推定水蒸氣量和氮?dú)饬俊Ｋ魵饬亢偷獨(dú)饬康拈撝凳褂玫氖强紤]了圖觀所示的單電池2的層壓方向以及反應(yīng)氣體流路的流路方向的值。具體而言，例如循環(huán)氣體由于層壓方向的近前側(cè)容易流動(dòng)，而里側(cè)難以流動(dòng)，因而，如圖四所示那樣地在近前側(cè)和里側(cè)設(shè)定不同的閾值，與近前側(cè)相比里側(cè)的閾值變低。另外，如圖觀所示那樣，反應(yīng)氣體流路(氫流路25A)的出口側(cè)與入口側(cè)相比， 到達(dá)排出的距離近，水蒸氣及氮?dú)馊菀着懦?，因而，如圖四所示那樣，反應(yīng)氣體流路的出口側(cè)比入口側(cè)的閾值要高。由此，能夠適當(dāng)且切實(shí)地將水蒸氣及氮?dú)鈴娜菀诇舻牟糠峙懦?。?dāng)判斷出在電解質(zhì)膜23內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的任意一個(gè)位置處水蒸氣量或者氮?dú)饬砍^了與該位置對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)，按照?qǐng)D26以及圖27所示的時(shí)序，起動(dòng)氫泵46，進(jìn)行循環(huán)流路42的氣體循環(huán)。由此，將燃料電池1內(nèi)的多余的水蒸氣及氮?dú)鈴娜剂想姵?排出， 此時(shí)，循環(huán)流路42的排氣排水閥48打開，多余的水蒸氣及氮?dú)鈴呐懦隽髀?7排出。然后， 再次推定水蒸氣量和氮?dú)饬浚?dāng)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止中、水蒸氣量以及氮?dú)饬砍蔀殚撝狄韵聲r(shí)，氣體循環(huán)停止。然后，反復(fù)進(jìn)行水蒸氣量和氮?dú)饬康耐贫?，將其結(jié)果與閾值進(jìn)行比較， 當(dāng)超過閾值時(shí)進(jìn)行氣體循環(huán)。根據(jù)以上的實(shí)施方式，當(dāng)燃料電池1的電解質(zhì)膜23內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的任意位置的水蒸氣量或氮?dú)饬砍^了對(duì)應(yīng)各個(gè)上述位置而設(shè)定的閾值時(shí)，對(duì)氫流路25A供給氣體，因而，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，能夠切實(shí)地防止在燃料電池1內(nèi)殘留過度的水蒸氣及氮?dú)狻Ｓ纱?，在接下來開始運(yùn)轉(zhuǎn)而進(jìn)行發(fā)電時(shí)，可抑制反應(yīng)氣體的供給不足或電池電壓降低，能夠改善燃耗。另外，由于閾值考慮了單電池2的層壓方向和反應(yīng)氣體流路的流路方向，所以，使得使氣體流動(dòng)的頻率、時(shí)序最佳化，其結(jié)果為，能夠有效地減少水蒸氣及氮?dú)猓?能夠抑制氣體的多余供給。在上述實(shí)施方式中，氫流路25A與對(duì)從燃料電池1排出的排氣體進(jìn)行處理并供給到燃料電池1的循環(huán)流路42相連通，當(dāng)水蒸氣量或氮?dú)饬砍^閾值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68進(jìn)行循環(huán)流路42的氣體循環(huán)。由此，能夠適當(dāng)?shù)貜娜剂想姵?排出水蒸氣及氮?dú)?。在循環(huán)流路42上，經(jīng)由排氣排出閥48連接有與燃料電池系統(tǒng)100的外部連通的排出流路47，當(dāng)氣體循環(huán)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)控制部68將排氣排出閥48打開，通過排出流路47將水蒸氣、氮?dú)馀懦觥Ｆ浣Y(jié)果為，能夠有效地將水蒸氣及氮?dú)馀懦觥Ｗ鳛樗魵饬康耐贫?，推定?7考慮經(jīng)由電解質(zhì)膜23在陽(yáng)極電極24A與陰極電極24B之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定各單電池2的電池面內(nèi)的氫流路25A以及空氣流路25B的殘留水量分布以及電解質(zhì)膜23的含水量分布，作為氮?dú)饬康耐贫?，考慮經(jīng)由電解質(zhì)膜23在陽(yáng)極電極24A與陰極電極24B之間進(jìn)行的氮?dú)庖苿?dòng)來推定各單電池2的電池面內(nèi)的氫流路 25A以及空氣流路25B的氮?dú)饬糠植?。由此，由于考慮了電極間的水移動(dòng)，所以，能夠確保水蒸氣量的高推定精度。另外，由于考慮了電極間的氮?dú)庖苿?dòng)，所以，能夠確保氮?dú)饬康母咄贫ň?。此外，由于利用該高推定精度的結(jié)果使氣體流動(dòng)，所以，能夠使其時(shí)序、頻率最佳化，由此能夠有效地將水蒸氣及氮?dú)馀懦?。另外，?duì)于水蒸氣及氮?dú)獾呐懦隹刂?，例如不僅是氫泵46的接通/斷開控制，還可以根據(jù)水蒸氣及氮?dú)鈿埩舻奈恢眉皻埩袅繉?duì)控制量和控制時(shí)間進(jìn)行變更。對(duì)于圖30的曲線圖，在縱軸表示氫泵46的控制量(即轉(zhuǎn)速)，在橫軸表示氫泵46的控制時(shí)間(即旋轉(zhuǎn)時(shí)間)。圖30的曲線L1 L3是與水蒸氣及氮?dú)獾牧?、電池層壓方向及反?yīng)氣體流路方向的位置對(duì)應(yīng)的、用于氣體循環(huán)的氫泵46的控制線。例如當(dāng)水蒸氣及氮?dú)獾牧勘容^多時(shí)使用控制線L3,當(dāng)水蒸氣及氮?dú)獾牧勘容^少時(shí)使用控制線Lp另外，在水蒸氣及氮?dú)獾拇嬖谖恢脼榻咏姵貙訅悍较虻睦飩?cè)或者電池面內(nèi)的氣體入口(27ad8a)的位置時(shí)，使用控制線L3。相反，為了使水蒸氣及氮?dú)獾拇嬖谖恢脼榕懦鲂愿叩牟课?，使用控制線L1。通過由這樣的方法驅(qū)動(dòng)氫泵46，能夠提高氣體循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，能夠?qū)⑷己膿p失抑制為最小限度。另外，在其他例子中，也可以設(shè)成僅能改變氫泵46的控制量以及控制時(shí)間中的一方。以上，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述的示例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)可想到各種變更例或是修正例是顯而易見的，關(guān)于這些變更例或修正例，應(yīng)理解為當(dāng)然也屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。例如在以上實(shí)施方式中，在上述的陽(yáng)極側(cè)進(jìn)行氣體循環(huán)，但也可以使氣體在陰極側(cè)流動(dòng)并將多余的水蒸氣及氮?dú)馀懦?。此時(shí)，例如可以使壓縮機(jī)33動(dòng)作，經(jīng)由供給流路31 向燃料電池1的空氣流路25B供給空氣，并從排出流路32排出。由此，也能夠降低燃料電池1內(nèi)的水蒸氣及氮?dú)狻Ａ硗?，也可以使氣體在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)這兩側(cè)流動(dòng)。另外，在上述實(shí)施方式中，通過氣體循環(huán)向燃料電池供給氣體，但也不一定必須進(jìn)行循環(huán)，即使未進(jìn)行循環(huán)時(shí)也能適用本發(fā)明。附圖標(biāo)記1 燃料電池2:單電池2a:主電池2b:端部電池23:電解質(zhì)膜24A:陽(yáng)極電極MB:陰極電極25A 氫流路(燃料氣體流路)25B 空氣流路(氧化氣體流路)67:推定部68:運(yùn)轉(zhuǎn)控制部100:燃料電池系統(tǒng)300:空氣配管系統(tǒng)400:氫配管系統(tǒng)500:制冷劑配管系統(tǒng)600:控制裝置
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其包括層壓多個(gè)單電池而成的電池層壓體，上述單電池具有陽(yáng)極電極、陰極電極、位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的電解質(zhì)膜以及反應(yīng)氣體流路，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，上述燃料電池系統(tǒng)具有推定部以及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部，上述推定部推定電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的至少一方的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬浚鲜鲞\(yùn)轉(zhuǎn)控制部，在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由上述推定部推定的每個(gè)上述規(guī)定位置的上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环胶涂紤]上述單電池的層壓方向以及上述反應(yīng)氣體流路的流路方向而設(shè)定的每個(gè)上述規(guī)定位置的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)在至少一個(gè)位置處上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^上述閾值時(shí)，向上述反應(yīng)氣體流路供給包括氫氣的氣體，從上述燃料電池內(nèi)排出水蒸氣以及氮?dú)狻?br> 2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述反應(yīng)氣體流路與循環(huán)流路連通，該循環(huán)流路對(duì)從上述燃料電池排出的氣體進(jìn)行處理并供給至上述燃料電池，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制部在超過上述閾值時(shí)進(jìn)行上述循環(huán)流路的氣體循環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在上述循環(huán)流路上經(jīng)由開閉閥連接有與該燃料電池系統(tǒng)的外部相通的排出流路，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制部在氣體循環(huán)時(shí)將上述開閉閥打開，通過上述排出流路進(jìn)行水蒸氣、氮?dú)獾呐懦觥?br> 4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述推定部，作為上述水蒸氣量的推定，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的殘水量分布以及上述電解質(zhì)膜的含水量分布，作為上述氮?dú)饬康耐贫?，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的氮?dú)庖苿?dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的氮?dú)饬糠植肌?br> 5.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該燃料電池系統(tǒng)包括層壓多個(gè)單電池而成的電池層壓體，該單電池具有陽(yáng)極電極、陰極電極、位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的電解質(zhì)膜以及反應(yīng)氣體流路，上述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的特征在于，上述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法具有以下工序推定電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的至少一方的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬?；以及在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由上述推定部推定的每個(gè)上述規(guī)定位置的上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环胶涂紤]上述單電池的層壓方向以及上述反應(yīng)氣體流路的流路方向而設(shè)定的每個(gè)上述規(guī)定位置的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)在至少一個(gè)位置處上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^上述閾值時(shí)，向上述反應(yīng)氣體流路供給包括氫氣的氣體，從上述燃料電池內(nèi)排出水蒸氣以及氮?dú)狻?br> 6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，當(dāng)超過上述閾值時(shí)進(jìn)行如下的氣體循環(huán)對(duì)從上述燃料電池的反應(yīng)氣體流路排出的氣體進(jìn)行處理并供給至上述燃料電池的反應(yīng)氣體流路。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在氣體循環(huán)時(shí)，通過與進(jìn)行該氣體循環(huán)的循環(huán)流路連接的排出流路進(jìn)行水蒸氣、氮?dú)獾呐懦觥?br> 8.如權(quán)利要求5 7中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述水蒸氣量以及氮?dú)饬康耐贫üば蛑?，作為上述水蒸氣量的推定，考慮經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的水移動(dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的殘水量分布以及上述電解質(zhì)膜的含水量分布，作為上述氮?dú)饬康耐贫ǎ紤]經(jīng)由上述電解質(zhì)膜在上述陽(yáng)極電極與上述陰極電極之間進(jìn)行的氮?dú)庖苿?dòng)來推定各單電池的電池面內(nèi)的上述反應(yīng)氣體流路的氮?dú)饬糠植肌?br> 全文摘要
本發(fā)明用于防止在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃料電池內(nèi)殘留過度的水蒸氣及氮?dú)?。燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，該燃料電池包括層壓多個(gè)單電池而成的電池層壓體，該單電池具有陽(yáng)極電極、陰極電極、位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的電解質(zhì)膜以及反應(yīng)氣體流路。燃料電池系統(tǒng)具有推定部以及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部，該推定部推定電解質(zhì)膜內(nèi)及反應(yīng)氣體流路內(nèi)的至少一方的多個(gè)規(guī)定位置的水蒸氣量以及氮?dú)饬浚撨\(yùn)轉(zhuǎn)控制部在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)，對(duì)由上述推定部推定的每個(gè)上述規(guī)定位置的上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环胶涂紤]上述單電池的層壓方向以及上述反應(yīng)氣體流路的流路方向而設(shè)定的每個(gè)上述規(guī)定位置的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)在至少一個(gè)位置處上述水蒸氣量以及氮?dú)饬恐械闹辽僖环匠^上述閾值時(shí)，向上述反應(yīng)氣體流路供給包括氫氣的氣體，從上述燃料電池內(nèi)排出水蒸氣以及氮?dú)狻?br> 文檔編號(hào)H01M8/10GK102484262SQ201080037659
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者松末真明 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社