專利名稱：燃料電池內部的液態水量的推斷方法、從燃料電池中被排出的液態水量的推斷方法、燃料 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池。
背景技術：
固體高分子類型的燃料電池(以下，也簡稱為“燃料電池”)作為發電體而具備在電解質膜的兩表面上配置了電極的膜電極接合體。為了使電解質膜在濕潤狀態下顯示出良好的質子傳導性，從而在燃料電池中，期望內部的水分被適當保持在能夠確保電解質膜的質子傳導性的程度。另一方面，當燃料電池內部的水分明顯增多時，有可能會產生燃料電池內部的反應氣體的流道被水分堵塞等的不良情況。因此，期望燃料電池內部的水分被適當地排出。目前為止，提出了對燃料電池內部的水分狀態進行檢測，并對燃料電池內部的水分狀態進行控制的各種技術(下述專利文獻I等)。但是，為了適當地對燃料電池內部的水分狀態進行控制，現有的、燃料電池內部的水分狀態的檢測精度并不足夠。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2007-052936號公報專利文獻2:日本特開2010-257606號公報
發明內容
發明所要解決的課題本發明的目的在于，提供一種提高燃料電池內部的水分狀態的檢測精度的技術。用于解決課題的方法 本發明是為了解決上述課題的至少一部分而實施的發明，其能夠作為以下的方式或應用例而實現。[應用例I]一種逐次取得運轉中的燃料電池內部的液態水量的推斷值的方法，具備:(a)取得前次的推斷值的工序；(b)根據所述前次的推斷值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得系數的工序；(C)通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值的工序；(d)根據在所述工序(C)中所取得的值，來取得此次的推斷值的工序。根據該方法，能夠反映出從前次起的燃料電池的含水量的變動量根據前次的燃料電池內部的液態水量(以下，也稱為“燃料電池的含水量”)而發生變化的情況，從而取得當前的燃料電池的含水量的推斷值。因此，能夠以更高的精度而對燃料電池內部的水分狀態進行檢測。
[應用例2]本方法為，在應用例I所記載的方法中，所述系數為排水速度，所述排水速度為，每單位時間內從所述燃料電池中被排出的液態水的量，影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值為排水推斷量，所述排水推斷量表示從前次到此次之間從所述燃料電池中被排出的液態水量。根據該方法，能夠根據前次的推斷值、和當前的燃料電池中的反應氣體的流量，而以較高的精度對在此次的周期內從燃料電池中被排出的液態水的量進行推斷，從而能夠提高燃料電池的含水量的推斷精度。[應用例3]本方法為，在應用例2所記載的方法中，所述工序(b)為如下的工序，S卩，根據所述燃料電池內部的液態水量與所述燃料電池中的反應氣體的流量之間的預定的關系，使用所述前次的推斷值、和所述表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得所述排水速度，所述預定的關系為如下的關系，即，對于每個所述反應氣體的流量，以不同的變化程度，所述燃料電池內部的液態水量以描繪出向下凸起的曲線的方式而進行時間變化的關系，且為所述燃料電池內部的液態水量以收斂至排水臨界值的方式而進行時間變化的關系，其中，所述排水臨界值為，對于每個所述反應氣體的流量而不同的預定的值。根據該方法，能夠根據基于實驗的、燃料電池的含水量、和燃料電池中的反應氣體的流量之間的預定的關系，以更高的精度來取得從燃料電池中被排出的液態水的量。因此，能夠提高燃料電池的含水量的推斷精度。[應用例4]本方法為，在應用例2或應用例3所記載方法中，所述工序(d)為如下的工序，即，利用所述排水推斷量、流入到所述燃料電池中的水蒸汽量、從所述燃料電池中流出的水蒸汽量、以及通過所述燃料電 池的發電而生成的生成水量，來取得此次的推斷值。根據該方法，能夠取得含水量的推斷值，所述含水量的推斷值反映出基于燃料電池的運轉狀態的水分狀態的變化。因此，能夠以更高的精度對燃料電池的含水量進行推斷。[應用例5]本方法為，在應用例4所記載的方法中，所述燃料電池具備被第一電極和第二電極夾持的電解質膜，在所述工序(d)中，還利用所述第一電極和所述第二電極之間的水分的移動量，來取得此次的推斷值，所述第一電極和所述第二電極之間的水分的移動量根據與所述電解質膜中所包含的液態水量相關聯的值而決定。根據該方法，能夠取得如下的含水量的推斷值，所述含水量的推斷值反映出燃料電池內部的第一電極和第二電極之間的水移動量。因此，能夠以更高的精度對燃料電池的含水量進行推斷。[應用例6]本方法為，在應用例I至應用例3中的任意一項所記載的方法中，還具備:(e)對所述燃料電池內部的預定的干燥狀態進行檢測的工序；(f)當檢測出所述預定的干燥狀態時，廢棄在所述工序(d)中所取得的所述此次的推斷值，而將預定的值設定為此次的推斷值的工序。根據該方法，能夠以燃料電池內部處于干燥時作為基準，而對燃料電池的含水量的推斷值進行修正。因此，能夠提高燃料電池的含水量的推斷精度。[應用例7]本方法為，在應用例2至應用例6中的任意一項所記載的方法中，所述工序(C)還具備工序(c 1)，所述工序(Cl)為，在前次到此次之間，當檢測出存在所述反應氣體的流量與預定量相比而暫時降低了的時間區域時，根據所述時間區域的長度而對所述排水推斷量進行補正。根據該方法，能夠反映出對于燃料電池的反應氣體的供給量發生預定的變化時的、從燃料電池中被排出的液態水量的變化，從而對燃料電池的含水量進行推斷，進而提高其推斷精度。[應用例8]本方法為，在應用例3至應用例7中的任意一項所記載的方法中，還具備:(A)取得所述燃料電池內部的液態水量的基準值的工序；(B)取得與前次的推斷值和在所述工序(A)中所取得的所述基準值之間的差相對應的補正值，并使用所述補正值而對在所述工序(b)中所使用的所述預定的關系進行補正的工序。根據該方法，由于能夠對推斷值和基準值之間的差進行反饋，從而實施燃料電池內部的液態水量的推斷，因此能夠提高其推斷精度。[應用例9]本方法為，在應用例8所記載的方法中，所述工序(A)以及所述工序(B)在于冰點下啟動所述燃料電池時被執行，所述工序(A)為如下的工序，S卩，根據所述燃料電池的啟動時的、基于所述燃料電池的內部 的水分量的狀態變化，來取得所述基準值。
此處，在燃料電池于冰點下啟動時，能夠對與燃料電池內部的水分量相對應的燃料電池的固有的狀態變化進行檢測。根據該方法，能夠根據該固有的狀態變化而容易地取得含水量的基準值，從而能夠提高燃料電池的含水量的推斷精度。[應用例10]本方法為，在應用例9所記載的方法中，所述工序(A)為如下的工序，即，根據在所述燃料電池的啟動時，在持續向所述燃料電池輸出預定的電壓時所檢測出的電流的最大值，來取得所述基準值。根據該方法，能夠根據燃料電池的冰點下啟動中的電流變化，而容易地取得作為基準值的燃料電池內部的水分量。[應用例11]本方法為，在應用例9所記載的方法中，所述工序(A)為如下的工序，即，根據在所述燃料電池的啟動時，所述燃料電池的運轉溫度從所述啟動時至進行了預定的溫度變化之間的時間，來取得所述基準值。根據該方法，能夠根據燃料電池的冰點下啟動中的溫度變化，而容易地取得作為基準值的燃料電池內部的水分量。[應用例12]本方法為，在應用例9至應用例11中的任意一項所記載的方法中，所述工序(B)為如下的工序，即，在所述預定的關系中，將能夠相對于所述反應氣體的流量而求出的所述排水臨界值作為補正的基準，并使用所述補正值，而對所述預定的關系的整體進行補正，所述反應氣體的流量相當于此次啟動時之前的所述燃料電池的運轉時的反應氣體的流量。根據該方法，由于將排水臨界值作為基準而進行補正，因此能夠獲得更適宜的排水速度，從而提高燃料電池內部的液態水量的推斷精度，其中，所述排水臨界值為，對用于獲得排水速度的預定的關系賦予特征的要素。[應用例13]本方法為，在應用例8至應用例12中的任意一項所記載的方法中，所述工序(B)為如下的工序，即，將所述補正值設定為小于所述前次的推斷值和所述基準值之間的差的值，以便通過反復進行多次的補正而逐漸消除推斷值的誤差。根據該方法，即使在基準值存在誤差的情況下，也能夠緩和該誤差的影響。[應用例14]一種取得在預定的期間內從運轉中的燃料電池中被排出的液態水量的推斷值的方法，具備:(a)取得緊前值的工序，所述緊前值為，表示在所述預定的期間的緊前時存在于所述燃料電池內部的液態水量；(b)根據所述緊前值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得系數的工序；(C)通過對所述系數和所述預定的期間進行乘法運算，從而取得所述推斷值的工序。根據該方法，能夠以較高的精度對從燃料電池中被排出的液態水量進行推斷。[應用例15]一種燃料電池內部液態水量推斷裝置，其逐次取得運轉中的燃料電池內部的液態水量的推斷值，所述燃料電池內部液態水量推斷裝置具備:前次值存儲部，其對前次的推斷值進行存儲；氣體流量取得 部，其取得氣體流量，所述氣體流量為，表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值；推斷值取得部，其根據所述前次值存儲部所存儲的所述前次的推斷值、和所述反應氣體流量取得部所取得的氣體流量而取得系數，并通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得變動影響值，并且根據所述變動影響值，來取得此次的推斷值，其中，所述變動影響值為，影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值。根據該裝置，能夠以較高的精度對燃料電池的含水量進行推斷。[應用例16]一種燃料電池系統，具備:燃料電池；反應氣體供給部，其向所述燃料電池供給反應氣體；液態水量取得部，其逐次取得運轉中的所述燃料電池內部的液態水量的推斷值；控制部，其使用由所述液態水量取得部所取得的所述液態水量的推斷值，而對所述燃料電池的運轉狀態進行控制，所述液態水量取得部根據前次的推斷值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值而取得系數，并通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值，并且根據影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值，而取得并輸出此次的推斷值。根據該燃料電池系統，能夠根據燃料電池的含水量的推斷值，而適當地對燃料電池內部的水分狀態進行管理。另外，本發明能夠以各種方式實現，例如，能夠以如下的方式實現，即，對從燃料電池的液態水排出量進行推斷的方法以及對從燃料電池的液態水排出量進行推斷的裝置、對燃料電池內部的液態水量進行推斷的方法以及對燃料電池內部的液態水量進行推斷的推斷裝置、具備這些方法或裝置的功能的燃料電池系統、用于實現這些方法或裝置的功能的計算機程序、以及保存了該計算機程序的記錄媒介等。
圖1為表示燃料電池系統的結構的概要圖。圖2為表示燃料電池系統的電氣結構的概要圖。圖3為用于對由第一實施例的含水量推斷部所實施的含水量的推斷方法的概要進行說明的說明圖。圖4為表示第一實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。
圖5為表不由掃氣引起的燃料電池的含水量的時間變化的說明圖。圖6為用于對用于取得排水速度的映射圖進行說明的說明圖。圖7為表示第二實施例的燃料電池系統的結構的概要圖。圖8為用于對由第二實施例的含水量推斷部所實施的含水量的推斷方法的概要進行說明的說明圖。圖9為表示第二實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。圖10為表示水的擴散系數和電解質膜的含水率之間的關系的說明圖。圖11為表示水收支和陽極排水比例之間的關系的說明圖。圖12為表示電池內阻和陽極排水比例之間的關系的說明圖。圖13為表示第三實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。圖14為表示隨著反應氣體的供給流量的急劇變動而引起的液態水的排出量的變化的說明圖。圖15為表示用于取得液態水排出量的補正系數的映射圖的一個示例的說明圖。圖16為表示第四實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。圖17為表示第四實施例中的排水速度映射圖的補正處理的處理步驟的說明圖。圖18為表示燃料電池于冰點下啟動時的電流的時間變化的一個示例的說明圖。圖19為用于對燃料電池于冰點下啟動時的1-V特性的變化進行說明的說明圖。圖20為表示用于取得基準含水量的映射圖的一個示例的說明圖。圖21為表不補正值取得用映射圖的一個不例的說明圖、和用于對排水速度映射圖的補正進行說明的說明圖。圖22為用于對用于檢驗排水速度映射圖的補正處理的效果的模擬實驗進行說明的說明圖。圖23為表示第五實施例中的排水速度映射圖的補正處理的處理步驟的說明圖。圖24為表示用于取得第五實施例中的標準含水量的映射圖的一個示例的說明圖。圖25為表示第六實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。圖26為表示運轉中的映射圖補正處理的處理步驟的說明圖。圖27為用于對基于阻抗的燃料電池的含水量的計測處理進行說明的說明圖。圖28為表示第七實施例的含水量推斷部所執行的含水量推斷處理的處理步驟的說明圖。圖29為表示前次值的修正處理的處理步驟的說明圖。圖30為表示電池內阻和燃料電池的含水量之間的關系的說明圖。圖31為表示前次值的修正處理被執行時的陰極側的含水量的推斷值的時間變化的一個示例的說明圖。
具體實施例方式A.第一實施例:圖1為表示作為本發明的一個實施例的燃料電池系統的結構的概要圖。該燃料電池系統100被搭載于燃料電池車輛中，并根據來自駕駛員的要求，而輸出被用作驅動力的電力。燃料電池系統100具備:燃料電池10、控制部20、陰極氣體供給部30、陰極氣體排出部40、陽極氣體供給部50、陽極氣體循環排出部60、以及制冷劑供給部70。燃料電池10為，作為反應氣體而接受氫氣(陽極氣體)和空氣(陰極氣體)的供給并進行發電的固體高分子類 型的燃料電池。燃料電池10具有由也被稱為單電池的多個發電體11層疊而成的電池組結構。各個發電體11具有:膜電極接合體(未圖示)，其為在電解質膜的兩面上配置了電極的發電體；和對膜電極接合體進行夾持的兩個分離器(未圖示)。燃料電池10的電解質膜可以由固體高分子薄膜構成，所述固體高分子薄膜在內部包含有水分的濕潤狀態時表現出良好的質子傳導性。此外，電極可以由導電性粒子構成，所述導電性粒子負載有用于促進發電反應的催化劑。作為催化劑，例如可以采用鉬(Pt)，作為導電性粒子，例如可以采用碳(C)粒子。另外，也可以采用如下方式，即，膜電極接合體的電極被構成為，具有在如前文所述的負載有催化劑的催化劑電極上，層疊有用于使反應氣體遍及整個電極的氣體擴散部件的多層結構。控制部20由具備中央處理裝置和主存儲裝置的微型電子計算機構成。控制部20具備作為發電控制部的功能，所述發電控制部接受輸出電力的要求，并根據該要求而對以下進行說明的各個結構部進行控制，以使燃料電池10發電。此外，控制部20具備作為含水量推斷部21的功能。含水量推斷部21以預定的周期逐次取得運轉中的燃料電池10的內部的液態水量、即含水量的推斷值。關于由含水量推斷部21所實施的含水量的推斷方法在后文敘述。控制部20根據含水量推斷部21所輸出的推斷值，而對燃料電池10的運轉狀態進行控制。具體而言，控制部20對以下進行說明的各個構成部30、40、50、60、70進行控制，從而對被供給至燃料電池10的反應氣體的化學計量比、燃料電池10中的反應氣體的壓力、以及燃料電池10的運轉溫度等進行控制。此外，也可以采用如下方式，即，控制部20根據含水量推斷部21所輸出的推斷值，而適當地執行使燃料電池10的內部的水分減少的掃氣處理。如此，根據本實施例的燃料電池系統100，能夠適當地對燃料電池10的水分狀態進行管理，以使得燃料電池10的電解質膜不會明顯干燥，并且反應氣體的流動不會被水分所阻礙。
陰極氣體供給部30具備:陰極氣體配管31、空氣壓縮機32、空氣流量計33、開閉閥34以及供給氣體信息檢測部35。陰極氣體配管31為，與燃料電池10的陰極側的供給用歧管(未圖示)連接的配管。空氣壓縮機32經由陰極氣體配管31而與燃料電池10連接，并將汲取外部氣體并壓縮后的空氣作為陰極氣體而向燃料電池10供給。空氣流量計33在空氣壓縮機32的上游側，對空氣壓縮機32所汲取的外部氣體的量進行計測，并向控制部20發送該計測結果。控制部20通過根據該計測值而對空氣壓縮機32進行驅動，從而對針對燃料電池10的供給空氣的流量進行調節。開閉閥34被設置在空氣壓縮機32和燃料電池10之間，并根據陰極氣體配管31中的供給空氣的流動而進行開閉。具體而言，開閉閥34通常處于關閉的狀態，并在具有預定的壓力的空氣從空氣壓縮機32被供給至陰極氣體配管31時打開。 供給氣體信息檢測部35被設置在開閉閥34的下游側。供給氣體信息檢測部35對與燃料電池10的空氣供給用的歧管的入口附近的供給空氣的狀態相關的信息(以下，簡稱為“供給氣體信息”)進行檢測，并發送至控制部20。供給氣體信息檢測部35具備:壓力計、溫度計、露點計以及流量計等，并取得被供給至燃料電池10的空氣的溫度、壓力、流量以及水蒸汽分壓，以作為陰極側的供給氣體信息。陰極氣體排出部40具備:陰極廢氣配管41、廢氣信息檢測部43以及調壓閥44。陰極廢氣配管41為，與燃料電池10的陰極側的排出用歧管(未圖示)連接的配管，并將陰極側的廢氣(以下，簡稱為“陰極廢氣”)向燃料電池系統100的外部排出。廢氣信息檢測部43對與燃料電池10的廢氣用的歧管的出口附近的陰極廢氣的狀態有關的信息(以下，簡稱為“廢氣信息”)進行檢測，并發送至控制部20。廢氣信息檢測部43具備:壓力計、溫度計、露點計以及流量計等，并取得陰極廢氣的溫度、壓力、流量以及水蒸汽分壓，以作為陰極側的廢氣信息。
調壓閥44被設置在與廢氣信息檢測部43相比靠下游側的位置處，并對陰極廢氣的壓力(燃料電池10的陰極側的背壓)進行調節。控制部20根據廢氣信息檢測部43所檢測出的陰極廢氣的壓力的計測值，而對調壓閥44的開度進行調節。陽極氣體供給部50具備:陽極氣體配管51、氫氣罐52、開閉閥53、調節器54、氫氣供給裝置55以及入口壓力計測部56。氫氣罐52經由陽極氣體配管51而與燃料電池10的陽極側的供給用歧管(未圖示)連接，并向燃料電池10供給被填充至罐內的氫氣。開閉閥53被設置在氫氣罐52的下游側，并根據來自控制部20的指令而進行開閉，從而對從氫氣罐52向氫氣供給裝置55的上游側的氫氣的流入進行控制。調節器54被設置在開閉閥53和氫氣供給裝置55之間，且為用于對氫氣供給裝置55的上游側的氫氣的壓力進行調節的減壓閥。調節器54的開度是通過控制部20而被控制。氫氣供給裝置55例如可以通過作為電磁驅動式的開閉閥的噴射器而構成。入口壓力計測部56被設置在氫氣供給裝置55的下游側，且對燃料電池10的氫氣供給用歧管的入口附近的氫氣的壓力進行計測，并發送至控制部20。控制部20根據入口壓力計測部56的計測值，而對氫氣供給裝置55進行控制，從而對被供給至燃料電池10的氫氣量進行控制。陽極氣體循環排出部60具備:陽極廢氣配管61、氣液分離部62、陽極氣體循環配管63、氫氣循環用泵64、陽極排水配管65、排水閥66以及出口壓力計測部67。陽極廢氣配管61為，對燃料電池10的陽極側的排出用歧管(未圖示)和氣液分離部62進行連接的配管。陽極廢氣配管61將包括發電反應中未被使用的氫氣在內的陽極側的廢氣(以下，簡稱為“陽極廢氣”)向氣液分離部62進行引導。氣液分離部62與陽極氣體循環配管63和陽極排水配管65連接。氣液分離部62對陽極廢氣中所含的氣體成分和水分進行分離，對于氣體成分而言，向陽極氣體循環配管63進行引導，對于水分而言，向陽極排水配管65進行引導。陽極氣體循環配管63被連接在與陽極氣體配管51的氫氣供給裝置55相比靠下游側的位置處。在陽極氣體循環配管63中設置有氫氣循環用泵64，通過該氫氣循環用泵64，從而使在氣液分離部62中被分離出的氣體成分中所包含的氫氣向陽極氣體配管51進行再循環。陽極排水配管65為，用于將在氣液分離部62中被分離出的水分向燃料電池系統100的外部排出的配管。排水閥66被設置在陽極排水配管65中，并根據來自控制部20的指令而進行開閉。控制部20在燃料電池系統100的運轉中，通常預先關閉排水閥66，而在預先設定的預定的排水正時·、或陽極廢氣中的惰性氣體的排出正時，將排水閥66打開。出口壓力計測部67被設置在陽極廢氣配管61中。出口壓力計測部67在燃料電池10的陽極側的排出用歧管的出口附近，對陽極廢氣的壓力(燃料電池10的陽極側的背壓)進行計測，并發送至控制部20。制冷劑供給部70具備:制冷劑用配管71、散熱器72、三通閥73、制冷劑循環用泵75以及兩個制冷劑溫度計測部76a、76b。制冷劑用配管71為，用于使制冷劑進行循環的配管，且由上游側配管71a、下游側配管71b以及旁通配管71c構成，其中，所述制冷劑用于對燃料電池10進行冷卻。上游側配管71a對被設置在燃料電池10上的制冷劑用的出口歧管(未圖示)、和散熱器72的入口進行連接。下游側配管71b對被設置在燃料電池10上的制冷劑用的入口歧管(未圖示)、和散熱器72的出口進行連接。旁通配管71c的一端經由三通閥73而與上游側配管71a連接，而另一端與下游側配管71b連接。控制部20通過對三通閥73的開閉進行控制，從而對朝向旁通配管71c的制冷劑的流入量進行調節，進而對朝向散熱器72的制冷劑的流入量進行控制。散熱器72被設置在制冷劑用配管71上，通過使在制冷劑用配管71中流動的制冷劑和外部氣體之間進行熱交換，從而對制冷劑進行冷卻。制冷劑循環用泵75被設置在，下游側配管71b中的、與旁通配管71c的連接位置相比靠下游側(燃料電池10的制冷劑入口偵D處，并根據控制部20的指令而進行驅動。兩個制冷劑溫度計測部76a、76b分別被設置在上游側配管71a和下游側配管71b中，并將各自的計測值發送至控制部20。控制部20根據各個制冷劑溫度計測部76a、76b的各自的計測值的差而對燃料電池10的運轉溫度進行檢測。此外，控制部20根據所檢測出的燃料電池10的運轉溫度，而對制冷劑循環用泵75的轉數進行控制，從而對燃料電池10的運轉溫度進行調節。圖2為，表示燃料電池系統100的電氣結構的概要圖。燃料電池系統100具備:二次電池81、DC / DC轉換器82以及DC / AC逆變器83。此外，燃料電池系統100具備:電池電壓計測部91、電流計測部92、阻抗計測部93以及SOC (State of charge:充電狀態)檢測部94。燃料電池10經由直流配線DCL而與DC / AC逆變器83連接，DC / AC逆變器83與作為燃料電池車輛的驅動力源的電機200連接。二次電池81經由DC / DC轉換器82而與直流配線DCL連接。二次電池81作為燃料電池10的輔助電源而發揮功能，例如可以由能夠進行充電和放電的鋰離子電池構成。控制部20通過對DC / DC轉換器82進行控制，從而對燃料電池10的電流及電壓、和二次電池81的充放電進行控制，進而以可變的方式對直流配線DCL的電壓電平進行調節。在二次電池81上連接有SOC檢測部94。SOC檢測部94對二次電池81的充電狀態(S0C:State of Charge)進行檢測，并發送至控制部20。控制部20根據SOC檢測部94的檢測值而對二次電池81的充放電進行控制，以將二次電池81的SOC收斂在預定的范圍內。DC / AC逆變器83將從燃料電池10和二次電池81所獲得的直流電力向交流電力進行轉換，并供給至電機200。而且，當通過電機200而產生再生電力時，DC / AC逆變器83將該再生電力轉換為直流電力。被轉換為直流電力的再生電力經由DC / DC轉換器82而被蓄電至二次電池81中。電池電壓計測部91與燃料電池10的各個發電體11相連接，并對各個發電體11的電壓(電池電壓)進行計測。電池電壓計測部91將該計測結果發送至控制部20。控制部20根據電池電壓計測部91的計測結果，來取得燃料電池10所輸出的電壓。電流計測部92與直流配線DCL連接，且對燃料電池10所輸出的電流值進行計測，并發送至控制部20。阻抗計測部93與燃料電池10連接，且通過向燃料電池10施加交流電流，從而對燃料電池10整體的阻抗進行測量，并向控制部20發送。控制部20能夠根據阻抗計測部93的計測結果，來取得燃料電池10的各個發電體11的電阻(電池內阻)，并根據該電池內阻而對電解質膜的干燥狀態進行檢測。此處，如前文所述，在本實施例的燃料電池系統100中，控制部20根據通過含水量推斷部21而周期性地取得的、燃料電池10的含水量的推斷值，而對燃料電池10的運轉狀態進行控制。具體而言，含水量推斷部21以如下方式對燃料電池10的含水量進行推斷。圖3為，用于對由本實施例的含水量推斷部21所實施的含水量的推斷方法的概要進行說明的說明圖。在圖3中，圖示了燃料電池10的內部結構的模式圖。如前文所述，燃料電池10的各個發電體11具備在電解質膜I的兩側設置了電極(陰極2、陽極3)的膜電極接合體5。此外，膜電極接合體5被配置在陰極2側的陰極分離器7和配置在陽極3側的陽極分離器8夾持。在兩個分離器7、8上，在與陰極2或陽極3相接的一側的面上分別設置有用于反應氣體的流道7p、8p。另外，也可以采用如下結構，即，流道7p、8p通過被設置在兩個分離器7、8的外表面上的槽等的凹凸而構成。具體而言，可以采用如下方式，即，流道7p、8p以通過彎曲加工或沖壓加工而使作為分離器7、8的基材的板狀部件產生凹凸的方式而形成。或者，也可以采用如下方式，即，通過沖壓 加工、切削加工、蝕刻加工等，而在板狀部件的表面上形成凹部，從而形成流道7p、8p。此外，也可以采用如下方式，即，流道7p、8p通過被配置在兩個分離器7、8的表面的其他部件(例如，所謂的膨脹合金或沖孔金屬)而被構成。此處，本說明書中的“燃料電池10的含水量”是指，包括在電解質膜1、陰極2以及陽極3中所包含的液態水的量(S卩，浸潰于膜電極接合體5中的液態水的量)、和存在于各個流道7p、8p中的液態水的量的量。燃料電池10的含水量在燃料電池10的運轉中，根據燃料電池10的發電反應中的生成水的量、與反應氣體一起被供給的水蒸汽的量、與廢氣一起被排出的水蒸汽的量、以及從燃料電池10中被排出的液態水的量而發生變動。因此，在本實施例的含水量推斷部21中，通過以預定的周期T而取得預定的期間At內的燃料電池10的含水量的變化量AC，從而逐次地輸出燃料電池10的含水量的推斷值。預定的期間At內的燃料電池10的含水量的變化量AC能夠以如下的方式進行計算。另外，關于燃料電池10中的水分(包含水蒸汽和液態水的雙方)的流入流出量，與陽極3側相比陰極2側明顯較大。因此，在本實施例中，忽略燃料電池10的陽極3側的水分的流入流出量，而認為燃料電池10的含水量的變化量AC與燃料電池10的陰極2側的含水量的變化量ACc相等(AC = Λ Ce)。
此處，以如下方式表示影響燃料電池10的含水量的變化量AC的變動的值。 燃料電池10的發電反應中的生成水的量(生成水量)…ACg.與供給空氣一起流入到陰極2的水蒸汽量(入口側水蒸汽量)…ACvcin.與廢氣一起從陰極2被排出的水蒸汽量(出口側水蒸汽量)…ACvctjut 陰極2的出口側水蒸汽量ACvctjut和入口側水蒸汽量Λ Cvcin之間的差(陰極水蒸汽收支)…ACvc.從陰極2被排出的液態水量(液態水排出量)…AClc此時，燃料電池10的含水量的變化量AC能夠通過以下的式(I)來表示。AC= Δ Cg — Δ Cvc — Δ Clc...(I)本實施例的含水量推斷部21根據上述的式(1)，以預定的周期T而逐次地求出燃料電池10的含水量的變化量AC，并將該變化量AC反映到在前次的周期中所取得的含水量推斷值上，從而取得當前的燃料電池10的含水量的推斷值。以下，對其具體的步驟進行說明。圖4為，表示本實施例中的含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。含水量推斷部21在燃料電池系統100啟動的同時，開始執行該處理。在步驟SlO中，含水量推斷部21讀取運轉結束時含水量，所述運轉結束時含水量為，在前次的燃料電池系統100的運轉結束時，被存儲于非易失性存儲部(未圖示)中的含水量推斷值。在步驟S20中，含水量推斷部21取得運轉狀態信息，所述運轉狀態信息表示此次的周期中的預定的期間At之內的燃料電池10的運轉狀態。具體而言，含水量推斷部21取得燃料電池10的發電量、供給氣體信息以及廢氣信息，以作為運轉狀態信息。另外，以下，將供給氣體信息和廢氣信息結合起來，簡稱為“氣體信息”。在步驟S30中，含水量推斷部21取得在前次的周期內所取得的含水量推斷值(前次值)。另外，當處于燃料電池系統100的運轉開始后的初次的周期時，含水量推斷部21取得在步驟SlO中所取得的運轉結束時含水量，以作為前次值。在步驟S40中，取得預定的期間At內的液態水排出量AClc。具體而言，首先，使用預先準備的映射圖，根據在步驟S30中所取得的前次值、和當前的燃料電池10中的供給空氣的流量，來取得每單位時間的液態水排出量(以下、也稱為“排水速度”)dr。而且，通過對該排水速度dr和Δ t進行乘法運算,從而取得液態水排出量AClc( Δ Clc = dr X At)。此處，在步驟S40中所使用的映射圖為，以下進行說明的、根據通過本發明的發明人所實施的實驗而得到的關系來設定的圖表。圖5為，通過本發明的發明人所實施的實驗而獲得的曲線圖，且為將縱軸設定為燃料電池10的含水量、將橫軸設定為掃氣時間，來表示由掃氣而引起的燃料電池10的含水量的時間變化的曲線圖。本發明的發明人針對內部被設為滿水狀態的燃料電池10，使非加濕的掃氣氣體經由燃料電池10的歧管而以固定的流量流入，從而針對每個掃氣氣體的流量而對燃料電池10的含水量的變化進行研究。曲線圖中的含水量Cmax為燃料電池10的滿水時的含水量，且為根據流道7p、8p(圖3)內的空間體積、以及膜電極接合體5的最大含水量等燃料電池10的結構而決定的值。燃料電池10的含水量從滿水時的含水量Cmax起，根據掃氣時間，以描繪出向下凸出的平滑的曲線的方式而逐漸減少。與掃氣時間相對應的燃料電池10的含水量的變化的程度，在掃氣氣體為任意的流量時，均為掃氣時間越短則變化的程度越大，且隨著掃氣時間增長而變為平緩，在到達某一含水量Clim之后，含水量變為不再發生變化。此外，掃氣氣體的流量越小，則與掃氣時間相對應的燃料電池10的含水量的變化的程度越平緩，含水量變為不發生變化的含水量的收斂值Clim為，掃氣氣體的流量越小則越大的值。此實驗中的掃氣氣體的掃氣時間相當于在運轉中的燃料電池10中反應氣體所流通的時間，燃料電池10的含水量的降低量相當于從運轉中的燃料電池10的液態水排出量。由此，關于預定的期間At內的燃料電池10的液態水排出量，本發明的發明人得到了以下的見解。(a)存在于燃料 電池10中的含水量越多，則預定的期間At內的燃料電池10的液態水排出量越多。(b)反應氣體的流量越大，則預定的期間At內的燃料電池10的液態水排出量越多。即，反應氣體的流量越大，則排水速度越大。(c)關于燃料電池10的含水量，存在無法通過反應氣體的流動而使之更大程度地降低的臨界值，反應氣體的流量越大，則該臨界值越小。以下，也將該臨界值稱為“排出臨界值”。此外，本發明的發明人發現，根據圖5的曲線圖，在將燃料電池10的含水量設為y，將在燃料電池10中流動有反應氣體的時間設為X來表示時，能夠通過以下的式(2)，而對反應氣體的任意的流量q時的y與X之間的關系進行規定。y = (Clim-CmaX) Xb/ (x_b) + Clim...(2)Cmax為前文所述的燃料電池10的滿水時的含水量。Clim為前文所述的排出臨界值，且為根據反應氣體的流量q而決定的值。b為對y的變化的程度進行規定的常數，且為根據反應氣體的流量q而決定的值。圖6為，將縱軸設定為y、將橫軸設定為X來表示上述的式(2)的雙曲線曲線圖的一個示例。此處，當燃料電池10的含水量為Ct時，S卩，y = Ct時的、該曲線圖上的點的切線t的斜率表示了燃料電池10的含水量為Ct時的排水速度。即，排水速度能夠通過在上述的式(2)中，用X對y進行微分而得到的下述的式(3)來表示。f = (Cmax — Clim) Xb / (X — b) 2...(3)因此，通過將前次的推斷值代入到上述的式(2)的j中來求出X，并將該X的值代入到上述的式(3)，從而能夠得到前次的推斷值所表示的燃料電池10的含水量時的排水速度dr ο如此，排水速度dr為，能夠根據前次的推斷值、和當前的燃料電池10中的反應氣體的流量而毫無疑義地求出的值。在步驟S40 (圖4)中，使用如上所述的表示了排水速度dr、前次的推斷值、以及當前的燃料電池10中的反應氣體的流量之間的關系的映射圖(以下，也稱為“排水速度映射圖”)。另外，排水速度dr能夠被解釋為如下的系數，即，根據前次的推斷值、和表示當前的燃料電池10中的反應氣體的流量的值而發生變化的系數。即，步驟S40能夠被解釋為如下的工序，即，取得根據前次的推斷值、和表示當前的燃料電池10中的反應氣體的流量的值而發生變化的系數，并根據該系數和取得推斷值的周期T，來取得液態水排出量AClc的工序。在步驟S50中，含水量推斷部21使用在步驟S20中所取得的燃料電池狀態的運轉信息，來取得生成水量ACg和陰極水蒸汽收支ACvc。具體而言，能夠根據以下的式(4)、(5)，來取得生成水量Λ Cg和陰極水蒸汽收支ACvc。生成水量ACg = (IXMh2q / FX2) X At...(4)陰極水蒸汽收支ACvc = (PcvoutXQcout / Pcout X 22.4) — (PcvinXQcin /PcinX22.4)…(5)1:在此次的周期的預定的期間Λ t中燃料電池10所輸出的電流水的分子量F:法拉第常數Pcvout:陰極廢氣中的水蒸汽分壓Qcout:陰極廢氣的流量Pcout:陰極廢氣的壓力Pcvin:供給空氣中的水蒸汽分壓Qcin:供給空氣的流量Pctjut:供給空氣的壓力而且，在步驟S50中，根據上述的式(1)，使用生成水量ACg、陰極水蒸汽收支八0(:、以及在步驟540中所得到的液態水排出量AClc，來求出陰極側的含水量的變化量ACc。而且，將該變化量ACc反映到前次值上，從而求出此次的燃料電池10的含水量的推斷值。含水量推斷部21以預定的周期T而反復執行步驟S20 S50的處理，直至燃料電池10的運轉結束為止(步驟S60)。另外，在燃料電池10的運轉結束時，將最終所取得的燃料電池10的含水量的推斷值作為運轉結束時含水量而存儲于非易失性存儲部中(步驟S70)。如上所述，在本實施例的燃料電池系統100中，含水量推斷部21使用基于實驗結果的預定的關系來取得排水速度，所述排水速度根據燃料電池10的含水量和反應氣體的流量而發生變化 。由此，含水量推斷部21能夠根據該排水速度而以較高的精度取得燃料電池10的液態水排出量的推斷值，從而能夠以較高的精度取得燃料電池10的含水量的推斷值。因此，在本實施例的燃料電池系統100中，能夠以更高的精度對燃料電池10內部的水分狀態進行檢測，從而能夠適當地執行燃料電池10的內部的水分狀態的控制。B.第二實施例:圖7為，表示作為本發明的第二實施例的燃料電池系統100A的結構的概要圖。圖7除如下內容之外與圖1大致相同，所述內容為，在陽極氣體供給部50A中設置有供給氣體信息檢測部57以代替入口壓力計測部56這一點、和在陽極氣體循環排出部60A中設置有廢氣信息檢測部68以代替出口壓力計測部67這一點。另外，第二實施例的燃料電池系統100A的電氣結構與第一實施例的燃料電池系統100相同(圖2)。如上所述，在第一實施例的燃料電池系統100中，忽略燃料電池10的陽極側的水分的流入流出量，而對燃料電池10的含水量進行了推斷(圖3)。與之相對，在該第二實施例的燃料電池系統100A中，還考慮到燃料電池10的陽極側的水分的流入流出量而對燃料電池10的含水量進行推斷。具體而言如下文所述。圖8為，用于對由第二實施例的含水量推斷部21所實施的含水量的推斷方法的概要進行說明的說明圖。圖8除如下內容之外與圖3大致相同，所述內容為，追加了表示陽極3側的水分的移動的箭頭標記、和用于使陽極3側的水分的流入流出量反映出的含水量的推斷的數學式等這一點。在燃料電池10的各個發電體中，通過發電反應而在陰極2側產生的生成水的一部分經由電解質膜I而向陽極3側進行移動。此外，在陽極3側，水分也以水蒸汽的形式流入/流出。而且，在陽極3側，液態水也與廢氣一起被排出到外部。如此，在燃料電池10中，除陰極2側的含水量的變化之外，在陽極3側其含水量也發生變化。因此，在第二實施例的燃料 電池系統100A中，含水量推斷部21求出預定的期間At內的、對于陰極2側和陽極3側而言各自的含水量的變化量ACc、ACa，從而取得陰極2側和陽極3側的含水量的推斷值Ce、Ca。此處，在下文中，將在預定的期間At內從陰極2側向陽極3側移動了的液態水的移動量稱為“陽極移動液態水量ACt”。此時，陰極2側的含水量的變化量ACc通過以下的式(1A)來表不。Δ Ce = Δ Cg — Δ Cvc — AClc — Δ Ct...(IA)關于該式(IA)的右邊，除被減去了陽極移動液態水量Λ Ct這一點之外，與在第一實施例中所說明的式(I)相同。而且，在下文中，以如下的方式表示除陽極移動液態水量ACt之外的、與陽極3側的含水量相關的值。.與氫氣一起流入到陽極3的水蒸汽量(入口側水蒸汽量)…ACvain.與廢氣一起從陽極3被排出的水蒸汽量(出口側水蒸汽量)…ACvatjut.陽極3的出口側水蒸汽量ACvarat和入口側水蒸汽量Λ Cvain之間的差(陽極水蒸汽收支)…ACva.從陽極3被排出的液態水量(排出液態水量)…ACla此時，燃料電池10的陽極3側的含水量的變化量ACa能夠通過以下的式(IB)來表不。
Δ Ca = Δ Ct - Δ Cva - Δ Cla …(IB)第二實施例的含水量推斷部21根據上述的式(ΙΑ)、(1Β)，以預定的周期T而逐次地求出兩個含水量的變化量Λ Ce、Λ Ca。而且，將各個變化量Λ Ce、Λ Ca反映到在前次的周期內所取得的陰極2側和陽極3側的各自的含水量推斷值上，從而取得當前的燃料電池10的含水量的推斷值Ce、Ca。以下，對其具體的步驟進行說明。圖9為，表示第二實施例中的含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。圖9除追加了步驟S35這一點之外，與圖4大致相同。在步驟SlO中，與在第一實施例中所說明的內容相同地，含水量推斷部21取得被存儲于非易失性存儲部中的運轉結束時含水量。另外，在該第二實施例的運轉結束時含水量中，包括陰極側的運轉結束時含水量和陽極側的運轉結束時含水量。在步驟S20中，含水量推斷部21取得運轉狀態信息，所述運轉狀態信息表示此次的周期中的預定的期間At之內的、燃料電池10的運轉狀態。具體而言，含水量推斷部21取得燃料電池10的發電量、和陰極側和陽極側各自的氣體信息，以作為運轉狀態信息。在步驟S30中，含水量推斷部21取得在前次的周期內所取得的陰極側和陽極側各自的含水量推斷值(前次值)。另外，當處于燃料電池系統100Α的運轉開始后的初次的周期時，含水量推斷部21將在步驟SlO中所取得的運轉結束時含水量作為前次值而取得。在步驟S35中，含水量推斷部21根據電解質膜中的水分狀態來取得陽極移動液態水量ACt。此處，陽極移動液態水量ACt根據水的擴散系數而發生變動。此外，燃料電池10的膜電極接合體5中的水的擴散系數根據在電解質膜中所包含的水分量而發生變動。圖10為，通過本發明的發明人的實驗而得到的、表示水的擴散系數和電解質膜的含水率之間的關系的曲線圖。此處，“電解質膜的含水率”為，能夠通過以下的式(6)而求出的值。 電解質膜的含水率Wr = (Mmwet / Mmdry — I) X 100...(6)Mmfcy…干燥狀態下的電解質膜的重量Mmwet…置于濕潤狀態后的電解質膜的重量電解質膜的含水率為，表示在電解質膜中所含的水分量的值。水的擴散系數隨著電解質膜的含水率而增大至最大值Dm，并在達到最大值Dm之后緩慢地降低，從而描繪出向上凸起的曲線。如此，根據在電解質膜中所含的水分量，從而與陽極移動液態水量ACt具有相關關系的水的擴散系數發生變化。因此，陽極移動液態水量ACt能夠根據在電解質膜中所含的水分量而取得。此處，將通過以下的式(7)而表示的值(以下，稱為“水收支”)定義為，表示在燃料電池10的電解質膜中所包含的水分量的指標。水收支Wb = Δ Cg — Δ Cvc — Δ Cva...(7)該水收支Wb為如下的值，即，在相當于燃料電池10中所生成的生成水量的水分通過反應氣體的流動而以水蒸汽的形式被帶走時，成為“O”的值。水收支Wb在其值為負時，表示電解質膜處于干燥傾向，在其值為正時，表示電解質膜處于濕潤傾向。圖11為，通過本發明的發明人的實驗而得到的、表示水收支和陽極排水比例之間的關系的曲線圖。此處，“陽極排水比例”是指，表示在生成水量ACg中陽極移動液態水量Λ Ct所占的比例(下述的式(8))。
陽極排水比例ADR= ACt / ACg...(8)本發明的發明人設定為，在發電中的燃料電池10中，從陰極向陽極進行移動的液態水量的全部以液態水或水蒸汽的形式從陽極被排出，針對每個水收支而對來自陽極的水分的排出總量進行計測，從而對陽極排水比例進行計測。通過該實驗，作為陽極排水比例和水收支之間的關系，得到了該曲線圖以水收支為零的點作為對象點而成為點對稱的形狀的關系。如圖11的曲線圖所示，在使水收支向負值側降低時，在水收支為零的附近而言陽極排水比例顯著降低之后，其變化的斜率變得平緩。另一方面，在使水收支向正值側增加時，在水收支為零的附近而言陽極排水比例顯著增大之后，其變化的斜率變得平緩。由于水收支和陽極排水比例相互具有毫無疑義的關系，因此通過預先取得該關系，從而能夠根據水收支來取得陽極排水比例。第二實施例的含水量推斷部21將在圖11的曲線圖中所圖示的關系作為映射圖而預先存儲。在步驟S35 (圖9)中，含水量推斷部21使用該映射圖，相對于根據生成水量ACg、陰極水蒸汽收支Λ Cvc、以及陽極水蒸汽收支ACva而得到的水收支Wb，來取得陽極排水比例ADR。而且，根據上述的式(8)，使用陽極排水比例ADR和生成水量ACg，來取得陽極移動液態水量ACt ( ACt = ADRX ACg)。在步驟S40中，含水量推斷部21取得陰極側和陽極側各自的液態水排出量Λ Clc、ACla0此處，關于用圖5進行了說明的掃氣時間和燃料電池的含水量之間的關系，通過相對于置于滿水的燃料電池，執行僅陰極側的掃氣或僅陽極側的掃氣，從而能夠得到關于陰極側的關系和關于陽極側的關系這兩個關系。第二實施例的含水量推斷部21預先存儲了基于上述兩個關系的、關于陰極側和陽極側各自的排水速度映射圖。在步驟S40中，使用上述兩個種類的排水速度映射圖，而取得陰極側和陽極側各自的排水速度，并根據這些排水速度，來取得液態水排出量Λ Clc、ACla0
在步驟S50中，根據上述的式(1A)、(1B)，來取得陰極側的含水量的變化量ACc和陽極側的含水量的變化量Λ Ca。而且，將各個含水量的變化量Λ Ce、Λ Ca反映到前次值上，從而求出此次的陰極側和陽極側的含水量的推斷值Ce、Ca。另外，陽極水蒸汽收支ACva能夠通過與上述的式(5)同樣的下述式(5a)而求出。陽極水蒸汽收支ACva = (PavoutXQaout / Paout X 22.4) — (PavinXQain /PainX 22.4)...(5a)Pavout:陽極廢氣中的水蒸汽分壓Qaout:陽極廢氣的流量Paout:陽極廢氣的壓力Pavin:供給氫氣中的水蒸汽分壓Qain:供給氫氣的流量Patjut:供給氫氣的壓力含水量推斷部21以預定的周期T而反復執行步驟S20 S50的處理，直至燃料電池10的運轉結束(步驟S60)。另外，在燃料電池10的運轉結束時，將最終取得的兩個含水量的推斷值Ce、Ca作為運轉結束時含水量而存儲到非易失性存儲部中(步驟S70)。另外，在第二實施例的燃料電池系統100A中，取得了陰極側和陽極側各自的含水量的推斷值Ce、Ca。也可以采用如下方式，即，控制部20僅使用陰極側的含水量的推斷值Ce，來實施燃料電池10的運轉控制。在這種情況下，由于陰極側的含水量的推斷值Ce成為了反映出向陽極側移動了的水分量的、精度更高的值，因此與第一實施例相比，能夠更恰當地對燃料電池10內部的水分狀態進行管理。此外，也可以采用如下方式，即，控制部20使用陰極側和陽極側的含水量的推斷值Cc、Ca，而對陽極側和陰極側各自的水分狀態進行控制。例如，可以采用如下方式，即，控制部20在執行燃料電池10內部的掃氣處理時，根據陰極側和陽極側的含水量的推斷值Ce、Ca，而對陰極側和陽極側各自的掃氣氣體的流量進行設定并執行掃氣處理。如上所述，在第二實施例的燃料電池系統100A中，含水量推斷部21取得從陰極向陽極進行了移動的水分量，并且關于陽極側，也取得其含水量的推斷值Ca。因此，與第一實施例的燃料電池系統100相比，能夠以更高的精度對燃料電池10的內部的水分狀態進行檢測，從而能夠更恰當地對燃料電池10的內部的水分狀態進行管理。B1.第二實施例的其他結構例:在上述的第二實施例中，作為表示在電解質膜中所包含的水分量的指標，使用了水收支。但是，作為表示在電解質膜中所包含的水分量的指標，也可以使用與在電解質膜中所包含的水分量具有相關關系的其他的值，來代替水收支。圖12為，通過本發明的發明人的實驗而得到的、表示電池內阻和陽極排水比例之間的關系的曲線圖。本發明的發明人通過根據交流阻抗法而對電池內阻進行計測，并對相對于電池內阻的陽極排水比例進行計測，從而得到了該曲線圖。如此，電池內阻和陽極排水比例相互具有毫無疑義的關系。也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21預先存儲了如圖12所示的表示電池內阻和陽極排水比例之間的關系的映射圖，并使用該關系，相對于根據阻抗計測部93的計測值而取得的電池內阻Re，來取得陽極排水比例ADR。C.第三實施例:圖13為，表示在作為本發明的第三實施例的燃料電池系統中，含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。圖13除追加了步驟S25、S45這一點之外，與圖9大致相同。另外，第三實施例的燃料電池系統的結構與第二實施例的燃料電池系統100A相同(圖2、圖7)。此處，本發明的發明人發現了如下情況，S卩，在對于運轉中的燃料電池10的反應氣體的供給流量，例如在被暫時停止之后再次恢復等反復進行了急劇降低和增大時，之后從燃料電池10中被排出的液態水量將增大。因此，第三實施例的含水量推斷部21在根據運轉狀態信息而檢測出反應氣體的供給被暫時停止時，為了取得含水量的推斷值而對所求出的液態水排出量AClc、Λ Cla進行補正。圖14 (A)、(B)為，通過本申請發明的發明人的實驗而得到的、表示隨著反應氣體的供給流量的急劇變動而引起的液態水的排出量的變化的說明圖。圖14 (A)為，表示在該實驗中，實施了對于燃料電池的反應氣體的供給(開啟)/停止(關閉)的正時的時序圖。本發明的發明人以圖14(A)所示的周期間隔(3秒、5秒、10秒、20秒、30秒、40秒)而反復實施如下處理，即，對于燃料電池，在使固定流量的反應氣體的供給持續預定的期間(約20秒)之后使之停止的處理。另外，在 圖14 (A)中，持續預定的期間的反應氣體的供給的各個步驟PO Ρ6被表示為向上凸起的脈沖。
圖14 (B)為，表示持續預定的期間的反應氣體的供給的每個步驟PO P6中的、燃料電池中的壓力的時間變化的曲線圖。壓力損失在任意一個步驟PO P6中，都在暫時增大之后緩慢降低。此外，在初次的步驟PO之后的步驟Pl P4中，壓力損失的最大值依次增大，在步驟P5、P6中，壓力損失的變化大致收斂至固定的變化。該各個步驟PO P6中的燃料電池的壓力損失的變化與從燃料電池中被排出的液態水量具有相關關系。具體而言，壓力損失的最大值越大的步驟，則從燃料電池中被排出的液態水量越多。更具體而言，在初次的步驟PO時被排出的液態水量最多，在之后的步驟Pl P4中，每個步驟所排出的液態水量增多，在步驟P5、P6中，與步驟P4大致相同程度的液態水量被排出。認為在步驟Pl P4中液態水的排出量依次增多的原因在于，由于各個步驟Pl P4之前的反應氣體的供給停止時間依次增長，因此從膜電極接合體向氣體流道移動的液態水的量增多。而且，認為在步驟P4 P6中液態水的排出量成為大致相同的程度的原因在于，向氣體流道的液態水的移動在達到某一預定的量時停止。如此，當反應氣體的流量暫時降低時，將產生向氣體流道的液態水的移動，從而在反應氣體的流量恢復時燃料電池的液態水的排出量將增大。而且，該液態水的排出量增大的程度，在達到某一排出量之前，根據反應氣體的流量降低的期間的長度而增大。第三實施例的含水量推斷部21在步驟S20 (圖13)中，取得燃料電池10的發電量和陰極側以及陽極側的氣體信息，以作為運轉狀態信息。而且，在步驟S25中，當根據供給氣體信息中與供給空氣或氫氣的流量相關的信息而檢測出供給空氣或氫氣的暫時的供給停止時，取得該供給停止時間。在步驟S30 S40中，含水量推斷部21執行與在上述第二實施例中所說明的處理相同的處理。含水量推斷部21在于步驟S40中取得液態水排出量AClc、ACla之后，在步驟S45中，對液態水排出量AClc、ACla進行補正。具體而言，含水量推斷部21首先根據預定的映射圖，來取得用于對 液態水排出量AClc、Λ Cla進行補正的補正系數。圖15為，表示本發明的發明人根據實驗而設定的、用于取得液態水排出量AClc、ACla的補正系數的映射圖的一個示例的說明圖。如在圖14中所說明的那樣，本發明的發明人以對將反應氣體的供給暫時停止的時間(氣體供給停止時間)進行改變的方式而實施如下運轉，即，反復進行某固定流量q下的針對燃料電池的反應氣體的供給、和該供給的暫時停止。而且，在每個氣體供給停止時間內，對之后的反應氣體的供給重新開始時的、每單位時間內從燃料電池被排出的液態水的排出量Ea進行了計測。此外，本發明的發明人在將反應氣體不暫時停止的條件下以固定的流量q持續供給，并將與上述的計測值Eb的計測周期相對應的周期內的每單位時間內的液態水的排出量作為基準排出量Eb而獲得。使用每個氣體供給停止時間內的各個計測值Ea、和與之相對應的基準排出量Eb，而將每個氣體供給停止時間內的補正系數Y作為Y =Eb / Ea(Y > I)來獲得。由此，能夠得到如下關系，即，如圖5的曲線圖所示的那樣，隨著氣體供給停止時間增大，補正系數Y以描繪出向上凸起的曲線的方式逐漸增大，并收斂至最大值
V
° max ο第三實施例的含水量推斷部21針對供給空氣和氫氣各自的供給流量中的每一個，而預先存儲了設定有如圖15所示的關系的映射。在步驟S45中，讀取與當前的供給空氣或氫氣的流量相對應的映射，從而取得相對于在步驟S25中所檢測出的供給停止時間ts的補正系數Y。而且，將在步驟S40中所得到的液態水排出量AClc、ACla乘以所取得的補正系數Y，從而對液態水排出量AClc、ACla進行補正。如上所述，在第三實施例的燃料電池系統中，當檢測出反應氣體的供給被暫時停止時，使用通過與該停止時間相對應的補正系數Y而被補正后的液態水排出量AClc、ACla，來計算出含水量的推斷值Ce、Ca。因此，能夠以更高的精度，對燃料電池10的內部的水分狀態進行檢測。D.第四實施例:圖16為，表示在作為本發明的第四實施例的燃料電池系統中，含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。圖16除如下內容之外與圖13大致相同，所述內容為，追加了步驟S 15、S21這一點、和設置有步驟S71來代替步驟S70這一點。另外，第四實施例的燃料電池系統的結構與第三實施例的燃料電池系統相同(圖2、圖7)。第四實施例的含水量推斷部21在于步驟SlO中讀取了運轉結束時含水量之后，執行對在步驟S40中所使用的排水速度映射圖進行補正的補正處理(步驟S15)。此處，如在第二實施例中所說明的那樣，含水量推斷部21具備陰極用和陽極用的兩個種類的排水速度映射圖。但是，在步驟S15的補正處理中，僅將陰極用的排水速度映射圖作為補正的對象。另外，關于步驟S15的補正處理的內容在后文敘述。在步驟S21中，含水量推斷部21在每個周期內，對在步驟S20中所取得的運轉狀態信息所包含的供給氣體信息中的供給空氣的流量的信息進行存儲。在步驟S71中，含水量推斷部21根據在步驟S25中所存儲的供給空氣的流量的信息，而對燃料電池10的運轉中的供給空氣的流量的時間平均(平均氣體流量)進行計算。而且，將該平均氣體流量與運轉結束時含水量一起存儲于非易失性存儲部中。含水量推斷部21在之后的燃料電池系統的啟動時所執行的步驟15的補正處理中，讀取該平均氣體流量，并應用于補正處理。圖17為，表示在步驟S15中所執行的排水速度映射圖的補正處理的處理步驟的流程圖。在步驟SllO中，含水量推斷部21根據由制冷劑溫度計測部76a、76b所檢測出的燃料電池10的當前的溫度，而對燃料電池10是否開始了于冰點下的啟動進行判斷。當燃料電池10的溫度為高于冰點的溫度時，含水量推斷部21結束該補正處理，并返回至含水量推斷處理(圖16)，且執行步驟SlO之后的處理。另一方面，當燃料電池10的溫度為冰點下時，含水量推斷部21對在燃料電池10的啟動時所產生的暫時性的電流增大中的、電流的最大值(以下，稱為“啟動時峰值電流”)進行檢測(步驟S120)。此外，含水量推斷部21對檢測出啟動時峰值電流時的燃料電池10的運轉溫度進行檢測。圖18為，表示燃料電池于冰點下啟動時的電流的時間變化的一個示例的曲線圖。在燃料電池中，當在于冰點下的啟動時將電壓控制為預定的固定值時，能夠觀察到如下的電流變化，即，電流從剛剛啟動之后起以大致固定的斜率增大至最大值Ip (時刻h 時刻ti)，之后降低。產生這種電流的暫時性增大的原因在于，如以下所說明的那樣，因于冰點下啟動時的燃料電池的I一 V特性的變化而引起的。圖19 (A)、(B)為，用于對燃料電池于冰點下啟動時的I 一 V特性的變化進行說明的說明圖。圖19 (A)的曲線示了燃料電池的含水量相同而溫度不同時的I 一 V特性的變化。在圖19 (A)的曲線圖中，燃料電池的溫度越高，則I 一 V特性越向發電効率提高的方向變化。這是由于，燃料電池的溫度越高，則電解質膜以及催化劑層中的質子的移動電阻越降低。另一方面，圖19 (B)圖示了燃料電池的溫度相同而含水量不同時的I 一 V特性的變化。在圖19(B)的曲線圖中，燃料電池的含水量越少，則I 一 V特性越向發電效率提高的方向變化。這是由于，燃料電池的含水量越少，則催化劑層中的反應氣體的擴散電阻越小。在冰點下啟動時，當將燃料電池的電壓控制為固定時，在剛剛啟動之后，由于伴隨于燃料電池的運轉溫度的上升而引起的I 一 V特性的變化，因而電流將增加(圖19 (A))。但是，當電流增大時，在燃料電池中生成水量將增加，從而其含水量將增大。因此，在某時間點，由于伴隨于燃料電池的含水量的增大而引起的I 一 V特性的變化，因而電流開始降低(圖 19 (B))。即，于冰點下啟動時的電流的最大值、即啟動時峰值電流為，根據燃料電池的溫度和燃料電池的含水量而決定的值。因此，如果預先取得啟動時峰值電流、燃料電池的溫度、以及燃料電池的含水量之間的關系，則能夠在燃料電池于冰點下啟動時，通過對燃料電池的溫度和啟動時峰值電流進行計測，從而根據該關系，來求出燃料電池的含水量。在步驟S130 (圖17)中，含水量推斷部21根據在步驟S120中所取得的啟動時峰值電流、和燃料電池10的運轉溫度，使用設定有前文所述的關系的預定的映射圖，從而取得當前的燃料電池10的含水量。另外，此時所取得的含水量在之后的處理中，被用作用于補正的基準值。以下，將該含水量稱為“基準含水量”。圖20為，將橫軸設定為啟動時峰值電流、將縱軸設定為基準含水量，來表示用于在步驟S130中取得基準含水量所使用的映射圖的一個示例的曲線圖。本發明的發明人通過針對每個燃料電池的運轉溫度和含水量而對啟動時峰值電流進行計測，從而得到該映射圖。在該映射圖中，針對燃料電池的每個運轉溫度而設定了如下的關系，S卩，啟動時峰值電流越低，則基準含水量越 以指數函數的方式而增大。此外，在該映射圖中，設定有如下的關系，即，即使為相同的啟動時峰值電流，但燃料電池的運轉溫度越低，則得到越低的基準含水量。另外，在圖20中，僅圖示了運轉溫度T1、T2、T3 (Tl > Τ2 > Τ3)時的曲線圖，而省略了其他的運轉溫度下的曲線圖。此外，在圖20中，用虛線箭頭標記模式化地圖示了如下內容，即，根據該關系，當燃料電池10的運轉溫度為Tl，啟動時峰值電流為Ip時，作為基準含水量而能夠取得Cs。在步驟S135 (圖17)中，含水量推斷部21將基準含水量Cs、和在圖16的步驟SlO中取得的陰極側的運轉結束時含水量Cp之間的差，乘以系數β(0 < β < 1)，從而得到基準補正量dC (下述式(9))。基準補正量dC = β X (Cs - Cp)…(9)關于系數β的功能在后文敘述。在步驟S140中，含水量推斷部21讀取在步驟S71中被存儲于非易失性存儲部中的平均氣體流量9<在步驟S145中，利用平均氣體流量qavg和基準補正量dC，根據以下所說明的映射圖而取得用于對液態水排水速度映射圖進行補正的補正系數α。圖21 (A)為，表示為了取得補正系數α而使用的映射圖(以下，稱為“補正值取得用映射圖”)的一個示例的曲線圖。如利用圖5、圖6所進行的說明那樣，在基于排水速度映射圖的關系中，針對每個反應氣體的流量，而存在無法通過反應氣體的流動而降低含水量的排出臨界值Clim。在補正值取得用映射圖中，設定有基于該關系的、供給空氣的流量q和排出臨界值Clim之間的對應關系。具體而言，在補正值取得用映射圖中，設定有如下關系，即，供給空氣的流量q越小，則排出臨界值Clim越以描繪出向下凸起的方式而降低。含水量推斷部21根據補正值取得用映射圖，來取得相對于在步驟S140中所取得的平均氣體流量qavg的排出臨界值Clim avg。而且，將該相對于平均氣體流量qavg的排出臨界值Clinuavg代入到下述的式(10)中，從而取得補正系數α。a =(Climavg + dC) / Climav^..(10)在步驟S150 (圖17)中，含水量推斷部21將該補正系數α乘以補正值取得用映射圖的全部的排出臨界值Clim。由此，對補正值取得用映射圖中所表現出的、反應氣體流量q和排出臨界值Clim之間的對應關系進行了補正。另外，在圖21 (A)中，通過用實線對表示補正前的對應關系的曲線圖進行圖示，用虛線對表示補正后的對應關系的曲線圖進行圖示，從而模式化地圖示了補正值取得用映射圖被補正的情況。在步驟S150中，還對排水速度映射圖的排出臨界值Clim進行補正。具體而言，可以采用如下方式，即，將針對每個反應氣體的流量而被規定的上述式(3)中的Clim乘以補正系數α。圖21 (B)為，用于對伴隨于補正系數α對排出臨界值Clini的補正而進行的排水速度映射圖的補正進行說明的說明圖。在圖21 (B)中，關于與圖6同樣的、表示式(2)的雙曲線曲線圖，以實線圖示了補正前的狀態，以虛線圖示了補正后的狀態。當對排出臨界值Clim進行補正時，表示式(2)的雙曲線的變化的程度發生變化，從而在排水速度映射圖中所表示的關系(上述式(3))也發生變化。即，在該補正處理中設定為，在運轉結束后的燃料電池10中，存在相當于以前次的燃料電池10的運轉時的平均氣體流量進行掃氣時的、排出限界量Clinuavg的含水 量，并以該含水量作為基準，而對排水速度映射圖進行補正。圖22為，表示用于對排水速度映射圖的補正處理的效果進行驗證的模擬實驗結果的一個示例的說明圖，且為用于對上述的式(9)中的系數β的功能進行說明的說明圖。本發明的發明人為了對上述的排水速度映射圖的補正處理的效果進行驗證，而實施了如下的模擬實驗，即，在作為基準含水量而依次輸入偏差較大的值的同時，反復執行含水量推斷處理。在圖22的上層中，圖示了將縱軸設定為基準含水量的輸入值，將橫軸設定為含水量推斷處理的執行次數的、表示輸入值的偏差(分布)的曲線圖。在圖22的下層中，以與上半段的曲線圖相對應的方式，圖示了將橫軸設定為含水量推斷處理的執行次數，將縱軸設定為含水量的推斷值的、表示含水量推斷處理的執行結果的變化的曲線圖。此處，作為基準含水量而得到的燃料電池10的含水量的計測值，實際上由于誤差等的影響，而存在作為具有偏差的值而被取得的可能性。因此，在上述的補正處理中，如果將基準含水量與運轉結束時含水量之間的差就此作為補正量，則該偏差的影響將被反映到補正上，反而會成為燃料電池10的含水量的推斷值精度降低的原因。因此，在第四實施例的含水量推斷部21中，在上述的式(9)中，使用系數β，以使基準補正量dC的值小于運轉結束時含水量Cp和基準含水量Cs之間的差。由此，通過重復進行補正處理，從而對補正的程度進行調節，以使得補正的精度逐漸增高。因此，當在基準含水量和運轉結束時含水量之間產生了顯著的差時，如圖22的下層所示，作為含水量推斷處理的執行結果，在經過了初期階段中補正的精度逐漸增高的收斂期間Ct之后，能夠得到穩定的值。如此，上述的式(9)的系數β具有對基準含水量的偏差的影響進行緩沖的功能。如上所述，在第四實施例的含水量推斷部21中，將通過基于排水速度的含水量的推斷方法以外的方法而取得的燃料電池10的含水量作為基準值，來對用于取得排水速度的映射圖進行補正。因此，進一步提高了基于排水速度的含水量的推斷方法的推斷精度。Ε.第五實施例:圖23為，表示在作為本發明的第五實施例的燃料電池系統中，含水量推斷部21所執行的排水速度映射圖的補正處理的處理步驟的流程圖。圖23除如下內容之外與圖17大致相同，所述內容為，設置有步驟S121來代替步驟S120這一點。另外，第五實施例的燃料電池系統的結構與第四實施例的燃料電池系統相同(圖2、圖7)。此外，第四實施例中的含水量推斷處理的處理步驟與在第三實施例中所說明的處理步驟相同(圖16)。此處，冰點下啟動時的燃料電池10的含水量越多，則燃料電池10的運轉溫度的上升越緩慢。因此，燃料電池10的運轉溫度變為高于冰點之前的時間(以下，稱為“冰點突破時間”)是由燃料電池10的啟動時的運轉溫度、和燃料電池10的含水量而決定的。在第五實施例中，含水量推斷部21在步驟S121中，對燃料電池10的啟動時的運轉溫度、和冰點突破時間進行檢測。而且，在步驟S130中，含水量推斷部21利用預先準備的映射圖，來取得基準 含水量，所述映射圖表示了燃料電池10的啟動時的運轉溫度、冰點突破時間、以及燃料電池10的含水量之間的關系。圖24為，將橫軸設定為冰點突破時間、將縱軸設定為基準含水量，來表示為了在步驟S130中取得基準含水量而使用的映射圖的一個示例的曲線圖。在該映射圖中，針對每個燃料電池的啟動時的運轉溫度而設定了如下的關系，即，冰點突破時間越長，則基準含水量越以描繪出向下凸起的曲線的方式而增大。此外，在該映射圖中，還設定了如下的關系，即，即使為相同的冰點下突破時間，但燃料電池的啟動時的運轉溫度越低，則得到越低的基準含水量。另外，在圖24中，僅圖示了燃料電池10的啟動時的運轉溫度為Tl、Τ2、Τ3 (Tl >Τ2 > Τ3)時的曲線圖，而省略了關于其他的運轉溫度的曲線圖。此外，在圖24中，以虛線箭頭標記模式化地圖示了如下情況，即，在燃料電池10的運轉溫度為Tl，冰點突破時間為時，作為基準含水量而能夠取得Cs。在步驟S130中，含水量推斷部21利用該映射圖來取得基準含水量。而且，在步驟S135 S150中，與在第四實施例中所說明的內容同樣地，通過對限界排出量Clim進行補正從而執行排水速度映射圖的補正。如上所述，即使為第五實施例的結構，也與第四實施例同樣地，能夠提高基于排水速度的含水量的推斷方法的推斷精度。F.第六實施例:圖25為，表示在作為本發明的第六實施例的燃料電池系統中，含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。圖25除追加了步驟S55這一點之外與圖16大致相同。另外，第六實施例的燃料電池系統的結構與第五實施例的燃料電池系統相同(圖2、圖 7)。在上述第四實施例和第五實施例中，含水量推斷部21在冰點下啟動時執行了排水速度映射圖的補正處理(步驟S15)。與之相對，第六實施例的含水量推斷部21在燃料電池10的運轉中也執行排水速度映射圖的補正處理。具體而言，第六實施例的含水量推斷部21在于步驟S50中取得燃料電池10的含水量的推斷值Ce、Ca之后，執行以陰極用的排水速度映射圖為對象的排水速度映射圖的補正處理(步驟S55 )。圖26為，表示步驟S55的排水速度映射圖的補正處理(以下，也稱為“運轉中映射圖補正處理”)的處理步驟的流程圖。在步驟S210中，含水量推斷部21取得阻抗計測部93(圖2)的計測結果。在步驟S220中，對是否能夠實施基于該阻抗的計測值Zm的、燃料電池10的含水量的計測進行判斷。圖27為，表示燃料電池的阻抗和燃料電池的含水量之間的關系的曲線圖。如該曲線圖所表示的那樣，燃料電池的含水量越多，則燃料電池的阻抗越以指數函數的方式而減少。因此，當燃料電池的含水量顯著較多時，則阻抗的變動量將顯著減小。因此，當燃料電池的內部處于比較濕潤的狀態時，基于燃料電池的阻抗的含水量的計測將變得較為困難。在步驟S220中，含水量推斷部21對預先設定的阻抗的閾值Zth、和在步驟SlO中所取得的阻抗的計測值Zm進行比較。而且，當阻抗的計測值Zm為閾值Zth以上時，判斷為能夠實施基于阻抗的計測值Zm的、燃料電池10的含水量的計測。另一方面，當阻抗的計測值Zm小于閾值Zth時，判斷為難以實施基于阻抗的計測值Zm的、燃料電池10的含水量的計測，并結束補正處理，返回至含水量推斷處理(圖25)。此處，含水量推斷部21預先存儲了設定有如圖27所示的關系的映射圖。在步驟S230中，含水量推斷部21利用該映射圖，來取得相對于阻抗的計測值Zm的、燃料電池10的當前的含水量Cz，以作為成為補正的基準的基準含水量。在步驟S240 中，取得含水量Cz、和在含水量推斷處理(圖25)的步驟S50中所取得的此次的推斷值Ce之間的差，并將該差乘以系數β，從而取得基準補正量dC (下述的式
(11))。另外，系數β與在第四實施例中所說明的式(9)的系數β相同。基準補正量dC = β X (Cz - Ce)…(11)在步驟S250中，利用基準補正量dC和當前的供給氣體的供給流量，并利用與在第四實施例中所說明的補正處理(圖17)的步驟145中所說明的同樣的映射圖(圖21 (A))，來取得補正系數α。而且，在步驟S260中，與在第四實施例中所說明的補正處理的步驟150的處理同樣地，對補正值取得用映射圖和排水速度映射圖進行補正。如上所述，根據第六實施例的含水量推斷部21，由于能夠在燃料電池10的運轉中，對排水速度映射圖進行補正，因此能夠以更高的精度而對燃料電池10的含水量進行推斷。G.第七實施例:圖28為，表示在作為本發明的第七實施例的燃料電池系統中，含水量推斷部21所執行的含水量推斷處理的處理步驟的流程圖。圖28除追加了步驟S32這一點之外與圖16大致相同。另外，第七實施例的燃料電池系統的結構與第四實施例的燃料電池系統相同(圖
2、圖 7)。第七實施例的含水量推斷部21在于步驟S30中取得了前次值之后，在檢測出該前次值的修正的必要性時，執行該修正(步驟S32)。另外，在步驟S32中成為對象的前次值為，陰極側和陽極側雙方的含水量的推斷值的前次值。具體而言，步驟S35的處理的具體處理內容如下所述。圖29為，表示在步驟32中含水量推斷部21所執行的前次值的修正處理的處理步驟的流程圖。在步驟S310中，含水量推斷部21根據阻抗計測部93 (圖2)的計測結果，來取得各個發電體11的電池內阻，從而根據該電池內阻，而對燃料電池10的電解質膜的干燥狀態進行檢測。圖30為，表示電池內阻和燃料電池的含水量之間的關系的曲線圖的一個示例。如該曲線圖所示，燃料電池的含水量越少，則電池內阻越以指數函數的方式而增大。而且，在燃料電池的電解質膜越干燥從而燃料電池的含水量越減少的狀態時，電池內阻將顯著增大。在步驟S310 (圖29)中，含水量推斷部21將預先設定的電池內阻的閾值Rcth作為基準，當電池內阻的計測值大于閾值Rcth時，判斷為燃料電池10的電解質膜處于干燥狀態，并執行步驟S320的處理。另一方面，當電池內阻的計測值在閾值Rcth以下時，設定為電解質膜并非干燥狀態，并返回至含水量推斷處理(圖28)，重新開始步驟S35之后的處理。在步驟S320中，將陰極側和陽極側各自的前次值與預定的閾值Ctl進行比較并判斷是否為容許范圍內的值。作為預定的閾值Ctl，例如可以使用根據如圖30所示的電池內阻和燃料電池的含水量之間的關系，相對于電池內阻的閾值Rcth而求出的含水量。另外，作為前次值的容許范圍，例如也可以設定為相對于閾值Ctl在±10%程度的范圍。當在步驟S320中，判斷為陰極側和陽極側的前次值中的任意一方也從容許范圍偏離時，在步驟S330中，將該從容許范圍偏離的一方的前次值設定為預定的初始值。作為預定的初始值，例如也可以為與在步驟S320中所使用的預定的閾值Ctl相同的值。而且，含水量推斷部21使用該修正后的前次值，而重新開始含水量推斷處理(圖28)的步驟S35之后的處理。另一方面，當陰極側和陽極側的前次值都在容許范圍內時，在不對前次值進行修正的條件下，重新開始含水量推斷處理的步驟S35之后的處理。圖31為，表示步驟S32的前次值的修正處理被執行時的、陰極側的含水量的推斷值Ce的時間變化的一個示例的曲線圖。另外，為了方便，省略關于陽極側的含水量的推斷值Ca的說明。在該曲線圖中，在時刻td，執行步驟S32的前次值的修正處理，含水量的推斷值Ce被變更為預定的初始值Ctl,從而含水量的推斷值Ce的時間變化的軌跡成為不連續。如上所述，第七實施例的含水量推斷部21在燃料電池10的電解質膜處于干燥狀態時，以所預先取得的、當時的燃料電池10的含水量作為基準，來對前次值進行修正。因此，能夠避免在含水量的推斷值發生錯誤的條件下繼續進行推斷處理，而導致誤差以累積的方式擴大的情況，進而能夠提高燃料電池10的含水量的推斷精度。H.改變例:另外，該發明并不限定于上述的實施例以及實施方式，在不脫離其主旨的范圍內可以在各種方式中實施，例如可以進行如下的改變。Hl.改變例 I:在上述實施例中，含水量 推斷部21利用排水速度映射圖，來取得燃料電池10的預定的期間內的液態水排出量，并利用與液態水排出量、生成水量、陰極水蒸汽收支、陽極水蒸汽收支、以及陽極移動液態水量等的燃料電池10的運轉狀態相對應的值，而取得燃料電池10的含水量的推斷值。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21在取得燃料電池10的含水量的推斷值時，不利用生成水量、陰極水蒸汽收支、陽極水蒸汽收支、陽極移動液態水量等的值。含水量推斷部21只需至少利用通過在上述實施例中所說明的方法而取得的液態水排出量來取得燃料電池10的含水量的推斷值即可。H2.改變例 2:在上述實施例中，為了取得包含在供給氣體以及廢氣中的水蒸汽量，通過供給氣體信息檢測部35、57和廢氣信息檢測部43、68，從而取得了供給氣體以及廢氣中的水蒸汽分壓。但是，也可以采用如下方式，即，供給氣體信息檢測部35、57和廢氣信息檢測部43、68不對水蒸汽分壓進行計測。供給氣體中所包含的水蒸汽量也可以根據外部氣體的水蒸汽分壓而進行計算，廢氣中所包含的水蒸汽量也可以設定為廢氣的水蒸汽圧為飽和水蒸汽圧而進行計算。同樣地，關于在上述實施例中所取得的其他計測值，也可以使用控制值、或基于預先設定的設定值或限 定值的值等，來代替直接通過計測單元而取得的值。H3.改變例 3:在上述第二實施例中，根據水收支等、電解質膜的含水量、以及與電解質膜中的水的擴散系數具有相關關系的值，而取得了從陰極朝向陽極的水的移動量。但是，從陰極朝向陽極的水的移動量也可以通過其他的方式而取得。H4.改變例 4:在上述第三實施例中，含水量推斷部21在檢測出反應氣體的供給被暫時停止時，執行了步驟S45的液態水排出量的補正處理。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21在檢測出關于反應氣體的供給流量的預定的流量的變化(例如，流量的急劇降低等)時，執行步驟S45的液態水排出量的補正處理。在這種情況下，也可以采用如下方式，即，根據反應氣體的供給流量發生了預定的變化的期間而對液態水排出量進行補正。H5.改變例 5:在上述第四實施例中，含水量推斷部21僅對陰極用的排水速度映射圖進行了補正。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21通過與陰極用的排水速度映射圖的補正同樣的方法，而對陽極用的排水速度映射圖進行補正。H6.改變例 6:在上述第四實施例中，在排水速度映射圖的補正時，將相對于平均氣體流量的排出臨界值Clim avg作為基準而執行了補正處理。但是，也可以采用如下方式，即，在該補正處理中，使用相對于平均氣體流量以外的其他預定的流量的排出臨界值Climavg來作為基準。在該補正處理中，優選為，將相對于如下流量的排出臨界值Clim avg作為基準來執行補正處理，所述流量相當于前次的燃料電池10的運轉時的反應氣體的流量。H7.改變例 7:在上述第五實施例中，含水量推斷部21根據從冰點下啟動后到燃料電池10的運轉溫度變得高于冰點的時間、即冰點突破時間，而取得了基準含水量。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21根據其他的與燃料電池10的溫度變化相關的參數，來取得基準含水量，以代替冰點突破時間。例如，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21根據到燃料電池10的運轉溫度上升預定的溫度幅度為止的時間，來取得基準含水量。
H8.改變例 8:在上述第五實施例以及第六實施例中，在對基準補正量dC進行計算時，為了緩和基準含水量的誤差的影響，將其乘以系數β。但是，也可以采用如下方式，即，在式(9)、
(11)中，系數β被省略。此外，也可以采用如下方式，即，在對基準補正量dC進行計算時，通過乘以系數β以外的方法，而減小所取得的基準補正量。Η9.改變例 9:在上述第六實施例中，含水量推斷部21根據燃料電池10的阻抗的計測值而取得了基準含水量。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21通過其他的方法，來取得燃料電池10的含水量，并將其用作基準含水量。Η10.改變例 10: 在上述第七實施例中，含水量推斷部21根據燃料電池10的電池內阻，而對電解質膜的干燥狀態進行了檢測。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21通過其他的方法，而對電解質膜的干燥狀態進行檢測。例如也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21在檢測出預定的I 一 V特性的變化時，判斷為電解質膜處于干燥狀態。Hll.改變例 11:在上述第七實施例中，含水量推斷部21在前次值處于容許范圍外時，執行了將前次值設定為預定的值的處理(圖29的步驟S320、S330)。但是，也可以采用如下方式，即，含水量推斷部21省略步驟S320的判斷處理，在檢測出電解質膜的干燥狀態時，執行直接將前次值修正為預定的值的處理。Hl2.改變例 12 :雖然在上述實施例中，燃料電池系統100被搭載于燃料電池車輛中，但燃料電池系統100也可以被搭載于燃料電池車輛以外的移動體中，還可以被設置于移動體以外的、住宅以及設施等的建筑物中。Hl3.改變例 13:在上述實施例中，控制部20作為含水量推斷部21而發揮功能，并取得燃料電池10的含水量的推斷值，且根據該推斷值，而對燃料電池系統100的各個結構部進行控制，從而對燃料電池10的運轉狀態進行了控制。但是，也可以采用如下方式，即，控制部20根據在上述實施例的步驟S40中所取得的從燃料電池10中被排出的液態水量的推斷值，而對燃料電池系統100的各個結構部進行控制。具體而言，可以采用如下方式，即，控制部20根據從燃料電池10排出的液態水量的推斷值，而對打開陽極氣體循環排出部60的排水閥66的正時進行控制。另外，在上述實施例中，控制部20可以被理解為，執行如下處理的、作為液態水排出量推斷部而發揮功能的部件，其中，所述處理為，取得在預定的期間內從燃料電池10中被排出的液態水量的推斷值的處理，并具備:Ca)取得緊前值的工序，所述緊前值表示在預定的期間的緊前時的燃料電池10的含水量；(b)根據該緊前值、和當前的燃料電池10中的反應氣體的流量，來取得系數的工序；(c)通過對該系數和預定的期間進行乘法運算，從而取得所述推斷值的工序。符號說明I…電解質膜；2…陰極；3…陽極；3…陰極；5…膜電極接合體；7…陰極分離器；7p…流道；8…陽極分離器;8p…流道;10…燃料電池;11…發電體;20…控制部;21…含水量推斷部；30…陰極氣體供給部；31...陰極氣體配管；32…空氣壓縮機；33…空氣流量計；34…開閉閥；35...供給氣體信息檢測部；40...陰極氣體排出部；41…陰極廢氣配管；43...廢氣信息檢測部；44…調壓閥；50、50A…陽極氣體供給部；51…陽極氣體配管；52…氫氣罐；53…開閉閥；54…調節器；55…氫氣供給裝置；56…入口壓力計測部；57…供給氣體信息檢測部；60、60A...陽極氣體循環排出部；61...陽極廢氣配管；62…氣液分離部；63...陽極氣體循環配管；64…氫氣循環用泵；65…陽極排水配管；66…排水閥；67…出口壓力計測部；68…廢氣信息檢測部；70…制冷劑供給部；71…制冷劑用配管；71a…上游側配管；71b…下游側配管；71c…旁通配管；72…散熱器；73...三通閥；75…制冷劑循環用泵；76a、76b…制冷劑溫度計測部；81...二次電池；82 "DC / DC轉換器；83...DC / AC逆變器；91…電池電壓計測部；92...電流計測部；93…阻抗計測部；94...S0C檢測部；100、IOOA…燃料電池系統；200…電機；DCL...直 流配線。
權利要求
1.一種逐次取得運轉中的燃料電池內部的液態水量的推斷值的方法，具備: Ca)取得前次的推斷值的工序； (b)根據所述前次的推斷值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得系數的工序； (C)通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值的工序； (d)根據在所述工序(C)中所取得的值，來取得此次的推斷值的工序。
2.如權利要求1所述的方法，其中， 所述系數為排水速度，所述排水速度為，每單位時間內從所述燃料電池中被排出的液態水的量， 影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值為排水推斷量，所述排水推斷量表示從前次到此次之間從所述燃料電池中被排出的液態水量。
3.如權利要求2所述的方法，其中， 所述工序(b)為如下的工序，S卩，根據所述燃料電池內部的液態水量與所述燃料電池中的反應氣體的流量之間的預定的關系，使用所述前次的推斷值、和所述表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流 量的值，來取得所述排水速度， 所述預定的關系為如下的關系，即，對于每個所述反應氣體的流量，以不同的變化程度，所述燃料電池內部的液態水量以描繪出向下凸起的曲線的方式而進行時間變化的關系，且為所述燃料電池內部的液態水量以收斂至排水臨界值的方式而進行時間變化的關系，其中，所述排水臨界值為，對于每個所述反應氣體的流量而不同的預定的值。
4.如權利要求2或權利要求3所述的方法，其中， 所述工序(d)為如下的工序，即，利用所述排水推斷量、流入到所述燃料電池中的水蒸汽量、從所述燃料電池中流出的水蒸汽量、以及通過所述燃料電池的發電而生成的生成水量，來取得此次的推斷值。
5.如權利要求4所述的方法，其中， 所述燃料電池具備被第一電極和第二電極夾持的電解質膜， 在所述工序(d)中，還利用所述第一電極和所述第二電極之間的水分的移動量，來取得此次的推斷值， 所述第一電極和所述第二電極之間的水分的移動量根據與所述電解質膜中所包含的液態水量相關聯的值而決定。
6.如權利要求1至權利要求5中的任意一項所述的方法，還具備: Ce)對所述燃料電池內部的預定的干燥狀態進行檢測的工序； (f)當檢測出所述預定的干燥狀態時，廢棄在所述工序(d)中所取得的所述此次的推斷值，而將預定的值設定為此次的推斷值的工序。
7.如權利要求2至權利要求6中的任意一項所述的方法，其中， 所述工序(C)還具備工序(Cl)，所述工序(Cl)為，在前次到此次之間，當檢測出存在所述反應氣體的流量與預定量相比而暫時降低了的時間區域時，根據所述時間區域的長度而對所述排水推斷量進行補正。
8.如權利要求3至權利要求7中的任意一項所述的方法，還具備:(A)取得所述燃料電池內部的液態水量的基準值的工序； (B)取得與前次的推斷值和在所述工序(A)中所取得的所述基準值之間的差相對應的補正值，并使用所述補正值而對在所述工序(b)中所使用的所述預定的關系進行補正的工序。
9.如權利要求8所述的方法，其中， 所述工序(A)以及所述工序(B)在于冰點下啟動所述燃料電池時被執行， 所述工序(A)為如下的工序，S卩，根據所述燃料電池的啟動時的、基于所述燃料電池的內部的水分量的狀態變化，來取得所述基準值。
10.如權利要求9所述的方法，其中， 所述工序(A)為如下的工序，S卩，根據在所述燃料電池的啟動時，在持續向所述燃料電池輸出預定的電壓時所檢測出的電流的最大值，來取得所述基準值。
11.如權利要求9所述的方法，其中， 所述工序(A)為如下的工序，S卩，根據在所述燃料電池的啟動時，所述燃料電池的運轉溫度從所述啟動時至進行了預定的溫度變化之間的時間，來取得所述基準值。
12.如權利要求9至權利要求11中的任意一項所述的方法，其中， 所述工序(B)為如下的工序，S卩，在所述預定的關系中，將能夠相對于所述反應氣體的流量而求出的所述排水臨界值作為·補正的基準，并使用所述補正值，而對所述預定的關系的整體進行補正，所述反應氣體的流量相當于此次啟動時之前的所述燃料電池的運轉時的反應氣體的流量。
13.如權利要求8至權利要求12中的任意一項所述的方法，其中， 所述工序(B)為如下的工序，S卩，將所述補正值設定為小于所述前次的推斷值和所述基準值之間的差的值，以便通過反復進行多次的補正而逐漸消除推斷值的誤差。
14.一種取得在預定的期間內從運轉中的燃料電池中被排出的液態水量的推斷值的方法，具備: (a)取得緊前值的工序，所述緊前值為，表示在所述預定的期間的緊前時存在于所述燃料電池內部的液態水量； (b)根據所述緊前值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得系數的工序； (C)通過對所述系數和所述預定的期間進行乘法運算，從而取得所述推斷值的工序。
15.一種燃料電池內部液態水量推斷裝置，其逐次取得運轉中的燃料電池內部的液態水量的推斷值，所述燃料電池內部液態水量推斷裝置具備: 前次值存儲部，其對前次的推斷值進行存儲； 氣體流量取得部，其取得氣體流量，所述氣體流量為，表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值； 推斷值取得部，其根據所述前次值存儲部所存儲的所述前次的推斷值、和所述反應氣體流量取得部所取得的氣體流量而取得系數，并通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得變動影響值，并且根據所述變動影響值，來取得此次的推斷值，其中，所述變動影響值為，影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值。
16.一種燃料電池系統，具備:燃料電池； 反應氣體供給部，其向所述燃料電池供給反應氣體； 液態水量取得部，其逐次取得運轉中的所述燃料電池內部的液態水量的推斷值；控制部，其使用由所述液態水量取得部所取得的所述液態水量的推斷值，而對所述燃料電池的運轉狀態進行控制， 所述液態水量取得部根據前次的推斷值、和表示當前的所述燃料電池中的反應氣體的流量的值而取得系數，并通過對所述系數和取得所述推斷值的周期進行乘法運算，從而取得影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值，并且根據影響所述燃料電池內部的液態水量的變動的值， 而取得并輸出此次的推斷值。
全文摘要
本發明提供一種燃料電池內部的液態水量的推斷方法、從燃料電池中被排出的液態水量的推斷方法、燃料電池內部液態水量推斷裝置以及燃料電池系統。在所述燃料電池內部的液態水量的推斷方法中，通過以下的工序(a)～(d)，每隔預定的期間而逐次取得運轉中的燃料電池內部的液態水量的推斷值，進而提高燃料電池內部的水分狀態的檢測精度。(a)取得前次的推斷值。(b)根據前次的推斷值、和表示當前的燃料電池中的反應氣體的流量的值，來取得排水速度，所述排水速度為，每單位時間內從燃料電池中被排出的液態水的量。(c)通過對排水速度、和取得推斷值的周期進行乘法運算，從而取得在預定的期間內從燃料電池中被排出的液態水量。(d)使用在預定的期間內從燃料電池中被排出的液態水量，來取得此次的推斷值。
文檔編號H01M8/04GK103250291SQ20118002093
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者小川朋宏, 荒木康, 濱田仁, 竹內弘明 申請人:豐田自動車株式會社