CN102612778A - 判定燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、控制燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、以及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

使燃料电池的单电池水分量恢复成良好的状态。在满足了规定的条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态，在判别为共存状态时，进行水分增加控制而使全部的单电池成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池进行干燥，使多个单电池恢复成规定的水分量的状态。

Description

判定燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、控制燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、以及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及判定燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、控制燃料电池的单电池水分量的状态的方法及其装置、以及燃料电池系统。
背景技术
例如为了通过固体高分子型的燃料电池高效率地进行发电，层叠的多个单电池的水分量不会发生过与不足的良好状态的情况至关重要。因此，以往，根据单电池电压等，检测干燥状态或水分过剩状态，基于此来控制单电池的水分量，而恢复成良好的水分量（专利文献1、2）。作为其他关联的技术，列举专利文献3~6。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2008-041625号公报
【专利文献2】日本特开2007-194177号公报
【专利文献3】日本特开2008-288066号公报
【专利文献4】日本特开2007-12429号公报
【专利文献5】日本特开2004-311149号公报
【专利文献6】日本特开2005-63801号公报
发明内容
然而，实际上，层叠的多个单电池会受到气体的供给压力的不均等的影响，而干燥状态的单电池与水过剩状态的单电池有时会共存。此时，如上所述，若认为干燥状态，进行使多个单电池整体的水分量增加的控制，或认为水分过剩状态，进行使多个单电池整体的水分量减少的控制，则在一部分的单电池中，水分量的状态反而会恶化。其结果是，燃料电池的单电池有时不会恢复成良好的水分量的状态。
本发明鉴于上述点而作出，其目的在于提供一种对用于恢复成良好的水分量的状态的燃料电池的单电池水分量的状态进行判定的方法及其装置、对燃料电池的单电池水分量的状态进行控制的方法及其装置、以及燃料电池系统。
用于实现上述目的的本发明涉及一种判别燃料单电池内层叠的多个单电池的水分量的状态的方法，其中，在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单电池电压为规定的阈值以下；条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下，且燃料单电池的发电输出为规定的阈值以下；条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下。
根据本发明，在上述条件1~3中的任一个满足时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态，因此把握该共存状态，能够与此相适地应对。因此，即使在燃料电池的单电池水分量的状态成为共存状态时，也能够使该单电池水分量恢复成良好的状态。
在上述燃料电池的单电池水分量的状态的判别方法中，可以在燃料电池起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
另外，在燃料电池的单电池水分量的状态的判别方法中，除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
另一观点的本发明涉及一种控制燃料电池内的层叠的多个单电池的水分量的状态的方法，其中，在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单电池电压为规定的阈值以下；条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下，且燃料单电池的发电输出为规定的阈值以下；条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下，在判别为所述共存状态时，进行水分增加控制而将全部的单电池形成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池进行干燥，使所述多个单电池恢复成规定的水分量的状态。
根据本发明，判别干燥状态与水分过剩状态的共存状态，并依次进行水分增加控制、干燥化控制，能够使多个单电池的水分量回復，因此能够适当且可靠地进行该多个单电池的水分量的向良好的状态的恢复。
在上述燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法中，可以在燃料电池起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
在上述燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法中，除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
另外，在上述燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法中，可以在所述水分增加控制中，允许单电池电压的下降。
在所述水分增加控制中，可以控制单电池的阴极侧的空气化学计量比、空气背压、燃料电池的冷却水的温度、燃料电池的发电输出的至少任一个值。
在所述水分增加控制中，可以调整所述空气化学计量比并排出单电池内的水分，避免因单电池的空气流路的水堵塞引起的空气供给不足。
在所述水分增加控制中，可以抑制水分从单电池的阴极侧向阳极侧的移动，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。而且，可以通过提高单电池的阳极侧的氢气压，而抑制所述水分的移动。
在所述水分增加控制中，可以促进单电池的阳极侧的水的排出，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
可以通过进行提高单电池的阳极侧的氢气化学计量比、提高水温、增加净化频率中的至少任一种处理，来促进所述水的排出。
可以是，所述干燥化控制通过空气净化控制来进行，所述空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池内的水排出的空气流速和能够将单电池电压下降的单电池中包含的水全部排出的空气量。
另一观点的本发明涉及一种判别燃料电池内的层叠的多个单电池的水分量的状态的装置，其中，在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单电池电压为规定的阈值以下；条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下。
在上述燃料电池的单电池水分量的状态的判别装置中，可以在燃料电池起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
另外，除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
另一观点的本发明涉及一种控制燃料电池内的层叠的多个单电池的水分量的状态的装置，其中，在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单电池电压为规定的阈值以下；条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下，在判别为所述共存状态时，进行水分增加控制而将全部的单电池形成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池进行干燥，使所述多个单电池恢复成规定的水分量的状态。
在上述燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置中，可以在燃料电池起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
另外，除了所述条件1~3的至少任一种之外，在层叠方向的中央的单电池的电阻值与端部的单电池的电阻值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
在所述水分增加控制中，可以允许单电池电压的下降。
在所述水分增加控制中，可以控制单电池的阴极侧的空气化学计量比、空气背压、燃料电池的冷却水的温度、燃料电池的发电输出的至少任一个值。
在所述水分增加控制中，可以调整所述空气化学计量比并排出单电池内的水分，避免因单电池的空气流路的水堵塞引起的空气供给不足。
在所述水分增加控制中，可以抑制水分从单电池的阴极侧向阳极侧的移动，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
可以通过提高单电池的阳极侧的氢气压，而抑制所述水分的移动。
在所述水分增加控制中，可以促进单电池的阳极侧的水的排出，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
可以通过进行提高单电池的阳极侧的氢气化学计量比、提高水温、增加净化频率中的至少任一种处理，来促进所述水的排出。
可以是，所述干燥化控制通过空气净化控制来进行，所述空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池内的水排出的空气流速和能够将单电池电压下降的单电池中包含的水全部排出的空气量。
另一观点的本发明涉及一种燃料电池系统，其具有：燃料电池；上述燃料电池的单电池水分量的状态的判别装置。
另外，另一观点的本发明涉及一种燃料电池系统，其具有：燃料电池；上述燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置。
附图说明
图1是燃料电池的立体图。
图2是表示燃料电池的内部的一部分的侧视图。
图3是单电池的剖视图。
图4是隔板的俯视图。
图5是燃料电池系统的结构图。
图6是表示单电池层叠体的各单电池的单电池电压的变化的曲线图。
图7是控制装置的功能框图。
图8是表示燃料电池的单电池层叠体的水分量的状态的控制方法的流程图。
图9是表示单电池层叠体的水分量的状态的变化的曲线图。
图10是求出净化的空气流速和空气量的数学式。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。
如图1及图2所示，堆叠结构的燃料电池1具有将固体高分子电解质型的单电池2层叠多个而成的单电池层叠体3。在单电池层叠体3的两端的单电池2（端部单电池2a）的外侧分别配置有集电板5a、5b、绝缘板6a、6b及端板7a、7b。张力板8、8架设在端板7a、7b之间而通过螺栓9固定，且在端板7b与绝缘板6b之间设有弹性模块10。
在端板7a的供给口11a、12a及13a连接有供给管14，能够将作为燃料气体的氢气、作为氧化气体的空气、及致冷剂从供给管14向单电池层叠体3内的岐管15a供给。岐管15a通过各单电池2而与单电池层叠体3内的岐管15b连通，向岐管15a供给的氢气、空气及致冷剂在各单电池2的后述的流路内沿着平面方向流动，到达岐管15b。岐管15b与和端板7a的排出口11b、12b及13b连接的排出管16连通，氢气、空气及致冷剂从排出管16向燃料电池1外排出。需要说明的是，供给管14、岐管15a、15b及排出管16按照氢气、空气及致冷剂的各流体对应设置，但在图2中标注同一符号而省略说明。
如图3所示，单电池2具备MEA20及一对隔板22A、22B。MEA20（膜电极组件）包括由离子交换膜构成的电解质膜23和隔着电解质膜23的阳极电极24A及阴极电极24B而构成。隔板22A的氢气流路25A面向阳极电极24A，隔板22B的空气流路25B面向阴极电极24B。而且，隔板22A、22B的致冷剂流路26A、26B在相邻的单电池2、2间连通。
图4是隔板22A的俯视图。隔板22A具有在氢气流路25A的外侧分别沿着厚度方向贯通形成的氢气入口27a、空气入口28a、致冷剂入口29a、氢气出口27b、空气出口28b及致冷剂出口29b。入口27a、28a、29a构成与各个流体对应的岐管15a的一部分，同样地，出口27b、28b、29b构成与各个流体对应的岐管15b的一部分。
在隔板22A中，氢气从氢气入口27a被导入到氢气流路25A，向氢气出口27b排出。该点关于致冷剂的流动也同样。而且，虽然未详细叙述，但在与隔板22A同样构成的隔板22B中，空气也沿着其平面方向流动。如此，向与隔板22A的氢气流路25A面对的阳极电极24A供给氢气，向与空气流路25B面对的阴极电极24B供给空气，由此在MEA20内发生电化学反应，能得到电动势。而且，通过该电化学反应，在阴极电极24B侧生成水，而水分滞留在单电池2内。
如图5所示，在燃料电池1内设有例如检测各单电池2的电压的传感器S1、检测各单电池2的空气入口28a的电流的传感器S2、检测单电池层叠体3的发电输出的传感器S3。
接下来，说明搭载有上述燃料电池1的燃料电池系统。如图5所示，燃料电池系统100具备例如空气配管系统300、氢配管系统400、致冷剂配管系统500及控制装置600。燃料电池系统100除了能够搭载于车辆、船舶、飞行器、机器人等各种移动体之外，也能适用于定置型电源。这里，以搭载于机动车的燃料电池系统100为例进行说明。
空气配管系统300向燃料电池1供排空气，具有例如供给流路30、排出流路31、压缩机32、稀释器33等。通过压缩机32，大气中的空气通过供给流路30被向燃料电池1压力输送，从燃料电池1排出的空气废气通过排出流路31由稀释器33稀释后排出。在供给流路30设有进行空气对燃料电池1的供给和停止的开闭阀34。在压缩机32与开闭阀34之间设有压力传感器P。在排出流路31设有进行空气废气对燃料电池1的排出和停止的开闭阀35和对燃料电池1的空气背压进行调整的空气背压调整阀36。而且，在空气背压调整阀36的附近设有检测空气背压的压力传感器P1。在压缩机33设有检测向燃料电池1的空气供给流量的流量传感器F1。
氢配管系统400向燃料电池1供排氢气，具有氢供给源40、供给流路41、循环流路42、截止阀43、调压阀44、喷射器45等。来自氢供给源40的氢气由调压阀44减压后，由喷射器45高精度地调整流量及压力。然后，氢气与通过循环流路42上的作为气体循环装置的氢泵46压力输送来的氢废气在合流点A处合流，向燃料电池1供给。在循环流路42设有排气阀47，在该排气阀47连接有从循环流路42分支的排出流路48。排出流路48与稀释器33连接，氢废气从排气阀47通过排出流路48向稀释器33输送，稀释后排出。在合流点A的下游侧设有检测向燃料电池1的氢气的供给压力的压力传感器P2。而且，在氢泵46设有流量传感器F2。需要说明的是，在另一实施方式中，既可以将燃料废气向氢稀释器等导入，也可以在循环流路42设置气液分离器。
致冷剂配管系统500向燃料电池1循环供给致冷剂（例如冷却水）而对燃料电池1进行温度调整，具有例如冷却泵50、致冷剂流路51、散热器52、旁流通路53及切换阀54。冷却泵50将致冷剂流路51内的致冷剂向燃料电池1内进行压力输送。致冷剂流路51具有燃料电池1的致冷剂入口侧的温度传感器T1和燃料电池1的致冷剂出口侧的温度传感器T2。散热器52对从燃料电池1排出的致冷剂进行冷却。切换阀54例如由旋转阀构成，根据需要，在散热器52与旁流通路53之间对致冷剂的流通进行切换。
控制装置600构成为在内部具备CPU、ROM、RAM的微型计算机。对流过各配管系统300、400、500的流体的压力、温度、流量等进行检测的传感器的检测信息向控制装置600输入。而且，除了对燃料电池1发电的电流值进行检测的电流传感器61的检测信息之外，外部大气温度传感器62、车速传感器63、油门开度传感器等的检测信息也向控制装置600输入。控制装置600根据上述的检测信息等，对系统1 00内的各种设备（压缩机32、截止阀43、喷射器45、氢泵46、排气阀47、冷却泵50、切换阀54等）进行控制，从而对燃料电池系统100的运转进行集中控制。
另外，控制装置600例如基于上述传感器S1~S3等的检测信息，判别燃料电池1的层叠的多个单电池2（单电池层叠体3）的水分量的状态，并基于该判别来调整水分量。具体而言，控制装置600在下述的条件1~3中的至少任一个满足时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态，这种情况下，进行水分增加控制而使全部的单电池2成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池2进行干燥，使单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态。
条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单电池电压为规定的阈值以下。
条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下。
条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下。
这里，说明在条件1~3的至少任一个满足时，判别为单电池层叠体3是干燥状态与水分过剩状态的共存状态的理由。
图6是表示单电池层叠体3产生了共存状态时的各单电池2的单电池电压的变位的曲线图。从该曲线图可知，单电池层叠体3的单电池电压不均，一部分的单电池的单电池电压极端下降。因此，在单电池的电压偏差成为规定的阈值A1以上且最低单电池电压成为规定的阈值A2以下时，成为共存状态（条件1）。
曲线图的单电池层叠体3的单电池电压的不均由单电池2的干燥引起，当单电池层叠体3的单电池电压不均时，单电池电阻增大，燃料电池1的发电输出下降。而且，曲线图的一部分的单电池2的单电池电压的下降由水分过剩引起。因此，在最低单电池电压成为规定的阈值A2以下且燃料电池1的发电输出成为规定的阈值以下时，成为共存状态（条件2）。
在干燥状态下，空气入口28a的空气的湿度最低，容易干燥，因此空气入口28a的电流值下降。由此，在因水分过剩状态引起的最低单电池电压成为规定的阈值A2以下且单电池2的阴极侧的空气入口28a的电流成为规定的阈值以下时，成为共存状态（条件3）。需要说明的是，在仅为干燥状态或仅为水分过剩状态下，条件1~3中的任一个均不满足。
控制装置600在通常控制中，当单电池层叠体3的水分量的状态为干燥状态时，进行水分增加控制，在水分过剩状态时，进行干燥化控制。
如图7所示，控制装置600例如具备存储部65、检测部66、计算部67及运转控制部68作为使单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态的功能块。存储部65判别单电池层叠体3的水分量的状态，基于该判别，存储用于控制各种设备的各种程序、各种信息。检测部66读入用于判别单电池2内的水分量的传感器S1~S3等的检测信息。计算部67基于由检测部66取得的信息等，执行处于存储部65的程序，进行单电池层叠体3的水分量的状态的判别、基于该判别的各种设备等的控制所需的运算。运转控制部68基于计算部67的结果，向各种设备发送控制指令，以燃料电池1的单电池层叠体3成为所希望的水分量的状态的方式控制运转。需要说明的是，例如在本实施方式中，例如通过存储部65、检测部66及计算部76来构成判别燃料电池1的单电池水分量的判别装置700。
接下来，说明在如以上那样构成的燃料电池系统100中控制燃料电池1的单电池水分量（单电池层叠体3的水分量）的状态的控制方法的一例。图8是本控制例的流程图。
首先，使用传感器S1~S3等，检测各单电池2的单电池电压、各单电池2的空气入口28a的电流、以及燃料电池1的发电输出（工序S1）。
接下来，判定是否满足如下的条件1~3（工序S2）。
条件1．多个单电池2的电压偏差为规定的阈值以上且最低单电池电压为规定的阈值以下。
条件2．最低单电池电压为规定的阈值以下且燃料电池1的发电输出为规定的阈值以下。
条件3．最低单电池电压为规定的阈值以下，单电池2的阴极侧的空气入口28a的电流为规定的阈值以下。
需要说明的是，关于条件1~3的各种阈值，设定预先进行实验等求出的值。
另外，在燃料电池1的起动时、燃料电池1的高负荷运转时及燃料电池1的停止处理时，不进行上述的干燥状态与水分过剩状态的共存状态的判别。在燃料电池1的起动时，水温比额定运转时的规定的温度范围低，气体未适当地遍布单电池层叠体3，而由于非归因于水分量的状态的理由，有时例如各单电池2的单电池电压不均。在燃料电池1的高负荷运转时，与通常负载运转时相比，各单电池2的单电池电压等有时不均。而且，在燃料电池1的停止处理时，进行用于将燃料电池1内的水排出的净化，各单电池2的单电池电压有时不均。如此，在上述各情况下，由于未进行共存状态的判别，能够防止共存状态的误判别。需要说明的是，燃料电池的起动时是例如从起动顺序到燃料电池1的通常发电为止的期间，高负荷运转时例如是以燃料电池1的最高输出的50~70%以上的输出进行运转的期间。而且，燃料电池的停止处理时是例如基于运转结束指示的运转结束处理的从开始到结束的期间。
接下来，在上述条件1~3中的至少任一个满足时，判别为单电池层叠体3为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。在进行了该判别时，首先，如图9所示进行水分增加控制而使全部的单电池2成为水分过剩状态（工序S3）。该水分增加控制例如控制单电池2的阴极电极24B侧的空气化学计量比、空气背压、单电池2的水温、燃料电池1的发电输出中的至少任一个而进行。具体而言，关于空气化学计量比，例如通过压缩机32的控制来减少空气的供给量，减少空气引起的水的带走量。而且，关于空气背压，通过空气背压调整阀35使空气背压上升，减少空气引起的水的带走量。而且，关于单电池层叠体3内的水温，例如使用致冷剂配管系统500，使致冷剂的温度下降而使水温下降，从而减少水的挥发量。关于发电输出，例如使氢气、空气的整体的气体供给量增加而提高发电输出，而使水的生成量增加。
在水分增加控制中，在特定的单电池2的单电池电压下降时，在通常控制下，立即进行使其恢复的控制，但在该水分增加控制中，允许该单电池电压的下降。该单电池电压的下降由水分过剩引起的空气不足所产生，因此不会对单电池2造成损害。
另外，在水分增加控制中，调整空气化学计量比并从单电池2内排出水分，而避免单电池2的空气流路25B的水堵塞引起的空气供给不足。此外，在水分增加控制中，抑制水分从单电池2的阴极侧向阳极侧的移动，而避免单电池2的氢气流路25A的水堵塞引起的氢气供给不足。具体而言，例如通过提升阳极侧的氢气压，而抑制水分的移动。
在水分增加控制中，促进单电池2的阳极侧的水的排出，而避免单电池2的氢气流路25A的水堵塞引起的氢气供给不足。该水的排出的促进例如通过进行提高单电池2的阳极侧的氢气化学计量比、提高单电池2的阳极侧的水温、增加单电池2的阳极侧的净化频度中的至少任一处理来进行。单电池2的阳极侧的水温例如通过在冷却配管系统500中使冷却水以不通过散热器52的方式循环而上升。
接下来，判断全部的单电池2是否成为水分过剩状态（工序S4）。在全部的单电池2成为水过剩状态时，如图6所示，一部分的单电池2的单电池电压极端下降，其余的单电池的单电池电压的不均减小。由此，全部的单电池2是否成为水分过剩状态的判断在除了电压下降为阈值A2以下的单电池之外的其余的单电池2的单电池电压的偏差成为阈值A3以下时，判断为全部的单电池2成为水分过剩状态，在除此以外的情况下，判断为不是全部的单电池2成为水分过剩状态。在不是全部的单电池2成为水分过剩状态时，再次进行水分增加控制。
在全部的单电池2成为了水分过剩状态之后，接下来进行干燥化控制（工序S5）。干燥化控制例如通过向单电池2内通以空气的空气净化控制来进行。空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池2内的水排出的空气流速、能够将单电池电压下降的单电池2中包含的水全部排出的空气量。具体而言，空气流速v1通过实验等求出。而且，空气量Q以满足图10所示的式（1）、（2）的方式算出。式中的v2是流过干燥状态的单电池的流速，P1是水分过剩状态时的单电池2的压力损失，P2是干燥状态时的单电池2的压力损失，n是单电池电压下降的单电池数，nall是总单电池数，S是单电池流路截面积，t是净化时间。空气流速v1是预先设定的值，因此根据式（1）、（2）求出空气量。
通过该干燥化控制，将全部的单电池2干燥，使单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态。判断单电池层叠体3是否成为规定的水分量（工序S6）。需要说明的是，该单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态的判断例如通过单电池电压的偏差成为规定的阈值以下来进行。
单电池层叠体3在未恢复成规定的水分量的状态时，再次从水分增加控制重做。此时，对重做次数进行计数，当重做次数为规定的次数以下时，进行重做。当重做次数超过规定的次数时，结束水分量的状态的控制，例如限制燃料电池1的发电输出。而且，在单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态时，返回通常控制。在通常控制中，定期的或随时确认条件1~3，在条件1~3中的至少任一个满足时，反复进行上述的工序3~6。
根据以上的实施方式，在上述条件1~3中的任一个满足时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态，因此把握处于该共存状态这一情况，能够适当地对此进行应对。而且，当判别为共存状态时，进行水分增加控制而将全部的单电池形成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池2进行干燥，使单电池层叠体3恢复成规定的水分量的状态，因此能够适当且可靠地进行水分量的状态的恢复。
另外，在由于非归因于水分量的状态的理由而单电池电压可能存在不均的燃料电池1的起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行上述共存状态的判别，因此能够防止共存状态的误判别。
在水分增加控制中，由于允许单电池电压的下降，因此即使在共存状态下降低的特定的单电池2的单电池电压进一步降低，也无需进行对此处置的其它的控制而能够接着继续进行水分增加控制。
在水分增加控制中，由于控制单电池2的阴极侧的空气化学计量比、空气背压、冷却水的温度、燃料电池1的发电输出中的至少任一个，因此能够有效地进行水分增加控制。而且，在水分增加控制中，调整空气化学计量比并排出单电池2内的水分，而避免单电池2的空气流路25B的水堵塞引起的空气供给不足，因此能够适当地促进水分增加。需要说明的是，空气化学计量比是供给空气量相对于理论上反应所需的空气量的比例。
另外，在水分增加控制中，抑制水分从单电池2的阴极侧向阳极侧的移动，而避免单电池2的氢气流路25A的水堵塞引起的氢气供给不足，因此能够适当地促进水分增加。而且，此时的水分的移动通过提高单电池2的阳极侧的氢气压来进行，因此能有效地进行水分的移动。
在水分增加控制中，促进单电池2的阳极侧的水的排出，而避免单电池2的氢气流路25A的水堵塞引起的氢气供给不足，因此能够适当地促进水分增加。水的排出的促进通过进行提高单电池2的阳极侧的氢气化学计量比、提高水温、增加净化频度中的至少任一处理来进行，因此能够适当地进行水的排出的促进。
干燥化控制通过空气净化控制来进行，空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池2内的水排出的空气流速和能够将单电池电压下降的单电池2含有的水全部排出的空气量，因此能有效地进行水分量的状态的恢复。
在以上的实施方式中，除了满足条件1~3中的至少任一个之外，也可以在单电池层叠体3的中央的单电池2的电阻值与端部的单电池2的电阻值之差成为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。单电池2的电阻值取决于含有的水分量。因此，如这种情况，当单电池层叠体3的中央的单电池2的电阻值与端部的单电池2的电阻值之差成为规定的阈值以上时，判别为共存状态，由此能够提高该判别的精度。需要说明的是，电阻值的检测例如向扫描的电流负载附加交流信号，通过计测交流电阻来检测。
以上，参照附图，说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并未限定为所述例子。若为本领域技术人员，则在权利要求书所记载的思想的范畴内，显然能想到各种的变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。
例如在以上的实施方式中，说明了搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统100，但燃料电池系统也可以搭载于燃料电池车辆以外的各种移动体（机器人、船舶、航空器等）。而且，燃料电池系统也可以适用于用作建筑物（住宅、大楼等）用的发电设备的定置用发电系统。
符号说明
1   燃料电池
2   单电池
3   单电池层叠体
25A 氢气流路
25B 空气流路
100 燃料电池系统
600 控制装置

Claims (30)

1.一种判别燃料电池内层叠的多个单电池的水分量的状态的方法，其中，
在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：
条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单单电池电压为规定的阈值以下；
条件2．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；
条件3．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的单电池水分量的状态的判别方法，其中，
在燃料电池的起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的单电池水分量的状态的判别方法，其中，
除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
4.一种控制燃料电池内层叠的多个单电池的水分量的状态的方法，其中，
在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：
条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单单电池电压为规定的阈值以下；
条件2．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；
条件3．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下，
在判别为所述共存状态时，进行水分增加控制而将全部的单电池形成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池进行干燥，使所述多个单电池恢复成规定的水分量的状态。
5.根据权利要求4所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在燃料电池的起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
6.根据权利要求4或5所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在所述水分增加控制中，允许单单电池电压的下降。
8.根据权利要求4~7中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在所述水分增加控制中，控制单电池的阴极侧的空气化学计量比、空气背压、燃料电池的冷却水的温度、燃料电池的发电输出中的至少任一个值。
9.根据权利要求8所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在所述水分增加控制中，调整所述空气化学计量比并排出单电池内的水分，而避免因单电池的空气流路的水堵塞引起的空气供给不足。
10.根据权利要求4~9中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在所述水分增加控制中，抑制水分从单电池的阴极侧向阳极侧的移动，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
11.根据权利要求10所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
通过提高单电池的阳极侧的氢气压，来抑制所述水分的移动。
12.根据权利要求4~11中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
在所述水分增加控制中，促进单电池的阳极侧的水的排出，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
13.根据权利要求12所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
通过进行提高单电池的阳极侧的氢气化学计量比、提高水温、增加净化频率中的至少任一种处理，来促进所述水的排出。
14.根据权利要求4~13中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制方法，其中，
所述干燥化控制通过空气净化控制来进行，
所述空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池内的水排出的空气流速和能够将单单电池电压下降的单电池中包含的水全部排出的空气量。
15.一种判别燃料电池内层叠的多个单电池的水分量的状态的装置，其中，
在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：
条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单单电池电压为规定的阈值以下；
条件2．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；
条件3．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下。
16.根据权利要求15所述的燃料电池的单电池水分量的状态的判别装置，其中，
在燃料电池的起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
17.根据权利要求15或16所述的燃料电池的单电池水分量的状态的判别装置，其中，
除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
18.一种控制燃料电池内层叠的多个单电池的水分量的状态的装置，其中，
在满足如下的条件1~3中的至少任一个条件时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态：
条件1．多个单电池的电压偏差为规定的阈值以上，且最低单单电池电压为规定的阈值以下；
条件2．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且燃料电池的发电输出为规定的阈值以下；
条件3．最低单单电池电压为规定的阈值以下，且单电池的阴极侧的空气入口的电流为规定的阈值以下，
在判别为所述共存状态时，进行水分增加控制而将全部的单电池形成为水分过剩状态，然后进行干燥化控制而对全部的单电池进行干燥，使所述多个单电池恢复成规定的水分量的状态。
19.根据权利要求18所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在燃料电池的起动时、燃料电池的高负荷运转时及燃料电池的停止处理时，不进行所述判别。
20.根据权利要求18或19所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
除了满足所述条件1~3中的至少任一个条件之外，在层叠方向的中央的单电池的阻抗值与端部的单电池的阻抗值之差为规定的阈值以上时，判别为干燥状态与水分过剩状态的共存状态。
21.根据权利要求18~20中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在所述水分增加控制中，允许单单电池电压的下降。
22.根据权利要求18~21中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在所述水分增加控制中，控制单电池的阴极侧的空气化学计量比、空气背压、燃料电池的冷却水的温度、燃料电池的发电输出中的至少任一个值。
23.根据权利要求22所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在所述水分增加控制中，调整所述空气化学计量比并排出单电池内的水分，而避免因单电池的空气流路的水堵塞引起的空气供给不足。
24.根据权利要求18~23中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在所述水分增加控制中，抑制水分从单电池的阴极侧向阳极侧的移动，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
25.根据权利要求24所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
通过提高单电池的阳极侧的氢气压，来抑制所述水分的移动。
26.根据权利要求18~25中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
在所述水分增加控制中，促进单电池的阳极侧的水的排出，而避免因单电池的氢气流路的水堵塞引起的氢气供给不足。
27.根据权利要求26所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
通过进行提高单电池的阳极侧的氢气化学计量比、提高水温、增加净化频率中的至少任一种处理，来促进所述水的排出。
28.根据权利要求18~27中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置，其中，
所述干燥化控制通过空气净化控制来进行，
所述空气净化控制的净化量设定成确保能够将单电池内的水排出的空气流速和能够将单单电池电压下降的单电池中包含的水全部排出的空气量。
29.一种燃料电池系统，具有：燃料电池；和权利要求15~17中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的判别装置。
30.一种燃料电池系统，具有：燃料电池；和权利要求18~28中任一项所述的燃料电池的单电池水分量的状态的控制装置。
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