CN103384934B - 燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆 - Google Patents

燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆 Download PDF

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Abstract

以高实效性抑制燃料电池持续长期的高负荷运转时的发电能力降低。虽然燃料电池搭载车辆进行基于其驱动用的马达的要求电力的燃料电池的发电控制，但是在使单元温度与电解质膜的干燥状态相对应、单元温度超过电解质膜的干燥发展的第1温度α时，间歇地反复进行在期间t内使燃料电池的运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移的暂时的电流增量控制，以增加阴极中的生成水的生成量。

Description

燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆。
背景技术
搭载有燃料电池系统的车辆向燃料电池的阳极供给燃料气体、向阴极供给含氧气体来进行发电，并将该电力作为驱动力。由于这样的燃料电池的发电伴有燃料气体例如氢气的氢和作为含氧气体的空气中的氧的电化学反应，所以在阴极生成水。并且，由于燃料电池的电解质膜通常在处于适当的湿润状态时其质子导电性适宜，所以提出了将在阴极生成的生成水用于电解质膜的湿润的各种方法（例如专利文献1等）。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-129252号公报
专利文献2：日本特开2004-47427号公报
发明内容
发明要解决的问题
在这些专利文献所提出的方法中，虽然为了抑制电解质膜的干燥而增加生成水的生成，但是在容易导致电解质膜的干燥的高负荷运转下使燃料电池运转的情况下，希望做出如下说明的改善。
若燃料电池的高负荷运转为短期间，则即使为增加该期间生成水的生成量而如上述专利文献那样使运转状态向低电压侧偏移和/或减少空气供给，在该高负荷运转期间和/或该期间结束后的运转中也没有特别的障碍。然而，例如，在搭载有燃料电池系统的车辆中，如持续长距离的上坡行驶那样需要持续（遍及）长期的高负荷运转的情况很多。这样一来，由于运转状态向低电压侧偏移和/或空气供给的降低也变长，所以可能会引起发电能力降低、燃料电池的发电电力不能满足负荷（负载）所要求的电力的情况。另外，由于生成水的生成量在持续长期的高负荷运转的期间也继续增加，所以由阴极侧的气体扩散层的细孔的生成水导致的堵塞继续而对气体（空气）的扩散供给也产生障碍，结果可能导致发电能力降低。此外，即使在作为将燃料电池作为电设备的电力源的发电装置的燃料电池系统中，由于存在持续长期的高负荷运转，所以上述的情况并不是搭载有燃料电池系统的车辆所特有的。
本发明基于上述的问题，其目的在于，以高实效性抑制燃料电池的持续长期的高负荷运转时的发电能力降低。
用于解决问题的手段
本发明是为了实现上述的目的中的至少一部分而提出的，能够构成为以下的适用例。
[适用例1：燃料电池系统]
一种燃料电池系统，其要旨在于，具备：
燃料电池，在隔着具有质子传导性的电解质膜相对的阳极和阴极接受燃料气体和含氧气体的供给来发电；和
发电控制部，进行基于外部的负荷的要求电力控制所述燃料电池的发电运转的负荷对应发电控制，
该发电控制部，在变为所述燃料电池的发电性能有可能降低的能力降低状况下时，在进行了生成水增量控制之后执行生成水非增量控制，在所述能力降低状况下，交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制，所述生成水增量控制是使所述燃料电池的发电运转状况向与所述负荷对应发电控制相比所述阴极中的生成水的生成量增加的一侧推移的控制，所述生成水非增量控制是使所述燃料电池的发电运转状况向与所述生成水增量控制相比抑制所述生成水的生成量的增量的一侧推移的控制。
上述结构的燃料电池系统通过基于外部的负荷的要求电力来控制所述燃料电池的发电运转，进行与该要求电力相对应的负荷对应发电控制。并且，上述结构的燃料电池系统在虽然进行该负荷对应发电控制但变为所述燃料电池的发电性能有可能降低的能力降低状况下时，进行使所述燃料电池的发电运转状况向与所述负荷对应发电控制相比所述阴极中的生成水的生成量增加的一侧推移的生成水增量控制，在进行了该增量控制后，执行使所述燃料电池的发电运转状况向与所述生成水增量控制相比抑制所述生成水的生成量的增量的一侧推移的生成水非增量控制，在所述能力降低状况下，交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制。即，即使在燃料电池的高负荷运转持续长期的情况下，如生成水的生成量增加那样的燃料电池的运转状态在该期间也不会继续而仅间歇性地出现。因此，虽说是间歇但也能够将增加的生成水用于抑制电解质膜的干燥。执行继该生成水增量控制之后的生成水非增量控制，虽说抑制了该增量，但对于所得到的生成水，也能够将其用于抑制电解质膜的干燥。
但是，在燃料电池的高负荷运转持续长期的情况下，由于外部的负荷的要求电力为高负荷，所以在基于该要求电力的负荷对应发电控制期间，有可能发生电解质膜的干燥而导致发电性能降低。然而，根据上述结构的燃料电池系统，通过如已述那样利用由能力降低状况下的生成水增量控制产生的虽说间歇但是增加的生成水（增量生成水）、和利用生成水非增量控制虽说抑制了其增量但是得到的生成水来抑制电解质膜的干燥，能够恢复发电性能。而且，生成水非增量控制时的生成水只不过是在间歇进行的生成水增量控制期间生成的，并且由于在继生成水非增量控制之后的生成水非增量控制时的生成水的增量通过生成水非增量控制而被抑制，所以也能够一定程度地抑制由用于气体扩散供给的细孔的生成水导致的堵塞。它们的结果，根据具有上述结构的燃料电池系统，即使燃料电池的高负荷运转持续长期，也能够通过抑制电解质膜的干燥和抑制由生成水导致的细孔堵塞，以高实效性来抑制发电能力的降低。
另外，生成水的生成量越增加，氢和氧的电化学反应越活跃，由于该反应是发热反应，所以电解质膜伴随生成水增量而被反应热加热升温。但是，若采用具有上述结构的燃料电池系统，则如已述的那样仅间歇地进行引起生成水增量的生成水增量控制，因此能够抑制伴随生成水增量而由反应热引起的电解质膜的升温。而且，由于在继生成水增量控制之后的生成水非增量控制中抑制生成水的生成量的增量，所以能够抑制电解质膜的升温。因而，若采用具有上述结构的燃料电池系统，则从抑制电解质膜的升温的角度考虑，也能够有助于抑制发电能力的降低。
在该情况下，燃料电池的发电性能的降低由电解质膜的干燥引起，电解质膜的干燥状况取决于燃料电池的温度。因此，检测燃料电池的温度，当该检测出的燃料电池温度达到预定的温度（第1温度）时，能够推定或者判定为由于电解质膜的干燥有可能导致燃料电池的发电性能降低。这样一来，利用温度检测和其对比这样的简单的方法，能够实现所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制的交替反复、和据此的已述的发电能力的降低抑制，非常简便。此外，由电解质膜的干燥导致的发电性能降低推移的推定和判定并不限于燃料电池温度，也能够通过电解质膜的干燥状态反映出的燃料电池特性、例如内部电阻的推移和/或电极上的气体供给时的压力损失的推移等来做出。另外，燃料电池的发电性能降低，不仅作为电解质膜的干燥的状况，还能够作为电池电阻值的变化、输出变化或者燃料电池的电流电压特性的变化来观察。因而，对电池电阻值、电池输出或者电流电压特性进行测定或者推定等，也能够掌握向燃料电池的发电性能有可能降低的能力降低状况的推移。
上述的燃料电池系统可以设为如下的方式。例如可以执行所述负荷对应发电控制作为所述生成水非增量控制。这样一来，在不进行生成水增量控制的期间，能够通过基于外部负荷的要求电力的发电控制（负荷对应发电控制）来抑制电力不足。
另外，可以以预定期间的周期T交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制，这样一来非常简便。
另外，所述发电控制部，可以在进行所述生成水增量控制时，使所述燃料电池的发电运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移，使所述阴极中的生成水的生成量增加，在进行所述生成水非增量控制时，使所述燃料电池的发电运转状态向相对于所述生成水增量控制为低电流域和高电压域的一侧推移,与所述生成水增量控制相比抑制所述生成水的生成量的增量。这样一来，通过电流增加和低电压化，能够使电化学反应活性化，更切实地使生成水的生成量增加，变得简便。
对于引起这样的电流电压的推移的控制，可以设为以下的方式。例如，按发电功率存储为表示所述燃料电池的发电运转状态使电流和电压相关联的所述燃料电池固有的等功率特性线，并且在进行所述负荷对应发电控制时，读取与所述要求电力相符的所述发电功率的所述等功率特性线，控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在该读取的等功率特性线上。并且，针对向引起所述电流增加和低电压化的一侧的推移，也可以控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在等功率特性线上。在该情况下，针对作为所述生成水增量控制向引起所述电流增加和低电压化的一侧的推移，读取比与所述要求电力相符的所述发电功率低的低发电功率侧的所述等功率特性线，控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在该读取的等功率特性线上。这样一来，即使燃料电池的发电运转在负荷对应发电控制时的等功率特性线和与此相比低发电功率的等功率特性线上推移，也因为燃料电池以推移对象的两等功率特性线上的电流电压来进行发电运转，所以能够实现输出的稳定化。另外，在发生上述的发电运转的推移时，利用燃料电池本身的控制即可，在该控制中不需要考虑来自其他电力源、例如能够进行电力的充电和放电的2次电池的电力供给后的发电运转控制，变得简便。
另外，具有能够进行电力的充电和放电的2次电池，该2次电池能够与所述燃料电池并用作为向所述负荷供给电力的电力源,并且可以交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制，以使由伴随所述生成水增量控制的向引起所述电流增加和所述低电压化的一侧的推移导致的所述燃料电池的输出与所述负荷要求输出的差分、与由伴随所述生成水非增量控制的向所述低电流域和所述高电压域的一侧的推移导致的所述燃料电池的输出与所述负荷要求输出的差分相等。这样一来，即使通过2次电池来补充电力不足量，因为在用于补充该不足量的来自2次电池的电力供给中不会发生变动，所以也能够抑制2次电池的电力消耗。
另外，具有能够进行电力的充电和放电的2次电池，该2次电池能够与所述燃料电池并用作为向所述负荷供给电力的电力源，并且可以基于所述2次电池的蓄电状态判定是否能够执行所述生成水增量控制。这样一来，除了能够基于2次电池的蓄电状态来调整生成水增量控制的执行次数以外，还能够通过2次电池的并用抑制相对于要求电力的不足。并且，在所述2次电池的蓄电容量超过预定容量时，若判定为能够执行所述生成水增量控制，则能够更加切实地通过2次电池的并用抑制相对于要求电力的电力不足。
当这样并用2次电池时，能够基于所述2次电池的蓄电状态决定使所述燃料电池的运转状态向引起所述电流增加和低电压的一侧推移的推移状态，以该决定的推移状态执行所述生成水增量控制。这样一来，除了伴随2次电池并用的上述的优点以外，还能够基于2次电池的蓄电状态更加细致地执行带来生成水增量的生成水增量控制，能够进行电解质膜的干燥抑制和与此相伴的发电性能的恢复。
另外，在反复执行了所述生成水增量控制之后，当所述负荷的要求电力消失时停止所述生成水增量控制，在所述要求电力消失后直到重新有所述负荷的要求电力为止的负荷消失期间中，遍及预定期间间歇地反复进行所述生成水增量控制。这样一来，存在如下的优点。
当负荷的要求电力消失时，不仅生成水增量控制停止，通常基于外部负荷的要求电力的燃料电池的发电控制（负荷对应发电控制）也停止。可是，由于这样的控制停止在间歇地反复执行生成水增量控制后，所以有时在高负荷运转继续后的状态下实现。在该高负荷运转继续中，虽然通过生成水增量控制如已述那样经由生成水增量抑制了电解质膜的干燥，但是从高负荷运转到推移至要求电力的消失状态后，预想为燃料电池成为某种程度的高温度，在该燃料电池温度电解质膜的干燥有可能发展。可是，在上述的方式中，在所述要求电力消失后重新有所述负荷的要求电力为止的负荷消失期间中，因为遍及预定期间间歇地反复进行所述生成水增量控制，所以能够抑制由燃料电池温度导致的电解质膜的干燥。其结果，在经过负荷消失期间后，即重新有了负荷的要求电力时，由于与电解质膜的干燥得以抑制相应地恢复了发电性能，所以能够基于该重新的要求电力没有特别障碍地对燃料电池进行发电控制。因而，若将上述方式的燃料电池系统搭载在车辆上，则该车辆的操作者对于加速踏板操作的响应的违和感消失，能够提高驾驶性能。
在该情况下，能够在假设为所述燃料电池的发电性能因所述电解质膜的干燥而降低的状态下执行所述负荷消失期间中的所述生成水增量控制。例如，能够执行使对所述燃料电池检测出的燃料电池温度从所述要求电力消失时的温度降低至预定的温度。
除此之外，所述发电控制部能够在间歇地反复进行所述生成水增量控制时，间歇地减少所述含氧气体的供给量。虽然通过含氧气体的供给量减少使生成水的生成水量减少，但是由于由气体导致的生成水的带走量变少，所以能够实现生成水的留存。并且，就每单位气体供给量的生成水量而言，由于能够使其增加，所以能够实现抑制电解质膜的干燥。另外，结果当然是，即使生成水量的绝对值不增加也能够获得干燥抑制的效果。并且，在该方式中，通过含氧气体的供给量减少，燃料气体的消耗量减少，所以能够在实现电解质膜的干燥抑制的基础上提高燃料经济性。
[适用例2：燃料电池系统搭载车辆]
一种搭载了上述任一个燃料电池系统的车辆，其要旨在于，将该燃料电池系统具有的所述燃料电池的发电电力用作驱动力。
对于这样的车辆，即使燃料电池的高负荷运转持续长期，由于能够以高实效性抑制此时的发电能力的降低，所以能够提高伴随长期的高负荷运转的长距离上坡行驶等时的行驶性能。
本发明当然也能够作为燃料电池的运转方法、设置燃料电池系统并将燃料电池作为发电源的定置式的发电系统来适用。
附图说明
图1是概略性地俯视示出作为本发明的实施例的燃料电池搭载车辆20的说明图。
图2是表示执行电流增量控制的情形的流程图。
图3是说明电流增量控制的内容的说明图。
图4是按有无电流增量控制来表示相对于单元（电池单元）温度的燃料电池100的内部电阻值推移、阳极压力损失推移以及发电电压推移的图。
图5是表示执行第2实施例的电流增量控制的情形的流程图。
图6是按电池容量（SOC）来表示2次电池172的最大输出和电池温度的关系的说明图。
图7是表示判断可否进行暂时的电流增量控制时所参照的映射（map）的情形的说明图。
图8是表示根据SOC确定暂时的电流增量控制中的电流增加和低电压化的推移状态的情形的说明图。
图9是表示根据SOC确定暂时的电流增量控制中的周期T和最低电压的情形的说明图。
图10是示意性表示执行第3实施例的电流增量控制的情形的说明图。
图11是按有无电流增量控制来表示相对于单元温度的燃料电池100的输出推移和阳极压损推移的图。
图12是表示执行第4实施例的生成水增量控制的情形的说明图。
图13是概略表示为表示燃料电池100的发电运转状态而使电流与电压相对应的燃料电池固有的等功率特性线（IV特性线）的说明图。
图14是区分有无等功率特性线间的推移地表示暂时的电流增量控制中的电流电压推移的说明图。
图15是将图2的处理与等功率特性线的读取相关联示出的流程图。
图16是说明在暂时的电流增量控制中能够采用的输出应对的情形的说明图。
图17是交替重复暂时的电流增量控制和接下来的控制（抑制生成水的增量的控制）时的电压的高低推移的情形的说明图。
标号说明
20…燃料电池搭载车辆
22…车体
30…燃料电池系统
100…燃料电池
101…电解质膜
102…阳极
103…阴极
104…阳极侧气体扩散层
105…阴极侧气体扩散层
106…电流传感器
110…氢气箱
120…氢气供给系统
121…氢供给路径
122…循环路径
123…排放路径
124…开闭阀
125…减压阀
126…氢供给设备
127…循环泵
128…流量传感器
129…开闭阀
130…压缩机
140…空气供给系统
141…氧供给路径
142…排放路径
143…排出流量调整阀
145…加湿装置
147…流量传感器
150…散热器
152…风扇
160…冷却系统
161…循环路径
162…旁通路径
163…三方流量调整阀
164…循环泵
166…温度传感器
170…马达
172…2次电池
176…容量检测传感器
180…加速踏板
182…车速传感器
184…外部气温传感器
200…控制装置
174…DC-DC转换器
FW…前轮
RW…后轮
具体实施方式
下面，针对本发明的实施方式，基于附图说明该实施例。图1是概略性地俯视示出作为本发明的实施例的燃料电池搭载车辆20的说明图。
如图所示，该燃料电池搭载车辆20在车体22上搭载燃料电池系统30。该燃料电池系统30具备：燃料电池100、包含氢气箱110的氢气供给系统120、包含马达驱动的压缩机130的空气供给系统140、包含散热器150和风扇152的冷却系统160、2次电池172、DC-DC转换器174。燃料电池系统30将燃料电池100的发电电力、或2次电池172的充电电力向以前轮驱动用的马达170为首的负荷（负载）供给。
如图1的放大示意图所示，燃料电池100是将在电解质膜101的两侧具备使阳极102与阴极103的两电极接合而成的膜电极接合体（MembraneElectrodeAssembly/MEA）的电池单元层叠而构成的，并在前轮FW和后轮RW之间位于车辆地板下面。该电池单元具备从两侧挟持已形成电极的电解质膜101的阳极侧气体扩散层104和阴极侧气体扩散层105，两气体扩散层与对应的电极接合。在该两气体扩散层的外侧分别放置有气体隔离物，该气体隔离物对该气体扩散层供给含有氢的燃料气体、含有氧的氧化气体（在本实施例中为空气），并且也实现了从电池单元集电的功能。
电解质膜101是由固体高分子材料例如氟类树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下示出良好的电传导性。阳极102和阴极103具备催化剂（例如铂或铂合金），通过使这些催化剂担载在具有导电性的载体（例如，碳粒子）上而形成。阳极侧气体扩散层104和阴极侧气体扩散层105将具有气体透过性的导电性、多孔质的构件例如碳纸和/或碳布作为多孔质基材而形成。
对于燃料电池100，在上述的各电池单元引起从后述的氢气供给系统120和空气供给系统140供给的氢气中的氢和空气中的氧的电化学反应进行发电，利用该发电电力来驱动马达170等负荷。燃料电池100的发电状态由电流传感器106计测、该计测结果从电流传感器106输出至后述的控制装置200。
氢气供给系统120具备：从氢气箱110到燃料电池100的氢供给路径121、使未消耗的氢气（阳极废气）循环到氢供给路径121的循环路径122、用于将阳极废气排放到大气的排放路径123。并且，该氢气供给系统120经过氢供给路径121的开闭阀124的路径开闭和由减压阀125的减压，将氢气箱110的氢气供给到燃料电池100（详细地说，是各电池单元的阳极102）。此时，氢气供给系统120将由减压阀125下游的氢供给设备126调整后的流量和由循环路径122的循环泵127调整后的循环流量合计得到的流量的氢气供给到燃料电池100的阳极。氢气供给量基于加速踏板180的操作由后述的控制装置200来确定，成为对燃料电池100要求的与负荷相应的供给量。此外，氢气供给系统120经由从循环路径122分支的排放路径123的开闭阀129的开闭调整，适当地将阳极废气排放到大气。
空气供给系统140具备：经由压缩机130而到达燃料电池100的氧供给路径141和将未消耗的空气（阴极废气）排放到大气的排放路径142。并且，该空气供给系统140将从氧供给路径141的开口端引入的空气由压缩机130进行了流量调整之后供给到燃料电池100（详细地说，是各电池单元的阴极103），并以由排放路径142的排出流量调整阀143调整后的流量将阴极废气经由排放路径142排放到大气。这样在通过空气供给系统140进行空气供给和阴极废气排出的情况下，空气供给系统140在将氧供给路径141的排出流量调整阀143设为预定开度后，通过压缩机130供给空气。对于此时的空气供给量，也与氢气同样地，基于加速踏板180的操作通过控制装置200来确定，成为对燃料电池100要求的与负荷相应的供给量。此外，排出流量调整阀143通过流量调整也对阴极侧的背压进行调整。
另外，空气供给系统140以经由加湿装置145的方式具备氧供给路径141和排放路径142。该加湿装置145作为气液分离设备构成，从阴极废气中分离水，将该分离出的水作为水蒸气混入到通过排出流量调整阀143的空气中。
冷却系统160具备：实现从散热器150向燃料电池100循环冷却介质的循环路径161、旁通路径162、路径合流点的三方流量调整阀163、循环泵164、温度传感器166。并且，该冷却系统160将通过散热器150热交换后的冷却介质经由循环路径161导向燃料电池100的未图示的单元内循环路径，将燃料电池100冷却至预定温度。在该情况下，循环泵164的驱动量即冷却介质的循环供给量和/或三方流量调整阀163的调整流量，基于作为温度传感器166的检测温度的燃料电池温度（单元温度）和/或电流传感器106检测出的发电状态，通过控制装置200来确定。
2次电池172经由DC-DC转换器174与燃料电池100连接，作为与燃料电池100不同的电力源发挥功能，作为向马达170等供给的电力源而与燃料电池100并用。在本实施例中，由于如后述那样以将燃料电池100在与加速踏板180的踩踏相应的发电状态下进行运转控制（通常控制）为前提，所以在燃料电池100的运转停止状态下，将2次电池172的充电电力供给到马达170。作为2次电池172，例如能够采用铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。2次电池172与容量检测传感器176连接，该传感器检测2次电池172的充电状态，将该检测充电量（电池容量）输出至控制装置200。
DC-DC转换器174具有控制2次电池172的充放电的充放电控制功能，接收控制装置200的控制信号来控制2次电池172的充放电。除此之外，DC-DC转换器174在控制装置200的控制下进行燃料电池100的发电电力以及2次电池172的蓄电电力的引出和向马达170的电压施加，可变地调整电力引出状态和施加于马达170的电压电平。
控制装置200由具备执行逻辑运算的CPU和ROM、RAM等的所谓微型计算机构成，接收加速踏板180等的传感器输入来进行燃料电池搭载车辆20的各种控制。例如，控制装置200求出与加速踏板180的操作状态相应的向马达170的要求电力，以通过燃料电池100的发电得到该要求电力、或者通过2次电池172的充电电力或这两者提供该要求电力的方式对燃料电池100进行发电控制，并将电力供给到马达170。在通过燃料电池100的发电得到马达170的要求电力的情况下，为与该要求电力相应而控制氢气供给系统120和空气供给系统140的气体供给量（通常控制）。另外，控制装置200根据向马达170的要求电力来控制DC-DC转换器174。除此之外，控制装置200将车速传感器182检测出的车速、外部气温传感器184检测出的外部气温、在氢气供给系统120中流量传感器128检测出的氢气流量、在空气供给系统140中流量传感器147检测出的空气流量、容量检测传感器176检测出的2次电池172的电池容量（以下为SOC）等作为进行上述控制的控制参数来输入。该控制装置200担负基于已述的适用例1的燃料电池系统或者适用例2的车辆的外部负荷的要求电力进行的发电运转控制（负荷对应发电控制）、生成水增量控制等。
接着，针对具有上述结构的燃料电池搭载车辆20的控制装置200进行关于电解质膜干燥抑制的处理进行说明。在本实施例中，使燃料电池100的发电运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移来实现生成水增量。图2是表示执行电流增量控制的情形的流程图，图3是说明电流增量控制的内容的说明图，图4是按有无电流增量控制来表示相对于单元温度的燃料电池100的内部电阻值推移、阳极压力损失推移以及发电电压推移的图。
如图2所示，控制装置200首先扫描位于燃料电池100下游的温度传感器166来读取燃料电池100的单元温度（步骤S100）。由于单元温度反映了燃料电池100的电解质膜101的温度，所以能够根据所读取的单元温度来推测电解质膜101的干燥的发展状况，根据该推测出的膜干燥的发展状况，也能够进行是否处于燃料电池100的发电性能有可能因电解质膜101的干燥而降低的状况下的判断。接着，判定所读取的单元温度是否超过预定的第1温度α（步骤S110）。该第1温度α是由于电解质膜101的干燥发展某种程度而确定为应该抑制膜干燥进而抑制由膜干燥导致的燃料电池100的发电性能的降低的温度，并考虑燃料电池100的发电特性的温度依存性和/或电池单元的规格等而预先确定。例如，如图4所示，燃料电池100的阳极压损在还没有进行后述的暂时的电流增量控制时，如图中用留白方形所绘制的那样，以某个温度为边界而降低。其原因在于，电解质膜101的干燥发展而阳极气体中的水分减少，压损变小。因而，能够将该阳极压损下降的温度设为第1温度α，在本实施例中，这样设定了第1温度α。除此之外，对于内部电阻，在还没有进行后述的暂时的电流增量控制时，如图4中用留白方形所绘制的那样，以某个温度为边界而转为上升，所以也能够将引起该拐点时的温度设定为第1温度α。
在步骤S110中判定为否定时，由于单元温度在第1温度α以下，所以无需考虑电解质膜101的干燥抑制，控制装置200执行燃料电池100的通常控制（步骤S120）。在该通常控制中，控制装置200如已述的那样，求出与加速踏板180的操作状态相应的向马达170的要求电力，以与该要求电力相应的气体量进行氢气供给系统120、空气供给系统140的气体供给控制并对燃料电池100进行发电控制，将该发电电力供给到马达170。此时，在马达170的要求电力小的情况下，控制装置200也可以取代燃料电池100而将2次电池172的充电电力供给到马达170。在马达170的要求电力大时，也可以为通过燃料电池100和2次电池172这两者的电力来提供要求电力而对燃料电池100进行发电控制，并将电力供给到马达170。在图3中，示出了在单元温度达到第1温度α的期间，作为加速踏板180的操作状态恒定而对燃料电池100进行定电压定电量的通常控制的情形，但是若在该期间加速踏板180的操作状态变化，则根据该变化来调整通常控制时的电压电流。
其另一方面，在步骤S110中判定为肯定时，由于单元温度超过了第1温度α，所以电解质膜101的干燥发展而需要干燥抑制，控制装置200对燃料电池100进行电流增量控制（步骤S130）。如图3所示，该电流增量控制为从转变到该控制的时刻、即单元温度达到第1温度α的时刻开始，以预定时间的周期T反复执行，其控制内容为反复进行在期间t内使燃料电池100的运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移的控制（以下，称为暂时的电流增量控制）、和在该期间t之后已述的通常控制。该情况下，若在单元温度达到第1温度α的期间如已述那样加速踏板180的操作状态发生变化，则在单元温度达到第1温度α的时刻的通常控制的电压电流在期间t向电流增加和低电压化推移。即使在这样的暂时的电流增量控制的执行期间，控制装置200也如已述的那样并用2次电池172来提供要求电力。此外，上述的暂时的电流增量控制，当单元温度上升至超过第1温度α的温度后而降低到该第1温度α时，经过步骤S110的肯定判定而结束。即，使燃料电池100的运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移的暂时的电流增量控制和基于要求负荷的通常控制，在单元温度超过第1温度α而电解质膜101的干燥发展、由于该膜干燥导致燃料电池100的发电能力有可能降低的状况下，交替地反复进行。
如以上说明的那样，本实施例的燃料电池搭载车辆20基于2次电池172的要求电力对燃料电池100进行通常控制、并且使单元温度与电解质膜101的干燥状态相对应，若单元温度超过第1温度α（步骤S110的肯定判定），则由于电解质膜101的干燥发展，所以作为需要抑制膜干燥进而抑制由膜干燥导致的燃料电池100的发电性能的降低，以周期T反复执行电流增量控制，间歇地反复进行使燃料电池100的运转状态在期间t向引起电流增加和低电压化的一侧推移的暂时的电流增量控制。这样引起电流增加和低电压化的暂时的电流增量控制，因为通过电流增加和低电压化而增加了每单位时间的氢气消耗并使电化学反应活性化，所以使阴极103的生成水的生成量增加。即，本实施例的燃料电池搭载车辆20，通过在单元温度超过第1温度α而电解质膜101的干燥发展的高负荷运转时间歇地反复进行带来生成水增量的暂时的电流增量控制，从而间歇地带来由该间歇的暂时的电流增量控制得到的生成水的生成量增量。因此，即使在容易导致电解质膜101干燥的高负荷运转持续长期的情况下，生成水的生成量增加这样的燃料电池100的运转状态也不会在该期间持续，而仅是间歇出现。因此，能够将虽说间歇但却增加的生成水用于电解质膜101的干燥抑制。而且，在继期间t的暂时的电流增量控制之后（T-t）的期间的通常控制中，由于使燃料电池100的运转状态如图3所示向与暂时的电流增量控制的情况相比为低电流域和高电压域的一侧推移，所以与暂时的电流增量控制相比抑制了此时的生成水增量。并且，对于虽说该增量得以抑制但却由继暂时的电流增量控制之后的通常控制得到的生成水，也能够将其用于电解质膜101的干燥抑制。另外，阴极103中的生成水的生成量只不过通过间歇地在期间t实现的暂时的电流增量控制而增加，并且与暂时的电流增量控制相比被抑制了伴随继暂时的电流增量控制之后的通常控制的生成水的增量，所以能够一定程度地抑制由用于气体扩散供给的阳极侧气体扩散层104和/或阴极侧气体扩散层105的细孔的生成水导致的堵塞。
而且，由于以周期T交替反复进行期间t的暂时的电流增量控制和基于向马达170的要求电力的通常控制，所以能够抑制相对于马达170的要求电力的电力不足。并且，即使在由于该马达170的要求电力为高负荷，所以在基于该要求电力的通常控制（步骤S120）期间引起电解质膜101的干燥使燃料电池100的发电能力降低，也能够通过由继该通常控制之后的暂时的电流增量控制（参照图3）而增加的生成水和伴随继暂时的电流增量控制之后的通常控制的生成水，抑制电解质膜101的干燥，实现燃料电池100的发电性能的恢复。它们的结果是，根据搭载了本实施例的燃料电池系统30的燃料电池搭载车辆20，即使燃料电池100的高负荷运转持续长期，也能够以高实效性维持此时的发电能力或者抑制其降低，并且也能够实现发电能力的恢复。
另外，在本实施例的燃料电池搭载车辆20中，使单元温度与电解质膜101的干燥状态相对应，若单元温度超过第1温度α（步骤S110的肯定判定），则由于电解质膜101的干燥已发展到预定的状态（第1干燥状态），所以能够推定为由于电解质膜101的干燥而使燃料电池100的发电能力降低。因而，当单元温度超过第1温度α时，作为为抑制电解质膜101的干燥进而抑制由膜干燥导致燃料电池100的发电性能的降低而需要已述的暂时的电流增量控制（步骤S130），执行了该控制。因此，利用燃料电池100的单元温度检测和其对比这样的简单的方法，能够实现电解质膜101的干燥抑制和发电性能的降低抑制，很简便。
另外，在本实施例的燃料电池搭载车辆20中，当实现膜干燥的抑制和发电性能的降低抑制时，在暂时的电流增量控制和继该暂时的电流增量控制之后的通常控制中，如图3所示只要引起电流电压的高低推移即可。因而，就参与燃料电池运转的系统辅助设备的控制、例如2次电池172的充放电控制和/或加湿装置145的加湿控制等而言，无需将它们与膜干燥抑制相关联来控制，变得简便。
另外，在本实施例的燃料电池搭载车辆20中，燃料电池100的阳极102和阴极103是使铂或其合金的催化剂担载在碳粒子等载体上而形成的。虽然铂及其合金的催化剂在高温环境下容易引起其劣化，但是在本实施例的燃料电池搭载车辆20中，如已述那样当单元温度超过第1温度α时使生成水量增加，能够利用该生成水来冷却催化剂。另外，能够利用生成水来冲洗吸附于催化剂的杂质。因而，通过也抑制催化剂的劣化，能够有助于燃料电池100的发电能力的维持或抑制该发电能力的降低、恢复能力。
用图来说明伴随上述的抑制膜干燥的优点。当还没有进行步骤S130的暂时的电流增量控制时，如图4中用留白方形所绘制的那样，随着单元温度从第1温度α上升，阳极压损降低。与此相对，若进行步骤S130的暂时的电流增量控制，则如图4中用留白圆圈所绘制的那样，即使单元温度从第1温度α上升，阳极压损也被维持一定程度。这意味着：对于留白方形绘制，电解质膜101的干燥发展而阳极气体中的水分减少，压损变小，与此相对，对于留白圆圈绘制，由于通过步骤S130的暂时的电流增量控制使生成水量增加，所以阳极气体中的水分量的减少不发展，延迟了电解质膜101的开始变干。即，根据本实施例的燃料电池搭载车辆20，能够使电解质膜101的干燥推迟。
另外，就内部电阻值而言，通过进行步骤S130的暂时的电流增量控制，如图4中用留白圆圈所绘制的那样，即使单元温度从第1温度α上升，也能够抑制电阻值的上升。由于内部电阻的上升导致发电能力的降低，所以根据本实施例的燃料电池搭载车辆20，能够抑制燃料电池100的能力降低，这意味着电压降低的程度也减小并也有助于性能恢复。
另外，在上述的暂时的电流增量控制中生成水的生成量增加时，与此相伴的氢和氧的电化学反应（发热反应）活跃地进行，电解质膜101由于与暂时的电流增量控制的生成水增量相伴随的反应热而被加热升温。但是，根据本实施例的燃料电池系统30，由于如已经叙述那样仅按周期T间歇地进行带来生成水的增量的暂时的电流增量控制，所以能够抑制由伴随生成水增量的反应热导致的电解质膜101的升温。而且，由于在继该暂时的电流增量控制之后的通常控制中抑制生成水的生成量的增量，所以能够节制反应热，从而能够抑制电解质膜101的升温。因而，根据本实施例的燃料电池系统30，从抑制由反应热导致的电解质膜101的升温这一点来看，也能够有助于抑制燃料电池100的发电能力的降低。
确定带来生成水的增量的暂时的电流增量控制和继该暂时的电流增量控制之后的通常控制反复的周期T，能够根据实验或燃料电池100的热容量等热方面的规格等而决定。例如，使周期T和在该周期T中的期间t进行各种变化并测定燃料电池100的单元温度推移，确定在由电解质膜101的干燥引起的燃料电池100的发电能力降低的情况下的能恢复能力的周期T、期间t。并且，只要在通过这样的方法所确定的范围中选择周期T、期间t即可。
另外，由于燃料电池搭载车辆20在各种环境中行驶，所以能够根据燃料电池系统30所处的环境来确定周期T。例如，若环境湿度高，则能够通过湿度成分（水蒸气）来抑制电解质膜101的干燥，所以能够延长周期T减小暂时的电流增量控制的执行频度。除此之外，若环境温度低，则可以增大暂时的电流增量控制时的低电压化的程度。这样一来，虽然由伴随暂时的电流增量控制的反应热导致的电解质膜101的升温发展，但是由于低环境温度下的燃料电池100进而电解质膜101的冷却发展，所以没有特别的障碍。
接着，针对其他的实施例进行说明。图5是表示执行第2实施例的电流增量控制的情形的流程图，图6是按电池容量（SOC）表示2次电池172的最大输出和电池温度的关系的说明图，图7是判断可否进行暂时的电流增量控制时所参照的映射的情形的说明图。该第2实施例的特征在于，在执行暂时的电流增量控制时考虑2次电池172的SOC这一点。
在该实施例中，如图5所示，控制装置200首先扫描外部气温传感器184和容量检测传感器176，读取2次电池172的电池温度和SOC（步骤S200）。在该情况下，也可以在2次电池172上安装温度传感器，从该传感器直接读取电池温度。虽然2次电池172能够如图6所示取得各种SOC作为放电和蓄电的结果，但是在低温域或高温域的电池温度，各SOC都具有最大输出降低的特性。其另一方面，由于图6中以虚线示出的必要输出、即马达170的要求电力根据加速踏板180的操作状态而上下变化，所以有时通过2次电池172的SOC无法提供该要求电力。例如，在图6中的最下层和该最下层的上层的SOC中，在电池温度的整个区域中无法提供图6的必要输出，与此相对，在最上层和该最上层的下层的SOC中，在限定的电池温度区域中能够提供图6的必要输出。虽然对这样2次电池172的SOC不能提供的电力能够利用燃料电池100的发电电力来充当，但是在使燃料电池100成为导致电解质膜101的干燥这样的运转状态之前就由燃料电池100的发电电力来充电，会进一步导致电解质膜101的干燥和发电能力降低，所以不优选。因而，在本实施例中，考虑图6所示的2次电池172的温度特性，如图7所示，使2次电池172的SOC与电池温度相关联来规定能否执行燃料电池100的上述的暂时的电流增量控制。然后，在继传感器扫描之后的步骤S210中，参照图7的映射并基于步骤S200中读取的电池温度和SOC来判定能否执行暂时的电流增量控制。
若在该步骤S210中判定为不能执行已述的暂时的电流增量控制，则移向后述的执行通常控制，若判定为能够执行暂时的电流增量控制，则通过接下来的步骤S220进行单元温度读取，进行之后的温度对比（步骤S230）。然后，控制装置200与已述的实施例的步骤S110同样，根据单元温度与第1温度α的对比，执行燃料电池100的已述的通常控制（步骤S240）、或已述的暂时的电流增量控制（步骤S250）。在此时的通常控制和暂时的电流增量控制中，也能够根据马达170的要求电力来并用2次电池172。图8是根据SOC确定暂时的电流增量控制中的电流增加和低电压化的推移状态的情形的说明图，图9是根据SOC确定暂时的电流增量控制中的周期T和最低电压的情形的说明图。
在由于单元温度超过第1温度α而进行的暂时的电流增量控制中，该控制状态根据2次电池172的SOC确定如下。在电流增量控制中，如已叙那样，通过间歇地反复进行暂时的电流增量控制，结果交替地反复执行该暂时的电流增量控制和通常控制。并且，如图9所示，此时的暂时的电流增量控制的期间t1和通常控制的期间t2、以及低电压化推移时的最低电压Vmin由2次电池172的SOC来规定。在该情况下，2次电池172的SOC越大，暂时的电流增量控制的期间t1越是阶梯状地增加，通常控制的期间t2和低电压化推移时的最低电压Vmin与此相反地阶梯状地减小。这意味着：若2次电池172的SOC大，则利用该SOC能提供马达170的要求电力的大全部，所以就燃料电池100而言，增大有助于抑制电解质膜101干燥的电压降低的程度，并且延长暂时的电流增量控制的期间t1，使生成水量进一步增加，提高抑制电解质膜101的干燥的实效性。因此，在该实施例的燃料电池搭载车辆20中，通过进行与之前的实施例同样的暂时的电流增量控制，能够更加提高在燃料电池100的高负荷运转持续长期的情况下的发电能力的维持或抑制降低的实效性。而且，通过能否执行与2次电池172的SOC相应的暂时的电流增量控制及其控制状态的决定，除了伴随2次电池172的并用的要求电力充足以外，还能够极其细致地执行带来生成水增量的暂时的电流增量控制并使增量程度可变，所以能够大大有助于抑制电解质膜101的干燥和随之的发电性能的恢复。
图10是示意性示出执行第3实施例的电流增量控制的情形的说明图，图11是按有无电流增量控制示出相对于单元温度的燃料电池100的输出推移和阳极压损推移的图。该第3实施例的特征在于，在负荷要求消失的情况下执行电流增量控制这一点。
如图10所示在进行长期上坡行驶时，燃料电池100（参照图1）持续高负荷运转，单元温度逐渐上升。在该情况下，在不进行由上述的第1或第2实施例说明的暂时的电流增量控制时，如图11所示，在单元温度达到第1温度α时如已述那样阳极压损降低。就此时的电池输出而言，如图11中用留白方形所绘制的那样，虽然在单元温度达到比第1温度α高的第2温度β之前并没有看到怎么降低，但是当单元温度超过该第2温度β时会急剧降低。然后，在上坡结束后的下坡行驶时，通常燃料电池100以例如加速踏板操作的松开为契机停止发电运转。由于该运转停止，单元温度降低，但是加速踏板松开时预测的电池输出，如图11中用留白方形所绘制的那样，以低输出进行了推移。认为其原因在于：由于通过上坡行驶时的高负荷运转而上升的单元温度，即使在上坡行驶后也在一定程度的期间内持续高，所以在上坡行驶后电解质膜101的干燥也会发展，发电能力降低。
根据这样的现象，在第3实施例中，如下对燃料电池100进行运转控制。首先，在上坡过程中，进行与已述的第1、第2实施例同样的暂时的电流增量控制。因此，通过在上坡过程中对电解质膜101进行干燥抑制，即使单元温度超过第2温度β，如图11中用留白圆圈所绘制的那样，与不进行暂时的电流增量控制的情况相比，也能够维持高的电池输出。并且，在上坡行驶后的下坡行驶中，虽然如已述那样以加速踏板操作的松开为契机使燃料电池100的发电运转停止，但是当单元温度降低至第2温度β时，持续（遍及）预定期间执行与已述的第1、第2实施例同样的暂时的电流增量控制（步骤S130、S250）。因此，能够抑制电解质膜101的干燥并实现发电能力的恢复，该情形如图11中用留白圆圈的绘制所示。在该情况下，若下坡行驶结束而作出加速踏板操作，则由于此时已经抑制了电解质膜101的干燥，所以能够基于该加速踏板操作对燃料电池100没有特别障碍地进行发电控制。因而，根据该第3实施例的燃料电池搭载车辆20，由于能够降低对加速踏板操作的响应的违和感，所以能够实现驾驶性能的提高。
如图11所示，在该第3实施例中开始暂时的电流增量控制的第2温度β相当于阳极压损推移的拐点、并且为引起电池输出的急剧降低的温度，所以当单元温度超过第2温度β时，假设为电解质膜101过于干燥。因而，当以超过该第2温度β的温度进行暂时的电流增量控制时，为抑制过于干燥的电解质膜101的干燥而延长继续暂时的电流增量控制。因而，在第3实施例中，在单元温度降低至第2温度β的时刻，进行用于抑制干燥的暂时的电流增量控制。
图12是表示执行第4实施例的生成水增量控制的情形的说明图。该第4实施例的特征在于，通过减少空气供给量来进行生成水增量这一点。如图所示，在该实施例中，代替之前的实施例所进行的暂时的电流增量控制，按周期T间歇地反复减少期间t中的空气供给量。虽然空气流量的减少使阴极103中的生成水量减少，但是能够减少由剩余空气带走的生成水的量，从而能够实现生成水的留存。并且，在该第4实施例中，由于能够使每单位空气供给量的生成水量增加，所以与之前的实施例同样，能够抑制电解质膜101的干燥。而且，在该实施例中，通过减少空气供给量，能够减少氢气的消耗，所以能够实现抑制电解质膜101的干燥并提高燃料经济性。
接着，针对利用了燃料电池100固有的特性的第5实施例进行说明。图13是概略性示出为表示燃料电池100的发电运转状态使电流和电压相对应的燃料电池固有的等功率特性线（IV特性线）的说明图，图14是区分有无等功率特性线间的推移而示出暂时的电流增量控制中的电流电压推移的说明图，图15是与等功率特性线的读取相关联地示出图2的处理的流程图。
燃料电池搭载车辆20（参照图1），为对燃料电池100进行发电运转控制，将与图13的各等功率特性线对应的映射存储在控制装置200的ROM或存储器设备中。并且，在该第5实施例中，如图15所示在进行已述的电流增量控制时，读取与从马达170等要求的要求电力相符的等功率特性线（步骤S120）。然后，在继步骤S110的否定判定之后的步骤S120的通常控制中，通过使燃料电池100以所读取的等功率特性线（例如，图13中的等功率特性线PTb）上的电流电压来运转，基于负荷要求使燃料电池100进行发电运转。
其另一方面，当步骤S110的肯定判定、即如已述那样由于膜干燥而有可能引起发电能力降低时，如下这样进行步骤S130的电流增量控制中的期间t的暂时的电流增量控制。首先，在图13～图14中留白圆圈表示在与要求电力相符的等功率特性线PTb上引起与期间t的暂时的电流增量控制相适应的电流电压推移的控制情形。详细地说，使通过步骤S120进行的通常控制中的运转点Pn的电流电压推移到引起电流增加和低电压化的一侧的运转点Pn1，在期间t中使燃料电池100在该运转点Pn1运转。然后，使电流电压推移到引起电流增加和低电压化之前的运转点Pn。由于该控制是与要求电力相符的等功率特性线上的电流电压推移，所以成为平时等功率的控制。
另一方面，全黑圆圈表示考虑与要求电力相符的等功率特性线PTb和比其低的低发电功率侧的等功率特性线PTa之间的电流电压推移来引起与暂时的电流增量控制相适应的电流电压推移的控制情形。详细地说，读取比与要求电力相符的等功率特性线PTb低的低发电功率的等功率特性线PTa（步骤S130），然后使步骤S120中进行的通常控制中的运转点Pn的电流电压推移到在比等功率特性线PTb低的低发电功率的等功率特性线PTa上的运转点即进一步引起电流增加和低电压化的一侧的运转点Pn2，在期间t中使燃料电池100在该运转点Pn2运转。然后，使电流电压推移到引起电流增加和低电压化之前的运转点Pn。就从运转点Pn到运转点Pn2的推移而言，除了能够从运转点Pn直接推移到运转点Pn2以外，也能够经由运转点Pn1推移到运转点Pn2。虽然该情况下的控制引起不同的发电功率的等功率特性线间的电流电压推移，但是若在推移前后观察，则由于如图14中以实线所示成为大致平均的发电功率，所以成为平均等功率的控制。
上述的平时等功率控制和平均等功率控制这两个控制，都在经过单元温度的上升而由于膜干燥有可能导致发电能力的降低时（步骤S130的肯定判定），由于使步骤S120中进行的通常控制中的运转点Pn的电流电压推移到引起电流增加和低电压化的一侧，所以能够实现已述的抑制膜干燥进而抑制发电能力的降低。另外，由于上述的两个控制均能够使燃料电池100以该电池固有的等功率特性线上的电流电压来发电运转，所以能够实现输出的稳定化。除此之外，上述的两个控制均在引起与暂时的电流增量控制相适应的电流电压推移时，利用燃料电池100本身的电流电压控制即可，不需要在该控制中考虑来自作为其他电力源的2次电池172的电力供给的基础上的发电运转控制，变得简便。
在引起等功率特性线PTb和比其低的低发电功率的等功率特性线PTa之间的电流电压推移的平均等功率控制中，使期间t的暂时的电流增量控制中的电流增加和低电压化显著。因而，由于已述的膜干燥的抑制和/或由生成水实现的催化剂冷却、吸附杂质除去等发展，所以在继期间t的暂时的电流增量控制之后的控制（通常控制）时，可预料发电性能的恢复，其恢复量在图14中作为电压的上升而示出。
以上，通过实施例说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限于上述的实施例、变形例的实施方式，能够在不脱离其要旨的范围内以各种方式来实施。例如，在上述的实施例中，使单元温度与电解质膜101的干燥状态相对应，当单元温度超过第1温度α时需要抑制电解质膜101的干燥，但是并不限于此。即，除了单元温度以外，还能够使用电解质膜101的干燥状态所反映出的燃料电池特性。例如，检测阳极压损或内部电阻的推移，当由于电解质膜101的干燥而引起现象出现即发生图4中留白方形的绘制所示那样的阳极压损的降低和/或内部电阻的上升时，由于在电解质膜101的干燥发展而燃料电池100的发电性能有可能降低的状况下，所以作为需要抑制膜干燥和能力降低，也可以进行步骤S130的电流增量控制（暂时的电流增量控制）。
在该情况下，燃料电池100的发电性能降低，不仅作为电解质膜101的干燥的状况，除了上述的阳极压损、内部电阻的推移以外，还能够作为燃料电池100的输出变化或其电流电压特性的变化来观察。因而，测定（实测）燃料电池100的电池输出或电流电压特性或者进行基于预定的理论计算的推定，也能够反复进行已述的暂时的电流增量控制和继该暂时的电流增量控制之后的通常控制，以掌握向燃料电池100的发电性能有可能降低的能力降低状况的推移。更详细地说，当燃料电池100的电池输出或电流电压特性从预定的阈值推移到输出降低或特性劣化的一侧时，已推移到燃料电池100的发电性能有可能降低的能力降低状况下，交替反复进行已述的暂时的电流增量控制和继暂时的电流增量控制之后的通常控制。并且，若燃料电池100的电池输出或电流电压特性恢复至上述的阈值，则停止暂时的电流增量控制即可。
在根据以图13、图14说明的等功率特性线的暂时的电流增量控制中，能够采用下面的输出应对。图16是说明在暂时的电流增量控制中能够采用的输出应对的情形的说明图。该图16是考虑与要求电力相符的等功率特性线PTb和等功率特性线PTa之间的电流电压推移来反复进行暂时的电流增量控制和继该暂时的电流增量控制之后的通常控制的平均等功率控制的情况下的发电电力的输出状况。并且，在该图16中，使由伴随电流电压从等功率特性线PTb向等功率特性线PTa推移（Pn→Pn2：暂时的电流增量控制）的电流增加和低电压化导致的输出与负荷要求输出的差分、与由伴随电流电压从等功率特性线PTa向等功率特性线PTb推移（Pn2→Pn：通常控制）的低电流化和高电压化导致的输出与负荷要求输出的差分相等。这样一来，考虑运转点Pn与运转点Pn2之间的电流电压的相隔来确定期间t占周期T的比例即可，能够根据要求负荷预先进行映射化。即，若要求负荷确定，则与此相符的等功率特性线（例如，等功率特性线PTb）和比其低的低发电功率的等功率特性线PTa确定，跨两个特性线图的上述的各运转点也确定，所以能够据此进行映射化。
如图1所示那样，燃料电池搭载车辆20具备能够进行电力的充电和放电的2次电池172，该2次电池172能够与燃料电池100并用为向马达170等供给电力的电力源，2次电池172通常被控制为在燃料电池100的输出不足时对其进行补充。可是，如上所述，若使由电流增加和低电压化导致的输出降低量和由低电流化和高电压化导致的输出恢复量如已述那样相等，则能够显然不会引起燃料电池100的输出不足。因此，能够不需要用于补充输出量的2次电池172的电力供给、或在电力供给上不会出现变动，所以能够抑制2次电池172的电力消耗。此外，在使暂时的电流增量控制和继之的通常控制的反复在与要求电力相符的等功率特性线PTb上进行电流电压推移的平时等功率控制中，由于本身燃料电池100的输出恒定，所以不需要用于补充输出量的2次电池172的电力供给、或在电力供给中不会出现变动，能够抑制2次电池172的电力消耗。
另外，在上述的实施例中，接着已述的期间t的暂时的电流增量控制而在（T-t）的期间中执行通常控制，但是就继期间t的暂时的电流增量控制之后的控制而言，只要使其为与该暂时的电流增量控制相比抑制生成水的生成量的增量的控制即可，不限于通常控制。
另外，在上述的实施例中引起电压的高低推移时，能够进行如下变形。图17是表示交替反复暂时的电流增量控制和继该暂时的电流增量控制之后的控制（抑制生成水的增量的控制）时的电压的高低推移的情形的说明图。如该图17所示，在伴随暂时的电流增量控制而实现低电压化时、以及伴随暂时的电流增量控制和继之的控制而实现高电压化时，使电压以逐渐增大或逐渐减小的方式推移。这样一来，由于能够抑制交替反复进行暂时的电流增量控制和继之的控制（抑制生成水的增量的控制）时的电流急变即所谓的尖峰电流，所以对避免电解质膜101的损伤等是有益的。
另外，在上述的实施例中，在单元温度超过第1温度α后降低至该第1温度α为止的期间，以已述的周期T交替反复进行暂时的电流增量控制和通常控制，但是也可以从单元温度超过第1温度α起持续预定的期间以周期T交替地反复进行暂时的电流增量控制和通常控制。此外，在通过测定或推定电池电阻值、电池输出或电流电压特性等来掌握向燃料电池的发电性能有可能降低的能力降低状况的推移的情况下也是同样的。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池，在隔着具有质子传导性的电解质膜相对的阳极和阴极接受燃料气体和含氧气体的供给来发电；
发电控制部，进行基于外部的负荷的要求电力控制所述燃料电池的发电运转的负荷对应发电控制；和
能够进行电力的充电和放电的2次电池，该2次电池能够与所述燃料电池并用作为向所述负荷供给电力的电力源，
所述发电控制部，
在变为所述燃料电池的发电性能有可能降低的能力降低状况下时，在进行了生成水增量控制之后执行生成水非增量控制，在所述能力降低状况下，交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制，所述生成水增量控制是使所述燃料电池的发电运转状况向与所述负荷对应发电控制相比所述阴极中的生成水的生成量增加的一侧推移的控制，所述生成水非增量控制是使所述燃料电池的发电运转状况向与所述生成水增量控制相比抑制所述生成水的生成量的增量的一侧推移的控制，
在进行所述生成水增量控制时，使所述燃料电池的发电运转状态向引起电流增加和低电压化的一侧推移，使所述阴极中的生成水的生成量增加，在进行所述生成水非增量控制时，使所述燃料电池的发电运转状态向相对于所述生成水增量控制为低电流域和高电压域的一侧推移,与所述生成水增量控制相比抑制所述生成水的生成量的增量，
将预定的阈值容量与所述2次电池的蓄电容量进行对比，在所述2次电池的蓄电容量超过所述预定的阈值容量时，判定为能够执行所述生成水增量控制，
所述预定的阈值容量是如下的阈值容量：
在中温域的电池温度下，是低阈值容量，
在低温域的电池温度下，温度越比所述中温域低，则所述预定的阈值容量越比所述低阈值容量高，
在高温域的电池温度下，温度越比所述中温域高，则所述预定的阈值容量越比所述低阈值容量高。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述发电控制部基于所述2次电池的蓄电状态决定使所述燃料电池的发电运转状态向引起所述电流增加和低电压的一侧推移的推移状态，以该决定的推移状态执行所述生成水增量控制。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述发电控制部决定所述推移状态，以使得随着所述2次电池的蓄电容量变大，所述生成水增量控制的执行期间阶梯状地变长。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，
所述发电控制部执行所述负荷对应发电控制作为所述生成水非增量控制。
5.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，
所述发电控制部以预定期间的周期T交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制。
6.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，
按发电功率存储为表示所述燃料电池的发电运转状态使电流和电压相关联的所述燃料电池固有的等功率特性线，
所述发电控制部，在进行所述负荷对应发电控制时，读取与所述要求电力相符的所述发电功率的所述等功率特性线，控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在该读取的等功率特性线上，针对作为所述生成水增量控制向引起所述电流增加和低电压化的一侧的推移，也控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在等功率特性线上。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统，
所述发电控制部，针对作为所述生成水增量控制向引起所述电流增加和低电压化的一侧的推移，读取比与所述要求电力相符的所述发电功率低的低发电功率侧的所述等功率特性线，控制所述燃料电池的发电运转以使电流电压在该读取的等功率特性线上。
8.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，
所述发电控制部，交替地反复进行所述生成水增量控制和所述生成水非增量控制，以使由伴随所述生成水增量控制的向引起所述电流增加和所述低电压化的一侧的推移导致的所述燃料电池的输出与所述负荷要求输出的差分、与由伴随所述生成水非增量控制的向所述低电流域和所述高电压域的一侧的推移导致的所述燃料电池的输出与所述负荷要求输出的差分相等。
9.一种车辆，搭载有权利要求1至8中任一项所述的燃料电池系统，并将该燃料电池系统所具有的所述燃料电池的发电电力用作驱动力。
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