CN105594046B - 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

对燃料电池供给阳极气体以及阴极气体、且使燃料电池根据负载而发电的燃料电池系统包括容积部，该容积部储存从燃料电池排出的杂质。燃料电池系统包括压力控制部，该压力控制部在燃料电池的电流高时，与燃料电池的电流低时相比，提高阳极气体的压力。燃料电池系统包括：估计部，使燃料电池的电流产生振幅，且基于此时取得的电流值以及电压值来估计燃料电池的电流电压特性；以及限制部，在估计部进行电流电压特性的估计时，限制阳极气体的压力降低。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术区域
本发明涉及对燃料电池的电流电压特性进行估计的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
作为燃料电池系统，有一边改变燃料电池的输出电流一边检测输出电压而估计燃料电池的电流电压(IV)特性的燃料电池系统(参照JP2000-357526A)。
发明内容
现在正在开发的燃料电池系统中，在燃料电池的阳极气体流路中滞留的氮气或水等的杂质排出至在阳极气体排出通路中设置的缓冲罐。这样，由于在燃料电池的发电区域中存在的杂质减少，所以抑制了燃料电池的发电效率的降低。
这样的燃料电池系统也有时在零下的温度环境中启动。在这样的情况下，由于燃料电池的IV特性比通常运转时变差，所以定期地确认燃料电池的IV特性是否恢复至能够对驱动电动机供给电力的IV特性。
关于IV特性的估计，实施将从燃料电池取出的输出电流在一定的范围中产生振幅的电流控制，在使输出电流产生振幅的期间，从各传感器依次取得燃料电池的电流以及电压。然后，基于取得的电流值以及电压值来估计燃料电池的IV特性。
另一方面，关于阳极气体的压力控制，控制成燃料电池的输出电流越大则阳极气体的压力越高。由此，抑制了在输出电流低时根据阴极气体压力和阳极气体压力的差压而在燃料电池的膜中产生的应力。
然而，在向缓冲罐排出杂质的燃料电池系统中，若伴随着基于IV估计的电流控制而使阳极气体压力降低，则杂质从缓冲罐向燃料电池逆流而导致发电区域内的杂质浓度上升。其结果，燃料电池的发电效率降低，在传感器中检测到的燃料电池的电压比本来的电压值更低，所以估计IV特性的估计精度变差。
本发明是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种将在燃料电池中滞留的杂质排出至容积部，且抑制伴随着杂质的逆流的IV特性的估计精度的降低的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
根据本发明的某一方式，对燃料电池供给阳极气体以及阴极气体、且使燃料电池根据负载而发电的燃料电池系统包括容积部，该容积部储存从燃料电池排出的杂质。并且，燃料电池系统包括：压力控制部，与燃料电池的电流低时相比，在燃料电池的电流高时，提高阳极气体的压力；估计部，使燃料电池的电流产生振幅，且基于此时取得的电流值以及电压值来估计燃料电池的电流电压特性；以及限制部，在估计部进行电流电压特性的估计时，限制基于压力控制部的阳极气体的压力降低。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统的结构图。
图2是表示估计燃料电池的IV特性的估计方法的说明图。
图3是表示构成控制器的控制部的框图。
图4是表示伴随着IV估计时中的阳极气体的压力降低的、输出电压的降低的说明图。
图5是表示在IV估计时限制阳极气体的压力降低的限制方法的流程图。
图6是表示第二实施方式中的阳极气体控制部的框图。
图7是表示在IV估计时限制阳极气体的压力降低的限制方法的说明图。
图8是表示燃料电池的IV特性的估计精度的说明图。
图9是表示第三实施方式中的阳极气体控制部的框图。
图10是表示在IV估计时限制阳极气体的压力降低的限制方法的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图等说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池系统100的结构的图。
燃料电池系统100是从外部对燃料电池堆1供给阴极气体以及阳极气体且使燃料电池堆1根据负载而发电的电源系统。在本实施方式中，燃料电池系统100将在燃料电池堆1中发电的发电电力供应给驱动电动机53等的负载。
燃料电池系统100包括燃料电池堆1、阴极气体供排装置2、阳极气体供排装置3、堆冷却装置4、电力系统5、控制器6。
燃料电池堆1是层叠了几百块燃料电池(所谓的电池组(cell))的层叠电池。燃料电池堆1接受阳极气体以及阴极气体的供给而发电。在燃料电池堆1中，作为用于取出电力的端子，设置有阳极电极侧输出端子11和阴极电极侧输出端子12。
燃料电池由阳极电极(燃料极)、阴极电极(氧化剂极)、被阳极电极以及阴极电极所夹持的电解质膜构成。在燃料电池中，在阳极电极中含氢的阳极气体(燃料气体)和在阴极电极中含氧的阴极气体(氧化剂气体)在电解质膜中产生电化学反应。在阳极电极以及阴极电极的两个电极中，进行以下的电化学反应。
阳极电极：2H2→4H++4e-……(1)
阴极电极：4H++4e-+O2→2H2O……(2)
在燃料电池中，通过上述(1)以及(2)的电化学反应，产生电动势且生成水。由于在燃料电池堆1中层叠的每一个燃料电池相互串联连接，所以在各燃料电池中产生的组电压的总和成为燃料电池堆1的输出电压(例如，几百伏特)。
在燃料电池堆1中，通过阴极气体供排装置2而被供给阴极气体，通过阳极气体供排装置3而被供给阳极气体。
阴极气体供排装置2是对燃料电池堆1供给阴极气体、且将从燃料电池堆1排出的阴极废气向外部空气排出的装置。阴极气体供排装置2包括阴极气体供给通路21、过滤器22、阴极压缩机23、阴极压力传感器24、阴极气体排出通路25、阴极调压阀26。
阴极气体供给通路21是要对燃料电池堆1供给的阴极气体流过的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器22，另一端连接到燃料电池堆1的阴极气体入口孔。
过滤器22除去在阴极气体供给通路21的阴极气体中取入的异物。
阴极压缩机23设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机23经由过滤器22将作为阴极气体的空气(外部空气)取入阴极气体供给通路21，将该空气供应给燃料电池堆1。
阴极压力传感器24设置在比阴极压缩机23位于下游的阴极气体供给通路21中。阴极压力传感器24对供应给燃料电池堆1的阴极气体的压力进行检测。在阴极压力传感器24中所检测的检测压力输出到控制器6。
阴极气体排出通路25是从燃料电池堆1排出的阴极废气流过的通路。阴极气体排出通路25的一端连接到燃料电池堆1的阴极气体出口孔，另一端成为开口端。
阴极调压阀26设置在阴极气体排出通路25中。阴极调压阀26通过控制器6而被进行开闭控制，将从阴极压缩机23供应给燃料电池堆1的阴极气体的压力调节为期望的压力。
另外，虽然在图1中未图示，但也可以为了燃料电池堆1的加湿，在阴极气体供给通路21中设置加湿装置。
阳极气体供排装置3是死端型的系统，是对燃料电池堆1供应阳极气体且将从燃料电池堆1排出的阳极废气向阴极气体排出通路25排出的装置。阳极气体供排装置3包括高压罐31、阳极气体供给通路32、阳极调压阀33、阳极压力传感器34、阳极气体排出通路35、缓冲罐36、净化阀37。
高压罐31将对燃料电池堆1供给的阳极气体保持高压状态而储藏。
阳极气体供给通路32是用于将阳极气体从高压罐31向燃料电池堆1供给的通路。阳极气体供给通路32的一端连接到高压罐31，另一端连接到燃料电池堆1的阳极气体入口孔。
阳极调压阀33设置在阳极气体供给通路32中。阳极调压阀33通过控制器6而被进行开闭控制，将从高压罐31向阳极气体供给通路32流出的阳极气体的压力调节为期望的压力。
阳极压力传感器34设置在比阳极调压阀33位于下游的阳极气体供给通路32中。阳极压力传感器34对供应给燃料电池堆1的阳极气体的压力进行检测。在阳极压力传感器34中检测到的检测压力输出到控制器6。
阳极气体排出通路35是从燃料电池堆1排出的阳极废气流过的通路。阳极气体排出通路35的一端连接到燃料电池堆1的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路25。
缓冲罐36设置在阳极气体排出通路35中。缓冲罐36是储存从燃料电池堆1排出的阳极废气的容积部。能够通过缓冲罐36向燃料电池堆1的发电区域的下游排出杂质气体。因此，能够抑制燃料电池堆1的发电区域中的杂质气体的浓度上升。
另外，燃料电池堆1的发电区域是电池组的电解质膜被阳极气体流路和阴极气体流路所夹持的区域。另外，也可以代替缓冲罐36，在燃料电池堆1内的各电池组的阳极气体流路合流的部分设置容积部而蓄积阳极废气。
净化阀37设置在阳极气体排出通路35中。净化阀37通过控制器6而被进行开闭控制，控制从阳极气体排出通路35向阴极气体排出通路25排出的阳极废气的流量。
堆冷却装置4是冷却燃料电池堆1，将燃料电池堆1保持适合发电的温度的装置。堆冷却装置4包括冷却水循环通路41、散热器42、旁路通路43、三通阀44、循环泵45、PTC加热器46、第一水温传感器47、第二水温传感器48。
冷却水循环通路41是用于冷却燃料电池堆1的冷却水循环的通路。
散热器42设置在冷却水循环通路41中。散热器42冷却从燃料电池堆1排出的冷却水。
旁路通路43绕开(bypass)散热器42，使冷却水循环燃料电池堆1。旁路通路43的一端连接到冷却水循环通路41，另一端连接到三通阀44。
三通阀44设置在比散热器42位于下游侧的冷却水循环通路41中。三通阀44根据冷却水的温度而切换冷却水的循环路径。
循环泵45设置在比三通阀44位于下游侧的冷却水循环通路41中，使冷却水循环。
PTC加热器46设置在旁路通路43中。PTC加热器46在燃料电池堆1的预热时被通电，使冷却水的温度上升。
第一水温传感器47设置在比散热器42位于上游侧的冷却水循环通路41中。第一水温传感器47检测从燃料电池堆1排出的冷却水的温度(以下，称为“堆出口水温”)。
第二水温传感器48设置在循环泵45和燃料电池堆1之间的冷却水循环通路41中。第二水温传感器48对供应给燃料电池堆1的冷却水的温度进行检测。
电力系统5包括电流传感器51、电压传感器52、驱动电动机53、逆变器54、蓄电池55、DC/DC转换器56、辅机类57。
电流传感器51检测从燃料电池堆1取出的电流(以下，称为“输出电流”)。在电流传感器51中检测到的输出电流供应给控制器6。
电压传感器52检测阳极电极侧输出端子11的电位和阴极电极侧输出端子12的电位的电位差(以下，称为“输出电压”)。在电压传感器52中检测到的输出电压输出到控制器6。
驱动电动机53是在转子中埋设永久磁铁、在定子上卷绕定子线圈的三相交流同步电动机。驱动电动机53具有作为从燃料电池堆1以及蓄电池55接受电力的供给而旋转驱动的电动机的功能、作为通过在车辆的减速时转子因外力而旋转从而在定子线圈的两端产生电动势的发电机的功能。
逆变器54由例如IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor))等的多个半导体开关构成。逆变器54的半导体开关通过控制器6而被进行开闭控制，由此，直流电力转换为交流电力或者交流电力转换为直流电力。
逆变器54在使驱动电动机53作为电动机发挥功能时，将燃料电池堆1的发电电力和蓄电池55的输出电力的合成直流电力转换为三相交流电力而供应给驱动电动机53。另一方面，在使驱动电动机53作为发电机发挥功能时，将驱动电动机53的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力而供应给蓄电池55。
蓄电池55将驱动电动机53的再生电力或者燃料电池堆1的发电电力进行充电。在蓄电池55中被充电的电力根据需要供应给辅机类57以及驱动电动机53。
DC/DC转换器56是使燃料电池堆1的输出电压升降压的双向性的电压转换器。DC/DC转换器56的一个电压端子连接到燃料电池堆1，另一个电压端子连接到蓄电池55。
DC/DC转换器56根据蓄电池55的电力而对在燃料电池堆1侧的电压端子产生的电压进行升压或者降压。通过DC/DC转换器56，对燃料电池堆1的输出电压进行调整，对燃料电池堆1的输出电流、进而发电电力(输出电流×输出电压)进行控制。
辅机类57并联连接在DC/DC转换器56和蓄电池55之间。辅机类57由阴极压缩机23、循环泵45、PTC加热器46等构成，从蓄电池55或者燃料电池堆1被供应电力而驱动。
控制器6由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。
在控制器6中，输入来自前述的第一水温传感器47、第二水温传感器48、电流传感器51以及电压传感器52的信号。除此之外，用于控制燃料电池系统100所需的来自各种传感器的信号输入到控制器6。
作为其他的传感器，有基于起动键的开/关而检测燃料电池系统100的起动请求以及停止请求的键传感器61、检测油门踏板的踩踏量的加速器行程传感器62。
若从键传感器61接受到起动请求，则控制器6判断为燃料电池系统100被启动，执行将燃料电池堆1预热至适合发电的发电温度的预热控制(以下，称为“预热促进运转”)。
在预热促进运转中，控制器6通过对DC/DC转换器56进行控制而从燃料电池堆1向辅机类57供给电力，从而使得在燃料电池堆1中产生辅机类57的驱动所需的电力。通过伴随着燃料电池堆1的发电的自发热，燃料电池堆1自身被预热。
进一步，在预热促进运转中，控制器6将循环泵45的旋转速度设定为可变范围的上限值，且将PTC加热器46的输出、即发热量设定为可变范围的上限值。
由此，也通过被PTC加热器46加热的冷却水，燃料电池堆1被预热。除此之外，因为在循环泵45以及PTC加热器46中消耗的电力增加，所以燃料电池堆1的发电电力增加且燃料电池堆1的自发热量也增加，进一步促进了燃料电池堆1的预热。
通过这样实施预热促进运转，能够缩短从启动了燃料电池系统100起到燃料电池堆1的预热完成为止的预热时间。
此外，若燃料电池堆1被启动，则控制器6执行估计燃料电池堆1的电流电压(IV)特性的运算处理(以下，称为“IV估计”)。这里，参照图2简单说明IV估计。
图2是表示燃料电池堆1的IV特性和燃料电池堆1的温度的关系的图。
如图2所示，若燃料电池堆1的温度降低，则燃料电池堆1的IV特性比基准IV特性还要降低，燃料电池堆1的发电电力(电压×电流)也降低。基准IV特性例如基于通常运转时的IV特性而规定。
在图2的虚线所示的IV特性中，燃料电池堆1的发电电力成为最小驱动电力时的输出电流为电流A，取出输出电流A时的输出电压为电压V1。最小驱动电力是能够由驱动电动机53驱动车辆的电力的下限值。
在这样的情况下，由于能够从燃料电池堆1对驱动电动机53供给最小驱动电力，所以控制器6能够从燃料电池堆1向驱动电动机53供给电力，允许车辆的行驶。
另一方面，在图2的一点划线所示的IV特性中，从燃料电池堆1取出输出电流A时的输出电压成为电压V2。在该IV特性中，若燃料电池堆1的输出电压被设定为驱动电动机53以及逆变器54都能够动作的范围内的电压值，则从燃料电池堆1取出的输出电流变小，所以燃料电池堆1的发电电力比最小驱动电力还要小。
在这样的情况下，由于无法从燃料电池堆1对驱动电动机53供给最小驱动电力，所以控制器6禁止从燃料电池堆1向驱动电动机53的电力供给。
为了尽快允许车辆的行驶，需要准确地判定在将燃料电池堆1的输出电压设定为驱动电动机53以及逆变器54能够动作的电压值时燃料电池堆1的发电电力成为最小驱动电力以上的情况。
接着，简单说明估计燃料电池堆1的IV特性的方法。
已知在浓度过电压的影响小的条件下，如式(1)所示，输出电流I和从通过基准IV特性而确定的基准电压减去实际的输出电压(检测值)所得的差量ΔV的关系能够由一次函数来近似。
ΔV＝aI+b……(1)
控制器6执行使燃料电池堆1的输出电流以预定的振幅改变的电流控制，在改变输出电流的期间，使用电流传感器51以及电压传感器52多次计测输出电流以及输出电压(发电电压)。控制器6根据这些输出电流以及输出电压，计算式(1)的a以及b。
若计算出式(1)的a以及b，则可知对于在从燃料电池堆1对驱动电动机53供给最小驱动电力时的输出电流A的输出电压，若该输出电压为电压V1以上，则可知燃料电池堆1能够将最小驱动电力供应给驱动电动机53。
控制器6在从开始了IV估计起到成为燃料电池堆1能够将最小驱动电力供应给驱动电动机53为止，以预定的周期(例如，5秒间隔)重复实施IV估计。
接着，说明控制器6的功能结构。
图3是表示构成控制器6的控制部200的一例的功能框图。
控制部200基于来自在燃料电池系统100中设置的各种传感器的输入信号和对于各控制部件等的指令值，使燃料电池堆1发电。
控制部200对阴极压缩机23、阴极调压阀26、阳极调压阀33以及净化阀37进行控制，将适合发电的阳极气体以及阴极气体的流量供应给燃料电池堆1。控制部200在允许行驶后，对DC/DC转换器56进行控制，将在燃料电池堆1中发电的电力供应给逆变器54以及辅机类57。
此外，控制部200实施预热促进运转。具体而言，若燃料电池系统100被启动，则控制部200判断燃料电池堆1的温度是否比预定的预热阈值(例如，50℃)还要低。另外，作为燃料电池堆1的温度，例如使用堆入口水温、或者将堆入口水温以及堆出口水温进行了平均的值。
在判断为燃料电池堆1的温度比预热阈值还要低的情况下，控制部200开始预热促进运转，增加在辅机类57中消耗的电力，从燃料电池堆1取出预热所需的预定的电流(以下，称为“预热要求电流”)。例如，控制部200将辅机类57中的阴极压缩机23、循环泵45以及PTC加热器46的各消耗电力设定为可变范围的上限值。
在通过预热促进运转而燃料电池堆1的温度上升至预热阈值的情况下，控制部200判断为燃料电池堆1的预热完成，结束预热促进运转。
此外，在判断为燃料电池堆1的温度比预热阈值还要高的情况下，实施根据从驱动电动机53请求的请求电力来控制阳极气体以及阴极气体的压力的通常运转。
并且，控制部200基于从辅机类57以及驱动电动机53请求的请求电力，计算从燃料电池堆1取出的电流的目标值(以下，称为“目标电流”)。另外，在加速器行程传感器62中检测到的踩踏量越大，则目标电流越大。
控制部200若计算出目标电流，则基于该目标电流而计算供应给燃料电池堆1的阳极气体压力的目标值(目标压力)。具体而言，目标电流越大，控制部200则将阳极气体的目标压力设定得越高。与此同时，控制部200基于目标电流而计算供应给燃料电池堆1的阴极气体压力以及流量的目标值。
此外，控制部200若计算出目标电流，则参照燃料电池堆1的IV特性，计算与目标电流对应的电压值作为目标电压。并且，控制部200将DC/DC转换器56中的燃料电池堆1侧的电压端子调整为目标电压。由此，从燃料电池堆1输出与目标电流同等的电流。
控制部200包括压力控制部210、IV估计部220、阳极气体限制部230。
压力控制部210在燃料电池堆1的目标电流高时，与燃料电池堆1的目标电流低时相比，对阴极压缩机23以及阴极调压阀26进行控制而提高阴极气体的供给压力。
同样地，压力控制部210在燃料电池堆1的目标电流高时，与燃料电池堆1的目标电流低时相比，增大阳极调压阀33的占空比而提高供应给燃料电池堆1的阳极气体的压力。
例如，在压力控制部210中，存储有将发电电流和阳极气体压力相互对应的压力图，压力控制部210若取得目标电流，则计算与该目标电流对应的阳极气体压力作为目标压力。并且，要供应给燃料电池堆1的阳极气体的供给压力通过阳极调压阀33而被调整为目标压力。
这样，通过根据燃料电池堆1的输出电流而提高阳极气体的供给压力，在输出电流低时阳极气体的供给压力降低，所以能够抑制燃料电池堆1内的阳极气体压力和阴极气体压力的极间差压。因此，能够抑制在燃料电池堆1内的电解质膜中产生的应力。
IV估计部220为了估计燃料电池堆1的IV特性，执行使燃料电池堆1的输出电流产生振幅的电流控制。在电流控制中，IV估计部220在使目标电流从预热要求电流上升至IV估计用的上限值之后，使目标电流降低至预热要求电流。
此外，在使燃料电池堆1的输出电流产生振幅时，IV估计部220从电流传感器51以及电压传感器52依次取得电流值以及电压值。IV估计部220使用在这些电流值以及电压值中的、使燃料电池堆1的输出电流降低时取得的电流值以及电压值，通过式(1)而运算估计燃料电池堆1的IV特性的近似直线。
这样，IV估计部220逐次估计燃料电池堆1的IV特性，直到该IV特性恢复至能够从燃料电池堆1对驱动电动机53供给最小驱动电力的IV特性为止，重复实施IV估计。
在这样的燃料电池系统100中，在IV估计部220使燃料电池堆1的目标电流暂时上升之后使目标电流降低时，通过压力控制部210而阳极气体的目标压力降低。其结果，供应给燃料电池堆1的阳极气体压力降低，所以在缓冲罐36中蓄积的杂质向燃料电池堆1逆流，燃料电池堆1的发电区域中的杂质浓度上升而燃料电池堆1的发电效率降低。
图4是表示伴随着一般的IV估计的、燃料电池堆1的输出电压的降低的图。图4中，控制器6为了将在燃料电池堆1内形成的阳极气体流路的下游侧滞留的生成水以及氮气向缓冲罐36排出，控制阳极调压阀33的开度，实施使阳极气体的压力波动的波动运转。
图4(A)是表示对燃料电池堆1供给的阳极气体压力的变动的图。图4(A)中，由实线示出正在进行IV估计的阳极气体的波动压力，分别由虚线示出阳极气体的波动上限压力以及波动下限压力。
图4(B)是表示从燃料电池堆1取出的输出电流的图。图4(C)是表示燃料电池堆1的输出电压的图。图4(A)至图4(C)的各附图的横轴是相互共同的时间轴。
在时刻t41的紧跟前，实施预热促进运转，通过DC/DC转换器56的电压控制，从燃料电池堆1只对辅机类57供给电流。此外，通过阳极气体的波动运转，在燃料电池堆1中滞留的杂质被排出并蓄积到缓冲罐36。
在时刻t41至时刻t43的IV估计期间，由IV估计部220执行电流控制。
具体而言，在时刻t41，如图4(B)所示，燃料电池堆1的输出电流通过IV估计部220的电流控制而从预热要求电流上升。上升的量的输出电流从燃料电池堆1经由DC/DC转换器56供应给蓄电池55。另外，预热要求电流是在预热促进运转时从燃料电池堆1取出的电流值。
伴随着燃料电池堆1的输出电流的上升，如图4(A)所示，通过压力控制部210将从波动下限压力到波动上限压力为止的波动幅度维持为一定的同时，波动下限压力以及波动上限压力一同上升。
为了使燃料电池堆1的输出电流上升，如图4(C)所示，通过根据燃料电池堆1的IV特性对DC/DC转换器56进行电压控制而燃料电池堆1的输出电压降低。
在时刻t42，燃料电池堆1的输出电流到达由IV估计部220所设定的上限值。因此，如图4(B)所示，通过IV估计部220的电流控制而输出电流降低至预热要求电流。另外，输出电流的上限值根据能够对蓄电池55供给的电流量等而预先设定。
在使燃料电池堆1的输出电流降低的期间，IV估计部220从电流传感器51以及电压传感器52依次取得以预定的采样周期检测到的燃料电池堆1的输出电流以及输出电压。
伴随着燃料电池堆1的输出电流的降低，如图4(A)所示，波动下限压力以及波动上限压力通过压力控制部210而一同降低。
因此，在时刻t42至时刻t43的电流降低期间，在使阳极气体的波动压力降低的期间波动下限压力降低。此时，阳极调压阀33的开度被控制为，在燃料电池堆1中消耗的阳极气体的消耗量比阳极气体的供给流量还要多。其结果，阳极气体的波动压力比预定的波动幅度大幅降低。
若阳极气体的波动压力的降低幅度扩大，则燃料电池堆1内的阳极气体压力暂时变得比缓冲罐36内的压力还要低，所以在缓冲罐36中蓄积的杂质向燃料电池堆1逆流。其结果，燃料电池堆1内的杂质浓度上升，燃料电池堆1的发电效率也暂时降低。
因此，如图4(C)所示，燃料电池堆1的输出电压变得比虚线所示的本来的电压值还要低。在该状况下，由于基于在电压传感器52中检测到的输出电压和在电流传感器51中检测到的输出电流而估计燃料电池堆1的IV特性，所以燃料电池堆1的IV特性的估计精度变差。
另外，在时刻t45至时刻t46的电流降低期间，如图4(A)所示，阳极气体的波动压力的降低幅度不会变得比预定的波动幅度大，所以杂质不会从缓冲罐36逆流。因此，如图4(C)所示，燃料电池堆1的输出电压成为本来的电压值，而不会产生伴随着杂质的逆流的电压降低。但是，在时刻t47，如图4(A)所示，波动压力的降低幅度变得比预定的波动幅度还要大，所以如图4(C)所示，燃料电池堆1的输出电压暂时降低。
这样，在一般的燃料电池系统100中，由于在IV估计期间中伴随着降低目标电流的控制使阳极气体压力降低，所以导致杂质从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流。其结果，由于各电池组的发电区域内的杂质浓度上升，所以燃料电池堆1的发电效率整体下降，燃料电池堆1的输出电压比本来的电压值还要降低。因此，估计燃料电池堆1的IV特性的精度变差。
在作为该对策的本实施方式中，在图3所示的控制部200中具备阳极气体限制部230。
阳极气体限制部230是基于IV估计标志的设定值，将阳极气体的目标压力设定为用于防止杂质从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流的预定的下限值(以下，称为“逆流防止下限值”)的限制部。逆流防止下限值例如通过实验数据等而预先设定。或者，也可以基于阳极气体压力的降低速度或降低幅度等而设定。
IV估计标志是用于确定实施IV估计的期间的标志，由IV估计部220所设定。IV估计部220例如在图4所示的IV估计期间的开始时将IV估计标志设定为“1”，在IV估计期间的结束时将IV估计标志设定为“0”。或者，IV估计部220也可以只有在使燃料电池堆1的输出电流降低的电流降低期间，将IV估计标志设定为“1”。
阳极气体限制部230在IV估计标志表示“1”的情况下，将阳极气体的目标压力设定为上述的逆流防止下限值。IV估计期间中的目标电流的上限值越大，则阳极气体限制部230将逆流防止下限值设得越大。
另一方面，阳极气体限制部230在IV估计标志表示“0”的情况下，从压力控制部210取得阳极气体的目标压力，并将该目标压力输出到阳极调压阀指令部240，而不通过逆流防止下限值来限制。
阳极调压阀指令部240依次取得在阳极压力传感器34中检测到的阳极气体的检测压力，并对阳极调压阀33进行反馈控制，使得从阳极气体的目标压力减去检测压力所得的压力差量成为零。
具体而言，阳极调压阀指令部240在压力差量大于零的情况下，增大阳极调压阀33的开度，使得阳极气体的供给压力上升。另一方面，阳极调压阀指令部240在压力差量小于零的情况下，减小阳极调压阀33的开度，使得阳极气体的供给压力降低。
图5是表示限制伴随着IV估计的阳极气体压力的降低的限制方法的流程图。
首先，控制器6的控制部200若从键传感器61接受起动请求，则启动燃料电池系统100。
在燃料电池系统100启动的情况下，在步骤S901中，控制部200从第二水温传感器48取得堆入口水温Ts。
在步骤S902中，控制部200判断堆入口水温Ts是否比预热阈值(50℃)低。在判断为堆入口水温Ts为50℃以上的情况下，进入步骤S909。
另一方面，在判断为堆入口水温Ts比50℃低的情况下，在步骤S903中，控制部200实施预热促进运转。在预热促进运转中，控制部200例如将供应给辅机类57中的阴极压缩机23以及PTC加热器46的每一个的电力上升至可变范围的上限值。
此外，在步骤S904中，控制部200的IV估计部220以预定周期(例如，5秒间隔)执行将燃料电池堆1的输出电流在预定的范围中产生振幅的电流控制。此时，IV估计部220将IV估计标志从“0”变更为“1”。
并且，在步骤S905中，控制部200的阳极气体限制部230判断是否由IV估计部220执行电流控制，即是否处于IV估计期间。具体而言，阳极气体限制部230判断IV估计标志是否设定为“1”。
在步骤S906中，阳极气体限制部230判断为是IV估计期间的情况下，对压力控制部210设定在图3中叙述的逆流防止下限压力。压力控制部210将逆流防止下限压力设定为阳极气体的目标压力，调整阳极调压阀33的开度，使得供应给燃料电池堆1的阳极气体的检测压力成为目标压力。
由此，在IV估计期间中，能够确保燃料电池堆1的发电所需的阳极气体的流量的同时，限制阳极气体的压力降低。
在IV估计期间中，使燃料电池堆1的输出电流上升之后，在使该输出电流降低的电流降低期间，IV估计部220从电流传感器51以及电压传感器52依次取得电流值以及电压值。若IV估计期间结束，则阳极气体限制部230解除对于压力控制部210的逆流防止下限压力的设定。
在步骤S907中，IV估计部220使用在电流降低期间取得的电流值以及电压值，求出式(1)的近似直线，并参照该近似直线，如图2中所叙述，判断燃料电池堆1是否能够对驱动电动机53供给最小驱动电力。即，IV估计部220估计燃料电池堆1的IV特性，并使用该估计的IV特性而判断车辆是否能够行驶。
然后，在判断为车辆不能够行驶的情况下，返回到步骤S905，直到判断为车辆能够行驶为止，以预定周期执行IV估计。在步骤S905中判断为不是IV估计期间的情况下，进入步骤S909。
在步骤S909中，阳极气体限制部230解除对于压力控制部210的逆流防止下限压力的设定。由此，压力控制部210基于燃料电池堆1的目标电流，计算燃料电池堆1的发电所需的阳极气体的目标压力，并调整阳极调压阀33的开度，使得阳极气体的检测压力成为目标压力。
此外，在步骤S907中，判断为车辆能够行驶的情况下，在步骤S908中，控制部200判断堆入口水温Ts是否达到50℃。并且，直到堆入口水温Ts成为50℃为止，重复步骤S905至S909的一系列的处理。并且，若堆入口水温Ts达到50℃，则预热促进运转结束，限制阳极气体的压力降低的限制方法结束。
根据本发明的第一实施方式，由于通过缓冲罐36排出在燃料电池堆1中滞留的杂质，所以燃料电池堆1的发电区域内的杂质浓度下降，能够抑制燃料电池堆1中的发电效率的降低。
此外，由于在使燃料电池堆1的输出电流产生振幅的IV估计期间中，通过阳极气体限制部230而限制阳极气体的压力降低，所以能够抑制杂质从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流的量。因此，能够避免伴随着杂质的逆流的、燃料电池堆1的发电效率的降低，能够抑制IV特性的估计精度的降低。
因此，能够通过缓冲罐36抑制在燃料电池堆1的发电区域中滞留的杂质浓度的上升的同时，抑制在IV估计时杂质从缓冲罐36逆流而IV特性的估计精度降低的情况。
(第二实施方式)
图6是表示本发明的第二实施方式中的阳极气体控制部201的结构的图。另外，本实施方式的燃料电池系统基本上与图1以及图3所示的燃料电池系统100的结构相同。以下，关于与燃料电池系统100相同的结构，赋予相同的标号并省略详细的说明。
阳极气体控制部201在图3所示的控制部200中具有对供应给燃料电池堆1的阳极气体的供给压力进行控制的功能。
阳极气体控制部201具备波动运转部210A和逆流防止限制部230A。
波动运转部210A具备波动幅度运算部211、波动上限压力计算部212、波动波形运算部213。逆流防止限制部230A具备波动限制幅度保持部231、波动幅度切换部232、逆流防止下限压力保持部233、波动下限压力切换部234。
波动运转部210A基于排出伴随着发电的生成水或氮气等的杂质所需的波动幅度，实施使阳极气体的压力产生波动的波动运转。波动运转部210A根据燃料电池堆1的湿润状态来调整波动幅度。
燃料电池堆1的湿润状态能够通过测定燃料电池堆1的内部电阻(HFR：HighFrequency Resistance)而估计，燃料电池堆1的内部电阻由未图示的内部电阻测定装置所测定。例如，燃料电池堆1的内部电阻越大，则估计为燃料电池堆1的电解质膜是干燥的状态，燃料电池堆1的内部电阻越小，则估计为电解质膜是潮湿的状态。
内部电阻测定装置除了阳极电极侧输出端子11以及阴极电极侧输出端子12之外，还连接到在燃料电池堆1中设置的中途端子。从中途端子输出阳极电极侧输出端子11的电位和阴极电极侧输出端子12的电位的中间的电位。
内部电阻测定装置对阳极电极侧输出端子11以及阴极电极侧输出端子12的每一个供给高频(例如，1kHz)的交流电流。并且，内部电阻测定装置对在阳极电极侧输出端子11和中途端子的端子间产生的阳极侧的交流电压进行检测，且对在阴极电极侧输出端子12和中途端子的端子间产生的阴极侧的交流电压进行检测。
内部电阻测定装置以阳极侧的交流电压和阴极侧的交流电压成为相互相等的方式调整阳极电极侧输出端子11以及阴极电极侧输出端子12的交流电流的振幅的同时，基于交流电压以及交流电流而计算内部电阻值。
逆流防止限制部230A限制由在IV估计期间使燃料电池堆1的输出电流产生振幅所引起的阳极气体波动压力的降低幅度的扩大。
逆流防止下限压力保持部233保持为了限制阳极气体的波动压力的降低幅度而确定的逆流防止下限压力。逆流防止下限压力从逆流防止下限压力保持部233向波动下限压力切换部234输出。
波动下限压力切换部234基于IV估计标志的设定值，将阳极气体的波动下限压力从在阴极压力传感器24中检测到的阴极气体的检测电压切换为逆流防止下限压力。另外，如图3所叙述，IV估计标志由IV估计部220所设定。
波动下限压力切换部234在IV估计标志表示“1”的情况下，判断为燃料电池系统100处于IV估计期间，从逆流防止下限压力保持部233取得逆流防止下限压力，并作为波动下限压力而输出到波动波形运算部213。
另一方面，波动下限压力切换部234在IV估计标志表示“0”的情况下，判断为燃料电池系统100不处于IV估计期间，将从阴极压力传感器24输出的检测压力作为波动下限压力而输出到波动波形运算部213。
波动幅度运算部211基于燃料电池堆1的目标电流，运算伴随着发电的生成水的排出所需的波动幅度W1。波动幅度运算部211根据燃料电池堆1的内部电阻来校正波动幅度W1。
在波动幅度运算部211中，对每个内部电阻值，预先存储有燃料电池堆1的电流和阳极气体的波动幅度相互对应的波动幅度运算图。波动幅度运算部211若取得目标电流以及内部电阻值，则参照根据该内部电阻值而确定的波动幅度运算图，并将与该目标电流相对应的波动幅度作为阳极气体压力的目标波动幅度而输出到波动幅度切换部232。
因目标电流越大则伴随着发电的生成水的量越多，所以波动幅度运算部211增大波动幅度W1。此外，电解质膜的湿润度越降低则燃料电池堆1的内部电阻越大。因此，燃料电池堆1的内部电阻越大，波动幅度运算部211越减小波动幅度W1。
波动限制幅度保持部231保持用于限制波动幅度W1的限制值(以下，称为“波动限制幅度W2”)。波动限制幅度W2是比波动幅度W1还要小的值，被设定为防止杂质从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流且能够排出在燃料电池堆1中滞留的杂质中的氮气的值。波动限制幅度W2从波动限制幅度保持部231输出到波动幅度切换部232。
波动幅度切换部232基于IV估计标志的设定值，将阳极气体压力的目标波动幅度从在波动幅度运算部211中运算出的波动幅度W1切换为在波动限制幅度保持部231中保持的波动限制幅度W2。
波动幅度切换部232在IV估计标志表示“1”的情况下，判断为燃料电池系统100处于IV估计期间，从波动限制幅度保持部231取得波动限制幅度W2并作为目标波动幅度而输出到波动上限压力计算部212。
另一方面，波动幅度切换部232在IV估计标志表示“0”的情况下，判断为燃料电池系统100不处于IV估计期间，将从波动幅度运算部211输出的波动幅度W1输出到波动上限压力计算部212。
波动上限压力计算部212对从阴极压力传感器24输出的检测压力加上目标波动幅度，并将该相加后的值作为阳极气体的波动上限压力而输出到波动波形运算部213。
这样根据逆流防止限制部230A，在由IV估计部220执行电流控制的IV估计期间中，阳极气体压力的波动幅度W1被限制为波动限制幅度W2。
波动波形运算部213交替地选择阳极气体的波动上限压力和波动下限压力，以阳极气体压力成为波动的波形的方式运算阳极气体的波动压力。
例如，波动波形运算部213在选择波动上限压力时，以阳极气体压力从波动下限压力以一定的上升率升压至波动上限压力的方式计算波动压力。
另一方面，波动波形运算部213在选择波动下限压力时，以阳极气体压力从波动上限压力以一定的降低率降压至波动下限压力的方式计算波动压力。波动波形运算部213将计算出的阳极气体的波动压力作为目标压力而输出到图3所示的阳极调压阀指令部240。
图7是表示基于阳极气体控制部201的阳极气体压力的限制方法的图。
图7(A)是表示波动运转中的阳极气体波动压力的变动的图。图7(A)中，由实线示出阳极气体的波动压力，分别由虚线示出波动上限压力以及波动下限压力。
图7(B)是表示从燃料电池堆1取出的输出电流的图。图7(C)是表示燃料电池堆1的输出电压的图。图7(A)至图7(C)的各附图的横轴是相互共同的时间轴。
在时刻t61的紧跟前，与图4同样地实施预热促进运转，通过DC/DC转换器56的电压控制，从燃料电池堆1只对辅机类57供给电流。此外，通过波动运转，在燃料电池堆1中滞留的氮气或生成水被排出并蓄积到缓冲罐36。
此外，在时刻t61至时刻63的IV估计期间以及时刻t64至时刻t66的IV估计期间，由IV估计部220与图4同样地执行电流控制。在IV估计期间中，IV估计标志由IV估计部220被设定为“1”，在IV估计期间外，IV估计标志被设定为“0”。
另外，在IV估计标志表示“0”的情况下，阴极气体的检测压力被设定为波动下限压力，对该波动下限压力加上波动幅度W1所得的值被设定为波动上限压力。
在时刻t61，如图7(B)所示，通过IV估计部220开始使燃料电池堆1的输出电流上升的电流控制，且IV估计标志从“0”切换为“1”。
若IV估计标志切换为“1”，则通过波动下限压力切换部234，阳极气体的波动下限压力从阴极气体的检测压力切换为用于限制阳极气体压力的降低幅度而确定的预定的逆流防止下限压力。
与此同时，通过波动幅度切换部232，阳极气体压力的目标波动幅度从在波动幅度运算部211中计算出的波动幅度W1切换为用于防止杂质的逆流而确定的预定的波动限制幅度W2。并且，对逆流防止下限压力加上波动限制幅度W2所得的值被设定为波动上限压力。
在IV估计期间设定的波动上限压力被设定为能够供给用于使燃料电池堆1的输出电流上升至上限值而最低限度需要的阳极气体流量的阳极气体压力值。因此，将IV估计期间中的输出电流的上限值设得越大，则波动上限压力被设定为越大的值。
此外，波动限制幅度W2被设定为能够排出在燃料电池堆1内形成的阳极气体流路中滞留的氮气的预定的波动幅度。
因此，逆流防止下限压力被固定为确保波动限制幅度W2且杂质不会从缓冲罐36逆流的压力值。
另外，由于伴随着燃料电池堆1的输出电流的上升，通过图3所示的压力控制部210而使阴极气体的目标压力上升，所以从阴极压力传感器24输出的阴极气体的检测压力上升。因此，在图4(A)中，阳极气体的波动下限压力上升。
在时刻t62至时刻t63的电流降低期间中，无论基于IV估计部220的电流控制如何，在阳极气体的波动下限压力以及波动上限压力被固定的状态下，阳极气体压力以波动限制幅度W2产生波动。
由此，能够防止图4(A)所示那样通过使输出电流降低的电流控制而阴极气体的检测压力降低从而阳极气体的波动下限压力降低的情况。因此，如图7(A)所示，由于在IV估计期间阳极气体的波动压力的降低幅度减小，所以能够抑制缓冲罐36的内压变得比燃料电池堆1的内压还要高的情况。因此，能够防止氮气从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流的情况。
由于氮气不会从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流，所以如图7(C)所示，燃料电池堆1的输出电压不会如图4(C)的实线所示那样降低。因此，由于在电压传感器52检测到燃料电池堆1的本来的输出电压，所以能够准确地估计燃料电池堆1的IV特性。
并且，在经过预定周期后的时刻t64至时刻t66的IV估计期间中，也与时刻t61至时刻t63的IV估计期间同样地，在固定了波动下限压力以及波动上限压力的状态下，阳极气体压力以波动限制幅度W2产生波动。因此，不会使杂质向燃料电池堆1逆流，而能够估计燃料电池堆1的IV特性。另外，在时刻t63至时刻t64的期间以及时刻t66以后，输出电压与图4所示的时刻t47同样地暂时降低。
图8是与伴随着杂质的逆流的、IV特性的估计精度的降低有关的图。
图8(A)是表示在IV估计部220中所估计的燃料电池堆1的IV特性的图。图8(A)中，由实线示出本实施方式中的燃料电池堆1的IV特性，由虚线示出在杂质从缓冲罐36逆流时的IV特性，由点线示出通常运转时的基准IV特性。此外，纵轴表示燃料电池堆1的输出电压V，横轴表示燃料电池堆1的输出电流I。
图8(B)是表示将在图8(A)中示出的IV特性使用在图2中叙述的式(1)进行了近似时的燃料电池堆1的特性的图。
图8(B)中，由实线示出本实施方式中的燃料电池堆1的特性，由虚线示出在杂质从缓冲罐36逆流时的燃料电池堆1的特性。此外，纵轴表示从基准IV特性的电压值减去了输出电压的检测值的电压差ΔV，横轴表示燃料电池堆1的输出电流I。
另外，上限电流Ic是在IV估计期间中使输出电流上升时的最大值，且是输出电流的可检测范围的上限值。上限电流Ic之上的电流范围为通过式(1)而估计的IV估计范围。
如图8(B)所示，在杂质向燃料电池堆1逆流时的近似直线的斜率比本实施方式的近似直线的斜率还要大。即，在杂质逆流时求得的式(1)的系数a比在本实施方式中求得的系数a还要小。
其理由在于，如图4(C)所示，因为在IV估计期间结束时通过杂质的逆流而燃料电池堆1的发电效率降低而输出电压降低，所以随着输出电流减小，电压差ΔV变大。这里，从左起第1个以及第2个圆圈所示的测定点的电压差ΔV变大。
因此，如图8(A)所示，杂质逆流时的IV特性在IV估计范围中被估计为比实际的燃料电池堆1的IV特性更良好的特性。因此，必须考虑这样的情况而提高允许行驶的阈值，难以准确地允许行驶。相对于此，在本实施方式的IV估计部220中，与杂质逆流的情况相比，能够准确地估计燃料电池堆1的IV特性。
根据本发明的第二实施方式，逆流防止限制部230A在通过IV估计部220来改变燃料电池堆1的输出电流的期间、即IV估计期间，将阳极气体的波动下限压力固定为预定压力(逆流防止下限压力)。
由此，在IV估计期间中，通过逆流防止限制部230A而防止阳极气体压力的降低幅度的扩大，所以能够抑制氮气从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流。因此，能够抑制由缓冲罐36在燃料电池堆1的发电区域中滞留的杂质浓度的上升，且抑制伴随着杂质的逆流的IV特性的估计精度的降低。
此外，在本实施方式中，波动运转部210A基于伴随着燃料电池堆1的发电的生成水的排出所需的波动幅度W1，使阳极气体的压力产生波动。并且，逆流防止限制部230A在IV估计期间中，将基于波动运转部210A的波动幅度W1限制为比生成水的排出所需的波动幅度还要小的波动限制幅度W2。另外，波动限制幅度W2被设定为氮气的排出最低限度需要的波动幅度。
由此，在IV估计期间中，能够抑制在缓冲罐36中蓄积的杂质的逆流，且从燃料电池堆1排出生成水以外的氮气。
此外，在本实施方式中，IV估计部220在使燃料电池堆1的输出电流降低的电流降低期间从电流传感器51以及电压传感器52取得燃料电池堆1的输出电流以及输出电压。
假设在使燃料电池堆1的输出电流上升的期间取得输出电流以及输出电压的情况下，通过预热而IV特性恢复，所以输出电流变得越大，则基准IV特性的基准电压和输出电压的电压差ΔV越容易变小。因此，在图2中叙述的式(1)的斜率a变小，导致判断为所估计的IV特性比实际的IV特性还要好。作为其对策，若为了加快使燃料电池堆1的输出电流上升的速度而从燃料电池堆1急剧地取出电流，则燃料电池堆1的输出电压异常地降低。
因此，通过在电流降低期间取得燃料电池堆1的输出电流以及输出电压，能够防止燃料电池堆1发生异常，且提高IV特性的估计精度。
此外，在本实施方式中，如图7所示，说明了在从使燃料电池堆1的输出电流上升起到使其降低为止的期间，设定逆流防止下限压力的例，但也可以只有在电流降低期间设定逆流防止下限压力。此时，也能够抑制伴随着在缓冲罐36中蓄积的杂质的逆流的IV特性的估计精度的降低。进一步，通过缩短限制波动幅度W1的时间来延长以波动幅度W1波动的时间，能够提高燃料电池堆1的排水性。
(第三实施方式)
图9是表示本发明的第三实施方式中的阳极气体控制部202的结构的图。另外，本实施方式的燃料电池系统基本与图1以及图3所示的燃料电池系统100的结构相同。以下，关于与燃料电池系统100相同的结构，赋予相同标号并省略详细的说明。
阳极气体控制部202在图3所示的控制部200中具有对供应给燃料电池堆1的阳极气体的供给压力进行控制的功能。
阳极气体控制部202具备波动运转部210B和逆流防止限制部230B。
波动运转部210B基本是与图6所示的波动运转部210A相同的结构，关于与波动运转部210A相同的结构，赋予相同的标号并省略这里的说明。
逆流防止限制部230B具备逆流防止固定压力保持部235和目标压力切换部236。
逆流防止固定压力保持部235保持为了在IV估计期间中固定阳极气体波动压力而确定的固定值(以下，称为“逆流防止固定压力”)。
逆流防止固定压力是为了限制伴随着IV估计部220的电流控制的阳极气体压力降低而设定的压力值。逆流防止固定压力从逆流防止固定压力保持部235输出到目标压力切换部236。
目标压力切换部236基于由图3所示的IV估计部220所设定的IV估计标志的设定值，将阳极气体的目标压力从在波动波形运算部213中运算出的波动压力切换为在逆流防止固定压力保持部235中保持的固定值。
目标压力切换部236在IV估计标志表示“1”的情况下，判定为处于IV估计期间，从逆流防止固定压力保持部235取得逆流防止固定压力并作为目标压力而输出到图3所示的阳极调压阀指令部240。
另一方面，目标压力切换部236在IV估计标志表示“0”的情况下，判定为不处于IV估计期间，将从波动波形运算部213输出的波动压力输出到阳极调压阀指令部240。
这样，在IV估计部220执行电流控制的IV估计期间，通过逆流防止限制部230B，阳极气体的波动压力被限制为逆流防止固定压力。
图10是表示基于阳极气体控制部202的阳极气体压力的限制方法的图。另外，图10(A)至图10(C)的各附图的纵轴分别与图7(A)至图7(C)的各附图的纵轴相同，图10(A)至图10(C)的各附图的横轴是相互共同的时间轴。
另外，在IV估计期间中，通过IV估计部220，IV估计标志被设定为“1”，在IV估计期间外，IV估计标志被设定为“0”。在IV估计标志表示“0”的情况下，阴极气体压力的检测值被设定为波动下限压力，对该波动下限压力加上在波动幅度运算部211中计算出的波动幅度W1，该相加后的值被设定为波动上限压力。
在时刻t01，如图10(B)所示，通过IV估计部220而开始使燃料电池堆1的输出电流上升的电流控制，且IV估计标志从“0”切换为“1”。
若IV估计标志被切换为“1”，则通过目标压力切换部236，阳极气体的目标压力从阴极气体的波动压力切换为用于限制阳极气体的压力降低而确定的预定的逆流防止固定压力。
另外，逆流防止固定压力被设定为能够供给在IV估计期间使输出电流上升至上限值时最低限度需要的阳极气体流量的阳极气体压力值。因此，在IV估计期间中，将输出电流的上限值设得越大则逆流防止固定压力被设定为越大的值。
这样在IV估计期间中，由于将阳极气体压力设定为逆流防止固定压力，所以能够对燃料电池堆1以发电所需的流量供给阳极气体，且防止氮气从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流。
因此，由于能够在电压传感器52中检测燃料电池堆1的本来的输出电压，所以能够准确地估计燃料电池堆1的IV特性。此外，在时刻t04至时刻t06的IV估计期间中，也能够与时刻t01至时刻t03的IV估计期间同样地，估计燃料电池堆1的IV特性，而不会使杂质向燃料电池堆1逆流。
在本发明的第三实施方式中，逆流防止限制部230B在IV估计期间将阳极气体压力从基于波动运转部210B的波动压力切换为预定压力(逆流防止固定压力)。
由此，与第二实施方式同样地，由于能够在IV估计期间中限制阳极气体的压力降低，所以能够防止杂质从缓冲罐36向燃料电池堆1逆流。因此，能够抑制IV特性的估计精度的降低。
此外，除了IV估计期间外，与第二实施方式同样地，通过实施阳极气体压力的波动运转，能够兼顾IV特性的估计精度的确保和燃料电池堆1的排水性的确保。此外，与第二实施方式相比，能够通过简单的结构来实现。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过是表示了本发明的应用例的一部分，不是将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构的意旨。
在第二以及第三实施方式中，说明了以波动下限压力为基准而计算波动上限压力的例，但本发明还能够应用于以波动上限压力为基准而计算波动下限压力的结构。
此外，说明了实施阳极气体压力的波动运转的例，但即使是在不实施波动运转的情况下，因伴随着基于IV估计部220的电流控制而使阳极气体压力降低，所以也能够应用本发明。此时，也能够获得与本实施方式同样的效果。
此外，本发明还能够应用于在阴极气体供给通路21中设置了加湿器、例如水分回收装置(Water Recovery Device；WRD”)的燃料电池系统。在这样的情况下，在比加湿器位于上游的阴极气体供给通路21中设置阴极压力传感器24，在阴极压力传感器24中检测到的检测压力被设定为阳极气体的波动下限压力。
此外，本发明说明了在预热促进运转中实施IV估计的例，但也可以在通常运转中实施IV估计，此时，也能够获得与本实施方式同样的效果。
另外，上述实施方式能够适当组合。
本申请主张基于2013年10月8日在日本特许厅申请的特愿2013-211335的优先权，该申请的全部内容通过参照而引入到本说明书中。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，对燃料电池供给阳极气体以及阴极气体，且使所述燃料电池根据负载而发电，所述燃料电池系统包括：
容积部，储存从所述燃料电池排出的杂质；
压力控制部，与所述燃料电池的电流低时相比，在所述燃料电池的电流高时，提高阳极气体的压力；
估计部，使所述燃料电池的电流产生振幅，且基于此时取得的电流值以及电压值来估计所述燃料电池的电流电压特性；以及
限制部，在所述估计部进行电流电压特性的估计时，限制基于所述压力控制部的所述阳极气体的压力降低，
所述容积部设置在阳极气体排出通路中。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
在所述估计部改变所述燃料电池的电流的期间，所述限制部将阳极气体的压力设定为预定压力。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述预定压力基于由所述估计部使所述燃料电池的电流上升时的上限值而被设定。
4.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述限制部基于所述预定压力，以比所述杂质中的生成水的排出所需的波动幅度更小的预定的波动限制幅度，使阳极气体的压力波动。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统，
所述波动限制幅度是比所述生成水的排出所需的波动幅度更小且氮气的排出所需的波动幅度。
6.如权利要求2所述的燃料电池系统，
还包括波动运转部，该波动运转部基于伴随着所述发电的生成水的排出所需的波动幅度，使阳极气体的压力波动，
所述限制部在所述估计部改变所述燃料电池的电流的期间，将阳极气体的压力从基于所述波动运转部的波动压力切换为所述预定压力。
7.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述估计部在使所述燃料电池的电流降低时，取得所述燃料电池的所述电流值以及电压值，
所述限制部在由所述估计部使所述燃料电池的电流降低的期间，将阳极气体的压力设定为所述预定压力。
8.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统对燃料电池供给阳极气体以及阴极气体，且使所述燃料电池根据负载而发电，并且包括储存从所述燃料电池排出的杂质的容积部，所述容积部设置在阳极气体排出通路中，所述控制方法包括如下步骤：
压力控制步骤，与所述燃料电池的电流低时相比，在所述燃料电池的电流高时，提高阳极气体的压力；
估计步骤，使所述燃料电池的电流产生振幅，且基于此时取得的电流值以及电压值来估计所述燃料电池的电流电压特性；以及
限制步骤，在进行所述估计步骤中的电流电压特性的估计时，限制所述压力控制步骤中的所述阳极气体的压力降低。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101611123B1 (ko) * 2015-02-16 2016-04-08 현대자동차주식회사 연료전지 출력 추정방법
JP6225957B2 (ja) * 2015-07-23 2017-11-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7127306B2 (ja) * 2018-03-16 2022-08-30 トヨタ自動車株式会社 車両及びその制御方法
DE202019102314U1 (de) * 2019-04-25 2020-07-29 Aradex Ag Vorrichtung mit wenigstens einer Brennstoffzelle
CN112820901B (zh) * 2020-12-31 2022-04-12 华中科技大学 一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法
CN114914488B (zh) * 2022-05-25 2023-04-14 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种燃料电池缺氢检测与诊断方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058747A1 (ja) * 2008-11-21 2010-05-27 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
CN102473945A (zh) * 2009-07-07 2012-05-23 日产自动车株式会社 燃料电池发电设备的运转控制装置以及运转控制方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357526A (ja) 1999-06-15 2000-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法
JP3972675B2 (ja) * 2002-02-15 2007-09-05 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2004241272A (ja) * 2003-02-06 2004-08-26 Toyota Motor Corp 燃料電池制御装置、その方法及びその装置を搭載した車両
JP4784076B2 (ja) * 2004-11-26 2011-09-28 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置
JP2009026525A (ja) * 2007-07-18 2009-02-05 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5835331B2 (ja) * 2011-08-23 2015-12-24 日産自動車株式会社 燃料電池の発電特性推定装置
EP2905834B1 (en) * 2012-10-01 2017-11-22 Nissan Motor Co., Ltd Fuel cell system and control method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058747A1 (ja) * 2008-11-21 2010-05-27 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
CN102473945A (zh) * 2009-07-07 2012-05-23 日产自动车株式会社 燃料电池发电设备的运转控制装置以及运转控制方法

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