CN105742673B - 燃料电池系统和控制燃料电池的运转的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统和控制燃料电池的运转的方法。所述燃料电池系统包括：燃料电池(100)，其包括电解质膜(90)；传感器(450)，其被配置为测量燃料电池(100)的温度；以及控制器(610)。控制器(610)被配置为当通过传感器(450)测量的燃料电池(100)的温度被维持在第一阈值温度以上达到规定时间段以上时间时，使燃料电池(100)执行湿润运转，以将燃料电池(100)的阴极处的水平衡增加到高于在燃料电池(100)的正常运转期间的阴极处的水平衡的值，并且然后燃料电池(100)的温度降低到低于第二阈值温度，第二阈值温度等于或低于第一阈值温度。

Description

燃料电池系统和控制燃料电池的运转的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池的电解质膜的干湿状态的控制。
背景技术
在燃料电池(例如，聚合物电解质燃料电池)中使用的电解质膜在非常湿的状态下具有高的发电性能。因此，有这样的燃料电池系统，在该燃料电池系统中，确定电解质膜是处于干燥状态或者是处于潮湿状态，并且当电解质膜被确定处于干燥状态时，通过冷却燃料电池以减少水的蒸发使电解质膜变潮湿。日本专利申请出版No.2014-60068(JP 2014-60068 A)描述包括燃料电池和散热器风扇的燃料电池系统。在JP 2014-60068 A中的燃料电池系统中，电解质膜的阻抗被测量，并且根据被测量的值确定电解质膜是处于干燥状态或是处于潮湿状态。当燃料电池的电解质膜被确定处于干燥状态时，通过完全运行散热器风扇冷却循环通过燃料电池的冷却剂，以冷却燃料电池。
然而，在某些情况下，在电解质膜进入干燥状态前，大量的热被施加到电解质膜。在这样的情况下，当在电解质膜被确定处于干燥状态后燃料电池被冷却时，电解质膜的干燥进一步继续，使得电解质膜长时间保持在干燥状态。
发明内容
本发明提供用于防止燃料电池的电解质膜的被延长的干燥。
本发明的一方面涉及一种燃料电池系统，包括：燃料电池，其包括电解质膜；传感器，被配置为测量燃料电池的温度；和控制器，被配置为当通过传感器测量的燃料电池的温度被维持在第一阈值温度以上达到规定时间段以上时间时，使燃料电池执行湿润运转，以将燃料电池的阴极处的水平衡增加到大于在燃料电池的正常运转期间的阴极处的水平衡的值，并且然后燃料电池的温度降低到低于第二阈值温度，所述第二阈值温度等于或低于第一阈值温度。利用根据以上方面的燃料电池系统，当燃料电池温度维持在第一阈值温度以上达到规定时间段以上时，湿润运转被执行，然后燃料电池温度降低到第二阈值温度以下。因而，当电解质膜很可能将进入干燥状态时，湿润运转被启动早于如下情况：其中在根据所测量的诸如燃料电池的阻抗的指示电解质膜的干燥状态的指数的值确定电解质膜处于干燥状态后，湿润运转被启动。即使当离开干燥状态后电解质膜再次进入干燥状态时，也防止进一步继续电解质膜的干燥。因而，防止电解质膜的被延长的干燥。
根据以上方面的燃料电池系统可以进一步包括：被布置在燃料电池中的阴极废气排放通道；和被配置为调节阴极废气排放通道中的压力的压力调节器。控制器被配置为通过控制压力调节器使燃料电池执行湿润运转，使得阴极废气排放通道中的压力被增加到高于在燃料电池正常运转期间的阴极废气排放通道中的压力的值。利用具有该构造的燃料电池系统，在湿润运转期间的阴极废气排放通道中的压力被增加到高于在燃料电池的正常运转期间的值，并且因而被阴极废气带出的水量少于在正常运转期间被带出的水量。因而，在除了阴极废气排放通道中的压力之外的相同的运转条件下，阴极处的水平衡高于在正常运转期间的阴极处的水平衡。
根据以上方面的燃料电池系统可以进一步包括阴极反应气体供应器，被配置为将阴极反应气体供应到燃料电池。控制器可以被配置为通过控制阴极反应气体供应器使燃料电池执行湿润运转，使得被供应到燃料电池的阴极反应气体的流量被降低到低于在燃料电池的正常运转期间被供应到燃料电池的阴极反应气体的流量的值。利用具有该构造的燃料电池系统，在湿润运转期间的被供应到燃料电池的阴极反应气体的流量被降低到低于在燃料电池的正常运转期间的值，并且因而被阴极废气带出的水量少于在正常运转期间被带出的水量。因而，在除了被供应到燃料电池的阴极反应气体的流量之外的相同的运转条件下，阴极处的水平衡高于在正常运转期间的阴极处的水平衡。
根据以上方面的燃料电池系统可以进一步包括：阳极反应气体供应通道，阳极反应气体通过该通道被供应到燃料电池；阳极废气排放通道，来自燃料电池的阳极废气通过该通道被排放；循环通道，该循环通道将阳极反应气体供应通道和阳极废气排放通道彼此连接；泵，被布置在循环通道上，该泵被配置为将至少一部分阳极废气供应到阳极反应气体供应通道；阴极反应气体供应通道，阴极反应气体通过该通道被供应到燃料电池；和阴极废气排放通道，来自燃料电池的阴极废气通过该通道被排放。阴极反应气体可以被供应到燃料电池的电解质膜的一侧，并且阳极反应气体可以被供应到燃料电池的电解质膜的另一侧，并且阴极反应气体被供应到燃料电池的方向可以与阳极反应气体被供应到燃料电池的方向相反。控制器被配置为通过控制泵使燃料电池执行湿润运转，使得在循环通道中的阳极废气的流量被增加到高于在燃料电池的正常运转期间在循环通道中的阳极废气的流量的值。利用具有该构造的燃料电池系统，在循环通道中的阳极废气的流量在湿润运转期间被增加，导致被供应到燃料电池的阳极反应气体的量的增加。因而，已经从阴极的下游部分通过电解质膜扩散到阳极的上游部分的水被比正常运转期间更大量地从阳极的上游部分转移到其下游部分。因而，水比正常运转期间更容易地从阳极的下游部分通过电解质膜扩散到阴极的上游部分。因而，在除了在循环通道中的阳极废气的流量之外的相同的运转条件下，阴极处的水平衡高于在正常运转期间的阴极处的水平衡。
根据以上方面的燃料电池系统可以进一步包括阻抗计，被配置为测量燃料电池的阻抗。控制器可以被配置为当由阻抗计所测量的阻抗是规定值或更低时，开始使燃料电池执行湿润运转的控制，于是由传感器所测量的燃料电池的温度从等于或高于第二阈值温度的温度被降低到低于第二阈值温度的温度。利用具有该构造的燃料电池系统，即使当阻抗是规定值过更低时，湿润运转被启动，这时燃料电池的温度从等于或高于第二阈值温度的温度被降低到低于第二阈值温度的温度。因而，不管电解质膜的当前干湿状态，湿润运转被启动，结果防止电解质膜的过度干燥。
在根据以上方面的燃料电池系统中，第一阈值温度可以是在除了燃料电池的温度之外的相同运转条件下在水平衡是正值的温度范围和水平衡是负值的温度范围之间的边界处的温度。当燃料电池的温度超过第一阈值温度时，水平衡变成负值。当水平衡被维持在该状态下时，继续电解质膜的干燥。利用具有该构造的燃料电池系统，当燃料电池的温度被维持在第一阈值温度以上达规定时间段以上时间时，执行湿润运转。因而，与当第一阈值温度被设置到高于边界处的温度的值时相比，更可靠地防止电解质膜的干燥。
根据以上方面的燃料电池系统可以进一步包括阻抗计，被配置为测量燃料电池的阻抗。控制器可以被配置为启动用于使燃料电池执行湿润运转的控制，这时由传感器所测量的燃料电池的温度从等于或高于第二阈值温度的温度被降低到低于第二阈值温度的温度。控制器可以被配置为当三个条件i)至iii)中的任意一个被满足时终止用于使燃料电池执行湿润运转的控制，其中：i)燃料电池的温度重新上升到第一阈值以上；ii)由阻抗计所测量的燃料电池的阻抗增加到等于或高于指示燃料电池的干燥状态的规定阈值，并且然后在燃料电池开始执行湿润运转后降低到所述阈值之下；以及iii)在燃料电池开始执行湿润运转后已经经过规定时间段。利用具有该构造的燃料电池系统，湿润运转被终止在适当的状态下，诸如电解质膜被确定不再处于干燥状态的状态或电解质膜允许被重新干燥的状态。
可以以各种形式实施本发明。例如，可以将本发明应用到包括燃料电池系统的车辆；控制燃料电池的运转的方法；控制燃料电池系统的方法；用于实施这些方法的计算机程序；或包含这些程序的记录介质。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的标记表示相同的元件，且其中；
图1是根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造的原理方框图；
图2是电池的构造的原理剖视图；
图3是在燃料电池系统中执行的运转控制过程的流程图；
图4是第一实施例中的湿润运转的过程的流程图；
图5A是图示在运转控制过程的执行期间燃料电池的温度的时序图；
图5B是图示在运转控制过程的执行期间从燃料电池输出的电流的时序图；
图5C是图示在运转控制过程的执行期间阴极背压的时序图；以及
图5D是图示在运转控制过程的执行期间燃料电池的阻抗的时序图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述根据本发明的第一实施例的燃料电池系统。燃料电池系统具有如下所述的构造。图1是第一实施例的燃料电池系统的原理方框图。第一实施例的燃料电池系统10作为驱动电源，并且被安装和使用在燃料电池车辆中。燃料电池系统10包括：燃料电池100、燃料气体供应和排放系统200、氧化剂气体供应和排放系统300、燃料电池循环冷却系统400、充电和放电系统500以及控制器600。
燃料电池100是聚合物电解质燃料电池，并且包括电池组和一对集流器111。电池组由被堆叠在堆叠方向SD的多个电池110形成。集流器111被布置在电池组的相应端的外侧(即，集流器111中的一个集流器被布置在电池组的一端外侧并且集流器111中的另一个集流器被布置在电池组的另一端的外侧)，并作为通用电极。电池110的每一个通过被供应到阳极的燃料气体和被供应到阴极的氧化剂气体之间的电化学反应产生电。在第一实施例中，燃料气体是氢气，并且氧化剂气体是空气。
图2是各电池110的构造的原理剖视图；电池110包括：电解质膜90、阳极催化剂层91、阳极气体扩散层92、阳极分隔器93、阴极催化剂层94、阴极扩散层95和阴极分隔器96。
电解质膜90可以是由包含磺酸基团的氟树脂制成的离子交换膜，诸如Flemion(注册商标)或Aciplex(注册商标)。可替代地，电解质膜90可以是包含除磺酸基团外的离子交换基团，诸如磷酸或羟酸基团。电解质膜90被布置在阳极催化剂层91和阴极催化剂层94之间。阳极催化剂层91和阴极催化剂层94中的每一个催化剂层由构件和离聚物形成，在所述构件中催化剂被支撑在导电颗粒上，所述离聚物用作质子导体。催化剂可以是铂或铂和诸如钌或铁的金属的合金。导电颗粒可以是碳颗粒，诸如炭黑或碳纤维。离聚物可以是包含磺酸基团的氟树脂。阳极气体扩散层92被布置在阳极催化剂层91相对于电解质膜90的相反侧上。阴极气体扩散层95被布置在阴极催化剂层94相对于电解质膜90的相反侧上。阳极气体扩散层92和阴极气体扩散层95各自由多孔材料形成，使得反应气体(氢气和空气)被扩散在所述层中，并且通过所述层排放通过例如电化学反应产生的水。特别地，这些层由诸如碳纸或碳衣的碳多孔材料或诸如金属网或金属泡沫的金属多孔材料形成。阳极分隔器93被布置在阳极气体扩散层92相对于阳极催化剂层91的相反侧上。阴极分隔器96被布置在阴极气体扩散层95相对于阴极催化剂层94的相反侧上。阳极分隔器93和阴极分隔器96可以各自由不透气的导电材料形成，诸如通过碳质材料的压缩形成的不透气的高密度碳质材料或冲压成型的金属板。
燃料电池100包括用于将反应气体(氢气和空气)和冷却剂供应到电池110的歧管(未示出)，和用于将废弃和冷却剂从电池110中排出的歧管(未示出)。反应气体氢气和空气被供应到电池110，以便形成逆流。如图2所示，在各电池110中，氢气以在阴极上流动的空气的方向相反的方向在阳极上流动。因而，在各电池110中，氢气的入口(阳极的上游部分)和空气的出口(阴极的下游部分)被布置在电解质膜90的相反侧上，并且空气的出口(阴极的上游部分)和氢气的出口(阳极的下游部分)被布置在电解质膜90的相反侧上。
在各电池110中，通过电化学反应产生的水W1由于空气的流动而流向阴极的下游部分，并且因而电解质膜90在阴极的下游部分的水含量高于在其上游部分的水含量。在另一方面，在各电池110的阳极处，水不是通过电化学反应产生的，并且因而电解质90在阳极侧的水含量低于在阴极侧的水含量。因而，水(下文中，也称为“向前扩散的水”)W11从阴极的下游部分穿过电解质膜90扩散到阳极的上游部分。穿过电解质膜90扩散到阳极的上游部分的水W11被氢气的流动带到阳极的下游部分，并且水W2(即，水W11的一部分)在阳极的下游部分处被供应到电解质膜90。因而，在阳极的下游部分处，电解质膜90的水含量相对高。如上所述，因为在阴极的上游部分处，电解质膜90的水含量相对低，所以水(下文中，也称作“向后扩散的水”)W12从阳极的下游部分穿过电解质膜90扩散到阴极的上游部分。
通过如图1所示的燃料气体供应和排放系统200，氢气被供应到燃料电池100，并且来自燃料电池100的阳极废气被排放。燃料气体供应和排放系统200包括：氢罐210、关断阀220、注射器221、气液分离器230、循环泵240、排放阀250、燃料气体供应通道261、第一燃料气体排放通道262、燃料气体循环通道263和第二燃料气体排放通道264。
氢罐210储存高压氢气。作为燃料气体的氢气从氢罐210通过燃料气体供应通道261被供应到燃料电池100。关断阀220被布置靠近氢罐210的燃料气体出口，并且选择性地允许和中断来自氢罐210的氢气供应。注射器221被布置在燃料气体供应通道261上，并调节待被供应到燃料电池100的氢气的量(流量)和压力。气液分离器230被布置在第一燃料气体排放通道262上。气液分离器230从排放自燃料电池100的阳极废气中分离水，并将水排放到第二燃料气体排放通道264，并且将已经移除水的气体(氢气)供应到燃料气体循环通道263。循环泵240被布置在燃料气体循环通道263上，并且将排放自气液分离器230的燃料气体供应到燃料气体供应通道261。当被布置在第二燃料气体排放通道264上的排放阀250被打开时，被利用气液分离器230分离的水或废气被排放到大气中。
通过氧化剂气体供应和排放系统300，空气被供应到燃料电池100并且来自燃料电池100的阴极废气被排放。氧化剂气体供应和排放系统300包括：空气净化器310、空气压缩机320、背压阀340、氧化剂气体供应通道331和氧化剂气体排放通道332。空气净化器310利用被布置在空气净化器310中的过滤器从空气中移除杂质(例如，灰尘)，并将已经移除灰尘的空气供应到空气压缩机320。空气压缩机320压缩从空气净化器310供应的空气，并且将压缩空气供应到氧化剂气体供应通道331。背压阀340被布置在氧化剂气体排放通道332上，并且调节在燃料电池100的阴极上的排放通道中的压力(下文中，该压力将被称为“阴极背压”)。氧化剂气体排放通道332被连接到第二燃料气体排放通道264。流动通过氧化剂气体排放通道332的水和阴极废气与流动通过第二燃料气体排放通道264的水和阳极废气一起被排放到大气中。
燃料电池循环冷却系统400通过使冷却剂循环通过燃料电池100调节燃料电池100的温度(下文中，将被简单称为“燃料电池温度”)。燃料电池循环冷却系统400包括：冷却剂通道421、散热器410、旁路通道422、三通阀430、循环泵440和温度传感器450。
冷却剂通道421被布置在燃料电池100的外侧，并且被连接到被布置在燃料电池100中的冷却剂排放歧管和冷却剂供应歧管。散热器410被布置在冷却剂通道421上，并且利用例如从电风扇(未示出)送出的空气冷却排放自燃料电池100的冷却剂。旁路通道422被布置在冷却剂通道421的中间部分。旁路通道422允许排放自燃料电池100的冷却剂的至少一部分绕过散热器410并被返回到燃料电池100。利用三通阀430将旁路通道422的下游端连接到冷却剂通道421。在第一实施例中使用的冷却剂包含防冻剂，诸如乙二醇。在本实施例中使用的冷却介质不应被限制于包含防冻剂的冷却剂，并且可以是任意的热交换介质，诸如空气。
三通阀430调节通过冷却剂通道421的冷却剂的流量和通过旁路通道422的冷却剂的流量。循环泵440被布置在冷却剂通道421上，在三通阀430和燃料电池100之间的位置处，并且调节循环通过燃料电池循环冷却系统400的冷却剂的流量。温度传感器450被布置在冷却剂通道421上，在靠近燃料电池100的冷却剂出口的位置处。温度传感器450测量流动通过冷却剂通道421的冷却剂的温度，并输出指示温度的信号。在第一实施例中，被温度传感器450测量的温度被认为是燃料电池温度。
充电和放电系统500将从燃料电池100或蓄电池550输出的电供应到负载设备700。在第一实施例中，负载设备700是例如车辆驱动电机或任意辅助机器，并且被连接到燃料电池100的阳极和阴极集流器111。充电和放电系统500包括：逆变器520、电流计530、电压计540、DC-DC变换器560和蓄电池550。逆变器520被与燃料电池100和蓄电池550并联连接，并且将供应自燃料电池100或蓄电池550的直流电转变成被供应到负载设备700的交流电。逆变器520包括阻抗计521。阻抗计521测量燃料电池100(电解质膜90)的阻抗，并输出指示温度的信号。在第一实施例中，阻抗计521通过AC阻抗方法测量高频阻抗。高频阻抗对应于燃料电池100的电解质膜90的电阻，并且与电解质膜90的水含量有关。特别地，较高的阻抗指示电解质膜90的较低的水含量，即，电解质膜90的较高的干燥度。相反地，较低的阻抗指示电解质膜90的较高的水含量，即，电解质膜90的较高的潮湿度。电流计530测量从燃料电池100输出的电流，并输出指示输出电流的信号。电压计540测量从燃料电池100输出的电压，并输出指示输出电压的信号。DC-DC变换器560将从蓄电池550输出的电压增压，并将被增压的电压供应到逆变器520。DC-DC变换器560降低从燃料电池100输出的电压，并将该电压供应到蓄电池550，使得由燃料电池100产生的过量的电被储存在蓄电池550中。
控制器600被电连接到关断阀220、注射器221、循环泵240、排放阀250、空气压缩机320、背压阀340、循环泵440、三通阀430、逆变器520和DC-DC变换器560。控制器600控制这些组件。控制器600也被电连接到温度传感器450，并接收从温度传感器450输出的指示温度值的信号。控制器600也接收从逆变器520输出的并且指示燃料电池100的阻抗的信号。控制器600包括具有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的微型计算机(未示出)。当CPU执行储存在ROM中的控制程序时，控制器600起运转控制器610的作用。运转控制器610包括：温度比较器611、阻抗比较器612、空气流量控制器613、背压阀控制器615和氢气流量控制器614。
在运转控制过程和后面描述的湿润运转中，温度比较器611将燃料电池100的被测量的温度与阈值温度对比。在运转控制过程和后面描述的湿润运转中，阻抗比较器612将燃料电池的被测量的阻抗与规定的阈值阻抗对比。在第一实施例中，规定的阈值阻抗指指示电解质膜90的干燥状态的阻抗。稍后将详细描述规定的阈值温度。空气流量控制器613通过调节空气压缩机320的旋转速度控制待被供应到燃料电池100的空气的量。氢气流量控制器614通过利用循环泵240调节氢气的流量控制待被供应到燃料电池100的氢气的量。
背压阀控制器615通过调节背压阀340的打开程度控制阴极背压。在正常运转期间，背压阀控制器615根据存储在控制器600的ROM(未示出)中的映射指定目标阴极背压，并且调节背压阀340的打开程度，以便获得目标阴极背压。在第一实施例中，在所述映射中，燃料电池100的温度、燃料电池100的输出电流和阴极背压彼此相关。阴极背压和背压阀340的打开程度彼此相关并被设置在另一映射中。阴极背压的增加导致通过阴极废气送出的水(水蒸气)的量的减少。以下将描述其原因。因为在电池110的阴极处的饱和水蒸气压力具有温度依赖性，在没有温度改变的情况下，阴极压力的增加导致阴极废气中除水蒸气之外的成分(即，干燥成分)的压力的增加，但是阴极废气中的水蒸气的压力没有变化。该现象降低阴极废气中的水蒸气的相对压力，并且也降低阴极废气中水蒸气的流量。这导致被阴极废气带走的水的量的减少。因而，阴极废气带走的水的量的减少防止各电池110的电解质膜90的干燥。
控制器600的ROM(未示出)存储前述控制程序和各种映射，并且包括阈值存储单元620。阈值存储单元620提前存储燃料电池100的温度和阻抗的前述阈值。
在具有前述构造的燃料电池系统10中，以下描述的运转控制过程的执行防止各电池110的电解质膜90的过度干燥并且缩短电解质膜90的干燥周期。
温度传感器450是本发明中的传感器的示例。相似地，运转控制器610是本发明的控制器的示例，燃料电池100的阴极排放通道是本发明中的阴极废气排放通道的示例，背压阀340是本发明中的压力调节器的示例，空气压缩机320是本发明中的阴极反应气体供应器的示例，燃料气体供应通道261是本发明中的阳极反应气体供应通道的示例，第一燃料气体排放通道262是本发明中的阳极废气排放通道的示例，燃料气体循环通道263是本发明中的循环通道的示例，并且循环泵240是本发明中的泵的示例。
接下来，将描述在燃料电池系统10中执行的运转控制过程。图3是运转控制过程的流程图。当包括燃料电池系统10的燃料电池车辆的点火被接通时，在燃料电池系统10中执行运转控制过程。
温度比较器611接收传输自温度传感器450的信号，以获取燃料电池温度(步骤S105)。温度比较器611将历史温度数据(即，以获取的温度和获取时间)存储在ROM中。温度比较器611将在步骤S105中获取的燃料电池的温度与储存在阈值存储单元620中的阈值温度比较，并根据比较结果和存储在ROM中的历史温度数据确定燃料电池温度是否维持在阈值温度以上达规定时间段以上时间(步骤S110)。稍后将详细描述阈值温度和规定时间段。例如，当燃料电池车辆的驾驶员大力地下压加速踏板时，燃料电池100产生量增加的电，并且燃料电池温度增加。
当燃料电池温度被确定未被保持在阈值温度以上达规定时间段(在步骤S110中为NO)时，过程返回到步骤S105。在另一方面，当燃料电池温度被确定被保持在阈值温度以上达规定时间段以上时间(在步骤S110中为YES)时，确定燃料电池温度是否降低到阈值温度以下(步骤S115)。在第一实施例中，在步骤S115中的阈值温度等于在步骤S110中的阈值温度。在步骤S110中的阈值温度是本发明中的第一阈值温度的示例，并且在步骤S115中的阈值温度是本发明中的第二阈值温度的示例。当燃料电池温度被确定未降低到阈值温度以下(在步骤S115中为NO)时，过程被返回到步骤S105。在另一方面，当燃料电池温度被确定降低到阈值温度以下(在步骤S115中为YSE)时，执行湿润运转(步骤S120)。例如当燃料电池车辆的驾驶员减小加速踏板的下压量时，会发生燃料电池温度从等于或高于阈值温度的温度降低到低于阈值温度的温度。
图4是第一实施例中的湿润运转的过程的流程图。在根据第一实施例的湿润运转中，背压阀控制器615控制背压阀340，使得阴极背压被调整到通过背压阀340可获得的最大可能的值(步骤S205)。即，阴极背压被调整到最大可能的值，不管来自燃料电池100的输出电流和燃料电池温度如何。运转控制器610测量阴极背压调整到最大可能的值后所流逝的时间。因为阴极背压被调整到最大可能的值，如上所述，所以通过阴极废气从电池110带走的水的量被显著降低。因而，步骤S205的执行防止在阴极处的电解质膜90的干燥。
背压阀控制器615确定以下三个条件中的任意一个是否被满足(步骤S210)：(条件1)燃料电池温度重新增加到阈值温度以上；(条件2)阻抗增加到规定阈值以上，并且然后降低到规定阈值以下；和(条件3)在阴极背压调整到最大可能的值后已经流逝规定时间段。
例如当由于燃料电池车辆的驾驶员重新下压加速踏板导致来自燃料电池100的余热重新增加时，条件1可以被满足。当由于在步骤S205中电解质膜90的被降低的干燥导致阻抗的降低时，条件2可以被满足。当这三个条件中没有一个被满足(在步骤S210中为NO)时，执行步骤205。在另一方面，当这三个条件中的任意一个被满足(在步骤S210中为YES)时，终止湿润运转。如图3所示，在湿润运转的终止之后，过程被返回到步骤S105。如下所述，随着燃料电池温度的降低，阻抗临时降低，但是然后由于步骤S205的效果而增加并重新降低。条件2被设置使得当阻抗临时降低到规定阈值以下时湿润运转不被终止。在湿润运转的终止之后，在过程被返回步骤S105之前，重新设置标志，该标志指示在步骤S110中做出的确定，即“燃料电池温度被维持在阈值温度以上达规定时间段以上时间”。
图5A是图示在运转控制过程期间燃料电池温度(FC温度)的时序图。图5B是图示在运转控制过程期间输出电流(FC电流)的时序图。图5C是图示在运转控制过程期间阴极背压的时序图。图5D是图示在运转控制过程期间燃料电池100的阻抗的时序图。
在图5A至图5D所示的示例中，驾驶员在时间t1完全下压加速踏板。响应于加速踏板的下压，被供应到燃料电池100的反应气体的量增加，导致由燃料电池100产生的电量的增加。然后，如图5A所示，燃料电池温度从温度T1开始增加并在时间t2达到阈值温度ThT，接着燃料电池温度被维持在温度T2直到时间t4，驾驶员在时间t4减小加速踏板的下压量。在时间t3处，从时间t2起流逝的时间Δt，即在燃料电池温度达到阈值温度ThT之后已经流逝的时间，变得等于或长于规定时间段。因而，在于时间t3处或时间t3之后被执行的步骤S110中，燃料电池温度被确定为被维持在阈值温度ThT以上达规定时间段以上。在驾驶员在时间t4处减小加速踏板的下压量后，由燃料电池100产生的电量和热量被减少。因而，燃料电池温度在时间t5降低到阈值温度ThT以下。此后，燃料电池温度达到温度T1，T1是时间t1前的温度。如上所述，燃料电池温度在时间t5降低到阈值温度以下。在于时间t5处或时间t5之后被执行的步骤S115中，燃料电池温度被确定为低于阈值温度，并执行湿润运转。
在第一实施例中，阈值温度ThT被设置为在除了燃料电池温度外的相同条件下在各电池110的阴极处的水平衡是正值的温度范围与各电池110的阴极处的水平衡是负值的温度范围之间的边界处的温度。“在阴极处的水平衡”指通过从流入阴极的水量和在阴极产生的水量的总和中减去从电池110的阴极排放的水的总量所获得的值。在第一实施例中，水平衡通过表达式(1)计算：
表达式(1)：水平衡＝产生的水的量-被带走的水的量-向前扩散的水的量+向后扩散的水的量。
在表达式(1)中，“产生的水的量”指在阴极处通过电化学反应产生的水的量；“被带走的水的量”指被随着阴极废气排放的水(水蒸气)的量；“向前扩散的水的量”指在图2中所示的向前扩散的水W11的量；“向后扩散的水的量”指在图2中所示的向后扩散的水W12的量。被带走的水的量与燃料电池温度有关。特别地，燃料电池温度的上升导致饱和水蒸气压力的增加和被带走的水的量的增加，结果水平衡降低。与此相反，燃料电池温度的降低导致饱和水蒸气压力的降低和被带走的水的量的减少，结果水平衡增加。水平衡根据燃料电池温度而变化，并且水平衡在某个燃料电池温度处变成零。例如通过实验确定这样的燃料电池温度，并在阈值存储单元620中将被确定的温度预先存储为阈值温度ThT。阈值温度ThT可以被设置为例如80℃。温度T1可以被设置为例如50℃，并且温度T2可以被设置为例如90℃。流逝的时间Δt可以是任意时间，诸如一秒钟、一分钟或三至五分钟。
如图5B所示，燃料电池100的输出电流从电流I1(在时间t1)开始增加并在短时间内达到电流I2。接着，输出电流在时间t4开始降低并达到电流I1，驾驶员在时间t4减小加速踏板的下压量。电流I1可以被设置为例如15A至50A，并且电流I2可以被设置为例如300A至500A。
如图5C所示，通过实线指示阴极背压的变化(第一实施例)，并通过交替的长短虚线指示阴极背压的变化(对比示例)。在对比示例中，主要根据燃料电池100的燃料电池温度和输出电流设置阴极背压。在对比示例中，当燃料电池100的阻抗等于或高于指示电解质膜90的干燥状态的规定阈值ThR时，阴极背压被设置到最大可能的值。
如上所述，在时间t3，燃料电池温度已经维持在阈值温度ThT以上达规定时间段Δt以上时间。因而，当燃料电池温度在t5降低到阈值温度ThT以下时，执行步骤S205，并且阴极背压被调节到最大可能的值。如图5C所示，阴极背压从时间t1随着燃料电池温度的增加和燃料电池100的输出电流的增加而从压力P1逐渐增加，并在时间t2达到最大值P2。然后，阴极背压被维持在压力P2，同时燃料电池100的燃料电池温度和输出电流被维持不变。阴极背压随着燃料电池温度的降低而稍微下降，但是响应于在时间t4处的湿润运转的执行而被返回到最大压力P2。阴极背压被维持在最大可能的值直到在步骤S210中的前述三个条件中的任意一个被满足。压力P1可以被设置为例如100KPa，并且压力P2可以被设置为例如250KPa。
如图5D所示，由于以下原因，燃料电池100的阻抗(即，燃料电池100的干燥度)随着燃料电池温度的增加而从阻抗R1逐渐增加，阻抗R1为时间t1以前的值。燃料电池温度的增加导致各电池110的阴极处的饱和水蒸气压力增加，结果被阴极废气带走的水蒸气的量增加。在图5D所示的示例中，燃料电池100的阻抗增加到阻抗R2，并接着被维持在该值直到时间t4，燃料电池温度在时间t4开始降低。燃料电池温度在时间t4的降低导致燃料电池100的阻抗的降低。发明人发现这样的事实，即纵使通过调节阴极背压到最大可能的值减少被阴极废气带走的水的量，但是燃料电池100的阻抗重新开始增加并且电解质膜90的干燥进一步继续，因为燃料电池温度被维持在阈值温度ThT以上达相对长的时间(即，达规定时间段Δt以上时间)。在图5D所示的示例中，燃料电池100的阻抗重新开始增加并接着在时间t6达到阻抗R3并被维持在阻抗R3直到时间t8。燃料电池100的阻抗在时间t8开始降低并在时间t10被返回到阻抗R1(即，在时间t1以前的值)。在第一实施例中，当燃料电池温度降低到阈值温度ThT以下时，阴极背压被调节到最大可能的值。因而，如以下详细描述的，燃料电池100的阻抗被重新增加的最大阻抗R3相对低，并且从燃料电池100的阻抗重新增加到阻抗R3的时间到燃料电池的阻抗被返回到阻抗R1的时间的时间段(即，从时间t6到时间t10的时间段)相对短。
如图5C中的交替长短虚线所指示的，在对比示例中，阴极背压在时间t4开始增加并接着被返回到压力P1(即，时间t1以前的值)，并被维持在压力P1一段时间。然而，如在第一实施例中，燃料电池100的阻抗在时间t7重新增加到规定阈值ThR或更大值。在对比示例中，当燃料电池100的阻抗重新增加到规定阈值ThR或更大值时，阴极背压响应于燃料电池100的阻抗而被调节。因而，如图5C所示，在时间t7之后，阴极背压随着燃料电池100的阻抗的增加而增加，并到达最大压力P2。如图5D所示，即使在时间t7之后，燃料电池100的阻抗增加并且达到阻抗R4，并接着被维持在阻抗R4一段时间。然后，燃料电池100的阻抗开始降低并在时间t11被返回到阻抗R1(即，在时间t1以前的值)。如图5C所示，燃料电池100的阻抗开始降低，并且接着在时间t9之后阴极背压降低到压力P1(即，在时间t1以前的值)，燃料电池100的阻抗在时间t9处降低到阈值ThR以下。
如图5D所示，在对比示例中燃料电池100的阻抗重新增加到的最大阻抗R4高于第一实施例中的最大阻抗R3。在对比示例中从燃料电池100的阻抗达到阻抗R4的时间到其阻抗返回到阻抗R1的时间的时间段(即，从时间t7到时间t11的时间段)比在第一实施例中从燃料电池100的阻抗达到阻抗R3的时间到其阻抗返回到阻抗R1的时间的时间段长。其原因可能如下。因为阴极背压随着燃料电池温度的降低而降低，不能够充分地获得减少通过阴极废气带走的水的量的效果。该效果被认为是通过增加阴极背压获得的。结果，在那之后，电解质膜90的干燥显著地继续进行。
与此相反，在第一实施例中，当燃料电池温度被维持在阈值温度ThT以上达规定时间段Δt以上时间，并且接着燃料电池温度降低到阈值温度ThT以下时，通过将阴极背压调节到最大可能的值，被阴极废气带走的水的量被减少，不管燃料电池100是否处于干燥状态(即，不管燃料电池100的阻抗是否是高的)。因而，防止电解质膜90的过度干燥。因而，即使当在燃料电池的温度降低之后燃料电池100的阻抗增加时，最大阻抗被保持在相对低的值，并且从燃料电池阻抗达到最大可能的值到阻抗返回到原始值的时间段被减短。
在上述第一实施例的燃料电池系统10中，当燃料电池温度被维持在阈值温度ThT以上达规定时间段Δt以上时间，并且然后燃料电池温度降低到阈值温度ThT以下时，执行湿润运转。因而，当电解质膜90将进入干燥状态有高的可能性时，湿润运转被启动，早于在如下情况中，在该情况中，在根据所测量的电池110的阻抗确定各电池110的电解质膜90处于干燥状态之后，启动湿润运转。即使当在燃料电池的温度降低之后燃料电池100的阻抗增加时，最大阻抗被保持在低的值，并且从燃料电池阻抗达到最大可能的值到阻抗返回到原始值的时间段被减短。因而，防止电池110的电解质膜的过度干燥。
因为湿润运转被执行使得阴极背压被调节到最大可能的值，被阴极废气带走的水的量被减少，并且防止各电池100的电解质膜90的过度干燥。
阈值温度ThT被设置为在各电池110的阴极处的水平衡是正值的温度范围与各电池110的阴极处的水平衡是负值的温度范围之间的边界处的温度。当燃料电池温度超过阈值温度ThT时，水平衡变成负值。当水平衡被维持在负值时，继续电池110的电解质膜90的干燥。因而，边界处的温度被设为阈值温度ThT。因此，与阈值温度ThT被设置为例如高于边界处的温度的值的情形相比，能更可靠地防止电池110的电解质膜90的干燥。
以下，将描述根据本发明的第二实施例的燃料电池系统。因为第二实施例的燃料电池系统具有与第一实施例的燃料电池系统10的系统构造相同的系统构造，与第一实施例中的那些组件相同的组件将由与第一实施例中的那些参考标记相同的参考标记表示，并将省略其详细描述。第二实施例中的湿润运转不同于第一实施例中的湿润运转，如图4中的过程中的步骤S205所示。因为湿润运转的其它步骤与第一实施例中的那些步骤相同，所以与第一实施例的那些步骤相同的步骤将由相同的步骤标志表示，并且省略其详细描述。
在根据第二实施例的湿润运转的步骤S205a中，空气流量控制器613控制空气压缩机320的旋转速度，使得待被供应到燃料电池100的空气的流量被调节到规定值(上限)或更低。在第二实施例的步骤S205a中使用的供应空气的流量的规定值(上限)被设置，以便满足以下条件，即“水平衡高于在燃料电池100的正常运转期间的水平衡”(下文中，该条件将被称为“条件A”)。如表达式(1)所指示的，通过降低被带走的水的量使阴极处的水平衡增加。待被供应到燃料电池100的空气的流量的减少导致被带走的水的量的减少，结果是水平衡增加。在第二实施例中，供应空气的流量被变小，以获得比正常运转期间更高的水平衡。如上所述，将水平衡设置为比正常运转期间的水平衡更高，使其能够比正常运转期间更可靠地防止各电池110的电解质膜90的干燥。
在除了待被供应到燃料电池100的空气的流量外的相同的运转条件下，通过将供应空气的流量设置为比正常运转期间的供应空气的流量更低，从而使被带走的水的量小于正常运转期间被带走的水的量。这样，使水平衡高于正常运转期间的水平衡。在第二实施例中，作为满足条件A的值，供应空气的规定流量被设置为低于在正常运转期间的供应空气的流量。在燃料电池100的电流输出不变的条件下，供应空气的流量的减少导致空气的化学计量比(空气电流比)的降低。在这样的条件下，可以执行步骤S205来控制空气压缩机320的旋转速度，使得空气化学计量比被调节到等于或低于满足条件A的规定值的值。“正常运转”指在空气化学计量比为例如1.3至1.8处的燃料电池100的运转控制。当燃料电池系统10被用在如在第二实施例中的燃料电池车辆中时，“正常运转”指车辆在正常状态行进时燃料电池100的运转控制。因而，“正常运转”不包括在间歇或瞬态驱动期间燃料电池100的运转控制。
上述第二实施例的燃料电池系统体现出与通过第一实施例的燃料电池系统10获得的那些优势效果相似的优势效果。
以下，将描述根据本发明的第三实施例的燃料电池系统。因为第三实施例的燃料电池系统具有与第一实施例的燃料电池系统10的系统构造相同的系统构造，与第一实施例中的那些组件相同的组件将由与第一实施例中的那些参考标记相同的参考标记表示，并将省略其详细描述。第三实施例中的湿润运转不同于第一实施例中的湿润运转，如图4中的过程中的步骤S205所示。因为湿润运转的其它步骤与第一实施例中的那些步骤相同，所以与第一实施例的那些步骤相同的步骤将由相同的步骤标志表示，并且省略其详细描述。
在根据第三实施例的湿润运转的步骤S205b中，氢气流量控制器614控制循环泵240，使得待被供应到燃料电池100的氢气的流量被调节到规定值(下限)以上。在第三实施例的步骤S205b中使用的供应氢气的流量的规定值(下限)被设置，以便满足在第二实施例中的条件A。在循环泵240的控制下氢气流量的增加导致被氢气的流动带到阳极的下游部分的向前扩散的水W11(见图2)的部分的量增加，结果是向后扩散的水W12的量增加。如表达式(1)所指示的，向后扩散的水W12的量的增加导致阴极处水平衡的增加。在除了待被供应到燃料电池100的氢气的流量外的相同的运转条件下，通过将供应氢气的流量设置为比正常运转期间的供应氢气的流量更高，从而使向后扩散的水W12的量大于正常运转期间向后扩散的水W12的量。这样，使水平衡高于正常运转期间的水平衡。在第三实施例的步骤S205b中使用的供应氢气的规定流量被设置，以便满足条件A。“正常运转”如以上在第二实施例中所述。
上述第三实施例的燃料电池系统体现出与通过第一实施例的燃料电池系统10获得的那些优势效果相似的优势效果。
以下将描述前述实施例的改进示例。以下将描述改进示例1。在第一实施例中，在湿润运转的步骤S205中，背压阀340被控制使得通过背压阀340将阴极背压调节到最大可能的值。可替代地，本发明可以包括任意其它实施例。例如，背压阀340可以被控制使得阴极背压被调节到高于燃料电池100的正常运转期间的阴极背压。在该改进示例中，在除了阴极背压外的相同条件下，条件A被满足，如在第二和第三实施例中一样。即，该改进示例体现出与通过第一实施例获得的优势效果相似的优势效果，因为通过阴极背压的调节，调节被带走的水的量，使得水平衡高于在燃料电池100的正常运转期间的水平衡。
以下将描述改进示例2。在前述实施例中，在步骤S110中的阈值温度等于在步骤S115中的阈值温度。可替代地，本发明包括任意其它实施例。例如，在步骤S110中的阈值温度(下文中，将称为“第一阈值温度”)和在步骤S115中的阈值温度(下文中，将称为“第二阈值温度”)可以被设置，使得第二阈值温度等于或小于第一阈值温度。例如，第一阈值温度可以被设置为75℃、80℃、85℃或90℃，并且第二阈值温度可以被设置为等于或小于第一阈值温度的温度，诸如70℃、75℃、80℃、85℃或90℃。因而，本发明的燃料电池系统可以采用如下所述的运转控制器610。当燃料电池温度被维持在第一阈值温度以上达规定时间段以上时间，并且接着燃料电池温度降低到等于或小于第一阈值温度的第二阈值温度以下时，运转控制器610控制燃料电池100的运转控制，使燃料电池100执行湿润运转，在湿润运转中，燃料电池100处的水平衡高于在燃料电池100的正常运转期间的水平衡。
以下将描述改进示例3。在前述实施例中，阈值温度ThT被设置为在各电池110的阴极处的水平衡是正值的温度范围与各电池110的阴极处的水平衡是负值的温度范围之间的边界处的温度。可替代地，本发明可以包括任意其它实施例。例如，阈值温度ThT可以被设置为高于或低于第一边界处的温度的温度。当高于边界处的温度的阈值温度ThT被设置时，流逝的时间Δt可以被缩短，然而当低于边界处的温度的阈值温度被设置时，流逝的时间Δt可以被延长。
以下将描述改进示例4。在前述实施例中，当三个条件1至3中的任意一个被满足时，湿润运转被终止。可替代地，本发明可以包括任意其它实施例。例如，在步骤S205、S205a或S205b开始后，当加速踏板的下压量增加到规定值或更大值时，湿润运转可以被终止。在该改进示例中，可以在满足条件1的情况下执行该过程。即，当电池110的电解质膜90不再处于干燥状态或当电解质膜90被允许进入干燥状态时，可以终止湿润运转。
以下将描述改进示例5。在前述实施例中，燃料电池系统10被安装在燃料电池车辆中并被用作驱动电源。可替代地，本发明可以包括任意其它实施例。例如，燃料电池系统10可以被安装和使用在需要驱动电源的任意其它车辆中，诸如电动车辆。可替代地，燃料电池系统10可以被用作在办公室建筑或房子内部或外部的固定电源。在前述实施例中，燃料电池100是聚合物电解质燃料电池。可替代地，燃料电池100可以是各种类型的燃料电池，诸如磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池或固体氧化物燃料电池。
以下将描述改进示例6。在前述实施例中的各个实施例中所述的燃料电池系统10仅是一个示例，并可以被以各种形式改进。例如，可以将加湿器布置在氧化剂气体供应通道311上，在空气压缩机320的下游位置，使得被加湿的空气被供应到燃料电池100。在这种情况下，通过表达式(2)说明燃料电池110的阴极处的水平衡：
表达式(2)：水平衡＝产生的水的量－被带走的水的量－向前扩散的水的量+向后扩散的水的量+用于加湿的水的量。第二燃料气体排放通道264可以与氧化剂气体排放通道332分开，使得这些通道独立地排放废气。第一实施例中的步骤S205、第二实施例中的步骤S205a和第三实施例中的步骤S205b中的至少两个步骤可以被以组合方式执行。这些步骤的组合更有效地防止电解质膜90的干燥。在各个实施例中，所述构造由硬件实施，并且改进示例可以通过软件被部分地实施。可替代地，通过软件实施的构造可以通过硬件部分地实施。当通过软件实施本发明的部分或全部功能时，该软件(计算机程序)可以被设置为包含所述程序的计算机可读的记录介质的形式。在本发明中，“计算机可读记录介质”涵盖：便携式记录介质，诸如软盘和CD-ROM；计算机内部存储器，诸如RAM和ROM；和安装到计算机的外部存储装置，诸如硬盘驱动骑。即，“计算机可读记录介质”涵盖用于临时或长期数据存储的记录介质。
前述实施例和改进示例不应被解释为限制本发明，并且在不背离本发明的范围的情况下可以实现各种形式。例如，在实施例和改进示例中所述的对应于在“发明内容”部分中所描述的方面的那些技术特征的技术特征可以根据需要被替换或组合，以部分地或完全地解决前述问题，或部分地或完全地获得前述优势效果。除非技术特征在说明书中被描述为必要技术特征，否则它们可以被根据需要省略。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池(100)，所述燃料电池(100)包括电解质膜(90)；
传感器(450)，所述传感器(450)被配置为测量所述燃料电池(100)的温度；以及
控制器(610)，所述控制器(610)被配置为：当通过所述传感器(450)测量的所述燃料电池(100)的所述温度维持在第一阈值温度以上达到规定时间段以上、并且然后所述燃料电池(100)的所述温度降低到低于第二阈值温度时，所述控制器(610)使所述燃料电池(100)执行湿润运转，以将在所述燃料电池(100)的阴极处的水平衡增加到比在所述燃料电池(100)的正常运转期间的所述阴极处的水平衡高的值，其中，所述第二阈值温度等于或低于所述第一阈值温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
阴极废气排放通道，所述阴极废气排放通道被布置在所述燃料电池(100)中；以及
压力调节器(340)，所述压力调节器(340)被配置为调节所述阴极废气排放通道中的压力，
其中，所述控制器(610)被配置为：通过控制所述压力调节器(340)使所述燃料电池(100)来执行所述湿润运转，以使得在所述阴极废气排放通道中的所述压力增加到比在所述燃料电池(100)的所述正常运转期间的所述阴极废气排放通道中的压力高的值。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，进一步包括：
阴极反应气体供应器(320)，所述阴极反应气体供应器(320)被配置为将阴极反应气体供应到所述燃料电池(100)，
其中，所述控制器(610)被配置为：通过控制所述阴极反应气体供应器(320)来使所述燃料电池(100)执行所述湿润运转，以使得被供应到所述燃料电池(100)的所述阴极反应气体的流量被降低到比在所述燃料电池(100)的所述正常运转期间被供应到所述燃料电池(100)的所述阴极反应气体的流量低的值。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，进一步包括：
阳极反应气体供应通道(261)，通过所述阳极反应气体供应通道(261)将阳极反应气体供应到所述燃料电池(100)；
阳极废气排放通道(262)，通过所述阳极废气排放通道(262)排放来自所述燃料电池(100)的阳极废气；
循环通道(263)，所述循环通道(263)将所述阳极反应气体供应通道(261)和所述阳极废气排放通道(262)彼此连接；
泵(240)，所述泵(240)被布置在所述循环通道(263)上，所述泵(240)被配置为将所述阳极废气中的至少一部分供应到所述阳极反应气体供应通道(261)；
阴极反应气体供应通道，通过所述阴极反应气体供应通道将阴极反应气体供应到所述燃料电池(100)；以及
阴极废气排放通道，通过所述阴极废气排放通道排放来自所述燃料电池(100)的阴极废气，
其中，所述阴极反应气体被供应到所述燃料电池(100)的所述电解质膜(90)的一侧，并且所述阳极反应气体被供应到所述燃料电池(100)的所述电解质膜(90)的另一侧，并且所述阴极反应气体被供应到所述燃料电池(100)的方向与所述阳极反应气体被供应到所述燃料电池(100)的方向相反，并且
其中，所述控制器(610)被配置为：通过控制所述泵(240)来使所述燃料电池(100)执行所述湿润运转，以使得在所述循环通道(263)中的所述阳极废气的流量被增加到比在所述燃料电池(100)的所述正常运转期间的所述循环通道(263)中的所述阳极废气的流量高的值。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，进一步包括：
阻抗计(521)，所述阻抗计(521)被配置为测量所述燃料电池(100)的阻抗，
其中，所述控制器(610)被配置为：当由所述阻抗计(521)测量的所述阻抗是规定值以下、并且由所述传感器(450)测量的所述燃料电池(100)的所述温度从等于或高于所述第二阈值温度的温度被降低到比所述第二阈值温度低的温度时，所述控制器(610)启动用于使所述燃料电池(100)执行所述湿润运转的控制。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述第一阈值温度是：在除了所述燃料电池(100)的所述温度外的相同的运转条件下，在所述水平衡为正值时的温度范围与所述水平衡为负值时的温度范围之间的边界处的温度。
7.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，进一步包括：
阻抗计(521)，所述阻抗计(521)被配置为测量所述燃料电池(100)的阻抗，
其中，
所述控制器(610)被配置为：当由所述传感器(450)测量的所述燃料电池(100)的所述温度从等于或高于所述第二阈值温度的温度被降低到比所述第二阈值温度低的温度时，启动用于使所述燃料电池(100)执行所述湿润运转的控制，并且
所述控制器(610)被配置为：当三个条件i)至iii)中的任意一个条件被满足时，终止用于使所述燃料电池(100)执行所述湿润运转的所述控制：
i)所述燃料电池(100)的所述温度重新增加到所述第一阈值温度以上；
ii)在所述燃料电池(100)开始执行所述湿润运转之后，由所述阻抗计(521)测量的所述燃料电池(100)的所述阻抗增加到等于或高于指示所述燃料电池(100)的干燥状态的规定阈值并且然后降低到该阈值以下；以及
(iii)在所述燃料电池(100)开始执行所述湿润运转之后，流逝了规定时间段。
8.一种控制包括电解质膜(90)的燃料电池(100)的运转的方法，所述方法包括：
测量所述燃料电池(100)的温度；以及
当所述燃料电池(100)的所述温度维持在第一阈值温度以上达到规定时间段以上、并且然后所述燃料电池(100)的所述温度降低到低于第二阈值温度时，使所述燃料电池(100)执行湿润运转，以将在所述燃料电池(100)的阴极处的水平衡增加到比在所述燃料电池(100)的正常运转期间的所述阴极处的水平衡高的值，其中，所述第二阈值温度等于或低于所述第一阈值温度。
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