CN109075360A - 燃料电池系统的湿润状态控制方法以及湿润状态控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统的湿润状态控制方法，该燃料电池系统以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向燃料电池供给阴极气体，该方法对包括旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量的湿润控制参数进行调节来控制燃料电池的湿润状态，其中，在向湿润方向控制燃料电池时，优先于对旁路阀开度的调节地对所述阴极气体流量和阴极气体压力中的任一方进行调节。

Description

燃料电池系统的湿润状态控制方法以及湿润状态控制装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统的湿润状态控制方法以及湿润状态控制装置。
背景技术
已知一种使从压缩机向阴极系统供给的阴极气体的一部分流向旁路通路从而绕过燃料电池的燃料电池系统。JP2010-114039A中公开了这种燃料电池系统的一例。
发明内容
在JP2010-114039A的燃料电池系统中，虽然压缩机按照与燃料电池的负荷相应的目标进行动作，但是从阳极排气的稀释、涡轮浪涌的避免等各种观点出发，阴极系统的压力和流量有时不同于负荷的要求地变化。其结果，存在以下担忧：不能适当地维持向燃料电池供给的阴极气体流量，不能适当地保持燃料电池的湿润状态。
本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够更适当地控制燃料电池的湿润状态的燃料电池系统的湿润状态控制方法以及湿润状态控制装置。
根据本发明的某个方式，提供一种燃料电池系统的湿润状态控制方法，该燃料电池系统以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向燃料电池供给阴极气体，该方法用于对包括旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量的湿润控制参数进行调节来控制燃料电池的湿润状态。特别是，在该湿润状态控制方法中，在向湿润方向控制燃料电池时，优先于对旁路阀开度的调节地对阴极气体流量和阴极气体压力中的至少任一方进行调节。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的燃料电池系统的结构的图。
图2是说明与湿润控制有关的控制器的整体功能的框图。
图3是说明由膜湿润F/B控制部进行的控制的详情的图。
图4是说明目标水收支的运算方式的图。
图5是说明设定润湿操作时的各湿润控制参数的优先级的逻辑的图。
图6是表示膜湿润控制图表的图。
图7是表示旁路开度与旁路流量比率的关系的图表。
图8是说明目标压力运算部的功能的图。
图9是说明目标压力的运算方式的框图。
图10是说明目标流量运算部的功能的图。
图11是说明目标流量的运算方式的框图。
图12是说明空气流量/压力F/B控制部的功能的图。
图13是说明阳极系统的控制的框图。
图14表示目标HRB转速图表的一例。
图15是说明燃料电池系统的湿润控制的流程图。
图16是说明润湿操作的流程的流程图。
图17是示出润湿操作时的各湿润控制参数的优先级与这些湿润控制参数的增减倾向的关系的表。
图18是说明某个要求负荷下的润湿操作时的燃料电池系统的状态的变化的一例的图。
图19是说明烘干操作的流程的流程图。
图20是示出烘干操作时的各湿润控制参数的优先级与这些湿润控制参数的增减倾向的关系的表。
图21是说明燃料电池系统的湿润控制中的历时流程的时序图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式中的燃料电池系统100的结构的一例的结构图。
图所示的燃料电池系统100构成以下的电源系统：从外部对作为燃料电池的燃料电池堆1供给发电所需的阳极气体(燃料)和阴极气体(空气)，根据电气负荷来使燃料电池发电。
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、负载装置5、阻抗测量装置6以及控制器200。
如上所述，燃料电池堆1是层叠多个燃料电池而成的层叠电池。燃料电池堆1与负载装置5连接，向负载装置5供给电力。燃料电池堆1例如产生数百V(伏特)的直流的电压。另外，构成燃料电池堆1的燃料电池主要由电解质膜、阳极电极以及阴极电极构成。在此，电解质膜在适度的湿润度(含水量)下呈现良好的导电性。下面，将各该燃料电池中的电解质膜的湿润状态记载为“燃料电池堆1的湿润状态”、“燃料电池的湿润状态”，或者仅记载为“湿润状态”。
阴极气体供排装置2是向燃料电池堆1供给阴极气体、并且将从燃料电池堆1排出的阴极排气排出到大气的装置。
阴极气体供排装置2包括阴极气体供给通路21、压缩机22、气流表23、中冷器24、阴极压力传感器25、阴极气体排出通路26、阴极压力调节阀27、旁路通路28以及旁路阀29。
阴极气体供给通路21是用于向燃料电池堆1供给阴极气体的通路。阴极气体供给通路21的一端开口，另一端与燃料电池堆1的阴极气体入口孔连接。
压缩机22将包含氧的空气供给到由阴极气体供给通路21、燃料电池堆1、旁路通路28以及阴极气体排出通路26形成的阴极系统。压缩机22设置于阴极气体供给通路21的一端的开口端。
另外，压缩机22由压缩机马达22a驱动，将空气从阴极气体供给通路21的开口端吸入到燃料电池系统100内，经由阴极气体供给通路21供给到燃料电池堆1。压缩机马达22a的转速、即压缩机22的输出(下面也记载为压缩机输出)由控制器200来控制。
具体地说，在压缩机马达22a中设置有检测其转速的转速传感器22b。转速传感器22b将压缩机马达22a的转速的检测信号输出到控制器200。然后，控制器200基于来自转速传感器22b的检测信号来调节压缩机马达22a的转速、即压缩机22的输出。此外，压缩机22例如能够由涡轮式压缩机、容积式压缩机构成。
气流表23设置于压缩机22的入口。气流表23作为检测向阴极气体供给通路21供给的阴极气体的流量的阴极气体流量获取部而发挥功能。下面，将该阴极气体的流量也记载为“压缩机流量”。气流表23将压缩机流量的检测信号输出到控制器200。
中冷器24对从压缩机22喷出到阴极气体供给通路21并被送至燃料电池堆1的空气进行冷却。
阴极压力传感器25设置于阴极气体供给通路21上的、中冷器24与燃料电池堆1之间且阴极气体供给通路21与旁路通路28的合流部的上游。阴极压力传感器25对阴极气体排出通路26中的阴极气体的压力进行检测。下面，将阴极气体排出通路26中的阴极气体的压力也记载为“阴极气体压力”。阴极压力传感器25将阴极气体压力的检测信号输出到控制器200。
阴极气体排出通路26是用于从燃料电池堆1排出阴极排气的通路。阴极气体排出通路26的一端与燃料电池堆1的阴极气体出口孔连接，另一端开口。
阴极压力调节阀27对阴极气体系的压力进行调整。阴极压力调节阀27设置于阴极气体排出通路26上的、阴极气体排出通路26与旁路通路28的合流部的下游。作为阴极压力调节阀27，例如使用能够阶段性地变更阀的开度的电磁阀。阴极压力调节阀27由控制器200来进行开闭控制。通过该开闭控制，来将阴极气体压力调节为期望的压力。随着阴极压力调节阀27的开度变大，阴极压力调节阀27打开，随着阴极压力调节阀27的开度变小，阴极压力调节阀27闭合。此外，阴极压力调节阀27也可以设置于阴极气体排出通路26上的、阴极气体排出通路26与旁路通路28的合流部的上游。
旁路通路28是使来自压缩机22的阴极气体的一部分绕过燃料电池堆1的通路。在本实施方式中，旁路通路28以横跨的方式连接于阴极气体供给通路21上的阴极压力传感器25的下游部分以及阴极气体排出通路26上的阴极压力调节阀27的上游部分。
旁路阀29设置于旁路通路28。旁路阀29是对绕过燃料电池堆1地向阴极气体排出通路26供给的阴极气体流量(下面，也记载为“旁路流量”)进行调节的阀，构成为能够由控制器200连续地调节开度。此外，下面，将从压缩机流量减去该旁路流量所得到的向燃料电池堆1的阴极气体的供给流量(燃料电池供给流量)也记载为“堆供给流量”。
另外，在旁路阀29处设置有检测其开度的开度传感器29a。开度传感器29a将旁路阀29的开度(下面，也仅记载为“旁路阀开度”)的检测信号输出到控制器200。
阳极气体供排装置3是向燃料电池堆1供给阳极气体、并且将从燃料电池堆1排出的阳极排气导入到燃料电池堆1来使阳极排气循环的装置。
阳极气体供排装置3包括高压罐31、阳极气体供给通路32、阳极压力调节阀33、引射器34、阳极气体循环通路35、阳极气体循环风机36、阳极压力传感器37、放气通路38以及放气阀39。
高压罐31将要向燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来进行贮存。
阳极气体供给通路32是用于将高压罐31中贮存的阳极气体供给到燃料电池堆1的通路。阳极气体供给通路32的一端与高压罐31连接，另一端经由引射器34来与燃料电池堆1的阳极气体入口孔连接。
阳极压力调节阀33对构成燃料系统的阳极气体供给通路32的压力进行调整。阳极压力调节阀33设置于高压罐31与引射器34之间的阳极气体供给通路32。通过改变阳极压力调节阀33的开度，向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力上升或下降。
作为阳极压力调节阀33，例如使用能够阶段性地变更阀的开度的电磁阀。阳极压力调节阀33由控制器200来进行开闭控制。通过该开闭控制，来调节向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力。
引射器34设置于阳极压力调节阀33与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路32。引射器34是在阳极气体循环通路35合流于阳极气体供给通路32的部分处设置的机械式泵。
阳极气体循环通路35是构成燃料系统的通路，经由引射器34的吸引口来与阳极气体供给通路32连接。
阳极气体循环风机36在阳极气体循环通路35内设置于引射器34的上游。阳极气体循环风机36借助引射器34来使阳极排气循环到燃料电池堆1。阳极气体循环风机36的转速由控制器200来控制。由此，对在阳极气体循环通路35中循环的阳极气体的流量进行调整。下面，将向燃料电池堆1循环的阳极气体的流量也记载为“阳极气体循环流量”。
阳极压力传感器37设置于引射器34与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路32。阳极压力传感器37检测向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力。下面，将向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力也仅记载为“阳极气体压力”。阳极压力传感器37将检测阳极气体压力所得到的信号输出到控制器200。
放气通路38设置成从阳极气体循环通路35分支出来，合流到比阴极压力调节阀27更靠下游侧的阴极气体排出通路26。放气通路38是将阳极排气所包含的氮气、因发电而产生的生成水等杂质排出到外部的通路。由此，借助放气通路38排出的阳极排气在阴极气体排出通路26与阴极排气混合，因此混合气体中的氢浓度被维持为规定值以下。
放气阀39设置于放气通路38。放气阀39根据其开度来调节借助放气通路38排出的杂质的排出量。放气阀39的开度由控制器200来控制。
此外，也可以在阳极气体循环通路35与放气通路38的合流部处设置气液分离装置，将杂质分离为液体成分和气体成分，将液体成分从未图示的排出系统排出到系统外部，并且仅使气体成分流过放气通路38。
堆冷却装置4是对燃料电池堆1的温度进行冷却的装置。堆冷却装置4包括冷却水循环通路41、冷却水泵42、散热器43、冷却水旁路通路44、三通阀45、入口水温传感器46以及出口水温传感器47。
冷却水循环通路41是使冷却水循环到燃料电池堆1的通路。冷却水循环通路41的一端与燃料电池堆1的冷却水入口孔连接，另一端与燃料电池堆1的冷却水出口孔连接。
冷却水泵42设置于冷却水循环通路41。冷却水泵42经由散热器43来向燃料电池堆1供给冷却水。冷却水泵42的转速由控制器200来控制。
散热器43设置于比冷却水泵42更靠下游的冷却水循环通路41。散热器43利用风扇来冷却在燃料电池堆1的内部被加温的冷却水。
冷却水旁路通路44是绕过散热器43的通路，是使从燃料电池堆1排出的冷却水返回到燃料电池堆1地进行循环的通路。冷却水旁路通路44的一端连接于冷却水循环通路41上的冷却水泵42与散热器43之间，另一端与三通阀45的一端连接。
三通阀45调整向燃料电池堆1供给的冷却水的温度。三通阀45例如通过恒温器来实现。三通阀45设置在散热器43与燃料电池堆1的冷却水入口孔之间的冷却水循环通路41上的与冷却水旁路通路44合流的部分处。
入口水温传感器46和出口水温传感器47对冷却水的温度进行检测。冷却水的温度被用作燃料电池堆1的温度或者阴极气体的温度。
入口水温传感器46设置于位于燃料电池堆1中形成的冷却水入口孔的附近的冷却水循环通路41。入口水温传感器46对流入燃料电池堆1的冷却水入口孔的冷却水的温度进行检测。下面，将流入燃料电池堆1的冷却水入口孔的冷却水的温度称为“堆入口水温”。入口水温传感器46将堆入口水温的检测信号输出到控制器200。
出口水温传感器47设置于位于在燃料电池堆1形成的冷却水出口孔的附近的冷却水循环通路41。出口水温传感器47对从燃料电池堆1排出的冷却水的温度进行检测。下面，将从燃料电池堆1排出的冷却水的温度称为“堆出口水温”。出口水温传感器47将堆出口水温的检测信号输出到控制器200。
在本实施方式中，在控制器200中计算入口水温传感器46和出口水温传感器47各自的检测值的平均值。然后，该平均值被用作堆温度。此外，堆温度不限于设为入口水温传感器46和出口水温传感器47各自的检测值的平均值，例如，控制器200也可以获取入口水温传感器46和出口水温传感器47各自的检测值的较小的检测值或较大的检测值来作为堆温度。
接受从燃料电池堆1供给的发电电力来驱动负载装置5。作为负载装置5，例如能够列举出驱动车辆的电动马达、控制电动马达的控制单元、辅助燃料电池堆1的发电的辅机等。作为燃料电池堆1的辅机，例如能够列举出压缩机22、阳极气体循环风机36以及冷却水泵42等。
此外，对负载装置5进行控制的控制单元将负载装置5的动作所需的电力作为对于燃料电池堆1的要求电力来输出到控制器200。例如，随着设置于车辆的加速踏板的踏下量变大，负载装置5的要求电力变大。在本实施方式中，该负载装置5的要求电力相当于要求负荷。
在负载装置5与燃料电池堆1之间配置电流传感器51和电压传感器52。
电流传感器51连接于燃料电池堆1的正极端子1p与负载装置5的正极端子之间的电源线。电流传感器51对从燃料电池堆1向负载装置5输出的电流进行检测。下面，将从燃料电池堆1向负载装置5输出的电流也记载为“堆输出电流”。电流传感器51将堆输出电流的检测信号输出到控制器200。
电压传感器52连接于燃料电池堆1的正极端子1p与负极端子1n之间。电压传感器52对作为正极端子1p与负极端子1n之间的电压的端子间电压进行检测。下面，将燃料电池堆1的端子间电压称为“堆输出电压”。电压传感器52将堆输出电压的检测信号输出到控制器200。
阻抗测量装置6作为获取电解质膜的湿润状态的湿润状态获取装置而发挥功能。阻抗测量装置6与燃料电池堆1连接，对与电解质膜的湿润状态有相关性的燃料电池堆1的内部阻抗进行测定。
一般来说，电解质膜的含水量(水分)越少、即电解质膜越偏干，则内部阻抗越大。另一方面，电解质膜的含水量越多、即电解质膜越偏湿，则内部阻抗越小。因此，在本实施方式中，作为表示电解质膜的湿润状态的参数，使用燃料电池堆1的内部阻抗。
而且，阻抗测量装置6例如供给适于检测电解质膜的电阻的高频的交流电流，将输出的交流电压的振幅除以该交流电流的振幅，由此计算内部阻抗。
下面，将基于该高频的交流电压和交流电流计算出的内部阻抗也记载为HFR(HighFrequency Resistance：高频电阻)。阻抗测量装置6将计算出的HFR值作为HFR测定值输出到控制器200。
控制器200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。
控制器200至少获取来自阻抗测量装置6、转速传感器22b、气流表23、阴极压力传感器25、开度传感器29a、阳极压力传感器37、入口水温传感器46、出口水温传感器47以及大气压传感器50的各检测信号以及来自负载装置5的要求负荷等来作为输入信号。
特别是，在本实施方式中，控制器200基于上述各输入信号来对压缩机22(压缩机马达22a)、阴极压力调节阀27以及旁路阀29进行操作，从而对压缩机流量、阴极气体压力以及旁路阀开度(旁路流量)进行调节。并且，控制器200对阳极压力调节阀33的开度和阳极气体循环风机36的输出进行调节，从而控制阳极气体流量和阳极气体压力。另外，控制器200根据与燃料电池系统100的运转状态有关的参数来对冷却水泵42的输出和三通阀45的开度进行调节，从而控制燃料电池堆1的温度。
特别是，在本实施方式中，控制器200进行以下的湿润控制：对压缩机流量、阴极气体压力以及旁路阀开度进行调节使得燃料电池堆1的湿润状态被维持为适于发电的状态。
即，在本实施方式的湿润控制中，控制器200主要对压缩机流量、阴极气体压力以及旁路开度这3个湿润控制参数进行控制。即，在湿润控制中由控制器200控制的致动器是压缩机22、阴极压力调节阀27以及旁路阀29。
并且，在本实施方式中，由控制器200执行的湿润控制包括“烘干操作”和“润湿操作”，该“烘干操作”是使燃料电池堆1的湿润状态向干燥(烘干)侧转变以减少电解质膜的剩余的水分的操作，该“润湿操作”是使燃料电池堆1的湿润状态向湿润方向转变以增加电解质膜的水分的操作。
润湿操作包括使压缩机流量减少的操作(使压缩机22的输出下降)、使阴极气体压力增加的操作(阴极压力调节阀27的开度的减少)以及使旁路阀开度增加的操作(旁路流量的增加)。
在此，根据使压缩机流量减少的操作，堆供给流量也减少，因此燃料电池堆1的湿润会加深。
另外，根据使阴极气体压力增加的操作，随着阴极气体压力增加，则从燃料电池堆1排出的排水量减少。因而，在燃料电池堆1内水分进一步被保持，燃料电池堆1的湿润会进一步加深。
并且，根据使旁路阀开度增加的操作，堆供给流量减少，因此燃料电池堆1的湿润会加深。
另外，烘干操作包括使旁路阀开度减少的操作(旁路流量的减少)、使阴极气体压力减少的操作(阴极压力调节阀27的开度的增加)以及使压缩机流量增加的操作(压缩机22的输出的提高)。
在此，根据使旁路阀开度减少的操作，堆供给流量增加，因此燃料电池堆1的干燥会加深。
另外，根据使阴极气体压力减少的操作，随着阴极气体压力减少，从燃料电池堆1排出的排水量增加。因而，在燃料电池堆1内水分进一步被排出，燃料电池堆1的干燥会进一步加深。
在此，根据要求负荷、稀释要求以及用于避免浪涌的最低流量来决定压缩机流量。然而，想到了以下情况：在从稀释要求、避免浪涌的观点出发压缩机流量超过根据要求负荷所需的堆供给流量的情况下，使旁路阀开度增加，使该剩余部分借助旁路通路28来绕开燃料电池，从而适当地保持堆供给流量。
然而，在该情况下，例如，当在阴极气体压力低、阴极气体供给通路21与阴极气体排出通路26的压力差大的状态下使旁路阀开度增加时，堆供给流量有时会减少到比要求还少。另外，当在压缩机流量相对于与要求负荷相应的下限流量而言过剩的状态下使旁路阀开度增加时，压缩机输出被控制为过剩的状态，消耗电力增大。
因此，在本实施方式中，将旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量作为湿润控制参数，在燃料电池的湿润状态相比于目标处于干燥侧而要进行润湿操作时，优先于使旁路阀开度增加的操作地，进行使压缩机流量减少的操作以及使阴极气体压力增加的操作。
由此，能够防止以下情况：在润湿操作时，在压缩机流量未充分地减少的状态下旁路阀开度增加，过剩地向燃料电池堆1供给阴极气体。另外，能够防止以下情况：在阴极气体压力未充分增加的状态下旁路阀开度增加，堆供给流量下降，输出电压、单电池电压下降。
并且，在燃料电池的湿润状态相比于目标处于湿润侧而要进行烘干操作时，优先于使压缩机流量增加的操作以及使阴极气体压力减少的操作地，进行使旁路阀开度减少的操作。
在此，本实施方式中的“优先”表示：在润湿操作或烘干操作时，使对压缩机流量的调节、对阴极气体压力的调节以及对旁路阀开度的调节中的一个湿润控制参数的调节量最大化(或占主导)优先于对其它湿润控制参数的调节。
例如，在本实施方式中，在润湿操作的情况下，尽可能多地调节压缩机流量(优先级1)，接着，尽可能多地调节阴极压力调节阀27的开度(优先级2)，最后，进行使旁路阀开度减少的调节(优先级3)。
下面，详细说明与本实施方式所涉及的润湿操作和烘干操作有关的控制结构及其逻辑。
图2是说明与本实施方式中的湿润控制有关的控制器200的整体功能的框图。
如图所示，控制器200具有膜湿润F/B控制部B101、目标压力运算部B102、目标流量运算部B103以及流量/压力F/B控制部B104。
膜湿润F/B控制部B101对从燃料电池的湿润状态的观点出发决定的作为阴极气体压力的目标值的湿润控制要求目标压力以及从燃料电池的湿润状态的观点出发决定的作为压缩机流量的目标值的湿润控制要求目标流量进行运算。然后，膜湿润F/B控制部B101将运算出的湿润控制要求目标压力和湿润控制要求目标流量分别输出到目标压力运算部B102和目标流量运算部B103。
目标压力运算部B102基于所输入的湿润控制要求目标压力来运算作为阴极气体压力的最终目标值的目标压力，将该目标压力输出到目标流量运算部B103和流量/压力F/B控制部B104。
目标流量运算部B103基于所输入的目标压力和湿润控制要求目标流量来运算作为压缩机流量的最终目标值的目标流量，将该目标流量输出到流量/压力F/B控制部B104。
流量/压力F/B控制部B104基于所输入的目标压力和目标流量来对压缩机22和阴极压力调节阀27进行反馈控制。下面，基于图3～图12来更详细地说明本实施方式所涉及的湿润控制中的阴极的控制。
图3是说明由膜湿润F/B控制部B101进行的控制的详情的图。
如图所示，来自负载装置5的要求负荷、由阻抗测量装置6计算出的HFR值、来自气流表23的压缩机流量的检测值(下面也记载为“压缩机流量检测值”)、来自阴极压力传感器25的阴极气体压力的检测值(下面也记载为“阴极气体压力检测值”)、基于入口水温传感器46和出口水温传感器47的检测值的堆温度、来自大气压传感器50的大气压检测值被输入到膜湿润F/B控制部B101。然后，膜湿润F/B控制部B101基于这些各值来运算湿润控制要求目标压力和湿润控制要求目标流量。在此，说明膜湿润F/B控制部B101对湿润控制要求目标压力和湿润控制要求目标流量的运算的详情。
图4是说明膜湿润F/B控制部B101对目标水收支的运算方式的图。另外，图5是说明设定由膜湿润F/B控制部B101进行的润湿操作时的各湿润控制参数的优先级的逻辑的图。
如图4和图5所示，膜湿润F/B控制部B101具有目标HFR运算部B1011、目标水收支运算部B1012、优先级设定部B1013、湿润控制要求目标压力运算部B1014、湿润控制要求目标流量运算部B1015以及目标旁路阀开度运算部B1016。
要求负荷被输入到目标HFR运算部B1011。目标HFR运算部B1011基于要求负荷，根据预先决定的膜湿润控制图表来运算作为HFR值的目标值的目标HFR。
图6是表示膜湿润控制图表的图。在膜湿润控制图表中，在要求负荷相对小的区域I，能够使要求发电量小、燃料电池内的液态水量低，因此目标HFR取相对大的规定的固定值。
另外，在要求负荷取中间的值的区域II，随着要求负荷增加，将燃料电池内进一步向湿润方向控制，适当地维持发电状态。因而，在该区域II，随着要求负荷增加，目标HFR变小。
并且，在要求负荷相对大的区域III，压缩机流量变得足够大，因此滞留于燃料电池堆1内的液态水的影响变小。因此，高要求负荷的范围内的目标HFR被设定为相对而言最小的固定值。
返回到图4，目标HFR运算部B1011输出所运算出的目标HFR。
用目标HFR减去HFR测定值所得到的值(下面，将该值也记载为“HFR偏差”)被输入到目标水收支运算部B1012。目标水收支运算部B1012基于HFR偏差来运算目标水收支。
在此，目标水收支表示伴随燃料电池堆1的发电而生成的水量与从燃料电池堆1排出到燃料电池系统100的外部的水量的收支。
即，目标水收支为表示相对于在燃料电池中作为目标的湿润状态而言的水分的过量和不足的参数。具体地说，在从目标水收支减去燃料电池堆1的实际的水收支即实际水收支所得到的值是正的值的情况下，表示处于燃料电池干燥的状态而要求润湿操作。另一方面，在从目标水收支减去实际水收支所得到的值是负的值的情况下，表示处于燃料电池的水分有剩余的状态而要求烘干操作。因而，从适当地保持燃料电池的湿润状态的观点出发，目标在于使从实际水收支减去目标水收支所得到的值为零。
在本实施方式中，目标水收支运算部B1012基于下面的式(1)来计算目标水收支QF_net_water。
[数1]
其中，
QF_H2O_in：因燃料电池的发电产生的生成水量
CC_H2O_out：阴极出口水蒸气浓度
CC_dry_out：阴极出口烘干气体浓度
QC_dry_out：阴极出口烘干气体流量。
在此，阴极出口水蒸气浓度CC_H2O_out是指燃料电池堆1的阴极出口处的阴极气体所包含的水蒸气的浓度，例如基于下述的式(2)来求出。
[数2]
其中，
PCH2O_out：阴极出口水蒸气分压
PC_out：阴极出口压力。
并且，阴极出口水蒸气分压PCH2O_out是指燃料电池堆1的阴极出口处的阴极气体所包含的水蒸气的分压，例如基于下述的式(3)来求出。
[数3]
PCH2O_out＝EXP{16.57-3985/(-39.72+Ts+273.15)} (3)
其中，EXP表示自然对数。
另外，阴极出口烘干气体浓度CC_dry_out是指燃料电池堆1的阴极出口处的阴极气体所包含的水蒸气以外的气体的浓度，基于下述的式(4)来求出。
[数4]
CC_dry_out＝1-CC_H2O_out (4)
并且，阴极出口烘干气体流量QC_dry_out是燃料电池堆1的阴极出口处的阴极气体所包含的水蒸气以外的气体的流量，基于下述的式(5)来求出。
[数5]
QC_dry_out＝QS_in-Qo_exp (5)
其中，
QS_in：堆供给流量
Qo_exp：氧消耗流量。
如已经叙述过的那样，通过从压缩机流量减去绕到旁路通路28的阴极气体的流量即旁路流量来求出堆供给流量QS_in。
另外，在本实施方式中，能够利用预先决定的图表，基于旁路阀开度和压缩机流量来计算旁路流量。
图7是表示旁路开度与旁路流量比率的关系的图表。在此，旁路流量比率λ表示与旁路阀开度相应的压缩机流量中的旁路流量的比例。因而，旁路流量＝旁路流量比率λ×压缩机流量。此外，使用图7所示的旁路流量图表，根据旁路阀开度来决定旁路流量比率λ，因此能够根据压缩机流量来求出旁路流量。
氧消耗流量Qo_exp是被燃料电池堆1内的电化学反应所消耗的阴极气体中的氧的流量。例如能够通过将预先通过实验等决定的氧消耗流量变换系数与要求负荷相乘来求出氧消耗流量Qo_exp。
然后，返回到图4，目标水收支运算部B1012将运算出的目标水收支QF_net_water输出到优先级设定部B1013。
如图5所示，压缩机流量检测值、阴极气体压力检测值、旁路阀开度、大气压检测值以及由目标水收支运算部B1012运算出的目标水收支QF_net_water被输入到优先级设定部B1013。
优先级设定部B1013基于所输入的这些值来设定用于湿润控制中的对阴极气体压力、压缩机流量以及旁路阀开度各湿润控制参数进行调节的优先级。
优先级设定部B1013根据HFR测量值，基于预先决定的水收支图表来获取实际水收支QF_net_water_R。然后，优先级设定部B1013基于目标水收支QF_net_water和实际水收支QF_net_water_R来判断是需要实施润湿操作还是需要实施烘干操作。
具体地说，优先级设定部B1013在目标水收支QF_net_water-实际水收支QF_net_water_R>0的情况下判断为需要实施润湿操作，在目标水收支QF_net_water-实际水收支QF_net_water_R≤0的情况下判断为需要实施烘干操作。下面，将目标水收支QF_net_water-实际水收支QF_net_water_R也记载为水收支偏差ΔQ。
另外，优先级设定部B1013将作为湿润状态控制参数的水收支偏差ΔQ、堆温度、压缩机流量以及旁路阀开度输出到湿润控制要求目标压力运算部B1014。并且，优先级设定部B1013将作为湿润状态控制参数的水收支偏差ΔQ、堆温度、阴极气体压力以及旁路阀开度输出到湿润控制要求目标流量运算部B1015。另外，优先级设定部B1013将作为湿润状态控制参数的水收支偏差ΔQ、堆温度、压缩机流量以及阴极气体压力输出到目标旁路阀开度运算部B1016。
特别是，在本实施方式中，优先级设定部B1013根据上述的基于水收支偏差ΔQ的正负来进行的实施润湿操作还是实施烘干操作的判断结果，来适当决定向湿润控制要求目标压力运算部B1014输出的压缩机流量和旁路阀开度、向湿润控制要求目标流量运算部B1015输出的阴极气体压力和旁路阀开度以及向目标旁路阀开度运算部B1016输出的压缩机流量和阴极气体压力。
首先，在判断为需要实施润湿操作的情况下，优先级设定部B1013将目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的压缩机流量检测值、作为旁路阀开度的0(完全闭合)输出到湿润控制要求目标压力运算部B1014。
另外，优先级设定部B1013将目标水收支、堆温度、作为阴极气体压力的阴极气体压力检测值以及作为旁路阀开度的值0输出到湿润控制要求目标流量运算部B1015。
并且，优先级设定部B1013将目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的压缩机流量检测值以及作为阴极气体压力的阴极气体压力检测值输出到目标旁路阀开度运算部B1016。
另一方面，在判断为需要实施烘干操作的情况下，优先级设定部B1013将水收支偏差、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值、作为旁路阀开度的旁路阀开度检测值输出到湿润控制要求目标压力运算部B1014。
另外，优先级设定部B1013将目标水收支、堆温度、作为阴极气体压力的大气压检测值、作为旁路阀开度的旁路阀开度检测值输出到湿润控制要求目标流量运算部B1015。
并且，优先级设定部B1013将目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值以及作为阴极气体压力的大气压检测值输出到目标旁路阀开度运算部B1016。
接着，湿润控制要求目标压力运算部B1014基于从优先级设定部B1013输入的水收支偏差ΔQ、堆温度、压缩机流量以及旁路阀开度来运算湿润控制要求目标压力。
具体地说，湿润控制要求目标压力运算部B1014以所输入的目标水收支越大(或越小)则使湿润控制要求目标压力越高(或越低)的方式进行运算。另外，湿润控制要求目标压力运算部B1014以所输入的堆温度越大(或越小)则使湿润控制要求目标压力越高(或越低)的方式进行运算。并且，湿润控制要求目标压力运算部B1014以所输入的压缩机流量越高(越低)则使湿润控制要求目标压力越高(越低)的方式进行运算。并且，湿润控制要求目标压力运算部B1014以所输入的旁路阀开度越高(越低)则使湿润控制要求目标压力越低(越高)的方式进行运算。
湿润控制要求目标流量运算部B1015基于从优先级设定部B1013输入的目标水收支、堆温度、阴极气体压力以及旁路阀开度来运算湿润控制要求目标流量。
具体地说，湿润控制要求目标流量运算部B1015以所输入的目标水收支越大(或越小)则使湿润控制要求目标流量越高(或低)的方式进行运算。另外，湿润控制要求目标流量运算部B1015以堆温度越大(或越小)则使湿润控制要求目标流量越低(或越高)的方式进行运算。另外，湿润控制要求目标流量运算部B1015以所输入的阴极气体压力越高(或越低)则使湿润控制要求目标流量越高(或越低)的方式进行运算。并且，湿润控制要求目标流量运算部B1015以所输入的旁路阀开度越高(或越低)则使湿润控制要求目标流量越高(或越低)的方式进行运算。
目标旁路阀开度运算部B1016基于从优先级设定部B1013输入的目标水收支、堆温度、压缩机流量以及阴极气体压力来运算目标旁路阀开度。
具体地说，目标旁路阀开度运算部B1016以所输入的目标水收支越大(或越小)则使目标旁路阀开度越高(或越低)的方式进行运算。目标旁路阀开度运算部B1016以所输入的堆温度越大(或越小)则使目标旁路阀开度越高(或越低)的方式进行运算。另外，目标旁路阀开度运算部B1016以所输入的压缩机流量越高(或越低)则使目标旁路阀开度越高(或越低)的方式进行运算。并且，目标旁路阀开度运算部B1016以所输入的阴极气体压力越高(或越低)则使目标旁路阀开度越低(或越高)的方式进行运算。
接着，说明润湿操作时的各目标值的运算。
如已经叙述过的那样，在润湿操作时，目标水收支、堆温度、作为阴极气体压力的大气压检测值以及作为旁路阀开度的零从优先级设定部B1013被输入到湿润控制要求目标流量运算部B1015。
在此，大气压检测值是作为阴极气体压力而设想的最低值，旁路阀开度为零表示旁路阀29完全闭合。因而，湿润控制要求目标流量运算部B1015在润湿操作时，以阴极气体压力最低、且旁路阀开度最低为前提来运算湿润控制要求目标流量。即，湿润控制要求目标流量被运算为为了向湿润方向控制燃料电池而尽可能小的值。
另外，在润湿操作时，目标水收支、堆温度、压缩机流量的检测值以及作为旁路阀开度的零被输入到湿润控制要求目标压力运算部B1014。
在此，湿润控制要求目标压力运算部B1014在润湿操作时，使旁路阀开度为最低的0，并使用已根据湿润控制要求目标流量向减少方向(燃料电池堆1的湿润方向)进行了调节的检测值作为压缩机流量，来运算湿润控制要求目标压力。即，关于湿润控制要求目标压力，在润湿操作中，以旁路阀开度最低为前提，另一方面，设已减少了压缩机流量以调节湿润状态，来运算湿润控制要求目标压力。
并且，在润湿操作时，目标水收支、堆温度、压缩机流量的检测值以及阴极气体压力的检测值被输入到目标旁路阀开度运算部B1016。
因而，目标旁路阀开度运算部B1016基于作为压缩机流量的已根据上述湿润控制要求目标流量向减少方向(燃料电池堆1的湿润方向)进行了调节的检测值以及作为阴极气体压力的已根据上述湿润控制要求目标压力向增加方向(燃料电池堆1的湿润方向)进行了调节的检测值，来运算目标旁路阀开度。即，关于目标旁路阀开度，以已通过压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加来对燃料电池进行了向湿润方向的控制为前提，以使旁路阀开度的增加量被设定为最小限度的方式运算目标旁路阀开度。
如以上那样，根据润湿操作时的湿润控制要求目标压力运算部B1014、湿润控制要求目标流量运算部B1015以及目标旁路阀开度运算部B1016对各湿润控制参数的目标值的运算方式，在执行润湿操作时，以使将压缩机流量减少的操作对于对燃料电池向湿润方向的控制而言最有贡献的方式运算湿润控制要求目标流量。
接着，以使将阴极气体压力增加的操作对于对燃料电池向湿润方向的控制而言有贡献的方式运算湿润控制要求目标压力。然后最后，以使将旁路阀开度增加的操作对于对燃料电池向湿润方向的控制而言贡献最低的方式运算目标旁路阀开度。
接着，说明烘干操作。
在烘干操作时，目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值以及作为阴极气体压力的大气压检测值被输入到目标旁路阀开度运算部B1016。
在此，流量最低值是指使燃料电池堆1的湿润状态最大时的压缩机流量。此外，当流量最低值过低时，存在产生向燃料电池堆1的阴极气体的供给量不足所引起的发电不良的担忧。另一方面，当流量最低值过高时，存在易于产生浪涌等所引起的噪声的担忧。因而，关于流量最低值，综合考虑这些情况来在能够确保燃料电池堆1的性能的范围内采用最低的值。预先通过实验，根据燃料电池的运转状态来设定该流量最低值。
因而，目标旁路阀开度运算部B1016在向干燥方向控制燃料电池时，以压缩机流量是流量最低值、阴极气体压力是大气压检测值为前提，来运算目标旁路阀开度。即，目标旁路阀开度运算部B1016以使旁路阀开度被设定得尽可能小的方式运算目标旁路阀开度。
另外，在烘干操作时，目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值以及作为旁路阀开度检测值被输入到湿润控制要求目标压力运算部B1014。
由此，湿润控制要求目标压力运算部B1014基于作为压缩机流量的对于对燃料电池堆1向干燥侧的控制而言贡献最低的流量最低值以及作为旁路阀开度的已根据上述目标旁路阀开度向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的检测值，来运算湿润控制要求目标压力。
并且，在烘干操作时，目标水收支、堆温度、旁路阀开度的检测值以及阴极气体压力的检测值被输入到湿润控制要求目标流量运算部B1015。因而，湿润控制要求目标流量运算部B1015基于作为旁路阀开度的已根据上述目标旁路阀开度向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的检测值以及作为阴极气体压力的已根据上述湿润控制要求目标压力向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的检测值，来运算湿润控制要求目标流量。
如以上那样，根据烘干操作时的湿润控制要求目标压力运算部B1014、湿润控制要求目标流量运算部B1015以及目标旁路阀开度运算部B1016对目标值的运算方式，最优先进行通过调节旁路阀开度来进行的烘干操作。特别是，按旁路阀开度的减少、阴极气体压力的减少以及压缩机流量的增加这样的优先级来进行烘干操作。
然后，如图5所示，湿润控制要求目标压力运算部B1014、湿润控制要求目标流量运算部B1015以及目标旁路阀开度运算部B1016无论在润湿操作时还是在烘干操作时的情况下，均将运算出的湿润控制要求目标压力和湿润控制要求目标流量分别输出到目标压力运算部B102和目标流量运算部B103。
另外，在本实施方式中，如图2和图3所示，膜湿润F/B控制部B101基于由目标旁路阀开度运算部B1016运算出的目标旁路阀开度，以使旁路阀29的开度接近目标旁路阀开度的方式对该旁路阀29进行反馈控制(参照图2)。即，通过膜湿润F/B控制部B101，与根据燃料电池的湿润状态进行的润湿操作、烘干操作相应地适当开闭旁路阀29。
图8是说明图2所示的目标压力运算部B102的功能的图。如图所示，由膜湿润F/B控制部B101运算出的湿润控制要求目标压力、要求负荷、来自阳极压力传感器37的阳极气体压力的检测值以及堆温度被输入到目标压力运算部B102。目标压力运算部B102基于这些参数来运算作为阴极气体压力的最终目标值的目标压力。
图9是说明目标压力运算部B102中的目标压力的运算方式的框图。
如图所示，目标压力运算部B102具有氧分压确保要求空气压力计算部B1021、过剩升压防止上限压力计算部B1022、最大选择部B1023、最小选择部B1024以及最大选择部B1025。
要求负荷被输入到氧分压确保要求空气压力计算部B1021。氧分压确保要求空气压力计算部B1021基于要求负荷，根据预先决定的氧分压确保要求空气压力图表来计算氧分压确保要求空气压力。
在此，氧分压确保要求空气压力是指为了满足以下要求而决定阴极气体压力的最低值：为了确保与要求负荷相应的燃料电池堆1的发电力而决定的燃料电池堆1内的氧浓度的要求。
因而，在氧分压确保要求空气压力图表中，要求负荷变大而应该被燃料电池堆1内的电化学反应消耗的氧量增加，应该求出的氧分压确保要求空气压力的值随之变高。
然后，氧分压确保要求空气压力计算部B1021将计算出的氧分压确保要求空气压力输出到最大选择部B1023。
要求负荷和堆温度被输入到过剩升压防止上限压力计算部B1022。过剩升压防止上限压力计算部B1022基于要求负荷和堆温度，根据预先决定的过剩升压防止上限压力图表来计算过剩升压防止上限压力。
在此，过剩升压防止上限压力是指在润湿操作、烘干操作中从防止阴极气体压力持续上升的观点出发决定的阴极气体压力的上限值。
在过剩升压防止上限压力图表中，随着要求负荷变大，应该求出的过剩升压防止上限压力变高。另外，在过剩升压防止上限压力图表中，随着堆温度变高，应该求出的过剩升压防止上限压力变高。
关于这种过剩升压防止上限压力图表的倾向，在高负荷状态、高温时，将过剩升压防止上限压力设定得相对高，另一方面，在低负荷状态、低温时，将过剩升压防止上限压力设定得相对低。
此外，在过剩升压防止上限压力计算部B1022中，也可以取代要求负荷和堆温度或者与它们一起考虑由目标HFR运算部B1011运算出的目标HFR或目标水收支等燃料电池堆1的湿润状态来决定过剩升压防止上限压力。特别是，也可以随着燃料电池堆1向干燥侧转变来使过剩升压防止上限压力变高。
特别是，在低负荷状态、低温时以及燃料电池堆1的干燥时，如果将过剩升压防止上限压力设定得相对低，则即使在旁路阀29被堵塞的情况下也能够抑制阴极气体压力过剩地增加从而使压缩机22的消耗电力减少，能够有助于改善燃烧消耗率、抑制噪声。
接着，由氧分压确保要求空气压力计算部B1021计算出的氧分压确保要求空气压力和由湿润控制要求目标压力运算部B1014运算出的湿润控制要求目标压力被输入到最大选择部B1023。然后，最大选择部B1023将所输入的这些氧分压确保要求空气压力和湿润控制要求目标压力中的较大的一方输出到最小选择部B1024。
由此，利用从最小选择部B1024输出的值，能够考虑到与燃料电池堆1中的发电量的要求相应的氧浓度的确保以及在燃料电池堆1的湿润控制中要求的阴极气体压力的确保这两方。
从最大选择部B1023输出的压力值以及由过剩升压防止上限压力计算部B1022计算出的过剩升压防止上限压力被输入到最小选择部B1024。最小选择部B1024将所输入的这些压力值和过剩升压防止上限压力中的较小一方输出到最大选择部B1025。
由此，利用从最小选择部B1024输出的值，在满足燃料电池堆1内的氧浓度的确保和在湿润控制中要求的值的同时，还能够考虑到限制为不超过过剩升压防止上限压力。
并且，从最小选择部B1024输入的压力值以及从阳极气体压力的检测值减去容许压力差上限所得到的膜间压力差容许上限值被输入到最大选择部B1025。
在此，容许压力差上限是指从保护燃料电池的电解质膜的观点出发、作为燃料电池堆1内的阳极气体压力与阴极气体压力的压力差而容许的上限的压力。因而，通过从阳极气体压力的检测值减去容许压力差上限，能够得到从保护燃料电池的电解质膜的观点出发而容许的作为阴极气体压力的上限的膜间压力差容许上限压力。
然后，最大选择部B1025将从最小选择部B1024输入的压力值和上述膜间压力差容许上限压力中的较大一方作为目标压力输出到目标流量运算部B103和流量/压力F/B控制部B104。
由此，作为阴极气体压力的最终目标值的目标压力被设定成：限制膜间压力差的过度的上升，并满足在燃料电池堆1内的氧浓度的确保和湿润控制中的要求，且不超过过剩升压防止上限压力。
图10是说明目标流量运算部B103的功能的图。如图所示，要求负荷、阳极气体压力的检测值、堆温度、大气压检测值、湿润控制要求目标流量以及目标压力被输入到目标流量运算部B103。目标流量运算部B103基于所输入的这些值来运算作为压缩机流量的最终目标值的目标流量。
图11是说明目标流量运算部B103中的目标流量的运算方式的框图。
如图所示，目标流量运算部B103具有氧分压确保下限流量计算部B1031、压力确保要求流量计算部B1032、放气氢稀释要求流量计算部B1033、负荷/氧消耗流量变换部B1034以及最大选择部B1035。
要求负荷被输入到氧分压确保下限流量计算部B1031。氧分压确保下限流量计算部B1031基于要求负荷，根据预先决定的氧分压确保下限流量图表来计算氧分压确保下限流量。氧分压确保下限流量是指从满足燃料电池堆1内的氧浓度的要求的观点出发决定的预先通过实验等得到的压缩机流量的下限值。
因而，在氧分压确保下限流量图表中，要求负荷变大而燃料电池堆1内的电化学反应所消耗的氧量增加，应该求出的氧分压确保下限流量的值随之变高。
此外，也可以从防止燃料电池堆1内的液泛、局部水堵塞的观点出发来决定该压缩机流量的下限值。特别是，优选设定为在确保燃料电池堆1内的氧浓度的同时能够防止液泛、局部水堵塞的值。
然后，氧分压确保下限流量计算部B1031将计算出的氧分压确保要求空气流量输出到最大选择部B1035。
来自目标压力运算部B102的目标压力和堆温度被输入到压力确保要求流量计算部B1032。压力确保要求流量计算部B1032基于目标压力和堆温度，根据预先决定的压力确保要求流量图表来计算压力确保要求流量。此外，在此，压力确保要求流量是指根据堆温度并从避免浪涌的观点出发、为了确保目标压力而要求的压缩机流量的最低值。
在压力确保要求流量图表中，随着目标压力变高，应该求出的压力确保要求流量变高。另外，在压力确保要求流量图表中，进行校正使得随着堆温度变高，应该求出的压力确保要求流量变低。
然后，压力确保要求流量计算部B1032将计算出的压力确保要求流量输出到最大选择部B1035。
阳极气体压力的检测值和大气压检测值被输入到放气氢稀释要求流量计算部B1033。放气氢稀释要求流量计算部B1033基于所输入的这些参数，根据预先决定的放气氢稀释要求流量图表来计算放气氢稀释要求流量。放气氢稀释要求流量是为了稀释从燃料电池堆1排出的阳极排气而要求的压缩机流量。
在放气氢稀释要求流量图表中，阳极气体压力的检测值越大，则应该求出的放气氢稀释要求流量越大。这是由于，阳极气体压力越高，则稀释所需的压缩机流量越大。另外，在放气氢稀释要求流量图表中，进行校正使得大气压检测值越大则应该求出的放气氢稀释要求流量越小。这是由于，当大气压变大时，阴极气体供给通路21与阴极气体排出通路26的压力差变大，旁路流量变大，因此能够使作为压缩机流量的放气氢稀释要求流量变低。
要求负荷被输入到负荷/氧消耗流量变换部B1034。负荷/氧消耗流量变换部B1034将所输入的要求负荷与预先通过实验等决定的负荷/氧消耗流量变换系数相乘来计算燃料电池堆1中的氧消耗流量。此外，负荷/氧消耗流量变换部B1034也可以基于对要求负荷与燃料电池堆1中的氧消耗流量的关系进行规定的规定的图表来计算氧消耗流量。
然后，在本实施方式中，将由放气氢稀释要求流量计算部B1033计算出的放气氢稀释要求流量与作为校正值的上述氧消耗流量相加并输出到最大选择部B1035。通过像这样进行将放气氢稀释要求流量与表示在燃料电池堆1中被电化学反应消耗的氧流量的氧消耗流量相加的校正，放气氢稀释要求流量的精度进一步提高。
来自湿润控制要求目标流量运算部B1015的湿润控制要求目标流量、来自氧分压确保下限流量计算部B1031的氧分压确保要求空气流量、来自压力确保要求流量计算部B1032的压力确保要求流量以及校正后的放气氢稀释要求流量被输入到最大选择部B1035。
最大选择部B1035将这些湿润控制要求目标流量、氧分压确保要求空气流量、压力确保要求流量以及放气氢稀释要求流量中的最大的值作为目标流量输出到流量/压力F/B控制部B104。
由此，最终目标流量为将与要求负荷相应的燃料电池堆1内的氧分压的确保、燃料电池堆1的湿润控制中的要求、向燃料电池堆1的阴极气体的压力的确保以及稀释要求全部满足的值。
图12是说明流量/压力F/B控制部B104的功能的图。如图所示，由目标压力运算部B102运算出的目标压力、由目标流量运算部B103运算出的目标流量、阴极气体压力的检测值以及压缩机流量的检测值被输入到流量/压力F/B控制部B104。
流量/压力F/B控制部B104基于所输入的这些值来对压缩机输出以及阴极压力调节阀27的开度进行调节。
在本实施方式中，流量/压力F/B控制部B104以使压缩机流量收敛为目标流量的方式对压缩机输出进行调节。另外，流量/压力F/B控制部B104以使阴极气体压力收敛为目标压力的方式对阴极压力调节阀27的开度进行调节。
接着，说明阳极系统的控制。
图13是说明控制器200中的阳极系统的控制的框图。如图所示，控制器200具有目标氢压力运算部B105、氢压力调节阀F/B控制部B106、目标HRB(Hydrogen recirculationblower：氢气再循环风机)转速运算部B107以及HRB F/B控制部B108。
如图所示，要求负荷和阴极气体压力的检测值被输入到目标氢压力运算部B105。目标氢压力运算部B105基于所输入的这些值，使用规定的目标阳极气体压力图表来运算目标阳极气体压力。
所运算出的目标阳极气体压力和阳极气体压力的检测值被输入到氢压力调节阀F/B控制部B106。氢压力调节阀F/B控制部B106以使阳极气体压力的检测值收敛为目标阳极气体压力的方式对阳极压力调节阀33的开度进行控制。
另外，要求负荷被输入到目标HRB转速运算部B107。目标HRB转速运算部B107基于所输入的要求负荷，根据规定的目标HRB转速图表来运算作为阳极气体循环风机36的目标转速的目标HRB转速。
图14表示目标HRB转速图表的一例。如图所示，随着要求负荷增加、即随着应该被燃料电池内的电化学反应消耗的阳极气体量增加，目标HRB转速被设定为高的值。
返回到图13，由目标HRB转速运算部B107运算出的目标HRB转速被输入到HRB F/B控制部B108。HRB F/B控制部B108基于所输入的目标HRB转速来控制阳极气体循环风机36的转速。
下面，更详细地说明本实施方式中的燃料电池系统100的湿润控制。
图15是说明本实施方式中的燃料电池系统100的湿润控制的流程图。按规定的控制周期重复执行该控制的处理过程。
在步骤S10中，控制器200检测燃料电池堆1的运转状态。在本实施方式中，按照控制器200的指示，气流表23检测压缩机流量，阴极压力传感器25检测阴极气体压力。并且，开度传感器29a检测旁路阀29的开度。另外，控制器200基于通过入口水温传感器46和出口水温传感器47得到的冷却水温度的检测值来运算堆温度的检测值。
在步骤S20中，控制器200获取负载装置5的要求负荷。
在步骤S30中，控制器200从阻抗测量装置6获取与电解质膜的湿润状态有相关性的HFR测定值。
在步骤S40中，控制器200的目标HFR运算部B1011(参照图4)基于要求负荷来运算目标HFR。
在步骤S50中，控制器200的目标水收支运算部B1012(参照图4)以使HFR测定值收敛为目标HFR的方式、即基于HFR偏差来运算目标水收支。
在步骤S60中，控制器200的优先级设定部B1013(图5参照)根据HFR测量值来求出实际水收支。
在步骤S70中，控制器200的优先级设定部B1013判断是否实施润湿操作。具体地说，如已经说明过的那样，优先级设定部B1013判定目标水收支与实际水收支的大小关系，如果目标水收支-实际水收支>0则判断为实施润湿操作，否则、即如果目标水收支-实际水收支≤0则判断为不实施润湿操作。
当在上述步骤S70中判断为实施润湿操作时，在步骤S80中控制器200执行润湿操作处理。另外，当在上述步骤S70中判断为不实施润湿操作时，在步骤S90中控制器200执行烘干操作。
下面，说明润湿操作和烘干操作的流程。
图16是说明在步骤80中执行的润湿操作的流程的流程图。
在步骤S81中，湿润控制要求目标流量运算部B1015(参照图5)运算湿润控制要求目标流量。如已经在图5中说明过的那样，湿润控制要求目标流量运算部B1015基于目标水收支、堆温度、作为阴极气体压力的大气压检测值以及作为旁路阀开度的零来运算湿润控制要求目标流量。
因而，湿润控制要求目标流量运算部B1015在润湿操作时，以这些阴极气体压力最低、且旁路阀开度最低为前提来运算湿润控制要求目标流量。即，湿润控制要求目标流量被运算为对于向湿润方向控制燃料电池而言最有贡献的最小的值。
在步骤S82中，湿润控制要求目标压力运算部B1014运算湿润控制要求目标压力。如已经在图5中说明过的那样，湿润控制要求目标压力运算部B1014基于目标水收支、堆温度、压缩机流量的检测值以及作为旁路阀开度的零来运算湿润控制要求目标压力。
即，湿润控制要求目标压力运算部B1014使旁路阀开度为最低的0，并使用已根据湿润控制要求目标流量向减少方向(燃料电池堆1的湿润方向)进行了调节的作为压缩机流量的检测值，来运算湿润控制要求目标压力。
在步骤S83中，目标旁路阀开度运算部B1016运算目标旁路阀开度。如已经在图5中说明过的那样，目标旁路阀开度运算部B1016基于目标水收支、堆温度、压缩机流量的检测值以及阴极气体压力的检测值来运算目标旁路阀开度。
即，目标旁路阀开度运算部B1016以已通过压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加来对燃料电池进行了向湿润方向的控制为前提，以使旁路阀开度的增加量被设定为最小限度的方式运算目标旁路阀开度。
在步骤S84中，控制器200基于在步骤S81中运算出的湿润控制要求目标流量、在步骤S82中运算出的湿润控制要求目标压力以及在步骤S83中运算出的目标旁路阀开度来控制压缩机22、阴极压力调节阀27以及旁路阀29。
具体地说，目标流量运算部B103(参照图11)基于在步骤S81中运算出的湿润控制要求目标流量等，按照在图11中说明的逻辑来计算目标流量。然后，流量/压力F/B控制部B104(参照图12)基于计算出的目标流量和压缩机流量检测值来调节压缩机输出。
另外，目标压力运算部B102(参照图9)基于在步骤S82中运算出的湿润控制要求目标压力，按照在图9中说明的逻辑来计算目标压力。然后，流量/压力F/B控制部B104(参照图12)基于计算出的目标压力和阴极气体压力检测值来调节阴极压力调节阀开度。
并且，膜湿润F/B控制部B101(参照图3)基于在步骤S83中运算出的目标旁路阀开度来调节旁路阀开度。
因而，根据基于使阴极气体压力为大气压检测值并使旁路阀开度为零来运算出的湿润控制要求目标流量的目标流量而决定的压缩机流量为作为湿润控制参数而言最优先的第一位湿润控制参数。
另一方面，如在图11中说明的那样，目标流量被设定为湿润控制要求目标流量、氧分压确保下限流量、压力确保要求流量以及放气氢稀释要求流量中的最大值，因此目标流量不低于氧分压确保下限流量。因而，在本实施方式中压缩机流量被调节成不低于氧分压确保下限流量。
另外，根据基于使压缩机流量为检测值并使旁路阀开度为零来运算出的湿润控制要求目标压力的目标压力而决定的阴极气体压力为作为湿润控制参数而言第二优先的第二位湿润控制参数。
另一方面，按照在图9中说明的逻辑，目标压力被设定成不超过过剩升压防止上限压力。因而，在本实施方式中，阴极气体压力被调节成不超过过剩升压防止上限压力。
并且，根据使压缩机流量为检测值并使阴极气体压力为检测值来运算出的目标旁路阀开度而决定的旁路阀开度为作为湿润控制参数而言优先级最低的第三位湿润控制参数。
在此，在图17中，表示呈现了润湿操作时的各湿润控制参数的优先级与这些湿润控制参数及其增减倾向的关系的表。
如图所示，在润湿操作中，压缩机输出被降低，使得作为第一位湿润控制参数的压缩机流量减少。另外，在执行了该压缩机流量的减少的基础上，阴极压力调节阀27的开度被减少，使得作为第二位湿润控制参数的阴极气体压力增加。并且，在执行了压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加的基础上，作为第三位湿润控制参数的旁路阀开度被增加，使得旁路流量增加。
即，在润湿操作中，按压缩机流量的减少、阴极气体压力的增加以及旁路阀开度的增加的优先级来对燃料电池堆1进行向湿润方向的控制。
图18是说明某个要求负荷下的润湿操作时的燃料电池系统100的状态的变化的一例的图。在此，图所示的标记“C1”所示的直线的箭头表示使压缩机22的输出下降来使压缩机流量减少的操作。即，根据图18可以明确，在该操作中如果旁路阀开度固定，则堆流量减少。
另外，标记“C2”所示的弯折的箭头表示使阴极压力调节阀27的开度减少的操作。然后，标记“C3”所示的直线的箭头表示使旁路阀开度增加的操作、即、使旁路流量增加的操作。
另外，在图18中，以点线示出了堆温度为某个温度T1时的目标湿润状态线和堆温度为某个温度T2时的目标湿润状态线(T1<T2)。并且，在图18中，以点划线示出了表示与压缩机22的从避免浪涌的观点出发决定的阴极气体压力相对的堆供给流量的最低值的阴极系统运转极限线。另外，以虚线示出了氧分压确保下限流量和过剩升压防止上限压力。
在图18中，设想了以下情况：进行润湿操作，使燃料电池系统100的运转点从当前的运转点转变为目标的运转点。在此，当前的运转点是堆温度为某个温度T1、满足与该温度T1相应的目标湿润状态的状态。此外，目标湿润状态是指水收支偏差ΔQ为零的状态。
另一方面，目标的运转点是堆温度为温度T2(>T1)、满足与该温度T2相应的目标湿润状态的某个运转点。因而，为了使燃料电池系统100的运转点从当前的运转点转变为目标的运转点，进行润湿操作使得燃料电池更湿润。
在润湿操作中，首先，如箭头C1所示，使压缩机流量从当前的运转点减少。如已经说明过的那样，目标流量被调节成不低于氧分压确保下限流量(参照图11)，因此压缩机流量(堆供给流量)在氧分压确保下限流量处停止下降。
接着，如箭头C2所示，使阴极气体压力增加。如已经说明过的那样，目标压力被调节成不超过过剩升压防止上限压力(参照图9)，因此阴极气体压力在过剩升压防止上限压力处停止上升。在此，在箭头C2中，调节成不使阴极气体压力越过过剩升压防止上限压力地增加，由此能够抑制阴极气体压力过剩地增加。
特别是，在该使阴极气体压力增加的操作中，压缩机流量也增加，使得运转点维持于阴极系统运转极限线。然而，当压缩机流量持续增加时，压缩机输出变高，担心由于电力消耗量增大而导致燃烧消耗率下降。另外，当压缩机流量增加时，堆供给流量增加，还存在引发燃料电池堆1的过干燥的担忧。
对于这种担心，在本实施方式中阴极气体压力被限制成不超过过剩升压防止上限压力，由此能够抑制压缩机22的消耗电力的增大、燃料电池堆1的过干燥的产生。
并且，如箭头C3所示，使旁路阀开度增加，来使堆供给流量减少，将燃料电池设为湿润方向，使燃料电池系统100到达目标运转点。
这样，在本实施方式中，在进行润湿操作时，优先于使旁路阀开度增加的操作地执行使压缩机流量减少的操作。由此，能够抑制以下情况所导致的消耗电力的增大、噪声的产生：在压缩机流量下降为流量下限值之前使旁路阀开度增加，其结果，从堆供给流量确保的观点出发而目标流量被设定得高，压缩机输出过剩地增加。
另外，在本实施方式中，优先于使旁路阀开度增加的操作地执行使阴极气体压力增加的操作。因而，能够抑制以下情况：在阴极气体压力低的状态下使旁路阀开度增加，其结果，堆供给流量减少而燃料电池堆1的输出电压下降，燃料电池单元电压的偏差增大。
图19是说明在图15的步骤S90中执行的烘干操作的流程的流程图。
在步骤S91中，目标旁路阀开度运算部B1016运算目标旁路阀开度。如已经在图5中说明过的那样，在烘干操作中，目标旁路阀开度运算部B1016基于目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值以及作为阴极气体压力的大气压检测值来运算目标旁路阀开度。
即，目标旁路阀开度运算部B1016在进行烘干操作时，以压缩机流量是流量最低值、阴极气体压力是大气压检测值为前提来运算目标旁路阀开度。即，目标旁路阀开度运算部B1016以使旁路阀开度被设定得尽可能小的方式运算目标旁路阀开度。
在步骤S92中，湿润控制要求目标压力运算部B1014运算湿润控制要求目标压力。如已经在图5中说明过的那样，在烘干操作时，湿润控制要求目标压力运算部B1014基于目标水收支、堆温度、作为压缩机流量的流量最低值以及作为旁路阀开度的检测值来运算湿润控制要求目标压力。
即，基于作为压缩机流量的对于对燃料电池堆1向干燥侧的控制而言贡献最低的流量最低值以及作为旁路阀开度的已根据上述目标旁路阀开度向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的检测值，来运算湿润控制要求目标压力。
在步骤S93中，湿润控制要求目标流量运算部B1015运算湿润控制要求目标流量。如已经在图5中说明过的那样，湿润控制要求目标流量运算部B1015在烘干操作时，基于目标水收支、堆温度、旁路阀开度的检测值以及阴极气体压力的检测值来运算湿润控制要求目标流量。
即，湿润控制要求目标流量运算部B1015基于已经根据上述目标旁路阀开度向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的旁路阀开度的检测值以及已经根据上述湿润控制要求目标压力向减少方向(燃料电池堆1的干燥方向)进行了调节的阴极气体压力的检测值，来运算湿润控制要求目标流量。
在步骤S94中，控制器200基于在步骤S91中运算出的目标旁路阀开度、在步骤S82中运算出的湿润控制要求目标压力以及在步骤S93中运算出的湿润控制要求目标流量来控制旁路阀29、阴极压力调节阀27以及压缩机22。此外，具体的控制的方式与步骤S84的情况相同。
具体地说，膜湿润F/B控制部B101基于在步骤S91中计算出的目标旁路阀开度来调节旁路阀开度(参照图3和图5)。另外，目标压力运算部B102基于在步骤S92中计算出的湿润控制要求目标压力，按照在图9中说明的逻辑来运算目标压力。然后，流量/压力F/B控制部B104基于该目标压力来调节阴极压力调节阀27的开度。
并且，目标流量运算部B103基于在步骤S93中计算出的湿润控制要求目标流量，按照在图11中说明的逻辑来运算目标流量。然后，流量/压力F/B控制部B104基于该目标流量来调节压缩机输出。
因而，在烘干操作时，根据使压缩机流量为流量最低值并使阴极气体压力为大气压检测值来运算出的目标旁路阀开度而决定的旁路阀开度为作为湿润控制参数而言最优先的第一位干燥控制参数。
另外，在烘干操作时，根据基于使旁路阀开度为检测值并使压缩机流量为流量最低值来运算出的湿润控制要求目标压力的目标压力而决定的阴极气体压力为作为湿润控制参数而言第二优先的第二位干燥控制参数。
并且，在烘干操作时，根据基于使旁路阀开度为检测值并使阴极气体压力为检测值来运算出的湿润控制要求目标流量的目标流量而决定的压缩机流量为作为湿润控制参数而言优先度最低的第三位干燥控制参数。
在此，在图20中，表示呈现了烘干操作时的各湿润控制参数的优先级与这些湿润控制参数及其增减倾向的关系的表。
如图所示，在烘干操作中，作为第一位干燥控制参数的旁路阀开度被减少，使得旁路流量减少。另外，在减少了旁路阀开度的基础上，阴极压力调节阀27的开度被增加，使得作为第二位干燥控制参数的阴极气体压力减少。并且，在执行了旁路阀开度的减少和阴极气体压力的减少的基础上，作为第三位干燥控制参数的压缩机流量被增加。
这样，在烘干操作中，优先于阴极气体压力的减少和压缩机流量的增加地使旁路阀开度减少。由此，在烘干操作时，能够抑制在旁路阀开度比较大的状态下使阴极气体压力减少的情况。因而，能够抑制该阴极气体压力的减少导致为了使压缩机流量增加而进行控制使得压缩机22的输出上升的情况，其结果，能够进一步减少消耗电力的增大、噪声的产生。
接着，说明燃料电池系统100的湿润控制的一例中的历时流程。
图21是说明燃料电池系统100的湿润控制的一例中的历时流程的时序图。特别是，图21的(a)～图21的(f)分别表示燃料电池系统100的负荷(例如，表示向各负载的电力供给量或输出电流)、堆温度、HFR、压力、流量以及旁路阀开度的历时变化。
此外，在图21的(c)中，以实线表示目标HFR，以虚线表示HFR测定值。另外，在图21的(d)中，以粗实线表示目标压力，以细实线表示氧分压确保要求压力，以虚线表示湿润控制要求目标压力，以点划线表示过剩升压防止上限压力。此外，为了简化说明，膜间压力差容许上限压力没有反映在图中。并且，在图21的(e)中，以粗实线表示压缩机流量，以细实线表示堆供给流量。另外，在图21的(f)中，以实线表示旁路阀开度的检测值，以虚线表示旁路阀29相当于完全打开状态时的开度。
在图所示的时间区间(i)中，燃料电池系统100处于空闲状态。在此，空闲状态是指以下的状态：从燃料电池堆1向行驶马达、压缩机马达22a等辅机类的电力供给量大致为零，燃料电池堆1的发电电力量相对少，发电电力被供给到未图示的蓄电池等。
在时间区间(i)中，向燃料电池堆1的发电要求电力(要求负荷)小，因此使燃料电池堆1湿润的要求低。因而，为了将燃料电池堆1保持为比较不湿润的状态(干燥的状态)，目标HFR被设定为比较高的固定值。因而，在目标水收支被设定为比较小的固定值的状态下进行湿润控制。
另一方面，在时间区间(i)中，按照在图9中说明的逻辑，由于要求负荷、堆温度低，因此设为阴极气体压力的上限值的过剩升压防止上限压力被设定为比较低的值(图21的(a)、(b)、(d))。因而，阴极气体压力取与过剩升压防止上限压力相应的比较低的值。另外，作为上述的湿润控制的结果，旁路阀开度被设定为比较小的固定值(图21的(f))。
在时间区间(ii)中，空闲状态结束而要求负荷和堆温度上升(图21的(a)、(b))，燃料电池系统100的负荷上升。随之，要求负荷和堆温度上升，目标HFR下降(图21的(c))。在此，如图所示，在时间区间(ii)中，为HFR测定值超过目标HFR值的状态。因而，实际水收支变得低于目标水收支，为了实现目标湿润状态而开始润湿操作。
在此，在时间区间(ii)中的润湿操作中，随着要求负荷的上升，需要将在图11中说明的氧分压确保下限流量确保为某个程度的值。因而，根据图11所示的逻辑可以理解，即使使湿润控制要求目标流量减少也无法使目标流量减少。因而，在进行润湿操作时，按照在图5中说明的逻辑，不是减少作为第一位湿润控制参数的压缩机流量，而是执行使作为次优先的第二位湿润控制参数的阴极气体压力增加的操作(参照图21的(d)的目标压力)。另一方面，按照图9的逻辑，目标压力被控制为过剩升压防止上限压力以下，因此阴极气体压力以被作为上限的过剩升压防止上限压力所限制的方式增加。
另外，在时间区间(ii)中，通过使阴极气体压力增加至过剩升压防止上限压力，能够使燃料电池堆1按所要求的程度向湿润方向转变，因此作为第三位湿润控制参数的旁路阀开度被原样地维持。
在时间区间(iii)中，燃料电池系统100的负荷的上升结束。随之，目标HFR稳定。然后，通过从时间区间(ii)起润湿操作，湿润加深，实际水收支变得高于目标水收支。因而，在时间区间(iii)中，为了实现目标湿润状态而开始烘干操作。
在此，在时间区间(iii)的烘干操作中，按照在图5中说明的逻辑，操作最为优先的作为第一位干燥控制参数的旁路阀开度被设为零(图21的(f))。然后，使作为第二位干燥控制参数的阴极气体压力减少，以补充使旁路阀开度为零的烘干操作(图21的(d))。由此，阴极气体压力减少至在图9中说明的下限值的氧分压确保要求压力。此外，通过这些操作，能够使燃料电池堆1按所要求的程度向干燥方向转变，因此作为第三位干燥控制参数的压缩机流量被维持(图21的(e))。
在时间区间(iv)中，时间区间(iii)中的烘干操作的结果是HFR测定值稳定为目标HFR(图21的(c))，然后，阴极气体压力下降至作为下限值的氧分压确保要求压力(图21的(d))。
在时间区间(v)中，与堆温度的上升相应地，HFR测定值增加。由此，实际水收支变得低于目标水收支，开始润湿操作。在该润湿操作中，按照图11的逻辑，关于作为第一位湿润控制参数的压缩机流量，从确保氧分压确保下限流量的观点出发，目标流量不减少。因而，在该润湿操作中，使目标压力增加，以使作为第二位湿润控制参数的阴极气体压力增加。
接着，在时间区间(vi)中，通过时间区间(v)的润湿操作，阴极气体压力上升。因而，按照图11的逻辑，压力确保要求流量增加，作为结果，目标流量增加，因此压缩机流量增加。
然后，在时间区间(vii)中，随着时间区间(v)的润湿操作所带来的阴极气体压力的增加，阴极气体压力再次到达过剩升压防止上限压力。因而，如果按照图9的逻辑，则阴极气体压力不再继续增加。然而，燃料电池堆1尚未达到目标湿润状态，因此开始增加作为第三位湿润控制参数的旁路阀开度(图21的(f))。通过该旁路阀开度的增加，HFR测定值以接近目标HFR的方式减少(图21的(c))。
在时间区间(viii)中，HFR测定值从时间区间(vii)继续减少，稳定为目标HFR(图21的(c))。另外，负荷也稳定为高负荷状态，堆温度也稳定为高温状态(图21的(a)和(b))。
在时间区间(ix)中，负荷和堆温度减少。随着该负荷的减少，过剩升压防止上限压力下降(图21的(d))，因此按照图9的逻辑，阴极气体压力以被过剩升压防止上限压力所限制的方式下降。另外，随着阴极气体压力的下降，HFR测定值进一步增加(燃料电池堆1变为更干燥侧)。
因而，再次进行润湿操作。在此，按照图11的逻辑，作为第一位湿润控制参数的压缩机流量被氧分压确保下限流量所限制，因此不减少。另外，作为第二位湿润控制参数的阴极气体压力被过剩升压防止上限压力所限制，因此按照图9的逻辑而言不增加。因而，在本润湿操作中，使作为第三位湿润控制参数的旁路阀开度进一步增加，为相当于完全打开的开度(图21的(f))。
接着，在时间区间(x)中，随着堆温度的下降和时间区间(ix)中的上述润湿操作，HFR测定值下降(图21的(c))。其结果，燃料电池堆1的湿润加深，实际水收支变得高于目标水收支。因而，进行烘干操作。在本烘干操作中，使作为第一位干燥控制参数的旁路阀开度减少(图21的(f))。另外，在本时间区间(x)中，随着堆温度的下降，过剩升压防止上限压力下降(图21的(d))。因而，被过剩升压防止上限压力所限制的阴极气体压力也下降。
在时间区间(xi)中，旁路阀开度的减少(润湿操作)结束，燃料电池系统100再次转变为空闲状态。
对以上说明的本实施方式所涉及的燃料电池系统100的控制方法的效果进行说明。
根据本实施方式，提供一种燃料电池系统100的湿润状态控制方法，该燃料电池系统100以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向作为燃料电池的燃料电池堆1供给阴极气体，该方法对湿润控制参数进行调节来控制燃料电池堆1的湿润状态。而且，在该燃料电池系统100的湿润状态控制方法中，湿润控制参数包括旁路阀开度、阴极气体压力以及作为阴极气体流量的压缩机流量，在向湿润方向控制燃料电池堆1时(润湿操作时)，优先于对旁路阀开度的调节地对阴极气体压力和压缩机流量进行调节。
特别是，在本实施方式中，提供一种湿润状态控制装置，该湿润状态控制装置具有：燃料电池堆1；作为阴极气体供给装置的压缩机22，其向包括燃料电池堆1的阴极系统1、21、26、28供给阴极气体；旁路通路28，其使从压缩机22供给到燃料电池堆1的阴极气体的一部分绕开燃料电池；旁路阀29，其设置于旁路通路28；作为旁路阀开度调节装置的膜湿润F/B控制部B101，其对旁路阀29的开度进行调节；作为阴极气体压力调节装置的阴极压力调节阀27，其对阴极气体压力进行调节；作为阴极气体流量调节装置的压缩机马达22a，其对由压缩机22向阴极系统1、21、26、28供给的阴极气体流量进行调节；作为湿润状态获取装置的阻抗测量装置6，其获取燃料电池堆1的湿润状态；作为旁路阀开度获取装置的开度传感器29a，其获取旁路阀29的开度；作为阴极气体压力获取部的阴极压力传感器25，其获取阴极气体压力；作为阴极气体流量获取部的气流表23，其获取压缩机流量；以及优先级设定部B1013，其设定膜湿润F/B控制部B101对旁路阀开度的调节、阴极压力调节阀27对阴极气体压力的调节以及压缩机马达22a对压缩机流量的调节的优先级。
而且，在该湿润状态控制装置中，优先级设定部B1013将优先级设定成：在向湿润方向控制燃料电池堆1时，相对于膜湿润F/B控制部B101对旁路阀开度的调节，使阴极压力调节阀27对阴极气体压力的调节和压缩机马达22a对阴极气体流量的调节优先。
由此，在润湿操作时，优先于对旁路阀开度的调节地对阴极气体压力和压缩机流量进行调节。因而，在润湿操作时，能够抑制由于在未进行压缩机流量、阴极气体压力的调节的状态下调节旁路阀开度而产生的堆供给流量的过量和不足，从而适当地维持燃料电池堆1的湿润状态。
另外，在本实施方式中，在执行向干燥方向控制燃料电池堆1的烘干操作时，优先于对压缩机流量和阴极气体压力的调节地对旁路阀开度进行调节。
特别是，在本实施方式的燃料电池系统100的湿润状态控制装置中，在烘干操作时，优先级设定部B1013相对于阴极压力调节阀27对阴极气体压力的调节和压缩机马达22a对阴极气体流量的调节中的至少一方，使膜湿润F/B控制部B101对旁路阀开度的调节优先。
由此，在烘干操作时，能够抑制在未调节旁路阀开度的状态下对压缩机流量、阴极气体压力进行调节。因而，在烘干操作时，能够抑制由于在未调节旁路阀开度的状态下对压缩机流量、阴极气体压力进行调节而产生的堆供给流量的过量和不足，从而适当地维持燃料电池堆1的湿润状态。
另外，根据本实施方式，提供一种燃料电池系统100的湿润状态控制方法，该燃料电池系统100以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向作为燃料电池的燃料电池堆1供给阴极气体，该方法对湿润控制参数进行调节来将燃料电池堆1的湿润状态控制成接近目标湿润状态。而且，在该湿润状态控制方法中，湿润控制参数包括旁路阀开度、阴极气体压力以及作为阴极气体流量的压缩机流量，在润湿操作时，执行作为阴极气体流量的压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加，并使旁路阀开度增加以补充通过压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加来对燃料电池堆1进行的向湿润方向的控制。
由此，在润湿操作时，优先地执行使旁路阀开度增加的操作，辅助地执行压缩机流量的减少和阴极气体压力的增加。因而，在润湿操作时，能够在使燃料电池堆1的湿润状态更可靠地接近目标湿润状态的同时，抑制由于在未进行压缩机流量的减少、阴极气体压力的增加的状态下使旁路阀开度增加而产生的堆供给流量的过量和不足，从而适当地维持燃料电池堆1的湿润状态。
特别是，在润湿操作时，优先于旁路阀开度的增加地执行压缩机流量的减少，由此能够抑制以下情况所导致的消耗电力的增大、噪声的产生：在压缩机流量下降之前使旁路阀开度增加，其结果，目标流量被设定得高，压缩机输出过剩地增加。
并且，在润湿操作时，优先于旁路阀开度的增加地执行阴极气体压力的增加。因而，能够抑制以下情况：在阴极气体压力增加之前使旁路阀开度增加，其结果，向燃料电池堆1的阴极气体的供给流量减少，燃料电池堆1的输出电压的下降，燃料电池单元电压的偏差增大。
另外，在本实施方式中的湿润状态控制方法中，控制器200在向湿润方向控制燃料电池堆1的润湿操作时，基于作为阴极气体压力的最低值的大气压检测值以及旁路阀开度的最低值(＝0)来运算压缩机22的湿润控制要求目标流量，基于压缩机流量检测值以及旁路阀开度的最低值来运算阴极气体的湿润控制要求目标压力，基于阴极气体压力检测值、压缩机流量检测值来运算旁路阀开度目标值，将压缩机流量、阴极气体压力以及旁路阀开度分别调节成接近湿润控制要求目标流量、湿润控制要求目标压力以及目标旁路阀开度。
由此，在润湿操作时，按压缩机流量的减少、阴极气体压力的增加以及旁路阀开度的增加的顺序决定操作的优先级。因而，能够更容易地实现避免在未进行压缩机流量、阴极气体压力的调节的状态下调节旁路流量的结构。
并且，在本实施方式中的湿润状态控制方法中，在向干燥方向控制燃料电池堆1的烘干操作时，进行使旁路阀开度减少的操作，并执行压缩机流量的增加和阴极气体压力的减少以补充该旁路阀开度的减少操作。
由此，在烘干操作时，在旁路阀开度减少之后压缩机流量增加，因此能够更可靠地防止由于在旁路阀开度减少之前压缩机流量增加而可能产生的向燃料电池堆1的阴极气体的过剩供给。
另外，在烘干操作时，在旁路阀开度减少之后阴极气体压力减少，因此能够抑制在旁路流量未减少的状态下使阴极气体压力减少的情况。由此，能够抑制阴极气体压力的减少导致为了使压缩机流量增加而进行控制使得压缩机输出上升的情况，其结果，能够进一步减少消耗电力的增大、噪声的产生。
并且，在本实施方式中的湿润状态控制方法中，控制器200在向干燥方向控制燃料电池堆1的烘干操作时，基于作为阴极气体的压力的最低值的大气压检测值以及作为阴极气体流量的最低值的流量最低值来运算旁路阀开度的目标值，基于旁路开度的检测值以及流量最低值来运算湿润控制要求目标压力，基于旁路阀开度的检测值以及阴极气体压力的检测值来运算湿润控制要求目标流量，将旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量分别调节成接近目标旁路阀开度、湿润控制要求目标压力以及湿润控制要求目标流量。
由此，在烘干操作时，按旁路阀开度的减少、阴极气体压力的减少以及压缩机流量的顺序决定操作的优先级。能够更容易地实现在使旁路阀开度减少之后执行阴极气体压力的减少和压缩机流量的增加的结构。
另外，在本实施方式中的湿润状态控制方法中，阴极气体压力被限制成不超过作为压力上限值的过剩升压防止上限压力。
由此，能够抑制阴极气体压力无用地增加的情况，能够抑制由于压缩机流量持续增加而导致的压缩机22的输出的增加，有助于改善燃烧消耗率、抑制噪声。
并且，在本实施方式中的湿润状态控制方法中，基于要求负荷以及作为燃料电池的温度的堆温度来运算过剩升压防止上限压力。
由此，在高负荷状态等，目标压力变高，因此能够将过剩升压防止上限压力设定得相对高，另一方面，在低负荷状态等，目标压力变低，因此能够过剩升压防止上限压力设定得相对低。特别是，在低负荷状态、低温时，如果将过剩升压防止上限压力设定得相对低，则能够抑制阴极气体压力过剩地增加，能够使压缩机输出减少，从而能够有助于改善燃烧消耗率、抑制噪声。
此外，也可以基于目标HFR、目标水收支等目标湿润状态来运算过剩升压防止上限压力。由此，能够根据燃料电池堆1作为目标的湿润状态来适当地调节阴极气体压力的上限。
另外，在本实施方式中的燃料电池系统100的控制方法中，压缩机流量被调节成不低于作为其下限值的流量下限值(氧分压确保下限流量)。
由此，能够防止以下情况：在润湿操作时等压缩机流量变得过小，由此向燃料电池堆1供给的压缩机流量不足，发电状态变得不稳定。
特别是，作为流量下限值的氧分压确保下限流量被设定成满足燃料电池堆1所要求的阴极气体的供给流量(堆供给流量)。
由此，例如能够更可靠地确保满足与要求负荷相应的发电量所需的堆供给流量，能够适当地保持燃料电池堆1内的氧浓度，从而适当地维持发电状态。
并且，也可以将流量下限值设定成能够防止燃料电池堆1内的局部水堵塞。由此，能够进一步适当地保持燃料电池的湿润状态，能够防止过干燥、液泛，有助于维持更良好的发电状态。
以上说明了本发明的各实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
例如，在上述实施方式中，在润湿操作时，将压缩机流量作为第一位湿润控制参数、将阴极气体压力作为第二位湿润控制参数以及将旁路阀开度作为第三位湿润控制参数来进行湿润控制。
然而，本发明只要使压缩机流量和阴极气体压力中的至少任一方为优先于旁路阀开度的湿润控制参数即可，未必限定于上述实施方式中的湿润控制参数的优先级。即，也可以将压缩机流量作为第一位湿润控制参数、将旁路阀开度作为第二位湿润控制参数以及将阴极气体压力作为第三位湿润控制参数。另外，还可以将阴极气体压力作为第一位湿润控制参数、将旁路阀开度作为第二位湿润控制参数以及将压缩机流量作为第三位湿润控制参数。
另外，在本实施方式中，如图5所说明的那样，在执行润湿操作时，调节量被设为最大的压缩机流量作为第一位湿润控制参数而优先，阴极气体压力、旁路阀开度被设为第二位或第三位湿润控制参数。然而，优先级的设定的方式不限于此，例如也可以在润湿操作时对各湿润控制参数设定时间上的优先关系，如最初进行作为第一位湿润控制参数的压缩机流量的调节，之后，接着进行作为第二位湿润控制参数的阴极气体压力的调节，最后进行旁路阀开度的调节等。此外，在烘干操作中，也能够对各湿润控制参数设定时间上的优先关系。
并且，烘干操作时的湿润控制参数的优先级也未必限定于上述实施方式。
另外，作为湿润控制参数，也可以包括压缩机流量和阴极气体压力以外的其它参数、例如HRB转速等。
另外，本实施方式的燃料电池系统100的各结构也不限定于上述实施方式。例如，也可以将阴极压力调节阀27构成为孔(Orifice)等具有固定开度的节流部来代替电磁阀。另外，也可以对压缩机22附加接受来自阴极气体排出通路26的阴极气体、来自高压罐31的阳极气体的供给来驱动的涡轮。
另外，也可以利用堆温度来对本实施方式中的HFR测定值进行校正。
此外，上述实施方式能够适当组合。。
本申请基于2016年3月15日向日本专利局申请的特愿2016-051340要求优先权，通过参照将这些申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统的湿润状态控制方法，该燃料电池系统以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向燃料电池供给阴极气体，所述燃料电池系统的湿润状态控制方法用于对湿润控制参数进行调节来控制所述燃料电池的湿润状态，
所述湿润控制参数至少包括旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量，
在向湿润方向控制所述燃料电池时，优先于对所述旁路阀开度的调节地对所述阴极气体流量和所述阴极气体压力中的至少任一方进行调节。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
在向干燥方向控制所述燃料电池时，优先于对所述阴极气体流量和所述阴极气体压力中的至少任一方的调节地对所述旁路阀开度进行调节。
3.一种燃料电池系统的湿润状态控制方法，该燃料电池系统以使阴极气体的一部分绕开燃料电池的方式向燃料电池供给阴极气体，所述燃料电池系统的湿润状态控制方法用于对湿润控制参数进行调节来将所述燃料电池的湿润状态控制成接近目标湿润状态，
所述湿润控制参数至少包括旁路阀开度、阴极气体压力以及阴极气体流量，
在向湿润方向控制所述燃料电池时，执行所述阴极气体流量的减少和所述阴极气体压力的增加中的至少任一方，
使所述旁路阀开度增加，以补充通过所述阴极气体流量的减少和所述阴极气体压力的增加中的至少任一方来对所述燃料电池进行的向湿润方向的控制。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
在向湿润方向控制所述燃料电池时，
基于所述阴极气体压力的最低值以及所述旁路阀开度的最低值来运算所述阴极气体的湿润控制要求目标流量，
基于所述阴极气体流量的检测值以及所述旁路阀开度的最低值来运算所述阴极气体的湿润控制要求目标压力，
基于所述阴极气体压力的检测值、所述阴极气体流量的检测值来运算所述旁路阀开度的目标值，
将所述阴极气体流量调节成接近所述湿润控制要求目标流量，将所述阴极气体压力调节成接近所述湿润控制要求目标压力，将所述旁路阀开度调节成接近所述旁路阀开度的目标值。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
在向干燥方向控制所述燃料电池时，
进行使所述旁路阀开度减少的操作，
执行所述阴极气体流量的增加和所述阴极气体压力的减少中的至少任一方，以补充所述旁路阀开度的减少操作。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
在向干燥方向控制所述燃料电池时，
基于所述阴极气体的压力的最低值以及所述阴极气体流量的最低值来运算所述旁路阀开度的目标值，
基于所述旁路阀开度的检测值以及所述阴极气体流量的最低值来运算所述阴极气体的湿润控制要求目标压力，
基于所述旁路阀开度的检测值以及所述阴极气体压力的检测值来运算所述阴极气体的湿润控制要求目标流量，
将所述旁路阀开度调节成接近所述旁路阀开度的目标值，将所述阴极气体压力调节成接近所述湿润控制要求目标压力，将所述阴极气体流量调节成接近所述湿润控制要求目标流量。
7.根据权利要求3～6中的任一项所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
所述阴极气体压力被限制成不超过压力上限值。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
基于要求负荷、所述燃料电池的温度以及作为目标的湿润状态中的至少任一个来运算所述压力上限值。
9.根据权利要求3～8中的任一项所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
所述阴极气体流量被调节成不低于流量下限值，该流量下限值是所述阴极气体流量的下限值。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
将所述流量下限值设定成满足燃料电池供给流量的要求，该燃料电池供给流量是向所述燃料电池供给的阴极气体的流量。
11.根据权利要求9或10所述的燃料电池系统的湿润状态控制方法，其特征在于，
将所述流量下限值设定成能够防止所述燃料电池中的局部水堵塞。
12.一种燃料电池系统的湿润状态控制装置，具有：
燃料电池；
阴极气体供给装置，其向包括所述燃料电池的阴极系统供给阴极气体；
旁路通路，其使从所述阴极气体供给装置向所述燃料电池供给的阴极气体的一部分绕开所述燃料电池；
旁路阀，其设置于所述旁路通路；
旁路阀开度调节装置，其对所述旁路阀的开度进行调节；
阴极气体压力调节装置，其对阴极气体压力进行调节；
阴极气体流量调节装置，其对由所述阴极气体供给装置向所述阴极系统供给的阴极气体流量进行调节；
湿润状态获取装置，其获取所述燃料电池的湿润状态；
旁路阀开度获取装置，其获取所述旁路阀的开度；
阴极气体压力获取部，其获取所述阴极气体压力；
阴极气体流量获取部，其获取所述阴极气体流量；以及
优先级设定部，其设定所述旁路阀开度调节装置对旁路阀开度的调节、所述阴极气体压力调节装置对阴极气体压力的调节以及所述阴极气体流量调节装置对阴极气体流量的调节的优先级，
其中，所述优先级设定部以如下方式设定优先级：
在向湿润方向控制所述燃料电池时，使所述阴极气体压力调节装置对阴极气体压力的调节以及所述阴极气体流量调节装置对阴极气体流量的调节中的至少一方优先于所述旁路阀开度调节装置对旁路阀开度的调节。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统的湿润状态控制装置，其特征在于，
在向干燥方向控制所述燃料电池时，所述优先级设定部使所述旁路阀开度调节装置对旁路流量的调节优先于所述阴极气体压力调节装置对阴极气体压力的调节以及所述阴极气体流量调节装置对阴极气体流量的调节中的至少一方。
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