CN112448004A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。燃料电池系统具备：控制部，在燃料电池的运转中执行用于除去催化剂的氧化被膜的刷新控制；和阻抗测定部，在上述燃料电池的运转中测定上述燃料电池的阻抗。上述阻抗测定部执行使用预先决定的测量期间中的上述燃料电池的电流以及电压的测量值来计算上述阻抗的计算处理，在检测到上述测量期间中的上述刷新控制的执行开始的情况下，输出预先准备的代替值作为上述阻抗。

Description

燃料电池系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池通常具备用于促进反应气体的电化学反应的催化剂。对于催化剂而言，若在表面生成氧化被膜则其性能会降低。因此，在燃料电池系统中，有时在燃料电池的运转中执行用于将催化剂的氧化被膜除去的刷新控制(refreshing control)。例如，在下述日本特开2012－185968的燃料电池系统中，执行通过引出燃料电池的电流来使燃料电池的电压比催化剂的氧化还原电位降低而将催化剂的氧化被膜除去的刷新控制。

另外，在燃料电池系统中，存在为了判定燃料电池内的湿润状态而测定燃料电池的阻抗的燃料电池系统。燃料电池的阻抗一般通过交流阻抗法来测定。在交流阻抗法中，通过对在向燃料电池流动交流电流的期间测量出的燃料电池的电流以及电压进行傅立叶变换来计算阻抗。

若在燃料电池的阻抗的测定中执行上述那样的刷新控制，则燃料电池的电流以及电压的值会暂时大幅变动，存在阻抗的测定结果成为偏离了实际的燃料电池的湿润状态的阻抗的结果的可能性。

发明内容

本公开的技术能够作为以下的方式实现。

(1)本发明的第一方式(aspect)涉及燃料电池系统。该方式的燃料电池系统具备：燃料电池，通过反应气体的电化学反应来进行发电，并具有促进上述电化学反应的催化剂；控制部，控制上述燃料电池的运转，在上述燃料电池的运转中为了除去上述催化剂的氧化被膜而执行引出上述燃料电池的电流来使上述燃料电池的电压降低的刷新控制；以及阻抗测定部，构成为在上述燃料电池的运转中测定上述燃料电池的阻抗。上述阻抗测定部构成为：执行使用预先决定的测量期间中的上述燃料电池的电流以及电压的测量值来计算上述阻抗的计算处理，在检测到上述预先决定的测量期间中的上述刷新控制的执行开始的情况下，输出预先准备的代替值作为上述阻抗。

根据该方式的燃料电池系统，能够抑制燃料电池的阻抗的测定结果受到刷新控制的影响这一情况。因此，能够抑制阻抗的测定结果因刷新控制的影响而成为从实际的燃料电池的湿润状态的阻抗偏离的结果。

(2)上述阻抗测定部可以构成为输出执行上述刷新控制之前的通过上述计算处理计算出的上述阻抗的上次值作为上述代替值。

根据该结构，由于输出对即将执行刷新控制之前的燃料电池的湿润状态进行表示的阻抗作为代替值，所以能够抑制输出从实际的燃料电池的湿润状态的阻抗偏离的代替值。

(3)上述阻抗测定部可以构成为将在执行上述刷新控制的期间测量出的上述燃料电池的电流以及电压的测量值废弃。

根据该结构，能够抑制基于受到刷新控制的影响的燃料电池的电流以及电压的测量值来计算燃料电池的阻抗这一情况。

(4)上述阻抗测定部可以构成为在执行了上述刷新控制之后直至满足(i)上述燃料电池中的上述反应气体所包括的氧化剂气体的化学计量比成为预先决定的基准值以上时，(ii)上述燃料电池的电流电压特性与预先决定的基准相比未降低时，(iii)经过了预先决定的经过时间时中的至少一个条件为止，持续输出上述代替值作为通过上述计算处理而计算的上述阻抗。

根据该结构，能够抑制在刷新控制的执行后利用燃料电池恢复至通常的状态之前的燃料电池的电流以及电压的测量值来计算阻抗。因此，能够进一步抑制燃料电池的阻抗的测定结果受到刷新控制的影响。

本公开的技术还能够以燃料电池系统以外的各种方式实现。例如，能够以燃料电池系统的控制方法、燃料电池的湿润状态的检测方法、实现上述的方法的控制装置或计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性记录介质等方式实现。另外，本公开的技术能够以搭载燃料电池系统的车辆等方式实现。

附图说明

以下，参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术及工业重要性进行说明，在附图中相同的附图标记表示相同的构成要素，其中：

图1是表示燃料电池系统的结构的简图。

图2A是阻抗测定部的简要功能框图。

图2B是用于对阻抗测定部的计算处理进行说明的示意图。

图2C是表示燃料电池的电解质膜的等效电路的说明图。

图3是表示由燃料电池系统执行的系统控制的流程的说明图。

图4是表示第一实施方式的阻抗测定处理的流程的说明图。

图5是表示第一实施方式中的阻抗测定处理与刷新控制的执行时机的一个例子的说明图。

图6是表示第二实施方式的阻抗测定处理的流程的说明图。

图7是表示将储存于缓冲区(buffer area)的测量数据废弃的处理的说明图。

图8是表示第三实施方式的阻抗测定处理的流程的说明图。

图9A是表示刷新控制执行中的燃料电池的电流的变化与氧化剂气体的化学计量比(stoichiometric ratio)的变化的说明图。

图9B是表示由刷新控制引起的燃料电池的电流电压特性的变化的说明图。

具体实施方式

1.第一实施方式：

图1是表示第一实施方式中的燃料电池系统100的结构的简图。第一实施方式的燃料电池系统100例如被搭载于车辆。燃料电池系统100具备接受作为反应气体的燃料气体与氧化剂气体的供给来进行发电的燃料电池10。燃料电池系统100将燃料电池10发出的电力供给至搭载于车辆的负载200。负载200例如包括作为车辆的驱动力源的驱动马达、车辆的电装件、辅机类、外部供电所使用的连接器。

燃料电池10是通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电的固体高分子型燃料电池。在第一实施方式中，燃料气体为氢，氧化剂气体为氧。燃料电池10具有多个单电池11层叠而成的电池组结构。各单电池11分别是即便为单体也能够发电的发电构件，具有在电解质膜的两面配置了电极的发电体亦即膜电极接合体和夹着膜电极接合体的2张隔板。电解质膜由在内部包含水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。在电极配置有促进反应气体的电化学反应的催化剂12。催化剂12例如由铂(Pt)构成。针对单电池11的各构成要素省略图示。

燃料电池系统100具备控制燃料电池10的运转的控制部20。控制部20由具备至少一个处理器和主存储装置的ECU(Electronic Control Unit)构成。控制部20通过处理器执行读入至主存储装置上的程序、命令来发挥用于控制燃料电池10的运转的各种功能。此外，控制部20的功能的至少一部分可以由硬件电路构成。

控制部20作为刷新控制执行部21发挥功能。刷新控制执行部21在燃料电池10的运转中执行用于恢复燃料电池10的催化剂12的性能的刷新控制。关于刷新控制将后述。

燃料电池系统100具备燃料气体供给部30、燃料气体循环排出部40以及氧化剂气体供排部50作为对于燃料电池10执行反应气体的供给以及排出的构成部。

燃料气体供给部30向燃料电池10的阳极供给燃料气体。燃料气体供给部30具备：罐31，储藏高压的燃料气体；燃料气体配管32，将罐31与燃料电池10的阳极入口连接；主止阀33；调节器34；以及供给装置35。主止阀33、调节器34、供给装置35从罐31侧亦即上游侧起依次设置于燃料气体配管32。

主止阀33由在控制部20的控制下进行开闭的电磁阀构成。主止阀33对燃料气体从罐31的流出进行控制。调节器34为减压阀，在控制部20的控制下对供给装置35的上游侧的燃料气体配管32内的压力进行调整。供给装置35周期性地进行开闭来向燃料电池10送出燃料气体。供给装置35例如由按所设定的驱动周期进行开闭的电磁驱动式的开闭阀亦即喷射器构成。控制部20通过控制供给装置35的驱动周期来调整燃料气体对于燃料电池10的供给量。

燃料气体循环排出部40使从燃料电池10的阳极排出的废气所包含的燃料气体循环至燃料电池10，并且使废气所包含的排水排出至燃料电池系统100的外部。燃料气体循环排出部40具备废气配管41、气液分离部42、循环配管43、循环泵44、排水配管45以及排水阀46。废气配管41与燃料电池10的阳极出口和气液分离部42连接，将包括在阳极中未被用于发电的燃料气体和排水的阳极侧的废气向气液分离部42引导。

气液分离部42从通过废气配管41流入的废气中分离气体成分和液体成分并将液体成分作为排水而以液态水的状态进行存积。气液分离部42与循环配管43连接。循环配管43将气液分离部42与燃料气体配管32的比供给装置35靠下游侧的部位连接。另外，在循环配管43设置有循环泵44。气液分离部42将从废气分离出的气体成分向循环配管43引导。循环泵44将包括向循环配管43引导后的燃料气体的气体成分向燃料气体配管32送出。

在存积气液分离部42的排水的存积部连接有排水配管45。对排水配管45设置有在控制部20的控制下进行开闭的排水阀46。控制部20通常关闭排水阀46，通过在预先设定的规定的时机打开排水阀46来将存积于气液分离部42的排水通过排水配管45向燃料电池系统100的外部排出。

氧化剂气体供排部50将通过车辆的前格栅等获取的空气所包含的氧作为氧化剂气体而供给至燃料电池10。氧化剂气体供排部50具备供给配管51、压缩机52以及开闭阀53。供给配管51与燃料电池10的阴极入口连接。压缩机52与开闭阀53设置于供给配管51。压缩机52将压缩了获取到的外部空气所得的压缩气体通过供给配管51向燃料电池10的阴极送出。开闭阀53通常为关闭的状态，因从压缩机52送出的压缩气体的压力而开阀，允许压缩气体向燃料电池10的流入。

氧化剂气体供排部50将从燃料电池10的阴极排出的废气向燃料电池系统100的外部排出。氧化剂气体供排部50具备废气配管56和调压阀58。废气配管56与阴极出口连接，将从燃料电池10的阴极排出的废气向车辆的外部引导。调压阀58设置于废气配管56，在控制部20的控制下对燃料电池10的阴极侧的背压进行调整。

燃料电池系统100具备第一转换器61、逆变器63、第二转换器65以及二次电池66作为用于控制向负载200供给的电力的构成部。燃料电池10经由第一直流导线L1与第一转换器61的输入端子连接。第一转换器61在控制部20的控制下对燃料电池10的输出电压进行升压。

第一转换器61的输出端子经由第二直流导线L2与逆变器63的直流端子连接。在逆变器63的交流端子连接有负载200。逆变器63执行直流与交流的变换。

二次电池66经由第二转换器65与第二直流导线L2连接。二次电池66例如由锂离子电池构成。在二次电池66蓄积燃料电池10发出的电力的一部分、由负载200产生的再生电力。二次电池66在控制部20的控制下与燃料电池10一同作为燃料电池系统100的电力源发挥功能。

控制部20控制两个转换器61、65来控制燃料电池10的输出电流和二次电池66的充电以及放电。另外，控制部20通过逆变器63来控制向负载200供给的三相交流的频率以及电压。

燃料电池系统100还具备阻抗测定部80。阻抗测定部80在燃料电池10的运转中通过交流阻抗法来测定燃料电池10的阻抗。在第一实施方式中，阻抗测定部80测定燃料电池10的每个单电池11的阻抗。阻抗测定部80将阻抗的测定结果输出至控制部20。控制部20基于阻抗测定部80输出的阻抗的值来检测燃料电池10的电解质膜的湿润状态，执行与该湿润状态对应的运转控制。此外，阻抗测定部80也可以组装于第一转换器61。

图2A是阻抗测定部80的简要功能框图。阻抗测定部80具备信号叠加部82、电流测量部84a、电压测量部84b、存储器86以及计算部88。信号叠加部82具备交流电源，在燃料电池10的运转中向燃料电池10的输出电流叠加正弦波交流电流。该正弦波交流的频率例如可以为数0.1～1.5KHz左右。

电流测量部84a测量燃料电池10的输出电流。电压测量部84b测量燃料电池10的输出电压。存储器86存储电流测量部84a以及电压测量部84b的测量结果。在第一实施方式中，为了将计算部88的计算结果作为后述的代替值使用而存储于存储器86。

计算部88执行使用存储于存储器86的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗的计算处理。计算部88将通过计算处理而计算出的阻抗输出至控制部20。此外，虽然详细内容将后述，但存在计算部88在通过刷新控制执行部21执行了刷新控制之后代替通过计算处理计算出的阻抗而将存储于存储器86的代替值输出至控制部20的情况。

图2B是用于对阻抗测定部80的计算部88所执行的计算处理进行说明的示意图。在燃料电池10的运转中信号叠加部82正叠加交流电流的期间，电流测量部84a以及电压测量部84b按规定的测量周期测量燃料电池10的电流以及电压，并逐一按时间序列存储于存储器86。电流测量部84a的测量结果亦即电流测量数据DTi被储存于存储器86的电流值用缓冲区BFi，电压测量部84b的测量结果亦即电压测量数据DTv被储存于存储器86的电压值用缓冲区BFv。各测量数据DTi、DTv在存储器86中被存储至少以下说明的测量期间Tm量，并从旧的数据起依次覆盖。

计算部88按预先决定的每个阻抗的测定周期使用至当前为止的预先决定的长度的测量期间Tm中的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗Zm。测量期间Tm是信号叠加部82所叠加的交流电流的几个周期～几十个周期量的期间。计算部88对测量期间Tm中的电流测量数据DTi所包含的燃料电池10的电流和测量期间Tm中的电压测量数据DTv所包含的电压进行傅立叶变换，取出作为测定对象的频率成分来计算阻抗Zm。由此，能够在抑制了燃料电池10的通常运转中的电流以及电压的变化的影响的状态下测定燃料电池10的当前的阻抗Zm。其中，上述的测量期间Tm亦能够称为阻抗Zm的测定期间。

图2C是表示燃料电池10的电解质膜的等效电路的说明图。燃料电池系统100的电解质膜由在溶液电阻Ra的后段并联连接了反应电阻Rb与双电层C的等效电路表示。通过计算部88的计算处理计算出的阻抗Zm表示电解质膜的电阻，相当于溶液电阻Ra的电阻值。

图3是表示在控制部20的控制下由燃料电池系统100执行的系统控制的流程的说明图。在该系统控制中，在燃料电池10的运转中步骤S10的处理、步骤S20～S40的处理以及步骤S50～S80的处理按各自的控制周期被反复并行执行。

在步骤S10中，阻抗测定部80通过信号叠加部82使交流电流向燃料电池10流动，并通过电流测量部84a以及电压测量部84b测量燃料电池10的电流以及电压，将其测量值记录在存储器86。在燃料电池10的运转中按上述的规定的测量周期反复进行步骤S10。

按上述的阻抗的测定周期反复执行步骤S20～S40的处理。其中，在第一实施方式中，执行步骤S20的阻抗测定处理的阻抗的测定周期的长度为上述的测量期间Tm以上。在其他实施方式中，阻抗的测定周期的长度可以为测量期间Tm以下。

在步骤S20中，控制部20使阻抗测定部80执行阻抗测定处理，取得燃料电池10的当前的阻抗。关于阻抗测定处理将后述。

在步骤S30中，控制部20使用在步骤S20中从阻抗测定部80输出的阻抗来检测燃料电池10的电解质膜的湿润度。控制部20在未图示的存储部中具有映射，该映射设定了燃料电池10的阻抗与电解质膜的湿润度唯一建立对应的关系。控制部20参照该映射来取得相对于在步骤S20中测定出的阻抗的电解质膜的湿润度。

在步骤S40中，控制部20执行与在步骤S30中检测出的电解质膜的湿润度对应的运转控制。例如在电解质膜的湿润度比预先决定的阈值低时，控制部20执行限制燃料电池10的输出电流的限制处理作为步骤S40的运转控制。另外，控制部20例如也可以执行电解质膜的湿润度越低则为了使电解质膜的湿润度上升而越使燃料电池10的运转温度降低的处理作为步骤S40的运转控制。控制部20也可以执行电解质膜的湿润度越高则越增长对燃料电池10的内部进行扫气的扫气处理的执行时间的控制作为步骤S40的运转控制。

步骤S50～S80是在燃料电池10的运转中由刷新控制执行部21反复执行的处理。在步骤S50中，刷新控制执行部21对是否满足了刷新控制的执行条件进行判定。例如，在从上次的刷新控制的执行时起经过了预先决定的期间时，刷新控制执行部21判定为满足了刷新控制的执行条件。在从间歇运转切换为通常运转时，刷新控制执行部21也可以判定为满足了刷新控制的执行条件。间歇运转是使燃料电池10的输出电流为零、向燃料电池10间歇地供给氧化剂气体来使氧化剂气体的供给量比通常运转时减少的运转。

刷新控制执行部21反复执行步骤S50并待机至满足刷新控制的执行条件为止。当在步骤S50中判定为满足了刷新控制的执行条件的情况下，在步骤S60中，刷新控制执行部21设定对刷新控制的执行开始的历史记录进行表示的标志。该标志被储存于控制部20的未图示的存储器的规定的地址。刷新控制执行部21在接下来的步骤S70中执行刷新控制。

在刷新控制中，刷新控制执行部21在引出燃料电池10的输出电流来使燃料电池10的电压比催化剂12的氧化还原电位降低之后，立即使燃料电池10的电流降低而恢复至刷新控制执行前的电压。在刷新控制中，使电压暂时降低的期间例如可以为50～300ms左右。通过刷新控制能够除去催化剂12的氧化被膜，能够使催化剂12的性能恢复。在步骤S70的刷新控制的执行后，刷新控制执行部21在步骤S80中将该标志初始化。

图4是表示图3的步骤S20中的阻抗测定处理的流程的说明图。在步骤S110中，阻抗测定部80对在紧前的测量期间Tm中是否开始了刷新控制的执行进行检测。阻抗测定部80通过刷新控制执行部21对是否设定了表示刷新控制的执行开始的历史记录的标志进行验证，在设定了标志的情况下，判定为在紧前的测量期间Tm中执行了刷新控制。此外，由于如上所述，在刷新控制的执行开始的紧前设定该标志，所以即便在进行步骤S110的判定的时刻是刷新控制的执行中途，也判定为在测量期间Tm中执行了刷新控制。

当在步骤S110中未检测到测量期间Tm中的刷新控制的执行开始的情况下，阻抗测定部80执行步骤S120的处理。在步骤S120中，阻抗测定部80的计算部88如上所述使用在紧前的测量期间Tm的期间通过电流测量部84a以及电压测量部84b测量出的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗Zm。

在接下来的步骤S130中，阻抗测定部80将通过步骤S120的计算处理而计算出的阻抗Zm输出至控制部20。另外，在第一实施方式中，阻抗测定部80在步骤S130中将阻抗Zm储存于存储器86的规定的地址。由此，图3的步骤S20中的阻抗测定处理结束。控制部20使用阻抗测定部80输出的阻抗Zm来执行上述的图3的步骤S30～S40的运转控制。

当在步骤S110中检测到测量期间Tm中的刷新控制的执行开始的情况下，阻抗测定部80在步骤S140中将预先准备的代替值作为阻抗的本次值输出至控制部20。代替值是表示燃料电池10通常运转时的阻抗的预先决定的值。

这里，“燃料电池10的通常运转”是指用于使燃料电池10发出与燃料电池系统100输出至负载200的目标电力对应的发电量的运转。因此，刷新控制的执行中的燃料电池10的运转不包括于燃料电池10的通常运转。

在第一实施方式中，该代替值是在上次的阻抗的测定周期中阻抗测定部80通过步骤S120的计算处理计算出并在步骤S130中被储存于存储器86的上次值。由此，图3的步骤S20中的阻抗测定处理结束，控制部20使用阻抗测定部80输出的代替值来执行上述的图3的步骤S30～S40的运转控制。

图5是表示阻抗测定处理与刷新控制的执行时机的一个例子的时间图。在图5中，“接通”是指处理正被执行，“断开”是指处理未被执行。在该例子中，按测定周期MC执行第P0次、第P1次、第P2次、第P3次、第P4次的阻抗测定处理。另外，在该例子中，在第P2次与第P3次的阻抗测定处理之间执行一次刷新控制。

在第P0次、第P1次以及第P2次的阻抗测定处理中，在各自的紧前的测量期间Tm中未执行刷新控制，测量期间Tm中的燃料电池10的电流以及电压的测量值不包括刷新控制的执行中的测量值。因此，如在图4的步骤S120～S130中说明那样，使用在各个测量期间Tm测量出的燃料电池10的电流以及电压的测量值而计算出的阻抗Zm0、Zm1、Zm2被输出至控制部20。

在第P3次的阻抗测定处理中，在其紧前的测量期间Tm正执行刷新控制。因此，如在图4的步骤S140中说明那样，在控制部20设定代替值Zr作为第P3次的阻抗测定处理的测定结果亦即阻抗Zm3，并输出至控制部20。其中，在第一实施方式中，代替值Zr为上次值，即是在第P2次的阻抗测定处理中输出的阻抗Zm2。

在第P4次的阻抗测定处理中，在其紧前的测量期间Tm未执行刷新控制，测量期间Tm中的燃料电池10的电流以及电压的测量值不包括刷新控制的执行中的测量值。因此，与第P0次、第P1次以及第P2次的阻抗测定处理同样，使用在紧前的测量期间Tm测量出的燃料电池10的电流以及电压的测量值而计算出的阻抗Zm4被输出至控制部20。

这里，在刷新控制的执行中，使燃料电池10的电流以及电压与燃料电池10的通常运转时相比以短时间大幅变动。存在该变动在计算阻抗时作为通过傅立叶变换无法完全除去的噪声而出现的可能性。因此，若使用刷新控制的执行中的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗，则存在该值成为从表示燃料电池10中的电解质膜的湿润状态的值偏离了的值的可能性。

与此相对，根据第一实施方式的燃料电池系统100，当在阻抗的测量期间Tm中开始了刷新控制的执行的情况下，表示燃料电池10正进行通常运转时的阻抗的代替值被输出至控制部20。因此，可抑制从阻抗测定部80输出至控制部20的燃料电池10的阻抗的测定结果受到刷新控制的影响这一情况。因此，可抑制阻抗的测定结果因刷新控制的影响而偏离实际的燃料电池的湿润状态的阻抗。从而，能够抑制燃料电池10的湿润状态的掌握不准确、无法恰当地执行控制部20基于燃料电池10的阻抗对燃料电池10的运转控制。此外，在刷新控制结束的时刻、即变得能够测量燃料电池10的阻抗的时刻，控制部20可以按规定的测量周期重新开始阻抗的计算所使用的燃料电池10的电流以及电压的测量。

根据第一实施方式的燃料电池系统100，阻抗测定部80将执行刷新控制之前的通过计算处理计算出的阻抗的上次值作为代替值输出至控制部20。由此，输出对即将执行刷新控制之前的燃料电池10的电解质膜的湿润状态进行表示的阻抗作为代替值。因此，能够抑制将从当前的燃料电池10中的实际的电解质膜的湿润状态偏离了的值的阻抗作为代替值输出。

2.第二实施方式：

图6是表示第二实施方式中的阻抗测定处理的流程的说明图。第二实施方式的阻抗测定处理在具有与第一实施方式中说明的结构同样的结构的燃料电池系统100中执行。第二实施方式的阻抗测定处理除了追加了步骤S150的处理这一点以外，与第一实施方式的阻抗测定处理大致相同。此外，在第二实施方式中，测量期间Tm比阻抗的测定周期长。

参照图7对步骤S150的处理的内容进行说明。在图7中，对图5所示的时间图追加了对步骤S150的执行前后的存储器86的缓冲区BFi、BFv的变化进行表示的示意图。

阻抗测定部80在步骤S140中将代替值输出至控制部20之后，在步骤S150中将储存于存储器86的缓冲区BFi、BFv的测量数据DTi、DTv中的至少在执行刷新控制的期间测量出的数据废弃。在第二实施方式中，如图7所示，将刷新控制完成的时刻tr以前的测量数据DTi、DTv从缓冲区BFi、BFv消除。由此，在执行了步骤S150的处理之后的阻抗的测定处理中，如图7所示，计算部88仅使用在刷新控制的执行完成后测量出的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗。此外，在其他实施方式中，也可以仅将在刷新控制的执行中取得的测量数据DTi、DTv从缓冲区BFi、BFv消除，刷新控制的执行开始前的测量数据DTi、DTv被残留在缓冲区BFi、BFv。

如以上那样，根据第二实施方式的阻抗测定处理，受到刷新控制的影响的燃料电池10的电流以及电压的测量值被从存储器86的缓冲区BFi、BFv消除。因此，能够进一步抑制使用受到了这样的刷新控制的影响的测定值来计算阻抗这一情况。除此之外，根据第二实施方式的燃料电池系统，能够起到与在第一实施方式中说明的作用效果同样的各种作用效果。

3.第三实施方式：

图8是表示第三实施方式中的阻抗测定处理的流程的说明图。第三实施方式的阻抗测定处理在具有与第一实施方式中说明的结构同样的结构的燃料电池系统100中执行。第三实施方式的阻抗测定处理除了追加了步骤S115的判定处理这一点以外，与第一实施方式的阻抗测定处理大致相同。

在步骤S110中，与第一实施方式中说明的同样，阻抗测定部80对是否存在在紧前的测量期间Tm中开始了刷新控制的执行的历史记录进行判定。在检测到刷新控制的执行开始的历史记录的情况下，阻抗测定部80在步骤S140中将代替值输出至控制部20。

另一方面，在未检测到刷新控制的执行开始的历史记录的情况下，阻抗测定部80在步骤S115中执行是否能够实现阻抗的测定的判定。在满足以下说明的条件(i)～(iii)中的任一个条件时，阻抗测定部80判定为能够实现阻抗的测定。以下的条件(i)～(iii)是用于担保燃料电池10处于不受到因刷新控制的执行引起的影响的状态的条件。即，还能够解释为条件(i)～(iii)是对在执行了刷新控制之后燃料电池10是否能够恢复至能够测定正常的阻抗的通常运转执行时的状态进行判定的条件。

＜可判定为能够实现阻抗测定的条件＞

(i)燃料电池10中的反应气体的化学计量比为预先决定的基准值以上。

(ii)燃料电池10的电流电压特性与预先决定的基准相比不降低。

(iii)从刷新控制的执行完成起经过预先决定的经过时间。

参照图9A对上述的条件(i)进行说明。图9A表示了对刷新控制的执行期间中的燃料电池10的电流的变化与燃料电池10中的氧化剂气体的化学计量比的变化进行表示的时间图的一个例子。燃料电池10中的“氧化剂气体的化学计量比”是实际供给的氧化剂气体的量相对于燃料电池10的发电量在理论上所需的氧化剂气体的量之比。其中，阻抗测定部80基于氧化剂气体对于燃料电池10的供给量与燃料电池10中的发电量来计算氧化剂气体的化学计量比。

在图9A的例子中，在时刻ta～tb执行刷新控制。在时刻ta～tb中，为了使燃料电池10的电压降低至催化剂的氧化还原电位，将燃料电池10的电流暂时引出至电流值Irf。在刷新控制完成的时刻tb之后，由于燃料电池10返回至通常运转，所以燃料电池10的电流迅速降低。

另一方面，在执行刷新控制的时刻ta～tb的期间，由于刷新控制所涉及的燃料电池10的电流引出，在燃料电池10的阴极氧化剂气体被急剧消耗。因此，氧化剂气体的化学计量比从燃料电池10通常运转时的化学计量比St显著降低。在刷新控制完成的时刻tb之后，通过借助氧化剂气体供排部50的氧化剂气体的供给，使得氧化剂气体的化学计量比向燃料电池10通常运转时的化学计量比St返回。在氧化剂气体的化学计量比返回至燃料电池10的通常运转时的化学计量比St时，燃料电池10的电流恢复为通常运转时的电流。因此，若满足条件(i)，则能够在抑制了受到刷新控制的影响的状态下测定阻抗。因此，在满足(i)的条件时，可抑制燃料电池10的阻抗被计算为从燃料电池10中的电解质膜的实际的湿润状态偏离的值。

参照图9B对上述的条件(ii)进行说明。图9B中图示了对燃料电池10的通常运转时的电流电压特性进行表示的曲线Gs和对刚刚执行了刷新控制之后的燃料电池10的电流电压特性进行表示的曲线Grf。在刷新控制刚刚完成之后，如上所述，氧化剂气体的化学计量比降低，燃料电池10的电流电压特性成为比通常运转时降低的状态。如图9B所示，燃料电池10的电流电压特性的降低是指相对于电流唯一确定的电压的值降低的状态。因此，当在这样的状态下测定了燃料电池10的阻抗的情况下，存在该测定值被获得为与燃料电池10中的电解质膜的实际的湿润状态偏离的值的可能性。相反，在燃料电池10的电流电压特性未比基于通常运转时的燃料电池10的电流电压特性而预先决定的基准降低时，可以说燃料电池10处于未受到刷新控制的影响的状态。因此，在满足(ii)的条件时，可抑制燃料电池10的阻抗被计算为从燃料电池10中的电解质膜的实际的湿润状态偏离的值。

对上述的(iii)的条件进行说明。作为(iii)的判定条件的经过时间通过预先基于实验求出刷新控制的执行完成后至满足上述的(i)、(ii)的条件中的任一个条件为止所需的时间来决定。因此，若满足上述的(iii)，则能够说燃料电池10处于不受到刷新控制的影响的通常的运转状态。因此，在满足(iii)的条件时，可抑制燃料电池10的阻抗被计算为从燃料电池10中的电解质膜的实际的湿润状态偏离的值。

当在步骤S115中满足上述的条件(i)～(iii)中的任一个条件时，阻抗测定部80认为能够测定燃料电池10的阻抗而执行步骤S120。该情况下，使用测量期间Tm中的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算燃料电池10的阻抗。另一方面，当在步骤S115中不满足上述的条件(i)～(iii)中的任一个条件时，阻抗测定部80在步骤S140中向控制部20输出代替值。

根据第三实施方式的阻抗测定处理，在执行了刷新控制之后直至满足上述的条件(i)～(iii)中任一个条件为止，阻抗测定部80持续输出代替值作为燃料电池10的阻抗。由此，可抑制在刷新控制的执行后利用燃料电池10恢复至通常的状态之前的燃料电池10的电流以及电压的测量值来计算阻抗。因此，能进一步抑制燃料电池10的阻抗的测定结果受到刷新控制的影响。除此之外，根据第三实施方式的燃料电池系统100，能够起到与第一实施方式中说明的作用效果同样的各种作用效果。

4.其他实施方式：

上述的各实施方式中说明的各种结构例如能够如以下那样进行改变。以下说明的其他实施方式均与上述的各实施方式同样被定位成用于实施本公开的技术的方式的一个例子。

·其他实施方式1：

阻抗测定部80可以输出执行刷新控制之前的通过计算处理而计算出的阻抗的上次值以外的值作为代替值。代替值可以是表示未执行刷新控制的燃料电池10的通常运转中的阻抗的预先准备的值。代替值只要在其使用之前预先准备即可，可以是在燃料电池10的运转中计算的值，也可以是在燃料电池系统100的工厂出厂时预先设定的值。阻抗测定部80例如可以以非易失的方式存储预先通过实验求出的燃料电池10的通常运转时的平均阻抗，将该阻抗作为代替值输出至控制部20。阻抗测定部80也可以构成为使用将这样的通过实验求出的阻抗与表示燃料电池10的运转状态的参数唯一建立对应的映射来输出与燃料电池10的运转状态对应的代替值。

·其他实施方式2：

在上述的第三实施方式的阻抗测定处理中，可以执行在第二实施方式中说明的步骤S150的处理。此时，可以将在步骤S115中满足上述的(i)～(iii)的条件之前的测量数据DTi、DTv从存储器86消除。

·其他实施方式3：

在上述的第三实施方式中，可以仅对步骤S115中的(i)～(iii)的条件中的任一个条件进行判定，也可以仅对两个条件进行判定。另外，除了(i)～(iii)的条件之外，也可以追加其他条件。

5.其他：

在上述实施方式中，通过软件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过硬件来实现。另外，通过硬件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过软件来实现。作为硬件，例如能够使用集成电路、分立电路、或者组合这些电路的电路模块等各种电路。

本公开的技术并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部或者为了实现上述效果的一部分或全部，与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，并不局限于该技术特征在本说明书中被说明为非必需，只要该技术特征在本说明书中未被说明为必需，则能够适当地删除。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：

燃料电池，通过反应气体的电化学反应来进行发电，并具有促进所述电化学反应的催化剂；

控制部，构成为控制所述燃料电池的运转，在所述燃料电池的运转中为了除去所述催化剂的氧化被膜执行引出所述燃料电池的电流来使所述燃料电池的电压降低的刷新控制；以及

阻抗测定部，构成为在所述燃料电池的运转中测定所述燃料电池的阻抗，

所述阻抗测定部构成为：

执行使用预先决定的测量期间内的所述燃料电池的电流以及电压的测量值来计算所述阻抗的计算处理，

在检测到所述预先决定的测量期间中的所述刷新控制的执行开始的情况下，输出预先准备的代替值作为所述阻抗。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述阻抗测定部构成为输出执行所述刷新控制之前的通过所述计算处理而计算出的所述阻抗的上次值作为所述代替值。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述阻抗测定部构成为将在执行所述刷新控制的期间测量出的所述燃料电池的电流以及电压的测量值废弃。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述阻抗测定部构成为在执行了所述刷新控制之后直至满足(i)所述燃料电池中的所述反应气体所包括的氧化剂气体的化学计量比成为预先决定的基准值以上时、(ii)所述燃料电池的电流电压特性与预先决定的基准相比未降低时、(iii)经过了预先决定的经过时间时中的至少一个条件为止，持续输出所述代替值作为通过所述计算处理而计算的所述阻抗。

5.一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于，具备下述工序：

在燃料电池的运转中，为了除去所述燃料电池所具有的催化剂的氧化被膜而执行引出所述燃料电池的电流来使所述燃料电池的电压降低的刷新控制；

在所述燃料电池的运转中，执行使用预先决定的测量期间中的所述燃料电池的电流以及电压的测量值来计算所述燃料电池的阻抗的计算处理；以及

在检测到所述预先决定的测量期间中的所述刷新控制的执行开始的情况下，输出预先准备的代替值作为所述阻抗。

Images