JP4973138B2

JP4973138B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP4973138B2
Application number: JP2006305088A
Authority: JP
Inventors: 英嗣伊豆原; 祐一坂上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP2008123783A

Description

本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機に適用して有効である。

固体高分子型燃料電池は、燃料電池内部の電解質膜の導電率を維持するために加湿する必要がある。燃料電池の内部水分量が少なく電解質膜が乾燥している場合には、内部抵抗が大きくなり燃料電池の出力電圧が低下する。一方、燃料電池の内部水分量が過剰である場合には、燃料電池の電極が水分で覆われてしまうため、反応物質である酸素、水素の拡散が阻害され、出力電圧が低下する。

このため、燃料電池の内部水分量を診断する方法として、燃料電池の発電電力または空気流量の変化時にセル電圧が閾値を超えた場合に、フラッディングあるいはドライアップが発生したと診断する方法（特許文献１参照）や、セル電圧の偏差から外れたセルがある場合に、フラッディングあるいはドライアップが発生したと診断する方法（特許文献２参照）が提案されている。
特開２００５−２２８６８８号公報特開２００５−１０８６７３号公報

しかしながら、特許文献１、２の水分診断方法では、セル電圧の変化に基づいて燃料電池の内部水分状態を診断するため、燃料電池の内部水分量が大きく変化しないと、セル電圧の変化に現れてこないため、燃料電池の内部水分状態を正確に診断することが困難であるという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、燃料電池の内部水分状態を正確に診断することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる固体高分子電解質型の燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）の出力電流を検出する電流検出手段（１２）と、燃料電池（１０）の出力電圧を検出する電圧検出手段（１３）とを備える燃料電池システムであって、燃料電池（１０）の出力電流を所定の変化率で変化させる電流制御手段と、燃料電池（１０）の出力電流の時間的変化に対する出力電圧の変化率を取得する電圧変化率測定手段と、出力電流の変化率に対応する出力電圧の基準変化率を取得する基準変化率取得手段と、取得された基準変化率と取得された出力電圧の変化率との差に基づいて燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量を取得する静電容量取得手段と、コンデンサ成分の静電容量に基づいて燃料電池（１０）の水素極側における内部水分量を診断する内部水分量診断手段とを備え、静電容量取得手段は、基準変化率と出力電圧の変化率との差と、燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量との間のマップ化された関係を用いて、取得された基準変化率と取得された出力電圧の変化率との差に基づいて燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量を取得することを特徴としている。

このように、燃料電池（１０）の出力電流変化時における出力電圧変化率を求め、水素極のコンデンサ成分の静電容量の変化を求めることで、燃料電池の内部水分量、特に水素極の三相界面に存在する水分量を正確に診断することができる。なお、燃料電池（１０）が複数のセル（１００）を積層されたスタック構造の場合には、電圧変化率測定手段により各セルの電圧変化率を測定してもよく、あるいは複数のセルを一組にしたブロック毎に電圧変化率を測定してもよい。各セルの電圧変化率を測定する場合には、各セルの水分量を診断でき、複数のセルからなるブロック毎に電圧変化率を測定する場合には、ブロック毎の水分量を診断することができる。

また、内部水分量診断手段は、燃料電池（１０）の水素極側における内部水分量と燃料電池（１０）の電解質膜（１０１）の水分量勾配に基づいて燃料電池（１０）全体の内部水分量を診断することができる。

また、電流制御手段は、燃料電池（１０）の負荷変動時において、出力電流の変動初期における電流変化率を所定変化率に制御することで、負荷変動時に内部水分量の診断を行うことができる。さらに、燃料電池（１０）の電流変化率に対する電圧変化率のずれが大きくなる電流変化率を実験的に求めておき、その電流変化率を所定電流変化率とすることで、燃料電池の内部水分量をより正確に診断することができる。

また、燃料電池（１０）の温度を検出する温度検出手段（４４）と、燃料電池温度に基づいて基準変化率と出力電圧の変化率とを補正する補正手段とを設けることで、燃料電池（１０）の温度が変化した場合にも、燃料電池の内部水分量を正確に診断することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば電気自動車に適用される。

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、電力機器１１や２次電池（図示せず）等に電力を供給するように構成されている。電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電力機器１１に相当する。

本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。セルの構成については後述する。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。

（水素極：アノード）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（空気極：カソード）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
燃料電池システムには、燃料電池１０の出力電流を検出する電流センサ１２と、各セル毎の出力電圧を検出するセルモニタ１３が設けられている。電流センサ１２で検出した電流信号とセルモニタ１３で検出したセル電圧信号は、後述する制御部５０に入力されるようになっている。

燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素流路３０が設けられている。なお、空気は本発明の酸化剤ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。

空気流路２０の最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気供給装置２１が設けられている。空気供給装置２１としては、例えばコンプレッサを用いることができる。空気流路２０における空気供給装置２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられ、空気流路２０における燃料電池１０の下流側には、燃料電池１０に供給される空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。

水素流路３０の最上流部には、水素供給装置３１が設けられている。本実施形態では、水素供給装置３１として、水素が充填された高圧水素タンクを用いている。水素供給装置３１からの燃料電池１０への水素供給量の調整は、後述の制御部５０により行われる。水素流路３０における燃料電池１０の下流側は、燃料電池１０の上流側に接続されて水素流路３０が閉ループに構成されている。これにより、水素流路３０内で水素を循環させて、燃料電池１０での未使用水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。そして、水素流路３０における燃料電池１０の下流側には、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３２が設けられている。

燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（冷却媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４１、ファン４２を備えたラジエータ４３が設けられている。冷却水経路４０における燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４４が設けられている。この温度センサ４４により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。

制御部（ＥＣＵ）５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部５０には、電流センサ１２からの電流信号、セルモニタ１３からのセル電圧信号、温度センサ４４からの温度信号等が入力される。また、燃料電池制御部５０は、演算結果に基づいて、空気供給装置２１、加湿器２２、空気調圧弁２３、水素ポンプ３２等に制御信号を出力する。

図２は、燃料電池１０を構成するセル１００の構成を示す模式図である。図３は、セル１００の水素極側を拡大した模式図である。図２に示すように、セル１００は、電解質膜１０１、水素極側拡散層１０２、空気極側拡散層１０３、セパレータ１０４を備えている。拡散層１０２、１０３は電極を構成している。電解質膜１０１の両面側には拡散層１０２、１０３とが配置されており、各拡散層１０２、１０３の外側には、セパレータ１０４が配置されている。電解質膜１０１と拡散層１０２、１０３との境界面には触媒が設けられている。

図３に示すように、電解質膜１０１と拡散層１０２と触媒１０５との三相界面では、水素分子がプロトンと電子に分離する反応が起こる。この反応が起こるためには、三相界面に水分が存在している必要がある。このとき、水素極では反応抵抗Ｒａが発生する。そして、電子は拡散層１０２に流れ、プロトンは電解質膜１０１に流れる。電解質膜１０１に移動したプロトンは水和され、Ｈ₃Ｏ⁺として電解質膜１０１内をカソード側に移動する。このように、プロトンがセル１００の水素極で生成して電解質膜１０１内を移動するためには、セル１００の水素極に水分が存在していることが必要となる。このため、燃料電池１０の電気化学反応が起こるためには、セル１００の水素極の水分が重要な役割を果たす。

図４（ａ）は電解質膜１０１内におけるプロトンを模式的に示しており、図４（ｂ）は電解質膜１０１内のプロトン濃度勾配を示している。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、電解質膜１０１では、水素極付近が最もプロトン濃度が高くなっており、水素極側から空気極側に向かってプロトン濃度が低くなっている。電解質膜１０１の水素極側では、電気二重層が発生しており、コンデンサ成分（電気二重層コンデンサ）が存在する。電気二重層コンデンサの静電容量は水素極の水分量により変化する。以下、この点について説明する。

図５は、水素極の触媒１０５の有効面積Ｓａと水素極の水分量との関係を示している。図５に示すように、水素極の水分量が所定値に達するまで、有効触媒面積Ｓａは水素極の水分量に比例して増加し、水素極の水分量が所定値を超えた場合には、有効触媒面積Ｓａは一定となる。このため、所定値を超えた水分は水素極での反応に寄与しない。

図６は、セル１００の等価回路を示している。図６に示すように、セル１００の水素極には反応抵抗Ｒａと電気二重層コンデンサが存在し、電解質膜１０１には膜抵抗Ｒｍが存在し、空気極には（反応抵抗＋拡散抵抗）Ｒｃが存在している。電気二重層コンデンサの静電容量Ｃａは、Ｃａ＝ε・Ｓａ／ｄで求めることができる。ただし、εは電解質膜１０１の誘電率、ｄは電気二重層の厚み、Ｓａは有効触媒面積（三相界面の面積）である。

このように、電気二重層コンデンサ容量Ｃａは有効触媒面積Ｓａによって変化する。具体的には、有効触媒面積Ｓａが大きいほど電気二重層コンデンサ容量Ｃａが大きくなり、有効触媒面積Ｓａが小さいほど電気二重層コンデンサ容量Ｃａが小さくなる。上述のように、水素極の水分量が多いほど有効触媒面積Ｓａが大きくなり、水素極の水分量が少ないほど有効触媒面積Ｓａが小さくなる。したがって、水素極の水分量が多いほど電気二重層コンデンサ容量Ｃａが大きくなり、水素極の水分量が少ないほど電気二重層コンデンサ容量Ｃａが小さくなる。

図７は、燃料電池１０の内部水分量と、電気二重層コンデンサ容量Ｃａおよび各抵抗Ｒａ、Ｒｍ、Ｒｃとの関係を示している。図７に示すように、電気二重層コンデンサ容量Ｃａは燃料電池１０の内部水分量（水素極の三相界面に存在する水分量）に比例して増加し、水分量が過剰な領域（フラッディング領域）では一定値となっている。このため、電気二重層コンデンサ容量Ｃａは水分量に比例して増加している領域では、電気二重層コンデンサ容量Ｃａに基づいて燃料電池１０の内部水分量を得ることができる。電気二重層コンデンサ容量Ｃａと燃料電池１０の内部水分量との関係は、予め実験的に求めてマップ化しておけばよい。

次に、本実施形態の燃料電池システムの水分量診断制御について説明する。図８は、制御部５０のＣＰＵがＲＯＭ等に格納された制御プログラムにしたがって行う水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。図８に示す水分量診断制御は、所定の制御間隔で繰り返し行われる。

図８に示すように、まず、燃料電池システムの運転を終了させるか否かを判定する（Ｓ１０）。この結果、燃料電池システムの運転を終了させると判定された場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、システムを停止させる。一方、燃料電池システムの運転を終了させないと判定された場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、燃料電池１０の出力電流を一定の変化率で変化させる（Ｓ１１）。燃料電池１０の出力電流を一定の変化率で変化させるためには、水素供給装置３１から燃料電池１０に供給される水素量を変化させればよい。

次に、燃料電池１０の出力電流が変化している際に、各セル１００の出力電圧の変化率をセルモニタ１３で測定し（Ｓ１２）、燃料電池１０の出力電流の変化率を電流センサ１２で測定する（Ｓ１３）。そして、Ｓ１３で測定した出力電流の変化率に対応する電圧の変化率を基準電圧変化率として算出する（Ｓ１４）。

ここで、燃料電池１０の出力電流を変化させた場合の出力電圧の変化について説明する。図９は、水分量診断制御を行う際の燃料電池１０の出力電流と出力電圧の変化を示しており、（ａ）が出力電流を増加させた場合を示し、（ｂ）が出力電流を減少させた場合を示している。図９（ａ）、図９（ｂ）ともに上段が出力電流の変化率を示し、下段が出力電流の変化率に対応する出力電圧の変化率を示している。図９における破線が基準電圧変化率を示している。

まず、図９（ａ）に示すように、出力電流を一定の変化率で増加させた場合には、基準電圧変化率は一定の変化率で減少する。出力電流を一定の変化率で増加させた場合には、セル１００の水素極に存在する電気二重層コンデンサに電荷が蓄えられる。このため、出力電流を一定の変化率で増加させた場合の出力電圧の変化率は、基準電圧変化率に対して傾きが大きくなる方向にずれる。上述のように、電気二重層コンデンサ容量Ｃａは、燃料電池１０の内部水分量が多いほど大きくなり、燃料電池１０の内部水分量が少ないほど小さくなるので、燃料電池１０の内部水分量が多い場合には、出力電圧の変化率は傾きが大きい方向にずれ、燃料電池１０の内部水分量が少ない場合には、出力電圧の変化率は傾きが小さい方向にずれる。

次に、図９（ｂ）に示すように、出力電流を一定の変化率で減少させた場合には、基準電圧変化率は一定の変化率で増加する。出力電流を一定の変化率で減少させた場合には、電気二重層コンデンサから電荷が放出される。このため、出力電流を一定の変化率で減少させた場合の出力電圧の変化率も、基準電圧変化率に対して傾きが大きくなる方向にずれる。そして、燃料電池１０の内部水分量が多い場合には、出力電圧の変化率は傾きが大きい方向にずれ、燃料電池１０の内部水分量が少ない場合には、出力電圧の変化率は傾きが小さい方向にずれる。

以上のことから、燃料電池１０の出力電流の変化に対するセル１００の基準電圧変化率と実際に測定したセル１００の測定電圧変化率との差から、電気二重層コンデンサ容量Ｃａを得ることができる。この電圧変化率の差と電気二重層コンデンサ容量Ｃａとの関係を予め実験的に求めてマップ化しておけばよい。

図８に戻り、Ｓ１４で算出した基準電圧変化率とＳ１２で測定した測定電圧変化率との差からセル１００の水素極における電気二重層コンデンサ容量Ｃａを取得する（Ｓ１５）。そして、電気二重層コンデンサ容量Ｃａに基づいて燃料電池１０の内部水分量の診断を行う（Ｓ１６）。このＳ１６の診断処理は、電気二重層コンデンサ容量Ｃａと燃料電池１０の内部水分量とが関係付けられたマップ（図７参照）を用いて行われる。ここでは、燃料電池１０の水素極における水分量を診断することができる。例えば、内部水分量が適正な範囲に対応する電気二重層コンデンサ容量Ｃａの上限値と下限値を予め設定しておき、Ｓ１５で取得した電気二重層コンデンサ容量Ｃａが上限値を上回っている場合に水分過剰と診断し、下限値を下回っている場合に水分不足と診断することができる。

次に、Ｓ１６の診断結果に基づいて燃料電池１０の内部水分量の制御を行う（Ｓ１７）。燃料電池１０の内部水分量の制御は、例えば加湿器２２による燃料電池１０への供給空気の加湿量の調整により行うことができる。さらに、空気供給装置２１による燃料電池１０への空気供給量の調整や空気調圧弁２３による燃料電池１０への空気供給圧力の調整を行うことで、燃料電池１０内での水分蒸発量を調整して内部水分量を制御することができる。

以上説明したように、燃料電池１０の出力電流変化時におけるセル電圧の変化率を求め、水素極の電気二重層コンデンサの静電容量の変化を求めることで、燃料電池１０の内部水分量、特に水素極の三相界面に存在する水分量を正確に診断することができる。なお、本発明の電流制御手段、基準変化率取得手段、静電容量取得手段、内部水分量診断手段は、それぞれ制御部５０の処理によって構成されるものであり、電流制御手段はＳ１１の処理に対応し、基準変化率取得手段はＳ１２の処理に対応し、静電容量取得手段はＳ１５の処理に対応し、内部水分量診断手段はＳ１６の処理に対応している。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０は、セル１００の電解質膜１０１における水分量の勾配を示している。図１０に示すように、電解質膜１０１では、空気極側における水分量が最も多くなっており、水素極側に向かって徐々に水分量が減少している。電解質膜１０１における水分量の勾配は、電解質膜１０１の拡散係数等によって定まり、全体の水分量が変化しても勾配はほぼ一定である。この電解質膜１０１における水分量の勾配は、予めマップ化して用いればよい。このため、セル１００の水素極の水分量を求め、水素極の水分量を図１０に示す水分量勾配に当てはめることで、セル１００全体の内部水分量を求めることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態では、燃料電池１０の負荷変動時に水分量診断制御を行うように構成されている。以下、上記第１実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１１は、本第３実施形態の水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。図１１に示すように、運転終了判定処理Ｓ１０の後で、燃料電池１０の負荷変動があったか否か、すなわち燃料電池１０に対する要求発電量が変化したか否かを判定する（Ｓ２０）。この結果、燃料電池１０の負荷変動がないと判定された場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、何もせずリターンし、燃料電池１０の負荷変動があったと判定された場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、燃料電池１０に供給する水素量を変化させ、燃料電池１０の出力電流を一定の変化率で変化させる（Ｓ１１）。本第３実施形態では、燃料電池１０の出力電流を予め設定された所定変化率で変化させる。例えば図示しない２次電池から電流を流すことで、燃料電池１０の出力電流の変化率を調整することができる。

図１２は、本第３実施形態の水分診断制御を行う際の燃料電池１０の出力電流と出力電圧の変化を示している。本第３実施形態では、Ｓ１１の電流変化制御を燃料電池１０の負荷変動に対する電流変動の初期に一定時間だけ行う。また、Ｓ１１の電流変化制御では、要求発電量から設定される目標電流値とは関係なく、所定電流変化率で電流を変化させている。燃料電池１０の電流変化率に対する基準電圧変化率と実際の出力電圧の変化率との差が大きくなる電流変化率を実験的に求めておき、その電流変化率を所定電流変化率とすればよい。

図１１に戻り、電流変化時における電圧変化率を電流変化率を測定した後で（Ｓ１２、Ｓ１３）、燃料電池１０の出力電流を目標電流値に変化させる（Ｓ２１）。

以上のように、燃料電池１０の負荷変動時において、電流変化初期に電流変化率を一定にすることで電圧変化率を測定でき、燃料電池１０の内部水分量を診断することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態では、水分量診断制御において温度補正を行うように構成されている。以下、上記第１実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

燃料電池１０の温度が高くなると燃料電池１０の内部抵抗は小さくなる。このため、セル１００の出力電圧は燃料電池１０の温度変化に伴って変化し、燃料電池１０の出力電流を変化させた際の電圧挙動は燃料電池１０の温度の影響を受ける。燃料電池温度に対する電圧変化率の変化は、予め実験的に求めてマップ化しておけばよい。

図１３は、本第４実施形態の水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。図１３に示すように、本第４実施形態では、基準電圧変化率算出処理Ｓ１４の後で、温度センサ４４を用いて燃料電池温度を検出する（Ｓ３０）。そして、燃料電池温度に基づいて基準電圧変化率と測定電圧変化率を補正する温度補正処理を行う（Ｓ３１）。Ｓ３１の温度補正処理は、燃料電池温度と電圧変化率とが関連づけられたマップを用いて行えばよい。

以上のように、燃料電池温度に基づいて電圧変化率を補正することで、燃料電池１０の温度が変化した場合においても、燃料電池１０の内部水分量を正確に診断することができる。なお、本発明の補正手段は制御部５０の処理によって構成されるものであり、Ｓ３１の処理が補正手段に対応している。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、セルモニタ１３にて個々のセル１００毎の出力電圧を測定するように構成したが、これに限らず、複数（例えば１０枚）のセル１００をひとまとめにして、燃料電池１０を構成するセル１００を複数ブロックに分割し、複数のセル１００からなるブロック毎に出力電圧を測定するように構成してもよい。

第１実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。燃料電池を構成するセルの構成を示す模式図である。セルの水素極側を拡大した模式図である。（ａ）は電解質膜内におけるプロトンを模式的に示した図であり、（ｂ）は電解質膜内のプロトン濃度勾配を示した図である。水素極の触媒の有効面積Ｓａと水素極の水分量との関係を示す特性図である。セルの等価回路を示す回路図である。燃料電池の内部水分量と、電気二重層コンデンサの静電容量およびセルの抵抗との関係を示す特性図である。第１実施形態の水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。燃料電池の出力電流を変化させた場合の出力電圧の変化を示す特性図であり、（ａ）が出力電流を増加させた場合を示し、（ｂ）が出力電流を減少させた場合を示している。第２実施形態における電解質膜の水分量勾配を示す図である。第３実施形態の水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。第３実施形態の水分診断制御を行う際の燃料電池の出力電流と出力電圧の変化を示す特性図である。第４実施形態の水分量診断制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…固体高分子電解質型燃料電池、１００…セル、１０１…電解質膜、１２…電流センサ、１３…セルモニタ、２０…空気経路、２１…空気供給装置、２２…加湿器、２３…空気調圧弁、３０…水素経路、３１…水素供給装置、４０…冷却水経路、４４…温度センサ、５０…制御部。

Claims

酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる固体高分子電解質型の燃料電池（１０）と、
前記燃料電池（１０）の出力電流を検出する電流検出手段（１２）と、
前記燃料電池（１０）の出力電圧を検出する電圧検出手段（１３）とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）の出力電流を所定の変化率で変化させる電流制御手段と、
前記燃料電池（１０）の出力電流の時間的変化に対する出力電圧の変化率を取得する電圧変化率測定手段と、
前記出力電流の変化率に対応する出力電圧の基準変化率を取得する基準変化率取得手段と、
前記取得された基準変化率と前記取得された出力電圧の変化率との差に基づいて前記燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量を取得する静電容量取得手段と、
前記コンデンサ成分の静電容量に基づいて前記燃料電池（１０）の水素極側における内部水分量を診断する内部水分量診断手段とを備え、
前記静電容量取得手段は、前記基準変化率と前記出力電圧の変化率との差と、前記燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量との間のマップ化された関係を用いて、前記取得された基準変化率と前記取得された出力電圧の変化率との差に基づいて前記燃料電池（１０）の水素極で発生するコンデンサ成分の静電容量を取得するものであり、
前記内部水分量診断手段は、前記燃料電池（１０）の水素極側における内部水分量と前記燃料電池（１０）の電解質膜（１０１）の水分量勾配に基づいて前記燃料電池（１０）全体の内部水分量を診断し、
前記電流制御手段は、前記燃料電池（１０）の負荷変動時において、出力電流の変動初期における電流変化率を所定変化率に制御することを特徴とする燃料電池システム。