JP5429306B2 - 燃料電池の制御 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の制御に関する。
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで配置される一対の電極(アノードおよびカソード)にそれぞれ反応ガス(燃料ガスおよび酸化ガス)を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池に含まれる各セルの出力電圧を測定し、出力電圧の内の最低電圧が0(ゼロ)V未満の場合には負荷の減少指令を行い、最低電圧が所定の閾値以上の場合には負荷の増大指令を行う制御方法が知られている。
特開2006−179389号公報 特開2007−35516号公報 特開2008−300299号公報
燃料電池の各セルにおいて、例えば反応ガスを拡散させるガス拡散層の基材(例えばカーボンファイバー)が電解質膜を貫通することを原因として、短絡部位が発生する場合がある。燃料電池のセルに短絡部位が存在している状態で、負電圧での発電を継続したり燃料電池を無負荷状態に維持したりすると、セルの短絡部位にも電流が流れる場合がある。セルの短絡部位に電流が流れ、短絡部位の温度が電解質膜の分解温度以上まで上昇すると、短絡部位周辺の電解質膜にピンホールが発生し、燃料電池の性能が低下する。
セルの短絡部位に電流が流れたときの短絡部位の到達温度や電解質膜の分解温度は、短絡部位の抵抗値や燃料電池の仕様(例えば電解質膜の厚さ)等に応じて異なる。従って、短絡部位の抵抗値や燃料電池の仕様等を考慮せずに設定された閾値を用いて一律に燃料電池の電圧制御を行う上記従来の技術では、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。本発明の一形態は、電解質膜を有するセルを少なくとも1つ含む燃料電池を備える燃料電池システムであって、各前記セルの短絡部位の温度に相関する温度指標値を取得する指標値取得部と、前記温度指標値が前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された所定の範囲内になるように、前記短絡部位の温度に影響を与える前記燃料電池の制御パラメータについての制御を行って前記燃料電池の各前記セルにおける発電を継続する制御部と、を備える。その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
[適用例1]電解質膜を有するセルを少なくとも1つ含む燃料電池を備える燃料電池システムであって、
各前記セルの短絡部位の温度に相関する温度指標値を取得する指標値取得部と、
前記温度指標値が前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された所定の範囲内になるように、前記短絡部位の温度に影響を与える前記燃料電池の制御パラメータについての制御を行う制御部と、を備える、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、各セルの短絡部位の温度に相関する温度指標値が取得され、温度指標値が短絡部位の温度が電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された所定の範囲内になるように、短絡部位の温度に影響を与える燃料電池の制御パラメータについての制御が行われるため、燃料電池の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例2]適用例1に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記短絡部位の抵抗値を取得する抵抗値取得部を備え、
前記制御部は、前記前記短絡部位の抵抗値に基づき、前記温度指標値の前記所定の範囲を設定する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値が取得され、短絡部位の抵抗値に基づき温度指標値の所定の範囲が設定されるため、温度指標値の許容範囲を精度良く設定することができ、ドライバビリティの低下を抑制しつつ燃料電池の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例3]適用例2に記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、
前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給させると共にカソードに不活性ガスを供給させる手段と、
前記燃料電池に電圧を値を変化させつつ印加させる手段と、
前記電圧値毎の電流値を測定させる手段と、
前記電圧値と前記電流値との関係に基づき前記抵抗値を算出する手段と、を含む、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値を精度良く取得することができると共に、クロスリーク量も把握することができる。
[適用例4]適用例2に記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、
前記燃料電池のアノードおよびカソードに同じ種類のガスを供給させる手段と、
前記燃料電池に電圧を印加させる手段と、
前記電圧印加時の電流値を測定させる手段と、
前記電圧値と前記電流値との関係に基づき前記抵抗値を算出する手段と、を含む、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値を簡易な方法で容易に取得することができる。
[適用例5]適用例4に記載の燃料電池システムであって、
前記同じ種類のガスは、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスと酸化ガスとの一方である、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値の取得の際に燃料電池の発電に用いられないガスが用いられないため、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制して短絡部位の抵抗値をより容易に取得することができる。
[適用例6]適用例3ないし適用例5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、前記燃料電池システムの出荷時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、必ずしも短絡部位の抵抗値を取得するための装置を燃料電池システムに備える必要がなくなり、システムの複雑化を抑制しつつ短絡部位の抵抗値を精度良く取得することができる。
[適用例7]適用例3ないし適用例5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、前記燃料電池システムの定期点検時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値の経時変化を考慮して適切に温度指標値の所定の範囲を設定することができ、電解質膜におけるピンホールの発生をより有効に抑制することができる。
[適用例8]適用例3ないし適用例5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、前記燃料電池の運転停止時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値の経時変化を考慮して適切に温度指標値の所定の範囲を設定することができ、電解質膜におけるピンホールの発生をより有効に抑制することができる。
[適用例9]適用例1ないし適用例8のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記制御パラメータは、前記燃料電池の電圧値である、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、燃料電池の電圧値についての制御を行うことにより、短絡部位の温度を電解質膜の分解温度より小さくすることができ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例10]適用例9に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外である場合には、前記燃料電池の電圧の絶対値を低下させる制御を行う、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の温度は燃料電池の電圧の絶対値に依存するため、燃料電池の電圧の絶対値を低下させる制御を行うことにより、短絡部位の温度を電解質膜の分解温度より小さくすることができ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例11]適用例10に記載の燃料電池システムであって、
前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外であり、かつ、前記温度指標値としての前記電圧値がゼロ未満である場合には、前記燃料電池の電圧を上昇させる制御を行う、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、負電圧運転時において短絡部位の温度を電解質膜の分解温度より小さくすることができ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例12]適用例10に記載の燃料電池システムであって、
前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外であり、かつ、前記温度指標値としての前記電圧値がゼロ以上である場合には、前記燃料電池の電圧を下降させる制御を行う、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、正電圧(通常)運転時において短絡部位の温度を電解質膜の分解温度より小さくすることができ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例13]適用例2に記載の燃料電池システムであって、
前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
前記制御部は、各前記セルについて開回路電圧値が初期値から低下したか否かを判定し、開回路電圧値が初期値から低下した第1のセルのIV特性である第1の特性と開回路電圧値が初期値から変化していないIV特性である第2の特性とを比較し、所定の高負荷時における前記第1の特性と前記第2の特性との電圧値の差分に基づき補正された前記第1の特性における開回路電圧値が初期値から低下している場合には、前記抵抗値取得部に前記短絡部位の抵抗値を再取得させ、再取得された前記短絡部位の抵抗値に基づき前記所定の範囲を更新する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、電解質膜におけるピンホールの発生原因となる短絡部位の抵抗値の低下を原因とする開回路電圧の低下量を把握して、短絡部位の抵抗値の再取得を行うか否かの判定を行うことができるため、制御の効率化を図りつつ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例14]適用例13に記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、前記第2の特性から算出されるRV特性と補正された前記第1の特性における開回路電圧値とに基づき、前記短絡部位の抵抗値を再取得する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値の取得において不活性ガスを用いたり両電極に同一種類のガスを供給したりして抵抗値の測定を行う必要がないため、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制しつつ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例15]適用例2に記載の燃料電池システムであって、
前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
前記制御部は、各前記セルについて所定の低負荷時の電圧値である低負荷時電圧値が初期値から低下したか否かを判定し、前記低負荷時電圧値が初期値から低下した第1のセルのIV特性である第1の特性と前記低負荷時電圧値が初期値から変化していないIV特性である第2の特性とを比較し、所定の高負荷時における前記第1の特性と前記第2の特性との電圧値の差分に基づき補正された前記第1の特性における前記低負荷時電圧値が初期値から低下している場合には、前記抵抗値取得部に前記短絡部位の抵抗値を再取得させ、再取得された前記短絡部位の抵抗値に基づき前記所定の範囲を更新する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、開回路電圧を測定することなく、電解質膜におけるピンホールの発生原因となる短絡部位の抵抗値の低下を原因とする低負荷時電圧値の低下量を把握して、短絡部位の抵抗値の再取得を行うか否かの判定を行うことができるため、燃料電池の耐久性向上および制御の効率化を図りつつ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例16]適用例15に記載の燃料電池システムであって、
前記抵抗値取得部は、補正された前記第1の特性における前記低負荷時電圧値である第1の低負荷時電圧値と前記第2の特性における前記第1の低負荷時電圧値に対応する電流値とに基づき、前記短絡部位の抵抗値を再取得する、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、短絡部位の抵抗値の取得において不活性ガスを用いたり両電極に同一種類のガスを供給したりして抵抗値の測定を行う必要がないため、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制しつつ、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
[適用例17]適用例1ないし適用例16のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記温度指標値は前記燃料電池の電圧値であり、
前記制御部は、前記燃料電池の性能低下を抑制するための前記温度指標値の少なくとも1つの他の所定の範囲を設定し、前記温度指標値が前記他の所定の範囲内になり、かつ、前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された前記所定の範囲内になるように、前記燃料電池の前記制御パラメータについての制御を行う、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制しつつ、よりロバスト性の高い燃料電池の制御を実現することができると共に、想定される燃料電池の複数の劣化モードによる劣化をより効率的に回避することができる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池システム、燃料電池および燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。
本発明の第1実施例における燃料電池システム20を適用可能な電気自動車10の構成を概略的に示す説明図である。 第1実施例における燃料電池システム20の制御の流れを示すフローチャートである。 セル21の短絡部位SCの抵抗の測定方法の一例を示す説明図である。 セル21におけるカソード電位と電流との測定結果の一例を示すグラフである。 電解質膜MEの分解温度Tdを設定するための実験結果の一例を示す説明図である。 電解質膜MEが分解してピンホールがあく際の温度測定結果の一例を示す説明図である。 閾値の設定の際のセル21の想定回路を示す説明図である。 短絡部位SCの抵抗値に応じた原閾値V1oおよび閾値V1の一例を示す説明図である。 短絡部位SCの抵抗値に応じた原閾値V2oおよび閾値V2の一例を示す説明図である。 第1実施例における燃料電池22の運転制御の流れを示すフローチャートである。 必要熱量Qの設定のための実験結果の一例を示す説明図である。 第2実施例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 セル21のIV特性測定結果の一例を示す説明図である。 セルAのVR特性の一例を示す説明図である。 セルBの短絡部位SCの抵抗値の推定方法の理論を示す説明図である。 第2実施例の第1の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 第2実施例の第2の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 第2実施例の第3の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 第3実施例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 セル21のIV特性測定結果の一例を示す説明図である。 短絡部位SCの電流Isの推定方法を示す説明図である。 第3実施例の第1の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 第3実施例の第2の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 第3実施例の第3の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得の流れを示すフローチャートである。 セルFの短絡部位SCの電流を推定する方法を示す説明図である。 第4実施例における燃料電池22の制御の際の電圧の閾値の一例を示す説明図である。 第4実施例における燃料電池22の制御の際の電圧の閾値の一例を示す説明図である。 閾値Vt4の決定方法の一例を示す説明図である。 第4実施例における燃料電池22の運転制御の流れを示すフローチャートである。 第5実施例における燃料電池22の運転制御の流れを示すフローチャートである。 セル21のMEA温度の測定方法の一例を示す説明図である。 セル電圧とMEA温度との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの構成:
図1は、本発明の第1実施例における燃料電池システム20を適用可能な電気自動車10の構成を概略的に示す説明図である。電気自動車10は、燃料電池システム20と、二次電池30と、車両駆動軸39を駆動する駆動モータ33と、を有している。燃料電池システム20は、燃料電池22と、燃料電池22に供給する水素を貯蔵する水素タンク23と、燃料電池22に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ24と、を含んでいる。
水素タンク23に貯蔵された燃料ガスとしての水素は、水素ガス供給路60に放出されて、水素ガス供給路60に設けられた減圧弁61によって減圧された後、圧力調整弁62によって所定の圧力に調整されて、燃料電池22のアノードに供給される。アノードから排出されるアノード排ガスは、アノード排ガス路63に導かれ、水素ポンプ65によって再び水素ガス供給路60に供給される。また、アノード排ガス路63から分岐した排ガス排出路64に設けられた開閉弁66を開状態とすることで、アノード排ガスの一部を外部に排出することができる。
エアコンプレッサ24は、フィルタを備えたエアフロメータ28を介して外部から取り込まれた酸化ガスとしての空気を加圧し、酸化ガス供給路67を介して燃料電池22のカソードに供給する。空気は、燃料電池22に供給される前に加湿されるとしてもよい。カソードから排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路68に導かれて外部に排出される。
燃料電池22としては種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池22として固体高分子型燃料電池を用いている。燃料電池22は、複数のセル21が図示しないセパレータを介して積層されたスタック構造を有している。セル21は燃料電池22における発電を行う単位モジュールであり、各セル21は、図示しない電解質膜の各面にアノードおよびカソードの電極が形成された膜電極接合体(MEAとも呼ばれる)を含んでいる。各セル21は、さらに、MEAを挟むように配置され、反応ガスとしての水素ガスおよび空気を拡散させつつMEAに供給するガス拡散層を含んでいる。燃料電池22の各セル21は、水素ガスと空気に含まれる酸素との電気化学反応により発電を行う。なお、本実施例において、各セル21の構成や仕様は互いに同一である。
燃料電池システム20は、また、燃料電池22の各セル21の電圧(セル電圧)を測定する電圧計26と、電圧計26から出力されるセル電圧を示す信号や他の信号を利用して後述する燃料電池システム20の制御を行う制御部70と、を有している。制御部70は、CPUや、ROM、RAMを有するマイクロコンピュータを利用して構成される。
燃料電池システム20は、インバータ35を介して駆動モータ33と接続されていると共に、DC/DCコンバータ32を介して二次電池30と接続されている。燃料電池システム20から出力される電力は、駆動モータ33に供給され、駆動モータ33による車両駆動軸39の駆動に使用される。また、二次電池30の残存容量が所定値以下になった場合等には、燃料電池システム20によって二次電池30の充電が行われる。二次電池30の電力は、電力不足時における駆動モータ33の駆動等に使用される。
A−2.燃料電池システムの制御:
図2は、第1実施例における燃料電池システム20の制御の流れを示すフローチャートである。燃料電池システム20の出荷時には、燃料電池22の各セル21の短絡部位の抵抗の測定が行われる(ステップS110)。出荷時に測定されたセル21の短絡部位の抵抗を初期短絡抵抗と呼ぶものとする。
セル21の短絡部位の抵抗の測定は、例えば特開2002−208424号公報に記載の公知の方法を用いて実施可能である。図3は、セル21の短絡部位SCの抵抗の測定方法の一例を示す説明図である。図3に示すように、セル21は、電解質膜MEとアノードAEおよびカソードCEとを含んでいる。セル21では、例えば反応ガスを拡散させるガス拡散層の基材(例えばカーボンファイバー)が電解質膜MEを貫通することを原因として、短絡部位SCが発生する場合がある。また、セル21において、アノードAEからカソードCEへ水素ガスが漏洩するクロスリークCLが発生する場合がある。
セル21の短絡部位SCの抵抗測定の際には、図3に示すように、アノードAEに水素ガスが供給され、カソードCEに不活性ガスである窒素ガスが供給される。アノードAEへの水素ガスの供給は、水素タンク23および水素ガス供給路60(図1)を利用して行われる。また、カソードCEへの窒素ガスの供給は、酸化ガス供給路67の代わりに設けられた図示しない窒素ガス供給系を利用して行われる。この状態で、セル21に外部電源PSが接続されてカソードCEの電位が正になるように電圧が印可され、各電圧値における電流値が測定される。セル21に電圧が印可されたときに、短絡部位SCが存在すると、短絡部位SCを介して電流が流れる。また、セル21においてクロスリークCLがあると、カソードCEでは、クロスリークCLによってカソードCEに到達した水素ガスがプロトンと電子に分離する反応が起き、アノードAEでは、カソードCEから電解質膜MEを通ってアノードAEに移動したプロトンが電子と結合して水素になる反応が起き、これによっても電流が流れる。
図4は、セル21におけるカソード電位と電流との測定結果の一例を示すグラフである。図4には、短絡部位SCの抵抗が比較的大きいケース1と短絡部位SCの抵抗が比較的小さいケース2において、カソード電位の各値における電流測定値の点を結んだ直線を示している。この直線の傾きに基づき、短絡部位SCの抵抗が算出される。ケース1では、カソード電位の増加に伴う電流値の増加がわずかであり、短絡部位SCの抵抗が大きい。また、ケース2では、カソード電位の増加に伴う電流値の増加が大きく、短絡部位SCの抵抗が小さい。セル21に短絡部位SCが存在しない場合には、理論的には、カソード電位の増加に伴う電流値の増加はゼロとなる。なお、図4に示したグラフ上における直線の切片はクロスリークCLによる電流に対応する。そのため、この測定方法によれば、短絡部位SCの抵抗に加えて、クロスリークCLも測定することができ、特に出荷検査時における工程の効率化を図ることができる。
上述した方法とは異なる方法により、セル21の短絡部位SCの抵抗を測定することも可能である。例えば、アノードAEおよびカソードCEの両方に同じ種類のガスを供給し、両極間に電圧を印可し、電流値が落ち着いた時点での電圧値と電流値とに基づき短絡部位SCの抵抗を算出する方法を採用することができる。極間への電圧印加直後は、カーボンの充電や白金酸化物の変化による電流が流れるため、そのような電流が放電されて電流値が落ち着いた時点での電圧値と電流値を用いることで、短絡部位SCの抵抗を精度良く測定することができる。なお、同じ種類のガスとしては、水素ガスや空気、あるいは窒素などの不活性ガス等を利用可能である。また、極間に印加する電圧は、0.3Vから0.5Vの間であることが好ましい。
測定されたセル21の短絡部位SCの抵抗値は、制御部70(図1)に記憶される。このとき制御部70は、抵抗値取得部として機能する。
次に、セル21の電解質膜MEの分解温度Tdが設定され、電解質膜MEが分解温度Tdまで温度上昇するのに要する熱量(必要熱量Q)が算出される(ステップS120)。図5は、電解質膜MEの分解温度Tdを設定するための実験結果の一例を示す説明図である。図5には、電解質膜、触媒層およびMEAについて、サーモグラフィーを用いて計測した温度と重量減少微分値との関係を示している。図5に示した実験結果から、電解質膜MEの分解温度Tdは例えば300℃に設定される。
また、図6は、電解質膜MEが分解してピンホールがあく際の温度測定結果の一例を示す説明図である。図6には、セル21を加熱した際のMEAの表面温度およびセパレータの表面温度の経時変化を示している。なお、実験では測定可能温度の上限が約1400℃の測定機器を使用したため、図6では1400℃以上の温度はすべて1400℃として示されている。実験では、開始からの経過時間が約8秒の時点において、MEA表面温度が約0.1秒間で1000℃以上上昇している。そのため、必要熱量Qの算出の際には周囲への放熱は考慮しないものとすることができ、また、算出する熱量は0.1秒あたりの熱量で良いことが確認された。
表1は、必要熱量Qの算出結果の一例を示している。表1に従い、電解質膜MEの膜厚やガス拡散層基材の直径、各材料の比重および比熱といったセル21の仕様と、発生するピンホールの直径や初期温度といった条件が設定されると、ピンホールの直径に相当する電解質膜MEの部分が分解温度Td(300℃)まで温度上昇するのに要する熱量(必要熱量Q)を算出することができる。表1に示した例では、電解質膜としてデュポン社製のNRE211(厚さ25μm)を用い、ガス拡散層としてSGL社製の25BCを用いた。また、発生するピンホールの直径を1,000μmとした。表1に示した例では、必要熱量Qは約0.05Jであった。
Figure 0005429306
必要熱量Qが算出されると、燃料電池22の制御の際に、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するために用いられる電圧の閾値V1およびV2が設定される(図2のステップS130)。電解質膜MEのピンホールは、負電圧での発電時(セル電圧が0(ゼロ)V未満での発電時)と通常発電時(セル電圧が0V以上での発電時)との両方において発生する可能性がある。
すなわち、燃料電池22のセル21に短絡部位SCが存在している状態で負電圧での発電を継続すると、当該セル21においてアノードのカーボン酸化や電解質膜MEのドライアップ等によりMEAの過電圧が大きくなり、短絡部位SCにも電流が流れて短絡部位SCの温度が上昇する場合がある。短絡部位SCの温度が電解質膜MEの分解温度Td以上になると短絡部位SC周辺の電解質膜MEが分解消失して電解質膜MEにピンホールが発生する。
他方、燃料電池22のセル21に短絡部位SCが存在する場合に、短絡部位SCにかかる電圧は、無負荷状態でセル21に開回路電圧(以下、「OCV」と呼ぶ)がかかっている状態において最大となる。そのため、短絡部位SCの抵抗が小さいときにセル21が無負荷状態に維持されると、短絡部位SCに電流が流れる場合があり、短絡部位SCの温度が電解質膜MEの分解温度Td以上となって電解質膜MEにピンホールが発生する場合がある。
ステップS130で設定される電圧の閾値V1は負電圧発電時における閾値であり、閾値V2は通常発電時における閾値である。本実施例における燃料電池22の電圧値は、セル21の短絡部位SCの温度に相関する指標値であると共に、短絡部位SCの温度に影響を与える燃料電池22の制御パラメータである。
セル21のセル電圧が0V未満である負電圧発電時における閾値V1の設定の際には、まず、図7(a)に示すようにセル21のMEAを可変抵抗とみなし、下記の式(1)を用いて原閾値V1oを算出する。式(1)において、Rは測定された短絡部位SCの抵抗であり、Qは上述した必要熱量Qである。原閾値V1oは、セル21の短絡部位SCの温度が電解質膜MEの分解温度Tdと等しくなる際のセル21の電圧である。従って、セル21の電圧が原閾値V1oより大きくなるように燃料電池22の制御を行えば、セル21の短絡部位SCの温度は電解質膜MEの分解温度Tdより小さくなる。
V1o=−(R×Q)0.5 ・・・(1)
閾値V1は、原閾値V1oに安全係数を加味して、原閾値V1oより大きい値として設定される。図8は、短絡部位SCの抵抗値に応じた原閾値V1oおよび閾値V1の一例を示す説明図である。図8に示すように、閾値V1は、セル21毎に、当該セル21における短絡部位SCの抵抗値に基づき設定される。なお、図8には、実験において電解質膜MEにピンホールが発生したときの条件をバツ印で示している。実験結果によれば、セル21のセル電圧が閾値V1より小さくならないように燃料電池22の制御を行えば、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を防止できることがわかる。
また、セル21のセル電圧が0V以上である通常発電時における閾値V2の設定の際には、まず、図7(b)に示すようにセル21のMEAを電池とみなし、下記の式(2)を用いて原閾値V2oを算出する。式(2)において、Rは短絡部位SCの抵抗であり、Qは上述した必要熱量Qである。原閾値V2oは、セル21の短絡部位SCの温度が電解質膜MEの分解温度Tdと等しくなる際のセル21の電圧である。従って、セル21の電圧が原閾値V2oより小さくなるように燃料電池22の制御を行えば、セル21の短絡部位SCの温度は電解質膜MEの分解温度Tdより小さくなる。
V2o=(R×Q)0.5 ・・・(2)
閾値V2は、原閾値V2oに安全係数を加味して、原閾値V2oより小さい値として設定される。図9は、短絡部位SCの抵抗値に応じた原閾値V2oおよび閾値V2の一例を示す説明図である。図9に示すように、閾値V2は、セル21毎に、当該セル21における短絡部位SCの抵抗値に基づき設定される。セル21のセル電圧が閾値V2より大きくならないように燃料電池22の制御を行えば、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を防止できる。
閾値V1,V2の設定が完了すると、制御部70による燃料電池22の運転制御が行われる(図2のステップS140)。図10は、第1実施例における燃料電池22の運転制御の流れを示すフローチャートである。制御部70は、燃料電池システム20の各部を制御して燃料電池22の発電を行い(ステップS210)、所定のタイミングで電圧計26により測定された各セル21の電圧値を取得する(ステップS220)。このとき、制御部70は、セル21の短絡部位SCの温度に相関する温度指標値としての電圧値を取得する指標値取得部として機能する。電圧測定のタイミングは、所定時間経過毎であってもよいし、所定時間発電した毎であってもよい。
制御部70は、セル21のセル電圧が0V未満であり(ステップS230:NO)、かつ、セル電圧がセル21毎に設定された閾値V1以上である場合には(ステップS240:NO)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れが無いとして(図8参照)、発電を継続する(ステップS210)。一方、制御部70は、セル21のセル電圧が0V未満であり、かつ、セル電圧が閾値V1より小さい場合には(ステップS240:YES)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れがあるため、燃料電池22の電圧を上昇させる制御を実行する(ステップS250)。具体的には、制御部70は、例えば、負荷(電流)を下げたり、水素ガス循環系の循環量を増加したり、エアストイキ比を増加させたり、加湿量を増加したりする制御を行う。これにより、各セル21のセル電圧が閾値V1以上となり、電解質膜MEにおけるピンホールの発生が回避される。
また、制御部70は、セル21のセル電圧が0V以上であり(ステップS230:YES)、かつ、セル電圧がセル21毎に設定された閾値V2以下である場合には(ステップS260:NO)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れが無いとして(図9参照)、発電を継続する(ステップS210)。一方、制御部70は、セル21のセル電圧が0V以上であり、かつ、セル電圧が閾値V2より大きい場合には(ステップS260:YES)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れがあるため、燃料電池22の電圧を下降させる制御を実行する(ステップS270)。具体的には、制御部70は、例えば、発電を行って二次電池30を充電したり、エアストイキ比を減少させたりする制御を行う。これにより、各セル21のセル電圧が閾値V2以下となり、電解質膜MEにおけるピンホールの発生が回避される。
すなわち、本実施例の燃料電池システム20では、セル21のセル電圧を用いた判定(図10のステップS240およびS260)において電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れがあると判定された場合には、燃料電池22の電圧の絶対値を低下させる制御が実行される(ステップS250およびS270)。
また、本実施例では、燃料電池システム20の出荷後の所定のタイミングで、各セル21の短絡部位SCの抵抗値の再取得が行われ(図2のステップS150)、新たに取得された抵抗値に基づき閾値V1,V2の更新(新たな閾値V1,V2の設定)が行われる(ステップS130)。これにより、セル21の短絡部位SCの抵抗値の経時変化を考慮して適切に設定された閾値V1,V2を用いた燃料電池22の制御が可能となり、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することが可能となる。
短絡部位SCの抵抗値の再取得を行うタイミングは、例えば、燃料電池システム20の定期点検時とすることができる。この場合には、上述した初期短絡抵抗の測定方法と同様の方法により、短絡部位SCの抵抗値の測定を行うことが可能である。また、短絡部位SCの抵抗値の再取得を行うタイミングは、燃料電池22の通算運転時間が所定時間を超えた直後の運転停止時や、電気自動車10の通算走行距離が所定距離を超えた直後の運転停止時とすることもできる。この場合には、オンボードで短絡部位SCの抵抗値の測定が行われることが好ましい。この場合にも、上述した初期短絡抵抗の測定方法と同様の方法により、短絡部位SCの抵抗値の測定を行うことが可能であるが、特に、アノードAEおよびカソードCEの両方に同じ種類のガス(水素ガスと空気との一方)を供給し、両極間に電圧を印可し、電流値が落ち着いた時点での電圧値と電流値とに基づき短絡部位SCの抵抗を算出する方法を採用することが、燃料電池システム20に不活性ガス供給系を搭載する必要がないという点で好ましい。
以上説明したように、本実施例の燃料電池システム20では、制御部70による燃料電池22の運転制御の際に、各セル21の電圧値が取得され、取得された電圧値が閾値V1,V2により規定される所定の範囲内になるように燃料電池22の電圧制御が行われる。ここで、セル21の電圧は、セル21の短絡部位SCの電流に相関し、従って、短絡部位SCの温度に相関する。また、電圧の閾値V1,V2は、短絡部位SCの温度が電解質膜の分解温度Tdより小さくなるような電圧の範囲を規定するように設定される。そのため、本実施例の燃料電池システム20では、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
本実施例の燃料電池システム20では、電圧の閾値V1,V2が、燃料電池22の仕様や各セル21の短絡部位SCの抵抗値に基づいて、短絡部位SCの温度が電解質膜の分解温度Tdより小さくなるような値に設定されるため、燃料電池22の仕様や各セル21の短絡の度合いに応じた適切な閾値V1,V2を設定することができ、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を確実に抑制することができる。また、本実施例の燃料電池システム20では、電圧値が閾値V1,V2の直前まで変化することを許容できるため、短絡部位SCの抵抗値や燃料電池22の仕様を考慮せずに安全側の閾値を設定する場合と比較して、燃料電池22の電圧の許容範囲をより広くとることができる。従って、本実施例の燃料電池システム20では、燃料電池22の出力制限を行うことなく継続運転可能な領域を拡大することができ、ドライバビリティの低下を抑制してよりロバスト製の高いシステムを構築することができる。さらに、本実施例の燃料電池システム20では、電圧の閾値V1,V2が各セル21の短絡部位SCの抵抗値に基づいてセル21毎に設定され、電圧の測定値と閾値V1,V2との判定もセル21毎に実行されるため、すべてのセル21に一律の閾値を設定して電圧制御を行う場合と比較して、燃料電池22の電圧の許容範囲を広くとることができ、同様にドライバビリティの低下を抑制することができる。
さらに、本実施例の燃料電池システム20では、セル21の短絡部位SCの抵抗値の経時変化を考慮した適切な閾値V1,V2を設定することが可能となり、長期間にわたってドライバビリティの低下を抑制しつつ電解質膜におけるピンホールの発生を確実に抑制することができる。
なお、上記実施例では、電解質膜MEの分解温度Tdが設定され、電解質膜MEの膜厚といったセル21の仕様に基づき、電解質膜MEが分解温度Tdまで温度上昇するのに要する熱量(必要熱量Q)が算出されるとしているが、必要熱量Qは実験により設定されるとしてもよい。図11は、必要熱量Qの設定のための実験結果の一例を示す説明図である。図11には、同一仕様のセル21を作成条件(触媒層形成方法や熱転写時の温度および圧力等)を変更して複数作成し、負電圧で発電させて電解質膜にピンホールを発生させた際の、セル21の短絡部位SCの抵抗とピンホール発生時の発熱量(0.1秒あたり)との対応関係を示している。図11の例では、ピンホール発生時の発熱量の最低値(Jmin)は約0.05Jであり、必要熱量Qはこの値に設定される。
B.第2実施例:
B−1.短絡部位の抵抗値の再取得:
図12は、第2実施例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。第2実施例においても、第1実施例と同様に、燃料電池システム20の出荷後の所定のタイミングで、燃料電池22の各セル21の短絡部位SCの抵抗値の再取得が行われる。ただし、第2実施例では、セル21の短絡部位SCの抵抗値が、直接測定されるのではなく、セル21の特性から推定される点が、第1実施例とは異なっている。
まず、制御部70(図1)は、OCV(開回路電圧)が初期値から低下したセル21が存在するか否かを判定する(ステップS310)。制御部70は、各セル21のOCVの初期値を記憶しており、無負荷状態における各セル21の電圧(OCV)を測定して初期値と比較することにより判定を行う。一般に、OCVの低下は、短絡部位SCの抵抗値の低下とクロスリークCLとにより引き起こされる。従って、OCVが初期値から低下したセル21が存在しないと判定された場合には、制御部70は、短絡部位SCの抵抗値が低下したセル21が存在しないと判断し、閾値V1,V2の再設定(図2のステップS130)を行うことなく運転を継続する。
ステップS310の判定において、OCVが初期値から低下したセル21が存在すると判定された場合には、制御部70は、OCVが低下したセル21(以下、セルBとも呼ぶ)とOCVが初期値から変化していないセル21(以下、セルAとも呼ぶ)とのIV特性(電流密度とセル電圧との関係)を測定し、両者のIV特性を比較してクロスリークCLによる電圧低下量を推定する(図12のステップS320)。電圧低下量の推定の際には、IV特性があらためて測定されてもよいし、燃料電池システム20の運転中において既に記録された各負荷における電流値と電圧値とを用いて算出されたIV特性が用いられてもよい。
図13は、セル21のIV特性測定結果の一例を示す説明図である。図13には、OCVが変化していないセルAのIV特性とOCVが低下したセルBのIV特性との測定結果を示している。制御部70は、両者のIV特性における所定の高負荷時の電圧差をクロスリークCLによる電圧低下量であると推定する。高負荷時においては、短絡部位SCの抵抗値の低下を原因とする電圧低下量はクロスリークCLを原因とする電圧低下量と比べて無視できる程度に小さく、また、クロスリークCLの量は電流と無関係に一定であるため、このような推定が成り立つ。所定の高負荷時は、例えば電流密度が0.5A/cm2以上の時であることが好ましい。図13の例では、電流密度が1.0A/cm2の時のセルAとセルBとの電圧差を、クロスリークCLによる電圧低下量と推定している。このようにすれば、セル電圧の低下量を、クロスリークCLを原因とする電圧低下量と短絡部位SCの抵抗値の低下を原因とする電圧低下量とに分けることができる。
次に、制御部70は、クロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルBのOCVを算出する(ステップS330)。図13には、クロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルBのIV特性(クロスリークCLによる電圧低下量が無いと仮定した場合のセルBのIV特性)も示している。補正後のセルBのOCV(以下、「補正後開回路電圧Vc」と呼ぶ)は、補正前のセルBのOCVをクロスリークCLによる電圧低下量分だけ上昇させた値である。なお、算出された補正後のセルBのOCVがセルAのOCVと同一である場合には、OCVの低下がクロスリークCLのみにより引き起こされたと考えられるため、新たにセルBの短絡部位SCの抵抗値を取得する必要はなく、図12の以降のステップが実行されることなく発電が継続される。
次に、制御部70は、セルAのIV特性からVR特性(セル電圧と抵抗との関係)を算出する(ステップS340)。図14には、算出されたセルAのVR特性の一例を示している。制御部70は、セルBの補正後開回路電圧VcとセルAのVR特性とに基づき、セルBの短絡部位SCの抵抗値を推定する(ステップS350)。具体的には、制御部70は、セルBの短絡部位SCの抵抗値は、セルAのVR特性(図14)におけるセルBの補正後開回路電圧Vcに対応する抵抗値Rsに等しいと推定する。
図15は、セルBの短絡部位SCの抵抗値の推定方法の理論を示す説明図である。セルAのIV特性(図13参照)の測定は、図15(a)に示すように、負荷の抵抗を変化させつつ電圧値と電流値とを測定することにより実行される。セルAのVR特性は、単にセルAのIV特性をV=I・Rの関係に基づき変形したものであるため、やはり図15(a)に示す測定に基づいたものである。一方、セルBの補正後開回路電圧Vcは、図15(b)に示すように、無負荷時において短絡部位SCにかかる電圧である。ここで、図15(a)に示す回路と図15(b)に示す回路とは同一である。従って、セルBの短絡部位SCの抵抗値は、セルAのVR特性におけるセルBの補正後開回路電圧Vcに対応する抵抗値に等しいと推定することができる。
なお、図12のステップS310において、OCVが低下したセル21が複数存在すると判定された場合には、セル21毎にステップS320からS350までの処理が行われ、各セル21の短絡部位SCの抵抗値が推定される。
第2実施例においても、セルBの短絡部位SCの抵抗値が推定によって再取得されると、新たな抵抗値に基づき閾値V1,V2の更新(新たな閾値V1,V2の設定)が行われる(図2のステップS130)。これにより、セル21の短絡部位SCの抵抗値の経時変化を考慮した適切な閾値V1,V2を設定することが可能となり、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することが可能となる。
上述した第1実施例では、出荷後の所定のタイミングにおけるセル21の短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)は、初期短絡抵抗の測定方法と同様の方法、すなわち、アノードAEに水素ガスを供給すると共にカソードCEに不活性ガスを供給しセル21に電圧を印可した際の電圧と電流とを測定して短絡部位SCの抵抗を算出する方法や、アノードAEおよびカソードCEの両方に同一種類のガス(水素ガスまたは空気)を供給して両極間に電圧を印可し電圧と電流とを測定して短絡部位SCの抵抗を算出する方法により行われるものとしている。短絡部位SCの抵抗値の再取得に不活性ガスを用いる方法を採用する場合には、燃料電池システム20に、その運転自体には必要のない不活性ガスの供給系(例えば不活性ガスを収容するタンク)が必要になると共に、カソードCEを完全に不活性ガスで置換する工程が必要になり、システムの複雑化や制御の煩雑化を招く。また、短絡部位SCの抵抗値の再取得にアノードAEおよびカソードCEの両極に水素ガスを供給する方法を採用する場合にも、カソードCEを完全に水素ガスで置換する工程や、カソードCEに水素ガスを供給する配管が必要となり、同様に、システムの複雑化や制御の煩雑化を招く。両極に空気を供給する方法を採用する場合も同様である。第2実施例では、OCVが初期値から低下したセルBとOCVが変化していないセルAとのIV特性の比較によりクロスリークCLによる電圧低下量が推定され、セルAのIV特性から算出されるVR特性とクロスリークCLによる電圧低下量を用いて補正されたセルBの開回路電圧値とに基づきセルBの短絡部位SCの抵抗値が推定されるため、短絡部位SCの抵抗値の再取得において不活性ガスを用いたり両電極に同一種類のガスを供給したりする必要がない。従って、第2実施例の燃料電池システム20では、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制しつつ、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
また、第2実施例では、セル電圧の低下量を、クロスリークCLを原因とする電圧低下量と短絡部位SCの抵抗値の低下を原因とする電圧低下量とに分けることができる。電解質膜におけるピンホールの発生原因は、クロスリークCLではなく短絡部位SCの抵抗値の低下である。第2実施例では、電解質膜におけるピンホールの発生原因となる短絡部位SCの抵抗値の低下を原因とする開回路電圧OCVの低下量を把握して、セルBの短絡部位SCの抵抗値の再取得を行うか否かの判定を行うことができる。また、第2実施例では、短絡部位SCの抵抗値の低下を原因とするセル電圧の低下のみを考慮して電圧の閾値V1,V2が設定されるため、燃料電池22の電圧の許容範囲を広くとることができ、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
B−2.第2実施例の変形例:
図16は、第2実施例の第1の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図16に示した第2実施例の第1の変形例では、上記第2実施例(図12)におけるOCVが初期値から変化していないセル21(セルA)の特性の代わりに、記録された初期特性が用いられる。すなわち、図16に示した変形例では、出荷時のセル21のIV特性(初期IV特性)が記録されており、制御部70は、記録された初期IV特性からVR特性(初期VR特性)を算出する(ステップS302)。初期特性は、セル21毎に記録されるとしてもよいが、燃料電池22における各セル21の構成や仕様は互いに同一であるため、1つの代表のセル21の特性のみが記録されるとしてもよい。
次に、OCVが初期値から低下したセル21が存在するか否かの判定が行われ(ステップS310)、OCVが低下したセル21が存在すると判定された場合には、OCVが低下したセルBのIV特性が測定されて初期IV特性と比較され、クロスリークCLによる電圧低下量が推定される(ステップS322)。そして、クロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルBのOCV(補正後開回路電圧Vc)が算出され(ステップS332)、セルBの補正後開回路電圧Vcと初期VR特性とに基づき、セルBの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS352)。
図16に示した変形例では、OCVが初期値から変化していないセル21が存在しない場合にも、記録された初期特性を用いてセルBの短絡部位SCの抵抗値を推定することができ、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制しつつ、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
図17は、第2実施例の第2の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図17に示した第2実施例の第2の変形例では、図16に示した変形例と同様に、セル21の初期IV特性が記録され、記録された初期IV特性から初期VR特性が算出され(ステップS302)、OCVが初期値から低下したセル21が存在するか否かの判定が行われ(ステップS310)、OCVが低下したセル21が存在すると判定された場合に、OCVが初期値と変わらないセル21が存在するか否かが判定される(ステップS312)。そして、OCVが初期値から変化していないセル21が存在すると判定された場合には、図12に示した第2実施例と同様に、OCVが変化していないセル21(セルA)とOCVが低下したセル21(セルB)とを比較することにより、セルBの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS320からS350)。一方、OCVが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合には、図16に示した第2実施例の第1の変形例と同様に、記録された初期特性とOCVが低下したセルBとを比較することにより、セルBの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS322からS352)。
燃料電池システム20において発電を行うと、各セル21における短絡やクロスリークCLの発生によってIV特性が変化する他に、他の原因(例えば触媒劣化)による性能低下によってもIV特性が変化する場合がある。この性能低下によるIV特性の変化は、燃料電池22の各セル21においてほぼ共通であると考えられる。そのため、図12に示した第2実施例のようにOCVが初期値から変化していないセルAとOCVが低下したセルBとを比較することにより短絡部位SCの抵抗値を推定する方法を採用する方が、性能低下によるIV特性の変化に伴う誤差が生じにくいという点で、図16に示した第2実施例の第1の変形例のように初期特性とOCVが低下したセルBとを比較することにより短絡部位SCの抵抗値を推定するよりも推定の精度が高いと考えられる。図17に示した第2実施例の第2の変形例では、OCVが初期値から変化していないセル21が存在して精度のより高い推定方法(第2実施例の方法)が採用できる場合にはこれを採用し、OCVが初期値から変化していないセル21が存在せずに第2実施例の方法が採用できない場合には、第2実施例の第1の変形例の方法を採用する。そのため、図17に示した第2実施例の第2の変形例では、多様なケースに対応しつつ短絡部位SCの抵抗値の推定精度をできるだけ高めることができる。
なお、図17に示した第2実施例の第2の変形例において、OCVが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合には、電気自動車10および燃料電池システム20の運転を停止し、上述した初期短絡抵抗の測定方法と同様の方法によって短絡部位SCの抵抗値の測定を行うとしてもよい。
図18は、第2実施例の第3の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図18に示した第2実施例の第3の変形例は、OCVが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合に(ステップS312:NO)、記録された初期特性と発電履歴とから性能低下後のIV特性を推定する工程(ステップS314)が実行される点が、図17に示した第2実施例の第2の変形例と異なっている。性能低下後のIV特性の推定は、特開2006−139935号公報やH. A. Gasteiger et al., J. Electrochem. Soc., 152巻 A2256−A2271頁(2005年)、 R. M. Darling and J. P. Meyers., J. Electrochem. Soc., 150巻 A1523−A1527頁(2003年)、W. Bi and T. F. Fuller., J. PowerSources, 178巻 188−196頁(2008年)といった文献に記載された公知の方法を用いて実施可能である。性能低下後のIV特性が推定されると、図17に示した第2実施例の第2の変形例と同様に、推定された性能低下後のIV特性とOCVが低下したセルBのIV特性とを比較することにより、セルBの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS322からS352)。
図18に示した第2実施例の第3の変形例では、OCVが初期値から変化していないセル21が存在せずに第2実施例のような精度の高い方法が採用できない場合であっても、初期特性と発電履歴とから性能低下後のIV特性が推定され、推定された性能低下後のIV特性を用いたセルBの短絡部位SCの抵抗値の推定が行われるため、短絡部位SCの抵抗値の推定精度を高めることができる。
C.第3実施例:
C−1.短絡部位の抵抗値の再取得:
図19は、第3実施例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。第3実施例においても、第2実施例と同様に、燃料電池システム20の出荷後の所定のタイミングで、燃料電池22の各セル21の特性から短絡部位SCの抵抗値を推定することにより、短絡部位SCの抵抗値の再取得が行われる。ただし、第3実施例では、各セル21のOCVを計測することなく短絡部位SCの抵抗値を推定する点が異なっている。
まず、制御部70(図1)は、所定の低負荷(最低電流Ib)で発電している時のセル電圧(以下、「最低電流時電圧Vb」と呼ぶ)が初期値から低下したセル21が存在するか否かを判定する(ステップS410)。ここで、所定の最低電流Ibは、0より大きい値であれば任意に設定可能であるが、本実施例では0.1A/cm2であるものとする。制御部70は、各セル21の最低電流時電圧Vbの初期値を記憶しており、各セル21の最低電流時電圧Vbを測定して初期値と比較することにより判定を行う。一般に、最低電流時電圧Vbの低下は、OCVの低下と同様に、短絡部位SCの抵抗値の低下とクロスリークCLとにより引き起こされる。従って、最低電流時電圧Vbが低下したセル21が存在しないと判定された場合には、制御部70は、短絡部位SCの抵抗値が低下したセル21が存在しないと判断し、閾値V1,V2の再設定(図2のステップS130)を行うことなく運転を継続する。
ステップS410の判定において、最低電流時電圧Vbが初期値から低下したセル21が存在すると判定された場合には、制御部70は、最低電流時電圧Vbが低下したセル21(以下、セルFとも呼ぶ)と最低電流時電圧Vbが変化していないセル21(以下、セルEとも呼ぶ)とのIV特性を測定し、両者のIV特性を比較してクロスリークCLによる電圧低下量を推定する(ステップS420)。図20は、セル21のIV特性測定結果の一例を示す説明図である。図20(a)には、最低電流時電圧Vbが変化していないセルEのIV特性と最低電流時電圧Vbが低下したセルFのIV特性との測定結果を示している。また、図20(b)には、図20(a)のX1部を拡大して示している。クロスリークCLによる電圧低下量の推定は、図13に示した第1実施例と同様の方法で行われる。すなわち、両IV特性における所定の高負荷時(例えば電流密度が1.0A/cm2の時)の電圧差がクロスリークCLによる電圧低下量であると推定される。
次に、制御部70は、クロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルFのIV特性を算出する(ステップS430)。図20(a)および(b)には、クロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルFのIV特性(クロスリークCLによる電圧低下量が無いと仮定した場合のセルFのIV特性)も示している。補正後のセルFのIV特性は、補正前のセルFのIV特性をクロスリークCLによる電圧低下量分だけ全体的に上昇させたものである。なお、算出された補正後のセルFの最低電流時電圧VbがセルAの最低電流時電圧Vbと同一である場合には、最低電流時電圧Vbの低下がクロスリークCLのみにより引き起こされたと考えられるため、新たにセルFの短絡部位SCの抵抗値を取得する必要はなく、図19の以降のステップが実行されることなく発電が継続される。
次に、制御部70は、セルEのIV特性と補正後のセルFのIV特性とに基づき、セルFの短絡部位SCの電流Isを推定する(ステップS440)。最低電流Ibは予め設定された値であり、補正後のセルFの最低電流時電圧Vbは、補正後のセルFのIV特性から算出可能である。制御部70は、図20(b)に示すように、セルEのIV特性における補正後のセルFの最低電流時電圧Vbに対応する電流Ikを算出し、電流Ikと最低電流Ibとの差分を短絡部位SCにおける電流Isとして算出する。
図21は、短絡部位SCの電流Isの推定方法を示す説明図である。図21には、短絡部位SCを有さないセルEと短絡部位SCを有するセルFと負荷とを含む回路を示している。短絡部位SCを有さないとした場合のセルFのIV特性はセルEのIV特性と同じであるとすると、セルFでは、負荷に流れる電流Ibに加えてセルFの内部の短絡部位SCに流れる電流Is分も発電する必要があるため、セルFの最低電流時電圧VbはセルEの最低電流時電圧Vbより小さくなっていると考えられる。セルFの本来のIV特性はセルEのIV特性と同じであるため、セルFでは、セルEのIV特性に従って最低電流時電圧Vb時の電流を流しているはずである。従って、短絡部位SCの電流Isは、図20(b)に示すように、セルEのIV特性におけるセルFの最低電流時電圧Vbに対応する電流Ikから最低電流Ibを差し引いた値であると推定することができる。
制御部70は、補正後のセルFの最低電流時電圧Vbと推定された短絡部位SCの電流Isとから、短絡部位SCの抵抗値を算出する(ステップS450)。なお、図19のステップS410において、最低電流時電圧Vbが低下したセル21が複数存在すると判定された場合には、セル21毎にステップS420からS450までの処理が行われ、各セル21の短絡部位SCの抵抗値が推定される。
第3実施例においても、セルFの短絡部位SCの抵抗値が推定によって再取得されると、新たな抵抗値に基づき閾値V1,V2の更新(新たな閾値V1,V2の設定)が行われる(図2のステップS130)。これにより、セル21の短絡部位SCの抵抗値の経時変化を考慮した適切な閾値V1,V2を設定することが可能となり、電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することが可能となる。
上述した第2実施例では、短絡部位SCの抵抗値の推定の際に各セル21のOCVが計測されたが、燃料電池22の耐久性向上のためには、燃料電池22の運転中に無負荷状態としてOCVをかけることを回避することが好ましい。第3実施例では、短絡部位SCの抵抗値の推定の際に各セル21のOCVを計測する必要がないため、燃料電池22の耐久性向上を図りつつ、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる。
C−2.第3実施例の変形例:
図22は、第3実施例の第1の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図22に示した第3実施例の第1の変形例では、出荷時のセル21のIV特性(初期IV特性)が記録され(ステップS402)、最低電流時電圧Vbが初期値から低下したセル21が存在するか否かの判定が行われ(ステップS410)、最低電流時電圧Vbが低下したセル21が存在すると判定された場合には、最低電流時電圧Vbが初期値と変わらないセル21が存在するか否かが判定される(ステップS412)。そして、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合には、上記第3実施例(図19)における最低電流時電圧Vbが変化していないセル21(セルE)のIV特性の代わりに、記録された初期IV特性と最低電流時電圧Vbが低下したセルFとを比較することにより、セルFの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS460からS490)。最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在すると判定された場合には、図19に示した第3実施例と同様に、最低電流時電圧Vbが変化していないセル21(セルE)と最低電流時電圧Vbが低下したセル21(セルF)とを比較することにより、セルFの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS420からS450)。
図22に示した変形例では、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在して精度のより高い推定方法(第3実施例の方法)が採用できる場合にはこれを採用し、最低電流時電圧Vbが変化していないセル21が存在しない場合にも初期IV特性を用いてセルFの短絡部位SCの抵抗値を推定することができ、システムの複雑化や制御の煩雑化を抑制しつつ、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制することができる燃料電池22の制御を実現することができると共に、多様なケースに対応しつつ短絡部位SCの抵抗値の推定精度をできるだけ高めることができる。
図23は、第3実施例の第2の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図23に示した第3実施例の第2の変形例は、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合(ステップS412:NO)の処理が、図22に示した第3実施例の第1の変形例と異なっている。図23に示した変形例では、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合に、記録された初期IV特性と発電履歴とから、性能低下後のIV特性が推定される(ステップS414)。性能低下後のIV特性の推定は、上述した公知の方法を用いて実施可能である。性能低下後のIV特性が推定されると、図22に示した第3実施例の第1の変形例と同様に、推定された性能低下後のIV特性と最低電流時電圧Vbが低下したセルFのIV特性とを比較することにより、セルFの短絡部位SCの抵抗値が推定される(ステップS462からS492)。
図23に示した第3実施例の第2の変形例では、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在せずに第3実施例のような精度の高い方法が採用できない場合であっても、初期IV特性と発電履歴とから性能低下後のIV特性が推定され、推定された性能低下後のIV特性を用いたセルFの短絡部位SCの抵抗値の推定が行われるため、短絡部位SCの抵抗値の推定精度を高めることができる。
図24は、第3実施例の第3の変形例における短絡部位SCの抵抗値の再取得(図2のステップS150)の流れを示すフローチャートである。図24に示した第3実施例の第3の変形例は、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合(ステップS412:NO)の処理が、図23に示した第3実施例の第2の変形例と異なっている。図24に示した変形例では、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しないと判定された場合に、上述した初期短絡抵抗の測定方法と同様の方法によって、セル21の短絡部位SCの抵抗値の測定が行われる(ステップS464)。すなわち、アノードAEに水素ガスが供給されカソードCEに窒素ガスが供給された後、所定の電圧(0.2V〜0.5V)が印可され、各電圧値における電流値から短絡部位SCの抵抗値が算出される。
次に、短絡部位SCの抵抗値が最小のセル21が基準セルに設定され、基準セルのIV特性と短絡部位SCの抵抗値推定の対象である対象セル(セルF)のIV特性とを比較してクロスリークCLによる電圧低下量が推定される(ステップS474)。そして、基準セルのIV特性とクロスリークCLによる電圧低下量に基づき補正されたセルFのIV特性と基準セルの短絡抵抗とに基づき、セルFの短絡部位SCの電流Isが推定される(ステップS484)。図25に示すように、図20(b)に示した第3実施例と同様の方法により、基準セルの短絡部位SCの抵抗値と最低電流時電圧Vbとから短絡部位SCに流れる電流Is1が推定され、電流Is1に基づきセルFの短絡部位SCに流れる電流Is2が推定される。その後、補正後のセルFの最低電流時電圧Vbと推定された短絡部位SCの電流Is2とから短絡部位SCの抵抗値が算出される(ステップS494)。
図24に示した第3実施例の第3の変形例では、最低電流時電圧Vbが初期値から変化していないセル21が存在しない場合であっても、短絡部位SCの抵抗値を測定した基準セルのIV特性に基づきセルFの短絡部位SCの抵抗値の推定が行われるため、短絡部位SCの抵抗値の推定精度を高めることができる。
D.第4実施例:
図26および図27は、第4実施例における燃料電池22の制御の際の電圧の閾値の一例を示す説明図である。上記第1実施例から第3実施例では、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点からの電圧の閾値について説明したが、燃料電池22の制御の際の電圧の閾値は燃料電池22の性能低下を抑制する他の観点から設けられる場合もある。第4実施例では、複数の観点から設定された電圧の複数の閾値を用いた燃料電池22の制御が実行される。
図26には、通常発電時(セル電圧0V以上での発電時)における電圧の上限閾値を示している。図26に示した閾値Vt2は、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点から設定された電圧の上限閾値である(図9参照)。また、閾値Vt1は、燃料電池22の耐久性向上を目的としてOCVを回避するという観点から設定された電圧の上限閾値である。第4実施例における燃料電池22の制御では、2つの観点から設定された2つの上限閾値の内、安全側の閾値、すなわち小さい方の閾値が実際に使用される。図26に示した例では、セル21の短絡部位SCの抵抗値がRa以下の場合には閾値Vt2が使用され、抵抗値がRaより大きい場合には閾値Vt1が使用される。
図27には、短絡部位SCの抵抗値がRbであるセル21の負電圧発電時(セル電圧0V未満での発電時)における電圧の下限閾値を示している。図27に示した閾値Vt4は、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点から設定された電圧の下限閾値である。図28は、閾値Vt4の決定方法の一例を示す説明図である。図28に示すように、閾値Vt4は、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点から設定された短絡部位SCの抵抗値毎の閾値分布(図8参照)における抵抗値Rbに対応する閾値である。また、閾値Vt3は、特開2008−277044号公報に記載された水素欠を回避するという観点から設定された各セル温度に応じた電圧の下限閾値である。第4実施例における燃料電池22の制御では、2つの観点から設定された2つの下限閾値の内、安全側の閾値、すなわち大きい方の閾値が実際に使用される。図27に示した例では、セル温度がマイナス20℃以上の場合には閾値Vt3が使用され、セル温度がマイナス30℃以下であって電流密度がIa以下の場合にも閾値Vt3が使用され、セル温度が−30℃以下であって電流密度がIaを超える場合には閾値Vt4が使用される。
図29は、第4実施例における燃料電池22の運転制御(図2のステップS140)の流れを示すフローチャートである。図29には、セル21の短絡部位SCの抵抗値が1.0メガオーム・cm2であり、セル温度がマイナス30℃である場合の運転制御方法を示している。燃料電池22の発電が行われ(ステップS510)、所定のタイミングで各セル21の電圧が測定される(ステップS520)。セル21のセル電圧が0V以上である場合には(ステップS530:YES)、図26に従い、セル電圧が閾値Vt1より大きいか否かの判定が行われる(ステップS580)。セル電圧が閾値Vt1以下である場合には(ステップS580:NO)、発電が継続され、セル電圧が閾値Vt1より大きい場合には(ステップS580:YES)、セル電圧を下降させる制御が実行される(ステップS590)。これにより、通常発電時において、電解質膜MEにおけるピンホールの発生が回避されると共に、OCVが回避されて燃料電池22の耐久性が向上する。
一方、セル21のセル電圧が0V未満である場合には(ステップS530:NO)、図27に従い、電流密度がIaより小さいか否かの判定が行われ(ステップS540)、電流密度がIaより小さい場合には、セル電圧が閾値Vt3より小さいか否かの判定が行われる(ステップS550)。また、電流密度がIa以上の場合には、セル電圧が閾値Vt4より小さいか否かの判定が行われる(ステップS560)。セル電圧が閾値Vt3以上である場合(ステップS550:NO)またはセル電圧が閾値Vt4以上である場合には(ステップS560:NO)、発電が継続され、セル電圧が閾値Vt3より小さい場合(ステップS550:YES)またはセル電圧が閾値Vt4より小さい場合には(ステップS560:YES)、セル電圧を上昇させる制御が実行される(ステップS570)。これにより、負電圧発電時において、電解質膜MEにおけるピンホールの発生が回避されると共に、水素欠が回避される。
以上説明したように、第4実施例では、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点から設定された電圧の閾値と共に、他の観点から設定された電圧の閾値も考慮し、最も安全側の閾値を用いて燃料電池22の制御が行われる。すなわち、セル21の電圧値が、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を抑制するという観点から設定された電圧の閾値により規定される範囲内であり、かつ、他の観点から設定された電圧の閾値により規定される範囲内であるように、燃料電池22の制御が行われる。そのため、第4実施例では、燃料電池22の電解質膜におけるピンホールの発生を有効に抑制しつつ、よりロバスト性の高い燃料電池22の制御を実現することができると共に、想定される燃料電池22の複数の劣化モードによる劣化をより効率的に回避することができる。
E.第5実施例:
図30は、第5実施例における燃料電池22の運転制御(図2のステップS140)の流れを示すフローチャートである。第5実施例の運転制御は、発電中(ステップS710)の所定のタイミングで、熱電対を用いてセル21のMEA温度が測定される点が(ステップS720)、セル電圧が測定される第1実施例(図10参照)とは異なっている。図31は、セル21のMEA温度の測定方法の一例を示す説明図である。図31(a)には、セル21の電解質膜MEの平面を示しており、図31(b)には、図31(a)のB−Bの位置におけるセル21の断面を示している。図31(b)に示すように、本実施例では、MEAとアノードAE側のガス拡散層との界面に熱電対が設置される。図31(a)に示すように、熱電対は、MEAの発電部(電解質膜ME上に電極が形成された部分)において例えば1cm2あたり1箇所設置される。熱電対をアノードAE側に設置すると、カソードCE側に設置する場合と比較して、ガス拡散や生成水排出の点で背反が少ないため好ましい。また、熱電対をMEAとガス拡散層との界面に設置すると、熱電対をガス拡散層の外側表面に設置する場合と比較して、MEA温度の測定精度を高めることができるため好ましい。なお、MEA温度を測定する熱電対としては、例えば、素線径25μmのK型熱電対(アンベエスエムティ社製)に10μmのパリレンコート(日本パリレン社製)を施したものを採用可能である。
測定されたMEA温度は、電解質膜MEの分解温度Td(例えば300℃)と比較され(ステップS730)、MEA温度が分解温度Td未満である場合には(ステップS730:NO)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れが無いとして発電が継続される(ステップS710)。一方、MEA温度が分解温度Td以上である場合には(ステップS730:YES)、電解質膜MEにおけるピンホール発生の恐れがあるため、通常発電時であれば(ステップS740:YES)セル電圧を下降させる制御が実行され(ステップS760)、負電圧発電時であれば(ステップS740:NO)セル電圧を上昇させる制御が実行される(ステップS750)。
セル21の電圧を制御することにより、MEA温度を制御することが可能である。図32は、セル電圧とMEA温度との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。図32には、両極に相対湿度100%の窒素を供給し、電流密度0.4A/cm2で発電を行い、セル電圧がマイナス10Vに達した時に負荷を遮断した場合における、MEA温度とセル電圧との測定結果を示している。図32に示す結果から、負電圧発電時には、セル電圧を上昇させるとMEA温度が低下することがわかる。また、図示しないが、通常発電時には、セル電圧を下降させるとMEA温度が下降する。従って、上述のように、通常発電時においてセル電圧を下降させる制御が実行された場合、および、負電圧発電時においてセル電圧を上昇させる制御が実行された場合には、MEA温度を低下させることができ、電解質膜MEにおけるピンホールの発生を回避することができる。
F.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
F1.変形例1:
上記各実施例では、セル21の短絡部位SCの温度に相関する温度指標値として、セル21の電圧やMEA温度が取得されとしているが、温度指標値として例えば電流値といった他の指標値が取得されるとしてもよい。また、上記各実施例では、短絡部位SCの温度に影響を与える制御パラメータとしての燃料電池22の電圧についての制御が行われるとしているが、制御パラメータとして例えば電流といった他の制御パラメータが用いられるとしてもよい。
F2.変形例2:
上記各実施例では、燃料電池システム20を有する電気自動車10を例に用いて説明したが、本発明は、電気自動車10用に限らず他の用途の燃料電池システム20に適用可能である。また、上記各実施例における電気自動車10や燃料電池システム20の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
10…電気自動車
20…燃料電池システム
21…セル
22…燃料電池
23…水素タンク
24…エアコンプレッサ
26…電圧計
28…エアフロメータ
30…二次電池
33…駆動モータ
35…インバータ
39…車両駆動軸
60…水素ガス供給路
61…減圧弁
62…圧力調整弁
63…アノード排ガス路
64…排ガス排出路
65…水素ポンプ
66…開閉弁
67…酸化ガス供給路
68…カソード排ガス路
70…制御部

Claims (18)

  1. 電解質膜を有するセルを少なくとも1つ含む燃料電池を備える燃料電池システムであって、
    各前記セルの短絡部位の温度に相関する温度指標値を取得する指標値取得部と、
    前記温度指標値が前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された所定の範囲内になるように、前記短絡部位の温度に影響を与える前記燃料電池の制御パラメータについての制御を行って前記燃料電池の各前記セルにおける発電を継続する制御部と、を備える、燃料電池システム。
  2. 請求項1に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記短絡部位の抵抗値を取得する抵抗値取得部を備え、
    前記制御部は、前記前記短絡部位の抵抗値に基づき、前記温度指標値の前記所定の範囲を設定する、燃料電池システム。
  3. 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、
    前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給させると共にカソードに不活性ガスを供給させる手段と、
    前記燃料電池に電圧を値を変化させつつ印加させる手段と、
    前記電圧値毎の電流値を測定させる手段と、
    前記電圧値と前記電流値との関係に基づき前記抵抗値を算出する手段と、を含む、燃料電池システム。
  4. 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、
    前記燃料電池のアノードおよびカソードに同じ種類のガスを供給させる手段と、
    前記燃料電池に電圧を印加させる手段と、
    前記電圧印加時の電流値を測定させる手段と、
    前記電圧値と前記電流値との関係に基づき前記抵抗値を算出する手段と、を含む、燃料電池システム。
  5. 請求項4に記載の燃料電池システムであって、
    前記同じ種類のガスは、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスと酸化ガスとの一方である、燃料電池システム。
  6. 請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、前記燃料電池システムの出荷時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
  7. 請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、前記燃料電池システムの定期点検時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
  8. 請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、前記燃料電池の運転停止時に前記短絡部位の抵抗値を取得する、燃料電池システム。
  9. 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記制御パラメータは、前記燃料電池の電圧値である、燃料電池システム。
  10. 請求項9に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外である場合には、前記燃料電池の電圧の絶対値を低下させる制御を行う、燃料電池システム。
  11. 請求項10に記載の燃料電池システムであって、
    前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
    前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外であり、かつ、前記温度指標値としての前記電圧値がゼロ未満である場合には、前記燃料電池の電圧を上昇させる制御を行う、燃料電池システム。
  12. 請求項10に記載の燃料電池システムであって、
    前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
    前記制御部は、前記温度指標値が前記所定の範囲外であり、かつ、前記温度指標値としての前記電圧値がゼロ以上である場合には、前記燃料電池の電圧を下降させる制御を行う、燃料電池システム。
  13. 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
    前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
    前記制御部は、各前記セルについて開回路電圧値が初期値から低下したか否かを判定し、開回路電圧値が初期値から低下した第1のセルのIV特性である第1の特性と開回路電圧値が初期値から変化していないIV特性である第2の特性とを比較し、所定の高負荷時における前記第1の特性と前記第2の特性との電圧値の差分に基づき補正された前記第1の特性における開回路電圧値が初期値から低下している場合には、前記抵抗値取得部に前記短絡部位の抵抗値を再取得させ、再取得された前記短絡部位の抵抗値に基づき前記所定の範囲を更新する、燃料電池システム。
  14. 請求項13に記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、前記第2の特性から算出されるRV特性と補正された前記第1の特性における開回路電圧値とに基づき、前記短絡部位の抵抗値を再取得する、燃料電池システム。
  15. 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
    前記温度指標値は各前記セルの電圧値であり、
    前記制御部は、各前記セルについて所定の低負荷時の電圧値である低負荷時電圧値が初期値から低下したか否かを判定し、前記低負荷時電圧値が初期値から低下した第1のセルのIV特性である第1の特性と前記低負荷時電圧値が初期値から変化していないIV特性である第2の特性とを比較し、所定の高負荷時における前記第1の特性と前記第2の特性との電圧値の差分に基づき補正された前記第1の特性における前記低負荷時電圧値が初期値から低下している場合には、前記抵抗値取得部に前記短絡部位の抵抗値を再取得させ、再取得された前記短絡部位の抵抗値に基づき前記所定の範囲を更新する、燃料電池システム。
  16. 請求項15に記載の燃料電池システムであって、
    前記抵抗値取得部は、補正された前記第1の特性における前記低負荷時電圧値である第1の低負荷時電圧値と前記第2の特性における前記第1の低負荷時電圧値に対応する電流値とに基づき、前記短絡部位の抵抗値を再取得する、燃料電池システム。
  17. 請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記温度指標値は前記燃料電池の電圧値であり、
    前記制御部は、前記燃料電池の性能低下を抑制するための前記温度指標値の少なくとも1つの他の所定の範囲を設定し、前記温度指標値が前記他の所定の範囲内になり、かつ、前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された前記所定の範囲内になるように、前記燃料電池の前記制御パラメータについての制御を行う、燃料電池システム。
  18. 電解質膜を有するセルを少なくとも1つ含む燃料電池の制御方法であって、
    (a)各前記セルの短絡部位の温度に相関する温度指標値を取得する工程と、
    (b)前記温度指標値が前記短絡部位の温度が前記電解質膜の分解温度より小さくなるように設定された所定の範囲内になるように、前記短絡部位の温度に影響を与える前記燃料電池の制御パラメータについての制御を行って前記燃料電池の各前記セルにおける発電を継続する工程と、を備える、方法。
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