WO2014103589A1 - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

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cell system
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武田　大
祥朋 浅井
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.
  • JP2010-114039A discloses a system that includes a bleed passage that branches from an air passage upstream from a fuel cell and joins an air passage downstream from the fuel cell, and bleeds part of the air supplied from an air compressor. Has been.
  • a bleed passage that branches from an air passage upstream from a fuel cell and joins an air passage downstream from the fuel cell, and bleeds part of the air supplied from an air compressor.
  • the electrolyte membrane is maintained in an appropriate wet state, and the reaction gas (cathode gas O 2 , anode gas H 2 ) is supplied to generate power.
  • the reaction gas cathode gas O 2 , anode gas H 2
  • JP2010-114039A aims to prevent overdrying of the fuel cell, that is, to prevent it from being dried.
  • adjusting the rotational speed of the air compressor may cause the operating noise of the air compressor to fluctuate, causing the passenger to feel annoyance and feel uncomfortable.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce the wetness of the fuel cell without causing the passenger to feel uncomfortable.
  • One aspect of the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, an air supply unit, an air passage that is connected to the fuel cell and through which air supplied from the air supply unit flows, and upstream of the fuel cell.
  • a bleed passage that branches off from the air passage and merges into an air passage downstream of the fuel cell, and a part of the air supplied by the air supply device bypasses the fuel cell, and is provided in the bleed passage.
  • a bleed valve for adjusting the amount of air flowing through the bleed passage.
  • An air supply controller that controls the air supply so that a constant amount of air is supplied; a wetness reduction determination unit that determines whether or not the wetness of the fuel cell needs to be reduced; and a fuel And a bleed amount control unit for reducing the opening of the bleed valve when it is necessary to reduce the wetness of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a fuel cell system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the function of calculating the bleed amount as a block diagram.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a map for calculating the amount of air supplied to the fuel cell stack from the power generation request and the dry / wet request.
  • FIG. 5 is a time chart for explaining the operation when the control flowchart according to the first embodiment is executed.
  • FIG. 6 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a time chart for explaining the operation when the control flowchart according to the third embodiment is executed.
  • FIG. 9 is a time chart for explaining the operation when the control according to the fourth embodiment is executed.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating the control function according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a fuel cell system according to the present invention.
  • the fuel cell stack 10 generates electric power by being supplied with reaction gases (cathode gas O 2 and anode gas H 2 ) while the electrolyte membrane is maintained in an appropriate wet state.
  • reaction gases cathode gas O 2 and anode gas H 2
  • the cathode line 20, the anode line 30, and the cooling water circulation line 40 are connected to the fuel cell stack 10.
  • the generated current of the fuel cell stack 10 is detected by the current sensor 101.
  • the power generation voltage of the fuel cell stack 10 is detected by the voltage sensor 102.
  • a cathode gas O 2 supplied to the fuel cell stack 10 flows through the cathode line 20.
  • the cathode line 20 is provided with a compressor 21, a WRD (Water Recovery Device) 22, and a cathode pressure regulating valve 23.
  • a bleed line 200 is juxtaposed to the cathode line 20.
  • the bleed line 200 branches downstream from the compressor 21 and upstream from the WRD 22 and joins downstream from the cathode pressure regulating valve 23. With this configuration, part of the air blown by the compressor 21 flows to the bleed line 200 and bypasses the fuel cell stack 10.
  • the bleed line 200 is provided with a bleed valve 210.
  • the compressor 21 is, for example, a centrifugal turbo compressor.
  • the compressor 21 is disposed in the cathode line 20 upstream of the fuel cell stack 10 and the WRD 22.
  • the compressor 21 is driven by a motor M.
  • the compressor 21 adjusts the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the cathode line 20.
  • the flow rate of the cathode gas O 2 is adjusted by the rotational speed of the compressor 21.
  • the WRD 22 humidifies the air introduced into the fuel cell stack 10.
  • the WRD 22 includes a humidified part through which a gas to be humidified flows and a humidified part through which a water-containing gas as a humidification source flows.
  • the air introduced by the compressor 21 flows through the humidified portion.
  • a gas containing water flows through the fuel cell stack 10 through the humidifying unit.
  • the cathode pressure regulating valve 23 is provided in the cathode line 20 downstream of the fuel cell stack 10.
  • the cathode pressure regulating valve 23 adjusts the pressure of the cathode gas O 2 flowing through the cathode line 20.
  • the pressure of the cathode gas O 2 is adjusted by the opening degree of the cathode pressure regulating valve 23.
  • the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the cathode line 20 is detected by the compressor flow rate sensor 201.
  • the compressor flow rate sensor 201 is provided in the cathode line 20 upstream of the compressor 21.
  • a filter that removes foreign matter in the cathode gas O 2 may be provided at the opening end of the cathode line 20, and the compressor flow rate sensor 201 may be provided between the filter and the compressor 21.
  • the pressure of the cathode gas O 2 flowing through the cathode line 20 is detected by the cathode pressure sensor 202.
  • the cathode pressure sensor 202 is provided downstream of the compressor 21 and upstream of the WRD 22. Further, in FIG. 1, the cathode pressure sensor 202 is located downstream of the compressor flow sensor 201.
  • the bleed valve 210 is provided in the bleed line 200.
  • the bleed valve 210 adjusts the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the bleed line 200.
  • the flow rate of the cathode gas O 2 is adjusted by the opening degree of the bleed valve 210.
  • the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the bleed line 200 is detected by a bleed flow rate sensor 203.
  • the anode gas H 2 supplied to the fuel cell stack 10 flows through the anode line 30.
  • the anode line 30 is provided with a cylinder 31, an anode pressure regulating valve 32, and a purge valve 33.
  • the cylinder 31 stores the anode gas H 2 in a high pressure state.
  • the cylinder 31 is provided on the uppermost stream of the anode line 30.
  • the anode pressure regulating valve 32 is provided downstream of the cylinder 31.
  • the anode pressure regulating valve 32 adjusts the pressure of the anode gas H 2 that is newly supplied from the cylinder 31 to the anode line 30.
  • the pressure of the anode gas H 2 is adjusted by the opening degree of the anode pressure regulating valve 32.
  • the purge valve 33 is provided downstream of the fuel cell stack 10. When the purge valve 33 is opened, the anode gas H 2 is purged.
  • the pressure of the anode gas H 2 flowing through the anode line 30 is detected by an anode pressure sensor 301.
  • the anode pressure sensor 301 is provided downstream of the anode pressure regulating valve 32 and upstream of the fuel cell stack 10.
  • the cooling water supplied to the fuel cell stack 10 flows through the cooling water circulation line 40.
  • the cooling water circulation line 40 is provided with a radiator 41, a three-way valve 42, and a water pump 43.
  • a bypass line 400 is provided in parallel with the cooling water circulation line 40.
  • the bypass line 400 branches from the upstream side of the radiator 41 and joins downstream of the radiator 41. For this reason, the cooling water flowing through the bypass line 400 bypasses the radiator 41.
  • the radiator 41 cools the cooling water.
  • the radiator 41 is provided with a cooling fan 410.
  • the three-way valve 42 is located at the junction of the bypass line 400.
  • the three-way valve 42 adjusts the flow rate of the cooling water flowing through the radiator side line and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass line according to the opening degree. Thereby, the temperature of the cooling water is adjusted.
  • the water pump 43 is located downstream of the three-way valve 42.
  • the water pump 43 sends the cooling water that has flowed through the three-way valve 42 to the fuel cell stack 10.
  • the temperature of the cooling water flowing through the cooling water circulation line 40 is detected by the water temperature sensor 401.
  • the water temperature sensor 401 is provided upstream of the portion where the bypass line 400 branches.
  • the controller inputs signals from the current sensor 101, the voltage sensor 102, the compressor flow rate sensor 201, the cathode pressure sensor 202, the anode pressure sensor 301, and the water temperature sensor 401. Then, a signal is output to control the operation of the compressor 21, the cathode pressure regulating valve 23, the bleed valve 210, the anode pressure regulating valve 32, the purge valve 33, the three-way valve 42, and the water pump 43.
  • the fuel cell stack 10 is maintained at an appropriate temperature, so that the electrolyte membrane is maintained in an appropriate wet state, and the reaction gas (cathode gas O 2 , anode gas H 2 ) is supplied to generate power. To do.
  • the electric power generated by the fuel cell stack 10 is supplied to the travel motor 12, the battery 13, and the load 14 via the DC / DC converter 11.
  • the fuel cell stack 10 has poor power generation efficiency when the wet state is excessive (that is, excessively wet) or excessively (that is, excessively dry).
  • the rotational speed of the compressor 21 is adjusted, the operating sound of the compressor 21 may fluctuate, and the passenger may feel uncomfortable and feel uncomfortable.
  • the wet state of the fuel cell stack 10 is adjusted while preventing the rotation speed of the compressor 21 from fluctuating.
  • FIG. 2 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • the controller repeatedly executes this flowchart every minute time (for example, 10 milliseconds).
  • step S11 the controller controls the compressor 21 so that a certain amount of air is supplied.
  • step S12 the controller determines whether or not the bleed amount is increasing. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S13, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S15.
  • step S13 the controller determines whether or not the fuel cell stack 10 needs to be dried. Specifically, for example, when the high frequency impedance is smaller than the reference value, it is determined that the fuel cell stack 10 needs to be dried. Impedance is correlated to the wetness of the electrolyte membrane. The greater the wetness of the electrolyte membrane (that is, the wetter the electrolyte membrane), the lower the impedance. Therefore, based on the high frequency impedance, it can be determined whether or not the fuel cell stack 10 needs to be dried.
  • the reference value may be set in advance through experiments.
  • step S14 the controller reduces the bleed amount by reducing the opening of the bleed valve 210.
  • a specific bleed amount setting method will be described later.
  • step S15 the controller determines whether or not the fuel cell stack 10 needs to be moistened. Specifically, for example, when the high frequency impedance is larger than the reference value, it is determined that the fuel cell stack 10 needs to be wetted. Further, even when it is determined that the fuel cell stack 10 needs to be moistened when a time longer than the reference time has elapsed since starting (including starting below zero or returning from idle stop) or warming up. Good. These reference values and reference times may be set in advance through experiments. By doing in this way, the timing which should be made wet can be determined correctly. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S16. If the determination result is negative, the controller temporarily exits the process.
  • step S16 the controller increases the opening of the bleed valve 210 to increase the bleed amount.
  • a specific bleed amount setting method will be described later.
  • FIG. 3 shows the function of calculating the bleed amount as a block diagram.
  • Each block shown in the following block diagram shows each function of the controller as a virtual unit, and each block does not mean physical existence.
  • Block B101 calculates the amount of air supplied to the fuel cell stack 10 based on the power generation request and the dry and wet request. Specifically, for example, the power generation request and the dry and wet request are applied to the map shown in FIG.
  • Block B102 outputs the maximum value from the air amount, surge air amount, dilution request air amount, and compressor minimum air amount calculated in block B101.
  • the compressor 21 may be surged when the supply flow rate becomes too small.
  • the surge air amount is a minimum flow rate of the compressor 21 for preventing such a situation from occurring.
  • the purge valve 33 is opened, and the anode gas H 2 is purged.
  • the amount of air required to sufficiently dilute the purged anode gas H 2 is the dilution required air amount.
  • the minimum flow rate of the compressor is the minimum flow rate determined from the specifications of the compressor 21 (motor M).
  • Block B103 obtains the bleed air amount by subtracting the air amount calculated in block B101 from the air amount output from block B102.
  • the amount of air to be bleed is obtained by subtracting the amount of air to be supplied to the fuel cell stack 10 from the amount of air supplied by the compressor 21.
  • FIG. 5 is a time chart for explaining the operation when the control flowchart according to the first embodiment is executed.
  • steps S11 ⁇ S12 ⁇ S13 ⁇ S14 are processed. As a result, the amount of bleed is reduced (FIG. 5B). After the next cycle, steps S12 ⁇ S15 are processed. As a result, the amount of inflow into the fuel cell stack is increased (FIG. 5B), the wetness of the fuel cell is decreased, and the impedance is increased (FIG. 5A).
  • steps S11 ⁇ S12 ⁇ S15 ⁇ S16 are processed. As a result, the bleed amount is increased (FIG. 5B). After the next cycle, steps S11 ⁇ S12 ⁇ S13 are processed. As a result, the amount of inflow into the fuel cell stack is reduced (FIG. 5B), the wetness of the fuel cell is increased, and the impedance is decreased (FIG. 5A).
  • the bleed valve 210 that adjusts the air flow rate is provided in the bleed line 200 that branches from the cathode line 20 upstream of the fuel cell stack 10 and joins the cathode line 20 downstream of the fuel cell stack 10. It is done. Then, the compressor 21 is controlled so that a certain amount of air is supplied, and the opening degree of the bleed valve 210 is reduced when it is necessary to lower the wetness of the fuel cell.
  • the wet state of the fuel cell can be controlled by adjusting the amount of bleed while keeping the amount of air supplied by the compressor 21 constant. That is, the air flow rate supplied to the fuel cell can be increased or decreased without changing the power consumption of the compressor 21.
  • the wetness of the fuel cell can also be lowered and dried by increasing the rotational speed of the compressor 21, the power consumed by the compressor 21 is increased in this way, so that the fuel consumption is deteriorated.
  • the rotational speed of the compressor 21 since the rotational speed of the compressor 21 is constant, it can be made into a dry state without deteriorating fuel consumption. Further, since the rotation speed of the compressor 21 does not increase or decrease, the operating sound of the compressor 21 does not fluctuate, so that the passenger does not feel uncomfortable. Therefore, according to this embodiment, the wetness of the fuel cell can be lowered without causing the occupant to feel uncomfortable.
  • FIG. 6 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • parts having the same functions as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.
  • control is executed during the bleed operation (that is, during the operation in which the opening degree of the bleed valve is not zero). Specifically, in step S21, the controller determines whether or not the bleed operation is being performed. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S12. The process proceeds to S15. When it is necessary to moisten, the amount of bleed can be increased even if it is not currently bleeded.
  • the operating scene where the bleed is performed is a scene where the amount of air required for dilution is larger than the amount of air supplied to the fuel cell stack 10, a scene where the compressor 21 increases the amount of air to avoid a surge, and a compressor
  • FIG. 7 is a control flowchart executed by the controller of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • the opening degree of the cathode pressure regulating valve 23 is increased to prevent the cathode pressure from increasing. Even when the cathode pressure regulating valve 23 is fully opened, when the amount of inflow into the fuel cell stack is further increased, the opening of the bleed valve 210 is fixed to fix the bleed amount.
  • the control is performed as follows.
  • symbol is attached
  • step S31 the controller determines whether or not the cathode pressure exceeds the reference pressure.
  • This reference pressure maintains, for example, the pressure required to prevent the compressor 21 from surge and the allowable differential pressure of the reaction gas (cathode gas O 2 , anode gas H 2 ) on the front and back surfaces of the electrolyte membrane. This is the pressure required to.
  • This reference pressure may be set through experiments in advance. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S33, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S14.
  • step S32 the controller increases the opening of the cathode pressure regulating valve 23.
  • step S33 the controller fixes the opening of the cathode pressure regulating valve 23.
  • step S34 the controller decreases the opening of the cathode pressure regulating valve 23.
  • FIG. 8 is a time chart for explaining the operation when the control flowchart according to the third embodiment is executed.
  • steps S11 ⁇ S12 ⁇ S13 ⁇ S31 ⁇ S14 ⁇ S32 are repeatedly processed.
  • the opening degree of the cathode pressure regulating valve 23 is increased (FIG. 8C), and the cathode pressure is maintained constant (FIG. 8B).
  • the cathode pressure regulating valve 23 is fully opened (FIG. 8C). If there is still a request to reduce (dry) the wetness of the fuel cell stack 10, steps S11 ⁇ S12 ⁇ S13 ⁇ S31 ⁇ S14 ⁇ S32 are repeated. As a result, the bleed amount is further reduced and the inflow amount to the fuel cell stack is increased (FIG. 8A). Since the cathode pressure regulating valve 23 is fully open, the opening degree is constant after time t31 (FIG. 8C).
  • the compressor 21 is prevented from surge by the reference pressure setting method, or the allowable differential pressure of the reaction gas (cathode gas O 2 , anode gas H 2 ) on the front and back surfaces of the electrolyte membrane is maintained. Is done. Moreover, wasteful power consumption of the compressor 21 can be prevented by unnecessarily increasing the cathode pressure.
  • FIG. 9 is a time chart for explaining the operation when the control according to the fourth embodiment is executed.
  • the amount of bleed is reduced and the amount of inflow into the fuel cell stack is increased.
  • the air supply amount of the compressor 21 may be low in the first place. In such a case, the air supply amount of the compressor 21 is increased.
  • the air supply amount of the compressor 21 is first reduced prior to increasing the opening of the bleed valve 210. By doing in this way, waste of the power consumption of the compressor 21 can be prevented.
  • the fuel cell system is controlled to operate as follows.
  • the air supply amount of the compressor 21 is first reduced (FIG. 9A).
  • the air supply amount of the compressor 21 returns to a steady state (FIG. 9A), and then the bleed amount is adjusted again by controlling the opening degree of the bleed valve 210 (FIG. 9B). ), The amount of inflow into the fuel cell stack is adjusted (FIG. 9A).
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating the control function according to the fifth embodiment.
  • the bleed amount is adjusted by controlling the opening degree of the bleed valve 210 to adjust the inflow amount to the fuel cell stack.
  • the wetness of the fuel cell stack can be quickly reduced by increasing the amount of air supplied by the compressor 21, opening the cathode pressure regulating valve 23 to lower the cathode pressure, and raising the cooling water temperature. Therefore, in the present embodiment, specific control contents for doing this will be described.
  • Block B201 subtracts the target wetness from the current wetness. The greater the degree of drying relative to the current wetness, the greater the deviation.
  • Block B202 calculates the amount of increase in the flow rate of the compressor 21 by applying the deviation output from the block B201 to a preset map.
  • Block B203 corrects the target supply amount of the compressor 21 by adding the flow amount increase output from the block B202 to the target supply amount of the compressor 21. Then, the compressor 21 is controlled so that the target supply amount is realized.
  • Block B204 calculates the decrease in cathode pressure by applying the deviation output from block B201 to a preset map.
  • Block B205 corrects the target cathode pressure by adding the pressure decrease output from block B204 to the target cathode pressure. And the cathode pressure regulation valve 23 is controlled so that the target cathode pressure is implement
  • Block B206 applies the deviation output from block B201 to a preset map and calculates the temperature rise of the cooling water.
  • Block B207 corrects the target cooling water temperature by adding the temperature rise output from block B206 to the target cooling water temperature. Then, the cooling fan 410 and the three-way valve 42 are controlled so that the target cooling water temperature is realized.
  • the wetness of the fuel cell stack can be quickly changed in this way.
  • the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the bleed line 200 is detected by the bleed flow rate sensor 203.
  • a flow sensor is provided upstream of a place where the bleed line 200 branches from the cathode line 20, and a flow sensor is also provided downstream.
  • the difference between the detection amounts of the two flow sensors may be the flow rate of the cathode gas O 2 flowing through the bleed line 200.

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Abstract

　燃料電池と、空気供給機と、燃料電池に連設され、空気供給機から供給された空気が流れる空気通路と、燃料電池よりも上流の空気通路から分岐して燃料電池よりも下流の空気通路に合流し、空気供給機で供給された空気の一部が燃料電池を迂回するように流れるブリード通路と、ブリード通路に設けられ、ブリード通路を流れる空気量を調整するブリード弁と、一定量の空気が供給されるように空気供給機を制御する空気供給機制御部と、燃料電池の湿潤度を下げる必要があるか否かを判定する湿潤低下判定部と、燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、ブリード弁の開度を小さくするブリード量制御部と、を含む。

Description

燃料電池システム及びその制御方法
　この発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。
　ＪＰ２０１０－１１４０３９Ａには、燃料電池よりも上流の空気通路から分岐して燃料電池よりも下流の空気通路に合流するブリード通路を備え、空気コンプレッサーから供給された空気の一部をブリードするシステムが開示されている。このシステムでは、燃料電池に流れる空気を減量するときに、空気コンプレッサーの回転速度を下げる。しかしながら、空気コンプレッサーの回転速度は、急激には下がらないので、余剰の空気をブリード通路に逃がすことで、燃料電池の過乾燥を防止している。
　ところで、燃料電池は、電解質膜が適度な湿潤状態に維持されて、反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が供給されて発電する。電解質膜の湿潤度が過大であるときには、積極的に乾燥させて湿潤度を下げたい。しかしながら、ＪＰ２０１０－１１４０３９Ａでは、燃料電池の過乾燥の防止を目的にしており、すなわち乾燥させないようにするものである。また空気コンプレッサーの回転速度を調整しては、空気コンプレッサーの作動音が変動し、乗員が耳障りに感じて違和感を覚えることがある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされた。本発明の目的は、乗員に違和感を覚えさせることなく、燃料電池の湿潤度を下げることができる燃料電池システムを提供することである。
　本発明による燃料電池システムのひとつの態様は、燃料電池と、空気供給機と、前記燃料電池に連設され、前記空気供給機から供給された空気が流れる空気通路と、前記燃料電池よりも上流の空気通路から分岐して燃料電池よりも下流の空気通路に合流し、前記空気供給機で供給された空気の一部が燃料電池を迂回するように流れるブリード通路と、前記ブリード通路に設けられ、ブリード通路を流れる空気量を調整するブリード弁と、を含む。そして、一定量の空気が供給されるように前記空気供給機を制御する空気供給機制御部と、前記燃料電池の湿潤度を下げる必要があるか否かを判定する湿潤低下判定部と、燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、前記ブリード弁の開度を小さくするブリード量制御部と、をさらに含むことを特徴とする。
図１は、本発明による燃料電池システムの基本的な構成を示す図である。 図２は、第１実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。 図３は、ブリード量を演算する機能をブロック図として表したものである。 図４は、発電要求及び乾燥湿潤要求から燃料電池スタックへ供給する空気量を演算するためのマップの一例を示す図である。 図５は、第１実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。 図６は、第２実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。 図７は、第３実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。 図８は、第３実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。 図９は、第４実施形態による制御が実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。 図１０は、第５実施形態による制御機能をブロック図として表したものである。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
　図１は、本発明による燃料電池システムの基本的な構成を示す図である。
　最初に図１を参照して、本発明による燃料電池システムの基本的な構成について説明する。
　燃料電池スタック１０は、電解質膜が適度な湿潤状態に維持されつつ反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が供給されて発電する。そのようにするために、燃料電池スタック１０には、カソードライン２０と、アノードライン３０と、冷却水循環ライン４０と、が接続される。なお燃料電池スタック１０の発電電流は、電流センサー１０１で検出される。燃料電池スタック１０の発電電圧は、電圧センサー１０２で検出される。
　カソードライン２０には、燃料電池スタック１０に供給されるカソードガスＯ2が流れる。カソードライン２０には、コンプレッサー２１と、ＷＲＤ(Water Recovery Device)２２と、カソード調圧弁２３と、が設けられる。またカソードライン２０には、ブリードライン２００が並設される。ブリードライン２００は、コンプレッサー２１よりも下流であってＷＲＤ２２よりも上流から分岐して、カソード調圧弁２３よりも下流に合流する。このような構成になっているので、コンプレッサー２１で送風された空気の一部がブリードライン２００に流れて、燃料電池スタック１０を迂回する。ブリードライン２００には、ブリード弁２１０が設けられる。
　コンプレッサー２１は、本実施形態では、たとえば遠心式のターボコンプレッサーである。コンプレッサー２１は、燃料電池スタック１０やＷＲＤ２２よりも上流のカソードライン２０に配置される。コンプレッサー２１は、モーターＭによって駆動される。コンプレッサー２１は、カソードライン２０を流れるカソードガスＯ2の流量を調整する。カソードガスＯ2の流量は、コンプレッサー２１の回転速度によって調整される。
　ＷＲＤ２２は、燃料電池スタック１０に導入される空気を加湿する。ＷＲＤ２２は、加湿対象となるガスが流れる被加湿部と、加湿源となる水含有ガスが流れる加湿部と、を含む。被加湿部には、コンプレッサー２１によって導入された空気が流れる。加湿部には、燃料電池スタック１０を通流して水を含有しているガスが流れる。
　カソード調圧弁２３は、燃料電池スタック１０よりも下流のカソードライン２０に設けられる。カソード調圧弁２３は、カソードライン２０を流れるカソードガスＯ2の圧力を調整する。カソードガスＯ2の圧力は、カソード調圧弁２３の開度によって調整される。
　カソードライン２０を流れるカソードガスＯ2の流量は、コンプレッサー流量センサー２０１で検出される。このコンプレッサー流量センサー２０１は、コンプレッサー２１よりも上流のカソードライン２０に設けられる。なお、カソードライン２０の開口端にカソードガスＯ2中の異物を取り除くフィルターを設けて、フィルターとコンプレッサー２１との間にコンプレッサー流量センサー２０１を設けるようにしてもよい。
　カソードライン２０を流れるカソードガスＯ2の圧力は、カソード圧力センサー２０２で検出される。このカソード圧力センサー２０２は、コンプレッサー２１よりも下流であってＷＲＤ２２よりも上流に設けられる。さらに図１では、カソード圧力センサー２０２は、コンプレッサー流量センサー２０１の下流に位置する。
　ブリード弁２１０は、ブリードライン２００に設けられる。ブリード弁２１０は、ブリードライン２００を流れるカソードガスＯ2の流量を調整する。カソードガスＯ2の流量は、ブリード弁２１０の開度によって調整される。ブリードライン２００を流れるカソードガスＯ2の流量は、ブリード流量センサー２０３で検出される。
　アノードライン３０には、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスＨ2が流れる。アノードライン３０には、ボンベ３１と、アノード調圧弁３２と、パージ弁３３と、が設けられる。
　ボンベ３１には、アノードガスＨ2が高圧状態で貯蔵されている。ボンベ３１は、アノードライン３０の最上流に設けられる。
　アノード調圧弁３２は、ボンベ３１の下流に設けられる。アノード調圧弁３２は、ボンベ３１から新たにアノードライン３０に供給するアノードガスＨ2の圧力を調整する。アノードガスＨ2の圧力は、アノード調圧弁３２の開度によって調整される。
　パージ弁３３は、燃料電池スタック１０の下流に設けられる。パージ弁３３が開くと、アノードガスＨ2がパージされる。
　アノードライン３０を流れるアノードガスＨ2の圧力は、アノード圧力センサー３０１で検出される。このアノード圧力センサー３０１は、アノード調圧弁３２よりも下流であって燃料電池スタック１０よりも上流に設けられる。
　冷却水循環ライン４０には、燃料電池スタック１０に供給される冷却水が流れる。冷却水循環ライン４０には、ラジエーター４１と、三方弁４２と、ウォーターポンプ４３と、が設けられる。また冷却水循環ライン４０には、バイパスライン４００が並設される。バイパスライン４００は、ラジエーター４１よりも上流から分岐し、ラジエーター４１よりも下流に合流する。このためバイパスライン４００を流れる冷却水は、ラジエーター４１をバイパスする。
　ラジエーター４１は、冷却水を冷却する。ラジエーター４１には、クーリングファン４１０が設けられている。
　三方弁４２は、バイパスライン４００の合流部分に位置する。三方弁４２は、開度に応じて、ラジエーター側のラインを流れる冷却水の流量と、バイパスラインを流れる冷却水の流量と、を調整する。これによって冷却水の温度が調整される。
　ウォーターポンプ４３は、三方弁４２の下流に位置する。ウォーターポンプ４３は、三方弁４２を流れた冷却水を燃料電池スタック１０に送る。
　冷却水循環ライン４０を流れる冷却水の温度は、水温センサー４０１で検出される。この水温センサー４０１は、バイパスライン４００が分岐する部分よりも上流に設けられる。
　コントローラーは、電流センサー１０１、電圧センサー１０２、コンプレッサー流量センサー２０１、カソード圧力センサー２０２、アノード圧力センサー３０１、水温センサー４０１の信号を入力する。そして、信号を出力して、コンプレッサー２１、カソード調圧弁２３、ブリード弁２１０、アノード調圧弁３２、パージ弁３３、三方弁４２、ウォーターポンプ４３の作動を制御する。
　このような構成によって、燃料電池スタック１０は、適温に維持されることで、電解質膜が適度な湿潤状態に維持されて、反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が供給されて発電する。燃料電池スタック１０によって発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバーター１１を介して走行モーター１２、バッテリー１３、負荷１４に供給される。
　ところで、燃料電池スタック１０は、湿潤状態が、過大(すなわち過湿潤)又は過少(すなわち過乾燥)では、発電効率が悪い。そのような状態を回避するために、コンプレッサー２１の回転速度を調整しては、コンプレッサー２１の作動音が変動し、乗員が耳障りに感じて違和感を覚えることがある。
　そこで本実施形態では、コンプレッサー２１の回転速度が変動しないようにしつつ燃料電池スタック１０の湿潤状態を調整する。
　以下では具体的な手法について説明する。
　図２は、第１実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。なおコントローラーは、微小時間(たとえば１０ミリ秒)ごとにこのフローチャートを繰り返し実行する。
　ステップＳ１１においてコントローラーは、一定量の空気が供給されるようにコンプレッサー２１を制御する。
　ステップＳ１２においてコントローラーは、ブリード量が増量中であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１５へ処理を移行する。
　ステップＳ１３においてコントローラーは、燃料電池スタック１０を乾燥させる必要があるか否かを判定する。具体的には、たとえば、高周波インピーダンスが基準値よりも小さいときに燃料電池スタック１０を乾燥させる必要があると判定する。インピーダンスは、電解質膜の湿潤度に相関している。電解質膜の湿潤度が大きいほど(すなわち電解質膜が湿潤しているほど)、インピーダンスが小さい。そこで高周波インピーダンスに基づいて、燃料電池スタック１０を乾燥させる必要があるか否かを判定できる。なお基準値は、予め実験を通じて設定しておけばよい。また起動時(零下起動時やアイドルストップからの復帰運転時も含む)や暖機運転時には、反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が多めに供給されて水が生成されやすい。しかしながらこのような運転時には、燃料電池スタック１０の温度が変動する。インピーダンスは、温度の影響を受けやすいので、温度が変動するときには、インピーダンスでは正確な判断ができないおそれがある。そこで、このような運転時には、基準時間が経過するまでは、燃料電池スタック１０を乾燥させる必要があると判定してもよい。この場合の基準時間も、予め実験を通じて設定しておけばよい。このようにすることで、乾燥させるべきタイミングを正確に判定することができる。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１４へ処理を移行し、判定結果が否であれば一旦処理を抜ける。
　ステップＳ１４においてコントローラーは、ブリード弁２１０の開度を小さくしてブリード量を減らす。なお具体的なブリード量の設定方法は、後述される。
　ステップＳ１５においてコントローラーは、燃料電池スタック１０を湿潤させる必要があるか否かを判定する。具体的には、たとえば、高周波インピーダンスが基準値よりも大きいときに燃料電池スタック１０を湿潤させる必要があると判定する。また起動時(零下起動時やアイドルストップからの復帰運転時も含む)や暖機運転時から基準時間よりも長い時間が経過したときには、燃料電池スタック１０を湿潤させる必要があると判定してもよい。これらの基準値や基準時間は、予め実験を通じて設定しておけばよい。このようにすることで、湿潤させるべきタイミングを正確に判定することができる。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であれば一旦処理を抜ける。
　ステップＳ１６においてコントローラーは、ブリード弁２１０の開度を大きくしてブリード量を増やす。なお具体的なブリード量の設定方法は、後述される。
　図３は、ブリード量を演算する機能をブロック図として表したものである。
　なお以下のブロック図に示される各ブロックは、コントローラーの各機能を仮想ユニットとして示すものであり、各ブロックは物理的な存在を意味しない。
　ブロックＢ１０１は、発電要求及び乾燥湿潤要求に基づいて燃料電池スタック１０へ供給する空気量を演算する。具体的には、たとえば図４に示すマップに発電要求及び乾燥湿潤要求を適用して求める。
　ブロックＢ１０２は、ブロックＢ１０１で演算された空気量、サージ空気量、希釈要求空気量及びコンプレッサーの最低空気量の中から、最大値を出力する。
　コンプレッサー２１は、供給流量が過小になると、サージするおそれがある。サージ空気量とは、そのような事態を生じさせないようにするためのコンプレッサー２１の最低流量である。またパージ弁３３が開いて、アノードガスＨ2がパージされる。このパージされたアノードガスＨ2を十分に希釈するのに必要な空気量が希釈要求空気量である。さらにコンプレッサーの最低流量とは、コンプレッサー２１(モーターＭ)の仕様などから定まる最低流量である。
　ブロックＢ１０３は、ブロックＢ１０２から出力された空気量からブロックＢ１０１で演算された空気量を減算することで、ブリード空気量を求める。これによってコンプレッサー２１が供給する空気量から、燃料電池スタック１０に供給すべき空気量を減算することで、余剰のブリードすべき空気量が求まる。
　図５は、第１実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。
　時刻０では、ブリード量を増量中である(図５(Ｂ))。これによって燃料電池スタックへの流入量が減量され(図５(Ｂ))、燃料電池の湿潤度が上昇し、インピーダンスが下がる(図５(Ａ))。この状態では、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３が繰り返し処理される。
　時刻ｔ１１で、インピーダンスが基準値を下回ったら(図５(Ａ))、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４が処理される。これによってブリード量が減量される(図５(Ｂ))。次サイクル以降は、ステップＳ１２→Ｓ１５が処理される。これによって、燃料電池スタックへの流入量が増量され(図５(Ｂ))、燃料電池の湿潤度が下降し、インピーダンスが上がる(図５(Ａ))。
　時刻ｔ１２で、インピーダンスが基準値を上回ったら(図５(Ａ))、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１５→Ｓ１６が処理される。これによってブリード量が増量される(図５(Ｂ))。次サイクル以降は、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３が処理される。これによって、燃料電池スタックへの流入量が減量され(図５(Ｂ))、燃料電池の湿潤度が上昇し、インピーダンスが下がる(図５(Ａ))。
　以上が繰り返される。
　本実施形態によれば、燃料電池スタック１０よりも上流のカソードライン２０から分岐して燃料電池スタック１０よりも下流のカソードライン２０に合流するブリードライン２００に空気流量を調整するブリード弁２１０が設けられる。そして一定量の空気が供給されるようにコンプレッサー２１を制御しておき、燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、ブリード弁２１０の開度を小さくする。このようにコンプレッサー２１が供給する空気量を一定のまま、ブリード量を調整することで、燃料電池の湿潤状態を制御できる。すなわち、コンプレッサー２１の消費電力を変化させることなく燃料電池に供給する空気流量を増減させることができる。コンプレッサー２１の回転速度を上げることによっても燃料電池の湿潤度を低下させて乾燥させることもできるが、そのようにしてはコンプレッサー２１が消費する電力が増えるので、燃費が悪化する。これに対して本実施形態によれば、コンプレッサー２１の回転速度が一定なので、燃費を悪化させることなく乾燥状態にすることができる。またコンプレッサー２１の回転速度が増減しないので、コンプレッサー２１の作動音が変動しないため、乗員違和感を覚えさせることがない。したがって、本実施形態によれば、乗員に違和感を覚えさせることなく、燃料電池の湿潤度を下げることができる。
　（第２実施形態）
　図６は、第２実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
　本実施形態では、ブリードを行っている運転中に(すなわちブリード弁の開度がゼロでない運転中に)、制御を実行する。具体的にはコントローラーは、ステップＳ２１において、ブリードを行っている運転中であるか否かを判定し、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１５へ処理を移行する。湿潤させる必要があるときは、現在ブリードしていなくても、ブリード量を増やすことができるので、このように処理する。
　なおブリードを行っている運転シーンとは、希釈要求空気量が、燃料電池スタック１０へ供給する空気量よりも多いシーン、サージを回避のためにコンプレッサー２１が空気量を増量しているシーン、コンプレッサーの本体の要求によって最低流量が決まっていて、その最低流量が燃料電池スタック１０へ供給する空気量よりも多いシーン、コンプレッサー２１が空気量を意図的に増量しているシーンなどがある。
　本実施形態によれば、このようなシーンで制御を実行するので、使用されずに排出される空気を有効利用できるのである。
　（第３実施形態）
　図７は、第３実施形態による燃料電池システムのコントローラーが実行する制御フローチャートである。
　燃料電池スタック１０の湿潤度を下げるべく(乾燥させるべく)、ブリード量を減らして、燃料電池スタックへの流入量を増量しても、カソード圧が高くなると、その効果も低減してしまう。すなわちカソード圧が高くなることは、むしろ湿潤度が高くなるように作用する空である。そこで本実施形態では、カソード圧の上昇を防止すべくカソード調圧弁２３の開度を大きくする。そしてカソード調圧弁２３が全開になっても、さらに燃料電池スタックへの流入量が増量されるときには、ブリード弁２１０の開度を固定してブリード量を固定するようにした。具体的には以下のように制御する。なお第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
　ステップＳ３１においてコントローラーは、カソード圧が基準圧を越えるか否かを判定する。この基準圧は、たとえば、コンプレッサー２１がサージすることを防止するために要求される圧力や、電解質膜の表裏面における反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)の許容差圧を維持するために要求される圧力である。この基準圧は、予め実験を通じて設定しておけばよい。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ３３へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１４へ処理を移行する。
　ステップＳ３２においてコントローラーは、カソード調圧弁２３の開度を大きくする。
　ステップＳ３３においてコントローラーは、カソード調圧弁２３の開度を固定する。
　ステップＳ３４においてコントローラーは、カソード調圧弁２３の開度を小さくする。
　図８は、第３実施形態による制御フローチャートが実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。
　時刻０では、燃料電池スタック１０の湿潤度を下げるべく(乾燥させるべく)、ブリード量を減らして、燃料電池スタックへの流入量を増量している(図８(Ａ))。この状態では、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ３１→Ｓ１４→Ｓ３２が繰り返し処理される。この結果、カソード調圧弁２３の開度が大きくされて(図８(Ｃ))、カソード圧が一定に維持される(図８(Ｂ))。
　時刻ｔ３１で、カソード調圧弁２３が全開になる(図８(Ｃ))。それでも、燃料電池スタック１０の湿潤度を下げる(乾燥させる)という要求があれば、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ３１→Ｓ１４→Ｓ３２が繰り返し処理される。この結果、ブリード量がさらに減らされて、燃料電池スタックへの流入量が増量される(図８(Ａ))。なおカソード調圧弁２３は全開であるので、時刻ｔ３１以降は、開度が一定である(図８(Ｃ))。
　時刻ｔ３２で、カソード圧が基準圧を越える(図８(Ｂ))。そこでステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ３１→Ｓ３３が処理される。これによって、ブリード量が固定されることとなる(図８(Ｂ))。
　本実施形態によれば、基準圧の設定法によって、コンプレッサー２１がサージすることが防止され、または電解質膜の表裏面における反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)の許容差圧が維持される。またカソード圧がむやみに上昇してしまうことによってコンプレッサー２１の消費電力の浪費を防ぐことができる。
　（第４実施形態）
　図９は、第４実施形態による制御が実行されたときの作動を説明するタイムチャートである。
　燃料電池スタック１０の湿潤度を下げるべく(乾燥させるべく)、ブリード量を減らして、燃料電池スタックへの流入量を増量する。しかしながら、コンプレッサー２１の空気供給量がそもそも低いこともある。そこで、このようなときには、コンプレッサー２１の空気供給量を増やす。そして燃料電池スタックへの流入量を増量させる必要がなくなったら、ブリード弁２１０の開度を大きくするのに優先して、まずコンプレッサー２１の空気供給量を減らすようにした。このようにすることで、コンプレッサー２１の消費電力の浪費を防ぐことができる。具体的には以下のように作動するように燃料電池システムを制御する。
　時刻０を過ぎた後、ブリード量を減らして(図９(Ｂ))、燃料電池スタックへの流入量を増量している(図９(Ａ))。
　そして希釈要求空気量が増えたために、時刻ｔ４１で、ブリード弁２１０が全閉されてブリード量がゼロになり(図９(Ｂ))、不足分を補うために、コンプレッサー２１の空気供給量が増やされる(図９(Ａ))。
　空気量を減らす必要が出てきたら、まずコンプレッサー２１の空気供給量が減らされる(図９(Ａ))。
　時刻ｔ４２でコンプレッサー２１の空気供給量が定常状態に戻り(図９(Ａ))、その後は再び、ブリード弁２１０の開度を制御することで、ブリード量を調整して(図９(Ｂ))、燃料電池スタックへの流入量を調整する(図９(Ａ))。
　本実施形態によれば、このように作動させるので、コンプレッサー２１の消費電力の浪費を防ぐことができる。
　（第５実施形態）
　図１０は、第５実施形態による制御機能をブロック図として表したものである。
　上述の各実施形態では、燃料電池スタックの湿潤状態を変更したいときに、ブリード弁２１０の開度を制御することで、ブリード量を調整して、燃料電池スタックへの流入量を調整した。
　しかしながら、さらに迅速に燃料電池スタックの湿潤度を変更したいことがある。
　たとえば燃料電池スタックの湿潤度を迅速に下げて乾燥させたいことがある。このようなときには、コンプレッサー２１による空気供給量を増やし、カソード調圧弁２３を開いてカソード圧を下げ、冷却水温度を上げれば、迅速に燃料電池スタックの湿潤度を下げることができる。そこで本実施形態では、このようにするための具体的な制御内容を説明する。
　ブロックＢ２０１は、現在の湿潤度から目標湿潤度を減算する。現在の湿潤度に対して乾燥させる度合が大きいほど、大きな偏差が出力される。
　ブロックＢ２０２は、ブロックＢ２０１から出力された偏差を、予め設定されたマップに適用して、コンプレッサー２１の流量増量分を演算する。
　ブロックＢ２０３は、ブロックＢ２０２から出力された流量増量分を、コンプレッサー２１の目標供給量に加算して、コンプレッサー２１の目標供給量を補正する。そして、その目標供給量が実現されるように、コンプレッサー２１が制御される。
　ブロックＢ２０４は、ブロックＢ２０１から出力された偏差を、予め設定されたマップに適用して、カソード圧の減少分を演算する。
　ブロックＢ２０５は、ブロックＢ２０４から出力された圧力減少分を、目標カソード圧に加算して、目標カソード圧を補正する。そして、その目標カソード圧が実現されるように、カソード調圧弁２３が制御される。
　ブロックＢ２０６は、ブロックＢ２０１から出力された偏差を、予め設定されたマップに適用して、冷却水の温度上昇分を演算する。
　ブロックＢ２０７は、ブロックＢ２０６から出力された温度上昇分を、目標冷却水温に加算して、目標冷却水温を補正する。そして、その目標冷却水温が実現されるように、クーリングファン４１０や三方弁４２が制御される。
　本実施形態によれば、このようにすることで、燃料電池スタックの湿潤度を迅速に変更することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　たとえば、上記説明においては、ブリードライン２００を流れるカソードガスＯ2の流量は、ブリード流量センサー２０３で検出された。しかしながらこれには限られない。たとえば、ブリードライン２００がカソードライン２０から分岐する場所の上流に流量センサーを設けるとともに、下流にも流量センサーを設ける。そして、２つの流量センサーの検出量の差を、ブリードライン２００に流れるカソードガスＯ2の流量としてもよい。
　なお上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
　本願は、２０１２年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－２８７５１６に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (13)

  1. 　燃料電池と、
    　空気供給機と、
    　前記燃料電池に連設され、前記空気供給機から供給された空気が流れる空気通路と、
    　前記燃料電池よりも上流の空気通路から分岐して燃料電池よりも下流の空気通路に合流し、前記空気供給機で供給された空気の一部が燃料電池を迂回するように流れるブリード通路と、
    　前記ブリード通路に設けられ、ブリード通路を流れる空気量を調整するブリード弁と、
    　一定量の空気が供給されるように前記空気供給機を制御する空気供給機制御部と、
    　前記燃料電池の湿潤度を下げる必要があるか否かを判定する湿潤低下判定部と、
    　燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、前記ブリード弁の開度を小さくするブリード量制御部と、
    を含む燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ブリード弁の現在の開度がゼロであるか否かを判定する開度判定部をさらに含み、
    　前記ブリード量制御部は、燃料電池の湿潤度を下げる必要があって、ブリード弁の現在の開度がゼロで無いときに、前記ブリード弁の開度を小さくする、
    燃料電池システム。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記湿潤低下判定部は、高周波インピーダンスが所定値よりも小さいとき、起動後であって所定時間が経過していないとき、暖機運転後であって所定時間が経過していないとき、アイドルストップからの復帰後であって所定時間が経過していないとき、運転停止しているときの少なくともいずれかひとつの条件が成立しているときに、燃料電池の湿潤度を下げる必要があると判定する、
    燃料電池システム。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の湿潤度を上げる必要があるか否かを判定する湿潤上昇判定部をさらに含み、
    　前記ブリード量制御部は、燃料電池の湿潤度を上げる必要があるときに、前記ブリード弁の開度を大きくする、
    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において、
    　前記湿潤上昇判定部は、高周波インピーダンスが所定値よりも大きいとき、起動後であって所定時間が経過したとき、暖機運転後であって所定時間が経過したとき、アイドルストップからの復帰後であって所定時間が経過したときの少なくともいずれかひとつの条件が成立しているときに、燃料電池の湿潤度を上げる必要があると判定する、
    燃料電池システム。
  6. 　請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池よりも下流の空気通路に設けられ、空気の圧力を調整する調圧弁と、
    　前記ブリード量制御部がブリード弁の開度を小さくするのに応じて、前記調圧弁の開度を大きくする調圧弁制御部と、
    をさらに含む燃料電池システム。
  7. 　請求項６に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ブリード量制御部は、前記調圧弁制御部が前記調圧弁の開度を大きくしても、空気の圧力が所定圧を越えるときには、前記ブリード弁の開度を固定する、
    燃料電池システム。
  8. 　請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記空気供給機制御部は、前記ブリード弁を通過する空気量が所定値よりも小さいときに、空気が増量されるように前記空気供給機を制御する、
    燃料電池システム。
  9. 　請求項８に記載の燃料電池システムであって、
    　前記空気供給機制御部は、空気が増量されており、燃料電池の湿潤度を上げる必要があるときには、空気が減量されるように前記空気供給機を制御する、
    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、
    　前記ブリード量制御部は、前記空気供給機が供給する空気量が所定量よりも小さくなったときには、ブリード弁の開度を大きくする、
    燃料電池システム。
  11. 　請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記空気供給機制御部は、燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、空気が増量されるように前記空気供給機を制御する、
    燃料電池システム。
  12. 　請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、燃料電池の冷却水の温度を上昇させる水温調整部をさらに含む、
    燃料電池システム。
  13. 　燃料電池と、空気供給機と、前記燃料電池に連設され、前記空気供給機から供給された空気が流れる空気通路と、前記燃料電池よりも上流の空気通路から分岐して燃料電池よりも下流の空気通路に合流し、前記空気供給機で供給された空気の一部が燃料電池を迂回するように流れるブリード通路と、前記ブリード通路に設けられ、ブリード通路を流れる空気量を調整するブリード弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    　一定量の空気が供給されるように前記空気供給機を制御する空気供給機制御工程と、
    　前記燃料電池の湿潤度を下げる必要があるか否かを判定する湿潤低下判定工程と、
    　燃料電池の湿潤度を下げる必要があるときに、前記ブリード弁の開度を小さくするブリード量制御工程と、
    を含む燃料電池システムの制御方法。
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