KR101837254B1 - 연료 전지 시스템 및 연료 전지의 운전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 시스템은, 전해질막(90)을 갖는 연료 전지(100)와, 연료 전지(100)의 온도를 측정하는 센서(450)와, 제어부(610)를 포함한다. 센서(450)에 의해 측정되는 연료 전지(100)의 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고, 그 후, 센서(450)에 의해 측정되는 연료 전지(100)의 온도가 제1 역치 온도 이하의 온도인 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 상기 제어부는, 연료 전지(100)에 있어서의 캐소드측의 물 균형이 연료 전지(100)의 통상 운전시의 캐소드측의 물 균형에 비해 높아지는 습윤 운전을, 연료 전지(100)에 행하게 한다.

Description

연료 전지 시스템 및 연료 전지의 운전 제어 방법 {FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF FUEL CELL}
본 발명은, 연료 전지에 있어서의 전해질막의 건습 상태의 제어에 관한 것이다.
고체 고분자형 연료 전지 등의 연료 전지에 사용되는 전해질막은, 고습윤 상태에 있어서 높은 발전 성능을 발휘할 수 있다. 이로 인해, 전해질막의 건습 상태를 특정하여, 건조 상태라고 특정된 경우에, 연료 전지를 냉각함으로써 물을 증발시키기 어렵게 하여 전해질막을 습윤시키는 연료 전지 시스템이 있다. 일본 특허 공개 제2014-60068호의 연료 전지 시스템에서는, 전해질막의 임피던스를 측정하여 그 측정값에 기초하여 건습 상태를 특정하고, 건조 상태라고 특정된 경우에, 라디에이터 팬을 완전 개방 구동시킴으로써 연료 전지를 통해 순환하는 냉각수를 냉각하여, 연료 전지를 냉각한다.
그러나, 건조 상태로 될 때까지 다량의 열이 전해질막에 부여되어 있으면, 건조 상태를 특정하고 나서 연료 전지를 냉각시켰다고 해도, 전해질막의 건조가 진행되어 전해질막의 건조 상태가 장기화된다.
본 발명은, 연료 전지의 전해질막의 건조 상태가 장기화되는 것을 억제하는 기술을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 전해질막을 갖는 연료 전지와, 상기 연료 전지의 온도를 측정하는 센서와, 상기 센서에 의해 측정되는 상기 연료 전지의 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고, 그 후, 상기 센서에 의해 측정되는 상기 연료 전지의 온도가 상기 제1 역치 온도 이하의 온도인 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 상기 연료 전지의 캐소드측에 있어서의 물 균형이 상기 연료 전지의 통상 운전시의 상기 캐소드측의 물 균형에 비해 높아지는 습윤 운전을, 상기 연료 전지에 행하게 하는 제어부를 구비한다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 연료 전지의 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우, 연료 전지의 온도가 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 습윤 운전이 행해지므로, 연료 전지의 임피던스 등의 전해질막의 건조를 나타내는 지표의 측정값에 기초하여, 전해질막이 건조 상태인 것을 검지하고 나서 습윤 운전을 개시하는 구성에 비해, 그 후에 전해질막이 건조 상태로 될 개연성이 높은 경우에, 보다 조기에 습윤 운전을 개시할 수 있다. 이로 인해, 전해질막이 건조 상태를 벗어난 후에 있어서 다시 건조 상태로 되었다고 해도, 그때 과도하게 건조가 진행되는 것을 억제할 수 있어, 전해질막의 건조 상태의 장기화를 억제할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지의 내부에는, 캐소드측 오프 가스의 배출 유로가 형성되어 있고, 상기 배출 유로에 있어서의 압력인 캐소드측 배출 유로 압력을 조정하는 압력 조정부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 압력 조정부를 제어하여, 상기 캐소드측 배출 유로 압력을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 캐소드측 배출 유로 압력보다도 증가시킴으로써, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 해도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 습윤 운전에 있어서, 캐소드측 배압 유로 압력을 통상 운전시에 있어서의 압력보다도 증대시키므로, 캐소드측 오프 가스에 의한 배출수량을 통상 운전시보다도 저감시킬 수 있다. 따라서, 캐소드측 배출 유로 압력을 제외한 다른 운전 조건이 동일한 경우에, 캐소드측의 물 균형을 통상 운전시에 비해 높게 할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지에 캐소드측 반응 가스를 공급하는 캐소드측 반응 가스 공급부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 캐소드측 반응 가스 공급부를 제어하여, 상기 연료 전지에 공급하는 상기 캐소드측 반응 가스의 유량을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 유량보다도 저감시킴으로써, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 해도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 습윤 운전에 있어서, 연료 전지에 공급하는 캐소드측 반응 가스의 유량을 통상 운전시에 있어서의 유량보다도 저감시키므로, 캐소드 오프 가스에 의한 배출수량을, 통상 운전시에 비해 억제할 수 있다. 따라서, 연료 전지에 공급하는 캐소드측 반응 가스의 유량을 제외한 다른 운전 조건이 동일한 경우에, 캐소드측의 물 균형을 통상 운전시에 비해 높게 할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지에 애노드측 반응 가스를 공급하기 위한 애노드측 반응 가스 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 애노드측 오프 가스를 배출하기 위한 애노드측 오프 가스 배출 유로와, 상기 애노드측 반응 가스 공급 유로와 상기 애노드측 오프 가스 배출 유로를 접속하는 순환 유로와, 상기 순환 유로에 배치되고, 상기 애노드측 오프 가스의 적어도 일부를 상기 애노드측 반응 가스 공급 유로에 공급하는 펌프와, 상기 연료 전지에 캐소드측 반응 가스를 공급하기 위한 캐소드측 반응 가스 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 캐소드측 오프 가스를 배출하기 위한 캐소드측 오프 가스 배출 유로를 더 구비하고, 상기 연료 전지에 있어서, 상기 캐소드측 반응 가스와 상기 애노드측 반응 가스는, 서로 상기 전해질막을 사이에 두고 반대 방향으로 공급되고, 상기 제어부는, 상기 펌프를 제어하여, 상기 순환 유로에 있어서의 상기 애노드측 오프 가스의 유량을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 순환 유로에 있어서의 상기 애노드측 오프 가스의 유량보다도 증가시킴으로써, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 해도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 습윤 운전에 있어서, 순환 유로에 있어서의 오프 가스의 유량을 증가시키므로, 연료 전지에의 애노드측 반응 가스의 공급량을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 전해질막에 있어서 캐소드 하류측으로부터 애노드 상류측으로 확산된 물을, 애노드측에 있어서 상류측으로부터 하류측으로 통상 운전시에 비해 많이 배출하여, 애노드 하류측에 있어서, 통상 운전시에 비해, 전해질막을 통해 캐소드측(캐소드 상류측)으로, 보다 확산시키기 쉬워진다. 이로 인해, 순환 유로에 있어서의 오프 가스의 유량을 제외한 다른 운전 조건이 동일한 경우에, 캐소드측의 물 균형을 통상 운전시에 비해 높게 할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 임피던스 측정부에 의해 측정되는 상기 임피던스가 소정값 이하로 되고, 상기 센서에 의해 측정되는 상기 연료 전지의 온도가, 상기 제2 역치 온도 이상의 온도로부터 상기 제2 역치 온도보다도 낮은 온도로 저하된 경우에, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 개시해도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 임피던스 값이 소정값 이하로 된 경우라도, 연료 전지의 온도가, 제2 역치 온도 이상의 온도로부터 제2 역치 온도보다도 낮은 온도로 저하된 경우에 습윤 운전이 개시되므로, 현재의 건습 상태에 관계없이 습윤 운전을 개시할 수 있다. 이로 인해, 그 후에 있어서의 전해질막의 건조의 과도한 진행을 억제할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 역치 온도는, 상기 연료 전지의 온도를 제외한 다른 운전 조건이 동일한 상태에 있어서, 상기 물 균형이 플러스인 상태와, 상기 물 균형이 마이너스인 상태의 경계의 온도여도 된다. 연료 전지의 온도가 이러한 제1 역치 온도를 초과하는 경우, 물 균형이 마이너스로 되고, 이 상태가 계속되면 전해질막의 건조가 진행된다. 그리고, 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 이러한 상태에서 소정 시간 이상 계속된 경우에, 습윤 운전이 실행되므로, 예를 들어 이러한 온도보다도 높은 온도가 제1 역치 온도로서 설정되어 있는 구성에 비해, 전해질막의 건조를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 센서에 의해 측정되는 상기 연료 전지의 온도가, 상기 제2 역치 온도 이상의 온도로부터 상기 제2 역치 온도보다도 낮은 온도로 저하된 경우에, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 개시하고, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 온도가 다시 상기 제1 역치 온도 이상으로 되었다는 조건과, 상기 임피던스 측정부에 의해 측정되는 상기 임피던스가, 상기 연료 전지가 상기 습윤 운전을 개시한 후에 있어서, 상기 연료 전지의 건조 상태를 나타내는 소정의 역치 이상으로 된 후에 상기 소정의 역치 미만으로 되었다는 조건과, 상기 연료 전지가 상기 습윤 운전을 개시하고 나서 소정 시간이 경과하였다는 조건 중, 어느 하나의 조건이 충족된 경우에, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 정지시켜도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 전해질막이 건조 상태를 벗어났다고 간주할 수 있는 경우, 또는 전해질막이 다시 건조해져도 상관 없는 상황이라고 추측되는 경우와 같이, 적절한 상황에서 습윤 운전을 종료시킬 수 있다.
본 발명은, 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지 시스템을 탑재한 차량, 연료 전지의 운전 제어 방법, 연료 전지 시스템의 제어 방법, 이들 방법을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 그 프로그램을 기록하는 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 현저성은 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태로서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 단셀의 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 3은 연료 전지 시스템에 있어서 실행되는 운전 제어 처리의 순서를 나타내는 흐름도.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 습윤 운전의 순서를 나타내는 흐름도.
도 5a는 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 연료 전지 온도값을 나타내는 타이밍 차트.
도 5b는 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 연료 전지로부터의 출력 전류값을 나타내는 타이밍 차트.
도 5c는 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 캐소드측 배압값을 나타내는 타이밍 차트.
도 5d는 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 연료 전지의 임피던스값을 나타내는 타이밍 차트.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템을 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 상기 연료 전지의 시스템 구성을 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)은, 구동용 전원을 공급하기 위한 시스템으로서, 연료 전지 자동차에 탑재되어 사용된다. 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지(100)와, 연료 가스 공급 배출계(200)와, 산화제 가스 공급 배출계(300)와, 연료 전지 순환 냉각계(400)와, 전력 충방전계(500)와, 제어 장치(600)를 구비한다.
연료 전지(100)는, 고체 고분자형 연료 전지이며, 적층 방향 SD를 따라 적층된 복수의 단셀(110)로 이루어지는 셀 스택과, 셀 스택의 양단부의 외측에 배치되어 종합 전극으로서 기능하는 한 쌍의 집전판(111)을 구비한다(집전판(111)의 한쪽은 셀 스택의 일단부의 외측에 배치되고, 집전판(111)의 다른 쪽은 셀 스택의 타단부의 외측에 배치된다). 단셀(110)은, 애노드측에 공급되는 연료 가스와 캐소드측에 공급되는 산화제 가스를 사용한 전기 화학 반응에 의해 발전을 행한다. 본 실시 형태에 있어서, 연료 가스는 수소 가스이고, 산화제 가스는 공기이다.
도 2는, 단셀(110)의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 단셀(110)은, 전해질막(90)과, 애노드측 촉매층(91)과, 애노드측 가스 확산층(92)과, 애노드측 세퍼레이터(93)와, 캐소드측 촉매층(94)과, 캐소드측 가스 확산층(95)과, 캐소드측 세퍼레이터(96)를 구비하고 있다.
전해질막(90)은, 술폰산기를 포함하는 불소 수지계 이온 교환막이며, Flemion(등록 상표)이나 Aciplex(등록 상표) 등을 사용할 수 있다. 또한, 전해질막(90)으로서는, 술폰산기에 한정되지 않고, 인산기나 카르복실산기 등, 다른 이온 교환기를 포함하는 막을 사용할 수 있다. 애노드측 촉매층(91) 및 캐소드측 촉매층(94)은, 서로 전해질막(90)을 사이에 두고 대향하고 있다. 애노드측 촉매층(91) 및 캐소드측 촉매층(94)은 모두, 촉매를 도전성 입자에 담지시킨 부재와, 프로톤 도전체인 아이오노머를 사용하여 구성되어 있다. 촉매로서는, 예를 들어 백금이나, 백금과 루테늄이나 철 등의 금속과의 합금을 사용할 수 있다. 도전성 입자로서는, 예를 들어 카본 블랙 등의 탄소 입자나, 탄소 섬유 등을 사용할 수 있다. 아이오노머로서는, 술폰산기를 포함하는 불소 수지를 채용할 수 있다. 애노드측 가스 확산층(92)은, 애노드측 촉매층(91)을 사이에 두고 전해질막(90)과는 반대측에 배치되어 있다. 캐소드측 가스 확산층(95)은, 캐소드측 촉매층(94)을 사이에 두고 전해질막(90)과는 반대측에 배치되어 있다. 애노드측 가스 확산층(92) 및 캐소드측 가스 확산층(95)은, 모두 반응 가스(수소 가스 및 공기)를 확산시키고, 또한 전기 화학 반응 등에 의해 발생한 물을 배출하기 위해 다공질 부재에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들어 카본 페이퍼나 카본 클로스 등의 카본 다공질체나, 금속 메쉬나 발포 금속 등의 금속 다공질체에 의해 구성되어 있다. 애노드측 세퍼레이터(93)는, 애노드측 가스 확산층(92)을 사이에 두고 애노드측 촉매층(91)과는 반대측에 배치되어 있다. 캐소드측 세퍼레이터(96)는, 캐소드측 가스 확산층(95)을 사이에 두고 캐소드측 촉매층(94)과는 반대측에 배치되어 있다. 애노드측 세퍼레이터(93) 및 캐소드측 세퍼레이터(96)는 모두 가스 불투과의 전도성 부재, 예를 들어 카본을 압축하여 가스 불투과로 한 치밀질 카본이나, 프레스 성형한 금속판에 의해 구성할 수 있다.
연료 전지(100)의 내부에는, 반응 가스(수소 가스 및 공기) 및 냉각수를 각각 각 단셀(110)에 공급하기 위한 도시하지 않은 매니폴드와, 각 단셀(110)로부터 배출되는 오프 가스 및 냉각수를 각각 배출하기 위한 도시하지 않은 매니폴드가 형성되어 있다. 반응 가스인 수소 가스 및 공기는 이른바 카운터 플로우로 되도록, 각 단셀(110)에 공급된다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 단셀(110)에 있어서, 애노드측에 있어서의 수소 가스의 유통 방향과, 캐소드측에 있어서의 공기의 유통 방향은 대략 반대 방향으로 되어 있다. 따라서, 각 단셀(110)에 있어서, 수소 가스의 유입부(애노드 상류부)는, 전해질막(90)을 사이에 두고 공기의 배출부(캐소드의 하류부)와 대향하고, 공기의 유입부(캐소드의 상류부)는 전해질막(90)을 사이에 두고 수소 가스의 배출부(애노드의 하류부)와 대향하고 있다.
각 단셀(110)의 캐소드측에서는, 전기 화학 반응에 의해 발생한 생성수 W1이 공기의 흐름에 의해 하류측으로 모이므로, 전해질막(90)의 캐소드측의 함수량은, 캐소드 상류측에 비해 캐소드 하류측에 있어서 많다. 한편, 각 단셀(110)의 애노드측에서는, 전기 화학 반응에 의해 물이 생성되지 않으므로, 전해질막(90)의 애노드측의 함수량은 캐소드측의 함수량에 비해 작다. 이들의 점으로부터, 전해질막(90)에서는, 캐소드 하류측으로부터 애노드 상류측으로 확산되는 물(이하, 「확산수」라고도 칭함) W11이 발생한다. 전해질막(90)에 있어서 애노드 상류측으로 확산된 물 W11은, 애노드측을 흐르는 수소 가스에 의해 애노드 하류측으로 배출되고, 그 일부의 물 W2가 전해질막(90)의 애노드 하류측에 공급된다. 이로 인해, 전해질막(90)의 애노드 하류측의 함수량은 비교적 높아진다. 이에 반해, 상술한 바와 같이, 전해질막(90)의 캐소드 상류측의 함수량은 비교적 낮으므로, 전해질막(90)에 있어서, 애노드 하류측으로부터 캐소드 상류측으로 확산되는 물(이하, 「역확산수」라고도 칭함) W12가 발생한다.
도 1에 도시하는 연료 가스 공급 배출계(200)는, 연료 전지(100)에의 수소 가스의 공급 및 연료 전지(100)로부터의 애노드측 오프 가스의 배출을 행한다. 연료 가스 공급 배출계(200)는, 수소 탱크(210)와, 차단 밸브(220)와, 인젝터(221)와, 기액 분리기(230)와, 순환용 펌프(240)와, 퍼지 밸브(250)와, 연료 가스 공급로(261)와, 제1 연료 가스 배출로(262)와, 연료 가스 순환로(263)와, 제2 연료 가스 배출로(264)를 구비한다.
수소 탱크(210)는, 고압 수소를 저장하고 있고, 연료 가스로서의 수소 가스를, 연료 가스 공급로(261)를 통해 연료 전지(100)에 공급한다. 차단 밸브(220)는 수소 탱크(210)에 있어서의 연료 가스의 공급구 근방에 배치되고, 수소 탱크(210)로부터의 수소 가스의 공급 실행과 정지를 전환한다. 인젝터(221)는, 연료 가스 공급로(261)에 배치되고, 연료 전지(100)에의 수소 가스의 공급량(유량) 및 압력을 조정한다. 기액 분리기(230)는, 제1 연료 가스 배출로(262)에 배치되고, 연료 전지(100)로부터 배출된 애노드측 오프 가스에 포함되는 물을 분리하여 제2 연료 가스 배출로(264)에 배출함과 함께, 물이 분리된 후의 가스(수소 가스)를 연료 가스 순환로(263)에 배출한다. 순환용 펌프(240)는, 연료 가스 순환로(263)에 배치되고, 기액 분리기(230)로부터 배출된 연료 가스를 연료 가스 공급로(261)에 공급한다. 퍼지 밸브(250)는, 제2 연료 가스 배출로(264)에 배치되고, 밸브 개방됨으로써, 기액 분리기(230)에 의해 분리된 물이나 오프 가스의 대기 중으로의 배출을 허용한다.
산화제 가스 공급 배출계(300)는, 연료 전지(100)에의 공기의 공급 및 연료 전지(100)로부터의 캐소드측 오프 가스의 배출을 행한다. 산화제 가스 공급 배출계(300)는, 에어 클리너(310)와, 에어 컴프레서(320)와, 배압 밸브(340)와, 산화제 가스 공급로(331)와, 산화제 가스 배출로(332)를 구비한다. 에어 클리너(310)는, 내부에 구비하는 필터에 의해 공기 중의 먼지 등의 이물질을 제거하고, 이물질 제거 후의 공기를 에어 컴프레서(320)에 공급한다. 에어 컴프레서(320)는, 에어 클리너(310)로부터 공급되는 공기를 압축하여 산화제 가스 공급로(331)로 송출한다. 배압 밸브(340)는, 산화제 가스 배출로(332)에 배치되고, 연료 전지(100)의 캐소드측의 배출로에 있어서의 압력(이하, 「캐소드측 배압」이라고 칭함)을 조정한다. 산화제 가스 배출로(332)는, 상술한 제2 연료 가스 배출로(264)와 접속되어 있고, 산화제 가스 배출로(332)를 통해 배출되는 물 및 캐소드측 오프 가스는, 제2 연료 가스 배출로(264)를 통해 배출되는 물 및 애노드측 오프 가스와 함께 대기 중으로 배출된다.
연료 전지 순환 냉각계(400)는, 연료 전지(100)를 통해 냉각수를 순환시킴으로써 연료 전지(100)의 온도(이하, 단순히 「연료 전지 온도」라고 칭함)를 조정한다. 연료 전지 순환 냉각계(400)는, 냉각수 유로(421)와, 라디에이터(410)와, 바이패스 유로(422)와, 삼방 밸브(430)와, 순환용 펌프(440)와, 온도 센서(450)를 구비한다.
냉각수 유로(421)는, 연료 전지(100)의 외부에 설치된 냉각수의 유로이며, 연료 전지(100) 내의 냉각수 배출 매니폴드 및 냉각수 공급 매니폴드에 접속되어 있다. 라디에이터(410)는, 냉각수 유로(421)에 배치되어 있고, 연료 전지(100)로부터 배출된 냉각수를, 도시하지 않은 전동 팬으로부터의 송풍 등에 의해 냉각한다. 바이패스 유로(422)는, 냉각수 유로(421)의 도중에 설치되어 있고, 연료 전지(100)로부터 배출된 냉각수의 적어도 일부를, 라디에이터(410)를 바이패스하여 연료 전지(100)로 복귀시키기 위한 유로이다. 바이패스 유로(422)의 하류 단부와, 냉각수 유로(421)는, 삼방 밸브(430)에 의해 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각수로서 에틸렌글리콜 등의 부동수가 사용된다. 단, 부동수에 한정되지 않고 공기 등의 열 교환 가능한 임의의 매체를, 냉각 매체로서 사용해도 된다.
삼방 밸브(430)는, 냉각수 유로(421)를 통과하는 냉각수의 유량과, 바이패스 유로(422)를 통과하는 냉각수의 유량을 조정한다. 순환용 펌프(440)는, 냉각수 유로(421)에 있어서 삼방 밸브(430)와 연료 전지(100) 사이에 배치되어 있고, 연료 전지 순환 냉각계(400)에 있어서의 냉각수의 순환 유량을 조정한다. 온도 센서(450)는, 냉각수 유로(421)에 있어서, 연료 전지(100)의 냉각수의 배출구의 근방에 배치되어 있고, 냉각수 유로(421)를 흐르는 냉각수의 온도를 측정하고, 온도값을 나타내는 신호를 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 온도 센서(450)에 의해 측정되는 온도는, 연료 전지 온도로서 취급된다.
전력 충방전계(500)는, 연료 전지(100) 또는 배터리(550)로부터 출력되는 전력을, 부하 장치(700)에 공급한다. 본 실시 형태에 있어서, 부하 장치(700)라 함은, 차량 구동용 모터나 각종 보조 기기류 등이며, 연료 전지(100)의 정극측의 집전판(111) 및 부극측의 집전판(111)에 각각 접속되어 있다. 전력 충방전계(500)는, 인버터(520)와, 전류계(530)와, 전압계(540)와, DC-DC 컨버터(560)와, 배터리(550)를 구비한다. 인버터(520)는, 연료 전지(100) 및 배터리(550)와 병렬로 접속되고, 연료 전지(100) 또는 배터리(550)로부터 공급되는 직류 전류를, 교류 전류로 변환하여 부하 장치(700)에 공급한다. 또한, 인버터(520)는 임피던스 측정부(521)를 구비하고 있다. 임피던스 측정부(521)는, 연료 전지(100)(전해질막(90))의 임피던스를 측정하고, 임피던스 값을 나타내는 신호를 출력한다. 본 실시 형태에서는, 임피던스 측정부(521)는 교류 임피던스법에 의해 고주파 임피던스를 측정한다. 이 고주파 임피던스는, 단셀(110)의 전해질막(90)의 저항값에 상당하고, 전해질막(90)의 함수량과 상관된다. 구체적으로는, 전해질막(90)의 함수량이 적을수록, 즉, 전해질막(90)이 건조할수록, 임피던스 값은 커진다. 또한, 이것과는 반대로, 전해질막(90)의 함수량이 많을수록, 즉, 전해질막(90)이 습윤할수록, 임피던스 값은 작아진다. 전류계(530)는, 연료 전지(100)로부터 출력되는 전류값을 측정하고, 전류값을 나타내는 신호를 출력한다. 전압계(540)는, 연료 전지(100)의 출력 전압을 측정하고, 전압값을 나타내는 신호를 출력한다. DC-DC 컨버터(560)는, 배터리(550)의 출력 전압을 승압하여 인버터(520)에 공급하고, 또한 연료 전지(100)의 잉여 발전력을 축전하기 위해, 출력 전압을 강압하여 배터리(550)에 공급한다.
제어 장치(600)는, 상술한 차단 밸브(220), 인젝터(221), 순환용 펌프(240), 퍼지 밸브(250), 에어 컴프레서(320), 배압 밸브(340), 순환용 펌프(440), 삼방 밸브(430), 인버터(520) 및 DC-DC 컨버터(560)와 전기적으로 접속되어 있고, 이들을 제어한다. 또한, 제어 장치(600)는, 온도 센서(450)와 전기적으로 접속되어 있고, 온도 센서(450)로부터 출력되는 온도값을 나타내는 신호를 수신한다. 또한, 제어 장치(600)는, 인버터(520)로부터 출력되는 연료 전지(100)의 임피던스를 나타내는 신호를 수신한다. 제어 장치(600)는 CPU(Central Processing Unit)와, ROM(Read Only Memory)과, RAM(Random Access Memory)을 갖는 도시하지 않은 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있고, CPU가 ROM에 저장되어 있는 제어용 프로그램을 실행함으로써, 운전 제어부(610)로서 기능한다. 운전 제어부(610)는, 온도 비교부(611)와, 임피던스 비교부(612)와, 에어 유량 제어부(613)와, 배압 밸브 제어부(615)와, 수소 가스 유량 제어부(614)를 구비하고 있다.
온도 비교부(611)는, 후술하는 운전 제어 처리 및 습윤 운전에 있어서, 연료 전지(100)의 측정 온도와 소정의 역치를 비교한다. 임피던스 비교부(612)는, 후술하는 운전 제어 처리 및 습윤 운전에 있어서, 임피던스 측정값과 소정의 역치를 비교한다. 본 실시 형태에 있어서, 임피던스에 대한 소정의 역치라 함은, 전해질막(90)의 건조 상태를 나타내는 임피던스 값을 의미한다. 또한, 상술한 온도에 관한 소정의 역치의 상세에 대해서는 후술한다. 에어 유량 제어부(613)는, 에어 컴프레서(320)의 회전수를 조정함으로써, 연료 전지(100)에의 공기의 공급량을 제어한다. 수소 가스 유량 제어부(614)는, 순환용 펌프(240)에 의한 수소 가스의 유량을 조정함으로써, 연료 전지(100)에의 수소 가스의 공급량을 제어한다.
배압 밸브 제어부(615)는, 배압 밸브(340)의 개방도를 조정함으로써, 캐소드측 배압을 제어한다. 통상 운전시에는, 배압 밸브 제어부(615)는 제어 장치(600)의 도시하지 않은 ROM에 저장되어 있는 맵에 따라서 목표로 하는 캐소드측 배압값을 특정하고, 이러한 압력값으로 되도록 배압 밸브(340)의 개방도를 조정한다. 본 실시 형태에서는, 상술한 맵에 있어서, 연료 전지 온도의 값과, 연료 전지(100)의 출력 전류값과, 캐소드측 배압값이 대응되어 있다. 또한, 캐소드측 배압값과 배압 밸브(340)의 개방도는, 다른 맵에 의해 서로 대응되어 설정되어 있다. 여기서, 캐소드측 배압이 상승하면, 각 단셀(110)에 있어서 캐소드측 오프 가스에 의해 배출되는 물(수증기)의 양은 감소한다. 그 이유에 대해, 이하에 설명한다. 단셀(110)의 캐소드측의 포화 수증기압은 온도에 의존하므로, 온도 변화없이 캐소드측의 압력이 상승한 경우, 캐소드측 오프 가스 내에 있어서의 수증기를 제외한 성분(드라이 성분)의 압력은 증가하는 것에 반해, 캐소드측 오프 가스 내에 있어서의 수증기의 압력은 변화되지 않는다. 이로 인해, 캐소드측 오프 가스에 있어서의 수증기의 상대적인 압력은 감소하고, 캐소드측 오프 가스 내에 차지하는 수증기의 유량은 감소한다. 따라서, 캐소드측 오프 가스에 의해 배출되는 물의 양은 감소한다. 이와 같이, 캐소드측 오프 가스에 의해 배출되는 물의 양이 감소하면, 각 단셀(110)의 전해질막(90)의 건조가 억제된다.
제어 장치(600)의 도시하지 않은 ROM에는, 상술한 제어 프로그램 및 각종 맵이 저장되어 있음과 함께, 역치 저장부(620)가 설치되어 있다. 역치 저장부(620)에는, 상술한 연료 전지 온도에 관한 역치, 및 임피던스에 관한 역치가 미리 저장되어 있다.
상술한 구성을 갖는 연료 전지 시스템(10)에서는, 후술하는 운전 제어 처리를 실행함으로써, 각 단셀(110)의 전해질막이 과잉으로 건조되는 것을 억제함과 함께, 건조 상태의 기간을 단축할 수 있다.
온도 센서(450)는, 본 발명에 있어서의 센서의 일례이다. 또한, 운전 제어부(610)는 본 발명에 있어서의 제어부의 일례이고, 연료 전지(100)의 캐소드측의 배출로는 본 발명에 있어서의 캐소드측 오프 가스의 배출 유로의 일례이고, 배압 밸브(340)는 본 발명에 있어서의 압력 조정부의 일례이고, 에어 컴프레서(320)는 본 발명에 있어서의 캐소드측 반응 가스 공급부의 일례이고, 연료 가스 공급로(261)는 본 발명에 있어서의 애노드측 반응 가스 공급 유로의 일례이고, 제1 연료 가스 배출로(262)는 본 발명에 있어서의 애노드측 오프 가스 배출 유로의 일례이고, 연료 가스 순환로(263)는 본 발명에 있어서의 순환 유로의 일례이고, 순환용 펌프(240)는 본 발명에 있어서의 펌프의 일례이다.
다음으로, 연료 전지 시스템(10)에 있어서 실행되는 운전 제어 처리를 설명한다. 도 3은, 상기 운전 제어 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다. 연료 전지 시스템(10)에서는, 연료 전지 자동차의 이그니션이 온되면, 운전 제어 처리가 실행된다.
온도 비교부(611)는, 온도 센서(450)로부터 송신되는 신호를 수신하여, 연료 전지 온도를 취득한다(스텝 S105). 이때, 온도 비교부(611)는, 취득한 온도와 취득한 시각을 온도 이력으로서 ROM에 기억시킨다. 온도 비교부(611)는, 스텝 S105에 있어서 취득된 연료 전지 온도와, 역치 저장부(620)에 저장되어 있는 역치 온도를 비교함과 함께, 그 비교 결과와, ROM에 기억되어 있는 온도 이력에 기초하여, 연료 전지 온도가 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S110). 역치 온도 및 소정 시간의 상세에 대해서는 후술한다. 예를 들어, 연료 전지 자동차의 운전자가, 액셀러레이터 페달을 크게 답입한 경우, 연료 전지(100)의 발전량이 증가함과 함께 연료 전지 온도가 상승한다.
연료 전지 온도가 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 계속되고 있지 않다고 판단되면(스텝 S110: "아니오"), 상술한 스텝 S105로 되돌아간다. 이에 대해, 연료 전지 온도가 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되었다고 판정되면(스텝 S110: "예"), 연료 전지 온도가 역치 온도 미만으로 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S115). 본 실시 형태에서는, 스텝 S115에 있어서의 역치 온도는, 스텝 S110에 있어서의 역치 온도와 동등하다. 또한, 스텝 S110에 있어서의 역치 온도는, 본 발명에 있어서의 제1 역치 온도의 일례이고, 스텝 S115에 있어서의 역치 온도는, 본 발명에 있어서의 제2 역치 온도의 일례이다. 연료 전지 온도가 역치 온도 미만으로 되어 있지 않다고 판정되면(스텝 S115: "아니오"), 상술한 스텝 S105로 되돌아간다. 이에 대해, 연료 전지 온도가 역치 온도 미만으로 되었다고 판정되면(스텝 S115: "예"), 습윤 운전이 실행된다(스텝 S120). 연료 전지 온도가, 역치 온도 이상의 상태로부터 역치 온도 미만의 상태로 변화되는 것은, 예를 들어 연료 전지 자동차의 운전자가 액셀러레이터 페달의 답입량을 저감시킨 경우 등에 일어날 수 있다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 습윤 운전의 순서를 나타내는 흐름도이다. 제1 실시 형태의 습윤 운전에서는, 배압 밸브 제어부(615)는, 캐소드측 배압이 배압 밸브(340)에 의해 달성 가능한 최대값으로 되도록 배압 밸브(340)를 제어한다(스텝 S205). 즉, 그때의 연료 전지 온도 및 연료 전지(100)의 출력 전류값에 관계없이, 캐소드측 배압을 최대값으로 한다. 또한, 운전 제어부(610)는, 캐소드측 배압을 최대값으로 조정하고 나서의 경과 시간을 계측하고 있다. 상술한 바와 같이, 캐소드측 배압이 최대값으로 되도록 제어되므로, 캐소드 오프 가스에 의해 단셀(110)로부터 배출되는 물의 양은 크게 저감된다. 이로 인해, 스텝 S205가 실행됨으로써, 전해질막(90)의 캐소드측의 건조가 억제된다.
배압 밸브 제어부(615)는, 이하의 3개의 조건 중 어느 하나가 충족되었는지 여부를 판정한다(스텝 S210). 즉, (조건 1) 연료 전지 온도가 다시 역치 온도 이상으로 되었다. (조건 2) 임피던스가 소정의 역치 이상으로 된 후에 소정의 역치 미만으로 되었다. (조건 3) 캐소드측 배압을 최대값으로 조정하고 나서 소정 시간이 경과하였다. 이들 중 어느 하나가 충족되었는지 여부를 판정한다.
상술한 조건 1은, 예를 들어 연료 전지 자동차의 운전자가 액셀러레이터 페달을 다시 답입하였기 때문에, 연료 전지(100)의 폐열량이 다시 증가한 경우 등에 충족될 수 있다. 상술한 조건 2는, 스텝 S205에 의해 전해질막(90)의 건조가 억제된 결과, 임피던스가 저감됨으로써 충족될 수 있다. 상술한 3개의 조건 모두 충족되지 않은 경우(스텝 S210: "아니오"), 상술한 스텝 S205가 실행된다. 이에 대해, 3개의 조건 중 어느 하나가 충족된 경우(스텝 S210: "예"), 습윤 운전은 종료된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 습윤 운전이 종료되면, 상술한 스텝 S105로 되돌아간다. 후술하는 바와 같이, 연료 전지 온도의 저하에 수반하여 임피던스는 일시적으로 저하되지만, 그 후 증대되어, 스텝 S205의 효과에 의해 다시 저하된다. 상술한 조건 2는, 임피던스의 일시적인 저감에 의해 소정의 역치 미만으로 되었을 때 습윤 운전을 종료시키지 않도록 설정되어 있다. 또한, 습윤 운전의 종료 후이며 스텝 S105로 되돌아가기 전에, 스텝 S110에 있어서 얻어진 「연료 전지 온도가 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고 있다」는 판정 결과를 나타내는 플래그가 리셋된다.
도 5a는, 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 연료 전지 온도(FC 온도)값을 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 5b는, 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 출력 전류값(FC전류)을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5c는, 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 캐소드측 배압값을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5d는, 운전 제어 처리가 실행되었을 때의 연료 전지(100)의 임피던스 값을 각각 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5a∼도 5d에 나타내는 예에서는, 시각 t1에 있어서, 운전자가 액셀러레이터 페달을 최대량 답입한다. 이 액셀러레이터 페달의 답입을 계기로 하여, 연료 전지(100)에 대한 반응 가스의 공급량이 증가하여 연료 전지(100)에서의 발전량이 증가한다. 그렇게 하면, 도 5a에 나타내는 바와 같이 연료 전지 온도는, 온도 T1로부터 상승을 개시하여, 시각 t2에 있어서 온도 역치 ThT에 도달하고, 그 후, 운전자가 액셀러레이터 페달의 답입량을 저감시키는 시각 t4까지, 온도 T2가 유지된다. 시각 t3으로 되면, 시각 t2로부터의 경과 시간 Δt, 즉, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT에 도달하고 나서의 경과 시간이 소정 시간 이상으로 되므로, 시각 t3 이후에 실행되는 스텝 S110에서는, 연료 전지 온도가 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되었다고 판정된다. 시각 t4에 있어서 운전자가 액셀러레이터 페달의 답입량을 저감시키면, 연료 전지(100)의 발전량이 감소함과 함께 발열량이 감소한다. 이로 인해, 연료 전지 온도는 저하되어 시각 t5에 있어서 온도 역치 ThT 미만으로 된다. 그 후, 연료 전지 온도는, 시각 t1 이전의 온도 T1로 된다. 상술한 바와 같이 시각 t5에 있어서 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 미만으로 되므로, 그 이후에 실행되는 스텝 S115에서는, 연료 전지 온도가 역치 온도 미만으로 되었다고 판정되어 습윤 운전이 실행된다.
본 실시 형태에 있어서, 온도 역치 ThT는, 연료 전지 온도를 제외한 다른 운전 조건이 동일한 상태에 있어서 각 단셀(110)에 있어서의 캐소드측의 물 균형이 플러스로 되는 온도 범위와 마이너스로 되는 온도 범위의 경계의 온도로 설정되어 있다. 캐소드측의 물 균형이라 함은, 단셀(110)의 캐소드측에 유입되는 물 및 캐소드측에 있어서 생성되는 물의 합계량으로부터, 캐소드측으로부터 배출되는 물의 합계량을 차감한 물의 양을 의미하고, 본 실시 형태에서는, 이하의 식(1)에 의해 특정된다.
물 균형＝생성수량－배출수량－확산수량＋역확산수량 … (1)
상기 식(1)에 있어서, 「생성수량」은, 캐소드측의 전기 화학 반응에 의해 발생하는 물의 양을 의미한다. 「배출수량」은, 캐소드 오프 가스에 의해 배출되는 물의 양(수증기량)을 의미한다. 「확산수량」은, 도 2에 도시하는 확산수 W11의 양을 의미한다. 「역확산수량」은, 도 2에 도시하는 역확산수 W12의 양을 의미한다. 이들 각 물 중, 배출수량은, 연료 전지 온도와 상관된다. 구체적으로는, 연료 전지 온도가 높으면, 포화 수증기압이 높아지므로 배출수량은 증가한다. 그 결과, 물 균형은 감소한다. 이에 반해, 연료 전지 온도가 낮으면, 포화 수증기압이 낮아지기 때문에 배출수량은 감소하므로, 물 균형은 증가한다. 이와 같이, 물 균형은, 연료 전지 온도에 따라서 증감하므로, 어느 연료 전지 온도에 있어서는, 물 균형이 제로로 된다. 이러한 연료 전지 온도가 실험 등에 의해 특정되고, 온도 역치 ThT로서 역치 저장부(620)에 미리 저장되어 있다. 또한, 온도 역치 ThT로서, 예를 들어 80℃를 설정해도 된다. 또한, 온도 T1로서, 예를 들어 50℃를 설정하고, 온도 T2로서, 예를 들어 90℃를 설정해도 된다. 또한, 경과 시간 Δt로서, 예를 들어 1초간, 1분간, 3∼5분간 등, 임의의 기간을 설정해도 된다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(100)의 출력 전류값은, 시각 t1에 있어서, 전류값 I1로부터 증가하여 단시간 동안에 전류값 I2로 된다. 그 후, 운전자가 액셀러레이터 페달의 답입량을 저감시킨 시각 t4로부터 출력 전류값은 감소하여, 전류값 I1로 된다. 또한, 전류값 I1로서, 예를 들어 15∼50암페어를 설정하고, 전류값 I2로서, 예를 들어 300∼500암페어를 설정해도 된다.
도 5c에서는, 본 실시 형태에 있어서의 캐소드측 배압의 변화를 실선으로 나타내고, 비교예의 캐소드측 배압의 변화를 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 비교예에서는, 캐소드측 배압은, 기본적으로 연료 전지 온도값과 연료 전지(100)의 출력 전류값에 기초하여 결정된다. 단, 비교예에서는, 연료 전지(100)의 임피던스 값이 건조 상태를 나타내는 소정의 역치 ThR 이상인 경우에는, 캐소드측 배압을 최대값으로 설정한다.
상술한 바와 같이, 시각 t3에 있어서 연료 전지 온도가 역치 온도 ThT 이상인 상태가 소정 시간 Δt 이상 계속되고 있으므로, 그 후, 시각 t5에 있어서, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 미만으로 된 경우, 상술한 스텝 S205가 실행되어, 캐소드측 배압은 최대값으로 되도록 제어된다. 여기서, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 캐소드측 배압은, 시각 t1 이후, 연료 전지 온도의 상승 및 연료 전지(100)의 출력 전류값의 증가에 수반하여 압력값 P1로부터 점차 증가하여, 시각 t2에는 최대 압력값 P2에 도달한다. 그 후, 캐소드측 배압은, 연료 전지 온도와 연료 전지(100)의 출력 전류값이 일정한 것에 따라서 압력값 P2로 유지된다. 캐소드측 배압은, 연료 전지 온도의 저하에 수반하여 약간 저하되지만, 시각 t4에 있어서 습윤 운전이 실행되는 것에 수반하여 최대 압력값 P2로 복귀되고, 상술한 스텝 S210의 3개의 조건 중 어느 하나가 충족될 때까지 유지된다. 또한, 압력값 P1로서, 예를 들어 100㎪(킬로파스칼)을 설정하고, 압력값 P2로서, 예를 들어 250㎪를 설정해도 된다.
도 5d에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(100)의 임피던스, 즉, 연료 전지(100)의 건조 정도는, 연료 전지 온도의 상승에 수반하여 시각 t1 이전에 있어서의 임피던스 값 R1로부터 점차 증가해 간다. 이것은, 연료 전지 온도가 상승함으로써, 각 단셀(110)의 캐소드측에 있어서의 포화 수증기압이 상승하므로, 캐소드 오프 가스에 의한 수증기의 배출량이 증가하기 때문이다. 도 5d의 예에서는, 연료 전지(100)의 임피던스는, 임피던스 값 R2로 된 후, 연료 전지 온도가 저하를 개시하는 시각 t4까지 유지된다. 시각 t4에 있어서 연료 전지 온도가 저하되기 시작하면, 그것에 수반하여 연료 전지(100)의 임피던스도 저하된다. 그러나, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 이상인 상태가 비교적 긴 기간(소정 시간 Δt 이상) 계속되었기 때문에, 캐소드측 배압을 최대값으로 하여 캐소드 오프 가스에 의해 배출되는 물의 양을 저감시켜도, 연료 전지(100)의 임피던스가 다시 상승을 개시하여 전해질막(90)의 건조가 진행되는 것이, 발명자에 의해 발견되었다. 도 5d의 예에서는, 연료 전지(100)의 임피던스는, 다시 상승을 개시한 후, 시각 t6에 있어서 임피던스 값 R3에 도달하고, 시각 t8까지 임피던스 값 R3이 유지된다. 또한, 연료 전지(100)의 임피던스는, 시각 t8로부터 저하되어 시각 t10에는, 시각 t1 이전의 임피던스 값 R1로 복귀된다. 상세는 후술하지만, 본 실시 형태에서는, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 미만으로 된 경우에 캐소드측 배압을 최대값으로 제어하고 있으므로, 연료 전지(100)의 임피던스가 다시 증가하였을 때의 임피던스 최대값 R3은 비교적 낮은 값으로 억제되고, 또한 연료 전지(100)의 임피던스가 이 값 R3으로 되고 나서 다시 임피던스 값 R1로 복귀될 때까지의 기간(즉, 시각 t6으로부터 시각 t10까지의 기간)은 비교적 짧게 억제되어 있다.
도 5c에 있어서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 시각 t4로부터 저하를 개시한 캐소드측 배압값은, 시각 t1 이전의 압력값 P1로 복귀되면 잠시 그 값을 유지한다. 그러나, 연료 전지(100)의 임피던스는, 본 실시 형태와 마찬가지로 다시 증가로 바뀌어 시각 t7에는 소정의 역치 ThR 이상으로 된다. 비교예에서는, 연료 전지(100)의 임피던스가 역치 ThR 이상으로 되면, 연료 전지(100)의 임피던스 값에 따라서 캐소드측 배압이 조정되므로, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 캐소드측 배압은, 시각 t7 이후, 연료 전지(100)의 임피던스 증가와 함께 증가하여 최대값 P2에 도달한다. 도 5d에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(100)의 임피던스는, 시각 t7의 후에도 증가하여 임피던스 R4에 도달한 후, 잠시 임피던스 값 R4로 유지된다. 그 후, 연료 전지(100)의 임피던스가 저하를 개시하여, 시각 t11에 있어서, 시각 t1 이전의 임피던스 값 R1로 복귀된다. 도 5c에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(100)의 임피던스 저하가 개시된 후, 연료 전지(100)의 임피던스 값이 역치 ThR 미만으로 된 시각 t9 이후, 캐소드측 배압은 저하되어 시각 t1 이전의 압력값 P1로 복귀된다.
여기서, 도 5d에 나타내는 바와 같이, 비교예에 있어서, 연료 전지(100)의 임피던스가 다시 증가하였을 때의 임피던스의 최대값 R4는, 상술한 실시 형태에 있어서의 최대값 R3에 비해 크다. 또한, 비교예에 있어서, 연료 전지(100)의 임피던스가 임피던스 값 R4에 도달하고 나서 다시 임피던스 값 R1로 복귀될 때까지의 기간(즉, 시각 t7로부터 시각 t11까지의 기간)은, 상술한 실시 형태에 있어서의, 연료 전지(100)의 임피던스가 임피던스 값 R3으로 되고 나서 다시 임피던스 값 R1로 복귀될 때까지의 기간에 비해 길다. 이것은, 연료 전지 온도의 저하와 함께 캐소드측 배압을 저하시켰으므로, 캐소드측 배압을 증가시키는 것에 의한 캐소드측 오프 가스에 의한 물의 배출량의 저감 효과가 충분하지 않고, 그 후, 전해질막(90)의 건조가 크게 진행되어 버렸기 때문인 것이라고 추측된다.
이에 대해, 본 실시 형태에서는, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 이상인 상태가 소정 시간 Δt 이상 계속된 경우, 그 후, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 미만으로 되면, 연료 전지(100)가 건조 상태인지 여부(환언하면, 임피던스 값이 높은 상태인지 여부)에 관계없이, 캐소드측 배압을 최대값으로 하여 캐소드 오프 가스에 의한 물의 배출량을 저감시키므로, 전해질막(90)의 건조가 과도하게 진행되는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 연료 전지 온도가 저하된 후에 있어서 연료 전지(100)의 임피던스가 증가해도, 그때의 임피던스 값의 최대값을 비교적 낮은 값으로 억제할 수 있음과 함께, 최대값에 도달하고 나서 원래의 상태의 임피던스 값으로 복귀될 때까지의 기간을 짧게 할 수 있다.
이상 설명한 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 이상인 상태가 소정 시간 Δt 이상 계속된 경우, 그 후, 연료 전지 온도가 온도 역치 ThT 미만으로 된 경우에 습윤 운전을 실행하므로, 임피던스 측정값에 기초하여 각 단셀(110)의 전해질막(90)이 건조 상태인 것을 검지하고 나서 습윤 운전을 개시하는 구성에 비해, 그 후에 전해질막(90)이 건조 상태로 될 개연성이 높은 경우에, 보다 조기에 습윤 운전을 개시할 수 있다. 이로 인해, 연료 전지 온도가 저하된 후에 있어서 연료 전지의 임피던스가 증가해도, 그때의 임피던스 값의 최대값을 낮게 억제할 수 있음과 함께, 임피던스의 값이 최대값에 도달하고 나서 원래의 상태로 복귀될 때까지의 시간을 짧게 억제할 수 있다. 그러므로, 각 단셀(110)의 전해질막(90)이 과잉으로 건조되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 습윤 운전으로서, 캐소드측 배압을 최대값으로 되도록 제어하므로, 캐소드 오프 가스에 의해 배출되는 물의 양을 저감시킬 수 있어, 각 단셀(110)의 전해질막(90)의 건조가 진행되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 온도 역치 ThT로서, 각 단셀(110)에 있어서의 캐소드측의 물 균형이 플러스로 되는 온도 범위와 마이너스로 되는 온도 범위의 경계의 온도로 설정되어 있다. 온도 역치 ThT를 초과하면, 물 균형이 마이너스로 되고, 이 상태가 계속되면 단셀(110)의 전해질막(90)의 건조가 진행된다. 따라서, 이러한 온도를 온도 역치 ThT로서 설정하고 있으므로, 예를 들어 이러한 온도보다도 높은 온도를 온도 역치 ThT로 설정하는 경우에 비해, 각 단셀(110)의 전해질막(90)의 건조를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템을 설명한다. 제2 실시 형태의 연료 전지 시스템의 시스템 구성은, 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)의 시스템 구성과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다. 제2 실시 형태의 습윤 운전은, 스텝 S205의 처리 내용에 있어서, 도 4에 나타내는 제1 실시 형태의 습윤 운전과 다르다. 제2 실시 형태의 습윤 운전의 다른 순서는, 제1 실시 형태의 습윤 운전의 순서와 동일하므로, 동일한 순서에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 습윤 운전에 있어서, 에어 유량 제어부(613)는, 스텝 S205a로서, 연료 전지(100)에의 공급 에어 유량이 소정값(상한값) 이하로 되도록 에어 컴프레서(320)의 회전수를 제어한다. 이 제2 실시 형태의 스텝 S205a에 있어서의 공급 에어 유량의 소정값(상한값)은, 본 실시 형태에서는, 「연료 전지(100)의 통상 운전시에 비해 물 균형이 플러스로 된다」는 조건(이하, 「조건 A」라고 칭함)을 충족시키는 값으로서 설정되어 있다. 상술한 식(1)에 나타내는 바와 같이, 배출수량을 줄임으로써 캐소드측의 물 균형은 증가한다. 여기서, 연료 전지(100)에의 공급 에어 유량이 저감되면, 배출수량이 저감되므로 물 균형은 증가한다. 따라서, 제2 실시 형태에서는, 통상 운전시에 비해 공급 에어 유량을 저감시킴으로써, 물 균형을 통상 운전시에 비해 높게 하고 있다. 이와 같이 물 균형을 통상 운전시에 비해 높게 함으로써, 통상 운전시에 비해 각 단셀(110)의 전해질막(90)의 건조를 억제할 수 있다.
여기서, 연료 전지(100)에의 공급 에어 유량을 제외한 다른 운전 조건이 동일한 경우에, 공급 에어 유량을 통상 운전시에 비해 저감시킴으로써, 통상 운전시에 비해 배출수량을 저감시킬 수 있어, 물 균형을 높게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 조건 A를 충족시키는 값으로서, 통상 운전시의 공급 에어 유량보다도 낮은 값이 설정되어 있다. 또한, 연료 전지(100)의 출력 전류값이 일정하다는 조건하에서는, 공급 에어 유량이 저감되면 에어 이론 공연비(전류에 대한 공기의 당량비)도 저감된다. 따라서, 이러한 조건하에서는, 상술한 스텝 S205a는, 에어 이론 공연비가 상기 조건 A를 충족시키는 소정값 이하로 되도록, 에어 컴프레서(320)의 회전수를 제어하는 처리라고도 할 수 있다. 또한, 상술한 「통상 운전」이라 함은, 예를 들어 에어 이론 공연비를 1.3∼1.8로 하여 연료 전지(100)를 운전하는 상태를 가리킨다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 연료 전지 시스템(10)이 연료 전지 자동차에 사용되는 구성에 있어서는, 통상 운전이라 함은, 차량이 정상적으로 주행을 행하고 있을 때의 연료 전지(100)의 운전 상태를 가리킨다. 바꾸어 말하면, 통상 운전이라 함은, 간헐 운전이나 과도 운전을 행하고 있을 때의 연료 전지(100)의 운전 상태는 제외된다.
이상 설명한 제2 실시 형태의 연료 전지 시스템은, 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)과 마찬가지의 효과를 갖는다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템을 설명한다. 제3 실시 형태의 연료 전지 시스템의 시스템 구성은, 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)의 시스템 구성과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다. 제3 실시 형태의 습윤 운전은, 스텝 S205의 처리 내용에 있어서, 도 4에 나타내는 제1 실시 형태의 습윤 운전과 다르다. 제3 실시 형태의 습윤 운전의 다른 순서는, 제1 실시 형태의 습윤 운전의 순서와 동일하므로, 동일한 순서에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
제3 실시 형태의 습윤 운전에 있어서, 수소 가스 유량 제어부(614)는 스텝 S205b로서, 연료 전지(100)의 공급 수소 가스 유량이 소정값 이상으로 되도록 순환용 펌프(240)를 제어한다. 이 제3 실시 형태의 스텝 S205에 있어서의 공급 수소 가스 유량의 소정값(하한값)은, 제2 실시 형태에 있어서의 조건 A를 충족시키는 값으로서 설정되어 있다. 순환용 펌프(240)에 의한 수소 가스의 유량이 증가하면, 도 2에 나타내는 확산수 W11 중, 수소 가스에 의해 애노드 하류측으로 배출되는 물의 양이 증가한다. 이로 인해, 역확산수 W12의 양이 증가한다. 상술한 식(1)에 나타내는 바와 같이, 역확산수량이 증가함으로써, 캐소드측의 물 균형은 증가한다. 여기서, 연료 전지(100)에의 공급 수소 가스 유량을 제외한 다른 운전 조건이 동일한 경우에, 공급 수소 가스 유량을 통상 운전시에 비해 증가시킴으로써, 통상 운전시에 비해 역확산수 W12의 양을 증가시킬 수 있어, 물 균형을 높게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 스텝 S205b에 있어서의 소정값을, 통상 운전시의 공급 수소 가스 유량보다도 높은 값으로 설정함으로써, 이러한 소정값이 조건 A를 충족시키도록 하고 있다. 또한, 통상 운전이라 함은, 상술한 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같다.
이상 설명한 제3 실시 형태의 연료 전지 시스템은, 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)과 마찬가지의 효과를 갖는다.
다음으로, 상기 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다. 우선, 변형예 1을 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 습윤 운전의 스텝 S205에 있어서, 캐소드측 배압이 배압 밸브(340)에 의해 조정 가능한 범위에서의 최대값으로 되도록 배압 밸브(340)를 제어하고 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐소드측 배압이 연료 전지(100)의 통상 운전시 압력에 비해 높은 임의의 압력으로 되도록, 배압 밸브(340)를 조정해도 된다. 이 구성에 있어서도, 캐소드측 배압을 제외한 다른 조건이 동일한 경우에, 제2 및 제3 실시 형태와 마찬가지로, 조건 A를 충족시키게 된다. 즉, 이 구성에 있어서도, 캐소드측 배압의 조정에 의해 배출수량을 조정하여, 연료 전지(100)의 통상 운전시에 비해 물 균형을 플러스로 할 수 있으므로, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다.
다음으로, 변형예 2를 설명한다. 상기 각 실시 형태에서는, 스텝 S110에 있어서의 역치 온도와, 스텝 S115에 있어서의 역치 온도는 동일하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 스텝 S110에 있어서의 역치 온도를 제1 역치 온도로 하고, 스텝 S115에 있어서의 역치 온도를 제2 역치 온도로 한 경우, 제2 역치 온도로서, 제1 역치 온도 이하의 임의의 온도를 설정해도 된다. 예를 들어, 제1 역치 온도로서 75℃, 80℃, 85℃, 90℃ 중 어느 하나로 설정하고, 제2 역치 온도로서 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃ 중 제1 역치 온도 이하인 어느 하나의 온도로 설정해도 된다. 즉, 일반적으로는, 연료 전지 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지 온도가 제1 역치 온도 이하의 온도인 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 연료 전지(100)의 운전을 제어하여, 연료 전지(100)에 있어서의 물 균형이 연료 전지(100)의 통상 운전시의 물 균형에 비해 높아지는 습윤 운전을, 연료 전지(100)에 행하게 하는 운전 제어부(610)를, 본 발명의 연료 전지 시스템에 채용해도 된다.
다음으로, 변형예 3을 설명한다. 상기 각 실시 형태에 있어서, 온도 역치 ThT는, 각 단셀(110)에 있어서의 캐소드측의 물 균형이 플러스로 되는 온도 범위와 마이너스로 되는 온도 범위의 경계의 온도로 설정되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 이러한 경계의 온도보다도 높은 온도나, 이러한 경계의 온도보다도 낮은 온도를, 온도 역치 ThT로서 설정해도 된다. 이러한 경계의 온도보다도 높은 온도로 설정하는 경우에는, 경과 시간 Δt로서, 보다 짧은 시간을 설정해도 된다. 또한, 이러한 경계의 온도보다도 낮은 온도로 설정하는 경우에는, 경과 시간 Δt로서, 보다 긴 시간을 설정해도 된다.
다음으로, 변형예 4를 설명한다. 상기 각 실시 형태에 있어서, 습윤 운전의 종료 조건은, 상술한 3개의 조건 1∼3 중 어느 하나가 충족되었다는 조건이었지만, 이들 조건에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스텝 S205, S205a, S205b의 개시 후, 액셀러레이터 페달의 답입량이 소정량 이상으로 되었다는 조건이 충족된 경우에, 습윤 운전이 종료되어도 된다. 이 구성에 있어서도, 조건 1이 충족된 경우와 마찬가지의 처리를 할 수 있다. 즉, 단셀(110)의 전해질막(90)이 건조 상태로부터 벗어났거나, 또는 전해질막(90)이 건조 상태로 되어도 상관 없는 상황인 것이 명확한 경우에, 습윤 운전을 종료시켜도 된다.
다음으로, 변형예 5를 설명한다. 상기 실시 형태에 있어서, 연료 전지 시스템(10)은, 구동용 전원을 공급하기 위한 시스템으로서, 연료 전지 자동차에 탑재되어 사용되고 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전기 자동차 등의 구동용 전원을 필요로 하는 다른 임의의 이동체에 탑재되어 사용되어도 된다. 또한, 정치형 전원으로서, 예를 들어 오피스나 가정에 있어서 옥내 또는 옥외에 설치되어 사용되어도 된다. 또한, 연료 전지(100)는 고체 고분자형 연료 전지였지만, 인산형 연료 전지, 용해 탄산염형 연료 전지, 고체 산화물형 연료 전지 등, 다양한 연료 전지로서 구성해도 된다.
다음으로, 변형예 6을 설명한다. 상기 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(10)의 구성은, 어디까지나 일례이며, 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 산화제 가스 공급로(331)에 있어서의 에어 컴프레서(320)의 하류에 가습기를 설치하고, 가습된 공기를 연료 전지(100)에 공급해도 된다. 이 경우, 단셀(110)의 캐소드에 있어서의 물 균형은, 이하의 식(2)에 의해 특정된다.
물 균형＝생성수량－배출수량－확산수량＋역확산수량＋가습수량…(2)
또한, 예를 들어 제2 연료 가스 배출로(264)와 산화제 가스 배출로(332)를 접속시키지 않고, 각각 독립하여 오프 가스를 배출하는 구성으로 해도 된다. 또한, 예를 들어 제1 실시 형태의 스텝 S205와, 제2 실시 형태의 스텝 S205a와, 제3 실시 형태의 스텝 S205b 중, 어느 2개 이상을 조합하여 실행해도 된다. 이와 같이 함으로써, 건조 상태를 보다 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어 각 실시 형태 및 변형예에 있어서 하드웨어에 의해 실현되고 있었던 구성의 일부를 소프트웨어로 치환하도록 해도 되고, 반대로, 소프트웨어에 의해 실현되고 있었던 구성의 일부를 하드웨어로 치환하도록 해도 된다. 또한, 본 발명의 기능의 일부 또는 전부가 소프트웨어에 의해 실현되는 경우에는, 그 소프트웨어(컴퓨터 프로그램)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 형태로 제공할 수 있다. 본 발명에 있어서, 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」라 함은, 플렉시블 디스크나 CD-ROM과 같은 휴대형 기록 매체에 한정되지 않고, 각종 RAM이나 ROM 등의 컴퓨터 내의 내부 기억 장치나, 하드 디스크 등의 컴퓨터에 고정되어 있는 외부 기억 장치도 포함하고 있다. 즉, 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」라 함은, 데이터를 일시적이 아닌 고정 가능한 임의의 기록 매체를 포함하는 넓은 의미를 갖고 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재된 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸거나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 전해질막(90)을 갖는 연료 전지(100)와,
    상기 연료 전지(100)의 온도를 측정하는 센서(450)와,
    상기 센서(450)에 의해 측정되는 상기 연료 전지(100)의 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고, 그 후, 상기 센서(450)에 의해 측정되는 상기 연료 전지(100)의 온도가 상기 제1 역치 온도 이하의 온도인 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 상기 연료 전지(100)의 캐소드측에 있어서의 물 균형이 상기 연료 전지(100)의 통상 운전시의 상기 캐소드측의 물 균형에 비해 높아지는 습윤 운전을, 상기 연료 전지(100)에 행하게 하도록 구성된 제어부(610)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지(100)의 내부에 형성된 캐소드측 오프 가스의 배출 유로와,
    캐소드측 오프 가스 배출 유로에 있어서의 압력을 조정하는 압력 조정부(340)를 더 포함하고,
    상기 제어부(610)는, 상기 압력 조정부(340)를 제어하여, 상기 캐소드측 오프 가스 배출 유로에 있어서의 압력을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 캐소드측 오프 가스 배출 유로에 있어서의 압력보다도 증가시킴으로써, 상기 연료 전지(100)에 상기 습윤 운전을 행하게 하도록 구성된, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지(100)에 캐소드측 반응 가스를 공급하는 캐소드측 반응 가스 공급부(320)를 더 포함하고,
    상기 제어부(610)는, 상기 캐소드측 반응 가스 공급부(320)를 제어하여, 상기 연료 전지(100)에 공급하는 상기 캐소드측 반응 가스의 유량을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 유량보다도 저감시킴으로써, 상기 연료 전지(100)에 상기 습윤 운전을 행하게 하도록 구성된, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지(100)에 애노드측 반응 가스를 공급하기 위한 애노드측 반응 가스 공급 유로(261)와,
    상기 연료 전지(100)로부터 애노드측 오프 가스를 배출하기 위한 애노드측 오프 가스 배출 유로(262)와,
    상기 애노드측 반응 가스 공급 유로(261)와 상기 애노드측 오프 가스 배출 유로(262)를 접속하는 순환 유로(263)와,
    상기 순환 유로(263)에 배치되고, 상기 애노드측 오프 가스의 적어도 일부를 상기 애노드측 반응 가스 공급 유로(261)에 공급하는 펌프(240)와,
    상기 연료 전지(100)에 캐소드측 반응 가스를 공급하기 위한 캐소드측 반응 가스 공급 유로와,
    상기 연료 전지(100)로부터 캐소드측 오프 가스를 배출하기 위한 캐소드측 오프 가스 배출 유로를 더 포함하고,
    상기 캐소드측 반응 가스는 상기 연료 전지(100)의 전해질막(90)의 일측에 공급되고, 상기 애노드측 반응 가스는 상기 연료 전지(100)의 전해질막(90)의 타측에 공급되고, 상기 캐소드측 반응 가스와 상기 애노드측 반응 가스는 서로 반대 방향으로 연료 전지(100)에 공급되고,
    상기 제어부(610)는, 상기 펌프(240)를 제어하여, 상기 순환 유로(263)에 있어서의 상기 애노드측 오프 가스의 유량을 상기 통상 운전시에 있어서의 상기 순환 유로(263)에 있어서의 상기 애노드측 오프 가스의 유량보다도 증가시킴으로써, 상기 연료 전지(100)에 상기 습윤 운전을 행하게 하도록 구성된, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지(100)의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부(521)를 더 포함하고,
    상기 제어부(610)는, 상기 임피던스 측정부(521)에 의해 측정되는 상기 임피던스가 소정값 이하로 되고, 상기 센서(450)에 의해 측정되는 상기 연료 전지(100)의 온도가, 상기 제2 역치 온도 이상의 온도로부터 상기 제2 역치 온도보다도 낮은 온도로 저하된 경우에, 상기 연료 전지에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 개시하도록 구성된, 연료 전지 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 역치 온도는, 상기 연료 전지(100)의 온도를 제외한 다른 운전 조건이 동일한 상태에 있어서, 상기 물 균형이 플러스인 온도 범위와, 상기 물 균형이 마이너스인 온도 범위의 경계의 온도인, 연료 전지 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지(100)의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부(521)를 더 포함하고,
    상기 제어부(610)는, 상기 센서(450)에 의해 측정되는 상기 연료 전지(100)의 온도가, 상기 제2 역치 온도 이상의 온도로부터 상기 제2 역치 온도보다도 낮은 온도로 저하된 경우에, 상기 연료 전지(100)에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 개시하도록 구성되고,
    상기 제어부(610)는, i) 상기 연료 전지(100)의 온도가 다시 상기 제1 역치 온도 이상으로 되었다는 조건과, ii) 상기 임피던스 측정부(521)에 의해 측정되는 상기 임피던스가, 상기 연료 전지(100)가 상기 습윤 운전을 개시한 후에 있어서, 상기 연료 전지(100)의 건조 상태를 나타내는 소정의 역치 이상으로 된 후에 상기 소정의 역치 미만으로 되었다는 조건과, iii) 상기 연료 전지(100)가 상기 습윤 운전을 개시하고 나서 소정 시간이 경과하였다는 조건 중, 어느 하나의 조건이 충족된 경우에, 상기 연료 전지(100)에 상기 습윤 운전을 행하게 하는 제어를 정지하도록 구성된, 연료 전지 시스템.
  8. 전해질막(90)을 갖는 연료 전지(100)의 운전 제어 방법이며,
    상기 연료 전지(100)의 온도를 측정하고,
    상기 연료 전지(100)의 온도가 제1 역치 온도 이상인 상태가 소정 시간 이상 계속되고, 그 후, 상기 연료 전지(100)의 온도가 상기 제1 역치 온도 이하의 온도인 제2 역치 온도보다도 낮아진 경우에, 상기 연료 전지(100)에 있어서의 물 균형이 상기 연료 전지(100)의 통상 운전시의 캐소드측의 물 균형에 비해 높아지는 습윤 운전을, 상기 연료 전지(100)에 행하게 하는, 연료 전지의 운전 제어 방법.
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