燃料电池系统及其控制方法.pdf

一种燃料电池系统包括：燃料电池(20)；氧化剂气体供给单元(30)，被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池(20)的阴极电极；以及气体压力控制单元(60)，被配置成检测燃料电池(20)的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，在所检测的气体压力灵敏度的基础上，指定氧化剂气体的压力与燃料电池(20)的输出之间的对应关系，并且在所指定的对应关系的基础上，控制氧化剂气体的压力。

权利要求书1.  一种燃料电池系统，包括：燃料电池；氧化剂气体供给单元，所述氧化剂气体供给单元被配置成将氧化剂气体供给到所述燃料电池的阴极电极；以及气体压力控制单元，所述气体压力控制单元被配置成检测所述燃料电池的输出的变化与所述氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，基于所检测的气体压力灵敏度，指定在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的对应关系，并且基于所指定的对应关系，控制所述氧化剂气体的压力。2.  根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述气体压力控制单元被配置成获得所述燃料电池所需的所需输出，通过将所述所需输出与所述对应关系进行比较，计算与所述所需输出对应的所述氧化剂气体的压力，作为目标气体压力，并且将所述氧化剂气体的压力控制到所述目标气体压力。3.  根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，进一步包括存储表数据的存储单元，在所述表数据中，在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的对应关系分别与所述气体压力灵敏度的各个值关联，其中，所述气体压力控制单元被配置成通过从所述表数据选择与所检测的气体压力灵敏度对应的所述对应关系，来指定在所述氧化剂气体的压力和所述燃料电池的输出之间的所述对应关系。4.  根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料电池系统，进一步包括背压调节阀，所述背压调节阀被配置成调节从所述燃料电池的阴极电极出口排出的所述氧化剂气体的压力，其中，所述气体压力控制单元被配置成通过调节所述背压调节阀 的开度，控制所述氧化剂气体的压力。5.  根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其中，所述气体压力控制单元被配置成在开始增加所述氧化剂气体的压力的时刻，检测所述气体压力灵敏度并且指定在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的所述对应关系。6.  根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其中，所述气体压力控制单元被配置成在所述燃料电池的负荷开始转变到具有预定负荷的操作点的时刻，检测所述气体压力灵敏度并且指定在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的所述对应关系。7.  根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池包括电极催化剂；在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的所述对应关系包括第一对应关系和第二对应关系，所述第二对应关系被设定成，使得与所述燃料电池的相同输出对应的、在所述第二对应关系中的所述氧化剂气体的压力的大小大于在所述第一对应关系中的所述氧化剂气体的压力的大小，并且在相同所需输出下获得的阴极背压的大小大于正常表数据的大小，所述气体压力控制单元被配置成通过当所述燃料电池不处于预定操作状态中时选择所述第一对应关系，并且当所述燃料电池处于所述预定操作状态时选择所述第二对应关系，来指定所述对应关系，在所述预定操作状态中，包含在所述电极催化剂中的铂的利用率减小。8.  根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述预定操作状态是所述燃料电池的液泛状态。9.  根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述预定操作状 态是所述燃料电池的空闲状态。10.  根据权利要求1至9中的任一项所述的燃料电池系统，进一步包括非易失存储器，所述非易失存储器被配置成在所述燃料电池系统的电源已经被切断后，继续存储由所述气体压力控制单元指定的、在所述氧化剂气体的压力和所述燃料电池的输出之间的所述对应关系，其中，所述气体压力控制单元被配置成基于所述非易失存储器中存储的所述对应关系，在预定期间内控制所述氧化剂气体的压力。11.  根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池系统，进一步包括液泛判定单元，所述液泛判定单元被配置成通过将特定气体压力灵敏度与实际气体压力灵敏度进行比较，并且将特定输出绝对值与实际输出绝对值进行比较，来判定所述燃料电池中是否发生液泛，所述特定气体压力灵敏度从由所述气体压力控制单元指定的、在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的所述对应关系确定，所述实际气体压力灵敏度从实际的所述氧化剂气体的压力和实际的所述燃料电池的输出得出，所述特定输出绝对值是所述特定气体压力灵敏度所对应的输出的绝对值。12.  根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中，所述液泛判定单元被配置成，当所述液泛判定单元判定液泛已经发生时，执行用于避免液泛的处理。13.  根据权利要求2至6中的任一项所述的燃料电池系统，进一步包括：蓄电池；以及气体流量控制单元，所述气体流量控制单元被配置成控制所述氧化剂气体的流量，使得当所述蓄电池处于预定状态的同时，所述气体压力控制单元控制所述氧化剂气体的压力时，在比所述氧化剂气体的 压力达到所述目标气体压力的时刻更早的时刻，所述燃料电池的输出达到所述所需输出。14.  根据权利要求13所述的燃料电池系统，进一步包括SOC检测单元，所述SOC检测单元被配置成检测所述蓄电池的充电状态，其中，当所检测的充电状态偏离预定范围时，所述蓄电池被判定为处于所述预定状态。15.  根据权利要求2至6中的任一项所述的燃料电池系统，进一步包括气体流量控制单元，所述气体流量控制单元被配置成控制所述氧化剂气体的流量，使得当所述燃料电池处于预定状态的同时，所述气体压力控制单元控制所述氧化剂气体的压力时，在比所述氧化剂气体的压力达到所述目标气体压力的时刻更早的时刻，所述燃料电池的输出达到所述所需输出。16.  根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中，当在所述燃料电池中发生液泛时，所述燃料电池被判定为处于所述预定状态中。17.  一种燃料电池系统，包括：燃料电池；氧化剂气体供给单元，所述氧化剂气体供给单元被配置成将氧化剂气体供给到所述燃料电池的阴极电极；气体压力控制单元，所述气体压力控制单元被配置成控制所述氧化剂气体的压力；以及铂表面积估算单元，所述铂表面积估算单元被配置成检测所述燃料电池的输出的变化与所述氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，并且基于所检测的气体压力灵敏度，估算所述阴极电极的铂表面积。18.  一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括 燃料电池和被配置成将氧化剂气体供给到所述燃料电池的阴极电极的氧化剂气体供给单元，所述控制方法包括：检测所述燃料电池的输出的变化与所述氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度；基于所检测的气体压力灵敏度，指定在所述氧化剂气体的压力与所述燃料电池的输出之间的对应关系；以及基于所指定的对应关系，控制所述氧化剂气体的压力。19.  一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池和被配置成将氧化剂气体供给到所述燃料电池的阴极电极的氧化剂气体供给单元，所述控制方法包括：控制所述氧化剂气体的压力；检测所述燃料电池的输出的变化与所述氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度；以及基于所检测的气体压力灵敏度，估算所述阴极电极的铂表面积。

说明书燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及包括燃料电池的燃料电池系统，以及用于该燃料电池系统的控制方法。
背景技术
在现有技术(日本专利申请公开No.2002-42839(JP-2002-42839 A)中可获得响应于由燃料电池的发电量的变化，将阴极入口侧上的空气流量控制到对应于所要求的发电量的目标空气流量，并且控制阴极入口侧上的空气压力的燃料电池系统。通过调整在阴极出口侧上提供的背压控制阀的开度控制阴极入口侧上的空气压力(JP-2002-42839 A和日本专利申请公开No.2011-29158(JP-2011-29158 A))。
在相关技术中，然而，还未充分考虑在由于随着燃料电池的使用，用作电极催化剂的铂的表面积减小，由燃料电池的发电量也减少的情况下执行的控制。
发明内容
本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法，通过该控制方法，根据用作电极催化剂的铂的表面积减小，能控制该燃料电池系统。
本发明的第一方面是一种燃料电池系统，包括：燃料电池；氧化剂气体供给单元，被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池的阴极电极；以及气体压力控制单元，被配置成检测燃料电池的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，在所检测的气体压力灵敏度的基础上，指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系，并且在所指定的对应关系的基础上，控制氧化剂气体的 压力。
通过根据该方面的燃料电池系统，当在燃料电池使用期间，用作阴极电极的电极催化剂的铂的表面积减少，导致燃料电池的输出降低时，能在考虑气体压力灵敏度的同时，控制氧化剂气体的压力，因此，能更可靠在确保所需输出。因此，通过根据该方面的燃料电池系统，能获得高发电性能。
气体压力控制单元可以被配置成获得燃料电池所需的所需输出，通过将所需输出与对应关系进行比较，计算对应于所需输出的氧化剂气体的压力，作为目标气体压力，并且将氧化剂气体的压力控制到目标气体压力。根据该构造，能更容易控制氧化剂气体的压力，因此，能获得甚至更高的发电性能。
燃料电池系统可以进一步包括存储表数据的存储单元，在表数据中，氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系分别与气体压力灵敏度的各个值关联，并且气体压力控制单元可以被配置成通过从表数据选择对应于所检测的气体压力灵敏度的对应关系，指定氧化剂气体的压力和燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，能快速地指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。
燃料电池系统可以进一步包括背压调节阀，背压调节阀被配置成调节从燃料电池的阴极电极出口排出的氧化剂气体的压力，并且气体压力控制单元可以被配置成通过调节背压调节阀的开度，控制氧化剂气体的压力。根据该构造，通过控制从阴极电极出口排出的氧化剂气体的压力(背压)，能高响应度地控制氧化剂气体。
气体压力控制单元可以被配置成在开始增加氧化剂气体的压力的时刻，检测气体压力灵敏度并且指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，当发出增加燃料电池的输出的请 求时，能高响应度地获得所需输出。
气体压力控制单元可以在燃料电池的负荷开始转变到具有预定负荷的操作点的时刻，检测气体压力灵敏度并且指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，当发出高负荷请求或低负荷请求时，能高响应度地获得对应于高负荷请求或低负荷请求的输出。
燃料电池包括电极催化剂，氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系可以包括第一对应关系和第二对应关系，第二对应关系被设定成，使得对应于燃料电池的相同输出，第二对应关系中的氧化剂气体的压力的大小大于在第一对应关系中的氧化剂气体的压力的大小，并且气体压力控制单元可以通过当燃料电池不处于预定操作状态中时，选择第一对应关系，并且当燃料电池处于预定操作状态时，选择第二对应关系，来指定对应关系，在该预定操作状态中，包含在电极催化剂中的铂的利用率减小。根据该构造，即使在铂的利用率已经降低的操作状态中，也能更可靠地获得所需输出。
预定操作状态可以是燃料电池的液泛状态(flooded condition)。根据该构造，即使当燃料电池处于液泛状态时，也能更可靠地确保所需输出。
预定操作状态可以是燃料电池的空闲状态。根据该构造，即使当燃料电池处于空闲状态时，也能更可靠地确保所需输出。
燃料电池系统可以进一步包括非易失存储器，非易失存储器被配置成在已经切断燃料电池系统的电源后，继续存储由气体压力控制单元指定的、氧化剂气体的压力和燃料电池的输出之间的对应关系，并且气体压力控制单元被配置成在非易失存储器中存储的对应关系的基础上，在预定期间内控制氧化剂气体的压力。根据该构造，能增加处 理响应性。
燃料电池系统可以进一步包括液泛判定单元，液泛判定单元被配置成通过将由气体压力控制单元指定的、由氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系确定的特定气体压力灵敏度与由氧化剂气体的实际压力和燃料电池的实际输出得出的实际气体压力灵敏度进行比较，并且将作为特定气体压力灵敏度所对应的输出的绝对值的特定输出绝对值与实际输出绝对值进行比较，来判定燃料电池中是否发生液泛。根据该构造，通过高精度检测液泛的发生。
液泛判定单元可以被配置成，当液泛判定单元判定液泛已经发生时，执行用于避免液泛的处理。根据该构造，能避免液泛，因此，能进一步提高发电性能。
燃料电池系统可以进一步包括蓄电池；以及气体流量控制单元，气体流量控制单元被配置成控制氧化剂气体的流量，使得当蓄电池处于预定状态的同时，气体压力控制单元控制氧化剂气体的压力时，在比氧化剂气体的压力达到目标气体压力的时刻更早的时刻，燃料电池的输出达到所需输出。根据该构造，能使当在比氧化剂气体的压力达到目标气体压力的时刻更早的时刻，燃料电池的输出达到所需输出时生成的电力增量分配到改进蓄电池的状态所需的电量，因此，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
燃料电池系统可以进一步包括SOC检测单元，SOC检测单元被配置成检测蓄电池的充电状态(SOC)，并且当所检测的SOC偏离预定范围时，蓄电池可以被判定为处于预定状态。根据该构造，当蓄电池的SOC偏离适当范围时，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
燃料电池系统可以进一步包括气体流量控制单元，气体流量控制 单元被配置成控制氧化剂气体的流量，使得当燃料电池处于预定状态的同时，气体压力控制单元控制氧化剂气体的压力时，在比氧化剂气体的压力达到目标气体压力的时刻更早的时刻，燃料电池的输出达到所需输出。根据该构造，能使当燃料电池的输出在更早的时刻达到所需输出时生成的电力增量分配到改进燃料电池的状态所需的电量，因此，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
当在燃料电池中发生液泛时，燃料电池可以被判定为处于预定状态中。根据该构造，当燃料电池处于液泛状态时，也能在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
本发明的第二方面是一种燃料电池系统，包括：燃料电池；氧化剂气体供给单元，被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池的阴极电极；气体压力控制单元，被配置成控制氧化剂气体的压力；以及铂表面积估算单元，铂表面积估算单元被配置成检测燃料电池的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，并且在所检测的气体压力灵敏度的基础上，估算阴极电极的铂表面积。通过根据该方面的燃料电池系统，能高精度地估算阴极电极的铂表面积。
本发明的第三方面是一种用于燃料电池系统的控制方法，燃料电池系统包括燃料电池和被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池的阴极电极的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：检测燃料电池的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度；在所检测的气体压力灵敏度的基础上，指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系；以及在所指定的对应关系的基础上，控制氧化剂气体的压力。通过根据该方面的燃料电池系统的控制方法，与根据第一方面的燃料电池系统类似，能更可靠地确保所需输出，因此，能获得高发电性能。
本发明的第四方面是一种用于燃料电池系统的控制方法，燃料电 池系统包括燃料电池和被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池的阴极电极的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：控制氧化剂气体的压力；检测燃料电池的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度；以及在所检测的气体压力灵敏度的基础上，估算阴极电极的铂表面积。通过根据该方面的燃料电池系统的控制方法，与根据第二方面的燃料电池系统类似，能高精度地估算阴极电极的铂表面积。
附图说明
在下文中，将参考附图，描述本发明的特征、优点和技术及工业重要性，其中，相同的数字表示相同的元件，并且其中：
图1是示出用作本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造的示例图；
图2是示出由控制单元执行的阴极背压控制处理的流程图；
图3是示出阴极背压-输出特性曲线的图；
图4是示出根据第二实施例的阴极背压控制处理的流程图；
图5是示出根据第二实施例的阴极背压-输出特性曲线的图；
图6是示出示出根据第二实施例的改进例子的阴极背压-输出特性曲线的图；
图7是示出根据第三实施例的特性曲线估算处理的流程图；
图8是示出根据第三实施例的阴极背压-输出特性曲线的图；
图9是示出根据第四实施例的特性曲线估算处理的流程图；
图10是示出根据第四实施例的第二改进例子的特性曲线估算处理的流程图；
图11是示出根据第六实施例的特性曲线估算处理的流程图；
图12是示出根据第七实施例的湿度控制处理的流程图；
图13A至13D是示出在各种条件下，取决于存在与否液泛，阴极背压-输出特性曲线中的变化的示例图；
图14是示出根据第八实施例的总控制处理的流程图；
图15是示出在执行阴极背压控制处理期间，阴极背压和阴极流量 之间的对应关系的图；
图16是示出燃料电池的阴极背压、阴极流量和输出的变化的时序图；
图17是示出根据第九实施例的总控制处理的流程图；以及
图18是示出根据第十实施例的总控制处理的流程图。
具体实施方式
如上所述，在相关技术中，未充分考虑到在由于随着燃料电池的使用，用作电极催化剂的铂的表面积减小，由燃料电池的发电量减少的情况下执行的控制。因此，通过执行诸如JP-2002-42839A中所述的控制，不可能获得高发电性能。还难以确保所需的发电量。此外，空气压力控制的响应性低。另外，存在改进当燃料电池系统安装在车辆中时的驾驶性能、燃料电池系统的尺寸和成本降低、所消耗的自然资料量减少、简化制造工艺、改进用户友好性等等的需求。
本发明能通过使得可以根据用作电极催化剂的铂的表面积的减小，控制燃料电池系统来解决上述问题的至少一部分。
接着，将描述本发明的实施例。
第一实施例
图1是用作本发明的第一实施例的燃料电池系统10的构造的示例图。在该实施例中，本发明应用于用于燃料电池车辆的车载发电系统。如图1所示，燃料电池系统10包括：燃料电池(FC)20，其在接收氧化剂气体和燃料气体的供给后执行发电，以及通过发电生成电力；氧化剂气体管道系统30，其将用作氧化剂气体的空气供给到燃料电池20；燃料气体管道系统40，其将用作燃料气体的氢气供给到燃料电池20；电力系统50，其向系统充电电力和从系统放电电力；控制单元60，其执行整个系统的整体控制等等。
燃料电池20是固体高分子电解质型燃料电池，并且具有堆叠多个单电池的堆叠构造。燃料电池20的每一单电池在由离子交换膜构成的电解质的各个表面上具有阴极(空气电极)和阳极(燃料电极)。例如，多孔碳材料被用作包括阴极和阳极的电极的基底，并且铂Pt被用作电极的催化剂(电极催化剂)。此外，提供一对隔板来从任一侧夹住阴极和阳极。燃料气体被供给到隔板中的一个中的燃料气体流路，而氧化剂气体被供给到另一隔板中的氧化剂气体流路。由于该气体供给，燃料电池20生成电力。
使检测发电期间的电流(输出电流)的电流传感器2a、检测电压的电压传感器2b以及检测燃料电池20的温度的温度传感器2c附接到燃料电池20。
氧化剂气体管道系统30包括空气压缩机31、氧化剂气体供给路径32、加湿模块33、阴极废气流路34、驱动空气压缩机31的电动机M1等等。
通过来自由控制单元60的控制命令启动的电动机M1的驱动力，驱动空气压缩机31，以便压缩经图中未示出的空气过滤器，从外部吸收的氧(氧化剂气体)，并且将所压缩的氧供给到燃料电池20的阴极。检测电动机M1的转速(每预时刻间的转速，以下同)的转速检测传感器3a被附接到电动机M1。氧化剂气体供给路径32是用于将从空气压缩机31供给的氧引导到燃料电池20的阴极的气体流路。通过阴极废气流路34，从燃料电池20的阴极排出阴极废气。阴极废气包含在用于燃料电池20中的电池反应后的氧的废气。阴极废气包含通过燃料电池20中的电池反应生成的水分，因此，处于高湿度状态中。
加湿模块33适当地通过执行流过氧化剂气体供给路径32的低湿度氧化剂气体和流过阴极废气流路34的高湿度阴极废气之间的水分交换，将供给到燃料电池20的氧化剂气体加湿。阴极废气流路34是用 于将阴极废气排放到系统的外部的气体流路，并且背压调节阀A1设置在气体流路的阴极出口附近。通过背压调节阀A1调节从燃料电池20排出的氧化剂气体的压力(在下文中称为“阴极背压”)。检测阴极背压的压力传感器3b附接到燃料电池20和背压调节阀A1之间的阴极废气流路34。
燃料气体管道系统40包括燃料气体供给源41、燃料气体供给路径42、燃料气体再循环路径43、阳极废气流路44、氢气循环泵45、止回阀46、用于驱动氢气循环泵45的电动机M2等等。
燃料气体供给源41将诸如氢气的燃料气体供给到燃料电池20，并且由例如高压氢罐、储氢罐等等构成。燃料气体供给路径42是用于将从燃料气体供给源41释放的燃料气体引导到燃料电池20的阳极电极，并且诸如罐阀H1、氢气供给阀H2和FC入口阀H3的阀按从上游侧向下游侧的顺序，设置在气体流路中。罐阀H1、氢气供给阀H2和FC入口阀H3是用于向燃料电池20供给(或切断供给)燃料气体的截止阀，并且由例如电磁阀构成。
燃料气体再循环路径43是用于将未反应的气体再循环到燃料电池20的回输气体流路，并且将FC出口阀H4、氢气循环泵45和止回阀46按从上游侧到下游侧的顺序，设置在气体流路中。通过由来自控制单元60的控制命令起动的电动机M2的驱动力驱动的氢气循环泵45，适当地加压从燃料电池20排出的低压未反应燃料气体，并且将其引导到燃料气体供给路径42。由止回阀42抑制燃料气体从燃料气体供给路径42回流到燃料气体再循环路径43。阴极废气流路44是用于将包含从燃料电池20排出的氢气废气的阳极废气排出到系统外部的气体流路，并且排气阀H5设置在气体流路中。
电力系统50包括高压直流/直流(DC/DC)转换器51、蓄电池52、牵引逆变器53、辅助逆变器54、牵引电动机M3、辅助电动机M4等 等。
高压DC/DC转换器51是具有用于调节从蓄电池52输入其中的直流电压和将所调节的直流电压输出到牵引逆变器53的功能，以及用于调节从燃料电池20或牵引电动机M3输入其中的直流电压并且将所调节的直流电压输出到蓄电池52的直流电压转换器。通过高压DC/DC转换器51的功能，实现蓄电池52的充电和放电。此外，通过高压DC/DC转换器51，控制燃料电池20的输出电压。
蓄电池52是可充电/放电的二次电池。可以使用各种二次电池，诸如镍氢电池等等。能在图中未示出的蓄电池计算机的控制下，通剩余余电力充电蓄电池52，并且能供给辅助电力。通过高压DC/DC转换器51，升压或降压由燃料电池20生成的直流电的一部分并且将其充电到蓄电池52。检测蓄电池52的SOC的SOC传感器5a附接到蓄电池52。注意代替蓄电池52，可以采用除二次电池外的可充电/可放电蓄电装置，诸如电容器。
牵引逆变器53和辅助逆变器54是使用脉宽调制系统的脉宽调制(PWM)逆变器，其响应指定控制命令，将由燃料电池20或蓄电池52输出的直流电转换成三相交流电，以及将三相交流电供给到牵引电动机M3和辅助电动机M4。牵引电动机M3，即负荷动力源的例子是用于驱动车轮71、72的电动机(车辆驱动电动机)。检测牵引电动机M3的转速的转速检测传感器5b附接到牵引电动机M3。辅助电动机M4是用于驱动各种配件的电动机。驱动空气压缩机31的电动机M1、驱动氢气循环泵45的电动机M2等等统称为辅助电动机M4。
控制单元60由中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等等构成，并且在输入传感器信号的基础上，执行系统的各个部分的整体控制。更具体地说，控制单元60在从检测加速器踏板80的旋转的加速器踏板传感器81、SOC传感器5a、转速 检测传感器3a,5b等等传送的各个传感器信号的基础上，计算所需发电量(下文称为“所需输出”)。
然后，控制单元60控制燃料电池20的输出电压和输出电流，使得燃料电池20生成所需输出。此外，控制单元60通过控制牵引逆变器53和辅助逆变器54的输出脉冲等等，控制牵引电动机M3和辅助电动机M4。
在燃料电池20中，当燃料电池20的使用时间随时间增加时，铂表面积减小，因此，输出电压减小。换句话说，当燃料电池20的使用时间增加，阴极催化剂层上的铂的表面积减小时，变得不可能从燃料电池20获得所需输出电力。因此，控制单元60确保通过估计铂表面积和根据估计结果，控制背压调节阀A1，获得所需输出电力。通过所需输出采集单元61、气体压力灵敏度检测单元62、对应关系计算单元63、目标气体压力计算单元64和气体压力变更单元65的功能，实现该控制处理(阴极背压控制处理)。在下文中，将详细地描述各个单元61至65。现在，将详细地描述阴极背压控制处理。
图2是示出由控制单元60执行的阴极背压控制处理的流程图。以预时刻间间隔(例如，每10msec)，重复地执行该阴极背压控制处理。当处理开始时，首先，控制单元60确定当前时间(执行阴极背压控制处理的时间点)是否对应于开始增加阴极背压的时刻(步骤S110)。当驾驶员通过下压加速器踏板80，发出负荷请求时，通过图中未示出的控制处理，增加由空气压缩机31供给的氧化剂气体量，导致阴极背压增加。因此，在步骤S110，确定当前时间是否对应于阴极背压增加时刻。
当在步骤S110确定当前时间对应于阴极背压增加时刻时，控制单元60使处理进行到步骤S120，在此执行从压力传感器3b获得阴极背压P的处理。接着，控制单元60由通过从在步骤S110获得的阴极背 压P减去在阴极背压控制处理的上一次执行期间获得的阴极背压，由该上一次阴极背压，计算阴极背压的变化量ΔP(步骤S130)。
接着，控制单元60获得燃料电池20的输出W(步骤S140)。更具体地说，控制单元60通过从电流传感器2a获得的电流和从电压传感器2b获得的电压，并且将电流乘以电压，将输出电力确定为输出W。接着，控制单元60由在通过从所获得的输出W减去阴极背压控制处理的上一次执行期间获得的输出，由该上一次输出，计算输出的变化量ΔW(步骤S150)。
接着，控制单元60将输出的变化量ΔW除以阴极背压的变化量ΔP，并且将所得到的商存储为阴极背压灵敏度S(步骤S160)。换句话说，将阴极背压灵敏度S存储在RAM中，作为ΔW与ΔP的比值。接着，控制单元60执行在阴极背压灵敏度S的基础上，估计阴极背压-输出特性曲线的处理(步骤S170)。
图3是示出阴极背压-输出特性曲线的图。如该图所示，当在横坐标上示出阴极背压P，并且在纵坐标上示出燃料电池20的输出W，并且映射对应于阴极背压P的输出W时，获得例如由曲线C1表示的阴极背压-输出特性曲线。通过实验或模拟，可以预先确定下文所述的曲线C1和曲线C2、C3。根据曲线C1，当阴极背压P增加时，输出W增加，并且在达到峰值后，当阴极背压P增加时，输出W减小。
曲线C1示出阴极的铂表面积处于最大，或换句话说，电极催化剂的形态没有变化的初始操作的情形。当燃料电池的使用时间增加，使得铂表面积减小时，阴极背压-输出特性曲线从曲线C1改变成曲线C2。在曲线C2上，在所有区域中，输出W比曲线C1上低，并且当阴极背压P减小时，相对于曲线C1的输出W的差增加。换句话说，曲线C2的上升时段的斜率k2(＝ΔW2/ΔP1)大于曲线C1的上升时段的斜率k1(＝ΔW1/ΔP1)。
曲线C3示出铂表面积从曲线C2进一步减小的情形。曲线C3的上升时段的斜率k3(＝ΔW3/ΔP1)大于曲线C2的上升时段的斜率k2。“上升时段”是输出W达到峰值的预定比例(例如90[％])的时段，并且该时段中的斜率在各个曲线C1、C2、C3上取基本上恒定的值k1、k2、k3。从上文很显然，根据铂表面积的大小(近似大小)，阴极背压-输出特性曲线形状改变，并且根据斜率k1、k2、k3，确定形状。斜率k1、k2、k3取通过将特性曲线(曲线)的上升时段中的输出变化量ΔW除以阴极背压的变化量ΔP获得的值，并且对应于在步骤S160确定的阴极背压灵敏度S。
在该实施例中，在步骤S110中检测阴极背压增加时刻。然后，假定该阴极背压增加时刻包括在上升时段内，在该阴极背压增加时刻，在步骤S160中执行用于确定阴极背压灵敏度S的处理。接着，在步骤S170中，在阴极背压灵敏度S的基础上，执行用于估计阴极背压-输出特性曲线的处理。更具体地，其中分别将阴极背压-输出特性曲线与多个斜率值相关联的表数据被预先存储在控制单元60的ROM中，并且控制单元60的CPU通过从表数据选择对应于在步骤S160确定的阴极背压灵敏度S的斜率值，并且从表数据提取与斜率值关联的阴极背压-输出特性曲线，估计阴极背压-输出特性曲线。注意，包括在表数据中的阴极背压-输出特性曲线的数量不限于图3的例子中所示的三个曲线，而是可以提供更多曲线。此外，可以将包括在表数据中的阴极背压-输出特性曲线的数量设定在特定数量，并且可以通过内插计算获得相邻特性曲线之间的特性曲线。
返回到图2，在执行步骤S170后，控制单元60获得燃料电池20所需的所需输出TW(步骤S180)。所需输出TW对应于上述所需发电量，并且如上所述，在从加速器踏板传感器81、SOC传感器5a、转速检测传感器3a,5b等等传送的各个传感器信号的基础上计算。
接着，控制单元60引用在步骤S170中获得的阴极背压-输出特性曲线来计算对应于在步骤S140中获得的所需输出TW的目标阴极背压TP(步骤S190)。当例如铂表面积稍微减小，使得在步骤S170中获得的阴极背压-输出特性曲线为图3中的曲线C2时，将曲线C2上、对应于步骤S140中获得的所需输出TW的阴极背压P确定为目标阴极背压TP(图中的TP1)。当例如铂表面积极大减小，使得在步骤S170中获得的阴极背压-输出特性曲线为图3中的曲线C3时，曲线C3上、对应于步骤S140中获得的所需输出TW的阴极背压P被确定为目标阴极背压TP(图中的TP2)。
在执行步骤S190后，控制单元60通过调整背压调节阀A1的开度，将阴极背压P控制到步骤S190中确定的目标阴极背压TP(步骤S192)。在执行步骤S192后，控制单元60暂时终止阴极背压控制处理。
当在步骤S110中确定当前时间不对应于阴极背压增加时刻时，另一方面，控制单元60确定是否已经获得阴极背压-输出特性曲线(步骤S194)。当在此确定已经获得阴极背压-输出特性曲线时，控制单元60使处理进行到步骤S180，其中，控制单元60以上文所述，使用上一次阴极背压控制处理中获得的阴极背压-输出特性曲线和在当前阴极背压控制处理的执行期间获得的所需输出TW的方式，计算目标阴极背压TP，并且将阴极背压P控制到目标阴极背压TP。
当在步骤S194确定未获得阴极背压-输出特性曲线时，暂时终止阴极背压控制处理。
如上所述构成的阴极背压控制处理的步骤S180的处理充当所需输出采集单元61(图1)。此外，步骤S120至S160的处理充当气体压力灵敏度检测单元62(图1)，步骤S170的处理充当对应关系计算单元63(图1)，步骤S190的处理充当目标气体压力计算单元64，以 及步骤S192的处理充当排气压力变更单元65。
在如上所述构成的根据第一实施例的燃料电池系统10中，在开始增加阴极背压的时刻，确定阴极背压灵敏度S，由此，在阴极背压灵敏度S的基础上，确定阴极背压-输出特性曲线。此后，在每一操作期间，获得所需输出TW，由此，通过将所需输出TW与所确定的阴极背压-输出特性曲线比较，将对应于所需输出TW的阴极背压计算为目标阴极背压TP，并且将阴极背压P控制到目标阴极背压TP。如上所述，根据阴极电极的铂表面积的大小，确定阴极背压-输出特性曲线。因此，阴极背压-输出特性曲线表示不仅当铂表面积不减小时，而且当由于使用燃料电池导致的铂表面积减小，使燃料电池20的输出减小时，均能确保所需输出TW所需的阴极背压。因此，通过根据第一实施例的燃料电池系统10，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，根据燃料电池系统10，将阴极背压控制为氧化剂气体的压力，因此，能以良好响应性执行氧化剂气体控制。
第二实施例
图4是示出根据第二实施例的阴极背压控制处理的流程图。根据第二实施例的燃料电池系统不同于根据第一实施例的燃料电池系统10之处仅在于由控制单元执行的阴极背压控制处理。第二实施例的硬件构造与第一实施例相同，因此，在下述描述中，相同的参考符号分配给各个构成元件。
图4中所示的阴极背压控制处理不同于图2中所示的根据第一实施例的阴极背压控制处理之处在于由图4中的步骤S210的处理，代替图2中的步骤S110的处理。剩余步骤S120至S194的处理相同。当处理开始时，控制单元60确定当前时间(执行阴极背压控制处理的时间点)是否对应于燃料电池20的负荷开始转变到高负荷操作点的时刻(高负荷转变时刻)(步骤S210)。更具体地说，当驾驶员通过有力地下压加速器踏板80，发出高负荷请求时，例如，燃料电池20的负荷转变 成高负荷操作点。其中，“高负荷操作点”是指燃料电池的当前密度为例如至少1[A/cm2]的高负荷操作条件。当在步骤S210中确定当前时间对应于高负荷转变时刻时，处理进行到步骤S220，当确定当前时间不对应于高负荷转变时刻时，处理进行到步骤S194。
图5是示出根据第二实施例的阴极背压-输出特性曲线的图。在根据第二实施例的燃料电池系统中，如图中所示，当高负荷请求时，即，在某一点X1接收到转变到高负荷操作点X2的请求时，在到高负荷操作点X2的转变开始的高负荷转变时刻，确定阴极背压灵敏度S，即，曲线的斜率k2。然后，在阴极背压灵敏度S的基础上，确定阴极背压-输出特性曲线。然后，使用阴极背压-输出特性曲线，将对应于所需输出TW的阴极背压计算为目标阴极背压TP，由此，将阴极背压P控制到目标阴极背压TP。
因此，通过根据第二实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，获得下述效果。典型地，当燃料电池20的负荷小时，根据铂表面积的大小，阴极背压-输出特性曲线的上升斜率不会显著地改变。在根据第二实施例的燃料电池系统中，然而，在燃料电池20的负荷开始转变到高负荷操作点的时刻，计算阴极背压灵敏度S，因此，阴极背压-输出特性曲线的上升斜率显著地改变，使得更易于检测阴极背压灵敏度S。因此，阴极背压灵敏度的精度增加，使得发电性能进一步提高。
注意，在第二实施例中，在燃料电池20的负荷开始转变到高负荷操作点的时刻，确定阴极背压灵敏度S，但相反，作为第二实施例的改进例子，可以在燃料电池20的负荷开始转变到低负荷操作点的时刻，确定阴极背压灵敏度S。其中，“低负荷操作点”表示燃料电池的电流密度不大于例如0.1[A/cm2]的低负荷操作条件。
图6是示出根据第二实施例的改进例子的阴极背压-输出特性曲线的图。在根据该改进例子的燃料电池系统中，如图所示，当在某一点X3接收到低负荷请求，即，使燃料电池20的负荷转变到低负荷操作点X4的请求时，在燃料电池20的负荷开始转变到低负荷操作点X4的低负荷转变时刻，确定阴极背压灵敏度S，即，曲线的斜率k。然后，在阴极背压灵敏度S的基础上，确定阴极背压-输出特性曲线。然后，使用阴极背压-输出特性曲线，将对应于所需输出TW的阴极背压计算为目标阴极背压TP，由此，使阴极背压P控制到目标阴极背压TP。
因此，通过根据该改进例子的燃料电池系统，类似于根据第一实施例和第二实施例的燃料电池系统，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，类似于根据第二实施例的燃料电池系统，阴极背压-输出特性曲线的精度增加，使得进一步提高发电性能。
第三实施例
根据第三实施例的燃料电池系统具有与根据第一实施例的燃料电池系统10相同的硬件构造，区别仅在于由控制单元60执行的阴极背压控制处理。根据第三实施例的阴极背压控制处理基本上被配置成与图2所示，根据第一实施例的阴极背压控制处理相同，区别仅在于步骤S170中执行的处理内容。换句话说，在根据第三实施例的阴极背压控制处理中，原样执行步骤S110至S160以及S180至S194的处理，而用稍后所述的特性曲线估算处理替代仅步骤S170的处理。注意，第三实施例的硬件构造与第一实施例相同，将相同的参考符号分配给下述描述中的各个构成元件。
图7是示出根据第三实施例的特性曲线估算处理的流程图。代替步骤S170的处理，在图2所示的阴极背压控制处理期间，由控制单元60执行该特性曲线估算处理。如图7所示，当该处理开始时，首先，控制单元60获得阻抗R(步骤S310)。通过将由电压传感器2b检测的电压除以由电流传感器2a检测的电流，获得阻抗R。
接着，控制单元60确定所获得的阻抗R是否在从第一预定值R1延伸到第二预定值R2的范围内(步骤S315)。第一预定值R1为预定正值，而第二预定值R2是大于第一预定值R1的预定正值。阻抗R表示燃料电池20的内部的湿度状态，当阻抗R在从第一预定值R1延伸到第二预定值R2的范围(在下文中，称为“适当范围”)内时，这表示燃料电池20的湿度状态是适当的。此外，当阻抗R低于第一预定值R1时，这表示燃料电池20处于液泛状态，而当阻抗R高于第二预定值R2时，这表示燃料电池20处于干涸状态。
当在步骤S315，确定阻抗R处于适当范围中时，使用正常表数据，估算阴极背压-输出特性曲线(步骤S320)。“正常表数据”与第一实施例的步骤S170中使用的表数据相同，因此，在步骤S320获得的估算结果也与第一实施例的步骤S170获得的结果相同。
另一方面，当在步骤S315，确定阻抗R在适当范围外时，或换句话说，当确定燃料电池20为液泛或干涸时，使用校正的表数据，估算阴极背压-输出特性曲线(步骤S330)。
使用“常规数据表”来提取图3所示的阴极背压-输出特性曲线，而使用“校正表数据”来提取图8所示的阴极背压-输出特性曲线。图8中所示的曲线C1、C2、C3是由正常表数据表示阴极背压-输出特性曲线。另一方面，图8中的虚线所示的曲线C1'、C2'、C3'是由校正表数据表示的阴极背压-输出特性曲线。曲线C1'、C2'、C3'相对于曲线C1、C2、C3，具有稍微减小的输出，当阴极背压P减小时，由正常表数据表示的阴极背压-输出特性曲线上的输出W与由校正表数据表示的阴极背压-输出特性曲线上的输出W之间的差增加。换句话说，将曲线C1'、C2'、C3'校正为表示与曲线C1、C2、C3相比，铂表面积减小的情形。可以通过实验或模拟，预先确定曲线C1'、C2'、C3'。
因此，为获得图中的所需输出TW，与曲线C1、C2、C3相比，在所有曲线C1'、C2'、C3'上，要求更大阴极背压P。例如，要求TP1'代替TP1，并且要求TP2'代替TP2。换句话说，校正表数据是已经被校正，使得在相同所需输出获得的阴极背压的大小大于正常表数据的大小的数据。校正量对应于燃料电池的铂表面积减小的量。
回到图7，在执行步骤S320或步骤S330后，暂时终止特性曲线估算处理。
通过具有上述构造的、根据第三实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，能获得下述效果。燃料电池的输出更准确地与有效铂表面积成比例。由根据操作条件而改变的铂利用率和当使用时间增加时逐步减少的铂表面积的乘积，确定“有效铂表面积”。氧化物膜的状态和液泛状态是确定铂利用率的因子。当燃料电池20液泛时，铂利用率因水分而降低，导致输出降低，但根据第三实施例，通过使用校正表数据，相应地增加阴极背压，能校正输出的降低，因此，能更可靠地确保所需输出TW。此外，当干涸燃料电池20时，与液泛状态类似，阴极背压-输出特性曲线减小，但同样地，在这种情况下，通过使用校正表数据，相应地增加阴极背压，能校正输出的降低，因此，能更可靠地确保所需输出TW。因此，能更进一步提高发电性能。
注意，在第三实施例中，在阻抗R的基础上，确定燃料电池20内部的湿度状态，但相反，作为第三实施例的第一改进例子，可以在燃料电池中提供露点计，使得在来自露点计的测量结果的基础上，确定湿度状态。根据第一改进例子，能更高精度地确定燃料电池的湿度状态。
此外，在第三实施例的步骤S315中，执行AND确定来确定阻抗R不小于第一预定值R1且不大于第二预定值R2，但相反，作为第三 实施例的第二改进例子，可以仅确定有关阻抗R是否高于第二预定值R2。通过该构造，当燃料电池20液泛时，使用校正表数据，能估算阴极背压-输出特性曲线。此外，作为第三实施例的第三改进例子，可以仅确定有关阻抗R是否低于第一预定值R1。通过该构造，当燃料电池20干涸时，使用校正表数据，能估算阴极背压-输出特性曲线。注意，在第三实施例中，在液泛状态和干涸状态两者中，均使用相同的校正表数据，但相反，也可以使用具有由正常表数据确定的、与阴极背压-输出特性曲线不同的差的单独的校正表数据。
此外，在第三实施例中，在阻抗R的基础上，做出有关燃料电池20液泛还是干涸的确定，但相反，作为第三实施例的第四改进例子，可以在由温度传感器2c检测的燃料电池20的温度的基础上，做出有关燃料电池20被液泛还是干涸的确定。通过第四改进例子，获得与第三实施例类似的效果。
此外，在第三实施例及其各个改进例子中，第一实施例的步骤S170由图7中所示的处理代替，但相反，作为第三实施例的第五改进例子，第二实施例的步骤S170(图4)可以由图7中所示的处理代替。根据第五改进例子，获得与第二实施例类似的效果，此外，即使当燃料电池20液泛或干涸时，也能更可靠地确保所需输出TW。
第四实施例
根据第四实施例的燃料电池系统不同于根据第三实施例的燃料电池系统10之处仅在于由控制单元执行的特性曲线估算处理，所有其他软件和硬件构造均相同。由于第四实施例的硬件构造与第三实施例相同，因此，与第一实施例相同，与用在第一实施例中相同的参考符号被分配给下述描述中的组成元件。
图9是示出根据第四实施例的特性曲线估算处理的流程图。代替步骤S170的处理，在图2所示的阴极背压控制处理期间，由控制单元 60执行该特性曲线估算处理。如图9所示，当处理开始时，确定有关燃料电池20是否处于空闲状态(步骤S410)。空闲状态是燃料电池20接收空闲负荷的状态。空闲负荷的大小接近在开路(OC)状态中接收的负荷。在该实施例中，通过确定由电压传感器2b检测的电压在至少预时刻间内，是否连续地高于预定电压，做出有关燃料电池20是否处于空闲状态的确定。其中，当确定燃料电池20不处于空闲状态时，使用正常表数据，估算阴极背压-输出特性曲线(步骤S420)。步骤S420的处理与图7中的步骤S320的处理相同，正常表数据的值也相同。
另一方面，当在步骤S410确定燃料电池20处于空闲状态时，使用校正表数据，估算阴极背压-输出特性曲线(步骤S430)。步骤S430的处理基本上与图7中的步骤S330的处理相同，因此，如图8所示，使用相对于正常表数据的曲线C1、C2、C3，具有表示减小的输出的曲线的校正表数据，估算阴极背压-输出特性曲线。图8中所示的曲线C1'、C2'、C3'是对应于液泛状态或干涸状态的阴极背压-输出特性曲线。因此，用在步骤S430中的校正表数据的曲线C1'、C2'、C3'在形状上不同于用在步骤S330中的校正表数据的曲线C1'、C2'、C3'。更具体地说，用在步骤S430中的校正表数据与空闲状态匹配，因此，取与用在图7的步骤S320中的校正表数据不同的值。然而，如上所述，校正表数据表示相对于正常表数据的曲线C1、C2、C3，具有减小的输出的曲线。
通过具有上述构造的、根据第四实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，获得下述效果。在空闲状态中，以高电压连续地执行发电，因此，铂的氧化物膜量增加，然后处于固定量，导致铂利用率下降。在第四实施例中，通过使用校正表数据，增加阴极背压，能校正由铂利用率降低而导致的输出降低，因此，能更可靠地确保所需输出TW。因此，能更进一步地提高发电性能。
注意，在第四实施例中，第一实施例的步骤S170由图9的处理代 替，但相反，作为第四实施例的第一改进例子，可以由图9中所示的处理代替第二实施例的步骤S170(图4)。根据第一改进例子，能获得与第二实施例类似的效果，此外，即使在空闲状态期间，也能更可靠地确保所需输出。
此外，作为第四实施例的第二改进例子，可以由如图10所示，确定有关燃料电池20是否处于间歇操作条件(步骤S510)的构造，代替第四实施例的第一改进例子中的步骤S410的处理。在间歇地重复起动和停止对燃料电池20的反应气体(氧化剂气体和燃料气体)供给的间歇操作条件中，连续地保持低电压。因此，铂的氧化物膜量减少，然后处于固定量，由此，铂利用率增加到约100％。因此，当在步骤S510，确定燃料电池20处于间歇操作条件时，使用正常表数据，估算阴极背压-输出特性曲线，与图9的步骤S420类似。另一方面，当在步骤S510，确定燃料电池20不处于间歇操作条件时，使用校正表数据，估算阴极背压-输出特性曲线，与图9的步骤S430类似。这样做，能更可靠地确保所需输出TW。
第五实施例
在根据第一至第四实施例的燃料电池系统中，在预定时刻，执行从检测阴极背压灵敏度S扩展到估算阴极背压-输出特性曲线的处理，由此，通过参考阴极背压-输出特性曲线，计算对应于所需输出TW的目标阴极背压TP。在替代构造中，可以在预定期间内，诸如一天或一周，连续地使用所估算的阴极背压-输出特性曲线。该构造用在根据第五实施例的燃料电池系统中。在将第五实施例应用于第一实施例的情况下，例如，当在图2的步骤S170，首先获得阴极背压-输出特性曲线，将所估算的阴极背压-输出特性曲线存储在非易失存储器，例如，即使在关闭燃料电池系统的电源后，也能保持其存储内容的、包括在控制单元60中的可擦除可骗程只读存储器(EPROM)中时，并且在该预定期间内，在阴极背压控制处理期间，仅执行图2的步骤S180至S192。换句话说，在步骤S190，使用在EPROM中存储的阴极背压-输出特性 曲线，计算目标阴极背压TP。在预定期间经过后，通过执行图2的步骤S110至S194，更新阴极背压-输出特性曲线，由此，在整个下一预定期间，使用更新的阴极背压-输出特性曲线。
如上所述，在阴极背压灵敏度S的基础上确定的阴极背压-输出特性曲线对应于铂表面积，因此，通常在几天当中，不会极大改变。因此，通过根据第五实施例的燃料电池系统，同样地能高精度地计算目标阴极背压TP。此外，每预定期间，仅需要计算阴极背压-输出特性曲线一次，使得提高处理的响应性。注意，第五实施例的构造同样地可应用于第二至第四实施例的任何一个以及第一实施例。
第六实施例
接着，将描述第六实施例。第六实施例具有与第一实施例相同的硬件构造，因此，在下述描述中，与第一实施例相同的参考符号被分配给各个组件。在第一实施例中，通过预先在表数据中定制多个阴极背压-输出特性曲线，然后在阴极背压灵敏度S的基础上，选择一个阴极背压-输出特性曲线，估算阴极背压-输出特性曲线。另一方面，在第六实施例中，使用用于确定电流密度的公式，估算阴极背压-输出特性曲线。首先，将考虑由燃料电池20生成的电流密度。由下述等式(1)，确定电流密度。
i＝APtiO(1-θ)(PO2/Pref)exp(-αFη/RT)  …(1)
其中，“i”是电流密度，“APt”是阴极铂表面积，“iO”是阴极交流电流密度，“θ”是氧化物膜率，“PO2”是所需氧气分压，“Pref”是基准氧浓度，“α”是电荷转移系数，“F”是法拉第常数，“η”是阴极过电压，“R”是气体常数，并且“T”是燃料电池温度。
在等式(1)中，能由在第一实施例中确定的阴极背压灵敏度S的估算，获得阴极铂表面积APt的值。如在第一实施例中所述，根据铂表面积，阴极背压-输出特性曲线的形状会改变，因此，由阴极背压灵敏度S估算其形状。因此，估算阴极背压-输出特性曲线等效于估算阴极 铂表面积。阴极交流电流密度iO的值是在燃料电池的设计阶段确定的固定值。
氧化物膜率θ是未知值。值(1-θ)表示铂利用率。如上所述，严格地说，由氧化物膜状态和液泛状态，确定铂利用率，但在第六实施例中，值(1-θ)表示假定未发生液泛的铂利用率。因此，当铂利用率(1-θ)还未知时，执行刷新处理来清除氧化物膜(氧化物膜率θ＝0)，因此，将铂利用率(1-θ)设定在已知值。
通过将由压力传感器3b检测的阴极背压P乘以预定氧气比率(例如0.21)，获得所需氧气分压PO2的值。基准氧浓度Pref的值是基准状态中的氧浓度，通常使用100(kpa-abs)。注意，“kpa-abs”是表示绝对压力的单位。电荷转移系数α、法拉第常数F和气体常数T分别取固定值。通过从开路电压(OCV)减去实际电压，获得阴极过电压η的值。“实际电压”是由电压传感器2b获得的单一电池的电压。由温度传感器2c获得燃料电池温度T。
图11是示出根据第六实施例的特性曲线估算处理的流程图。在第六实施例中，执行与图2中所示的、第一实施例的阴极背压控制处理基本上相同的处理，但是由该特性曲线估算处理代替图2中的步骤S170的处理。换句话说，除步骤S170外，根据第六实施例的阴极背压控制处理与根据第一实施例的阴极背压控制处理相同。
如图11所示，当该处理开始时，首先，控制单元60从温度传感器2c获得燃料电池温度T(步骤S610)。接着，控制单元60从电压传感器2b获得电池电压V，并且通过从OCV减去电池电压V，确定阴极过电压(步骤S620)。接着，控制单元60在图2的步骤S160确定的阴极背压灵敏度S的基础上，确定阴极铂表面积APt(步骤S630)。如上所述，能由阴极背压灵敏度S计算阴极铂表面积APt。
接着，控制单元60确定铂利用率是否已知(步骤S640)。如上所述，在空闲(避免OC)操作后，以低电压(高电压)发电后，铂的氧化物膜量处于固定量(大侧)，因此，θ的值基本上为零，在这种情况下，已知铂利用率。此外，在例如间歇操作(自然电压降)后，在某一固定电压范围(低电压)中发电后，铂膜量处于固定量(小侧)，因此，θ取例如0.5的值，在这种情况下，铂利用率已知。因此，通过确定是否已经在低电压(高电压)向发电或在是否已经在固定电压范围(低电压)中发电，做出步骤S640的有关铂利用率是否已知的确定。
当在步骤S640确定铂利用率未知时，控制单元60使处理进行到步骤S650，其中，执行刷新处理，然后，从头执行图2的阴极背压控制。执行刷新处理来去除阴极催化剂层的铂氧化物膜。更具体地说，通过DC/DC转换器51，使燃料电池20的电池电压降低到预先设定的阈值，作为恢复目标电压。然后，使转换器命令电压保持在该阈值，使得吹走氧化剂气体，使氧气利用率达到或超出100％，因此，消除由DC/DC转换器51产生的电压降。这样做，使燃料电池20的电池电压降低到降低区，由此，能减少和去除Pt催化剂的表面上的氧化物膜。注意，通过完全打开背压调节阀A1和最大化空气压缩机31的电动机M1的转速，吹走氧化剂气体。
另一方面，当在步骤S640确定铂利用率已知时，控制单元60使用等式(1)，估算阴极背压-输出特性曲线(步骤S660)。如上所述，等式(1)中的变量是阴极铂表面积APt、氧化物膜率θ、所需氧气分压PO2、阴极过电压η和燃料电池温度T，并且在步骤S610至S650中确定这些变量，除所需氧气分压PO2外。因此，控制单元60通过将在步骤S610至S650中确定的各个变量插入等式(1)中，确定所需氧气分压PO2与电流密度i之间的对应关系。然后，通过将所需氧气分压PO2转换成阴极背压P并且将电流密度i转换成输出W，由该对应关系，确定阴极背压-输出特性曲线。在执行步骤S660后，暂时终止特性曲线估算处理。
因此，通过根据第六实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，通过根据第六实施例的燃料电池系统，使用公式，确定阴极背压-输出特性曲线，因此，不必在存储器中预定定制映射多个阴极背压-输出特性曲线的表数据。因此，能节省存储资源。
注意，在第六实施例中，由图11的处理代替第一实施例的步骤S170，但相反，作为第六实施例的改进例子，可以由图11的处理代替第二实施例的步骤S170(图4)。根据该改进例子，获得与第二实施例类似的效果，此外，能节省存储资源。
第七实施例
根据第七实施例的燃料电池系统具有与根据第六实施例的燃料电池系统10相同的硬件构造，并且由控制单元执行的阴极背压控制处理(图2，图11)也相同。根据第七实施例的燃料电池系统不同于根据第六实施例的燃料电池系统10之处在于进一步包括作为软件的湿度控制处理。注意，因为第七实施例的硬件构造与第一实施例相同，将与第一实施例相同的参考符号分配给下述描述中的各个组件。
图12是示出根据第七实施例的湿度控制处理的流程图。在阴极背压控制处理的步骤S192(图2，图11)中，在执行将阴极背压P控制到目标阴极背压TP的处理后，开始湿度控制处理。当该处理开始时，首先，控制单元60执行从压力传感器3b获得阴极背压P的处理(步骤S710)。接着，控制单元60获得燃料电池20的实际输出W(步骤S720)。更具体地说，控制单元60通过分别从电流传感器2a和电压传感器2b获得电流和电压，然后，使电流与电压相乘，将输出电力确定为输出W。
接着，控制单元60比较实际阴极背压灵敏度与估算的阴极背压灵 敏度S，并且将实际输出绝对值与估算输出绝对值进行比较，以便确定实际阴极背压灵敏度是否与所估算的阴极背压灵敏度匹配以及实际输出绝对值是否与估算的输出绝对值匹配(步骤S730)。从在步骤S710获得的实际阴极背压P和在步骤S720获得的实际输出W，得出实际阴极背压灵敏度和实际输出绝对值。由在图2的阴极背压控制处理(更具体地说，在图11的步骤S760中确定)中估算的阴极背压-输出特性曲线，确定所估算的阴极背压灵敏度S和所估算的输出绝对值。其中，“匹配”不仅包括值完全相同的情形，而且包括值在可容许范围内偏差的情形。如上所述，阴极背压灵敏度是表示相对于阴极背压P，燃料电池的输出W的变化的特性曲线上，在预定时刻(例如，开始增加阴极背压的时刻)时的斜率。输出绝对值是在预定时刻，特性曲线上的输出W的绝对值。
当在步骤S730确定实际阴极背压灵敏度与所估算的阴极背压灵敏度匹配并且实际输出绝对值与所估算的输出绝对值匹配时，暂时终止阴极背压控制处理。另一方面，当在步骤S730确定实际阴极背压灵敏度与所估算的阴极背压灵敏度不匹配和/或实际输出绝对值与所估算的输出绝对值不匹配时，确定在燃料电池20中出现液泛，因此，执行液泛避免处理(步骤S740)。
如上所述，通过氧化物膜状态和液泛状态，确定铂利用率，并且在第六实施例中，假定液泛未发生，执行阴极背压控制处理另一方面，。在第七实施例中，代替假定液泛未发生，当由实际阴极背压P和实际输出W得出的实际阴极背压灵敏度和实际输出绝对值偏离由在阴极背压控制处理中估算的阴极背压-输出特性曲线确定的所估算的阴极背压灵敏度S和所估算的输出绝对值时，确定液泛发生，在这种情况下，执行液泛避免处理。换句话说，当在步骤S730确定实际阴极背压灵敏度与所估算的阴极背压灵敏度不匹配和/或实际输出绝对值与所估算的输出绝对值不匹配时，执行液泛避免处理。
执行步骤S740的液泛避免处理来将由加湿模块33施加的加湿量降低到正常条件以下。注意，液泛避免处理不必限定到该构造，而是可以通过另一方法，诸如增加燃料电池20的内部温度来执行。更具体地说，在承载流过燃料电池的内部的制冷剂的制冷剂流路通过在散热风扇旁提供的散热器的情况下，通过停止散热风扇，增加内部温度。
如上所述，燃料电池的输出与有效铂表面积成比例，通过铂利用率和铂表面积，确定有效铂表面积。因此，在下文中，将描述当铂利用率和铂表面积的各个大小改变时，阴极背压-输出特性曲线取决于液泛是否发生而改变的方式。
图13是示出在各种条件下，取决于液泛存在与否，阴极背压-输出特性曲线的变化的示例图。条件是高低铂利用率以及大小铂表面积的各个组合。
当铂利用率高并且有效铂表面积大时，如图13A所示，不管存在(虚线)还是不存在(实线)液泛，阴极背压灵敏度(斜率)均不改变，而当液泛存在时，输出绝对值小于当液泛不存在时。当铂利用率高并且有效铂表面积小时，如图13B所示，当液泛存在时，阴极背压灵敏度(斜率)和输出绝对值均小于当液泛不存在时。当铂利用率低并且有效铂表面积大时，如图13C所示，当液泛存在时，阴极背压灵敏度(斜率)和输出绝对值均小于当液泛不存在时。当铂利用率低并且有效铂表面积小时，如图13D所示，与液泛存在(虚线)还是不存在(实线)无关，输出绝对值不会极大改变，而当液泛存在时，阴极背压灵敏度(斜率)小于当液泛不存在时。
因此，很显然，通过将液泛不存在时的阴极背压灵敏度(斜率)和输出绝对值的各个值与当液泛存在时的值进行比较，即使当铂利用率和铂表面积的各自大小改变时，也能在比较结果的至少一个的基础上，确定液泛的存在。
通过具有上述构造，根据第七实施例的燃料电池系统，与根据第六实施例的燃料电池系统类似，能更可靠地确保所需输出TW，能提高发电性能。此外，通过根据第七实施例的燃料电池系统，通过避免液泛，能处理液泛发生时的情形，使得进一步改进发电性能。
注意，在第七实施例中，与第六实施例类似，由图11的处理代替第一实施例的步骤S170，但相反，作为第七实施例的改进例子，可以由图11所示的处理，代替第二实施例的步骤S170(图4)。根据该改进例子，获得与第二实施例类似的效果，此外，能节省存储资源，并且通过避免液泛，能实现发电性能的进一步提高。
此外，在第七实施例中，使用公式，确定阴极背压-输出特性曲线，但与第一实施例类似，在存储器中预先定制映射多个阴极背压-输出特性曲线的表数据的构造，并且在阴极背压灵敏度S的基础上，由此选择所需的阴极背压-输出特性曲线，或换句话说，相反，可以采用图2的步骤S170的初始构造。同样地，通过该构造，能避免液泛，实现发电性能的进一步提高。
第八实施例
根据第八实施例的燃料电池系统具有与根据第一实施例的燃料电池系统10相同的硬件构造。注意，在下述描述中，将与第一实施例相同的参考符号分配给硬件的各个组件。在第八实施例中，与通过单一控制过程，提高蓄电池52的状态同时，确保燃料电池的输出。由控制单元60执行该总控制。
图14是示出根据第八实施例的总控制处理的流程图。以预时刻间间隔，由控制单元60重复地执行该总控制处理。如该图所示，当处理开始时，控制单元60执行检测和估算燃料电池20和蓄电池52的各自的状态的处理(步骤S810)。例如，控制单元60通过由其阻抗值估算 燃料电池20中的水分量，并且由该水分量确定燃料电池20干涸还是液泛，检测燃料电池20的状态。此外，例如，控制单元60通过从起动期间获得的电压测量确定蓄电池52的劣化状态，检测蓄电池52的状态。
接着，控制单元60在步骤S810估算的燃料电池20和蓄电池52的状态的基础上，确定蓄电池的SOC的适当范围(步骤S820)。“SOC”是表示蓄电池中的剩余电力量的指标，并且在此定义为当完全充电蓄电池时，通过将蓄电池52中剩余的电量除以在蓄电池中储存的电量获得的值。注意，蓄电池的SOC可以定义为可充电量，而不是剩余容量。“适当范围”是能有效地使用蓄电池52的范围。适当范围根据燃料电池20的状态和蓄电池52的状态而改变。当燃料电池20的内部状态劣化时，使适当范围设定成更高值。
接着，控制单元60执行读取蓄电池52的SOC的处理(步骤S830)。更具体地说，在由蓄电池电流传感器(未示出)检测的蓄电池52的充/放电电流的基础上，计算SOC。接着，控制单元60确定在步骤S830中获得的SOC是否在步骤S820获得的适当范围内(步骤S840)。当在步骤S840中确定SOC不在适当范围内时，确定使蓄电池52的SOC转变到适当范围内所需的充/放电量(步骤S850)。
在执行步骤S850后，控制单元60确定燃料电池20所需的所需输出TW达到由在步骤S850中确定的蓄电池充/放电量升高(增加)的大小所需的阴极背压和阴极流量的变化(变化量)(步骤S860)。“阴极流量”是供给到燃料电池20的氧化剂气体的流量。
图15是示出在执行阴极背压控制处理期间，阴极背压P和阴极流量L之间的对应关系的图。当下压加速器踏板80，使得操作条件从点Xa转变到点Xb时，通过根据第一实施例的阴极背压控制处理，沿由图中的箭头α表示的路径，转变操作条件。根据第八实施例，另一方 面，沿由图中的箭头β表示的路径，转变操作条件。换句话说，如由箭头β所示，使阴极流量L的增量与阴极背压P的增量的比率控制到大于由箭头α所示的第一实施例的比率。
图16是示出燃料电池20的阴极背压P、阴极流量L和输出W的变化的时序图。假定在时刻t1下压加速器踏板80，使得燃料电池20的输出W在时刻t2达到所需输出TW。时刻t1的时刻对应于图15中的点Xa，并且时刻t2的时刻对应于图15中的点Xb。图中的虚线表示根据第一实施例的变化，而图中的实线表示根据第八实施例的变化。
如该图所示，在从时刻t1到时刻t2的过渡期间，根据第一实施例的阴极背压P改变，使得随时间暂时增加，而根据第八实施例的阴极背压P改变，使得以相对于第一实施例的延迟增加。然而，注意，在第一实施例和第八实施例中，阴极背压P达到实现所需输出TW所需的目标阴极背压TP的时刻t2是相同的。同时，根据第八实施例的阴极流量L改变，使得比第一实施例更早地增加，阴极流量L达到实现所需输出TW所需的目标阴极流量TL的时刻设定在时刻t3，早于根据第一实施例的、阴极流量L达到该目标阴极流量TL的时刻t2。
根据第八实施例的输出W的变化如图所示，并且燃料电池20的输出W达到所需输出TW的时刻设定在时刻t4，早于根据第一实施例的时刻t2。换句话说，输出W达到所需输出TW的时刻早于阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻t2。该图中的阴影部分表示通过将输出W达到所需输出TW的时刻提前获得的、相对于第一实施例的电力增量Wadd。将电力增量Wadd定义成匹配在步骤S850中确定的蓄电池充/放电量。换句话说，在图14的步骤S860中，确定改变阴极背压P和阴极流量L的方式(变化速度/延迟时间)，使得输出W如图15和16所示变化。
在执行步骤S860后，控制单元60执行阴极背压控制处理(步骤 S870)和阴极流量控制处理(步骤S880)。在阴极背压控制处理和阴极流量控制处理中，根据步骤S860中确定的变化方式，控制阴极背压P和阴极流量L。通过与第一实施例相同的处理例程，实现阴极背压控制处理。注意，可以由根据第二实施例的阴极背压控制处理，代替根据第一实施例的阴极背压控制处理。在阴极流量控制处理中，通过改变用于空气压缩机31的电动机M1的转速，控制阴极流量。在该图中，在执行步骤S870后，执行步骤S880，但这是为了示例方便，实际上，可以并行地执行步骤S870和步骤S880。
在执行步骤S870和步骤S880后，暂时终止总控制处理。另一方面，当在步骤S840中确定SOC在适当范围内时，处理进行到步骤S870以便执行阴极背压控制处理和阴极流量控制处理，而不执行步骤S850和S860。
通过具有上述构造的、根据第八实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，通过根据第八实施例的燃料电池系统，在比阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻更早的时刻，燃料电池的输出W达到所需输出TW，因此，能获得对应于电力增量Wadd的剩余电力。然后，通过该剩余补偿蓄电池充/放电量。因此，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
注意，在第八实施例中，当SOC偏离适当范围时，确定蓄电池处于不良状态中，但本发明不必限定于此。可以由另一状态确定蓄电池处于不良状态中，只要当该蓄电池处于不良状态时，在较早时刻增加阴极流量L以便提供改进蓄电池的状态所需的辅助电力。
此外，改变阴极背压P和阴极流量L的方式不限于图15和16所示的模式，而是只要与第一实施例相比，获得电力增量Wadd，变化速度和延迟时间可以不同于图15和16所示。
第九实施例
根据第九实施例的燃料电池系统不同于根据第八实施例的燃料电池系统10之处仅在于由控制单元执行的总控制处理，所有其他软件和硬件构造均相同。由于第九实施例的硬件构造与第八实施例相同，因此与第一实施例也相同，将与第一实施例相同的参考符号分配给下述描述中的各个组件。
图17是示出根据第九实施例的总控制处理的流程图。以预时刻间间隔，由控制单元60重复地执行总控制处理。该总控制处理包括与图14所示的、根据第八实施例的总控制处理相同的步骤S810、S870和S880，但不同之处在于提供步骤S920至S930，代替图14的步骤S820至S860。控制单元60在步骤S810估算的燃料电池20的状态的基础上，确定燃料电池20的状态是否良好(步骤S920)。当在此确定燃料电池的状态不良时，确定阴极背压和阴极流量的变化，使得燃料电池20所需的所需输出TW达到由被操作来改进燃料电池20的状态的配件的动力量提高(增加)的大小(步骤S930)。其中，确定改变阴极背压P和阴极流量L的方式(变化速度/延迟时间)，使得图16中所示的电力增量Wadd与所操作的配件的动力匹配。
在执行步骤S930后，控制单元60执行阴极背压控制处理(步骤S870)和阴极流量控制处理(步骤S880)。在阴极背压控制处理和阴极流量控制处理中，根据步骤S930中确定的变化方式，控制阴极背压P和阴极流量L。在执行步骤S880后，暂时终止总控制处理。当在步骤S920中确定燃料电池20的状态良好时，另一方面，处理进行到步骤S870，无需执行步骤S930。
通过具有上述构造的、根据第九实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，能更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，通过根据第九实施例的燃料电池系统， 在比阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻更早的时刻，燃料电池的输出W达到所需输出TW，因此，能获得对应于电力增量Wadd的剩余电力。然后通过该剩余，补充配件的动力，该配件被操作以便改进燃料电池20的状态。因此，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。
第十实施例
根据第十实施例的燃料电池系统不同于根据第八实施例的燃料电池系统10之处仅在于由控制单元执行的总控制处理，所有其他软件和硬件构造均相同。由于第十实施例的硬件构造与第八实施例相同，因此，与第一实施例也相同，与用在第一实施例中的相同的参考符号被分配给下述描述中的各个组件。
图18是示出根据第十实施例的总控制处理的流程图。以预时刻间间隔，由控制单元60重复地执行总控制处理。如图所示，当开始处理时，首先，控制单元60获得阻抗R(步骤S1010)。通过将由电压传感器2b检测的电压除以由电流传感器2a检测的电流，获得阻抗R。
接着，控制单元60确定所获得的阻抗R是否大于第二预定值R2(步骤S1020)并且确定阻抗R是否小于第一预定值R1(<R2)(步骤S1030)。第一预定值R1和第二预定值R2取与第三实施例相同的值。当在步骤S1020和S1030中确定阻抗R在从第一预定值R1延伸到第二预定值R2的适当范围内时(R2≤R≤R1)(S1020和S1030均是否定确定)，处理进行到步骤S870。在步骤S870和S880中，以与图14所示的第八实施例相同的方式，执行阴极背压控制处理和阴极流量控制处理。
另一方面，当在步骤S1030中确定阻抗R小于第一预定值R1时，确定水分量过大(即，确定发生液泛)，因此，控制单元60使处理进行到步骤S1040。在步骤S1040中，控制单元60与第八和第九实施例 类似，确定改变阴极背压P和阴极流量L的方式(变化速度/延迟时间)，使得在比阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻更早的时刻，阴极流量L达到阴极流量TL。使通过以这种方式，首先增加阴极流量L获得的电力增量Wadd(图16)与被操作以便改进液泛状态的配件的动力匹配。
同时，当在步骤S1020中确定阻抗R大于第二预定值R2时，确定水分量过滤(即，确定燃料电池干涸)，因此，使处理进行到步骤S1050。在步骤S1050，确定阴极控制方法，使得阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻早于阴极流量L达到目标阴极流量TL的时刻。换句话说，使阴极背压P和阴极流量L之间的关系与第八实施例相反，使得改变阴极背压P的方式与图16中“阴极流量L”改变的方式匹配，并且改变阴极流量L的方式与图16中“阴极背压P”改变的方式匹配。相应地，阴极流量L达到目标阴极流量TL的时刻对应于时刻t2，并且阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻对应于早于时刻t2的时刻t3。使以这种方式首先增加阴极背压P获得的电力增量与被操作以便改进干涸状态的配件的动力匹配。
在执行步骤S1040或步骤S1050后，与当在步骤S1030中做出否定判时刻类似，控制单元60使处理进行到步骤S870。通过执行步骤S870和S880，以在步骤S1040中确定的方式，改变阴极背压P和阴极流量L。
通过具有上述构造的、根据第十实施例的燃料电池系统，与根据第一实施例的燃料电池系统10类似，更可靠地确保所需输出TW，因此，能提高发电性能。此外，通过根据第十实施例的燃料电池系统，在比阴极背压P达到目标阴极背压TP的时刻更早的时刻，燃料电池的输出W达到所需输出TW，因此，能获得对应于电力增量Wadd的剩余电力。然后，通过该剩余，补充改进液泛状态所需的配件的动力。因此，在整个燃料电池系统中，能保持电力的需求和供给之间的平衡。 此外，当燃料电池干涸时，能改进干涸状态，因此，在整个燃料电池系统中，同样地能维持电力的需求和供给之间的平衡。
注意，可以组合从第八实施例到第十实施例的各个实施例。更具体地，可以结合从第八实施例至第十实施例选择的两个实施例，或可以结合所有三个实施例。
本发明不限于上述的第一至第十实施例以及其改进例子，在不背离其主题的范围内，可以以各种形式实现。例如，可以实现下述改进。
改进例子1
在上述实施例中，在从燃料电池20排出的氧化剂气体的压力(阴极背压)的基础上，确定用作压力灵敏度的阴极背压灵敏度S，但相反，可以在供给到燃料电池20的氧化剂气体的压力的基础上，确定压力灵敏度。还可以在燃料电池的单元中提供的氧化剂气体流路中的氧化剂气体的压力的基础上，确定压力灵敏度。此外，可以在氧化剂气体供给口和氧化剂气体排放口之间的压力差的基础上，确定压力灵敏度。
改进例子2
在上述实施例中，燃料电池是固定高分子型燃料电池，但也可以是除固体高分子型燃料电池外的类型的燃料电池。
改进例子3
在上述实施例中，应用本发明的燃料电池系统安装在车辆，诸如汽车中，但也可以安装在各种运动体(摩托车、轮船、飞行器、机器人等等)以及车辆中。此外，本发明不限于安装在运动体中的燃料电池系统，而是也可以应用于固定燃料电池系统或便携式燃料电池系统。
改进例子4
在上述实施例和改进例子中，由软件实现的功能可以由诸如分立 电子电路的硬件实现。
本发明可以实现为安装有根据本发明的燃料电池系统的车辆、用于使计算机实现对应于用于根据本发明的燃料电池系统的控制方法的步骤的功能的计算机程序或存储介质等等。