燃料電池系統和燃料電池的控制方法與流程

2023-06-24 17:15:16

本申請主張基於在2015年6月26日申請的申請號為2015-128259號的日本專利申請的優先權，其公開的全部內容通過參照而包含於本申請。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統。

背景技術：

燃料電池具有層疊多個成為發電的基本單位的發電體(以後也稱作「單電池」)而成的堆疊構造。以往，已知有包含這樣的燃料電池而構成的燃料電池系統。在JP2011-034837A中，記載有用於使燃料電池系統在冰點下環境下起動的方法。

技術實現要素：

發明要解決的課題

在JP2011-034837A那樣的燃料電池系統的起動時，在檢測到燃料電池的電壓的下降的情況下，燃料電池系統為了抑制燃料電池的單電池(cell)的劣化而進行燃料電池的輸出限制。具體而言，燃料電池系統對針對燃料電池要求的電流設置上限。

與電壓的下降相伴的單電池的劣化具有隨著單電池的溫度變高而容易加深這一性質。因此，燃料電池系統隨著燃料電池的溫度變高而加大燃料電池的輸出限制量。另一方面，作為表示燃料電池的溫度的指標，使用了用於冷卻燃料電池的冷卻介質的溫度。該冷卻介質的溫度能夠通過利用溫度傳感器測定從燃料電池排出後的冷卻介質的溫度而簡便地取得。由上可知，在燃料電池系統中，在檢測到燃料電池的電壓的下降的情況下，可考慮以與冷卻介質的溫度相應的大小的輸出限制量來進行燃料電池的輸出限制。

在此，在燃料電池具備多個單電池的情況下，燃料電池的各單電池的溫度並不均勻。例如，位於堆疊構造的端部周邊的單電池與位於中央部周邊的單電池相比，容易散熱且升溫性差，因此具有溫度較低這一特徵。與此相對，冷卻介質的溫度終究只不過是表示燃料電池整體的溫度的指標。因此，在以與冷卻介質的溫度相應的輸出限制量進行了燃料電池的輸出限制的情況下，尤其會針對位於燃料電池的端部周邊的單電池施加過剩的輸出限制。這樣的過剩的輸出限制存在會招致燃料電池的各單電池的發熱量的下降而使燃料電池的起動性惡化這一課題。

因此，渴求有一種既能利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池的輸出限制、又能夠提高燃料電池的起動性的燃料電池系統。

用於解決課題的手段

本發明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方案而實現。

(1)根據本發明的一方案，提供一種燃料電池系統。該燃料電池系統具備：層疊多個單電池而成的燃料電池；單電池監視器，測定所述單電池的電壓即單電池電壓；溫度測定部，測定所述燃料電池的冷卻所使用的冷卻介質的溫度；以及控制部，基於所述單電池電壓的下降來進行所述燃料電池的輸出限制，並且將所述輸出限制中的輸出限制量設為與由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度相應的量，在從所述燃料電池的端部周邊的所述單電池取得的所述單電池電壓成為了第一閾值以下的情況下，所述控制部使所述輸出限制所使用的輸出限制量比與由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度相應的所述輸出限制量小。

燃料電池的輸出限制量與燃料電池的溫度存在正的相關。即，燃料電池的溫度越高，則輸出限制量越大，燃料電池的溫度越低，則輸出限制量越小。另一方面，在燃料電池具備多個單電池的情況下，燃料電池的各單電池的溫度並不均勻。例如，燃料電池的端部周邊的單電池的溫度比燃料電池的中央部周邊的單電池的溫度低。因此，作為表示燃料電池的溫度的指標而廣泛使用的冷卻介質的溫度比實際的燃料電池的端部周邊的單電池的溫度高。因此，在根據冷卻介質的溫度決定了燃料電池的輸出限制量的情況下，會對燃料電池的端部周邊的單電池施加過剩的輸出限制(即，輸出限制量過大)。這樣的過剩的輸出限制會招致燃料電池的各單電池的發熱量的下降，成為燃料電池的起動性的惡化的原因。關於這一點，根據該方案的燃料電池系統，在從燃料電池的端部周邊的單電池取得的單電池電壓發生了下降的情況下，控制部使燃料電池的輸出限制所使用的輸出限制量比與由溫度測定部測定到的冷卻介質的溫度相應的輸出限制量小。因此，根據本方案的燃料電池系統，能夠避免對燃料電池的端部周邊的單電池施加過剩的輸出限制，所以能夠提高燃料電池的各單電池的發熱量，並且能夠提高燃料電池的起動性。其結果，根據本方案的燃料電池系統，既能夠利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池的輸出限制，又能夠提高燃料電池的起動性。

(2)在上述方案的燃料電池系統中，所述控制部可以根據修正後溫度，來決定從所述燃料電池的端部周邊的所述單電池取得的所述單電池電壓成為了所述第一閾值以下的情況下的所述輸出限制量，所述修正後溫度被修正成了比由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度低的溫度。

根據該方案的燃料電池系統，控制部能夠根據以與燃料電池的端部周邊的單電池的溫度相匹配的方式被修正為低的修正後溫度來決定燃料電池的輸出限制量。

(3)在上述方案的燃料電池系統中，所述控制部可以通過一次延遲要素來進行所述修正。

根據該方案的燃料電池系統，控制部通過一次延遲要素來求出修正後溫度。因此，修正後溫度在燃料電池起動後的一段期間內成為比由溫度測定部測定到的冷卻介質的溫度低的溫度，之後成為與由溫度測定部測定到的冷卻介質的溫度相近的溫度。其結果，控制部在燃料電池起動後的一段期間(例如，燃料電池的預熱進行以前的一定程度的期間)能夠使燃料電池的各單電池的發熱量的提高和與此相伴的起動性的提高優先，之後(例如，燃料電池的預熱進行之後)能夠使單電池的劣化的抑制優先。

(4)在上述方案的燃料電池系統中，在所述燃料電池系統的預熱期間，所述控制部可以通過一次延遲要素來進行所述修正，在所述燃料電池系統的預熱結束後，所述控制部可以通過一次延遲要素和根據環境溫度而決定的值中使所述修正的量較大的一方來進行所述修正。

根據該方案的燃料電池系統，在燃料電池系統的預熱期間，控制部通過一次延遲要素來求出修正後溫度。因此，在燃料電池系統的預熱期間，能夠使燃料電池的各單電池的發熱量的提高和與此相伴的起動性的提高優先。另外，在燃料電池系統的預熱結束後，控制部通過一次延遲要素和根據環境溫度而決定的值中使修正的量較大的一方、也就是使修正後溫度更低的一方來求出修正後溫度。因此，在燃料電池系統的預熱結束後，能夠考慮環境溫度而儘可能實現起動性的提高，並且能夠抑制單電池的劣化。

(5)根據本發明的一方案，提供一種燃料電池系統。該燃料電池系統具備：層疊多個單電池而成的燃料電池；單電池監視器，測定所述單電池的電壓即單電池電壓；溫度測定部，測定所述燃料電池的冷卻所使用的冷卻介質的溫度；以及控制部，基於所述單電池電壓的下降來進行所述燃料電池的輸出限制，並且將所述輸出限制中的輸出限制量設為與由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度相應的量，在從所述燃料電池的端部周邊的所述單電池取得的所述單電池電壓成為了第一閾值以下、且從所述燃料電池的全部的所述單電池取得的所述單電池電壓成為了第二閾值以下的情況下，所述控制部選擇與修正後溫度相應的輸出限制量和與由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度相應的所述輸出限制量中較大的一方，來進行所述輸出限制，所述修正後溫度被修正成了比由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度低的溫度。

根據該方案的燃料電池系統，控制部選擇與修正後溫度即燃料電池的端部周邊的單電池的溫度相應的輸出限制量和與冷卻介質的溫度即燃料電池的溫度相應的輸出限制量中較大的一方，來進行燃料電池的輸出限制。其結果，根據本方案，在既能夠利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池的輸出限制、又能夠提高燃料電池的起動性的燃料電池系統中，還能夠加大單電池的劣化的抑制效果。

(6)在上述方案的燃料電池系統中，所述第一閾值可以是根據所述修正後溫度而決定的值，所述第二閾值可以是根據由所述溫度測定部測定到的所述冷卻介質的溫度而決定的值。

根據該方案的燃料電池系統，能夠根據修正後溫度即燃料電池的端部周邊的單電池的溫度來決定用於檢測燃料電池的端部周邊的單電池電壓的下降的第一閾值。另外，能夠根據冷卻介質的溫度即燃料電池的溫度來決定用於檢測燃料電池的全部的單電池電壓的下降的第二閾值。即，根據本方案的燃料電池系統，能夠精密地決定用於檢測單電池電壓的下降的閾值。

本發明能夠以上述形態以外的各種形態來實現。例如，能夠以燃料電池系統的控制裝置、燃料電池系統的控制方法、燃料電池的控制裝置、燃料電池的控制方法、用於實現這些控制方法的電腦程式、存儲有該電腦程式的非暫時性的存儲介質等形態來實現。另外，作為本發明的一方案的燃料電池系統的課題在於既利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池的輸出限制又提高燃料電池的起動性。但是，在該技術中，除此之外，還期待燃料電池系統的各種性能的提高、用戶體驗的提高、燃料電池系統的控制方法的簡略化、共通化等。

附圖說明

圖1是表示作為本發明的第一實施方式的燃料電池系統的概略結構的圖。

圖2是示出輸出限制量映射的一例的圖。

圖3是示出輸出限制量決定處理的順序的流程圖。

圖4是對端部溫度的推定方法進行說明的圖。

圖5是對端部溫度的推定方法的變形進行說明的圖。

圖6是示出第二實施方式的燃料電池系統的概略結構的圖。

圖7是示出第二實施方式的輸出限制量決定處理的順序的流程圖。

具體實施方式

A.第一實施方式：

A-1.燃料電池系統的結構：

圖1是表示作為本發明的第一實施方式的燃料電池系統的概略結構的圖。燃料電池系統10作為用於供給驅動用電源的系統，例如搭載於電動汽車而使用。在本實施方式的燃料電池系統10中，在檢測到燃料電池的端部周邊的單電池的單電池電壓的下降的情況下，以比與冷卻介質的溫度相應的輸出限制量小的輸出限制量進行燃料電池的輸出限制。

在此，「燃料電池的輸出限制」是指對燃料電池系統10對燃料電池要求的電流設置上限。另外，「輸出限制量」是指燃料電池系統10進行燃料電池的輸出限制時的限制的大小。在輸出限制量大的情況下，燃料電池系統10對燃料電池要求的電流的上限變低，在輸出限制量小的情況下，燃料電池系統10對燃料電池要求的電流的上限變高。另外，「端部周邊的單電池」是指層疊成堆疊構造的多個單電池中的至少包含位於層疊方向的最外側的單電池的相鄰的一個～數個單電池。「數個」例如可以是兩三個～五六個左右，例如也可以是從位於層疊方向的最外側的單電池到存在於層疊方向上的全部單電池的長度的1/20以下的範圍內的單電池。

燃料電池系統10具備燃料電池100、燃料氣體供給系統200、氧化氣體供給系統300、燃料電池冷卻系統400、負載裝置500、電源切換開關600、蓄電池700、單電池監視器800以及系統控制器900。

燃料電池100具有層疊多個燃料電池單電池110(以後，也簡稱為「單電池110」)而成的堆疊構造。單電池110具備電解質膜、配置於電解質膜的一個面的陽極側催化劑電極層(以後，也簡稱為「陽極」)和配置於電解質膜的另一個面的陰極側催化劑電極層(以後，也簡稱為「陰極」)。在本實施方式中，採用固體高分子電解質膜作為電解質膜。另外，採用擔載有鉑(Pt)的碳粒子以及包含電解質的催化劑作為陽極側以及陰極側的催化劑電極層。單電池110通過向陽極側催化劑電極層供給的燃料氣體(例如，氫)和向陰極側催化劑電極層供給的氧化氣體(例如，空氣中包含的氧)之間的電化學反應而產生電力。在層疊的單電池110的兩端配置有作為綜合電極的兩個端子板111。

燃料氣體供給系統200具備氫罐210、流量調整部220、加溼調整部230、循環壓縮機240、氣液分離部250以及切換閥260。燃料氣體供給系統200從氫罐210對構成燃料電池100的各單電池110的陽極供給作為燃料氣體的氫。氫的供給從氫罐210起經由燃料氣體供給流路271a、流量調整部220、燃料氣體供給流路271b、加溼調整部230以及燃料氣體供給流路271c而進行。流量調整部220以使得成為按照來自系統控制器900的指示的流量以及壓力的方式調整氫的供給量。加溼調整部230以使氫的溼度成為按照來自系統控制器900的指示的狀態的方式調整氫的加溼溫度。作為氫罐210，例如可以採用儲藏有高壓氫的氫罐和壓力調整閥。

另外，燃料氣體供給系統200通過打開切換閥260而將未被陽極使用的氫排出到燃料電池系統10的外部。氫的排出經由燃料氣體排出流路271d、氣液分離部250以及切換閥260而進行。另外，燃料氣體供給系統200通過關閉切換閥260而使未被陽極使用的氫返回燃料氣體供給流路271c，作為燃料氣體而再利用。氫的再利用經由燃料氣體排出流路271d、氣液分離部250、循環流路271e、循環壓縮機240以及循環流路271f而進行。循環壓縮機240按照來自系統控制器900的指示來調整氫的循環量以及壓力。

氧化氣體供給系統300具備進氣口310、壓縮機320、加溼調整部330、密封閥340以及排氣口390。氧化氣體供給系統300對構成燃料電池100的各單電池110的陰極供給包含作為氧化氣體的氧的空氣。空氣的供給從進氣口310起經由氧化氣體供給流路351a、壓縮機320、氧化氣體供給流路351b、加溼調整部330以及氧化氣體供給流路351c而進行。壓縮機320以使得成為按照來自系統控制器900的指示的壓力的方式調整從進氣口310取入的空氣量。加溼調整部330以使空氣的溼度成為按照來自系統控制器900的指示的狀態的方式調整空氣的加溼溫度。

另外，氧化氣體供給系統300將從燃料電池100排出的濃度與使用於電化學反應的氧的量相應地變低後的排氣從排氣口390排出。排氣的排出經由氧化氣體排出流路351d、密封閥340以及氧化氣體排出流路351e而進行。密封閥340在燃料電池系統10停止時，抑制空氣經由排氣口390、氧化氣體排出流路351e、密封閥340以及氧化氣體排出流路351d而向陰極供給。密封閥340通過按照來自系統控制器900的指示調整其開閉狀態而實現空氣的供給的抑制。

燃料電池冷卻系統400具備散熱器410、製冷劑溫度傳感器420、製冷劑循環泵430以及迴轉閥450。燃料電池冷卻系統400使冷卻介質循環來對燃料電池100進行冷卻。作為冷卻介質，能夠使用水、空氣等，在本實施方式中採用水。散熱器410經由製冷劑供給流路441a和製冷劑排出流路441b而連接於燃料電池100。散熱器410將冷卻介質經由製冷劑供給流路441a而向燃料電池100供給，並經由製冷劑排出流路441b而接受被用來進行冷卻後的冷卻介質，由此使冷卻介質循環。製冷劑溫度傳感器420測定從燃料電池100排出後的冷卻介質的溫度。製冷劑溫度傳感器420的輸出連接於系統控制器900。製冷劑溫度傳感器420作為「溫度測定部」發揮功能。製冷劑循環泵430和迴轉閥450按照來自系統控制器900的指示來調整冷卻介質的循環量以及壓力。

負載裝置500例如由車輛驅動用電動機等構成。負載裝置500經由電源切換開關600而分別連接於燃料電池100的正極側以及負極側的端子板111。變換器550將從燃料電池100或電池700供給的直流電流變換成交流電流並向負載裝置500供給。變換器550與燃料電池100以及電池700並聯連接。電流傳感器560與燃料電池100串聯連接，測定在燃料電池100中流動的電流值。

電池700例如由二次電池構成。電池700經由DC-DC轉換器750而與負載裝置500以及燃料電池100並聯連接。DC-DC轉換器750將電池700的輸出電壓升壓並向變換器550供給，另外，為了蓄積燃料電池100的剩餘發電力而將輸出電壓降壓並向蓄電池700供給。本實施方式的燃料電池系統10中，在電源切換開關600斷開(開放)時，電池700經由DC-DC轉換器750和變換器550而連接於負載裝置500。另一方面，在電源切換開關600接通(閉合)時，燃料電池100連接於負載裝置500。

單電池監視器800與構成燃料電池100的各單電池110連接，分別測定各單電池110的單電池電壓。單電池電壓是指陰極以及陽極這些電極的電位差。本實施方式的單電池監視器800分別連接於構成燃料電池100的所有單電池110，能夠分開測定各單電池110的單電池電壓。但是，單電池監視器800也可以與構成燃料電池100的單電池110的一部分連接，取得該一部分單電池110的單電池電壓。單電池監視器800的輸出連接於系統控制器900。

系統控制器900具備CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)910、存儲部920、ROM(Read Only Memory：只讀存儲器)930、RAM(Random Access Memory：隨機存取存儲器)940以及測定環境溫度的環境溫度傳感器950。系統控制器900與燃料電池系統10的各構成要素電連接，基於從各構成要素接收的信息來控制各構成要素的動作。

CPU910通過讀出存儲於ROM930的控制程序並加以執行，來控制燃料電池系統10的各構成要素的動作，並且作為控制部912、端部溫度推定部914發揮功能。存儲部920由ROM、RAM、硬碟等構成。在存儲部920中預先存儲有輸出限制量映射922。

控制部912通過對針對燃料電池100要求的電流設置上限，來進行燃料電池100的輸出限制。因控制部912進行燃料電池100的輸出限制而產生的電力不足例如由電池700來補償。另外，控制部912通過執行後述的輸出限制量決定處理來決定控制部912進行燃料電池100的輸出限制時的限制的大小(輸出限制量)。端部溫度推定部914在輸出限制量決定處理中推定燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度。

圖2是示出輸出限制量映射922的一例的圖。在輸出限制量映射922中相關聯地存儲有限制開始電壓(V)和根據溫度(℃)而確定的閾值(圖2，虛線)。限制開始電壓是指控制部912應該開始進行燃料電池100的輸出限制的電壓。與單電池電壓的下降相伴的單電池110的劣化具有隨著單電池110的溫度變高而容易加深這一性質。因此，輸出限制量映射922的閾值(虛線)被規定成限制開始電壓和溫度具有正的相關關係。此外，圖2所示的輸出限制量映射922隻不過是一例，具體的電壓值、溫度、閾值能夠進行適當變更。

A-2.輸出限制量決定處理：

圖3是示出輸出限制量決定處理的順序的流程圖。輸出限制量決定處理通過控制部912和端部溫度推定部914的協作來執行。輸出限制量決定處理在燃料電池系統10起動後每隔規定的間隔反覆執行。規定的間隔能夠任意地設定。

在步驟S10中，控制部912取得冷卻介質溫度。具體而言，控制部912從製冷劑溫度傳感器420取得由製冷劑溫度傳感器420測定到的最新的冷卻介質的溫度，將該溫度作為冷卻介質溫度。此外，由製冷劑溫度傳感器420取得的冷卻介質的溫度是從燃料電池100排出後的冷卻介質的溫度，所以冷卻介質溫度可以視作構成燃料電池100的多個單電池110的平均溫度。

在步驟S12中，端部溫度推定部914推定端部溫度。「端部溫度」是指燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度。具體而言，端部溫度推定部914將通過對在步驟S10中取得的冷卻介質溫度應用一次延遲濾波器而求出的值作為端部溫度。端部溫度作為「修正後溫度」發揮功能。

圖4是對端部溫度的推定方法進行說明的圖。如在圖3的步驟S12中所說明那樣，端部溫度推定部914通過對冷卻介質溫度Tfc應用一次延遲濾波器flt來求出端部溫度TEfc(式1)。

TEfc＝flt(Tfc)···(1)

在圖4中示出了在步驟S10中取得的冷卻介質溫度Tfc和在步驟S12中推定出的端部溫度TEfc的隨著時間經過的推移。在圖4中，實線表示冷卻介質溫度Tfc，虛線表示端部溫度TEfc。作為應用一次延遲濾波器的結果，如圖所示，端部溫度TEfc在燃料電池系統10起動後在一定時間內成為比冷卻介質溫度Tfc低的值。一般來說，在燃料電池100中，端部周邊的單電池110與位於堆疊構造的中央部周邊的單電池110相比容易散熱且升溫性差，因此具有溫度較低這一特徵。因此，根據輸出限制量決定處理(圖3)的步驟S12，端部溫度推定部914能夠將端部溫度TEfc修正為接近實際的值。

在圖3的步驟S14中，控制部912取得各單電池110的單電池電壓。具體而言，控制部912分別取得由單電池監視器800測定到的各單電池110的最新的單電池電壓。

在步驟S16中，控制部912判定端部單電池的最小電壓是否為第一閾值以下。具體而言，控制部912執行以下的順序a1～a4。

(a1)控制部912從在步驟S14中取得的各單電池110的單電池電壓中分別提取出燃料電池100的端部周邊的單電池110的單電池電壓。

(a2)控制部912從在順序a1中提取出的單電池電壓中提取最小的單電池電壓作為「端部單電池的最小電壓」。

(a3)控制部912求出第一閾值。具體而言，控制部912參照輸出限制量映射922，求出與在步驟S12中推定出的端部溫度TEfc對應的限制開始電壓，作為第一閾值。這樣，第一閾值是根據端部溫度TEfc而決定的值。

(a4)控制部912判定在順序a2中求出的端部單電池的最小電壓是否為在順序a3中求出的第一閾值(與端部溫度對應的限制開始電壓)以下。

在端部單電池的最小電壓比第一閾值大的情況下(步驟S16：否)，在步驟S18中，控制部912判定為不對燃料電池100實施輸出限制(即，輸出限制量＝0)，結束處理。

在端部單電池的最小電壓為第一閾值以下的情況下(步驟S16：是)，在步驟S20中，控制部912根據端部單電池的最小電壓(順序a2)與作為第一閾值而求出的限制開始電壓(順序a3)之間的背離量來求出對燃料電池100的輸出限制量。控制部912可以通過任意的方法來求出輸出限制量。例如，可以利用預先在存儲部920中準備的映射來求出，也可以通過規定的計算式來求出。在求出輸出限制量後，控制部912結束處理，對針對燃料電池100要求的電流設置基於所得到的輸出限制量的上限。

這樣，根據本實施方式的輸出限制量決定處理，控制部912通過被修正成了比冷卻介質溫度低的溫度的端部溫度(步驟S12)，來決定第一閾值(步驟S16，順序a3)。在輸出限制量映射922(圖2)中，限制開始電壓和溫度之間存在正的相關關係，所以作為第一閾值而求出的限制開始電壓比根據冷卻介質溫度而決定的限制開始電壓低。其結果，端部單電池的最小電壓和作為第一閾值而求出的限制開始電壓之間的背離量(步驟S20)比端部單電池的最小電壓和根據冷卻介質溫度而決定的限制開始電壓之間的背離量小。如上所述，控制部912根據被修正成了比利用冷卻介質溫度的情況下小的背離量來求出輸出限制量(步驟S20)。因此，根據本實施方式的輸出限制量決定處理，控制部912在檢測到燃料電池100的端部周邊的單電池110的單電池電壓的下降的情況下，能夠以比與冷卻介質溫度相應的輸出限制量小的輸出限制量進行燃料電池100的輸出限制。

此外，在步驟S16中，進行了端部單電池的最小電壓和第一閾值的比較。但是，在步驟S16中，控制部912也可以進行端部單電池的單電池電壓的統計值(例如，平均值、中位值、眾值等)和第一閾值的比較。另外，控制部912也可以分別進行端部單電池的各單電池電壓和第一閾值的比較。在分別比較的情況下，控制部912可以在任一單電池中單電池電壓成為了第一閾值以下的情況下判定為步驟S16的條件成立，也可以在n個(n為2以上的整數)單電池中單電池電壓成為了第一閾值以下的情況下判定為步驟S16的條件成立。

燃料電池100的輸出限制量與燃料電池100的溫度存在正的相關。即，燃料電池100的溫度越高則輸出限制量越大，燃料電池100的溫度越低則輸出限制量越小。另一方面，在如本實施方式這樣燃料電池100具備多個單電池110的情況下，燃料電池100的各單電池110的溫度並不均勻。例如，燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度比燃料電池100的中央部周邊的單電池110的溫度低。因此，作為表示燃料電池100的溫度的指標而廣泛使用的冷卻介質的溫度(冷卻介質溫度Tfc)比實際的燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度(端部溫度TEfc)高。因此，在根據冷卻介質的溫度而決定了燃料電池100的輸出限制量的情況下，會對燃料電池100的端部周邊的單電池110施加過剩的輸出限制(即，輸出限制量過大)。這樣的過剩的輸出限制會招致燃料電池100的各單電池110的發熱量的下降，成為燃料電池100起動性惡化的原因。

關於這一點，根據本實施方式的燃料電池系統10，控制部912在從燃料電池100的端部周邊的單電池110取得的單電池電壓發生了下降的情況下(圖3，步驟S16：是)，使實際用於燃料電池100的輸出限制的輸出限制量比與由溫度測定部(製冷劑溫度傳感器420)測定出的冷卻介質的溫度(冷卻介質溫度Tfc)相應的輸出限制量小(圖3，步驟S20)。因此，根據本實施方式的燃料電池系統10，能夠避免對燃料電池100的端部周邊的單電池110施加過剩的輸出限制，所以能夠提高燃料電池100的各單電池110的發熱量，並且能夠提高燃料電池100的起動性。其結果，根據本實施方式的燃料電池系統10，既能利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池100的輸出限制，又能提高燃料電池100的起動性。

另外，根據本實施方式的燃料電池系統10，控制部912能夠根據以與燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度相匹配的方式被修正為低的修正後溫度(端部溫度TEfc)來決定燃料電池100的輸出限制量(圖3，步驟S20)。

進而，根據本實施方式的燃料電池系統10，控制部912通過一次延遲濾波器flt來求出修正後溫度(端部溫度TEfc)(圖3，步驟S12)。因此，修正後溫度在燃料電池100起動後的一段期間內會成為比由溫度測定部(製冷劑溫度傳感器420)測定出的冷卻介質的溫度(冷卻介質溫度Tfc)低的溫度，之後成為與由溫度測定部測定出的冷卻介質的溫度相近的溫度(圖4)。其結果，控制部912在燃料電池100起動後的一段期間(例如，進行燃料電池100的預熱以前的一定程度的期間)能夠使燃料電池100的各單電池110的發熱量的提高和與此相伴的起動性的提高優先，之後(例如，燃料電池100的預熱進行之後)能夠使單電池110的劣化的抑制優先。與單電池電壓的下降相伴的單電池110的劣化具有隨著單電池110的溫度變高而容易加深這一性質。因此，優選如本實施方式這樣，在單電池110的溫度沒有上升的燃料電池100的起動後，使通過減小輸出限制量而得到的起動性的提高效果優先於通過加大輸出限制量而得到的單電池110的劣化的抑制效果。

A-3.端部溫度的推定方法的變形：

圖5是對端部溫度的推定方法的變形進行說明的圖。在圖3中說明的輸出限制量決定處理中，端部溫度的推定(步驟S12)也可以取代上述的順序而通過以下的順序b1～b3來實施。

(b1)端部溫度推定部914判定燃料電池系統10是否處於預熱期間。具體而言，端部溫度推定部914在通過步驟S10而取得的冷卻介質溫度為規定的目標溫度以下的情況下判定為燃料電池系統10處於預熱期間，在比規定的目標溫度高的情況下判定為燃料電池系統10的預熱已結束(不處於預熱期間)。規定的目標溫度預先設定並存儲於存儲部920。規定的目標溫度例如也可以根據環境溫度而變動。

(b2)在燃料電池系統10處於預熱期間的情況下，端部溫度推定部914將通過對在步驟S10中取得的冷卻介質溫度Tfc應用一次延遲濾波器flt而求出的值、即通過在圖3的步驟S12中說明的式1而求出的值作為端部溫度TEfc。

(b3)在燃料電池系統10的預熱已結束的情況下，首先，端部溫度推定部914從在步驟S10中取得的冷卻介質溫度Tfc減去根據環境溫度度而決定的規定的偏置值ΔT(式2)。規定的偏置值ΔT按每個環境溫度預先設定並存儲於存儲部920。

Tfc-ΔT(環境溫度)···(2)

接著，端部溫度推定部914將對冷卻介質溫度Tfc應用一次延遲濾波器flt而得到的值(式1的右項)和從冷卻介質溫度Tfc減去規定的偏置值ΔT而得到的值(式2)進行比較，將較小一方的值作為端部溫度TEfc。

在圖5中示出了在步驟S10中取得的冷卻介質溫度Tfc和在步驟S12的變形中推定出的端部溫度TEfc的隨著時間經過的推移。如圖所示，在由單點劃線的圈圍出的預熱結束前，作為應用了一次延遲濾波器的結果，端部溫度TEfc成為比冷卻介質溫度Tfc低的值。另外，在預熱結束後，作為應用了一次延遲濾波器和基於環境溫度的偏置值的減算中修正後溫度較低的一方(即，修正的量較大的一方)的結果，端部溫度TEfc也成為比冷卻介質溫度Tfc低的值。

如以上那樣，根據本變形的燃料電池系統10，在燃料電池系統10的預熱期間，控制部912通過一次延遲濾波器flt來求出修正後溫度(端部溫度TEfc)。因此，在燃料電池系統10的預熱期間，能夠使燃料電池100的各單電池110的發熱量的提高和與此相伴的起動性的提高優先。另外，在燃料電池系統10的預熱結束後，控制部912通過一次延遲濾波器flt和根據環境溫度而決定的值(ΔT)中修正的量較大的一方、即修正後溫度更低的一方來求出修正後溫度。因此，在燃料電池系統10的預熱結束後，既能考慮環境溫度而儘可能實現起動性的提高，又能夠抑制單電池110的劣化。

B.第二實施方式：

在本發明的第二實施方式中，對輸出限制量決定處理的處理內容不同的構成進行說明。關於在圖中具有與第一實施方式同樣的結構以及處理的部分，附上與之前說明的第一實施方式相同的標號並省略詳細的說明。即，以下沒有說明的結構以及處理與上述的第一實施方式是同樣的。

B-1.燃料電池系統的結構：

圖6是示出第二實施方式的燃料電池系統的概略結構的圖。與圖1所示的第一實施方式的不同僅在於燃料電池系統10a取代控制部912而具備控制部912a這一點。控制部912a所執行的輸出限制量決定處理的處理內容與第一實施方式不同。

B-2.輸出限制量決定處理：

圖7是示出第二實施方式的輸出限制量決定處理的順序的流程圖。與圖3所示的第一實施方式的不同在於取代步驟S20而具備步驟S26這一點和還具備步驟S21～S30這一點。

在輸出限制量決定處理開始後，在步驟S21中，控制部912a通過對在處理內部使用的變量i設置0，來將變量i初始化。步驟S10～S14與在圖3中所說明的第一實施方式是同樣的。

在步驟S22中，控制部912a判定全部單電池的最小電壓是否為第二閾值以下。具體而言，控制部912a執行以下的順序c1～c3。

(c1)控制部912a從在步驟S14中取得的各單電池110的單電池電壓中提取最小的單電池電壓，作為「全部單電池的最小電壓」。此處，可以提取端部周邊的單電池110的單電池電壓，也可以提取中央部周邊的單電池110的單電池電壓。

(c2)控制部912a求出第二閾值。具體而言，控制部912a參照輸出限制量映射922，求出與在步驟S10中取得的冷卻介質溫度Tfc對應的限制開始電壓，作為第二閾值。這樣，第二閾值是根據冷卻介質溫度Tfc而決定的值。

(c3)控制部912a判定在順序c1中求出的全部單電池的最小電壓是否為在順序c2中求出的第二閾值(與冷卻介質溫度對應的制開始電壓)以下。

在全部單電池的最小電壓比第二閾值大的情況下(步驟S22：否)，控制部912a使處理向步驟S16遷移。另一方面，在全部單電池的最小電壓為第二閾值以下的情況下(步驟S22：是)，在步驟S24中，控制部912a將全部單電池的最小電壓(順序c1)和作為第二閾值而求出的限制開始電壓(順序c2)之間的背離量存儲於RAM940和/或存儲部920。之後，控制部912a對變量i設置1，並使處理向步驟S16遷移。

在步驟S16中，控制部912a判定端部單電池的最小電壓是否為作為第一閾值而求出的限制開始電壓以下。詳細情況與圖3的步驟S16是同樣的。

在端部單電池的最小電壓比第一閾值大的情況下(步驟S16：否)，控制部912a使處理向步驟S28遷移。另一方面，在端部單電池的最小電壓為第一閾值以下的情況下(步驟S16：是)，在步驟S26中，控制部912a將端部單電池的最小電壓(順序a2)和作為第一閾值而求出的限制開始電壓(順序a3)之間的背離量存儲於RAM940和/或存儲部920。之後，控制部912a對變量i設置1，並使處理向步驟S28遷移。

在步驟S28中，控制部912a判定變量i是否為0。

在變量i為0的情況下(步驟S28：是)，在步驟S18中，控制部912a判定為不對燃料電池100實施輸出限制(即，輸出限制量＝0)，並結束處理。

在變量i不為0的情況下(步驟S28：否)，在步驟S30中，控制部912a取得在步驟S24中存儲的背離量和在步驟S26中存儲的背離量中較大一方的值。在RAM940等中僅存儲了一個背離量的情況下，控制部912a取得所存儲的背離量。控制部912a根據所取得的背離量來求出對燃料電池100的輸出限制量。在求出輸出限制量後，控制部912a結束處理，對系統控制器900對燃料電池100要求的電流設置基於所得到的輸出限制量的電流限制。

此外，與第一實施方式同樣，在步驟S16中，控制部912a也可以比較端部單電池的單電池電壓的統計值和第一閾值，還可以分別比較端部單電池的各單電池電壓和第一閾值。同樣，在步驟S22中，控制部912a也可以比較全部單電池的單電池電壓的統計值和第二閾值，還可以針對全部單電池分別比較各單電池電壓和第二閾值。

B-3.端部溫度的推定方法的變形：

在第二實施方式的輸出限制量決定處理中，端部溫度的推定(步驟S12)也可以通過在圖5中所說明的順序b1～b4而實施。

如以上那樣，根據本實施方式的燃料電池系統10a，控制部912a選擇與修正後溫度(端部溫度TEfc)即燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度相應的輸出限制量和與冷卻介質的溫度(冷卻介質溫度Tfc)即燃料電池100的溫度相應的輸出限制量中輸出限制量較大的一方(圖7，步驟S30)，來進行燃料電池100的輸出限制。其結果，根據本實施方式的燃料電池系統10a，在既利用冷卻介質的溫度簡便地進行燃料電池100的輸出限制、又提高了燃料電池100的起動性的燃料電池系統10a中，還能夠加大單電池110的劣化的抑制效果。

進而，根據本實施方式的燃料電池系統10a，能夠根據修正後溫度(端部溫度TEfc)即燃料電池100的端部周邊的單電池110的溫度來決定用於檢測燃料電池100的端部周邊的單電池電壓的下降的第一閾值。另外，能夠根據冷卻介質的溫度(冷卻介質溫度Tfc)即燃料電池100的溫度來決定用於檢測燃料電池100的所有單電池電壓的下降的第二閾值。即，根據本實施方式的燃料電池系統10a，能夠精密地決定用於檢測單電池電壓的下降的閾值。

C.變形例：

此外，本發明不限於上述的實施方式、實施方式，能夠在不脫離其主旨的範圍內以各種形態來實施。例如，在上述實施方式中，通過軟體實現的功能以及處理的一部分或全部也可以通過硬體來實現。另外，通過硬體實現的功能以及處理的一部分或全部也可以通過軟體來實現。作為硬體，例如可以使用集成電路、離散電路或將這些電路組合而成的電路模塊等的各種電路(circuitry)。另外，例如也能夠進行以下那樣的變形。

·變形例1：

在上述實施方式中，示出了燃料電池系統的結構的一例。但是，燃料電池系統的結構能夠進行各種變更，例如能夠實施構成要素的追加、刪除、置換等。

例如，作為燃料電池，不限於固體高分子型燃料電池，能夠採用其他各種類型的燃料電池。

·變形例2：

在上述實施方式中，對輸出限制量決定處理的一例進行了說明。但是，圖3以及圖7所示的處理的順序只不過是一例，能夠進行各種變形，例如，既可以省略一部分步驟，也可以進一步追加其他的步驟。另外，也可以變更執行的步驟的順序。

例如，為了推定端部溫度而採用的手段(一次延遲濾波器、基於環境溫度的偏置值)終究只不過是一例，能夠進行各種變更。例如，端部溫度推定部可以利用恆定的偏置值來推定端部溫度，也可以利用與燃料電池系統起動後的經過時間相應的偏置值來推定端部溫度。

例如，在上述實施方式中，不對燃料電池的一個端部周邊的單電池電壓以及端部溫度和另一個端部周邊的單電池電壓以及端部溫度進行區分而進行了處理。但是，端部溫度推定部也可以對燃料電池的一個端部和另一個端部進行區分而推定各個端部的端部溫度。另外，控制部也可以對燃料電池的一個端部和另一個端部進行區分來取得單電池電壓，實施圖3或圖7的控制。

·變形例3：

本發明不限於上述的實施方式、實施例、變形例，能夠在不脫離其主旨的範圍內以各種結構來實現。例如，與發明內容一欄中記載的各方案中的技術特徵對應的實施方式、實施例、變形例中的技術特徵能夠為了解決上述課題的一部分或全部或者為了達成上述效果的一部分或全部而適當進行替換、組合。另外，若該技術特徵在本說明書中沒有作為必要技術特徵而說明，則能夠適當刪除。

標號說明

10、10a…燃料電池系統

100…燃料電池

110…單電池

111…端子板

200…燃料氣體供給系統

210…氫罐

220…流量調整部

230…加溼調整部

240…循環壓縮機

250…氣液分離部

260…切換閥

271a～d…燃料氣體排出流路

271e、f…循環流路

300…氧化氣體供給系統

310…進氣口

320…壓縮機

330…加溼調整部

340…密封閥

351a～c…氧化氣體供給流路

351d、e…氧化氣體排出流路

390…排氣口

400…燃料電池冷卻系統

410…散熱器

420…製冷劑溫度傳感器

430…製冷劑循環泵

441a…製冷劑供給流路

441b…製冷劑排出流路

450…迴轉閥

500…負載裝置

550…變換器

560…電流傳感器

600…電源切換開關

700…電池

750…DC-DC轉換器

800…單電池監視器

900…系統控制器

910…CPU

912、912a…控制部

914…端部溫度推定部

920…存儲部

922…輸出限制量映射

930…ROM

940…RAM

950…環境溫度傳感器