燃料電池的狀態估計裝置、狀態估計方法、以及燃料電池系統與流程

2023-10-28 05:56:12 2

本發明涉及燃料電池的狀態估計裝置、狀態估計方法、以及燃料電池系統。

背景技術：

已知測量燃料電池的電壓值和阻抗值，根據這些值估計異常。作為燃料電池的異常，例如考慮陽極電極中的氫氣的不足(氫飢餓(starvation))，陰極電極中的氧的不足(氧飢餓)，以及電解質膜的乾燥(脫水)等。

在WO2010128555中，提出了在所謂的科爾-科爾圖(cole-cole plot)中描繪的燃料電池的內部阻抗的圓弧相對較大時，估計為陽極的氫濃度相對較低(即，為氫飢餓狀態)的氫濃度測量方法。

技術實現要素：

如果發生氫飢餓，則認為燃料電池整體的內部阻抗的值增加，內部阻抗的圓弧確實地變大。但是，雖說內部阻抗的圓弧相對地變大，並不能斷定其要因是氫飢餓所導致的。例如，有時內部阻抗的圓弧也由於陰極的氧濃度的降低而變大。因此，在以往的使用了內部阻抗的燃料電池的狀態估計方法中，難以適當地估計燃料電池的狀態。

本發明是著眼於這樣問題點而完成的，其目的是提供能夠適當地估計燃料電池的狀態的燃料電池的狀態估計裝置以及方法。進而，在本發明提供使用了該狀態估計裝置的燃料電池系統。

按照本發明的一個方式，提供接受陽極氣體以及陰極氣體的供給而發電的燃料電池的狀態估計裝置。更詳細地說，該狀態估計裝置包括根據從燃料電池輸出的規定頻率的交流信號測量該燃料電池的內部阻抗的內部阻抗測量單元。而且，該狀態估計裝置包括計算從內部阻抗的測量值的虛數分量求得的關於電極的狀態量的第2預備估計值的狀態量預備估計值計算單元。進而，狀態估計裝置包括根據該算出的第1預備估計值以及第2預備估計值決定所述電極的狀態量的最終估計值的狀態量最終估計值決定單元。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的燃料電池的立體圖。

圖2是圖1的燃料電池的II－II截面圖。

圖3是本發明的實施方式的燃料電池系統的概略結構圖。

圖4是表示本發明的實施方式中採用的燃料電池堆的等效電路模型的圖。

圖5是表示決定表示第1實施方式的燃料電池堆的狀態的最終估計值的流程的流程圖。

圖6是表示基於內部阻抗Z的虛數分量Zim的預備估計值Ract1以及預備估計值Cdl1的計算的細節的流程圖。

圖7是表示基於內部阻抗的實數分量Zre的預備估計值Ract2和雙電層電容(electrical Double-Layer Capacitor)的預備估計值Cdl2的計算的流程的流程圖。

圖8是表示電解質膜電阻的計算的流程的流程圖。

圖9是表示第2實施方式的燃料電池堆的動作控制的流程的流程圖。

圖10是表示減小第1預備估計值和第2預備估計值之差的處理的流程的流程圖。

圖11表示考慮了測量系統的電抗成分的燃料電池堆的等效電路。

圖12包含噪聲而表示進行了S/N比增加處理的情況下的輸出電流與不進行該處理的情況下的輸出電流的方式。

圖13是表示燃料電池堆的單元電壓、反應電阻的第1預備估計值Ract1和第2預備估計值Ract2的關係的曲線圖。

具體實施方式

以下，參照附圖等，說明本發明的實施方式。

燃料電池的單元通過作為燃料極的陽極電極和作為氧化劑極的陰極電極夾著電解質膜而構成。在燃料電池的單元中，含有氫的陽極氣體被提供給陽極電極，另一方面，含有氧的陰極氣體被提供給陰極電極，通過使用這些氣體進行發電。在陽極電極以及陰極電極的兩電極中進行的電極反應如以下那樣。

陽極電極：2H2→4H++4e-···(1)

陰極電極：4H++4e-+O2→2H2O···(2)

通過這些(1)、(2)的電極反應，燃料電池的單元生成1V(伏特)左右的電動勢。這裡，上述(1)以及(2)中表示的反應是可逆反應，例如對於陰極電極將陽極電極的電位提高規定值以上等，通常，通過施加與將燃料電池連接到負載使用的情況相反符號的電壓，可以產生與上述(1)以及(2)相反的反應。因此，通過將交流電壓施加到燃料電池單元，以上述(1)以及(2)表示的反應以及與其相反的反應的相互的轉換，與該交流電壓的正負變動對應地產生。

圖1以及圖2是用於說明本發明的一個實施方式的燃料電池單元10的結構的圖。圖1是燃料電池單元10的立體圖，圖2是圖1的燃料電池單元10的II－II截面圖。

如圖1以及圖2所示，燃料電池單元10包括：膜電極接合體(MEA)11；夾著MEA11來配置的陽極分離器12以及陰極分離器13。

MEA11由電解質膜111、陽極電極112、陰極電極113構成。MEA11在電解質膜111的一個面側具有陽極電極112，另一個面側具有陰極電極113。

電解質膜111是由氟系樹脂形成的質子傳導性的離子交換膜。電解質膜111在溼潤狀態下表示良好的電傳導性。而且，作為電解質膜111，也可以根據設想的燃料電池的對應，例如使用使磷酸(H3PO4)浸漬在規定的基體(マトリックス)中的材料等其它材料。

陽極電極112具有催化劑層112A和氣體擴散層112B。催化劑層112A是由承載了白金或者白金等的碳粒子所形成的部件，被設置為與電解質膜111接觸。氣體擴散層112B被配置在催化劑層112A的外側。氣體擴散層112B是由具有氣體擴散性以及導電性的碳布所形成的構件，被設置為與催化劑層112A以及陽極分離器12接觸。

與陽極電極112同樣，陰極電極113也具有催化劑層113A和氣體擴散層113B。催化劑層113A被配置在電解質膜111和氣體擴散層113B之間，氣體擴散層113B被配置在催化劑層113A和陰極分離器13之間。

陽極分離器12被配置在氣體擴散層112B的外側。陽極分離器12具有用於對陽極電極112供給陽極氣體(氫氣)的多個陽極氣體流路121。陽極氣體流路121被形成作為溝狀通路。

陰極分離器13被配置在氣體擴散層113B的外側。陰極分離器13具有用於對陰極電極113供給陰極氣體(空氣)的多個陰極氣體流路131。陰極氣體流路131形成作為溝狀通路。

陽極分離器12以及陰極分離器13被構成為，使得流過陽極氣體流路121的陽極氣體的流動方向與流過陰極氣體流路131的陰極氣體的流動方向成為相互相反方向。而且，陽極分離器12以及陰極分離器13也可以構成為，使得這些氣體的流動方向向相同的方向流過。

這樣，在將這樣的燃料電池單元10作為汽車用電源使用的情況下，被要求的電力大，所以作為將數百張的燃料電池單元10層積後的燃料電池堆來使用。然後，構成對燃料電池堆供給陽極氣體以及陰極氣體的燃料電池系統，取出用於驅動車輛的電力。

而且，在本實施方式中，以層積了燃料電池單元10的燃料電池堆的單位進行如後所述的阻抗測量，也可以以一張燃料電池單元10的單位或一部分燃料電池堆(例如數十張的單元)的單位進行阻抗測量。

而且，在燃料電池堆中，通過多張串聯地配置一張燃料電池單元10中的陽極電極112、陰極電極113、以及電解質膜111，構成作為總和的陽極電極、陰極電極、以及電解質膜。但是，以下為了方便說明，對於作為該總和的陽極電極、陰極電極、以及電解質膜，也附加與單元單體的陽極電極112、陰極電極113、以及電解質膜111相同的標號。

圖3是本發明的一個實施方式的燃料電池系統100的概略圖。

燃料電池系統100具有燃料電池堆1、陰極氣體給排裝置2、陽極氣體給排裝置3、電力系統5、以及控制器6。

燃料電池堆1如上述那樣，是將多張燃料電池單元10(單位單元)層積的層積電池。燃料電池堆1接受陽極氣體以及陰極氣體的供給，發電車輛的行駛所需要的電力。作為取出電力的輸出端子，燃料電池堆1具有陽極電極側端子1A和陰極電極側端子1B。

陰極氣體給排裝置2對燃料電池堆1供給陰極氣體，同時將從燃料電池堆1排出的陰極排出氣體排出到外部。陰極氣體給排裝置2包括：陰極氣體供給通路21；陰極氣體排出通路22；過濾器23；氣流傳感器24；陰極壓縮機25；陰極壓力傳感器26；水分回收裝置(WRD；Water Recovery Device)27；以及陰極調壓閥28。

陰極氣體供給通路21是對燃料電池堆1供給的陰極氣體流過的通路。陰極氣體供給通路21的一端連接到過濾器23，另一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體入口部。

陰極氣體排出通路22是從燃料電池堆1排出的陰極排出氣體流過的通路。陰極氣體排出通路22的一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體出口部，另一端形成作為開口端。陰極排出氣體是包含陰極氣體和因電極反應而生成的水蒸氣等的混合氣體。

過濾器23是將被取入陰極氣體供給通路21的陰極氣體中包含的塵埃等除去的構件。

陰極壓縮機25被設置在過濾器23下遊側的陰極氣體供給通路21上。陰極壓縮機25將陰極氣體供給通路21內的陰極氣體壓送後提供給燃料電池堆1。

氣流傳感器24被設置在過濾器23和陰極壓縮機25之間的陰極氣體供給通路21上。氣流傳感器24檢測對燃料電池堆1供給的陰極氣體的流量。

陰極壓力傳感器26被設置在陰極壓縮機25和WRD27之間的陰極氣體供給通路21上。陰極壓力傳感器26檢測對燃料電池堆1供給的陰極氣體的壓力。在陰極壓力傳感器26中檢測的陰極氣體壓力代表包含了燃料電池堆1的陰極氣體流路等的陰極系統整體的壓力。

WRD27跨過陰極氣體供給通路21和陰極氣體排出通路22進行連接。WRD27是回收流過陰極氣體排出通路22的陰極排出氣體中的水分，使用該回收的水分加溼流過陰極氣體供給通路21的陰極氣體的裝置。

陰極調壓閥28被設置在比WRD27下遊的陰極氣體排出通路22上。陰極調壓閥28通過控制器6被開閉控制，調整對燃料電池堆1供給的陰極氣體的壓力。

接著，說明陽極氣體給排裝置3。

陽極氣體給排裝置3對燃料電池堆1供給陽極氣體，同時將從燃料電池堆1排出的陽極排出氣體排出至陰極氣體排出通路22。陽極氣體給排裝置3包括：高壓罐31；陽極氣體供給通路32；陽極調壓閥33；陽極壓力傳感器34；陽極氣體排出通路35；緩衝罐36；清洗通路37；以及清洗閥38。

高壓罐31是將對燃料電池堆1供給的陽極氣體保持為高壓狀態而貯藏的容器。

陽極氣體供給通路32是將從高壓罐31排出的陽極氣體提供給燃料電池堆1的通路。陽極氣體供給通路32的一端連接到高壓罐31，另一端連接到燃料電池堆1的陽極氣體入口部。

陽極調壓閥33被設置在高壓罐31下遊的陽極氣體供給通路32上。陽極調壓閥33通過控制器6進行開閉控制，調整對燃料電池堆1供給的陽極氣體的壓力。

陽極壓力傳感器34被設置在陽極調壓閥33下遊的陽極氣體供給通路32上。陽極壓力傳感器34檢測對燃料電池堆1供給的陽極氣體的壓力。在陽極壓力傳感器34中檢測到的陽極氣體壓力代表包含緩衝罐36或燃料電池堆1的陽極氣體流路等的陽極系統整體的壓力。

陽極氣體排出通路35是流過從燃料電池堆1排出的陽極排出氣體的通路。陽極氣體排出通路35的一端連接到燃料電池堆1的陽極氣體出口部，另一端連接到緩衝罐36。在陽極排出氣體中，包含在電極反應中未使用的陽極氣體、或者從陰極氣體流路131洩漏至陽極氣體流路121的氮氣等雜質氣體或水分等。

緩衝罐36是暫時存儲流過陽極氣體排出通路35的陽極排出氣體的容器。存儲在緩衝罐36中的陽極排出氣體在清洗閥38被打開時，通過清洗通路37被排出到陰極氣體排出通路22。

清洗通路37是用於排出陽極排出氣體的通路。清洗通路37的一端連接到陽極氣體排出通路35，另一端連接到比陰極調壓閥28下遊的陰極氣體排出通路22。

清洗閥38被設置在清洗通路37上。清洗閥38通過控制器6進行開閉控制，控制從陽極氣體排出通路35排出到陰極氣體排出通路22的陽極排出氣體的清洗流量。

在清洗閥38執行成為開閥狀態的清洗控制時，陽極排出氣體通過清洗通路37以及陰極氣體排出通路22排出到外部。這時，陽極排出氣體在陰極氣體排出通路22內與陰極排出氣體混合。這樣，通過使陽極排出氣體和陰極排出氣體混合後排出到外部，混合氣體中的陽極氣體濃度(氫濃度)被決定為排出允許濃度以下的值。

電力系統5包括：電流傳感器51；電壓傳感器52；行駛電動機53；逆變器54；電池55；DC/DC轉換器56；以及交流電源57。

電流傳感器51檢測從燃料電池堆1被取出的輸出電流。電壓傳感器52檢測燃料電池堆1的輸出電壓，即陽極電極側端子1A和陰極電極側端子1B之間的端子間電壓。電壓傳感器52既可以構成為檢測燃料電池單元10的每1張的電壓，也可以構成為檢測燃料電池單元10的每多張的電壓。

行駛電動機53是三相交流同步電動機，是用於驅動車輪的驅動源。行駛電動機53具有作為從燃料電池堆1以及電池55接受電力的供給而旋轉驅動的電動機的功能、以及作為通過被外力旋轉驅動而發電的發電機的功能。

逆變器54由IGBT等多個半導體開關構成。逆變器54的半導體開關通過控制器6進行開關控制，由此，直流電力被變換為交流電力，或者交流電力被變換為直流電力。在使行駛電動機53具有作為電動機的功能的情況下，逆變器54將燃料電池堆1的輸出電力和電池55的輸出電力的合成直流電力變換為三相交流電力，提供給行駛電動機53。相對於此，在使行駛電動機53具有作為發電機的功能的情況下，逆變器54將行駛電動機53的再生電力(三相交流電力)變換為直流電力，提供給電池55。

電池55構成為使其被燃料電池堆1的輸出電力的剩餘部分以及行駛電動機53的再生電力充電。被充電到電池55的電力，根據需要被提供給陰極壓縮機25等輔機類或者行駛電動機53。

DC/DC轉換器56是使燃料電池堆1的輸出電壓升降壓的雙方向性的電壓變換機。通過由DC/DC轉換器56控制燃料電池堆1的輸出電壓，調整燃料電池堆1的輸出電流等。

交流電源57是為了如後所述的燃料電池堆1的內部阻抗測量而對燃料電池堆1施加交流電壓的電源，通過控制器6對其交流電壓的振幅或相位(特別是角頻率ω)等參數進行控制。而且，作為內部阻抗測量用的電源，也可以取代該交流電源57或者與其同時，將對燃料電池堆1供給交流電流的交流電流源相對於燃料電池堆1串聯地設置。進而，也可以將交流電源57和交流電流源設置在與端子1A以及1B、逆變器54以及DC/DC轉換器56之間路徑不同的系統中。

控制器6由具有中央運算裝置(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及輸入輸出接口(I/O接口)的微計算機構成。在控制器6中，除了來自電流傳感器51和電壓傳感器52等各種傳感器的信號，還輸入來自檢測油門踏板的踏下量的油門行程傳感器(未圖示)等傳感器的信號。

控制器6根據燃料電池系統100的運轉狀態，控制陽極調壓閥33或陰極調壓閥28、陰極壓縮機25等，調整對燃料電池堆1供給的陽極氣體或陰極氣體的壓力或流量。

而且，控制器6根據燃料電池系統100的運轉狀態，計算燃料電池堆1的目標輸出電力。進而，控制器6根據行駛電動機53的要求電力或陰極壓縮機25等輔機類的要求電力、電池55的充放電要求等，計算目標輸出電力。特別是，在本實施方式中，根據如後所述的燃料電池堆1的狀態量的最終估計值，調整目標輸出電力的值。

進而，控制器6根據上述算出的目標輸出電力，參照預先確定的燃料電池堆1的IV特性(電流電壓特性)，計算燃料電池堆1的目標輸出電流。然後，控制器6通過DC/DC轉換器56控制燃料電池堆1的輸出電壓，使得燃料電池堆1的輸出電流成為目標輸出電流，進行對行駛電動機53或輔機類供給需要的電流的控制。

而且，控制器6控制陰極壓縮機25等，使得燃料電池堆1的各電解質膜111的溼潤度(含水量)成為適於發電的狀態。控制器6具有計算與電解質膜111的溼潤度存在相關關係的燃料電池堆1的電解質膜電阻的功能。而且，控制器6也可以具有控制陰極壓縮機25等的功能，以便電解質膜電阻取使得電解質膜111的溼潤度成為良好的狀態而確定的規定的目標值。

進而，在本實施的方式中，控制器6控制交流電源57，以便每當燃料電池堆1的內部阻抗測量時，將規定頻率的交流電壓施加到燃料電池堆1。並且，控制器6具有作為內部阻抗測量單元的功能，該內部阻抗測量單元根據這樣施加的規定頻率的交流電壓、以及作為相對於該交流電壓的燃料電池堆1的輸出交流電流的、由電流傳感器51檢測出的值，測量燃料電池堆1的內部阻抗。

更詳細地說，該控制器6除去對於來自交流電源57的交流電壓值(即，電壓傳感器52中測量的值)進行了傅立葉變換的值、和對於從電流傳感器51接收的輸出交流電壓值進行了傅立葉變換的值，計算規定頻率中的燃料電池堆1的內部阻抗。

進而，控制器6具有作為狀態量預備估計值計算單元和狀態量最終估計值決定單元的功能。狀態量預備估計值計算單元計算從內部阻抗的測量值的實數分量求得的有關電極的狀態量的第1預備估計值、和從該內部阻抗的測量值的虛數分量求得的有關電極的狀態量的第2預備估計值，狀態量最終估計值決定單元根據該算出的各預備估計值決定燃料電池堆1的最終估計值。而且，關於各預備估計值的計算、以及基於這些計算的最終估計值的決定在後面詳細地說明。

圖4是表示燃料電池堆1的等效電路的示意圖。

如圖4所示，本實施方式的燃料電池堆1的等效電路可以認為是由作為燃料電池堆1的電解質膜111的電阻成分即電解質膜電阻Rm、陰極電極113的反應電阻Ract以及雙電層電容Cdl所構成的電路。即，在本實施方式的燃料電池堆1的等效電路中，忽略陽極電極112中的反應電阻成分以及雙電層電容成分。

作為其理由，列舉以下這一點，即首先，在陽極氣體流路內的陽極氣體濃度成為適於發電的濃度的情況下，陽極電極112側的反應電阻的值非常小，即使相對於陰極電極113的反應電阻值Ract加以忽略，對實際的等效電路模型也沒有大的影響。

而且，這樣由於陽極電極112側的反應電阻的值非常小，在對燃料電池堆1施加了交流電壓的情況中，該陽極電極112側的反應電阻的部分中電流非常容易流過。即，由於這意味著與該反應電阻並聯地配置的雙電層電容成分中基本上不流過電流，使用即使忽略阻抗測量時陽極電極112的雙電層電容成分，對實際的等效電路模型也沒有大的影響。

由於以上的理由，即使在燃料電池堆1的等效電路模型中忽略陽極電極112的影響，也可以確保一定的精度。因此，以下以圖4所示的燃料電池堆1的等效電路模型為前提，進行各預備估計值的計算以及最終估計值的決定。

而且，一般來說，已知「頻率f」和「角頻率ω」之間存在ω＝2πf的關係，它們之間僅有乘以了無量綱的常數2π的差異，所以以下為了簡化說明，將「頻率」和「角頻率」視為等同，在表示任意一個的情況下都使用「ω」的記號。

(第1實施方式)

圖5是表示第1方式的燃料電池堆1的狀態估計的流程的流程圖。而且，下述的步驟S101～步驟S104構成內部阻抗測量步驟，步驟S105以及步驟S106構成狀態量預備估計值計算步驟，步驟S107構成狀態量最終估計值計算步驟。

如圖示那樣，首先，在步驟S101中，控制器6在內部阻抗測量定時中，通過交流電源57對燃料電池堆1施加從規定的頻帶(例如數Hz～數kHz)選擇的兩個不同的頻率ω1以及ω2的交流電壓Vin1以及Vin2。

在步驟S102中，控制器6對相對於電流傳感器51中測量的上述交流電壓Vin1以及Vin2的各自的輸出電流的電流值Iout1以及Iout2實施傅立葉變換處理，計算電流振幅值Iout(ω1)以及Iout(ω2)。

在步驟S103中，控制器6對頻率ω1以及ω2的交流電壓Vin1以及Vin2分別實施傅立葉變換處理，計算電壓振幅值Vout(ω1)以及Vout(ω2)。

在步驟S104中，控制器6對各頻率ω1以及ω2，將上述電壓振幅值Vout(ω1)以及Vout(ω2)分別除以電流振幅值Iout(ω1)以及Iout(ω2)，計算內部阻抗Z1、Z2。然後，求該內部阻抗Z1，Z2的虛數分量Zim1以及Zim2和實數分量Zre1以及Zre2。

在步驟S105中，根據內部阻抗Z1，Z2的虛數分量Zim1以及Zim2計算反應電阻的第1預備估計值Ract1以及燃料電池的雙電層電容的第1預備估計值Cdl1。以下說明該計算的具體步驟。

圖6是表示基於內部阻抗Z的虛數分量Zim1以及Zim2的第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Cdl1的計算的細節的流程圖。

在步驟S1101中，根據燃料電池堆1的等效電路模型求內部阻抗Z的虛數分量Zim的關係式。

首先，基於上述圖4所示的燃料電池堆1的等效電路模型的算式，如以下那樣。

其中，Z是燃料電池堆1的內部阻抗，j是虛數單位，ω是交流信號的角頻率，Rm是電解質膜電阻的值，Ract是陰極電極113的反應電阻值，以及Cdl意味著陰極電極113的雙電層電容。

對於該式(1)，取兩邊的虛數分量，將Cdl設為Cdl1，將Ract改寫為Ract1來進行變形時，得到

那樣的內部阻抗的虛數分量Zim的關係式。

在步驟S1102中，對於上述式(2)，代入頻率ω1以及ω2、以及在步驟S104中求得的內部阻抗的虛數分量Zim1以及Zim2，得到將未知數設為Ract1以及Cdl1的方程式並解它。

特別是，對於上述式(2)，在縱軸上取－1/ωZim、在橫軸上取1/ω2，以兩個頻率ω1以及ω2繪製該坐標上的2點，描繪直線，如果求出該直線的斜率以及截距，因為該斜率等於1/(Cdl1·Ract12)，截距等於Cdl1，所以雙電層電容的第1預備估計值Cdl1可以作為截距的值求出。而且，可以通過該求得的第1預備估計值Cdl1和斜率的值，求反應電阻的第1預備估計值Ract1。

返回圖5，在步驟S106中，控制器6根據內部阻抗Z的實數分量Zre，計算反應電阻的第2預備估計值Ract2以及雙電層電容的第2預備估計值Cdl2。

圖7是表示基於內部阻抗Z的實數分量Zre的第2預備估計值Ract2以及第2預備估計值Cdl2的計算的細節的流程圖。

如圖示那樣，在步驟S1201中，根據燃料電池堆1的等效電路模型求出內部阻抗Z的實數分量Zre的關係式。

具體地說，對於上述式(1)，取兩邊的實數分量，將Cdl設為Cdl2，將Ract改寫為Ract2來變形時，得到

的內部阻抗Z的實數分量Zre的關係式。

這裡，在上述(3)式中，未知數是雙電層電容的第2預備估計值Cdl2、反應電阻的第2預備估計值Ract2、以及電解質膜電阻Rm，所以為了求反應電阻的第2預備估計值Ract2，除了需要在步驟S104中求得的實數分量Zre1以及Zre2，還需要求電解質膜電阻Rm。因此，在下一個步驟S1202中，求電解質膜電阻Rm。

圖8是表示電解質膜電阻Rm的測量(以下將該測量也記載為HFR測量)的流程的流程圖。而且，該HFR測量雖然也可以與上述內部阻抗測量一起進行，但是在本實施方式中，例如設想由於確認電解質膜111的溼潤度等理由，而預先單獨地進行。

在步驟S1301中，控制器6在內部阻抗測量定時中，通過交流電源57對燃料電池堆1施加高頻率ω∞(數kHz～數十kHz)的交流電壓Vin。

在步驟S1302中，控制器6對在電流傳感器51中測量的與上述交流電壓Vin相對的輸出電流的電流值Iout實施傅立葉變換處理，計算電流振幅值Iout(ω∞)。

在步驟S1303中，控制器6對交流電壓Vin實施傅立葉變換處理，計算電壓振幅值Vout(ω∞)。

在步驟S1304中，將上述電壓振幅值Vout(ω∞)除以電流振幅值Iout(ω∞)，計算內部阻抗Z，決定該實數分量作為燃料電池堆1的電解質膜電阻Rm。

而且，在上述等效電路模型的式(1)中表示的燃料電池堆1的內部阻抗中，在頻率為數kHz以上的量級的足夠大的值的情況下，作為ω→∞的情況處理，可以將式(1)的右邊的第2項的值大致近似為0。因此，在頻率為數十kHz以上的量級的情況下，內部阻抗Z的實數分量Zre與電解質膜電阻的值Rm基本上一致，所以通過該測量，得到高精度的電解質膜電阻的值Rm。

返回圖7，在步驟S1203中，對於上述式(3)，代入兩個頻率ω1以及ω2、內部阻抗的實數分量Zre1以及Zre2、以及算出的電解質膜電阻值Rm，得到將未知數設為Cdl2以及Ract2的方程式並解它。

特別是，如果在縱軸取1/(ZRe－Rm)、橫軸取ω2，在兩個頻率ω1以及ω2繪製該坐標上的2點，描繪直線，求該直線的斜率以及截距，則該斜率等於Cdl22·Ract2，截距等於1/Ract2。因此，可以由截距的值求Ract2，可以由求得的Ract2以及斜率的值計算Cdl2。

而且，作為求出上述電解質膜電阻Rm的方法，也可以取代在步驟S1301～S1303中進行HFR測量，而在三個頻率ω1、ω2、以及ω3進行內部阻抗的實部分量Zre的測量，將這些頻率ω1、ω2、以及ω3和Zre的測量值代入式(3)，解以Cdl2、Ract2、以及Rm為未知數而得到的方程式。由此，可以計算雙電層電容的第2預備估計值Cdl2、以及反應電阻的第2預備估計值Ract2而不進行HFR測量。

返回圖5，在步驟S107中，根據算出的反應電阻的第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2、以及雙電層電容的第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2，計算反應電阻的最終估計值Ractf以及雙電層電容的最終估計值Cdlf。

具體地說，將反應電阻的最終估計值Ractf決定為Max{Ract1，Ract2}，將雙電層電容的最終估計值Cdlf決定為Min{Cdl1，Cdl2}。其中，Max{x，y}意味著x和y的值中較大的值(在x＝y的情況下x和y的任意一個都可以)。而且，Min{x，y}意味著x和y的值內的較小的值(在x＝y的情況下，x和y的任意一個都可以)。而且，反應電阻的最終估計值Ractf以及Cdlf的計算不限於該方法，例如，也可以通過Ractf＝(Ract1+Ract2)/2，Cdlf＝(Cdl1+Cdl2)/2等其它的計算方法來計算。

通過以上那樣的各步驟得到的最終估計值Ractf以及Cdlf良好地近似於燃料電池堆1的實際的反應電阻的值以及雙電層電容。特別是，在燃料電池堆1中發生了某些異常的情況下，可知反應電阻的值處於變大的傾向，另一方面雙電層電容處於變小的傾向。

因此，如上述那樣，通過將反應電阻的最終估計值Ractf決定為Max{Ract1，Ract2}，將雙電層電容的最終估計值Cdlf決定為Min{Cdl1，Cdl2}，當進行將最終估計值(Ractf，Cdlf)設為控制參數之一的燃料電池堆1的動作控制時，可以確保為了迅速檢知異常狀態的足夠的餘量。

按照上述的本實施方式的控制器6(狀態估計裝置)以及具有該控制器的燃料電池系統100，可以得到以下的效果。

控制器6具有作為根據從燃料電池堆1輸出的規定頻率(ω1，ω2)的交流信號(Iout1，Iout2)測量該燃料電池堆1的內部阻抗Z的內部阻抗測量單元的功能。而且，控制器6具有作為計算從內部阻抗的測量值(Z1，Z2)的實數分量Zre求得的有關作為電極的陰極電極113的狀態量的第1預備估計值(Ract1，Cdl1)、以及作為從該內部阻抗的測量值(Z1，Z2)的虛數分量Zim求得的有關陰極電極113的狀態量的第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的狀態量預備估計值計算單元的功能。進而，控制器6具有作為根據該算出的第1預備估計值(Ract1，Cdl1)以及第2預備估計值(Ract2，Cdl2)決定燃料電池堆1的狀態量的最終估計值(Ractf，Cdlf)的狀態量最終估計值決定單元的功能。

由此，如圖5所示的步驟S107的部分中說明的那樣，使用從相互獨立的分量即內部阻抗虛數分量Zim以及內部阻抗實數分量Zre分別算出的第1預備估計值(Ract1，Cdl1)以及第2預備估計值(Ract2，Cdl2)決定用於估計燃料電池堆1的狀態的最終估計值(Ractf，Cdlf)。由此，該最終估計值(Ractf，Cdlf)成為與燃料電池堆1的狀態一致的高精度的值。作為結果，如果使用該最終估計值(Ractf，Cdlf)作為控制參數，則可以執行燃料電池堆1的優選的動作控制。

特別是，如本實施方式那樣，由控制器6通過對第1預備估計值(Ract1，Cdl1)以及第2預備估計值(Ract2，Cdl2)取Max{Ract1，Ract2}以及Min{Cdl1，Cdl2}來決定最終估計值Ractf以及Cdlf，用於決定最終估計值Ractf以及Cdlf的運算也變得容易。

特別是在燃料電池堆1中發生了某些異常的情況下，反應電阻的值存在變大的傾向，所以如上述那樣，通過將反應電阻值的第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2內的值較大的一方即Max{Ract1，Ract2}設為最終估計值Ractf，從而能夠進行迅速檢知燃料電池堆1的異常狀態的保守的燃料電池堆1的控制。

而且，當求燃料電池堆1的反應電阻值的第1預備估計值Ract1時，根據上述式(2)，使用各頻率ω1以及ω2、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的虛數分量的測量值Zim1以及Zim2。由此，可以更可靠地求出第1預備估計值Ract1。

特別是，優選在將橫軸設為1/ω2，將縱軸設為－1/(ω·Zim)的坐標中，使用各頻率ω1以及ω2、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的虛數分量的測量值Zim1以及Zim2，繪製所述坐標上的2點，計算連接該2點得到的直線的斜率以及截距，根據該算出的斜率以及截距求上述第1預備估計值Ract1。

由此，可以由上述斜率以及截距簡便並且高速地計算第1預備估計值Ract1，而不求電解質膜電阻Rm等其它的參數。而且，上述坐標上的繪製數也可以為3點以上。通過將繪製數設為3點以上，得到與實際的值更一致的精度高的直線，作為結果，使用第1預備估計值Ract1最終得到的最終估計值Ractf的精度也進一步提高。

進而，當求反應電阻值的第2預備估計值Ract2時，根據上述(3)式，使用各頻率ω1以及ω2、與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的實數分量的測量值Zre1以及Zre2、以及預先算出的電解質膜電阻Rm。由此，可以更可靠地求出第2預備估計值Ract2。

特別是，優選在將橫軸設為ω2、將縱軸設為1/(Zre－Rm)的坐標上，使用各頻率ω1以及ω2、與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的實數分量的測量值Zre1以及Zre2、以及預先算出的電解質膜電阻Rm，繪製所述坐標上的2點，計算連接該2點得到的直線的截距，根據該算出的截距求出上述第2預備估計值Ract2。

由此，在使用了內部阻抗的實數分量Zre的第2預備估計值Ract2的計算中，例如，在為了掌握被認為對燃料電池堆1的性質產生較大影響的電解質膜111的溼潤度等的狀態而預先計算電解質膜電阻Rm的情況等下，可以對其加以利用。這樣，通過直接利用預先算出的電解質膜電阻Rm，可以簡便並且快速地求出第2預備估計值Ract2。

而且，控制器6在使用雙電層電容作為陰極電極113的狀態量的情況下，將雙電層電容的第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2中的值較小的一方，即Min{Cdl1，Cdl2}設為最終估計值Cdlf。

由此，因為在燃料電池堆1中發生了某些異常的情況下，存在燃料電池堆1的雙電層電容變小的傾向，所以通過將第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2內的較小的值設為雙電層電容的最終估計值Cdlf，能夠進行迅速地檢知燃料電池堆1的異常狀態的保守的燃料電池堆1的控制。

進而，當求燃料電池堆1的雙電層電容的第1預備估計值Cdl1時，根據上述的(2)，使用各頻率ω1以及ω2、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的虛數分量的測量值Zim1以及Zim2求所述雙電層電容的第1預備估計值Cdl1。由此，可以更可靠地求雙電層電容的第1預備估計值Cdl1。

特別是，優選在將橫軸設為1/ω2、將縱軸設為－1/(ω·Zim)的坐標上，使用各頻率ω1以及ω2、以及與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的虛數分量的測量值Zim1以及Zim2，繪製所述坐標上的2點，計算連接該2點得到的直線的截距，根據該算出的截距求出上述第1預備估計值Cdl1。

由此，可以從上述斜率以及截距簡便並且高速地計算第1預備估計值Cdl1，而不求電解質膜電阻Rm等其它的參數。而且，上述坐標上的繪製數也可以為3點以上。這樣，通過將繪製數取3點以上，使用最小二乘法等近似法確定直線，得到與實際的值更一致的精度高的直線，作為結果，從第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2最終得到的最終估計值Cdlf的精度也進一步提高。

而且，當求燃料電池堆1的雙電層電容的第2預備估計值Cdl2時，根據上述的式(3)，使用各頻率ω1以及ω2、與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的實數分量的測量值Zre1以及Zre2、以及預先算出的電解質膜電阻Rm，求所述雙電層電容的第2預備估計值Cdl2。由此，可以更可靠地求雙電層電容的第2預備估計值Cdl2。

特別是，優選在將橫軸設為ω2、將縱軸設為1/(Zre－Rm)的坐標上，使用各頻率ω1以及ω2、與這些各頻率ω1以及ω2對應的內部阻抗的實數分量的測量值Zre1以及Zre2、以及預先算出的電解質膜電阻Rm繪製所述坐標上的2點，計算連接該2點得到的直線的斜率以及截距，根據該算出的斜率以及截距求雙電層電容的第2預備估計值Cdl2。

由此，在第2預備估計值Cdl2的計算中，例如，在為了掌握被認為對燃料電池堆1的性質產生較大影響的電解質膜111的溼潤度等的狀態而預先計算電解質膜電阻Rm的情況等下，可以對其加以利用。這樣，通過直接利用預先算出的電解質膜電阻Rm，可以簡便並且快速地求第2預備估計值Cdl2。

(第2實施方式)

以下，說明第2實施方式。而且，對於與第1實施方式相同的要素附加相同的標號，省略其說明。

在本實施方式中，特別是，將第1實施方式中求得的反應電阻的第1預備估計值Ract1與第2預備估計值Ract2相互比較，而且，將雙電層電容的第1預備估計值Cdl1與第2預備估計值Cdl2相互比較。然後，根據這些比較結果決定反應電阻值以及雙電層電容的最終估計值，作為燃料組1的動作控制的參數，根據它進行燃料電池系統1的動作控制。

具體地說，在上述第1預備估計值和第2預備估計值實質上相互一致的情況下，判斷為可以正常地進行燃料電池堆1中的狀態量的估計，直接採用對各預備估計值實施規定的運算所得到的最終估計值。

另一方面，在上述第1預備估計值和第2預備估計值實質上相互不一致的情況下，判斷為不能正常地進行燃料電池堆1中的狀態量的估計。在該情況下，因為認為如上述那樣對各預備估計值實施規定的運算而得到的最終估計值的精度低，所以進行決定其它替代的最終估計值的處理。以下，說明本實施方式的處理的細節。

圖9是表示基於燃料電池堆1的最終估計值的決定以及該最終估計值的燃料電池堆1的動作控制的流程的流程圖。圖10是表示圖9所示的處理的一部分的副處理的流程圖。而且，以下的各處理中的各運算使用在控制器6中具有的中央運算裝置和隨機接入存儲器等來執行。

在步驟S201中，判定基於在任意的內部阻抗測量定時測量的內部阻抗的上述的第1預備估計值Ract1和第2預備估計值Ract2的差ΔRact(＝|Ract2－Ract1|)是否為規定值Rα以上，或者第1預備估計值Cdl1和第2預備估計值Cdl2的差ΔCdl(＝|Cact2－Cact1|)是否為規定值Cα以上。而且，在規定值Rα以及規定值Cα是考慮燃料電池堆1的規格和單元的層積數等各種要素後適當確定的閾值。

即，在本步驟中，進行反應電阻的第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2、以及雙電層電容的第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2是否實質上相互一致的判定。然後，通過控制器6，如上述那樣，在第1預備估計值和第2預備估計值分別實質上一致的情況(ΔRact＜Rα並且ΔCdl＜Cα)下，判斷為正常地進行燃料電池堆1的估計，在不一致的情況(ΔRact≧Rα或者ΔCdl≧Cα)下判斷為不正常地進行。

以下列舉不能正常地進行燃料電池堆1的狀態量的估計的情況的例子，說明在該情況下第1預備估計值和第2預備估計值實質上不一致。

首先，作為不能正常地進行燃料電池堆1的狀態量的估計的情況之一，列舉在對燃料電池堆1設想了上述圖4所示的等效電路模型的情況中，通過上述HFR測量求得的電解質膜電阻的值Rm從實際的值較大地偏離的情況。

這樣，如果如上述步驟S1203中記載的那樣，將從實際的值偏離的電解質膜電阻Rm代入式(3)而計算第2預備估計值(Ract2，Cact2)，則第2預備估計值(Ract2，Cact2)的計算結果中包含從實際的值偏離的電解質膜電阻的值Rm的影響，產生誤差。

另一方面，由於在式(2)中不包含電解質膜電阻Rm的項，所以在根據該式(2)算出的第1預備估計值(Ract1，Cact1)中，不包含從實際的值偏離的電解質膜電阻的值Rm的影響，正確的值被維持。因此，認為該正確的第1預備估計值(Ract1，Cact1)和上述產生了誤差的第2預備估計值(Ract2，Cact2)的值必然不一致。

而且，作為不能正常地進行燃料電池堆1的狀態量的估計的其它情況，列舉控制器6等的阻抗測量系統的電抗成分的影響強到不能忽視的程度。在該情況下，燃料電池堆1的等效電路模型接近圖11所示的電路模型，即設想的圖4的等效電路模型不成立，所以不能正確地求出燃料電池堆1的狀態量的最終估計值。

在該情況下，根據圖11中記載的等效電路模型算出的內部阻抗的更確定的算式表示為，

。其中，L是阻抗測量系統的電抗的值。因此，取式(4)的兩邊的虛數分量，進行變形時，成為

因此，如果假設電抗值L已知，使用內部阻抗的測量值的虛數分量Zim1以及Zim2，根據式(5)求反應電阻的估計值Ract和雙電層電容的估計值Cdl，則這些值中包含該電抗值L的影響，所以可知與從基於圖4的等效電路模型的式(2)算出的第1預備估計值(Ract1，Cact1)，值上產生偏差。

另一方面，如參照上述式(4)可知，電抗值L的項是純虛數分量，所以取式(4)中兩邊的實數分量時，沒有留下該電抗L的項。因此，取式(4)的實數分量的式與上述式(3)一致，關於原來根據式(3)算出的第2預備估計值(Ract2，Cact2)，值不改變。由此，在不能忽略阻抗測量系統的電抗成分的影響的情況下，認為第1預備估計值(Ract1，Cact1)和第2預備估計值(Ract2，Cact2)的值不一致。

接著，在步驟S202中，在步驟S201中判定為ΔRact不足規定值Rα並且ΔCdl不足規定值Cα的情況下，判斷為可以正常地進行燃料電池堆1的狀態的估計。然後，在該情況下，與上述的步驟S107的情況相同，基於第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2的Max{Ract1，Ract2}、以及基於第1預備估計值Cdl1以及第2預備估計值Cdl2的Min{Cdl1，Cdl2}被分別確定作為反應電阻的最終估計值Ractf、以及雙電層電容的最終估計值Cdlf，轉移到如後所述的步驟S206的處理。

另一方面，在步驟S203中，在步驟S201中判定為ΔRact為規定值Rα以上，或者ΔCdl為規定值Cα以上的情況下，進行使ΔRact或者ΔCdl的值減少的處理。這即是，在由於第1預備估計值Ract1與第2預備估計值Ract2實質上不一致，或者第1預備估計值Cdl1與第2預備估計值Cdl2實質上不一致，不能正常地進行燃料電池堆1的狀態的估計的情況下，嘗試糾正以便能夠正常地進行估計的處理。以下說明該處理的細節。

在圖10中，表示使ΔRact或者ΔCdl的值減少的處理的流程的流程圖。

首先，在步驟S2101中，進行S/N比增加處理。具體地說，通過控制器6進行增大在內部阻抗測量時對燃料電池堆1施加的電壓Vin1以及Vin2的振幅，調整輸出電流的處理，以便容易從噪聲區別輸出電流的信息。

而且，本實施方式的S/N比是被定義為，將電流傳感器51中測量的輸出電流Iout的有效值，除以測量的雜音電流的有效值的值。而且，作為用於測量該雜音電流的裝置，可以使用公知的噪聲測量裝置。

在圖12中，表示進行了增大施加電壓Vin的振幅的處理的情況下的輸出電流Iout、與未進行的情況下的輸出電流Iout的方式的一例。在該圖中，用虛線表示進行S/N比增加處理之前的輸出電流以及噪聲，用實線表示進行了S/N比增加處理後的輸出電流以及噪聲。進而，用相對較細的虛線僅表示噪聲。由圖可知，因為在進行上述處理之前的相對振幅較小的輸出電流中噪聲相對較大，所以難以得到輸出電流的信息。

另一方面，在進行了增大施加電壓Vin的振幅的處理之後輸出電流的振幅增加，噪聲相對變小，所以容易得到輸出電流的信息。但是，增大施加電壓Vin的振幅的處理優選被調整為起因於輸出電流Iout的增大的陽極113中的氫消耗不過大的程度。而且，該S/N比增加處理(S2101)也可以根據需要省略，僅進行下一個頻率搜索處理(S2102)。

接著，在步驟S2102中，進行搜索極力減小ΔRact以及ΔCdl的值那樣的頻率ω的值的處理。具體地說，通過控制器6，使從交流電源57對燃料電池堆1施加的電壓Vin1以及Vin2中的頻率ω1以及ω2的值在規定的範圍連續變化，求與該變化的頻率對應的ΔRact以及ΔCdl的值。然後，在ΔRact以及ΔCdl的值為最小的情況中，記錄這時的頻率ω1以及ω2的值以及ΔRact以及ΔCdl的值。而且，關於使頻率ω1以及ω2的值變化的範圍沒有特別限制，但是優選在認為圖4所示的等效電路模型與實際的燃料電池堆1良好地一致的數Hz～數kHz之間變化。

這裡，例如在某個頻率的值中，圖11所示的阻抗測量系統的電抗成分強烈地影響，ΔRact以及ΔCdl的值變大。另一方面，在其它的頻率的值中，可以忽略該電抗成分的影響，作為結果，有時實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型良好地一致。

因此，通過該頻率搜索處理，發現上述的ΔRact以及ΔCdl的值最小的頻率，採用這樣的頻率進行內部阻抗測量，作為結果，使ΔRact以及ΔCdl的值減少，可以使實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型良好地一致。

以下，將ΔRact以及ΔCdl的值最小的頻率ω1以及ω2分別記載為(ω1)min以及(ω2)min，將這時的ΔRact以及ΔCdl分別記載為(ΔRact)min以及(ΔCdl)min。

返回圖9，在步驟S204中，判定上述的(ΔRact)min是否為規定值Rα以上，或者(ΔCdl)min是否為規定值Cα以上。即，判定進行了使ΔRact以及ΔCdl的值減少的處理之後的(ΔRact)min以及(ΔCdl)min是否小到可以正常地進行燃料電池堆1的狀態的估計的程度。

這裡，在判定為(ΔRact)min不足規定值Rα並且(ΔCdl)min不足規定值Cα的情況下，判斷為可以正常地進行燃料電池堆1的狀態的估計，進至上述步驟S202，根據上述(ω1)min以及(ω2)min求得的Max{Ract1，Ract2}、以及Min{Cdl1，Cdl2}分別被確定作為反應電阻的最終估計值Ractf、以及雙電層電容的最終估計值Cdlf。

另一方面，在判定為(ΔRact)min為規定值Rα以上、或者(ΔCdl)min為規定值Cα以上的情況下，在步驟S205中，判斷為不能正常進行燃料電池堆1的狀態的估計，進行替代的最終估計值的決定處理。

具體地說，在最終估計值的例外決定處理中，將作為以前的測量(例如前次的測量)的、判定為ΔRact不足規定值Rα且ΔCdl不足規定值Cα的測量時所決定的最終估計值(Ractf，Cdlf)，決定作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)。

而且，也可以將上述的以前的測量中的最終估計值存儲在例如控制器6等中具有的規定的存儲部件中，從該存儲部件讀出該最終估計值(Ractf，Cdlf)作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，以便能夠順利地進行替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)的決定。

進而，也可以取代使用上述本次以前的測量中的最終估計值的方法，將預先確定的值決定作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)。在該情況下，考慮安全性等情況，優選將該值設定為具有餘量的保守的值。

接著，在步驟S206中，通過控制器6，根據上述步驟S202或者步驟S205中決定的最終估計值(Ractf，Cdlf)或者替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，進行燃料電池堆1的動作控制。

即，控制器6根據這些最終估計值(Ractf，Cdlf)或替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，掌握燃料電池堆1的容量或劣化的程度，進行對作為負載的行駛電動機53等供給的目標輸出電力的值的調整。

按照上述的本實施方式的控制器6(狀態估計裝置)以及具有它的燃料電池系統100，可以得到以下的效果。

本實施方式的控制器6進一步具有在第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差為規定值以上的情況下判斷為不正常地進行燃料電池堆1的估計的燃料電池異常狀態判定功能。由此，可以適當地進行不能正常地估計燃料電池堆1的狀態的情況的判斷。

本實施方式的控制器6還具有作為在第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差不足規定值的情況下判斷為正常地進行燃料電池堆1的估計的燃料電池正常狀態判定單元的功能。由此，可以適當地進行可以正常地估計燃料電池堆1的狀態的情況的判斷。

這裡，以下對可通過第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的實質上一致或者不一致，以判斷是否可以正常地進行燃料電池堆1的估計這一點，說明其客觀的根據。

圖13是表示單元電壓和第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2的關係的曲線圖。而且，在該曲線圖中用於計算第1預備估計值Ract1以及第2預備估計值Ract2的內部阻抗測量中使用的頻率ω1以及ω2例如是15Hz附近的確定頻帶中包含的頻率。而且，圖中單元電壓的大小與陽極112的催化劑層112A中的氫濃度的大小對應。而且，這裡確保足夠的S/N比。

由圖可知，與單元電壓的大小無關，第1預備估計值Ract1和第2預備估計值Ract2相互基本上一致。另一方面，可知在上述確定頻帶中包含的上述頻率ω1以及ω2中，實際的燃料電池堆1與圖4所示的等效電路模型一致。因此，在該情況下，因為根據圖4的等效電路模型決定的最終估計值(Ractf，

Cdlf)的精度被較高地保持，所以作為結果，如果使用該最終估計值(Ractf，Cdlf)，則認為能夠進行燃料電池堆1的狀態的正常估計。

由於這樣的理由，可知第1預備估計值Ract1和第2預備估計值Ract2的一致，與能夠進行燃料電池堆1的正常估計相關。

而且，上述指定頻帶是對照測量條件或燃料電池堆1的結構等各種條件而適當確定的頻帶。但是，如果用於內部阻抗測量的頻率是太大的值，則不能忽略上述的阻抗測量系統的電抗成分，圖4所示的等效電路模型與實際的燃料電池堆1的特性不一致。因此，作為上述指定頻帶，一般來說設想為數Hz～數kHz，特別地為數Hz～數百Hz，特別地為數Hz～數十Hz。

進而，如在上述步驟S201以及步驟2102中說明的那樣，在第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差為規定值(Rα，Cα)以上的情況下，控制器6使用於內部阻抗測量而施加的交流信號(Vin1，Vin2)的頻率(ω1，ω2)的值變化，以便第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差(ΔRact以及ΔCdl)減少。

由此，在燃料電池堆1中發生某些異常，設想的等效電路模型與實際的燃料電池堆1不一致，不能正常地估計燃料電池堆1的狀態的情況中，通過使施加的交流信號(Vin1，Vin2)的頻率(ω1，ω2)的值變化，搜索使上述差(ΔRact以及ΔCdl)減少的頻率，可以發現能夠使用上述設想的等效電路模型的頻率。因此，通過在內部阻抗測量中使用該發現的頻率，可以得到高精度的最終估計值(Ractf，Cdlf)，有助於燃料電池堆1的狀態的正常估計。

而且，如在上述步驟S201以及步驟2101中說明的那樣，在第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差為規定值(Rα，Cα)以上的情況下，控制器6也可以增大為了內部阻抗測量而施加的交流信號(Vin1，Vin2)的振幅值，以便第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差(ΔRact，ΔCdl)減少。

由此，在不能正常估計燃料電池堆1的狀態的情況中，通過增大為了內部阻抗測量而施加的交流信號(Vin1，Vin2)的振幅值，容易確保S/N比。因此，可以得到更明確的輸出信號(Iin1，Iin2)的信息，有助於測量精度的提高。

進而，如在上述步驟S205中說明的那樣，通過施加的交流信號(Vin1，Vin2)的頻率(ω1，ω2)的值的變化以及/或者振幅值的增加，第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差((ΔRact)min，(ΔCdl)min)未減少至不足規定值(Rα，Cα)的情況下，控制器6還具有作為燃料電池動作控制單元的功能，該燃料電池動作控制單元決定基於判定為第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差(ΔRact，ΔCdl)不足規定值(Rα，Cα)時的以前的內部阻抗測量值的最終估計值，作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，根據決定的替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)進行燃料電池堆1的動作控制。

由此，在第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)實質上相互偏離的情況下，通過運算它們而決定的最終估計值(Ractf，Cdlf)的可靠性成為降低的可靠性，因為將該預備估計值相互偏差產生以前的測量中的最終估計值設為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，可以防止以可靠性降低的參數進行燃料電池堆1的動作控制。而且，優選將判斷為不能正常進行燃料電池堆1的狀態的判定的前一次的測量時存儲的最終估計值決定為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)。

進而，控制器6如上述步驟S205中說明的那樣，控制器6具有作為燃料電池動作控制單元的功能，該燃料電池動作控制單元在通過施加的交流信號(Vin1，Vin2)的頻率(ω1，ω2)的值的變化以及/或者振幅值的增加，第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)的差((ΔRact)min，(ΔCdl)min)未減少至不足規定值(Rα，Cα)的情況下，決定預先確定的值作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，根據該決定的替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)進行燃料電池堆1的動作控制。

由此，即使在因第1預備估計值(Ract1，Cdl1)和第2預備估計值(Ract2，Cdl2)實質上相互偏離，不能正常進行燃料電池堆1的狀態的估計的情況下，也可以將預先確定值作為替代的最終估計值(R′actf，C′dlf)，繼續燃料電池堆1的動作控制。而且，在該情況下，希望考慮安全性等情況，將該值設定為在安全方面具有餘量的保守的值。

以上，說明了本發明的實施方式，但是上述實施方式只不過表示了本發明的適用例的一部分，沒有將本發明的技術的範圍限定於上述實施方式的具體的結構的含義。

例如，上述實施方式中，說明了將本發明的結構適用於對車輛的行駛電動機53供給驅動電力的燃料電池堆1的例子，但是不限於此，例如可以將本發明的結構適用於對個人計算機或其它交通工具等中的負載元件供給電力的用途中所使用的任意的燃料電池。

而且，用於內部阻抗Z的測量的電路結構等也可能存在各種變更。例如，在本實施方式中通過交流電源57對燃料電池堆1施加電壓，測量輸出的交流電流，根據該施加電壓和輸出交流電流計算內部阻抗，但是也可以從規定的電流源對燃料電池堆1供給交流電流，測量輸出的交流電壓，根據該交流電流和輸出交流電壓計算內部阻抗。

進而，在上述實施方式中，求有關陰極電極113的反應電阻以及雙電層電容的第1預備估計值(Ract1，Cdl1)以及第2預備估計值(Ract2，Cdl2)，但是不限於此，例如在陽極氣體流路內的陽極氣體濃度不足的所謂的氫飢餓狀態等情況，即陽極電極112側的反應電阻等的狀態量增大至不能忽略的程度的情況下，也可以求有關陽極電極112的反應電阻以及雙電層電容的第1預備估計值以及第2預備估計值。