本发明涉及一种包括聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统。
背景技术：
已经已知基于高频范围中的阻抗和低频范围中的阻抗来计算电解质膜的水分含量和催化剂层的水分含量的技术，作为用于了解聚合物电解质燃料电池内部的干燥程度的技术(例如，参见日本专利申请公报第2010-165463号(jp2010-165463a))。在该jp2010-165463a中，描述了测量处于作为高频的约1khz处的燃料电池的阻抗作为高频范围中的阻抗。
技术实现要素：
需要具有高操作频率的控制设备，以测量处于作为高频的约1khz处的燃料电池的阻抗。然而，这种控制设备的需求导致燃料电池系统的显著成本增加，因此是不利的。
鉴于上述观点，本发明提供了一种燃料电池系统，可以针对其了解聚合物电解质燃料电池内部的干燥程度，而无需具有高操作频率的控制设备。
本发明人对在低频信号叠加在燃料电池上时燃料电池的阻抗特性(下文中也称为低频阻抗)进行了研究。
作为结果发现，在向燃料电池供给的氧化剂气体的量不足的状态下，低频阻抗以类似于当高频信号叠加在燃料电池上时燃料电池的阻抗的方式改变。
鉴于上述发现，本发明的一个方面是一种包括燃料电池的燃料电池系统，所述燃料电池通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应输出电能。燃料电池是聚合物电解质燃料电池。燃料电池系统包括：低频叠加部，其被配置成将低频信号叠加在燃料电池上，所述低频信号处于等于或低于指定的基准频率的低频处；阻抗计算部，其被配置成计算在低频叠加部将低频信号叠加在燃料电池上时的燃料电池的阻抗；诊断部，其被配置成基于由阻抗计算部计算出的阻抗来诊断燃料电池内部的干燥程度；以及氧化剂气体量调节部，其调节燃料电池中的氧化剂气体的量。诊断部被配置成：当氧化剂气体量调节部将氧化剂气体的量调节为等于或小于指定的基准气体量时，基于阻抗来诊断燃料电池内部的干燥程度。
正如上所述，当配置成在氧化剂气体不足的状态下计算燃料电池的阻抗时，不需要具有高操作频率的控制设备，并且可以使用具有低操作频率的控制设备，以了解聚合物电解质燃料电池内部的干燥程度。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据实施方式的燃料电池系统的示意配置图；
图2是燃料电池中的电池的示意截面图；
图3是燃料电池中的电池的内部结构的示意图；
图4是燃料电池系统中的诊断装置的示意配置图；
图5是示出由ac分量δi加法部叠加在燃料电池的输出电流上的低频信号的曲线图；
图6是示出当氧化剂气体充分供给到燃料电池时在空气电极侧发生的化学反应的视图；
图7是示出当向燃料电池供给的氧化剂气体的量不足时在电池中发生的化学反应的视图；
图8包括示出在向燃料电池供给的空气的量降低时低频阻抗的变化的曲线图；
图9是由燃料电池系统中的诊断控制部执行的诊断处理的流程图；以及
图10是由燃料电池系统中的诊断控制部执行的水分含量恢复处理的流程图。
具体实施方式
将基于图1至图10描述本发明的实施方式。在本实施方式中，将描述本发明的燃料电池系统1应用于作为一种类型的电动车辆的燃料电池车辆的示例。
燃料电池系统1包括燃料电池10，燃料电池10通过利用在包含氢气的燃料气体与包含氧气(例如，空气)的氧化剂气体之间的电化学反应来输出电能。在该实施方式中，采用聚合物电解质燃料电池(质子交换膜燃料电池：pefc)作为燃料电池10。燃料电池10将通过发电产生的dc电流经由dc/dc转换器51a提供给诸如电动马达的未示出的电气负载和用于车辆行驶的二次电池。
燃料电池10具有堆叠结构，其中，堆叠有多个电池10a，多个电池10a中的每一个充当基本单元。在多个电池10a中，相邻电池10a彼此串联电连接。
如图2所示，电池10a中的每一个包括：通过从两侧由成对的催化剂层102a、102b来保持电解质膜101而配置成的膜-电极组件100；设置在膜-电极组件100的两侧的成对的气体扩散层103a、103b；以及将这些元件保持在其间的隔板(separator)110。
电解质膜101被配置成具有质子传导性的离子交换膜，并且这样的离子交换膜由诸如氟碳基材料或烃基材料的具有水合特性的聚合物材料形成。成对的催化剂层102a、102b中的每一个构成电极。更具体地，成对的催化剂层102a、102b包括：构成燃料电极的燃料侧催化剂层102a；以及构成空气电极的空气侧催化剂层102b。
如图3所示，催化剂层102a、102b中的每一个被配置成包括：发挥催化作用的诸如铂颗粒的物质102c；携带物质102c的携带碳102d；以及覆盖携带碳102d的离聚物(即，电解质聚合物)102e。
气体扩散层103a、103b分别使燃料气体和氧化剂气体作为反应气体扩散贯穿催化剂层102a、102b。气体扩散层103a、103b中的每一个由诸如碳纸或碳布的具有透气性和电子传导性的多孔构件形成。
例如，隔板110中的每一个由具有导电性的碳基底形成。在隔板110中，在与燃料侧催化剂层102a相对的部分中形成有供燃料气体流过的氢气通道111，并且在与空气侧催化剂层102b相对的部分中形成有供作为氧化剂气体的空气流过的空气通道112。
当供给有燃料气体和氧化剂气体时，电池10a中的每一个通过如由以下式1、2表示的氢气与氧气之间的电化学反应输出电能。
(燃料电极侧)h2→2h++2e-...(式1)(空气电极侧)2h++1/2o2+2e-→h2o...(式2)。再次参照图1，燃料电池10经由能够双向供电的dc/dc转换器51a电连接至各种电气负载中的每一个。dc/dc转换器51a与电压传感器52a和电流传感器52b一起构成电流控制单元51，该电流控制单元51控制从燃料电池10到各种电气负载中的每一个的电力的流动或者从各种电气负载中的每一个到燃料电池10的电力的流动。注意，本实施方式中的电流控制单元51用作诊断装置5的构成元件。
诊断装置5连接至燃料电池10。该诊断装置5诊断燃料电池10的状态。本实施方式中的诊断装置5被配置成诊断燃料电池10内的干燥程度。下面将详细描述诊断装置5。
燃料电池10设置有：空气入口11a，空气作为氧化剂气体从空气入口11a被供给到电池10a中的每一个的空气通道112；以及空气出口11b，所产生的水和杂质通过空气出口11b与来自电池10a中的每一个的空气通道112的空气一起排出。空气供给管20连接至空气入口11a。空气排放管21连接至空气出口11b。
空气泵22设置在空气供给管20的最上游部分中，并且将从大气吸入的空气压送到燃料电池10。空气泵22是电动泵，电动泵包括：用于压送空气的压缩机构；以及用于驱动压缩机构的电动马达。
在空气供给管20中，空气压力调节器23设置在空气泵22和燃料电池10之间，并且调节要供给到燃料电池10的空气的压力。空气压力调节器23被配置成包括：阀体，其调节在空气供给管20中供空气流动的空气通道的开口度；以及驱动该阀体的电致动器。
电磁阀24设置在空气排放管21中，并且将燃料电池10内部产生的水、杂质等与空气一起排出。电磁阀24被配置成包括：阀体，其调节在空气排放管21中供空气排放的空气排放通道的开口度；以及驱动该阀体的电致动器。本实施方式中的燃料电池系统1可以通过调节电磁阀24的开口度来调节燃料电池10中的空气电极侧的背压。在本实施方式中，空气泵22、空气压力调节器23和电磁阀24构成调节燃料电池10内的氧化剂气体的量的氧化剂气体量调节部。
燃料电池10设置有：氢气入口12a，燃料气体从该氢气入口12a被供给到电池10a中的每一个的氢气通道111；以及氢气出口12b，未反应的氢气等通过该氢气出口12b从电池10a中的每一个的氢气通道111排出。氢气供给管30连接至氢气入口12a。氢气排放管31连接至氢气出口12b。
高压氢气罐32设置在氢气供给管30的最上游部分，并且填充有高压氢气。在氢气供给管30中，氢气调节器33设置在高压氢气罐32与燃料电池10之间，并且调节要供给至燃料电池10的氢气的压力。氢气调节器33被配置成包括：阀体，其调节在氢气供给管30中的氢气供给通道的开口度；以及驱动该阀体的电致动器。
电磁阀34设置在氢气排放管31中，并且将微量的未反应氢气等排放到外部。电磁阀34被配置成包括：阀体，其调节在氢气排放管31中的氢气排放通道的开口度；以及驱动该阀体的电致动器。本实施方式中的燃料电池系统1可以通过调节电磁阀34的开口度来调节燃料电池10内的燃料电极侧的背压。
作为调节燃料电池10的温度的冷却系统，在本实施方式中，冷却剂循环回路4连接至燃料电池10，并且包括防冻剂等的冷却剂循环通过冷却剂循环回路4。冷却剂循环回路4设置有：使得冷却剂循环的冷却剂泵41；以及散热器42，其通过冷却剂与环境空气之间的热交换而散发已经穿过燃料电池10的冷却剂的热量。散热器42通过使用由电风扇43产生的环境空气的流动来冷却冷却剂。
冷却剂循环回路4设置有绕过散热器42并连接在冷却剂泵41的入口与燃料电池10的冷却剂出口之间的旁路通道44。冷却剂循环回路4还设置有将旁路通道44或散热器42的冷却剂出口中的任一个连接至冷却剂泵41的入口的三通阀45。
在冷却剂循环回路4中，温度传感器46设置在燃料电池10的冷却剂出口附近。该温度传感器46检测已经流过燃料电池10的冷却剂的温度。
这里，已经流过燃料电池10的冷却剂的温度与燃料电池10的温度几乎相同。因此，在该实施方式中，温度传感器46的检测值被认为是燃料电池10的温度。在本实施方式中，温度传感器46构成检测燃料电池10的温度的电池温度检测部。
在本实施方式中，空气压力调节器23、氢气调节器33、电磁阀24、34中的每一个、空气泵22、冷却剂泵41等连接至诊断装置5的诊断控制部50的输出侧，并且各自被配置成通过来自诊断控制部50的控制信号控制。
接下来，将参照图4描述诊断装置5。在图4中，为了示出燃料电池10的内部结构，以透视图部分地示出了构成燃料电池10的电池10a。如图4所示，诊断装置5作为主要构成元件包括诊断控制部50、上述电流控制单元51、放大器电路53以及电池监测器54。
诊断控制部50被配置成包括微型计算机及其外围电路，并且微型计算机包括cpu、rom、ram等。本实施方式中的诊断控制部50具有ac分量δi加法部510、δin计算部540、zn计算部520和诊断部530。
ac分量δi加法部510是低频叠加部，其中在比预定的基准频率(例如，200hz)低的频率处的低频信号(ac分量δi)经由dc/dc转换器51a叠加在燃料电池10的输出电流上。
ac分量δi加法部510将具有在图5中示出的波形的低频信号叠加在燃料电池10的输出电流上。要叠加在燃料电池10上的信号的频率被设定为落入1hz至200hz的低频范围内。在此，考虑到对燃料电池10的电力生成状态的影响，期望要通过ac分量δi加法部510叠加的低频信号等于或低于燃料电池10的输出电流(生成的电流)的10％。
δin计算部540基于电流传感器52b的检测电流i计算流过燃料电池10的总电流i的低频ac分量δin。更具体地，δin计算部540通过使用诸如快速傅立叶变换的方法来计算ac分量δin。注意，电流传感器52b构成检测流过燃料电池10的总电流i的电流检测部。总电流i是包括图5所示的燃料电池10的输出电流和图5所示的低频信号的电流。
zn计算部520构成阻抗计算部，该阻抗计算部在ac分量δi加法部510将低频信号叠加在燃料电池10的输出电流上的状态下，基于电池监测器54的检测值和电流传感器52b的检测值来计算电池的阻抗zn。
更具体地，zn计算部520基于由放大器电路53放大的输出电压来计算电池10a中的每一个的电池电压的ac分量δv。电池电压从电池10a中的每一个输出，并且ac分量δv是低频信号。本实施方式中的zn计算部520通过使用诸如快速傅立叶变换的方法来计算ac分量δv。
本实施方式中的zn计算部520将ac分量δv除以由δin计算部540计算的ac分量δin。以这种方式，zn计算部520可以针对电池10a中的每一个来计算电池10a对低频信号的低频阻抗zn(＝δv/δin)。低频阻抗zn表示阻抗的绝对值。
诊断部530基于由zn计算部520计算的低频阻抗zn来诊断燃料电池10内部的干燥程度。换言之，诊断部530基于由zn计算部520计算的低频阻抗zn诊断燃料电池10的水分含量是否合适。
放大器电路53连接至电池监测器54，放大从电池监测器54输出的电压，并将放大后的电压输出到zn计算部520。电池监测器54是针对电池10a中的每一个检测从电池10a中的每一个输出的电池电压的电池电压检测部。因此，放大器电路53放大从电池10a中的每一个输出的电池电压。
除了电池监测器54之外，本实施方式中的诊断装置5还具有在电流控制单元51中的电压传感器52a。该电压传感器52a构成检测来自整个燃料电池10(即多个电池10a的堆叠体)的总电压输出的总电压检测部。
图6是示出当作为氧化剂气体的空气充分供给到燃料电池10时在燃料电池10的空气电极侧发生的化学反应的视图。图7是示出当向燃料电池10供给的作为氧化剂气体的空气的量不足时在电池10a中发生的化学反应的视图。在图6和图7中的每一个中，在下部示出电池10a的内部构造，并且在上部示出与在下部示出的电池10a的内部构造等效的电路。
在作为氧化剂气体的空气被充分地供给到燃料电池10的情况下，如图6所示，在空气电极侧发生由上述式2表示的化学反应。此时，空气电极侧可以表示为以下等效电路，其中包括双电层c和氧气扩散电阻z(氧气还原反应(oxygenreductionreaction)电阻)的并联连接体相对于电解质膜101中的质子转移电阻器rohm串联连接。
在当空气充分供给到燃料电池10时处于约1khz的高频信号被叠加在燃料电池10上的情况下，如图6的等效电路中的点划线箭头所示，在电池10a中形成从质子转移电阻器rohm到双电层c的电流路径。
质子转移电阻器rohm具有随着燃料电池10的水分含量的降低而其电阻值增加的这样的趋势。因此，当空气被充分地供给到燃料电池10时，可以基于当在燃料电池10上叠加高频信号时的阻抗来了解燃料电池10内部的质子转移电阻器rohm的变化(即干燥程度)。
同时，在当空气充分供给到燃料电池10时低频信号叠加在燃料电池10上的情况下，如图6的等效电路中的点划线箭头所示，在电池10a中形成从质子转移电阻器rohm到氧气扩散电阻z的电流路径。
氧气扩散电阻z倾向于由除了燃料电池10的水分含量之外的因素(例如，氧气的供给量)改变。因此，当向燃料电池10充分供给空气时，难以基于当低频信号叠加在燃料电池10上时的阻抗来了解燃料电池10内部的干燥程度。
由于以上原因，相关技术的系统被配置成：基于当处于约1khz处的高频信号叠加在燃料电池10上时电池10a的阻抗来了解燃料电池10的干燥程度。
然而，需要具有高操作频率的控制设备来测量当处于约1khz处的高频信号叠加在燃料电池10上时电池10a的阻抗。例如，为了测量落入200hz和更高的高频域的阻抗，需要以下这样的设备：a/d转换的采样周期等于或短于1毫秒并且分辨率等于或高于16bit。然而，这种控制设备的需求导致燃料电池系统的显著成本增加，因此是不利的。
同时，不需要具有高操作频率的控制设备来测量在200hz或更低的低频信号叠加在燃料电池10上时电池10a的阻抗。例如，为了测量落入20hz的低频域内的阻抗，需要以下这样的设备：a/d转换的采样周期等于或长于10毫秒并且分辨率等于或低于16bit。
为了通过使用具有低操作频率的控制设备来了解燃料电池10内部的干燥程度，发明人对在低频信号叠加在燃料电池10上时燃料电池10的阻抗的特性进行了研究。
作为结果发现，在向燃料电池10供给的作为氧化剂气体的空气的量不足的状态下，低频阻抗以与当高频信号叠加在燃料电池10上时的阻抗(以下也称为高频阻抗)类似的方式改变。
在向燃料电池10供给的作为氧化剂气体的空气的量不足的情况下，如图7所示，在电池10a中发生氢气泵送反应。如由下面的式3、4所示，在氢气泵送反应中，已经在燃料电极侧被离子化的质子(h+)在被转移到空气电极侧之后变回到氢气(h2)。
(燃料电极侧)h2→2h++2e-...(式3)(空气电极侧)2h++2e-→h2...(式4)该氢气泵送反应未伴有氧气还原反应，并且等效电路中的氧气扩散电阻z被降低到可以忽略氧气扩散电阻z的水平。因此，在向燃料电池10供给的空气的量不足的状态下，低频阻抗几乎不包括氧气扩散电阻z，并且与质子转移电阻器rohm高度相关。即，在向燃料电池10供给的空气的量不足的状态下，低频阻抗以与高频阻抗类似的方式改变。
图8包括示出在向燃料电池10供给的空气的量降低时电池电压和低频阻抗的测量结果的曲线图。注意，图8的上部中的曲线图示出了作为向燃料电池10的空气供给量与氢气供给量的比例的空气化学计量比(即空燃比)的瞬时变化。在图8的下部中的曲线图中，低频阻抗由实线表示，而高频阻抗由虚线表示。
如图8所示，在空气化学计量比降低的情况下，从空气化学计量比开始降低的时间点起经过指定的持续时间后，电池电压降低至接近于零的值。此时，氧气扩散电阻z降低。因此，如图8的下部中的曲线图所示，低频阻抗被降低到与高频阻抗相似的值。
根据这些发现，本实施方式中的诊断控制部50被配置成：当燃料电池10中的空气的量被调节为等于或小于指定的基准气体量时，基于低频阻抗zn来诊断构成燃料电池10的电池10a中的每一个内部的干燥程度。
这里，本实施方式中的诊断控制部50被配置成具有能够测量200hz或更低的低频阻抗zn的低操作频率的控制设备。在本实施方式中，在诊断控制部50中，控制包括空气泵22等的氧化剂气体量调节部的控制部构成气体量控制部50a，并且气体量控制部50a控制氧化剂气体量调节部，使得燃料电池10中的空气量变得等于或小于指定的基准气体量。
另外，本实施方式中的诊断控制部50被配置成：在诊断部530诊断出燃料电池10的水分含量不足的情况下，执行水分含量恢复处理，以恢复燃料电池10的水分含量。在本实施方式中，在诊断控制部50中，执行水分含量恢复处理的控制部构成恢复处理执行部50b。
接下来，将参照图9中的流程图来描述由根据本实施方式的燃料电池系统1中的诊断控制部50执行的诊断处理。在燃料电池10的操作等期间周期性地或不定期地执行图9所示的控制例程。
如图9所示，在步骤s10中，诊断控制部50首先确定诸如车辆系统的外部系统对燃料电池10的请求电力是否等于或低于基准电力。与车辆在市区行驶时对燃料电池10请求的正常请求电力相比，基准电力被设定为具有更低的值。例如，基准电力被设定为当车辆的变速杆被设定在p档位时请求的电力、车辆等待信号时的怠速期间请求的电力或者车辆在有限的高速公路上以恒定速度行驶时请求的电力。
作为步骤s10中的确定处理的结果，如果确定对燃料电池10的请求电力超过基准电力，则担心作为电力供给目标的车载设备的操作变得不稳定。因此，诊断控制部50终止诊断处理。
另一方面，作为步骤s10中的确定处理的结果，如果确定对燃料电池10的请求电力等于或低于基准电力，则在步骤s12中，诊断控制部50在维持作为燃料气体的氢气的供给量的状态下，减少向燃料电池10的空气的供给量。例如，通过降低空气泵22的转速，可以减少空气的供给量。
接着，在步骤s14中，诊断控制部50确定燃料电池10是否处于向燃料电池10的空气的供给量不足的氧气不足状态。本实施方式中的诊断控制部50基于电池电压来确定燃料电池10是否处于氧气不足状态。
当燃料电池10进入氧气不足状态时，禁止由燃料电池10发电，并且因此电池电压降低到接近零的值。考虑到这个事实，本实施方式中的诊断控制部50确定：在电池电压等于或低于被设定为接近零的值的基准电压的情况下，燃料电池10处于氧气不足状态。
作为步骤s14中的确定处理的结果，如果确定燃料电池10不处于氧气不足状态，则处理返回到步骤s12，并且诊断控制部50继续减小向燃料电池10的空气的供给量。
另一方面，作为步骤s14中的确定处理的结果，如果确定燃料电池10处于氧气不足状态，则在步骤s16中，诊断控制部50测量低频阻抗zn。更具体地，在ac分量δi加法部510将低频信号叠加在燃料电池10的输出电流上的状态下，诊断控制部50基于由电池监测器54检测的电池电压和电流传感器52b的检测值来计算电池10a的低频阻抗zn。
接下来，在步骤s18中，诊断控制部50确定低频阻抗zn是否高于预定干燥度确定阈值zth。例如，以电解质膜101干燥时的电阻值为基准来设定干燥度确定阈值zth。
作为步骤s18中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn等于或低于干燥度确定阈值zth，则认为充分确保了燃料电池10的水分含量。因此，诊断控制部50终止诊断处理。
另一方面，作为步骤s18中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn高于干燥度确定阈值zth，则在步骤s20中，诊断控制部50诊断燃料电池10处于燃料电池10的水分含量不足的水分含量不足状态。接着，在步骤s22中，诊断控制部50执行水分含量恢复处理，以恢复燃料电池10的水分含量。
将参照图10中的流程图详细描述本实施方式中的水分含量恢复处理。图10中的流程图示出了图9中的步骤s22中的水分含量恢复处理的流程。
如图10所示，在步骤s100中，诊断控制部50首先降低燃料电池10的温度。例如，诊断控制部50通过增加冷却剂泵41的转速并增加循环通过燃料电池10的冷却剂的循环量来降低燃料电池10的温度。当燃料电池10的温度降低时，存在于燃料电池10内部的空气的饱和蒸汽压降低，这有助于空气中水分的凝结。以这种方式，燃料电池10的水分含量增加。也就是说，当燃料电池10的温度降低时，燃料电池10的水分含量被恢复。
接下来，在步骤s110中，类似于图9所示的步骤s16，诊断控制部50测量低频阻抗zn。接着，在步骤s120中，与图9所示的步骤s18类似，诊断控制部50确定低频阻抗zn是否高于干燥度确定阈值zth。
作为步骤s120中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn等于或低于干燥度确定阈值zth，则认为燃料电池10的水分含量已经恢复。由此，诊断控制部50终止水分含量恢复处理。
另一方面，作为步骤s120中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn高于干燥度确定阈值zth，则在步骤s130中，诊断控制部50增加在燃料电池10中的空气电极侧的背压。例如，诊断控制部50通过减小电磁阀24的开口度来增加燃料电池10中的空气电极侧的背压。当燃料电池10中的空气电极侧的背压增加时，存在于燃料电池10内部的空气的蒸气压上升，这有助于空气中的水分的凝结。以这种方式，燃料电池10的水分含量增加。即，当燃料电池10中的空气电极侧的背压增加时，燃料电池10的水分含量被恢复。
接下来，在步骤s140中，类似于图9所示的步骤s16，诊断控制部50测量低频阻抗zn。然后，在步骤s150中，类似于图9所示的步骤s18，诊断控制部50确定低频阻抗zn是否高于干燥度确定阈值zth。
作为步骤s150中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn等于或低于干燥度确定阈值zth，则认为燃料电池10的水分含量已经恢复。由此，诊断控制部50终止水分含量恢复处理。
另一方面，作为步骤s150中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn高于干燥度确定阈值zth，则在步骤s160中，诊断控制部50减少向燃料电池10的空气的供给量。例如，诊断控制部50通过降低空气泵22的转速来减少向燃料电池10的空气的供给量。当向燃料电池10的空气的供给量减少时，抑制了气流下游侧的燃料电池10内部的水分积聚。作为结果，已经积聚在燃料电池10的一部分中的水更可能遍布整个燃料电池10。因此，抑制了燃料电池10的内部变干燥。
接下来，在步骤s170中，类似于图9所示的步骤s16，诊断控制部50测量低频阻抗zn。接着，在步骤s180中，与图9所示的步骤s18类似，诊断控制部50确定低频阻抗zn是否高于干燥度确定阈值zth。
作为步骤s180中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn等于或低于干燥度确定阈值zth，则认为燃料电池10的水分含量已经恢复。由此，诊断控制部50终止水分含量恢复处理。
另一方面，作为步骤s180中的确定处理的结果，如果确定低频阻抗zn高于干燥度确定阈值zth，则处理返回至步骤s100，并且诊断控制部50继续水分含量恢复处理。在通过连续执行水分含量恢复处理而未恢复燃料电池10的水分含量的情况下，期望终止水分含量恢复处理并停止操作燃料电池10。
迄今已经描述的本实施方式中的燃料电池系统1被配置成：测量在作为氧化剂气体的空气不足的状态下的燃料电池10的低频阻抗，并且基于低频阻抗来了解聚合物电解质燃料电池10内部的干燥程度。
根据该配置，不需要具有高操作频率的控制设备，并且可以使用具有低操作频率的控制设备来了解聚合物电解质燃料电池10内部的干燥程度。该配置对燃料电池系统1的成本削减有重大贡献。
本实施方式的燃料电池系统1被配置成：在对燃料电池10的请求电力低的情况下，在减少空气的供给量的同时测量燃料电池10的低频阻抗。根据该配置，在执行用于了解燃料电池10的干燥程度的处理时，可以抑制以下这样的故障：由于燃料电池10的输出不足而使得电力供给目标不稳定地操作。
本实施方式中的燃料电池系统1被配置成：当燃料电池10进入燃料电池10的水分含量不足的水分含量不足状态时，执行水分含量恢复处理。根据该配置，可以避免诸如因燃料电池10的水分含量不足而引起的燃料电池10的劣化的故障。
作为恢复燃料电池10的水分含量的处理，本实施方式中的燃料电池系统1降低了燃料电池10的温度，增大了燃料电池10中的空气电极侧的背压，并且减少了向燃料电池10的空气的供给量。
不同于燃料电池10中的空气电极侧的背压的增加和向燃料电池10的空气的供给量的减少，燃料电池10的温度的降低不会改变诸如氢气和空气的反应气体的供给量。因此，不太可能发生电力供给目标的不稳定操作。
另外，与向燃料电池10的空气的供给量的减少不同，燃料电池10中的空气电极侧的背压的增加不会降低诸如氢气和空气的反应气体的供给量。因此，与向燃料电池10的空气的供给量的减少相比，不太可能发生电力供给目标的不稳定操作。
考虑到这些事实，本实施方式中的燃料电池系统1被配置成依次降低燃料电池10的温度、增加燃料电池10中的空气电极侧的背压并且减少在水分含量恢复处理中向燃料电池10的空气的供给量。根据该配置，水分含量恢复处理的执行可以抑制电力供给目标不稳定地操作的这种故障。
(其他实施方式)迄今已经对本发明的代表性实施方式进行了说明。然而，本发明不限于上述实施方式，并且例如可以如下对其进行各种修改。
在上述实施方式中，已经描述了将本发明的燃料电池系统1应用于燃料电池车辆的示例。但是，本发明不限于此。本发明的燃料电池系统1不仅可以应用于燃料电池车辆，还可以应用于例如在家庭、工厂等中使用的固定发电机。
在上述实施方式中，已经描述了zn计算部520基于检测流过燃料电池10的总电流i的电流传感器52b的检测值以及电池监测器54的检测值来计算阻抗zn的示例。但是，本发明不限于此。
燃料电池系统1可以被配置成基于能够检测电池10a的表面内部的局部电流的局部电流传感器的检测值和电池监测器54的检测值来计算阻抗zn。
在电池10a的表面内部，空气通道112中的气流的上游侧的一部分(即空气通道112的入口侧的一部分)很可能被干燥。考虑到这个事实，局部电流传感器期望地被配置成至少检测流过空气通道112中的气流的上游侧的该部分的局部电流。
在上述实施方式中，已经描述了在对燃料电池10的请求电力变得等于或低于基准电力时在诊断处理中减少向燃料电池10的空气的供给量的示例。但是，本发明不限于此。
在诊断处理中，例如在车辆的变速杆被设定在p档位的情况下、在车辆处于怠速状态同时等待信号的情况下、在车辆在有限的高速公路上以恒定速度行驶的情况下等，可以减少向燃料电池10的空气的供给量。
在诊断处理中，当对燃料电池10请求的请求电力降低时，期望降低向燃料电池10的空气的供给量。但是，本发明不限于此。在诊断处理中，无论对燃料电池10请求的请求电力的大小如何，都能够在指定的定时降低向燃料电池10的空气的供给量。
在上述实施方式中，已经描述了在诊断处理中减少向燃料电池10的空气的供给量之后测量低频阻抗zn的示例。但是，本发明不限于此。在诊断处理中，可以在以下这样的定时处测量低频阻抗zn：通过来自诸如车辆系统的外部系统的请求降低向燃料电池10的空气的供给量。
在上述实施方式中，已经描述了在水分含量恢复处理中执行不同类型的处理(诸如降低燃料电池10的温度、增加燃料电池10中的空气电极侧的背压以及减少向燃料电池10的空气的供给量)的示例。但是，本发明不限于此。
燃料电池系统1可以被配置成执行包括降低燃料电池10的温度、增加燃料电池10中的空气电极侧的背压以及减少向燃料电池10的空气的供给量的一种或一些类型的处理。
在该配置中，存在水分从燃料电池10中的空气电极侧渗透到燃料电极侧并且水分在燃料电极侧积聚的情况。因此，当燃料电池10中的燃料电极侧的背压增加时，促进了已经积聚在燃料电极侧的水分向电解质膜101的流动。因此，燃料电池系统1可以被配置成执行增加燃料电池10中的燃料电极侧的背压的处理作为水分含量恢复处理。
如在上述实施方式中那样，在诊断出燃料电池10处于燃料电池10的水分含量不足的水分含量不足状态的情况下，期望执行水分含量恢复处理。然而，本发明不限于此。例如，燃料电池系统1可以被配置成：在诊断出燃料电池10处于燃料电池10的水分含量不足的水分含量不足状态的情况下，执行向用户等通知水分含量不足状态的处理，而不是执行水分含量恢复处理。
不用说，构成上述实施方式的元件不一定是必要的，除了明确提到任何元件是特别必要的情况、认为任何元件是原则上显然必要的情况等。
在提及诸如上述实施方式中的构成元件的数目、量和范围的数值的情况下，除了明确提及任何值是特别必要的情况、任何构成元件明显地限于(一个或更多个)特定值的情况等之外，本发明不限于任何这些特定值。
当在上述实施方式中提及构成元件等的形状、位置关系等时，除了明确提及任何构成元件等的形状、位置关系等的情况、任何构成元件等在原则上被限制为特定形状、特定位置关系等的情况等之外，本发明不限于任何那些形状、那些位置关系等。
(总结)根据在上述实施方式的一部分或全部中描述的第一观点，当燃料电池内部的氧化剂气体的量被调节到基准气体量或更小时，燃料电池系统基于燃料电池的低频阻抗来诊断燃料电池内部的干燥程度。
根据第二观点，燃料电池系统包括控制氧化剂气体量调节部的气体量控制部。气体量控制部被配置成：控制氧化剂气体量调节部，使得在对燃料电池请求的请求电力等于或低于指定的基准电力时，氧化剂气体的量变得等于或小于基准气体量。正如上所述，在对燃料电池请求的请求电力低的情况下，燃料电池进入氧化剂气体不足的状态。以这种方式，可以抑制由于燃料电池的输出不足而导致电力供给目标不稳定地操作的这种故障。
根据第三观点，燃料电池系统包括执行水分含量恢复处理以恢复燃料电池的水分含量的恢复处理执行部。恢复处理执行部被配置成：在诊断部诊断出燃料电池处于燃料电池的水分含量不足的水分含量不足状态的情况下，执行水分含量恢复处理。正如上所述，在燃料电池系统被配置成在燃料电池进入燃料电池的水分含量不足的水分含量不足状态时执行水分含量恢复处理的情况下，可以避免由于燃料电池的水分含量不足而导致的诸如燃料电池的劣化的故障。
根据第四观点，燃料电池系统在水分含量恢复处理中降低燃料电池的温度。
根据第五观点，燃料电池系统在水分含量恢复处理中增加燃料电池中的氧化剂气体电极侧的背压。
根据第六观点，燃料电池系统在水分含量恢复处理中减少向燃料电池的氧化剂气体的供给量。
根据第七观点，燃料电池系统的恢复处理执行部被配置成依次降低燃料电池的温度、增加燃料电池中的氧化剂气体电极侧的背压以及减少向燃料电池的氧化剂气体的供给量。