本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法。

背景技術：

已知以下燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)被配置成：將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，該激活處理將燃料電池系統(tǒng)中的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位，以改進單個燃料電池中的電極催化劑的性能(例如，參考pct申請?zhí)?003-536232的公開的日文譯文(jp-a-2003-536232))。

當使用單個燃料電池的陰極的電極催化劑時，在電極催化劑的表面上形成氧化膜，這引起電極催化劑的性能劣化。在上述激活處理中，通過臨時降低單個燃料電池中的陰極電位，減少了電極催化劑，移除了覆蓋電極催化劑的氧化膜，并且改進了電極催化劑所劣化的性能。因此，可以改進單個燃料電池的性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明人執(zhí)行了對激活處理的調(diào)查，并且發(fā)現(xiàn)甚至在預定陰極電位處對單個燃料電池執(zhí)行激活處理的情況下，仍然可能沒有對單個燃料電池的性能進行充分改進。通過在比預定陰極電位更低的陰極電位處對單個燃料電池執(zhí)行激活處理，即到激活處理的更高程度，無論單個燃料電池的狀態(tài)如何，都可以改進電極催化劑的性能。然而，在將激活處理執(zhí)行到激活處理的更高程度的情況下，過度的激活處理促進電極催化劑中金屬的溶解，這可以引起電極催化劑的耐用性劣化。需要一種能夠?qū)⒓せ钐幚韴?zhí)行到適當程度并可靠地改進單個燃料電池的性能的技術。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括：處理單元，被配置成：在燃料電池系統(tǒng)的空閑操作期間，以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將燃料電池系統(tǒng)的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；陽離子雜質(zhì)量估計單元，被配置成估計包括在單個燃料電池的電解質(zhì)膜中的陽離子雜質(zhì)的量；以及處理程度確定單元，被配置成當陽離子雜質(zhì)的量大時，通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，該激活處理的程度比當陽離子雜質(zhì)的量小時所確定的激活處理的程度高，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作。處理單元將激活處理執(zhí)行到由處理程度確定單元所確定的程度。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括：處理單元，被配置成在燃料電池系統(tǒng)的空閑操作期間，以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將燃料電池系統(tǒng)的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；以及處理程度確定單元，被配置成通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作，其中，處理程度確定單元通過以下操作獲得單個燃料電池的輸出電壓：當燃料電池系統(tǒng)以基本輸出電流和基本輸出電壓操作時，將單個燃料電池的輸出電流從基本輸出電流逐步增加至預定增加電流，將輸出電流在增加電流處保持一個增加時間段，以及測量增加時間段內(nèi)的輸出電壓；當輸出電流逐步增加至增加電流并且被保持在增加電流處，輸出電壓從基本輸出電壓逐步降低至最小電壓并且然后增加至比基本輸出電壓低的穩(wěn)定電壓時，處理程度確定單元將激活處理的程度確定如下：隨著在從輸出電流增加至增加電流經(jīng)過比增加時間段短的預設時間段之后測量的輸出電壓與最小電壓之間的差增加，隨著最小電壓與基本輸出電壓之間的差增加，或者隨著在輸出電流增加至增加電流之后輸出電壓變?yōu)榉€(wěn)定電壓所需要的時間段增加，該激活處理的程度變得更高。處理單元將激活處理執(zhí)行到由處理程度確定單元所確定的程度。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括：處理單元，被配置成在燃料電池系統(tǒng)的空閑操作期間，以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將燃料電池系統(tǒng)的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；以及處理程度確定單元，被配置成通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作，其中，在單個燃料電池的輸出電壓在預定電壓值處被保持一段預定時間之后，處理程度確定單元獲得預定輸出電壓處的輸出電流和預定輸出電流處的輸出電壓中的至少之一，當預定輸出電壓處的輸出電流的值和預定輸出電流處的輸出電壓的值中的至少之一相對低時，處理程度確定單元將激活處理的程度確定如下：該激活處理的程度比當預定輸出電壓處的輸出電流的值和預定輸出電流處的輸出電壓的值中的至少之一相對高時所確定的激活處理的程度高。處理單元將激活處理執(zhí)行到由處理程度確定單元所確定的程度。

在根據(jù)上述方面的燃料電池系統(tǒng)中，可以將激活處理執(zhí)行到適當?shù)某潭?，并且可以可靠地改進單個燃料電池的性能。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法，該燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法包括：以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；估計包括在單個燃料電池的電解質(zhì)膜中的陽離子雜質(zhì)的量；當陽離子雜質(zhì)的量大時，通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，該激活處理的程度比當陽離子雜質(zhì)的量小時所確定的激活處理的程度高，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作；以及當執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)的空閑操作時，將激活處理執(zhí)行到所確定的程度。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法，該燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法包括：在燃料電池系統(tǒng)的空閑操作期間，以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將燃料電池系統(tǒng)的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作；通過以下操作來獲得單個燃料電池的輸出電壓：當燃料電池系統(tǒng)以基本輸出電流和基本輸出電壓操作時，將單個燃料電池的輸出電流從基本輸出電流逐步增加至預定增加電流，將輸出電流在增加電流處保持一個增加時間段，以及測量增加時間段內(nèi)的輸出電壓；當輸出電流逐步增加至增加電流并且被保持在增加電流處、輸出電壓從基本輸出電壓逐步降低至最小電壓并且然后增加至比基本輸出電壓低的穩(wěn)定電壓時，將激活處理的程度確定如下：隨著在從輸出電流增加至增加電流經(jīng)過比增加時間段短的預設時間段之后測量的輸出電壓與最小電壓之間的差增加，隨著最小電壓與基本輸出電壓之間的差增加，或者隨著在輸出電流增加至增加電流之后輸出電壓變?yōu)榉€(wěn)定電壓所需要的時間段增加，該激活處理的程度變得更高；以及將激活處理執(zhí)行到所確定的程度。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法，該燃料電池系統(tǒng)的性能改進方法包括：在燃料電池系統(tǒng)的空閑操作期間，以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間，激活處理將燃料電池系統(tǒng)的至少一個單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位；通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合來確定激活處理的程度，動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作；在單個燃料電池的輸出電壓在預定電壓值處被保持一段預定時間之后，獲得預定輸出電壓處的輸出電流和預定輸出電流處的輸出電壓中的至少之一；當預定輸出電壓處的輸出電流的值和預定輸出電流處的輸出電壓的值中的至少之一相對低時，將激活處理的程度確定如下：該激活處理的程度比當預定輸出電壓處的輸出電流的值和預定輸出電流處的輸出電壓的值中的至少之一相對高時所確定的激活處理的程度高；以及將激活處理執(zhí)行到所確定的程度。

附圖說明

下面將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術和工業(yè)意義，在附圖中相似的標記表示相似的要素，并且其中：

圖1是燃料電池系統(tǒng)的框圖；

圖2是示出了單個燃料電池的局部截面視圖；

圖3是示出了不包括陽離子雜質(zhì)的單個燃料電池的輸出電流與輸出電壓之間的關系的圖；

圖4是示出了包括陽離子雜質(zhì)的單個燃料電池的輸出電流與輸出電壓之間的關系的圖；

圖5是示出了不包括陽離子雜質(zhì)的單個燃料電池在預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電壓之間的關系的圖；

圖6是示出了包括少量陽離子雜質(zhì)的單個燃料電池在預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電壓之間的關系的圖；

圖7是示出了包括大量陽離子雜質(zhì)的單個燃料電池在預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電壓之間的關系的圖；

圖8a是示出了圖5至圖7的現(xiàn)象的原因的圖；

圖8b是示出了圖5至圖7的現(xiàn)象的原因的圖；

圖9是示出了電解質(zhì)膜的電阻與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的示例的圖；

圖10是用于確定激活處理的程度的圖；

圖11是示出了單個燃料電池的性能改進方法的圖；

圖12是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖；

圖13是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖；

圖14是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖；

圖15是示出了電壓下降的量與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的示例的圖；

圖16是示出了最小值下降的量與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的示例的圖；

圖17是示出了需要的時間段與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的示例的圖；

圖18是示出了燃料電池系統(tǒng)的性能改進控制動作的例程的流程圖；

圖19是示出了燃料電池系統(tǒng)中陽離子雜質(zhì)量估計控制動作的例程的流程圖；

圖20是示出了燃料電池系統(tǒng)的激活處理程度確定控制動作的例程的流程圖；

圖21是示出了燃料電池系統(tǒng)的激活處理控制動作的例程的流程圖；

圖22是示出了另一實施方式中的估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖；

圖23是示出了輸出電流與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的表；

圖24是示出了另一實施方式中的估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖；

圖25是示出了輸出電壓與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的表；

圖26是示出了輸出電壓、輸出電流以及陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的表；

圖27是示出了操作時間與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的表；以及

圖28是示出了根據(jù)又一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的框圖。

具體實施方式

參照圖1，燃料電池系統(tǒng)a包括燃料電池堆10。燃料電池堆10包括層疊體，該層疊體包括沿層疊方向被層疊的復數(shù)個單個燃料電池2。層疊體的單個燃料電池2中的每個包括：膜電極氣體擴散層組件20；以及分離器(未示出)，其被布置在膜電極氣體擴散層組件20的相對側。膜電極氣體擴散層組件20包括：電解質(zhì)膜；以及布置在電解質(zhì)膜的相對側的陽極和陰極。

一個單個燃料電池2的陽極通過分離器被電連接至層疊體的第一側的與該單個燃料電池2鄰近的另一單個燃料電池2的陰極，并且單個燃料電池2的陰極通過分離器被電連接至層疊體的第二側的與單個燃料電池2鄰近的另一單個燃料電池2的陽極。層疊體的第一側的單個燃料電池2的陽極和層疊體的第二側的單個燃料電池2的陰極形成燃料電池堆10的電極。燃料電池堆10的電極通過dc/dc轉(zhuǎn)換器11被電連接至逆變器12，并且逆變器12被電連接至電動發(fā)動機13。燃料電池系統(tǒng)a包括電力存儲裝置14，并且該電力存儲裝置14通過dc/dc轉(zhuǎn)換器15被電連接至逆變器12。dc/dc轉(zhuǎn)換器11對從燃料電池堆10輸出的輸出電流和輸出電壓的值進行控制，并且對輸出電流和輸出電壓的值進行轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的輸出電流和輸出電壓的值提供至逆變器12。逆變器12將從dc/dc轉(zhuǎn)換器11或電力存儲裝置14輸出的dc電流轉(zhuǎn)換成ac電流。dc/dc轉(zhuǎn)換器15將從燃料電池堆10或電動發(fā)動機13向電力存儲裝置14輸出的電壓控制為低，或者將從電力存儲裝置14向電動發(fā)動機13輸出的電壓控制為高。在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a中，電力存儲裝置14由電池形成。

在單個燃料電池2中，形成了用于將作為燃料氣體的氫氣提供至陽極的燃料氣體流動路徑、用于將作為氧化劑氣體的空氣提供至陰極的氧化劑氣體流動路徑以及用于將冷卻水提供至單個燃料電池2的冷卻水流動路徑。復數(shù)個單個燃料電池2的燃料氣體流動路徑彼此平行連接，復數(shù)個單個燃料電池2的氧化劑氣體流動路徑彼此平行連接，并且復數(shù)個單個燃料電池2的冷卻水流動路徑彼此平行連接。因此，在燃料電池堆10中形成燃料氣體流動路徑30、氧化劑氣體流動路徑40和冷卻水流動路徑50。燃料氣體流動路徑30、氧化劑氣體流動路徑40和冷卻水流動路徑50包括燃料氣體歧管(manifold)、氧化劑氣體歧管和冷卻水歧管。

燃料氣體供給管31被連接至燃料氣體流動路徑30的入口，并且該燃料氣體供給管31被連接至燃料氣體源32。在圖1所示的實施方式中，燃料氣體源32由氫氣罐形成。在燃料氣體供給管31中，按照從上游至下游的順序，布置了關閉閥33、調(diào)節(jié)燃料氣體供給管31中的燃料氣體的壓力的調(diào)節(jié)器34、以及用于將燃料氣體從燃料氣體源32提供至燃料電池堆10的燃料氣體噴射器35。另一方面，陽極廢氣管36被連接至燃料氣體流動路徑30的出口。在關閉閥33和燃料氣體噴射器35打開的情況下，燃料氣體源32中的燃料氣體通過燃料氣體供給管31被提供至燃料電池堆10的燃料氣體流動路徑30。此時，從燃料氣體流動路徑30流出的氣體，即陽極廢氣流入陽極廢氣管36中。在陽極廢氣管36中，按照從上游至下游的順序布置了將陽極廢氣分成氣體和液體的氣液分離器37以及控制積聚在氣液分離器37中的液體的排放的排放控制閥38。燃料氣體循環(huán)管81的入口被連接至氣液分離器37的上部，并且燃料氣體循環(huán)管81的出口被連接至燃料氣體供給管31的布置在燃料氣體噴射器35的上游的部分。在燃料氣體循環(huán)管81中，布置了燃料氣體循環(huán)泵39，燃料氣體循環(huán)泵39對氣液分離器37中的氣體(即分離的陽極廢氣)進行饋送。在燃料氣體循環(huán)泵39被驅(qū)動的情況下，積聚在氣液分離器37中的陽極廢氣被循環(huán)至燃料氣體供給管31。在附圖中未示出的另一實施方式中，未設置陽極廢氣管36中的氣液分離器37。

氧化劑氣體供給管41被連接至氧化劑氣體流動路徑40的入口，并且該氧化劑氣體供給管41被連接至氧化劑氣體源42。在圖1所示的實施方式中，氧化劑氣體源42由空氣形成。在氧化劑氣體供給管41中，按照從上游至下游的順序布置了氣體清潔器43、饋送氧化劑氣體的空氣供給器或渦輪壓縮器44、以及用于對被渦輪壓縮器44饋送至燃料電池堆10中的氧化劑氣體進行冷卻的中間冷卻器45。另一方面，陰極廢氣管46被連接至氧化劑氣體流動路徑40的出口。在陰極廢氣管46中，布置了陰極廢氣控制閥47，陰極廢氣控制閥47控制流過陰極廢氣管46內(nèi)部的陰極廢氣的量或燃料電池堆10的氧化劑氣體流動路徑40中的壓力。氧化劑氣體旁路管49的入口被連接至氧化劑氣體供給管41的布置在中間冷卻器45的下游的部分，而氧化劑氣體旁路管49的出口被連接至陰極廢氣管46的布置在陰極廢氣控制閥47的下游的部分。在氧化劑氣體旁路管49中，布置了氧化劑氣體旁路控制閥48。氧化劑氣體旁路控制閥48控制當將燃料電池堆10旁路時從氧化劑氣體供給管41流動至陰極廢氣管46的空氣的流率。在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a中，氧化劑氣體旁路控制閥48由三通閥形成。在渦輪壓縮器44被驅(qū)動并且氧化劑氣體旁路控制閥48將下游氧化劑氣體供給管41d連接至上游氧化劑氣體供給管41u的情況下，氧化劑氣體被提供至燃料電池堆10的氧化劑氣體流動路徑40，其中上游氧化劑氣體供給管41u被設置在氧化劑氣體供給管41的布置于氧化劑氣體旁路控制閥48的上游的部分處，以及下游氧化劑氣體供給管41d被設置在氧化劑氣體供給管41的布置于氧化劑氣體旁路控制閥48的下游的部分處。此時，從氧化劑氣體流動路徑40流出的氣體(即陰極廢氣)流入陰極廢氣管46中。在氧化劑氣體旁路控制閥48將氧化劑氣體旁路管49連接至上游氧化劑氣體供給管41u的情況下，從渦輪壓縮器44排放的空氣的量的一部分或全部通過氧化劑氣體旁路管49被提供至陰極廢氣管46。在圖1所示的實施方式中，渦輪壓縮器44由離心式渦輪壓縮器或軸流式渦輪壓縮器形成。從尺寸減小等視角，優(yōu)選地使用離心式渦輪壓縮器。

在布置于氧化劑氣體旁路管49的出口下游的陰極廢氣管46的部分中設置稀釋器80。陽極廢氣管36的出口連接至稀釋器80。在稀釋器80中，使用陰極廢氣稀釋包括在陽極廢氣中的氫氣，使得從稀釋器80排放至外部空氣的氣體中的氫氣濃度是容許值或更小的值。流進稀釋器80中的陰極廢氣還包括從氧化劑氣體旁路管49流入的氧化劑氣體。

冷卻水供給管51的一端連接至冷卻水流動路徑50的入口，而冷卻水供給管51的另一端連接至冷卻水流動路徑50的出口。在冷卻水供給管51中，布置了饋送冷卻水的冷卻水泵52和散熱器53。冷卻水供給管51的布置在散熱器53上游的部分通過散熱器旁路管54連接至冷卻水供給管51的布置在散熱器53下游以及在散熱器53與冷卻水泵52之間的部分。另外，設置了對流過散熱器旁路管54內(nèi)部的冷卻水的量進行控制的散熱器旁路控制閥55。在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a中，散熱器旁路控制閥55由三通閥形成并且被布置在散熱器旁路管54的入口處。在冷卻水泵52被驅(qū)動的情況下，從冷卻水泵52排放的冷卻水通過冷卻水供給管51流入燃料電池堆10的冷卻水流動路徑50中，還通過冷卻水流動路徑50流入冷卻水供給管51中，并且然后通過散熱器53或散熱器旁路管54返回至冷卻水泵52。

電子控制單元60由數(shù)字計算機形成，并且包括通過雙向總線61彼此連接的只讀存儲器(rom)62、隨機存取存儲器(ram)63、微處理器(cpu)64、輸入端口65和輸出端口66。以預定時間間隔(例如，0.1ms)通過相應的ad轉(zhuǎn)換器67將下述項輸入至輸入端口65：測量燃料電池堆10的輸出電流和輸出電壓的輸出傳感器16的輸出信號；測量層疊體的復數(shù)個單個燃料電池2中的每個的輸出電流和輸出電壓的輸出傳感器17的輸出信號；測量燃料電池堆10的溫度的溫度傳感器18的輸出信號；檢測車輛變速器的范圍(range)的范圍傳感器19的輸出信號；以及燃料電池系統(tǒng)a中的壓力傳感器(未示出)的輸出信號。將從各個傳感器輸入至輸入端口65的輸出信號的數(shù)據(jù)作為操作歷史存儲在ram63上。另一方面，輸出端口66通過相應的驅(qū)動電路68電連接至關閉閥33、調(diào)節(jié)器34、燃料氣體噴射器35、排放控制閥38、燃料氣體循環(huán)泵39、渦輪壓縮器44、陰極廢氣控制閥47、氧化劑氣體旁路控制閥48、冷卻水泵52和散熱器旁路控制閥55。

然而，當期望在燃料電池堆10中生成電力時，關閉閥33和燃料氣體噴射器35被打開，使得燃料氣體被提供至燃料電池堆10。另外，渦輪壓縮器44被驅(qū)動，使得氧化劑氣體被提供至燃料電池堆10。因此，在單個燃料電池中，發(fā)生電化學反應(h22h⁺+2e^-,(1/2)o2+2h⁺+2e^-h2o)，使得生成電能。所生成的電能被提供至電動發(fā)動機13。因此，電動發(fā)動機13操作為用于驅(qū)動車輛的電動機，使得電動車輛被驅(qū)動。另一方面，例如，當車輛制動時，電動發(fā)動機13操作為再生設備，使得所再生的電能積聚在電力存儲裝置14中。

如圖2所示，在單個燃料電池2的膜電極氣體擴散層組件20中，陽極5a被形成在電解質(zhì)膜5e的一側并且包括陽極催化層5as和陽極氣體擴散層5ad，陰極5c被形成在電解質(zhì)膜5e的另一側并且包括陰極催化層5cs和陰極氣體擴散層5cd。在膜電極氣體擴散層組件20的陽極5a側布置陽極分離器3a，并且在膜電極氣體擴散層組件20的陰極5c側布置陰極分離器3c。

作為電解質(zhì)膜5e的材料，即作為電解質(zhì)材料，例如，可以使用具有陽離子電導性的基于氟的陽離子交換樹脂，如全氟磺酸，其具體示例包括nafion(注冊商標名稱)。陽極催化層5as和陰極催化層5cs的電極催化劑的材料的示例包括支撐鉑或鉑合金的催化劑載體碳(catalyst-supportingcarbon)。在附圖中未示出的另一實施方式中，將由與電解質(zhì)膜5e的電解質(zhì)材料相同的電解質(zhì)材料形成的離聚物例如基于氟的陽離子交換樹脂添加至催化劑載體碳。作為陽極氣體擴散層5ad和陰極氣體擴散層5cd的材料，例如使用導電多孔體，并且其示例包括：碳多孔體，如碳紙、碳布或玻璃碳；以及金屬多孔體，如金屬網(wǎng)或金屬泡沫。陽極分離器3a和陰極分離器3c的材料的示例包括金屬，如不銹鋼或ti。

在期望在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a中生成電力的情況下，根據(jù)電力存儲裝置14的電荷量以及由例如加速器踏板的下壓量代表的電動發(fā)電機13的負荷來獲得燃料電池堆10的期望電流值。接下來，獲得燃料電池堆10的輸出電流值達到期望電流值所需的燃料氣體流率和氧氣流率，即獲得期望的燃料氣體流率和期望的氧氣流率，并且基于期望的氧氣流率來獲得期望的氧化劑氣體流率。接下來，調(diào)節(jié)器34和燃料氣體噴射器35被控制以使得饋送至燃料電池堆10的燃料氣體流率是期望的燃料氣體流率，并且渦輪壓縮器44和陰極廢氣控制閥47被控制以使得饋送至燃料電池堆10的氧化劑氣體流率是期望的氧化劑氣體流率。

然而，在燃料電池系統(tǒng)a中，在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間，在燃料電池堆10中的單個燃料電池2的陰極催化層5cs的電極催化劑(例如，鉑或鉑合金)上形成氧化膜。因此，電極催化劑的性能劣化，并且單個燃料電池2的性能也劣化。為了處理此問題，在燃料電池系統(tǒng)a中，在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間，執(zhí)行減少陰極5c側的空氣的量以臨時降低單個燃料電池2的陰極電位的激活處理，從而改進電極催化劑的性能。然而，雖然其原因尚不清楚，但是甚至在執(zhí)行激活處理之后也不可以使單個燃料電池的性能得到充分改進。因此，為了闡明甚至在執(zhí)行激活處理之后仍然不能充分改進單個燃料電池2的性能的原因，本發(fā)明人關注電解質(zhì)膜5e中的金屬的陽離子雜質(zhì)的量作為該問題的原因。

在此，在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間，陽離子連同提供至燃料電池堆10的空氣一起被并入燃料電池堆10的單個燃料電池2中。例如考慮包括在融雪劑中的ca或na以及包括在燃料電池系統(tǒng)a的組分中的fe、mo、cr或al，作為這些陽離子。使用陽離子交換膜如nafion(注冊商標名稱)，作為單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e。因此，在陽離子被并入單個燃料電池2中的情況下，陽離子滲入離子交換膜中，保留在膜中，并且被膜中的磺酸基取代。因此，在陽離子交換膜中的陽離子的量增加的情況下，陽離子交換膜中的與h⁺離子導電有關的磺酸基的量減少，很難移動h⁺離子，即質(zhì)子導電性劣化。因此，電池性能劣化。因此，想到在陽離子雜質(zhì)的量大的情況下，激活處理的效果被由陽離子雜質(zhì)引起的電池性能的劣化抵消，因此沒有改進單個燃料電池2的性能。

本發(fā)明對電解質(zhì)膜5e中陽離子雜質(zhì)的量與激活處理之間的關系進行了調(diào)查并且發(fā)現(xiàn)了下面的事實。即，在激活處理期間陽離子雜質(zhì)的量小的情況下，無論激活處理的程度是低還是高，單個燃料電池2的性能改進的程度基本上都相同。然而，在激活處理期間陽離子雜質(zhì)的量大的情況下，當激活處理的程度低時，單個燃料電池2的性能改進的程度低，而當激活處理的程度高時，單個燃料電池2的性能改進的程度高。即，通過激活處理獲得的單個燃料電池2的性能改進的程度取決于陽離子雜質(zhì)的量。甚至在執(zhí)行激活處理之后單個燃料電池2的性能改進仍然不充分的原因在于：雖然電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量低，但是激活處理的程度低，即，并不是考慮到陽離子雜質(zhì)的量來執(zhí)行激活處理。因此，為了在激活處理中可靠地改進單個燃料電池2的性能，需要根據(jù)陽離子雜質(zhì)的量改變激活處理的程度。在下文中，將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)a，其中根據(jù)陽離子雜質(zhì)的量來改變激活處理的程度。

首先，將描述單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e中陽離子雜質(zhì)的量與激活處理之間的關系。

圖3是示出了在電解質(zhì)膜5e不包括陽離子雜質(zhì)的情況下單個燃料電池2的輸出電壓與輸出電流之間的關系即iv特性的圖。圖4是示出了電解質(zhì)膜5e包括陽離子雜質(zhì)的情況下單個燃料電池2的iv特性的圖。在圖3和圖4中，水平軸表示輸出電流密度，豎直軸表示輸出電壓。在本實施方式中，作為指示電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量的指標的示例，使用電解質(zhì)膜5e中的用陽離子雜質(zhì)取代的磺酸基的質(zhì)子的比例，即磺酸基取代比例。在圖3中，磺酸基取代比例為0％，并且在圖4中，磺酸基取代比例為30％。在以下條件下進行實驗：單個燃料電池2：1cm²電池，燃料氣體/氧化劑氣體：h2/空氣(1l/分鐘)，以及單個燃料電池2的溫度：83℃(相對濕度：30％)。

在圖3和圖4中，曲線ei01和曲線ei02表示緊接在測量iv特性之前單個燃料電池2的陰極電位在0v被連續(xù)保持30分鐘的情況。在本實施方式中，將緊接在測量之前陰極電位被保持的值稱為“預保持電位”，并且在這種情況下預保持電位為0v。另一方面，在圖3和圖4中，曲線ei11和曲線ei12表示緊接在測量iv特性之前單個燃料電池2的陰極電位在0.6v被連續(xù)保持30分鐘的情況，即預保持電位為0.6v的情況。

換言之，曲線ei01和曲線ei02示出了在通過下述操作改進單個燃料電池2的性能之后測量的iv特性：在0v的目標電位處對單個燃料電池2充分執(zhí)行激活處理30分鐘的持續(xù)時間，而不是降低陰極5c側的氧化劑氣體的流率。同樣地，曲線ei11和曲線ei12示出了通過下述操作改進單個燃料電池2的性能之后測量的iv特性：在0.6v的目標電位處對單個燃料電池2充分執(zhí)行激活處理30分鐘的持續(xù)時間，而不是降低陰極5c側的氧化劑氣體的流率。

如圖3所示，曲線ei01和曲線ei11基本上彼此不交疊。因此，發(fā)現(xiàn)在未被陽離子雜質(zhì)污染的單個燃料電池2中，性能(iv特性)改進的程度沒有變化，而不取決于激活處理的目標電位是0v還是0.6v。換言之，單個燃料電池2的激活處理的效果根據(jù)激活處理的目標電位基本上不變化。因此，發(fā)現(xiàn)在單個燃料電池2未被陽離子雜質(zhì)污染的情況下，甚至當激活處理的程度低(例如，0.6v)時，單個燃料電池2的性能仍被改進。

另一方面，如圖4所示，曲線ei12比曲線ei02更陡峭。因此，發(fā)現(xiàn)在被陽離子雜質(zhì)污染的單個燃料電池2中，在激活處理的目標電位為0.6v的情況下，性能(iv特性)改進的程度比目標電位為0v的情況下測量的性能(iv特性)改進的程度低。換言之，單個燃料電池2的激活處理的效果根據(jù)激活處理的目標電位顯著變化。因此，發(fā)現(xiàn)在單個燃料電池2被陽離子雜質(zhì)污染的情況下，隨著激活處理的程度變得更高(例如，0v)，進一步改進單個燃料電池2的性能。

在圖5至圖7中共同示出圖3和圖4所示的實驗結果。圖5是示出了當單個燃料電池2中的電解質(zhì)膜5e的磺酸基取代比例為0％時單個燃料電池2在預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電壓之間的關系的圖。水平軸表示預保持電位，并且豎直軸表示輸出電流密度。在圖5中，曲線a01、a02和a03表示被提供至陰極5c的氧化劑氣體中的氧濃度分別為16％、5％和1％的情況。針對每種情況繪制了兩個曲線以表示針對每種情況執(zhí)行了兩次測量。圖5中的曲線a01、a02和a03示出了通過在將單個燃料電池2的陰極電位在預保持電位處連續(xù)保持30分鐘之后測量iv特性獲得的預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電位之間的關系。在通過在目標電位即預保持電位處對單個燃料電池2充分執(zhí)行激活處理30分鐘的持續(xù)時間改進單個燃料電池2的性能之后，對iv特性進行測量。

如圖5所示，在單個燃料電池2中的電解質(zhì)膜5e的磺酸基取代比例為0％的情況下，即在單個燃料電池2未被陽離子雜質(zhì)污染的情況下，輸出電流密度基本上恒定，而不取決于預保持電位。因此，單個燃料電池2的性能改進的程度基本上恒定，而不取決于激活處理的目標電位。因此，可以考慮到，在單個燃料電池2未被陽離子雜質(zhì)污染的情況下，甚至當激活處理的程度相對低時，單個燃料電池2的性能改進仍是充分的。這同樣應當適用于氧濃度變化即輸出電流密度變化的情況。

圖6和圖7是示出了當單個燃料電池2中的電解質(zhì)膜5e的磺酸基取代比例分別為30％和70％時單個燃料電池2在預定輸出電壓處的輸出電流密度與預保持電壓之間的關系的圖。關于水平軸、豎直軸、曲線a11、a12和a13以及曲線a21、a22和a23，圖5的描述可以適用于圖6和圖7。

如圖6和圖7所示，在單個燃料電池2中的電解質(zhì)膜5e的磺酸基取代比例為30％或70％的情況下，即單個燃料電池2被陽離子雜質(zhì)污染的情況，甚至在相同輸出電壓處，輸出電流密度仍根據(jù)預保持電位而變化。另外，隨著預保持電位降低，輸出電流密度增加。因此，單個燃料電池2的性能改進的程度根據(jù)激活處理的目標電位而變化，并且隨著目標電位降低，進一步改進性能。隨著陽離子雜質(zhì)的量增加，這個趨勢變得顯著。因此，可以考慮到，在單個燃料電池2被陽離子雜質(zhì)污染的情況下，當陽離子雜質(zhì)的量大時，可以通過確定激活處理的程度適當?shù)馗倪M單個燃料電池2的性能，該激活處理的程度比當陽離子雜質(zhì)的量小時測量的激活處理的程度高。這同樣應當適用于氧濃度變化即輸出電流密度變化的情況。

可以例如如下來推測圖5至圖7的現(xiàn)象的機制。圖8a和圖8b是示出了圖5至圖7的現(xiàn)象的原因的圖。圖8a示出了預保持電位低即激活處理的程度高的情況。圖8b示出了預保持電位高即激活處理的程度低的情況。m⁺代表陽離子。h⁺代表質(zhì)子(氫離子)。不能使用電極催化劑上的氧化膜的移除來解釋圖5至圖7的現(xiàn)象，并且可以如下來推測圖5至圖7的現(xiàn)象。例如，如圖8b所示，在正常操作期間，陰極電位高，因此陽離子被集中。然而，如圖8a所示，想到通過將激活處理執(zhí)行到高程度，降低陽極5a與陰極5c之間的電位差，陽離子不集中在陰極側，并且陽離子分散開。另一方面，如圖8b所示，想到通過將激活處理執(zhí)行到低程度，不能降低陽極5a與陰極5c之間的電位差，陽離子仍集中在陰極側并且陽離子保留。因此，想到：在緊接在激活處理之后激活處理的程度高的情況下，陽離子如圖8a所示；在緊接在激活處理緊之后激活處理的程度低的情況下，陽離子如圖8b所示；以及當在圖8a和圖8b的狀態(tài)下測量時iv特性如圖5至圖7所示。

如上所述，通過由于激活處理而將陰極電位保持在低電位處，消除了電解質(zhì)膜5e的陰極側的陽離子的集中的不均勻(圖8a)。因此，想到激活處理不僅具有移除陰極的電極催化劑上的氧化膜的效果，而且具有校正電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的集中以使得陽離子雜質(zhì)均勻分布的效果。換言之，想到單個燃料電池2的性能不僅由于電極催化劑上的氧化膜而且由于電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的集中而劣化。然而，在根據(jù)本實施方式的激活處理中，可以移除電極催化劑上的氧化膜，并且可以將陽離子雜質(zhì)均勻地分布在電解質(zhì)膜5e中。因此，可以進一步改進單個燃料電池2的性能。

基于上面的結果，在本實施方式中，執(zhí)行根據(jù)陽離子雜質(zhì)的量改變激活處理的程度的新激活處理，而不是執(zhí)行僅將陰極電位降低至預定目標電位的激活處理。也就是說，在電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量為零或極小的情況下，確定相對低程度的激活處理，這是因為僅需要在激活處理中移除電極催化劑上的氧化膜。在這種情況下，不必消除陽離子雜質(zhì)的集中的不均勻。因此，改進了電極催化劑的性能，從而改進了單個燃料電池2的性能。另一方面，在電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量大的情況下，確定相對高程度的激活處理，這是因為在激活處理中必須移除電極催化劑上的氧化膜并且消除陽離子雜質(zhì)的集中的不均勻。因此，改進了電極催化劑的性能，消除了陽離子雜質(zhì)的集中的不均勻，從而改進了單個燃料電池2的性能。以這種方式，當電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量大時，確定高程度的激活處理，并且當電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量小時，確定低程度的激活處理。因此，可以充分改進電極催化劑的性能，并且可以減少從電極催化劑洗脫的金屬的量。

在此，激活處理的程度由陰極電位的目標電位的值、陰極電位被保持在目標電位處的持續(xù)時間的長度或者激活處理的頻率來表示?？梢酝ㄟ^改變一個條件或兩個或更多個條件的組合來改變激活處理的程度。在此，在陰極電位的目標電位的值變化以增大激活處理的程度的情況下，將目標電位確定為低。在陰極電位被保持在目標電位處的持續(xù)時間的長度變化以增大激活處理的程度的情況下，將持續(xù)時間確定為長。在激活處理的頻率變化以增大激活處理的程度的情況下，將激活處理的頻率確定為高。關于該情況的原因推測如下。在電位變化期間陽離子雜質(zhì)的移動速度慢，但是可以通過增加持續(xù)時間來校正陰極側的陽離子雜質(zhì)的集中。另外，當頻率增加時，陰極電位被保持在低電位處的累積時間增加，從而可以獲得與持續(xù)時間增加的情況相同的效果。

在本實施方式中，改變陰極電位的目標電位的值、陰極電位被保持在目標電位處的持續(xù)時間的長度以及激活處理的頻率，以調(diào)節(jié)激活處理的程度。目標電位的范圍是例如0.6v至0.05v。持續(xù)時間的范圍是例如1秒至連續(xù)。表示激活處理的頻率的間隔是例如1分鐘至連續(xù)。下面的表1示出了本實施方式中的激活處理的程度的組合的示例。

[表1]

在表1中，將激活處理的程度劃分為四個等級。在激活處理的程度為最低等級l4的情況下，目標電位是0.6v，持續(xù)時間是1秒，以及頻率是10分鐘。在激活處理的程度是次低等級l3的情況下，目標電位是0.4v，持續(xù)時間是5秒，以及頻率是5分鐘。在激活處理的程度是次高等級l2的情況下，目標電位是0.2v，持續(xù)時間是10秒，頻率是1分鐘。在激活處理的程度是最高等級l1的情況下，目標電位是0.05v，持續(xù)時間是滿足條件的時段，以及頻率是連續(xù)。表1中所示的數(shù)據(jù)被存儲在例如電子控制單元60的rom62上。

除了電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量以外，還可以使用其他因素如燃料電池堆10的溫度或操作輸出的歷史，作為用于確定激活處理的程度的指標。

例如，燃料電池堆10的溫度與電解質(zhì)膜5e的相對濕度即每單位體積的含濕量(水分含量)相對應，并且與電解質(zhì)膜5e的相對濕度具有相關性。在燃料電池堆10的溫度相對高的情況下，電解質(zhì)膜5e的相對濕度(含濕量)低，這對電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)具有很大影響。這一點根據(jù)圖9所示的數(shù)據(jù)是清楚的。圖9是示出了電解質(zhì)膜的電阻與陽離子雜質(zhì)的量之間的關系的示例的圖。在圖9中，豎直軸表示電解質(zhì)膜5e的電阻，即電解質(zhì)膜5e中的質(zhì)子(h⁺)的轉(zhuǎn)移電阻，而水平軸表示磺酸基取代比例。曲線b1表示電解質(zhì)膜5e的相對濕度為30％的情況，而曲線b2表示電解質(zhì)膜5e的相對濕度為80％的情況。如圖9所示，隨著相對濕度減小(曲線b1)，膜電阻增大，即電池性能趨向于下降(質(zhì)子轉(zhuǎn)移電阻與電力生成性能具有相關性(負相關))。隨著磺酸基取代比例(陽離子雜質(zhì)的量)增大，該趨勢變得顯著。因此，發(fā)現(xiàn)在電解質(zhì)膜5e的相對濕度低即燃料電池堆10的溫度高的條件下，甚至在相同的陽離子雜質(zhì)的量時，電池性能的劣化仍顯著，并且激活處理的效果高。因此，在陽離子雜質(zhì)的量相同的條件下，在電解質(zhì)膜5e的相對濕度低即燃料電池堆10的溫度相對高的情況下，確定激活處理的程度，該激活處理的程度比在電解質(zhì)膜5e的相對濕度高即燃料電池堆10的溫度低的情況下確定的激活處理的程度高。例如，可以考慮以下方法，該方法基于燃料電池堆10的溫度是否是預設閾值溫度(例如，80℃)或者高于或低于閾值溫度來改變激活處理的程度。在這種情況下，將閾值溫度的數(shù)據(jù)存儲在例如電子控制單元60的rom62上。

圖10是用于確定激活處理的程度的圖。該圖示出了電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量、燃料電池堆10的溫度以及表1的作為激活處理的程度的四個等級l1至l4之間的關系。在此，水平軸表示陽離子雜質(zhì)的量，并且豎直軸表示激活處理的程度。直線t01是表示由溫度傳感器18獲得的溫度是80℃或更高的情況的圖，直線t02是表示由溫度傳感器18獲得的溫度低于80℃的情況的圖。按照從激活處理的最高程度至最低程度的順序?qū)⒃搱D劃分成r1區(qū)域、r2區(qū)域、r3區(qū)域和r4區(qū)域。圖10所示的數(shù)據(jù)被存儲在例如電子控制單元60的rom62上。

基于所估計的陽離子雜質(zhì)的量以及顯示在直線t01或t02上的激活處理的程度是否位于根據(jù)所測量的燃料電池堆10的溫度確定的r1區(qū)域、r2區(qū)域、r3區(qū)域或r4區(qū)域中，來確定激活處理的程度。在顯示在直線上的激活處理的程度位于r1區(qū)域中的情況下，將激活處理的程度確定為l1。在顯示在直線上的激活處理的程度位于r2區(qū)域中的情況下，將激活處理的程度確定為l2。在顯示在直線上的激活處理的程度位于r3區(qū)域中的情況下，將激活處理的程度確定為l3。在顯示在直線上的激活處理的程度位于r4區(qū)域中的情況下，將激活處理的程度確定為l4。例如，在陽離子雜質(zhì)的量被估計為cac1并且單個燃料電池2的溫度低于80℃的情況下，指定直線t02上的點q2。由于點q2位于r3區(qū)域中，所以將l3選作激活處理的程度。另外，在陽離子雜質(zhì)的量被估計為cac1并且單個燃料電池2的溫度是80℃或更高的情況下，指定直線t01上的點q1。由于點q1位于r1區(qū)域中，所以將l1選作激活處理的程度。

基于上面的結果，在燃料電池系統(tǒng)a中，為了改進在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間單個燃料電池2的性能，執(zhí)行使用以下激活處理來改進單個燃料電池2的性能的性能改進控制動作。

圖11是示出了單個燃料電池的性能改進方法的圖。左豎直軸表示單個燃料電池2的輸出電壓vout，右豎直軸表示單個燃料電池2的輸出電流iout(示出為電流密度)，以及水平軸表示時間。實線曲線示出了單個燃料電池2的輸出電壓vout，以及虛線曲線示出了單個燃料電池2的輸出電流iout。由于陽極電位是0v，因此可以將輸出電壓vout考慮為陰極電位。甚至當燃料電池系統(tǒng)a在空載條件下即在空閑操作中時，通過向燃料電池堆10施加最小恒定輸出電流即空閑輸出電流以使得在陽極5a與陰極5c之間施加開路電壓，來防止陽極催化層5as和陰極催化層5cs的劣化。此時，輸出電壓vout是空閑輸出電壓。

在圖11所示的實施方式中，當燃料電池系統(tǒng)a以空閑輸出電流ia0和空閑輸出電壓va0空閑時，適當?shù)貓?zhí)行單個燃料電池2的性能改進控制動作。該情況的原因如下。由于在單個燃料電池的性能改進方法中執(zhí)行的激活處理中減少氧化劑氣體的供給量，因此燃料電池的輸出減小，但是空閑操作期間燃料電池所需的輸出低。因此，對車輛的行為如加速性能影響甚微。在本實施方式中，當變速器在停車(p)范圍內(nèi)并且點火開關接通時，執(zhí)行空閑操作。通過確定變速器是否在p范圍中，確定是否執(zhí)行空閑操作。在附圖中未示出的另一實施方式中，電子控制單元60(cpu64)基于從輸出傳感器17輸出的輸出信號來確定燃料電池堆10是否在p范圍中空閑。在本實施方式中，執(zhí)行當變速器位于p范圍中時空閑操作期間的單個燃料電池的性能改進方法。該情況的原因如下。當在變速器處于行駛(d)范圍中的情況下執(zhí)行空閑操作時，可以將燃料電池系統(tǒng)從空閑操作立即轉(zhuǎn)變至正常操作，在正常操作中燃料電池系統(tǒng)以與負荷對應的輸出電流與輸出電壓進行操作。因此，在激活處理中減少氧化劑氣體的供給量的情況下，在正常操作中可能存在問題。替選地，必須停止激活處理。另一方面，在變速器處于p范圍中的情況下，會期望空閑操作的時間比在變速器處于d范圍中的情況下更長。因此，空閑輸出電流ia0是在p范圍中不執(zhí)行單個燃料電池2的性能改進控制動作的空閑操作期間燃料電池堆10的期望電流值。

參照圖11，在時間ta1，首先，電子控制單元60(cpu64)從變速器的范圍傳感器19接收表示變速器的范圍的輸出信號。當變速器不在p范圍中時，單個燃料電池2的性能改進控制動作完成，并執(zhí)行正常操作。在正常操作期間，燃料電池堆10以與車輛所需的負荷對應的輸出電流和輸出電壓進行操作。

在變速器在p范圍中的情況下，當沒有設置期望要執(zhí)行的與單個燃料電池2的激活處理控制動作有關的激活處理的程度時，估計電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量。也就是說，在從時間ta1至時間ta2的時段期間，電子控制單元60(cpu64)執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。下面將描述陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。因此，在時間ta2，估計電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量，即本實施方式中的磺酸基取代比例。另一方面，當設置激活處理的程度時，執(zhí)行進行激活處理的激活處理控制動作。下面將描述激活處理控制動作。

接下來，電子控制單元60(cpu64)執(zhí)行激活處理程度確定控制動作。首先，測量燃料電池堆10的溫度。也就是說，在時間ta2，電子控制單元60(cpu64)從溫度傳感器18獲取燃料電池堆10的溫度?？梢詫囟葌鞲衅?8視為被配置成測量燃料電池堆10的溫度的溫度測量單元。如上所述，燃料電池堆10的溫度與電解質(zhì)膜5e的相對濕度具有相關性。例如，在燃料電池堆10的溫度相對高的情況下，電解質(zhì)膜5e的相對濕度低。因此，可以將溫度傳感器18視為被配置成測量與電解質(zhì)膜5e的相對濕度相關的參數(shù)的值的相關參數(shù)測量單元。

電子控制單元60(cpu64)基于電解質(zhì)膜5e的陽離子雜質(zhì)的量以及燃料電池堆10的溫度，通過參考與圖10的圖有關的數(shù)據(jù)以及與存儲在rom62上的表1的內(nèi)容有關的數(shù)據(jù)將激活處理的程度確定為l1至l4之一。在附圖中所示的示例中，基于目標電位va1、處理頻率δtai以及持續(xù)時間δtap來確定激活處理的程度?？梢詫㈦娮涌刂茊卧?0(cpu64)視為被配置成基于陽離子雜質(zhì)的量等確定激活處理的程度的處理程度確定單元。

接下來，電子控制單元60(cpu64)基于所確定的激活處理的程度來執(zhí)行激活處理控制動作。也就是說，在減小由渦輪壓縮器44提供至陰極5c的氧化劑氣體的流率的同時，執(zhí)行激活處理，該激活處理以處理頻率δtai將輸出電壓vout即陰極電位保持在目標電位va1持續(xù)時間δtap。即，首先在從時間ta2至時間ta3的時段中，基于來自電子控制單元60的命令，dc/dc轉(zhuǎn)換器11將輸出電壓vout保持在空閑輸出電壓va0處并且將輸出電流iout保持在空閑輸出電流ia0處。接下來，在從時間ta3至時間ta4的時段中，基于來自電子控制單元60的命令，dc/dc轉(zhuǎn)換器11將輸出電壓vout變成目標電位va1，使得激活處理被執(zhí)行?？梢詫㈦娮涌刂茊卧?0(cpu64)、渦輪壓縮器44以及dc/dc轉(zhuǎn)換器11視為被配置成以處理頻率將激活處理執(zhí)行一段持續(xù)時間的處理單元，該激活處理將單個燃料電池的陰極電位臨時降低至目標電位。

接下來，重復上述操作。例如，在從時間ta4至時間ta5的時段中，輸出電壓vout被保持在空閑輸出電壓va0處，以及輸出電流iout被保持在空閑輸出電流ia0處。接下來，在從時間ta5至時間ta6的時段中，輸出電壓vout變成目標電位va1，輸出電流iout變成目標電流ia1。因此，激活處理被執(zhí)行。在處理頻率是“連續(xù)”的情況下，圖11中的輸出電壓vout被保持在空閑輸出電壓va0處的時段δtax為0(零)。

接下來，例如，在時間ta7，在不期望執(zhí)行陰極的電極催化劑的激活處理的情況下，例如，在車輛的變速器被轉(zhuǎn)變至行駛(d)范圍的情況下，電子控制單元60(cpu64)阻止激活處理。

在本實施方式中，在空閑操作期間執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。然而，在附圖中未示出的另一實施方式中，在除了空閑操作以外的操作期間執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。

在本實施方式的激活處理程度確定控制動作中，參考電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量和燃料電池堆10的溫度。然而，在附圖中未示出的另一實施方式中，僅參考電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量，或者參考電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量、以及燃料電池堆10的溫度和燃料電池堆10的操作輸出中的至少一個。

在本實施方式的激活處理程度確定控制動作中，將燃料電池堆10的溫度稱為與相對濕度相關的參數(shù)。在附圖中未示出的另一實施方式中，使用可以根據(jù)其估計單個燃料電池2中的電解質(zhì)膜5e的相對濕度的另一參數(shù)，來代替燃料電池堆10的溫度。與相對濕度相關的其他參數(shù)的示例包括單個燃料電池2的阻抗、單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e附近的氣體的濕度以及燃料電池堆10中的單個燃料電池2附近的冷卻水供給管51的一部分的溫度。例如，在阻抗高的情況下，估計到電解質(zhì)膜5e中的含濕量減小并且導電性劣化。因此，可以減小相對濕度。在電解質(zhì)膜5e附近的氣體的濕度低的情況下，估計到從電解質(zhì)膜5e蒸發(fā)濕氣并且減少濕氣。因此，可以減小相對濕度。在單個燃料電池2附近的冷卻水供給管51的一部分的溫度高的情況下，估計到從電解質(zhì)膜5e蒸發(fā)濕氣并且減少濕氣。因此，可以減小相對濕度。

接下來，將描述估計燃料電池堆10的單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量的方法。可以使用由本發(fā)明人開發(fā)的以下方法，作為估計陽離子雜質(zhì)的量的方法。也就是說，在本方法中，當在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間單個燃料電池2的輸出電流逐步增加并被保持時，測量單個燃料電池2的輸出電壓的行為。本方法基于由本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的以下事實：電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量與當在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間單個燃料電池2的輸出電流逐步增加并被保持時測量的單個燃料電池2的輸出電壓的行為具有相關性。在下文中，將參照附圖來描述細節(jié)。

圖12是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖。該圖示意性示出了當單個燃料電池2的輸出電流iout逐步增加時所測量的輸出電壓vout的行為。在該圖中，左豎直軸表示單個燃料電池2的輸出電壓vout，右豎直軸表示單個燃料電池2的輸出電流iout(示出為電流密度)，以及水平軸表示時間。實線曲線示出了單個燃料電池2的輸出電壓vout，以及虛線曲線示出了單個燃料電池2的輸出電流iout。

圖12示出了根據(jù)預定模式控制單個燃料電池的輸出電流以估計陽離子雜質(zhì)的量的情況。也就是說，圖12示出了以下情況：當在時間t0燃料電池堆10以基本輸出電流ib和基本輸出電壓vb進行操作時，在時間t1單個燃料電池2的輸出電流iout從基本輸出電流ib逐步增加至預定增加電流ig并在該增加電流ig處被保持從時間t1至時間t3的增加時間段δt0。在此，基本輸出電流ib是在以下正常操作期間燃料電池堆10的期望電流值：在該正常操作期間不執(zhí)行估計陽離子雜質(zhì)的量的方法。在圖12中，基本輸出電流ib是比預定閾值電流例如空載條件下燃料電池堆10的輸出電流iout低的輸出電流。當將估計陽離子雜質(zhì)的量的方法(圖12)應用于性能改進控制動作(圖11)時，基本輸出電流ib與空閑輸出電流ia0對應，以及基本輸出電壓vb與空閑輸出電壓va0對應。

在這種情況下，輸出電壓vout在時間t1從基本輸出電壓vb逐步降低至最小電壓vm并且然后增加至比基本輸出電壓vb低的穩(wěn)定電壓vc，直到增加時間段δt0之后的時間t3。然而，在圖12所示的示例中，增加時間段δt0是以下穩(wěn)定時間段：該穩(wěn)定時間段足夠輸出電壓vout變?yōu)榉€(wěn)定電壓。在經(jīng)過了增加時間段δt0之后，輸出電流iout返回至基本輸出電流ib。此時，與輸出電壓vout的行為有關的至少以下三個值與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量具有相關性。也就是說，三個值包括：(1)電壓下降的量δv，該電壓下降的量δv是最小電壓vm與輸出電壓ve之間的差，輸出電壓ve是在從時間t1經(jīng)過了預設時間段δt1之后在時間t2的輸出電壓vout；(2)最小值下降量δvm，該最小值下降量δvm是最小電壓vm與基本輸出電壓vb之間的差；以及(3)在輸出電流iout增加至增加電流ig之后輸出電壓vout變?yōu)榉€(wěn)定電壓vc所需要的從時間t1至時間t22的時間段δt2。隨著電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量增加，(1)電壓下降的量δv增加，(2)最小值下降量δvm增加，以及(3)所需要的時間段δt2增加。在本實施方式中，使用了(1)電壓下降的量。

關于(1)電壓下降的量，圖13示出了電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量小的情況下的輸出電壓voutn與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量大的情況下的輸出電壓voutc之間的差，并且圖14是示出了圖13的一部分的放大視圖。關于左豎直軸和右豎直軸以及水平軸的描述與圖12中相同。當在時間t0燃料電池堆10以基本輸出電流ib與基本輸出電壓vb進行操作時，在時間t1由虛線表示的單個燃料電池2的輸出電流iout從基本輸出電流ib逐步增加至預定增加電流ig。輸出電流iout在增加電流ig處被保持從時間t1至時間t3的增加時間段δt0。在此，如由圖13中的點劃線所表示的，電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量小的情況下的輸出電壓voutn從基本輸出電壓vb逐步降低至最小電壓vmn并且然后增加至在時間t2之后的時間t21處的穩(wěn)定電壓vcn，該穩(wěn)定電壓vcn比基本輸出電壓vb低。另一方面，如由圖13中的實線所表示的，電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量大的情況下的輸出電壓voutc逐漸從基本輸出電壓vb降低至最小電壓vmc并且然后被增加至在時間t2之后的時間t22處的穩(wěn)定電壓vcc，該穩(wěn)定電壓vcc比基本輸出電壓vb低。

此時，隨著電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量增大，作為最小電壓vm與在從時間t1經(jīng)過了預設時間段δt1之后的時間t2的輸出電壓ve之間的差的、電壓下降的量δv增加。在這種情況下，預設時間段δt1是比增加時間段δt0短的任意值。例如，如圖14所示，作為最小電壓vmc與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量大的情況下的輸出電壓vec之間的差的、電壓下降的量δvc比電壓下降的量δvn大，該電壓下降的量δvn是最小電壓vmn與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量小的情況下的輸出電壓ven之間的差。

圖15示出了陽離子雜質(zhì)的量與電壓下降的量δv之間的關系的示例。水平軸表示電解質(zhì)膜5e中的用陽離子雜質(zhì)取代的磺酸基的質(zhì)子的比例。豎直軸表示電壓下降的量δv。該取代比例是表示陽離子雜質(zhì)的量的值的示例。如曲線cl中所示，隨著電解質(zhì)膜5e中的用陽離子雜質(zhì)取代的磺酸基的質(zhì)子的比例增加，電壓下降的量δv增加，并且用陽離子雜質(zhì)取代的磺酸基中的質(zhì)子的比例與電壓下降的量δv具有相關性。因此，如果在增加時間段δt0中在預定增加電流ig處預先測量圖15中所示的數(shù)據(jù)，則可以通過測量電壓下降的量δv并且參考預先測量的數(shù)據(jù)來估計磺酸基取代比例，即陽離子雜質(zhì)的量。在此，預先獲得關于用于估計陽離子雜質(zhì)的量的圖15的圖的數(shù)據(jù)并將其存儲在rom62上。

雖然不清楚如圖15中所示的陽離子雜質(zhì)的量與電壓下降的量δv之間的關系的原因，但是推測原因如下。首先，當燃料電池堆10的輸出電流iout從預定基本輸出電流ib逐步增加至增加電流ig時輸出電壓vout迅速降低至vm的原因被推測如下。由于伴隨水的影響，陽極5a是干的，陽離子雜質(zhì)比伴隨水更慢地移動，雜質(zhì)移動以跟隨，因此內(nèi)電阻臨時增加。接下來，推測輸出電壓vout緩慢地返回至ve的原因如下。由于陽離子雜質(zhì)的移動慢，因此緊接在輸出電流iout增加之后在電解質(zhì)膜5e的陽極5a側出現(xiàn)大量陽離子雜質(zhì)。然而，陽離子雜質(zhì)q緩慢地移動到陰極5c側，被穩(wěn)定化，并且不阻止h+離子的傳導。因此，輸出電壓vout也緩慢地返回至ve。以這種方式，vm和ve對陽離子雜質(zhì)有影響。因此，陽離子雜質(zhì)的量與電壓下降的量δv(＝me-vm)之間的關系如圖15所示。

然而，在電壓下降的量δv的測量期間，為了容易地執(zhí)行測量，優(yōu)選地，對增加電流ig和基本輸出電流ib進行設置，使得電壓下降的量δv是大的。為此目的，當基本輸出電流ib逐步增加至增加電流ig時，可以將增加電流ig和基本輸出電流ib設置成使得電壓下降的量δv極大。例如，將增加電流ig設置為在燃料電池系統(tǒng)a的全負荷狀態(tài)下測量的輸出電流iout。在這種情況下，輸出電流iout極度增加，相應地輸出電壓vout極度降低。因此，也會增加電壓下降的量δv。替選地，當基本輸出電流ib比預定閾值電流低時，輸出電流iout從基本輸出電流ib逐步增加至增加電流ig。在這種情況下，由于基本輸出電流ib低，因此作為參考的基本輸出電壓vb被增加。因此，可以顯著地增加電壓下降的量δv。

在本實施方式中，使用(1)電壓下降的量。然而，在另一實施方式中，使用(2)最小值下降的量或(3)需要的時間段。關于(2)最小值下降的量，圖16示出了陽離子雜質(zhì)的量與最小值下降的量δvm之間的關系的示例。水平軸表示電解質(zhì)膜5e中的磺酸基取代比例。豎直軸表示最小值下降的量δvm。因此，可以通過測量最小值下降的量δvm并且參考圖16來獲得陽離子雜質(zhì)的量。另一方面，關于(3)需要的時間段，圖17示出了陽離子雜質(zhì)的量與需要的時間段δt2之間的關系。水平軸表示電解質(zhì)膜5e中的磺酸基取代比例。豎直軸表示需要的時間段δt2。因此，可以通過測量需要的時間段δt2以及參考圖17來獲得陽離子雜質(zhì)的量。

基于上述事實，在燃料電池系統(tǒng)a中，使用如下方法來執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作：該方法當在性能改進控制動作(圖11)中估計(在時間ta1)燃料電池系他a的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量時使用(1)電壓下降的量。然而，在本實施方式中，基本輸出電流ib與空閑輸出電流ia0相同，并且基本輸出電壓vb與空閑輸出電壓va0相同。

也就是說，基于來自電子控制單元60的命令(指令)，dc/dc轉(zhuǎn)換器11將從燃料電池堆10(單個燃料電池2)輸出的輸出電流iout從預定基本輸出電流ib逐步增加至增加電流ig并且將輸出電流iout在增加電流ig處保持預定增加時間段δt0。接下來，輸出電流iout返回至基本輸出電流ib。在此，可以將dc/dc轉(zhuǎn)換器11視為對單個燃料電池2的電流進行控制的控制器。

此時，輸出傳感器17測量單個燃料電池2的輸出電壓vout的行為，該輸出電壓vout從基本輸出電壓vb逐步降低至最小電壓vm并且然后增加至在增加時間段δt0之后的比基本輸出電壓vb低的穩(wěn)定電壓vc。在此，可以將輸出傳感器17視為測量單個燃料電池2的輸出電壓vout的測量單元。將所測量的輸出電壓vout的行為存儲在例如ram63上。

接下來，基于存儲在ram63上的輸出電壓vout的數(shù)據(jù)，電子控制單元60計算在從輸出電流iout增加至增加電流ig經(jīng)過了預設時間段δt1之后的電壓下降的量δv。接下來，基于電壓下降的量δv通過參考預先存儲在rom62上的關于圖15的圖的數(shù)據(jù)，將磺酸基取代比例估計為電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量。在此，可以將電子控制單元60視為基于所測量的單個燃料電池2的輸出電壓vout估計陽離子雜質(zhì)的量的估計單元。

通過執(zhí)行上述陽離子雜質(zhì)量估計控制動作，燃料電池系統(tǒng)a可以估計在燃料電池系統(tǒng)a的操作期間單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量。在本實施方式中，在空閑操作期間執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。然而，在除了空閑操作以外的操作期間也可以執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。在這種情況下，與性能改進控制動作分開執(zhí)行陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。

另外，燃料電池系統(tǒng)a包括作為控制器的dc/dc轉(zhuǎn)換器11、作為測量單元的輸出傳感器17以及作為估計單元的電子控制單元60。因此，可以將燃料電池系統(tǒng)a視為包括陽離子雜質(zhì)量估計單元，該陽離子雜質(zhì)量估計單元包括控制器和測量單元并且被配置成估計單個燃料電池的電解質(zhì)膜中的陽離子雜質(zhì)的量。

圖18示出了用于圖1的燃料電池系統(tǒng)a中的單個燃料電池2的性能改進控制動作的例程。以預定時間間隔將該例程作為中斷動作來執(zhí)行。參照圖18，在步驟100中，確定變速器是否被轉(zhuǎn)變至p范圍。在變速器被設置在p范圍中的情況下，在步驟101中，關于是否確定激活處理控制動作中的激活處理的程度來進行確定。在確定激活處理控制動作中的激活處理的程度的情況下，處理進行至步驟104。緊接在將變速器從d范圍轉(zhuǎn)變至p范圍之后，不確定激活處理的程度。因此，處理進行至步驟102。在步驟102中，執(zhí)行估計電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量的陽離子雜質(zhì)量估計控制動作。接下來，在步驟103中，執(zhí)行基于在步驟102中所估計的陽離子雜質(zhì)的量確定激活處理的程度的激活處理程度確定控制動作。接下來，在步驟104中，基于在步驟103中所確定的激活處理的程度來執(zhí)行激活處理控制動作。當在步驟100中未將變速器設置在p范圍中的情況下，在步驟105中，在燃料電池系統(tǒng)a中執(zhí)行正常操作。在正常操作期間，燃料電池堆10以與負荷相對應的輸出電流和輸出電壓進行操作。

圖19是示出了用于圖1中所示的燃料電池系統(tǒng)a中的陽離子雜質(zhì)量估計控制動作的例程的流程圖。在圖18的性能改進例程的步驟102中執(zhí)行該例程。在此，在本實施方式中，基本輸出電流ib與空閑輸出電流ia0相同，并且基本輸出電壓vb與空閑輸出電壓va0相同。參照圖19，在步驟200中，將燃料電池堆10的輸出電流iout從基本輸出電流ib逐步增加至增加電流ig。輸出電流iout在增加電流ig處被保持增加時間段δt0。接下來，在步驟201中，測量以下輸出電壓vout的行為，該輸出電壓vout從基本輸出電壓vb逐步降低至最小電壓vm并且然后增加至比基本輸出電壓vb低的穩(wěn)定電壓vc。接下來，在步驟202中，在從輸出電流iout逐步增加至增加電流ig經(jīng)過了增加時間段δt0之后，輸出電流iout降低至基本輸出電流ib。接下來，在步驟203中，基于所測量的輸出電壓vout的行為來計算在從輸出電流iout逐步增加至增加電流ig經(jīng)過了預設時間段δt1之后的電壓下降量δv?；陔妷合陆档牧喀膙通過參考關于圖15的圖的數(shù)據(jù)來估計電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量。

圖20示出了用于圖1的燃料電池系統(tǒng)a中的激活處理程度確定控制動作的例程。在圖18的性能改進例程的步驟103中執(zhí)行該例程。參照圖20，在步驟300中測量燃料電池堆10的溫度。接下來，在步驟301中，基于在步驟102中估計的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量以及在步驟301中所測量的燃料電池堆10的溫度通過參考圖10的數(shù)據(jù)和表1的數(shù)據(jù)來確定激活處理的程度(目標電位va1、處理頻率δtai以及持續(xù)時間δtap)。

圖21示出了用于圖1的燃料電池系統(tǒng)a中的激活處理控制動作的例程。在圖18的性能改進例程的步驟104中重復執(zhí)行該例程。參照圖21，在步驟400中，確定是否將輸出電壓vout降低至目標電位va1。在輸出電壓vout降低至目標電位va1的情況下，在步驟401中確定是否經(jīng)過持續(xù)時間δtap。在經(jīng)過了持續(xù)時間δtap的情況下，輸出電壓vout返回至原始電位，即步驟402中的空閑輸出電壓va0。另一方面，在沒有經(jīng)過持續(xù)時間δtap的情況下，處理結束。當在步驟400中沒有將輸出電壓vout降低至目標電位va1的情況下，在步驟403中確定是否經(jīng)過處理頻率δtai即間隔。在經(jīng)過了間隔的情況下，在步驟404中，輸出電壓vout降低至目標電位va1。另一方面，在沒有經(jīng)過間隔的情況下，處理結束。

接下來，將描述燃料電池系統(tǒng)a的另一實施方式。在本實施方式中，為了確定激活處理的程度，參考了燃料電池堆10的操作輸出(輸出電壓×輸出電流)的歷史。操作輸出的歷史被存儲在例如ram63上。燃料電池堆10的操作輸出是在最近預定時間段(例如，5分鐘)內(nèi)燃料電池堆10的操作輸出，并且與車輛的周圍路況相對應。在最近預定時間段內(nèi)的操作輸出相對低的情況下，可以估計到車輛在操作輸出可能低的道路(例如出現(xiàn)交通堵塞的道路)上行駛。因此，可以估計到通過執(zhí)行激活處理獲得的性能恢復效果將是小的。因此，不執(zhí)行激活處理或者確定低程度的激活處理。相反地，在最近預定時間段內(nèi)的操作輸出相對高的情況下，可以估計到車輛在操作輸出必定高的道路(例如公路)上行駛。因此，可以估計到通過執(zhí)行激活處理獲得的性能恢復效果將是大的。因此，確定高程度的激活處理。此時，可以從存儲有操作歷史的ram63獲取操作輸出的歷史?？梢詫am63視為存儲最近預定時間段內(nèi)的燃料電池堆10的操作輸出的歷史的最近歷史存儲單元。

接下來，將描述燃料電池系統(tǒng)a的又一實施方式。本實施方式與估計單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量的方法中的上述實施方式不同。在下文中，將描述估計陽離子雜質(zhì)的量的方法。

圖22是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖，并且示出了單個燃料電池2的iv特性。水平軸表示輸出電流密度，以及豎直軸表示輸出電壓。曲線exi1和曲線exi2表示緊接在測量iv特性之前單個燃料電池2的陰極電位在預定電壓(例如，0.6v)處被連續(xù)保持預定時間(例如，1分鐘)的情況。在此，曲線exi1表示電解質(zhì)膜5e不包括陽離子雜質(zhì)的情況，即磺酸基取代比例為0％。曲線exi2表示電解質(zhì)膜5e包括陽離子雜質(zhì)的情況，即磺酸基取代比例是大于0％的預定值(例如，30％)。在圖22所示的示例中，在預定輸出電壓ex(曲線exi1)處磺酸基取代比例為0％的情況下，輸出電流密度為ixb。然而，在磺酸基取代比例在預定輸出電壓ex處是預定值的情況下，輸出電流密度為ixa。因此，通過在實驗等中預先獲得預定輸出電壓ex處的輸出電流密度與磺酸基取代比例之間的關系，可以根據(jù)輸出電流密度獲得磺酸基取代比例。具體地，在單個燃料電池2的陰極電位在預定電壓處被連續(xù)保持預定時間之后，獲得預定輸出電壓ex處的輸出電流密度。然后，通過參考預先獲得的預定輸出電壓ex處的磺酸基取代比例與輸出電流密度之間的關系，可以獲得磺酸基取代比例。如圖23示出了預定輸出電壓ex處的輸出電流密度ix與磺酸基取代比例sr之間的關系的表被存儲在rom62上。

替選地，可以使輸出電壓與輸出電流密度相互替代。圖24是示出了估計陽離子雜質(zhì)的量的方法的圖，并且示出了單個燃料電池2的iv特性。關于水平軸、豎直軸以及曲線exi1和exi2的描述與圖22中相同。在圖24所示的示例中，在預定輸出電流密度ix(曲線exi1)處磺酸基取代比例為0％的情況下，輸出電壓為exb。然而，在預定輸出電流密度ix處磺酸基取代比例是預定值(例如，30％)的情況下，輸出電壓為exa。因此，通過在實驗等中預先獲得預定輸出電流密度ix處的輸出電壓與磺酸基取代比例之間的關系，可以根據(jù)輸出電壓來獲得磺酸基取代比例。具體地，在單個燃料電池2的陰極電位在預定電壓(例如，0.6v)處被連續(xù)保持預定時間(例如，1分鐘)之后，獲得預定輸出電流密度ix處的輸出電壓。然后，通過參考預先獲得的預定輸出電流密度ix處的磺酸基取代比例與輸出電壓之間的關系，可以獲得磺酸基取代比例。如圖25示出了預定輸出電流密度ix處的輸出電壓ex與磺酸基取代比例sr之間的關系的表被存儲在rom62上。

替代地，可以將輸出電壓與輸出電流密度進行組合。也就是說，在實驗中預先獲得如圖26示出了輸出電流密度ix、輸出電壓ex以及磺酸基取代比例sr之間的關系的表。因此，可以通過在測量輸出電流密度ix的任意值處的輸出電壓ex或者測量輸出電壓ex的任意值處的輸出電流密度ix之后參考表來獲得磺酸基取代比例sr。將如圖26的表預先存儲在rom62上。

接下來，將描述燃料電池系統(tǒng)a的再一實施方式。本實施方式與估計單個燃料電池2的電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量的方法中的上述實施方式不同。如上所述，考慮例如將包括在融雪劑中的ca或na以及包括在燃料電池系統(tǒng)a的組分中的fe、mo、cr或al作為陽離子雜質(zhì)。因此，推測出：只要燃料電池堆10的操作時間增加，陽離子雜質(zhì)的量就增加。因此，在實驗中預先獲得燃料電池堆10的操作時間與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量(磺酸基取代比例)之間的關系。因此，可以通過獲取直到那時的燃料電池堆10的總操作時間來獲得陽離子雜質(zhì)的量(磺酸基取代比例)。將如圖27示出了燃料電池堆10的總操作時間td與電解質(zhì)膜5e中的陽離子雜質(zhì)的量(磺酸基取代比例)sr之間的關系的表預先存儲在rom62上。此時，可以從存儲有操作歷史的ram63獲取直到那時的燃料電池堆10的總操作時間。用于估計陽離子雜質(zhì)的量的參數(shù)不限于燃料電池堆10的總操作時間。例如，可以使用容納燃料電池堆10的車輛的總行駛距離，或者可以使用表示如通過將電流值和/或電壓值與燃料電池堆10的操作時間進行組合獲得的函數(shù)值的操作記錄的參數(shù)，例如燃料電池堆10的總發(fā)電量(即，通過將功率乘以時間獲得的值)或者燃料電池堆10的總電流值(即，通過將電流乘以時間獲得的值)。在通過使用已知方法進行洗滌而移除積聚在燃料電池堆10中的陽離子雜質(zhì)的情況下，可以使用操作記錄如洗滌和移除之后的操作時間，代替燃料電池堆10的總操作時間。這些參數(shù)的值被存儲在ram63上。以這種方式，可以將ram63視為存儲表示燃料電池堆10的操作記錄的參數(shù)的操作記錄存儲單元。

接下來，將描述燃料電池系統(tǒng)a的另一實施方式。在上述實施方式中，首先，(a)陽離子雜質(zhì)量估計單元測量單個燃料電池2的電學特性和操作時間(在下文中，稱為“電學特性等”)。接下來，(b)陽離子雜質(zhì)量估計單元基于所測量的電學特性等通過參考預先獲得的電學特性等與陽離子雜質(zhì)量估計單元之間的關系來估計陽離子雜質(zhì)的量。(c)激活處理確定單元基于所估計的陽離子雜質(zhì)的量通過參考預先設置的陽離子雜質(zhì)的量與激活處理的程度之間的關系來確定激活處理的程度。然而，本發(fā)明不限于本實施方式。

在又一實施方式中，在步驟(a)至(c)之間不執(zhí)行步驟(b)。首先，(a)陽離子雜質(zhì)量估計單元測量單個燃料電池2的電學特性等。(c’)激活處理確定單元基于所測量的電學特性等通過參考預先設置的電學特性等與激活處理的程度之間的關系來確定激活處理的程度。

例如，首先，(a)當燃料電池系統(tǒng)a以基本輸出電流ib和基本輸出電壓vb進行操作時，單個燃料電池2的輸出電流iout從基本輸出電流ib逐步增加至預定增加電流ig并且在增加電流ig處被保持增加時間段δt0。測量單個燃料電池2在增加時間段δt0內(nèi)的輸出電壓vout。此時，獲取下述項作為電學特性等：在從輸出電流iout增加至增加電流ig經(jīng)過預設時間段δt1之后的輸出電壓ve與最小電壓vm之間的差(電壓下降的量)δv、最小電壓vm與基本輸出電壓vb之間的差(最小值下降的量)δvm、或者在輸出電流iout增加至增加電流ig之后輸出電壓vout變?yōu)榉€(wěn)定電壓vc所需要的時間段δt2。

接下來，(c’)基于所測量的電壓下降的量δv、所測量的最小值下降的量δvm或者所需的時間段δt2，通過參考預先設置的電壓下降的量δv、最小值下降的量δvm或者所需的時間段δt2與激活處理的程度之間的關系來確定激活處理的程度。例如，確定出：隨著電壓下降的量δv增加，隨著最小值下降的量δvm增加，或者隨著所需的時間段δt2增加，通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合確定高程度的激活處理，所述動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作。

在此，可以例如通過將圖15的圖、圖16的圖或圖17的圖與圖10的圖進行組合來容易地獲得預先設置的電壓下降的量δv、最小值下降的量δvm或所需的時間段δt2與激活處理的程度之間的關系。

替選地，例如，首先，(a)在單個燃料電池2的輸出電壓vout在預定電壓值處被保持預定時間段之后，獲取預定輸出電壓ex處的輸出電流ix或者預定輸出電流ix處的輸出電壓ex。接下來，(c’)基于所測量的輸出電流ix或者所測量的輸出電壓ex，通過參考預先設置的輸出電流ix或輸出電壓ex與激活處理的程度之間的關系來確定激活處理的程度。例如，當輸出電流ix或輸出電壓ex相對低時，通過執(zhí)行改變激活處理的條件的動作中的一個動作或至少兩個動作的組合將激活處理的程度確定成比當輸出電流ix或輸出電壓ex相對高時確定的激活處理的程度高，所述動作包括降低目標電位的動作、增加持續(xù)時間的動作以及增加處理頻率的動作。

在此，可以通過將圖22的表、圖23的表與圖10的圖進行組合或者將圖24的圖、圖25的圖與圖10的圖進行組合來容易地獲得預先設置的輸出電流ix或輸出電壓ex與激活處理的程度之間的關系。

在這些情況下，可以呈現(xiàn)出與圖1至圖21中描述的實施方式中相同的效果。

接下來，將參照圖28來描述燃料電池系統(tǒng)a的再一實施方式。除了燃料電池系統(tǒng)a是氫氣非循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)以外，本實施方式與圖1所示的實施方式不同。在下文中，將主要描述該差異。

圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a是燃料氣體循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)，即下述系統(tǒng)：其中燃料氣體流動路徑30的出口通過陽極廢氣管36和燃料氣體循環(huán)管81連接至燃料氣體供給管31，使得包括燃料氣體的陽極廢氣循環(huán)至燃料氣體供給管31。另一方面，在圖28所示的燃料電池系統(tǒng)a中，不設置燃料氣體循環(huán)管81和燃料氣體循環(huán)泵39。也就是說，圖28所示的燃料電池系統(tǒng)a是燃料氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)，即下述系統(tǒng)：其中燃料氣體流動路徑30的出口與燃料氣體供給管31分離，使得包括燃料氣體的陽極廢氣不循環(huán)至燃料氣體供給管31。

甚至在這種情況下，仍然可以呈現(xiàn)出與圖1所示的燃料電池系統(tǒng)a相同的效果。