【発明の名称】燃料電池システム、燃料電 池、車両及び方法 【技術分野】

[ 0 0 0 1 ] 本発明は、燃料電池システム、燃料電池、車 両及び方法に関する。

【背景技術】

[ 0 0 0 2 ] 固体高分子電解質型の燃料電池 （P E F C : Polymer Electrolyte Fuel Cell） は、電解質膜 を湿潤状態に保つため加湿が必要である一方 、発電時には電解質膜から水が生成される。 そのため、発 電状況によって燃料電池内の水分量が変動す る。

【0 0 0 3】 このような P E F Cが搭載される車両では、当該車両の運転停� �時に過剰な水分が燃料電池内に 残っていると、低温下で凍結した氷が次回の 運転開始時に電解質膜と燃料ガスの接触を妨 げ、発電を 阻害することがある。また、氷によって電解 質膜に隣接する電極の剥がれ又は破損が生じ ることがある。そ のため、例えば、車両の運転停止時等（こ送 風によって過剰な水分をパ-ジすることが行� �れる。

【0 0 0 4】 従来は、車両の運転状況から燃料電池内の水 分量を谁測し、推測した水分量から必要なパ -ジ量 を計算していた （例えば、特許文献 1参照） 。

【先行技術文献】

【特許文献】

[ 0 0 0 5 ]

【特許文献 1】米国特許第 2 0 0 7 / 0 2 9 8 2 8 9号明細書 【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

[ 0 0 0 6 ] \¥02021/059144 卩（：17132020 /058863

2 しかしながら、推測による水分量に応じた八 -ジの制御では、推測による水分量と実際の� �分量とに差 が生じることにより、送風の過不足が生じ、 風不足の場合は水分の八 ° -ジが十分でなぐ過剰な送風は電 解質膜を過剰に乾燥させるとともに送風装置 を稼働させる電気エネルギーの消費を増カロ させるため、燃料 電池の発電効率が低下する可能性がある。

[ 0 0 0 7 ] 本発明は、内部の水分量を実測できる燃料電 池を提供することを目的とする。

【課題を角军決するための手段】

【0008 】 本発明の一態様の燃料電池システム （ 1 0 0） は、電解質膜 （ 1） を備える燃料電池 （ 1 0） と 、前記電解質膜 （ 1） に光を照射し、前記電解質膜 （ 1） が発する光を検出する分光計 （3 0） と 、を備え、前記燃料電池 （ 1 0） には、前記燃料電池 （ 1 0） の外部から内部の前記電解質膜 （ 1 ） に通じる 1又は複数の窓 （巳 1， 巳 2） が設けられ、前記分光計 （3 0） は、前記窓 （日 1， 巳 2） を介して前記光の照射と検出を行う。

[ 0 0 0 9 ] 本発明の他の一態様の燃料電池 （ 1 0） は、電解質膜 （ 1） を備える燃料電池 （ 1 0） であっ て、前記燃料電池 （ 1 0） の外部から内部の前記電解質膜 （ 1） （こ通じる 1又は複数の窓 （巳 1 ， 巳 2） を備える。

[0010 】 本発明の他の一態様の車両 （ 2 0 0） は、上記燃料電池システム （1 0 0） を備える。

【0011 】 本発明の他の一態様の方法は、燃料電池 （ 1 0） が備える電解質膜 （ 1） 中の水分量を制御す る方法であって、前記燃料電池 （ 1 0） （こは、前記燃料電池 （ 1 0） の外部から内部の前記電解質 膜 （ 1） に通じる 1又は複数の窓 （巳 1， 6 2） が設けられ、分光計 （3 0） が、前記窓 （巳 1， 巳 2） を介して前記電解質膜 （ 1） に光を照射し、前記電解質膜 （ 1） が発する光を検出するステツ プと、診断装置 （5 0） が、前記分光計 （3 0） による検出結果を解析して、前記電解質膜 （ 1） \¥02021/059144 卩（：17132020 /058863

3 中の湿潤状態を診断するステップと、制御装 置 （6 0） が、送風装置 （4 0） により前記燃料電池

（ 1 0） に対して送風する送風量を、前記診断装置 （5 0） による診断の結果に基づいて制御するス テップと、を含む方法。

【発明の効果】

[0012 】 本発明によれば、内部の水分量を実測できる 燃料電池の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0 0 1 3】

【図 1】本実施形態の燃料電池システムの構成例� �示すブロック図である。

【図 2】本実施形態の燃料電池の外観を示す斜視� �である。

【図 3】ケ-シングを取り外した燃料電池の内部を� ��す斜視図である。

【図 4】燃料電池のセルを示す斜視図である。

【図 5】 0 6 分光計の構成例を示すブロック図である。

【図 6】燃料電池内の水分量の計算に使用される� �ファレンスデ-夕の一例を示すグラフである� ��

【図 7】燃料電池システムが燃料電池の水分量を� �御するときの処理手順、を示すフローチヤ� �トであ る。

【発明を実施するための形態】

【0 0 1 4】 以下、本発明の燃料電池システム、燃料電池 、車両及び方法の実施形態の例について、図 面を参 照して説明する。以下に説明する構成は、本 発明の一実施態様としての一例 （代表例） であり、本発 明は以下に説明する構成に限定されない。

[0 0 1 5] 下記実施形態では、車両に搭載され、車両の 駆動電力を供給する燃料電池システムの例を 説明する が、車両での電力供給以外にも、移動体の発 電システム、定置発電システム等にも本発明 を適用できる \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

4

[ 0 0 1 6 ] 図 1は、本発明の一実施形態の燃料電池システ� � 1 0 0の構成例を示す。 図 1に示すように、燃料電池システム 1 0 0は、燃料電池 1 0、分光計 3 0、送風装置 4 0、診断 装置 5 0及び制御装置 6 0を備える。本実施形態の燃料電池システム 1 0 0は、車両 2 0 0に搭載 される。

[ 0 0 1 7】 燃料電池システム 1 〇 0は、燃料電池 1 0に対して送風装置 4 0により送風することで燃料電池 1 0 内の水分、例えば、カツ-ド側のガス流路内� �水分をパ-ジすることができる。パ-ジ量は送 風量が多い ほど増加し、送風量は燃料電池 1 0内の水分量に応じてフイ-ドパック制御され� ��。具体的には、分光 計 3 0が燃料電池 1 0内の水分を検出し、その検出結果に基づい� �診断装置 5 0が水分量を計算 する。制御装置 6 0は、計算された水分量に基づいて送風装置 4 0の送風量を制御する。

【0 0 1 8】

（燃料電池） 図 2は、本発明の一実施形態の燃料電池 1 0の外観を示す。 図 2に示すように、燃料電池 1 0は、スタック 1 0 3及びケーシング 1 0 13を備える。スタック 1 0 3は 、周囲をケーシング 1 〇 13に覆われて封止されている。

[ 0 0 1 9】 図 3は、ケ-シング 1 0 13を取り除いた燃料電池 1 0の内部を示す。 図 3に示すように、スタック 1 0 3は、一列に重ねられたプレート状の複数の� �ル 1 1からなる。セル 1 1 は、周囲をシーリングゴム 1 2によって覆われ、封止されている。

[ 0 0 2 0 ] 図 4は、セル 1 1の構成例を示す。 図 4に示すように、セル 1 1は、電解質膜 1、 1対の電極 2及び 1対のセパレ-夕 4を備える。 1対の 電極 2及び 1対のセパレ-夕 4は電解質膜 1を挟むように配置され、電解質膜 1の両側にそれぞれ電 極 2及びセ八 °レ-夕 4が積層されている。電解質膜 1と 1対の電極 2の積層体は、膜電極接合体 （1\^

E A : Membrane Electrode Assembly） と呼ばれている。

【0 0 2 1】 セル 1 1の電解質膜 1、 電極 2及びセパレ-夕 4は、 z方向に積層される。電解質膜 1及び電極 2 の積層方向 （ z方向） を中心とする周縁部はセパレータ 4で覆われていない。そのため、シーリング� �ム 1 2 が、セル 1 1の積層方向を中心とする周縁部を覆い、 電解質膜 1及び電極 2の露出を防いでいる。

[ 0 0 2 2 ] スタック 1 0 aにおいて、複数のセル 1 1は電解質膜 1、 電極 2及びセパレ-夕 4の積層方向と同じ z 方向に重ねられる。 X方向及び y方向は、セル 1 1の面内で互いに z方向に直交する方向である。

【 0 0 2 3】 電解質膜 1は、イオン伝導性の高分子電解質の膜であ� �。電解質膜 1としては、例えばナフィオン （ 登録商標） 、アクイヴィオン （登録商標） 等の八-フルオ □スルホン酸ポリマ- ; スルホン化ポリエ-テルエ- テルケトン （S P E E K） 、スルホン化ポリイミド等の芳香族系ポリマ - ; ポリビニルスルホン酸、ポリビニル リン酸等の脂肪族系ポリマ-等が挙げられる� �

【 0 0 2 4】 電解質膜 1は、 耐久性向上の観点か S、 多孔質基材に高分子電解質を含浸させた複合 膜であって もよい。多孔質基材としては、 高分子電解質を担持できるのであれば特に限 定されず、 多孔質、織布状 、不織布状、 フィブリル状等の膜を用いることができる。 多孔質基材の材料としても特に限定されない が、 イオン伝導性を高める観点から、上述したよ うな高分子電解質を用いることができる。な かでも、フッ素系 ポリマーであるポリテトラフルオ □エチレン、ポリテトラフルオ □エチレンーク □ □トリフルオ □エチレン共重合体、ポ リク □ □トリフルオ □エチレン等は、強度及び形状安定性に優れ る。

[ 0 0 2 5 ]

1対の電極 2のうち、 一方の電極 2はアノ-ドであり、燃料極とも呼ばれる。他� ��の電極 2はカソ-ドで あり、空気極とも呼ばれる。燃料ガスとして 、 アノードには水素ガスが供給され、カソード には酸素ガスを含む 空気が供給される。 図 4中、黒色の矢印は水素ガスを表し、 白色の矢印は空気を表す。 \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

6

[ 0 0 2 6 ] アノードでは、セパレータ 4を介して供給された水素ガス （1 ^~ 1 ₂ ） から電子 （6一） とプロトン （1 ^~ 1 ⁺ ） を 生成する反応が生じる。電子は、図示しない 外部回路を経由してカソードへ移動する。こ の電子の移動に より外部回路では電流が発生する。プロトン は電解質膜 1を経由してカソ-ドへ移動する。

[ 0 0 2 7 ] カソ-ドでは、セパレ-夕 4を介して酸素ガス （0 ₂ ） が供給され、外部回路から移動してきた電子 により 酸素イオン （〇 _{2 —} ） が生成される。酸素イオンは、電解質膜 1から移動してきたプロトン （ ㈠十） と結 合して、水 （1·! ₂ 0） になる。

【0 0 2 8】 電極 2は、触媒層 2 1を備える。本実施形態の電極 2は、燃料ガスの拡散性向上のため、さ 6にガス 拡散層 2 2を備える。

[ 0 0 2 9 ] 触媒層 2 1は、触媒によって水素ガス及び酸素ガスの� �応を促進する。触媒層 2 1は、触媒と、触 媒を担持する担体及びこれらを被覆するアイ オノマーを含む。 触媒としては、例えば白金 （ 七） 、ルテニウム （R u） 、イリジウム （ I 「） 、ロジウム （ ） 、パ ラジウム （ 〇1） 、タングステン 等の金属、これら金属の混合物、合金等が挙 げられる。なかでも、 触媒活性、 _酸化炭素に対する耐被毒性、耐熱性等の観� �から、 白金、 白金を含む混合物、合金 等が好ましい。

【0 0 3 0】 担体としてはメソポ-ラスカ-ボン、 セブラック等の細孔を有する導電性の多孔性 金属化合物が挙げ られる。分散性が良好で表面積が大きく、触 媒の担持量が多い場合でも高温での粒子成長 が少ない観 点からは、メソポーラスカーボンが好ましい 。 アイオノマーとしては、後述する電解質膜 1と同様のイオン伝導性の高分子電解質を使� �することがで ぎる。

【0 0 3 1】 \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

7 ガス拡散層 2 2は、セパレ-夕 4を介して供給された燃料ガスを触媒層 2 1に均一に拡散することがで きる。ガス拡散層 2 2としては、例えば導電性、ガス透過性及び� �ス拡散性を有する力-ボン繊維等の多 孔性繊維シ-卜の他、発泡金属、エキスパン� �メタル等の金属板等を用いることができる� �

【0 0 3 2】 セ八 °レ-夕 4は、ガスの流路 4 3を形成する複数のリブ 4 匕が表面に設けられたプレ-卜であり、パ ^' イボ-ラ プレートとも呼ばれる。リブ 4 13はセパレータ 4の両面に設けられ、一方の表面上のリブ 4 匕は 方向に直 線状に延び、他方の表面上のリブ 4 13はソ方向に直線状に延びる。

【0 0 3 3】 セ八 ^° レ-夕 4の材料としては、一般的に金属が用いられ� �。例えば、軽量化の観点からは力-ボン等が� �� い 6れ、厚みを薄くする観点からはステンレス� �等が用いられる。

【0 0 3 4】

（窓） 燃料電池 1 〇は、ケーシング 1 0 に設けられた窓巳 1と、シーリングゴム 1 2に設けられた窓巳 2と、 を備える。各窓巳 1及び巳 2は、燃料電池 1 0の外部から当該燃料電池 1 0内部の電解質膜 1に 通じる。分光計 3 0は、この窓巳 1及び巳 2を介して燃料電池 1 0の内部に位置する電解質膜 1にレ -ザー光を照射できるとともに、照射によっ� �電解質膜 1から発生した光を検出することができる。

【0 0 3 5】 窓巳 1及び 8 2は、電解質膜 1、電極 2及びセ八 °レ-夕 4の積層方向、すなわち å方向に直交する X 方向において、電解質膜 1と対向する位置に酉己置される。なお、窓� � 1及び巳 2は、 å方向に直交す るソ方向において電解質月莫 1と対向する位置に酉己置されてもよい。こ� �ように、積層方向 方向） を 中心とする積層体の周縁部側に窓 8 1及び日 2を配置することにより、分光計 3 0は電解質膜 1に対 して直接光を照射し検出することができる。

【0 0 3 6】 図 2に示すように、分光計 3 0が燃料電池 1 0と離れて配置された場合でも燃料電池 1 0を封止で きるように、本実施形態の窓巳 1及び日 2は、ガラスプレ-卜が設けられた開口部であ� ��が、燃料電池 1 0 を封止できるのであれば、ガラス以外の光を 通す素材で構成されるプレ-卜等が開口部に� �けられてもよ いし、プレート等が設けられない単なる開口 部であってもよい。

【0 0 3 7】 例えば、ガラスプレ-卜がない開口部である� � B 1及び B 2を介して、分光計 3 0をシ-リングゴム 1 2 の内部に挿入して電解質膜 1と対向させ、かつ分光計 3 0の外壁が窓 B 1及び B 2の内壁と接して窓 B 1及び B 2の開口を塞ぐことにより、燃料電池 1 0を封止することができる。この場合、分光� � 3 0の 位置も固定でき、水分測定の安定性を向上さ せることができる。

【0 0 3 8】

(分光計) 分光計 3 0は、電解質膜 1に光、例えばレ-ザ-光を照射し、照射による 反射光、散乱光、及び発 光等の電解質膜 1が発した光を検出することによって、電解� �膜 1の水分を検出する。分光計 3 0は、 この光の照射と検出を窓 B 1及び B 2を介して行う。

【0 0 3 9】 なお、図 2に示、すように、分光計 3 0を電角军質 B莫 1と対向する位置に酉己置して、電角军質膜 1に ¾寸して 光を直接照射してもよいし、分光計 3 0と電解質膜 1間 (こ光ファイバ ^' -等の導波路を設け、当該導波 3各を介して分光計 3 0からの光を照射するよう (こしてもよい。

【0 0 4 0】 分光計 3 0の分光分析法としては、例えばコヒーレン� �反ストークスラマン散舌し ( C A R S : Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) 法、ラマン分光法、赤外分光法 ( I R : I nfrared Spectroscopy) 、及び F 「 - I R (Fourier Transform I nfrared Spectros copy) 法等が挙げられる。

【0 0 4 1】 なかでも、分光計 3 0は、 C A R S法により測定を行う C A R S分光計であることが好ましい。 C A R

5 分光計は、ラマン分光法等の他の分光分析法 に比ベて水に対する感度が高く、微量の水分 も精度 良く検出することができる。また、 0八 R 5分光計は時間分解能が高い。例えば、中性� �検出器の時間 \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

9 分解能では水分の検出に 分光計は約〇. 1秒で検出が可能であり

、運転中に常に変動する燃料電池 1 0の水分量をリアルタイムに測定することが� �能になる。

【0 0 4 2】

0 8 分光計は、電解質膜 1に角振動数が異なる 2つの光を照射し、電解質膜 1から発生する 0 八 8 £光を検出する。

【0 0 4 3】 図 5は、 0 8 5分光計の構成例を示す。 図 5に示すように、 0 8 分光計は、チタンサファイヤレーザー等の光 源 3 1からのレーザ-光を、光分 岐器 3 2により分岐する。分岐した一方の光は遅延� �路 3 3に導びかれ遅延させられた後、角振動数 のポンプ光し 3としてプロ-ブ 3 5に導かれる。分岐した他方の光はフォトニ� �ク結晶ファイバ-等の変換 器 3 4に導かれた後、角振動数 のスト-クス光し 匕としてポンプ光 1_ 3と合流し、プロ-プ 3 5に導か れる。なお、光は光ファイバー、導波路等に よって導くことができる。

【0 0 4 4】 ポンプ光し 3及びストークス光 1_ 13は、プローブ 3 5によってサンプル に照射され、サンプル からの散 乱光のうち、角振動数が なお、図 5は一例を示し、 0八 8 分光計の構成はこれに限定されない。

【0 0 4 5】 分光計 3 0は、電解質膜 1に照射する光の焦点位置を変更することで� �光が照射される X方向にお いて任意の位置の水分を検出することができ る。

【0 0 4 6】 焦点位置を変更する場合、窓 8 1及び 8 2の 方向におけるサイズを拡大し、分光計 3 0を 方向 に移動するか、又は X方向に対する分光計 3 0から照射する光の角度を傾、斜させる構成� �あってもよい。 この構成によれば、分光計 3 0が電解質膜 1に照射する光の焦点位置を、 X ゾ平面上、すなわち電解 質膜 1の面内で変更することができる。

【0 0 4 7】 すなわち、電解質膜 1の内部の任意の位置で水分を検出すること� �可能になる。診断装置 5 0は、 検出器 3 6により実際に検出された C A R S光 L cに基づいて、電解質膜 1内の異なる位置における 水分量を計算することができるので、膜内（ こおける水分量のばらつき、及び複数位置で 計算された水分量 の平均値等を求めることができる。これら統 計は送風による水分のパ-ジ状況の解析等に� �いることができ る。

【0 0 4 8】

（送風装置） 送風装置 4 0は、燃料電池 1 0に対して送風するファン等である。送風に� �り、電解質膜 1中の水 分を八 ° -ジすることができる。送風装置 4 0は、例えばセパレ-夕 4の空気のガス供給口 4 c付近に配置 され、このガス供給口 4 cを介してセル 1 1内部に空気を送り込む。

【0 0 4 9】 分光計 3 0は、燃料ガスのガス供給口 4 cか、又はガス排出口付近に配置されること� �好ましい。ガス 排出口付近はガス供給口 4 cに比べて水分が多くなりやすいため、水分� �パージする場合の分光計 3 0 はガス排出口付近に配置されることが好まし い。

[ 0 0 5 0 ]

（診断装置） 診断装置 5 0は、分光計 3 0による検出結果を解析して、電解質膜 1中の水分量を計算すること で、電解質膜 1中の湿潤状態を診断する。

[ 0 0 5 1】 診断装置 5 0の計算方法は特に限定されないが、例えば� �ファレンスデ-夕を用いて水分量を計算する ことができる。リファレンスデ-夕は、既知� �水分量に対し、分光計 3 0により検出された光の強度が関連 付けられたデ-夕である。 C A R S分光計により検出される光の強度は、水分� �の 0 - H結合の振動に 起因するピークの強度又は面積として求める ことができる。

[ 0 0 5 2 ] 図 6は、 リファレンスデータの一例を示す。 図 6に示すように、 リファレンスデータは、水分子の光の強度 P i に対する水分量 K wを表す。例えば、 診断装置 5 0は、分光計 3 0により得られる光のスペクトルを解析して� �水分子由来のピ-クを抽出し、 そのピークの強度 P 1を求める。診断装置 5 0は、 リファレンスデータからピークの強度 P 1（こ対応する水分 量 K 1を取得することができる。

【 0 0 5 3】

（制御装置） 制御装置 6 0は、診断装置 5 0により計算された水分量に基づいて、送風� �置 4 0の送風量を制 御する。制御装置 6 0は、例えば電子制御ユニット （ E C U : Engine Control Unit） である。

【 0 0 5 4】 具体的（こは、制御装置 6 0は、計算された水分量を閾値と比較し、 閾値を超える場合は閾値を超え る水分量、すなわち計算された水分量と閾値 との差に応じて送風量を決定する。制御装置 6 0は、例え ば、 閾値を超える水分量を八 ° -ジするのに必要な送風量の関係式を実験的� �求めておき、その関係式を 用いて送風量を計算するようにしてもよいし 、 閾値を超える水分量に対してあらかじめ計算 された送風量が 定められたテーブルから送風量を取得するよ うにしてもよい。

[ 0 0 5 5 ] また、制御装置 6 0は、例えば、一定の送風量を送風する送風� �置を 0 N - 0 F F制御する構成 でもよい。 0 N - 0 F F制御において、制御装置 6 0は、計算された水分量が閾値を超える場合� �は送 風状態に制御し、水分量が閾値を下回る場合 には非送風状態に制御する。この場合、送風 状態の継 続時間を制御することで水分の八 ° -ジ量を制御できる。

[ 0 0 5 6 ]

（水分の制御処理） 燃料電池システム 1 0 0は、上述した電解質膜 1の水分量の測定と過剰な水分のパ-ジを一定� �� 隔で又は任意のタイミングで行うことができ る。低温下での凍結による発電性能低下を防 ぐ観点からは、 燃料電池システム 1 〇 0は、 電源スイッチのオフに応じて車両 2 0 0の運転システムを停止する前に過乗 1J な水分の八 ° -ジを行うことが好ましい。 \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

12

[ 0 0 5 7 ] 図 7は、燃料電池システム 1 0 0が水分を制御するときの処理例として、シ� �テム停止前に行うフィード パック制御の処理手順を示す。

【0 0 5 8】 図 7に示すように、燃料電池システム 1 0 0において、 ドライバの操作により車両 2 0 0の電源スイッチ のオフの信号が制御装置 6 0に入力されると （ステップ 3 1 : 丫巳 3） 、制御装置 6 0は分光計 3 0 と診断装置 5 0に水分の測定を指示する。この指示に従い� �分光計 3 0は、電解質膜 1中の水の検 出を行う （ステップ 5 2） 。診断装置 5 0は、分光計 3 0の検出結果に基づいて水分量を計算する （ ステップ 5 3） 。

[ 0 0 5 9 ] 計算された水分量が閾値以下である場合 （ステップ 5 4 : N 0） 、制御装置 6 0は、水分が過剰 でないため、水分の八 ^° -ジは行わずに車両 2 0 0の運転システムを停止する （ステップ 5 9） 。 一方、計算された水分量が閾値を超える場合 （ステップ 4 : 丫 ） 、制御装置 6 0は、水分 量が過剰であるため、計算された水分量と閾 値との差分に応じて送風量を決定し、送風装 置 4 0に送 風を指示する。送風装置 4 0は、指示された送風量で送風し、水分をパ-� ��する （ステップ 5） 。

[ 0 0 6 0 ] 送風の開始から _定時間後、制御装置 6 0は分光計 3 0と診断装置 5 0に水分の測定を指示す る。分光計 3 0は、電解質膜 1中の水分の検出を行う （ステップ £ 6） 。診断装置 5 0は、分光計 3 0の検出結果に基づいて水分量を計算する （ステップ 3 7） 。

[ 0 0 6 1】 制御装置 6 0は、計算された水分量が閾値を超えて過剰� �あれば （ステップ 5 8 : 丫已 5） 、ステッ ブ 5の処理に戻り、ステップ 5 5 ~ 5 8の処理を繰り返す。すなわち、測定された� �分量が閾値以下 になるまで送風が継続して行われる。送風に より、計算された水分量が閾値以下まで減る と （ステップ 8 : 0） 、制御装置 6 0は車両 2 0 0の運転システムを停止する （ステップ 9） 。

[ 0 0 6 2 ] \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

13 このように、運転システムの停止前にフイー ドパック制御によって過剰な水分を八 ° -ジすることにより、電解 質膜 1の湿潤状態を一定範囲内に保つことができ� �次回の運転システムの始動時に燃料電池 1 0の 正常な発電を保証することができる。分光計 3 0が 0 6 分光計である場合は、水分の測定時間が 短く、運転システムの停止前の八 ° -ジを速やかに行うことが可能である。

【0 0 6 3】 以上のように、本実施形態の燃料電池 1 0は、ケ-シング 1 0 [3及びシ-リングゴム 1 2等の封止材 に外部から内部の電解質膜 1に通じる窓 8 1及び日 2が設けられるため、外部から電解質膜 1に直接 光を照射して電解質膜 1からの光を取り出すことができる。したが� �て、分光計 3 0による水分量の実測 が可能になる。

【0 0 6 4】 また、本実施形態の燃料電池システム 1 0 0によれば、電解質膜 1中の水分を分光計 3 0により検 出して、その水分量を診断装置 5 0により計算することができる。運転状況に� �って水分を谁測するので はなく、水分量を実測するため、水分量の検 出精度を高めることができる。検出精度が高 いと、水分を八 ° -ジするための送風装置 4 0の送風量も正確に決定することができ、送� �装置 4 0を効率的に駆動する ことができる。ひいては、燃料電池 1 0の発電効率が向上する。

[ 0 0 6 5 ] 固体高分子型の燃料電池の電解質膜は、本実 施形態の燃料電池 1 0と同様に、電極及びセパレ -夕によって挟まれ、周囲を封止されている� �とが一般的である。電解質膜の水分量をレ-� ��-光による分 光分析によって測定しようとすると、封止材 によってまずレーザー光が遮られる。また、 セパレータ及び電極の 素材は力-ボンが使用されることが多い。力-� ��ンは黒色であり、 レ-ザ-光が吸収されるため、電解質膜ま でレーザー光を到達させることが難しい。 X線による分光分析の場合も、セ八 °レ-夕の素材が金属であるため

、同様に電解質膜への X線照射が難しい。

[ 0 0 6 6 ] \¥0 2021/059144 卩（：17132020 /058863

14 中性子検出器を用いれば、電解質膜中の水分 の分析が可能かもしれないが、中性子検出器 は時間 分解能が低い。水分の検出に 1 0秒以上要することが予想され、燃料電池の� �分量をフイ-ドパ ^' ック制 御するには、十分な時間分解能とはいえない 。

[ 0 0 6 7 ] これに対し、本実施形態の燃料電池 1 0は、封止されながらも窓巳 1及び巳 2によってレ-ザ-光を電 解質膜 1まで到達させることができ、谁測ではなく� �測が可能である。 さらに、分光計 3 0として、水分の検出精度及び検出の時間分� �能が高い 0 R 5分光計を使用 すれば、車両 2 0 0のように運転状況によって水分量が変動し� �すい移動体に搭載された燃料電池 1 0 においても精度の高いフイ-ドパック制御が� �能である。

【0 0 6 8】 以上、本発明の好ましい実施形態について説 明したが、本発明は、これらの実施形態に限 定されず、 その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可 能である。

[ 0 0 6 9 ] 例えば、上記実施形態ではケ-シング 1 0 [3とシ-リングゴム 1 2の 2つの封止材により燃料電池 1 0 が封止されていたため、 2つの窓巳 1及び巳 2が設けられたが、 1つの封止材の場合は 1つの窓でよい。

[ 0 0 7 0 ] また、上記実施形態では、ケーシング 1 0 匕とシーリングゴム 1 2に窓巳 1及び巳 2を 1つずつ設けて、 水分量を検出する対象を 1つのセル 1 1としているが、複数のセル 1 1を対象としてもよい。例えば、複数 のセル 1 1の各電解質膜 1と対向する位置に複数の窓 8 1及び 2が設けられた構成でもよい。また、 各電解質膜 1と対向するように 1つの窓巳 1及び巳 2の å方向のサイズを拡大して、複数のセル 1 1に ついて水分量を検出できる構成であってもよ い。

[ 0 0 7 1 ] 複数のセル 1 1を水分の検出対象とする場合、分光計 3 0をセル 1 1が重なる方向 （ å方向） に 移動させてセル 1 1の電解質膜 1と対向する位置に酉己置するようにしても� �い。また、各窓巳 1及び巳 2 を介して、分光計 3 0と各セル 1 1の電解質膜 1間に光を導く導光路が設けられてもよい。 \¥02021/059144 卩（：17132020 /058863

15

[ 0 0 7 2 ] また、診断装置 5 0は、複数のセル 1 1について測定された水分量を平均し、平均� �た水分量を各セ ル 1 1の水分量の代表·（直として制掏]装置 6 0（こ提供してもよい。

[ 0 0 7 3 ] 上記実施形態では、水分をパ-ジする送風量� �制御していたが、 電解質膜 1の乾燥防止のため水分 を供給し、その供給量を制御する場合にも本 発明を適用することができる。例えば、加湿 した空気を供給 する加湿器等の電解質膜 1に水を供給する供給装置が設けられている� �合、 電解質膜 1中の水分量 を測定することで、制御装置 6 0が目的の水分量に対する過不足を判断し、� �給装置からの水の供給 量をフイードパック制御することができる。 水のパージと供給のいずれもフイードパック 芾 I]御することにより、 電解 質膜 1 中の湿潤状態を常に一定範囲内に維持するこ とができる。

[ 0 0 7 4 ] 水分を供給する場合、ガス供給口 4 〇付近はガス排出口に比べて水分が少なくな りやすく、 電解質 膜 1の乾燥状態が分かりやすい。よって、水分� �供給する場合の分光計 3 0はガス供給口 4 〇付近に 配置されることが好ましい。

【符号の説明】

[ 0 0 7 5 ]

1 0 0 . ^{· ·} 燃料電池システム、 1 0 ^{· · ·} 燃料電池、 1 0 3 .. ^· スタック、 1 0 匕 · ..ケーシング、 1 1 · · . セル、 1 2 ...シーリングゴム、 1 . ^{· ·} 電解質膜、 2 . ^{· ·} 電極、 4 . ^{· ·} セパレ-夕、 4 〇 . ^{· ·} ガス供給口、 3 〇 · · ·分光計、 4 0 · · ·送風装置、 5 0 · · ·診断装置、 6 0 · · ·制御装置、 2 0 0 · · ·車両