JP2013191362A - 燃料電池診断装置 - Google Patents
燃料電池診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013191362A JP2013191362A JP2012055850A JP2012055850A JP2013191362A JP 2013191362 A JP2013191362 A JP 2013191362A JP 2012055850 A JP2012055850 A JP 2012055850A JP 2012055850 A JP2012055850 A JP 2012055850A JP 2013191362 A JP2013191362 A JP 2013191362A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- impedance
- cell
- local
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 149
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 68
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 68
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 62
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【解決手段】低周波の交流信号を印加した際の局所インピーダンスから、対象セル10の乾湿状態(乾燥状態および湿潤状態)により変化する膜抵抗、および燃料電池1の負荷変動により変化する活性化抵抗の影響を除去して算出した拡散インピーダンスに基づいて、燃料電池1の反応ガスの供給状態を診断する。
【選択図】図2
Description
本発明の第1実施形態について、図1〜図10に基づいて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、図示しない車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。
(アノード電極)H2→2H++2e−
(カソード電極)2H++1/2O2+2e−→H2O
図1に戻り、燃料電池1および各種電気負荷は、双方向に電力を伝達可能なDC−DCコンバータ2を介して電気的に接続されている。このDC−DCコンバータ2は、燃料電池1から各種電気負荷、あるいは、各種電気負荷から燃料電池1への電力の流れを制御するものである。
ΔVa=B×log{(I+ΔI)/ΔI}…F2
但し、ΔVaが燃料電池1の出力電流に印加された交流信号に応じて変化する触媒電極層(カソード電極100c)の活性化過電圧の変化分を示し、Δiが燃料電池1の出力電流に低周波数の交流信号を印加した際の交流成分の振幅(変化量)を示し、Iが燃料電池1の出力電流に低周波数の交流信号を印加した際の直流成分の電流値を示し、Bが燃料電池1のターフェル勾配を示している。
但し、jが虚数単位を示し、ω(=2πf)が印加する交流信号の角周波数を示し、Ccaがカソード電極100cの電気二重層容量(コンデンサ成分)を示している。
本実施形態では、燃料電池診断装置4の信号処理装置43において、セル10への水素の供給状態を診断する例について説明する。本実施形態の燃料電池診断装置4は、図11の要部構成図に示すように、局所電流検出手段を構成する局所電流センサ41を、対象セル10における水素の供給状態が不足状態となり易い水素流れ下流側の局所部位(本実施形態では、水素出口部101bおよび空気入口部102a付近)に隣接配置し、水素流れ下流側に対応する局所部位に流れる電流(局所電流)を検出するようにしている。
ΔVa=B×log{(I+ΔI)/ΔI}…F5
但し、ΔVaが燃料電池1の出力電流に印加された交流信号に応じて変化する触媒電極層(アノード電極100b)の活性化過電圧の変化分を示し、Δiが燃料電池1の出力電流に低周波数の交流信号を印加した際の交流成分の振幅(変化量)を示し、Iが燃料電池1の出力電流に低周波数の交流信号を印加した際の直流成分の電流値を示し、Bが燃料電池1のターフェル勾配を示している。
但し、jが虚数単位を示し、ω(=2πf)が印加する交流信号の角周波数を示し、Canがアノード電極100bの電気二重層容量(コンデンサ成分)を示している。なお、アノード電極100bの電気二重層容量Canは、セル10の局所部位における触媒電極層(アノード電極100b)の容量成分を用いることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
10 セル
41 局所電流センサ(局所電流検出手段)
42 電圧センサ(電圧検出手段)
431 交流信号印加部(交流印加手段)
432 インピーダンス算出部(インピーダンス算出手段)
433 膜抵抗算出部(膜抵抗算出手段)
434 補正部(補正手段)
435 診断部(診断手段)
Claims (5)
- 酸化剤ガスおよび燃料ガスといった反応ガスを電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル(10)が積層された固体高分子型の燃料電池(1)に適用され、前記燃料電池の状態を診断する燃料電池診断装置であって、
前記燃料電池に対して、予め定めた基準周波数よりも低い低周波数の交流信号、および前記基準周波数よりも高い高周波数の交流信号を印加する交流印加手段(431)と、
前記複数のセルのうち、診断対象となる対象セル(10)のセル電圧を検出する電圧検出手段(42)と、
前記対象セルにおける所定の局所部位を流れる局所電流を検出する局所電流検出手段(41)と、
前記交流印加手段にて前記低周波数の交流信号を印加した際の前記セル電圧、および前記局所電流に基づいて、前記対象セルの前記局所部位の局所インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段(432)と、
前記交流印加手段にて前記高周波数の交流信号を印加した際の前記セル電圧、および前記局所電流に基づいて、前記対象セルの前記局所部位の膜抵抗を算出する膜抵抗算出手段(433)と、
前記局所インピーダンスを補正して前記局所インピーダンスに含まれる拡散インピーダンスを算出する補正手段(434)と、
前記拡散インピーダンスに基づいて前記燃料電池への反応ガスの供給状態を診断する診断手段(435)と、を備え、
前記補正手段は、前記局所インピーダンスから前記膜抵抗、および前記燃料電池の負荷変動に応じて変化する前記対象セルの活性化抵抗の影響を除去することで前記拡散インピーダンスを算出することを特徴とする燃料電池診断装置。 - 前記補正手段は、前記交流印加手段にて前記低周波数の交流信号を印加した際の前記セル電圧の変化量に含まれる活性化過電圧の変化分を、前記局所電流の変化量で除算して前記活性化抵抗を算出することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池診断装置。
- 前記補正手段は、前記燃料電池のターフェル勾配、前記燃料電池から出力される出力電流の直流成分の値、および前記交流信号の交流成分の振幅を用いて前記活性化過電圧の変化分を算出することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池診断装置。
- 前記補正手段は、直列接続された前記活性化抵抗および前記拡散インピーダンスに、前記対象セルの触媒電極層における電気二重層容量を並列接続した合成回路に対して、前記膜抵抗を直列接続して構成される前記セルの等価回路に基づいて、前記拡散インピーダンスを算出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料電池診断装置。
- 前記補正手段は、前記電気二重層容量として予め測定した前記対象セルの触媒電極層における電気二重層容量の値を用いることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池診断装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012055850A JP5724911B2 (ja) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | 燃料電池診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012055850A JP5724911B2 (ja) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | 燃料電池診断装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013191362A true JP2013191362A (ja) | 2013-09-26 |
JP5724911B2 JP5724911B2 (ja) | 2015-05-27 |
Family
ID=49391415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012055850A Active JP5724911B2 (ja) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | 燃料電池診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5724911B2 (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015069909A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
WO2015114968A1 (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-06 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
WO2016103462A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の状態検出装置及び方法 |
WO2016139761A1 (ja) * | 2015-03-03 | 2016-09-09 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池内部状態検出システム及び状態検出方法 |
US9575136B2 (en) | 2014-09-18 | 2017-02-21 | Hyundai Motor Company | Apparatus and method for measuring impedance of fuel cell stack |
WO2017060962A1 (ja) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の状態判定方法及び状態判定装置 |
US10020525B2 (en) | 2015-12-09 | 2018-07-10 | Hyundai Motor Company | Method and system for diagnosing state of fuel cell stack |
US10115987B2 (en) | 2015-03-03 | 2018-10-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | State detection device and method for fuel cell |
DE102020124075A1 (de) | 2020-09-16 | 2022-03-17 | Audi Aktiengesellschaft | Bestimmung des Membranwiderstands einer Brennstoffzelle |
CN115032553A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-09-09 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种车载燃料电池在线诊断方法和*** |
CN118099486A (zh) * | 2024-04-25 | 2024-05-28 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 燃料电池使用寿命评价方法、设备及介质 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003317810A (ja) * | 2002-04-18 | 2003-11-07 | Toyota Motor Corp | 電池の特性評価方法 |
JP2005063946A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-03-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム,燃料電池運転方法,プログラム,および記録媒体 |
JP2007012419A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2007066589A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Yokogawa Electric Corp | 燃料電池の特性評価方法および特性評価装置 |
JP2007087635A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池評価装置 |
JP2009176506A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2011233242A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Denso Corp | 電流分布測定装置、その異常時対応方法、および燃料電池システム |
-
2012
- 2012-03-13 JP JP2012055850A patent/JP5724911B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003317810A (ja) * | 2002-04-18 | 2003-11-07 | Toyota Motor Corp | 電池の特性評価方法 |
JP2005063946A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-03-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム,燃料電池運転方法,プログラム,および記録媒体 |
JP2007012419A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2007066589A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Yokogawa Electric Corp | 燃料電池の特性評価方法および特性評価装置 |
JP2007087635A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池評価装置 |
JP2009176506A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2011233242A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Denso Corp | 電流分布測定装置、その異常時対応方法、および燃料電池システム |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015069909A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
CN105960728B (zh) * | 2014-01-30 | 2017-12-15 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池*** |
WO2015114968A1 (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-06 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US10038207B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-07-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
CN105960728A (zh) * | 2014-01-30 | 2016-09-21 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池*** |
JPWO2015114968A1 (ja) * | 2014-01-30 | 2017-03-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US9575136B2 (en) | 2014-09-18 | 2017-02-21 | Hyundai Motor Company | Apparatus and method for measuring impedance of fuel cell stack |
WO2016103462A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の状態検出装置及び方法 |
CN107112558A (zh) * | 2014-12-26 | 2017-08-29 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池的状态检测装置以及方法 |
WO2016139761A1 (ja) * | 2015-03-03 | 2016-09-09 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池内部状態検出システム及び状態検出方法 |
CN107431225A (zh) * | 2015-03-03 | 2017-12-01 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池内部状态检测***以及状态检测方法 |
JPWO2016139761A1 (ja) * | 2015-03-03 | 2018-01-18 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池内部状態検出システム及び状態検出方法 |
US10193174B2 (en) | 2015-03-03 | 2019-01-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell internal state detection system and state detection method |
US10115987B2 (en) | 2015-03-03 | 2018-10-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | State detection device and method for fuel cell |
CN107431225B (zh) * | 2015-03-03 | 2018-10-09 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池内部状态检测***以及状态检测方法 |
US10971742B2 (en) | 2015-10-05 | 2021-04-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell state determination method and fuel cell state determination apparatus |
JPWO2017060962A1 (ja) * | 2015-10-05 | 2018-07-12 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の状態判定方法及び状態判定装置 |
WO2017060962A1 (ja) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の状態判定方法及び状態判定装置 |
US10020525B2 (en) | 2015-12-09 | 2018-07-10 | Hyundai Motor Company | Method and system for diagnosing state of fuel cell stack |
DE102020124075A1 (de) | 2020-09-16 | 2022-03-17 | Audi Aktiengesellschaft | Bestimmung des Membranwiderstands einer Brennstoffzelle |
CN115032553A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-09-09 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种车载燃料电池在线诊断方法和*** |
CN115032553B (zh) * | 2022-05-25 | 2023-09-15 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种车载燃料电池在线诊断方法和*** |
WO2023227060A1 (zh) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种车载燃料电池在线诊断方法和*** |
CN118099486A (zh) * | 2024-04-25 | 2024-05-28 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 燃料电池使用寿命评价方法、设备及介质 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5724911B2 (ja) | 2015-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5724911B2 (ja) | 燃料電池診断装置 | |
JP5793989B2 (ja) | 燃料電池状態診断装置 | |
CN107078323B (zh) | 燃料电池的状态判定装置及方法 | |
JP5838773B2 (ja) | 燃料電池診断装置 | |
CA2939987C (en) | Impedance measuring device and control method for impedance measuring device | |
EP3124987A1 (en) | Impedance measurement device and impedance measurement method | |
JP2010165463A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2020087764A (ja) | 燃料電池監視装置および燃料電池の状態を判定する方法 | |
US11217803B2 (en) | Fuel cell system and method for inferring wet state of fuel cell | |
WO2013076556A1 (en) | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system | |
CN114747058B (zh) | 用于诊断燃料电池装置的至少一个燃料电池堆的方法、计算机可读存储介质以及燃料电池诊断*** | |
JP5811958B2 (ja) | 乾湿指標測定装置、および燃料電池診断装置 | |
JP3928526B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5857454B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP4973138B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP6350678B2 (ja) | 燃料電池の状態検出装置及び方法 | |
JP6319457B2 (ja) | 燃料電池の状態推定装置、状態推定方法、及び燃料電池システム | |
JP4968113B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP6024315B2 (ja) | 燃料電池診断装置 | |
JP5779952B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5742333B2 (ja) | 燃料電池状態診断装置 | |
CN108140856B (zh) | 燃料电池的状态判定方法和状态判定装置 | |
JP2009193900A (ja) | 燃料電池システム | |
JP6642229B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2017168299A (ja) | 燃料電池システムにおけるフラッディング判定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140508 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150225 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150303 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150316 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5724911 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |