JP6350678B2 - 燃料電池の状態検出装置及び方法 - Google Patents
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Description
カソード極:4H++4e-+O2 → 2H2O
図1及び図2は、本発明の一実施形態による燃料電池セル10の構成を説明するための図である。図1は燃料電池セル10の斜視図であり、図2は図1の燃料電池セル10のII−II断面図である。
を参照し、各周波数帯に属する周波数に基づくインピーダンスから種々の状態量を個々に推定することに想到した。
以下、第1の実施形態について説明する。
以下では、第2実施形態について説明する。なお、既に説明した第1の実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
第3の実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
第4の実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
第5の実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
第6の実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
以下、第7の実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態の要素と同様の要素には同一の符号を付す。
Claims (12)
- アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池の状態検出装置であって、
少なくともアノード極の状態量に対して応答性を示す周波数帯を含む高周波数帯から選択された周波数に基づく高周波数インピーダンス、及び少なくともカソード極の状態量に対して応答性を示す周波数帯を含む低周波数帯から選択された周波数に基づく低周波数インピーダンスを取得するインピーダンス取得手段と、
取得された前記高周波数インピーダンス及び前記低周波数インピーダンスを組み合わせて、前記燃料電池の内部状態としての前記アノード極の状態量と前記カソード極の状態量をそれぞれ推定する内部状態量推定手段と、
を備えた燃料電池の状態検出装置。 - 請求項1に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記内部状態量推定手段は、
前記高周波数インピーダンスに基づいてある内部状態量を推定し、推定された該内部状態量及び前記低周波数インピーダンスに基づいて他の内部状態量を推定するか、又は
前記低周波数インピーダンスに基づいてある内部状態量を推定し、推定された該内部状態量及び前記高周波数インピーダンスに基づいて他の内部状態量を推定する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記高周波数帯は、前記燃料電池のアノード極の状態量に対して応答性を示す周波数帯であるアノード極応答周波数帯と、前記アノード極応答周波数帯よりも高い周波数帯であり前記燃料電池の電解質膜の状態量に対して応答性を示す電解質膜応答周波数帯と、を含み、
前記インピーダンス取得手段は、前記高周波数インピーダンスとして、前記アノード極応答周波数帯から選択された周波数に基づくアノード極応答インピーダンス及び前記電解質膜応答周波数帯から選択された周波数に基づく電解質膜応答インピーダンスの少なくともいずれか一方を取得する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項3に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記インピーダンス取得手段は、前記高周波数インピーダンスとして、前記アノード極応答インピーダンス及び前記電解質膜応答インピーダンスの双方を取得し、
前記内部状態量推定手段は、前記電解質膜応答インピーダンスに基づいて前記電解質膜の状態量を推定し、推定された該電解質膜の状態量、及び前記アノード極応答インピーダンスに基づいて前記アノード極の状態量を推定する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項3に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記インピーダンス取得手段は、前記高周波数インピーダンスとして、前記アノード極応答インピーダンスのみを取得し、
前記内部状態量推定手段は、前記アノード極応答インピーダンスに基づいて前記アノード極の状態量を推定する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項4に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記アノード極の状態量には、該アノード極の反応抵抗値及び電気二重層容量値が含まれ、
前記カソード極の状態量には、該カソード極の反応抵抗値及び電気二重層容量値が含まれ、
前記内部状態量推定手段は、
前記アノード極応答インピーダンスに基づいて、前記アノード極の反応抵抗値及び前記アノード極の電気二重層容量値を推定し、
推定された前記電解質膜の状態量、前記アノード極の反応抵抗値、前記アノード極の電気二重層容量値、及び前記低周波数インピーダンスに基づいて前記カソード極の反応抵抗値及び電気二重層容量値の少なくともいずれか一方を推定する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記インピーダンス取得手段は、
前記低周波数インピーダンスとして前記燃料電池のI−V特性線における傾きの値を取得する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項7に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記インピーダンス取得手段は、
前記燃料電池のI−V特性線における傾きの値の変動が所定値以下となる定常時において、前記傾きの値を前記低周波数インピーダンスとして取得する燃料電池の状態検出装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記I−V特性線における傾きは、電流及び電圧の2組の計測値に基づいて算出される燃料電池の状態検出装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の燃料電池の状態検出装置であって、
前記I−V特性線における傾きは、電流及び電圧の1組の計測値及び事前に設定した1組の電流及び電圧の値に基づいて算出される燃料電池の状態検出装置。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の燃料電池の状態検出装置において、
前記燃料電池が積層電池として構成され、
前記積層電池に接続されて該積層電池に交流電流を出力する交流電源部と、
前記積層電池の正極側の電位から該積層電池の中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記燃料電池の負極側の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、に基づいて交流電流を調整する交流調整部と、
前記調整された交流電流並びに前記正極側交流電位差及び前記負極側交流電位差に基づいて前記燃料電池のインピーダンス計測値を演算するインピーダンス演算部と、
を有する燃料電池の状態検出装置。 - アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池の状態検出方法であって、
少なくともアノード極の状態量に対して応答性を示す周波数帯を含む高周波数帯から選択された周波数に基づく高周波数インピーダンス、及び少なくともカソード極の状態量に対して応答性を示す周波数帯を含む低周波数帯から選択された周波数に基づく低周波数インピーダンスを取得するインピーダンス取得工程と、
取得された前記高周波数インピーダンス及び前記低周波数インピーダンスを組み合わせて、前記燃料電池の内部状態としての前記アノード極の状態量と前記カソード極の状態量をそれぞれ推定する内部状態量推定工程と、
を備えた燃料電池の状態検出方法。
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