JP2006331849A - 燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の劣化判定を行うことが可能な劣化判定装置を提供する。
【解決手段】 劣化判定装置１は、燃料電池のセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶するデータ記憶部１２を備える。検出部１５は燃料電池１３０の劣化判定時にセルスタック１３１の出力電流および出力電圧を検出する。演算部１６は検出されたセルスタックの出力電流に対する基準出力電力をデータ記憶部１２から抽出するとともに、検出されたセルスタックの出力電流と出力電圧とを利用して劣化判定時におけるセルスタックの判定時出力電力を求める。演算部１６は抽出した基準出力電力に対する求めた判定時出力電力の割合を算出し、表示部１７に算出結果が表示される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法に関し、特に、バックアップ用電源として使用される燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法に関する。

従来から、通信機器などの各種機器において、商用電源などの交流電源の停電時などにも継続して直流負荷或いは交流負荷に対して電力供給を行うバックアップ電源システムがある。

以下、従来のバックアップ電源システムについて説明する。
まず、従来のバックアップ電源システムの構成について図６を参照しつつ説明する。図６は従来のバックアップ電源システムの構成を示すブロック図である。
図６のバックアップ電源システム１００は、商用電源などの交流電源２から直流負荷３にかけての通電路上に配設される。バックアップ電源システム１００は、入力部が交流電源２の出力に接続され、出力部が直流負荷３に接続された整流器１１０を備えている。整流器１１０は、入力部に入力される交流電源２の出力電圧（交流電圧）を直流電圧（例えば、電圧値が５０（Ｖ）の直流電圧）に変換し、直流電圧をその出力部から出力する。

バックアップ電源システム１００は、バックアップ用の電源として充放電を行う二次電池１２０と燃料電池１３０とを備える。二次電池１２０は整流器１１０から直流負荷３にかけての電力線上のノードＮ１００に接続されている。燃料電池１３０は水素ボンベを備え、その水素ボンベに充填された水素を燃料として直流電圧を発生するものである。燃料電池１３０は、セルスタック１３１とセルスタック１３１の出力電圧（直流電圧）を異なる電圧値（例えば、４９．５（Ｖ））の直流電圧に変換して出力するコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１３２とバッテリ１３３と電圧検出器１３４と制御器１３５とを備えている。バッテリ１３３は、交流電源２の停電時などに燃料電池１３０の電源となるものであり、図示していないが、整流器１１０の出力に接続され、整流器１１０の出力電圧（直流電圧）によって回復充電される。電圧検出器１３４は直流負荷３に入力される入力電圧（負荷電圧）の検出に利用され、制御器１３５は直流負荷３に入力される入力電圧（負荷電圧）に基づき燃料電池１３０を起動し、或いは、停止する。

次に、図６に構成を示したバックアップ電源システム１００の動作について図７を参照しつつ説明する。図７は図６のバックアップ電源システム１００の動作を説明するための波形図である。図７では、横軸が時間、縦軸が直流負荷３に入力される電圧の電圧値（負荷電圧の電圧値）（Ｖ）である。なお、動作説明においては、交流電源２に停電が起り、その後に復電した場合とするが、交流電源２の故障および整流器１１０の故障一般についても実質的に動作は同様である。

交流電源２および整流器１１０が正常な時間Ｔ１０１では、交流電源２の出力電圧が整流器１１０の入力部に入力され、交流電圧が整流器１１０によって直流電圧に変換され、直流電圧がその出力部から出力される。整流器１１０から出力された直流電圧が直流負荷３に供給される。このとき、整流器１１０の出力部から出力される直流電圧が二次電池１２０および燃料電池１３０のバッテリ１３３の夫々に供給され、これらがフロート充電される。このとき、燃料電池１３０の電圧検出器１３４は直流負荷３に入力される入力電圧（負荷電圧）の電圧値を検出している。

時間Ｔ１０２において、交流電源２に停電が起ると、整流器１１０から直流負荷３に対する直流電圧の供給が停止するが、瞬時に二次電池１２０が放電し、二次電池１２０の放電電圧（直流電圧）が直流負荷３に供給される。
それ以降の時間Ｔ１０３では、二次電池１２０の放電電圧（直流電圧）が直流負荷３に供給される。この時間Ｔ１０３では、直流負荷３に供給される負荷電圧の電圧値は、時間の経過に伴い、つまり、二次電池１２０の放電に伴い、低下する。このとき、燃料電池１３０の電圧検出器１３４は直流負荷３に入力される入力電圧（負荷電圧）の電圧値を検出している。

時間Ｔ１０４において、燃料電池１３０の電圧検出器１３４が負荷電圧の電圧値が予め定められた第１の基準電圧値（正常時に整流器１１０から出力される直流電圧の電圧値より低い、例えば４８（Ｖ））未満になったことを検出すると、制御器１３５に対して燃料電池１３０の起動を指示する起動信号を出力する。制御器１３５は、電圧検出器１３４からの起動信号を受けて、燃料電池を起動する。

燃料電池１３０が起動して燃料電池１３０の出力が確立した後の時間Ｔ１０５では、燃料電池１３０はコンバータ１３２から直流電圧を出力し、この直流電圧がダイオード１４０を介して直流負荷３に供給される。このとき、燃料電池１３０の電圧検出器１３４は直流負荷３に入力される入力電圧（負荷電圧）の電圧値を検出している。

時間Ｔ１０６において、交流電源２が復電すると、時間Ｔ１０６およびそれ以降の時間Ｔ１０７では、交流電源２の出力電圧（交流電圧）が整流器１１０の入力部に入力され、交流電圧が整流器１１０によって直流電圧に変換され、整流器１１０の出力部から直流電圧が出力される。整流器１１０から出力された直流電圧が直流負荷３に供給される。このとき、整流器１１０の出力部から出力される直流電圧が二次電池１２０および燃料電池１３０のバッテリ１３３の夫々に供給され、これらがフロート充電される。
交流電源２が復電した後の時間Ｔ１０８において、燃料電池１３０の電圧検出器１３４が負荷電圧の電圧値が予め定められた第２の基準電圧値（燃料電池１３０の出力確立時の出力電圧の電圧値以上の、例えば４９．５（Ｖ））を超えたことを検出すると、制御器１３５に対して燃料電池１３０の停止を指示する停止信号を出力する。制御器１３５は、電圧検出器１３４からの停止信号を受けて、燃料電池を停止する。
なお、従来から、バックアップ用の電源として燃料電池を備え、交流電源の故障時などに燃料電池から直流負荷或いは交流負荷に電力供給を行うバックアップ電源システムがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２０００−３４１８８１号公報 特開２０００−３４１８７９号公報

以下に、燃料電池１３０のセルスタック１３１の出力電流とセルスタック１３１の出力電圧との関係であるＩ−Ｖ特性について図８を参照しつつ説明する。図８は燃料電池のＩ−Ｖ特性の概略を示す図である。図８では、横軸がセルスタックの出力電流（セルスタック出力電流）（Ａ）、縦軸がセルスタックの出力電圧（セルスタック出力電圧）（Ｖ）である。なお、初期のＩ−Ｖ特性とは、例えば、燃料電池の出荷する前の検査時におけるＩ−Ｖ特性を指す。

燃料電池１３０のＩ−Ｖ特性は、図８に示すように、時間の経過につれて劣化する。燃料電池１３０のＩ−Ｖ特性が劣化すると、同じセルスタック出力電流Ｉ_ａであっても、セルスタック出力電圧が低下する。言い換えると、燃料電池１３０の出力電力は、初期の出力電力より低下する。このため、交流電源２の停電或いは整流器１１０の故障などが起った場合に、燃料電池１３０のＩ−Ｖ特性の劣化が進んでしまうと、燃料電池１３０から直流負荷３に必要な直流電力を供給することができない場合が生じてしまう。つまり、燃料電池１３０が交流電源２のバックアップを行うという目的を果たさなくなる。

燃料電池１３０が交流電源２のバックアップを行うという目的を確実に達成するためには、燃料電池１３０のＩ−Ｖ特性が劣化して直流負荷３に必要な直流電力が供給できなくなる前に、燃料電池１３０を交換する必要がある。
このため、燃料電池のＩ−Ｖ特性の劣化判定を行うことが望まれる。しかしながら、これまで、バックアップ電源システムのバックアップ用の電源として燃料電池が使用されたことがほとんどなく、燃料電池を対象とした劣化判定装置および劣化判定方法は開発されていなかった。

そこで、本発明は、燃料電池の劣化判定を行うことが可能な燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池の劣化判定装置は、燃料電池を構成するセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶するデータ記憶手段と、燃料電池の劣化判定時に当該燃料電池を構成するセルスタックの出力電流および出力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記セルスタックの出力電流に対する基準出力電力を前記データ記憶手段から抽出する基準出力電力抽出手段と、前記検出手段により検出された前記セルスタックの出力電流と前記セルスタックの出力電圧とを利用して劣化判定時における前記セルスタックの判定時出力電力を求める判定時出力電力演算手段と、前記基準出力電力抽出手段により抽出された前記基準出力電力に対する前記判定時出力電力演算手段により求められた前記判定時出力電力の割合を算出する割合算出手段と、前記割合算出手段により算出された前記割合を出力する割合出力手段と、を備えたことを特徴とする。

上記燃料電池の劣化判定装置において、燃料電池の出力電力を消費する放電手段を更に備えたことを特徴とする。
上記燃料電池の劣化判定装置において、前記割合出力手段による前記割合の出力は表示であることを特徴とする。

本発明の燃料電池の劣化判定方法は、燃料電池の劣化判定時に当該燃料電池を構成するセルスタックの出力電流および出力電圧を検出する検出手順と、燃料電池を構成するセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶するデータ記憶手段から前記検出手順において検出された前記セルスタックの出力電流に対する基準出力電力を抽出する基準出力電力抽出手順と、前記検出手順により検出された前記セルスタックの出力電流と前記セルスタックの出力電圧とを利用して劣化判定時における前記セルスタックの判定時出力電力を求める判定時出力電力演算手順と、前記基準出力電力抽出手順において抽出された前記基準出力電力に対する前記判定時出力電力演算手順において求められた前記判定時出力電力の割合を算出する割合算出手順と、前記割合算出手順において算出された前記割合を出力する割合出力手順と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、データ記憶手段に燃料電池を構成するセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶する。燃料電池の劣化判定時に当該燃料電池を構成するセルスタックの出力電流および出力電圧を検出し、劣化判定時のセルスタックの出力電力（判定時出力電力）を算出する。データ記憶手段に記憶された基準出力電力と算出した判定時出力電力とを利用して燃料電池の基準出力電力に対する判定時出力電力の割合を算出して、算出した割合を出力する。このようにすることにより、燃料電池の劣化判定を行う燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における燃料電池の劣化判定装置の構成および動作を説明する前に、まず、燃料電池の劣化判定に利用するデータであって予め用意するデータについて図１および図２を参照しつつ説明する。

図１は燃料電池のＩ−Ｖ特性、およびセルスタックの出力電流とセルスタックの出力電力との関係（以下、Ｉ−Ｐ特性という。）を示す図である。図１では、横軸がセルスタックの出力電流（セルスタック出力電流）（Ａ）、縦軸がセルスタックの出力電圧（セルスタック出力電圧）（Ｖ）およびセルスタックの出力電力（セルスタック出力電力）（Ｗ）である。

図１中において、Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_１００は、燃料電池の初期のＩ−Ｖ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧をＶ_１００ｎと記す。また、Ｉ−Ｐ特性ＩＰ_１００は、燃料電池の初期のＩ−Ｐ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電力をＰ_１００ｎと記す。
Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_９５ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して５（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｖ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧をＶ_９５ｎと記す。また、Ｉ−Ｐ特性ＩＰ_９５ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して５（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｐ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電力をＰ_９５ｎと記す。

Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_９０ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して１０（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｖ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧をＶ_９０ｎと記す。また、Ｉ−Ｐ特性ＩＰ_９０ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して１０（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｐ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電力をＰ_９０ｎと記す。
Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_８５ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して１５（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｖ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧をＶ_８５ｎと記す。また、Ｉ−Ｐ特性ＩＰ_８５ｎは、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおいてセルスタック出力電圧が初期のセルスタック出力電圧Ｖ_１００ｎに対して１５（％）低下したときの燃料電池のＩ−Ｐ特性を示し、セルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電力をＰ_８５ｎと記す。

燃料電池は時間が経過するにつれて、燃料電池のＩ−Ｖ特性は、Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_１００、Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_９５ｎ、Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_９０ｎ、Ｉ−Ｖ特性ＩＶ_８５ｎと劣化する。また、図１から分かるように、同じセルスタック電流であってもセルスタック出力電圧が低下する。

図２は燃料電池の初期のセルスタック出力電圧を基準としてセルスタック出力電圧の低下した値（以下、セルスタック出力電圧差）ΔＶとそのセルスタック出力電圧におけるセルスタック出力電力との関係（以下、ΔＶ−Ｐ関係という。）を示す図である。図２では、横軸がセルスタック出力電圧差（Ｖ）、縦軸がセルスタック出力電力（Ｗ）である。なお、図２のΔＶ−Ｐ関係ΔＶＰ_ｎは、図１のセルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるΔＶ−Ｐ関係である。

図２のセルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるΔＶ−Ｐ関係ΔＶＰ_ｎにおいて、セルスタック出力電圧差ΔＶが０（Ｖ）に対応したセルスタック出力電力は初期のセルスタック出力電力Ｐ_１００ｎである。セルスタック出力電圧差ΔＶ_{１００ｎ−９５ｎ}（＝Ｖ_１００ｎ−Ｖ_９５ｎ）に対応したセルスタック出力電力はセルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧が５（％）低下したときのセルスタック出力電力Ｐ_９５ｎである。セルスタック出力電圧差ΔＶ_{１００ｎ−９０ｎ}（＝Ｖ_１００ｎ−Ｖ_９０ｎ）に対応したセルスタック出力電力はセルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧が１０（％）低下したときのセルスタック出力電力Ｐ_９０ｎである。セルスタック出力電圧差ΔＶ_{１００ｎ−８５ｎ}（＝Ｖ_１００ｎ−Ｖ_８５ｎ）に対応したセルスタック出力電力はセルスタック出力電流Ｉ_ｎにおけるセルスタック出力電圧が１５（％）低下したときのセルスタック出力電力Ｐ_８５ｎである。
なお、図２に示すΔＶ−Ｐ関係を、燃料電池の製品毎に、例えば、セルスタック出力電流の０．１（Ａ）間隔で予め用意する。そして、燃料電池の製品を示す情報（例えば、Ａ社製Ｂ型１ｋＷ）とセルスタック出力電流の電流値とに対応付けて上記のΔＶ−Ｐ関係を、図３の劣化判定装置１の後述するデータ記憶部１２に記憶する。

以下、本発明の実施の形態における燃料電池の劣化判定装置の構成について図３を参照しつつ説明する。図３は本実施の形態における劣化判定装置の構成を示すブロック図である。ただし、図３は、図６と図７を用いて構成および動作を説明したバックアップ電源システム１００に劣化判定装置を適用した場合の構成を示す図である。なお、図３の燃料電池の劣化判定装置１を適用するバックアップ電源システム１００の構成および動作は図６および図７を用いて上述したので、バックアップ電源システム１００の構成および動作の説明は省略する。
なお、図３の劣化判定装置は各種バックアップ電源システムにバックアップ用の電源として備えられた燃料電池の劣化判定に利用可能であるとともに、バックアップ用の電源以外に利用される燃料電池の劣化判定などにも利用可能である。

図３に示す劣化判定装置１は、商用電源などの交流電源２の出力が入力され、劣化判定装置１の各部に動作に必要な電力を供給する電源部１１を有している。
劣化判定装置１は、データ記憶部１２を有しており、データ記憶部１２は、燃料電池の製品を示す情報とセルスタック出力電流の電流値とに対応付けてΔＶ−Ｐ関係（図２参照）を記憶する。ただし、データ記憶部１２には、ΔＶ−Ｐ関係が、各燃料電池の製品について、本実施の形態では、セルスタック出力電流の０．１（Ａ）毎に、記憶されている。

劣化判定装置１は、設定部１３を有している。設定部１３は、不図示の入力部から入力される作業者によって不図示の入力部を利用して入力された劣化判定対象の燃料電池の製品を示す情報を演算部１６へ出力する。
劣化判定装置１は、抵抗素子で作られた放電部１４を有しており、放電部１４は燃料電池１３０のコンバータ１３２の出力に出力線ｌｉｎｅ１により接続されている。放電部１４は、燃料電池１３０の劣化判定時に負荷となって、燃料電池１３０の出力電力を消費するものである。このように、劣化判定装置１内に放電部１４を設けることによって、燃料電池１３０の劣化判定時の燃料電池１３０の出力を放電部１４を負荷として劣化判定装置１内で消費することが可能になるため、燃料電池１３０の劣化判定時の燃料電池１３０の出力が現用の直流負荷３に影響を与えることを防ぐことができる。

劣化判定装置１は、検出部１５を有しており、検出部１５は燃料電池１３０のセルスタック１３１に検出線ｌｉｎｅ２により接続されている。検出部１５は、燃料電池１３０のセルスタック１３１から出力されるセルスタック出力電圧とセルスタック出力電流とを検出する。検出部１５は検出したセルスタック出力電圧とセルスタック出力電流とを演算部１６へ出力する。

劣化判定装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成される演算部（基準出力電力抽出手段、判定時出力電力演算手段、割合算出手段）１６を有している。演算部１６は、設定部１３から入力される劣化判定対象の燃料電池の製品を示す情報と、検出部１５から入力されるセルスタック出力電流とを利用して、これらに対応付けてデータ記憶部１２に記憶されているΔＶ−Ｐ関係（図２参照）を抽出する。ただし、データ記憶部１２からΔＶ−Ｐ関係を抽出する際には、ΔＶ−Ｐ関係が０．１（Ａ）毎に記憶されていることから、セルスタック出力電流を０．１（Ａ）単位に四捨五入してΔＶ−Ｐ関係の抽出が行われる。
演算部１６は、取り出したΔＶ−Ｐ関係において、セルスタック出力電圧差ΔＶが０（Ｖ）であるセルスタック出力電力（検出部１５により検出されたセルスタック出力電流における燃料電池の初期のセルスタック出力電力）を抽出する。なお、本実施の形態においては、セルスタック出力電圧差ΔＶが０（Ｖ）であるセルスタック出力電力を基準とするセルスタックの基準出力電力とする。

演算部１６は、検出部１５から入力されるセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧とを利用して、セルスタック出力電力（＝セルスタック出力電流×セルスタック出力電圧）を算出する。この算出されたセルスタック出力電力は、検出部１５により検出されたセルスタック出力電流における燃料電池の劣化判定時のセルスタック出力電力である。
演算部１６は、抽出した初期のセルスタック出力電力に対する算出した劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（＝劣化判定時のセルスタック出力電力／初期のセルスタック出力電力×１００）を算出し、算出結果を表示部１７に出力する。

表示部１７は、液晶ディスプレイなどにより構成され、その表示例を図４に示す。図４は表示部１７の表示例を示す図である。図４に示す表示例において、横軸は初期のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（％）である。
表示部１７は、演算部１６より入力される初期のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合に対応した位置に矢印１７ａを表示する。これにより、作業者は燃料電池の劣化の度合いを把握でき、燃料電池を交換する必要があるか否かの判断を容易に行えるようになる。

また、表示例において、燃料電池の状態を３段階に区分して、区分ごとに表示画面の表示色を変えている。
具体的には、表示画面の緑色の表示領域１７Ｇは、初期のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（％）が８７．５（％）以上である。本実施の形態において、この領域は燃料電池がバックアップ電源として十分な電力を出力することができる燃料電池の状態にあるものとする。
表示画面の黄色の表示領域１７Ｙは、初期のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（％）が７２．５（％）以上８７．５（％）未満である。本実施の形態において、この領域は燃料電池がバックアップ電源として必要な電力を出力することができるが、燃料電池の劣化が進行しており、燃料電池の交換が望ましい、燃料電池の状態にあるものとする。
表示画面の赤色の表示領域１７Ｒは、初期のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（％）が７２．５（％）未満である。本実施の形態において、この領域は燃料電池がバックアップ電源として必要な電力を出力することができず、直ちに燃料電池を交換することが望ましいい、燃料電池の状態にあるものとする。

このように、上述した燃料電池の状態に応じて表示領域を区分して表示色を変えることによって、作業者は燃料電池の劣化の度合いをさらに容易に把握でき、燃料電池の交換の必要性をさらに容易に把握することが可能になる。

次に、図３に構成を示した劣化判定装置１によって行われる燃料電池の劣化判定の動作について図５を参照しつつ説明する。図５は図３の劣化判定装置１が行う燃料電池の劣化判定の動作手順を示すフローチャートである。
まず、作業者は不図示の入力部を利用して劣化判定の対象の燃料電池の製品を示す情報を入力する。そして、入力部は設定部１３に入力された燃料電池の製品を示す情報を出力し、設定部１３は入力部から入力された劣化判定の対象の燃料電池の製品を示す情報を演算部１６に出力する（ステップＳ１０１）。作業者は劣化判定装置１において劣化判定対象の燃料電池の製品を示す情報を設定するのに併せて、燃料電池１３０が備える不図示の出力容量設定キーを利用して燃料電池１３０の出力容量を設定する。また、交流電源２および整流器１１０が正常に動作しているときには直流負荷３への電力供給は整流器１１０により行われており、燃料電池１３０は交流電源２の停電や整流器１１０の故障に備えて待機している状態にある。このため、作業者は、さらに、燃料電池１３０が備える不図示の起動ボタンを押す。燃料電池１３０は、起動ボタンが押されると起動し、設定した出力容量で電力供給を開始する。

燃料電池１３０のコンバータ１３２の出力電力が出力線ｌｉｎｅ１を介して放電部１４に供給され、燃料電池１３０のコンバータ１３２の出力電力が放電部１４により消費される。このように、燃料電池１３０の出力電力が放電部１４により消費されるので、燃料電池１３０の出力電力が現用の直流負荷３に影響を及ぼすことはない。
このとき、検出部１５は燃料電池１３０のセルスタック１３１のセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧とを検出して、検出したセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧とを演算部１６に出力する（ステップＳ１０２）。

演算部１６は、設定部１３から入力される劣化判定対象の燃料電池の製品を示す情報と、検出部１５から入力されるセルスタック出力電流とを利用して、これらに対応付けてデータ記憶部１２に記憶されているΔＶ−Ｐ関係（図２参照）を抽出する。そして、演算部１６は、取り出したΔＶ−Ｐ関係において、セルスタック出力電圧差ΔＶが０（Ｖ）であるセルスタック出力電力（検出部１５により検出されたセルスタック出力電流における燃料電池の初期のセルスタック出力電力）を抽出する（ステップＳ１０３）。

演算部１６は、検出部１５から入力されるセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧とを利用して、劣化判定時のセルスタック出力電力（＝セルスタック出力電流×セルスタック出力電圧）を算出する（ステップＳ１０４）。

演算部１６は、ステップＳ１０３において抽出された基準のセルスタック出力電力に対するステップＳ１０４において算出された劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（＝劣化判定時のセルスタック出力電力／初期のセルスタック出力電力×１００）を算出し、算出結果を表示部１７に出力する（ステップＳ１０５）。

表示部（割合出力手段）１７は、演算部１６から入力される基準のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合（％）に対応した位置に矢印１７ａを表示する（ステップＳ１０６）。作業者は表示部１７を見て、劣化判定対象の燃料電池１３０の劣化の進行の度合いを把握する。把握後、作業者は、燃料電池１３０に備えられた不図示の停止ボタンを押す。燃料電池１３０は、停止ボタンが押されると停止する。

以上説明した本実施の形態の劣化判定装置によれば、データ記憶部１２にセルスタック出力電流に対する燃料電池の基準のセルスタック出力電力を記憶し、劣化判定時の燃料電池１３０のセルスタック１３１のセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧とを検出する。劣化判定時に検出されたセルスタック出力電流に対する基準のセルスタック出力電力をデータ記憶部１２から取り出し、検出されたセルスタック出力電流とセルスタック出力電圧から劣化判定時の燃料電池のセルスタック出力電力を算出する。そして、取り出した基準のセルスタック出力電力に対する劣化判定時のセルスタック出力電力の割合を算出し、算出した割合を表示する。このようにすることにより、燃料電池の劣化判定を行う燃料電池の劣化判定装置および劣化判定方法を実現することができる。また、劣化判定の作業者は、表示された割合から燃料電池の劣化の進み具合を容易に把握することができる。
また、劣化判定装置１内に劣化判定時の燃料電池１３０の出力電力を消費する放電部１４を設けているために、劣化判定時の燃料電池１３０の出力電力が現用の直流負荷３に影響を及ぼすことを防ぐことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
例えば、上記の実施の形態においては、初期のセルスタックの出力電力をセルスタックの基準出力電力とし、これに対する劣化判定時のセルスタックの出力電力の割合を算出するようにしている場合であるが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池の劣化が進んで燃料電池の交換が必要となるセルスタック出力電力をセルスタックの基準出力電力とし、これに対する劣化判定時のセルスタックの出力電力の割合を算出するようにしてもよい。この場合、割合が１００（％）以上であれば燃料電池が負荷に必要な電力供給を行うことができ、割合が１００（％）未満であれば燃料電池が負荷に必要な電力供給を行うことができない。

燃料電池のＩ−Ｖ特性、およびセルスタックの出力電流とセルスタックの出力電力との関係を示す図。 燃料電池のセルスタック出力電圧の低下したセルスタック出力電圧差とセルスタック出力電力との関係を示す図。 本発明の実施の形態における劣化判定装置の構成を示すブロック図。 図３の表示部の表示例を示す図。 図３の劣化判定装置が行う燃料電池の劣化判定の動作手順を示すフローチャート。 従来のバックアップ電源システムの構成を示すブロック図。 図６のバックアップ電源システムの動作を説明するための波形図。 燃料電池のＩ−Ｖ特性の概略を示す図。

符号の説明

１ 劣化判定装置
１１ 電源部
１２ データ記憶部
１３ 設定部
１４ 放電部
１５ 検出部
１６ 演算部
１７表示部
１３０ 燃料電池
１３１ セルスタック

Claims (4)

1. 燃料電池を構成するセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶するデータ記憶手段と、
   燃料電池の劣化判定時に当該燃料電池を構成するセルスタックの出力電流および出力電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記セルスタックの出力電流に対する基準出力電力を前記データ記憶手段から抽出する基準出力電力抽出手段と、
   前記検出手段により検出された前記セルスタックの出力電流と前記セルスタックの出力電圧とを利用して劣化判定時における前記セルスタックの判定時出力電力を求める判定時出力電力演算手段と、
   前記基準出力電力抽出手段により抽出された前記基準出力電力に対する前記判定時出力電力演算手段により求められた前記判定時出力電力の割合を算出する割合算出手段と、
   前記割合算出手段により算出された前記割合を出力する割合出力手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池の劣化判定装置。
2. 燃料電池の出力電力を消費する放電手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の劣化判定装置。
3. 前記割合出力手段による前記割合の出力は表示であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池の劣化判定装置。
4. 燃料電池の劣化判定時に当該燃料電池を構成するセルスタックの出力電流および出力電圧を検出する検出手順と、
   燃料電池を構成するセルスタックの出力電流に対する基準とするセルスタックの基準出力電力を記憶するデータ記憶手段から前記検出手順において検出された前記セルスタックの出力電流に対する基準出力電力を抽出する基準出力電力抽出手順と、
   前記検出手順により検出された前記セルスタックの出力電流と前記セルスタックの出力電圧とを利用して劣化判定時における前記セルスタックの判定時出力電力を求める判定時出力電力演算手順と、
   前記基準出力電力抽出手順において抽出された前記基準出力電力に対する前記判定時出力電力演算手順において求められた前記判定時出力電力の割合を算出する割合算出手順と、
   前記割合算出手順において算出された前記割合を出力する割合出力手順と、
   を有することを特徴とする燃料電池の劣化判定方法。
   
   

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