JP2007250461A - 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセル部を組み合わせて構成される小型の燃料電池における運転の信頼性および寿命の向上を実現する。
【解決手段】複数のセル部１１０を直列に接続して構成される燃料電池システム１００において、個々のセル部１１０を接続切り替え器１３２を介して交流抵抗測定部１３１に接続して、単一の低周波数での交流インピーダンスを測定し、インピーダンスの絶対値または位相のばらつきが最も大きなセル部１１０を判定回路１３３で特定し、当該セル部１１０の運転状態が改善されるように、燃料電池システム１００の出力電力を調節する電力制御回路１３４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池および燃料電池の制御技術に関し、たとえば、燃料極と空気極と電解質からなり、液体燃料を気化し、それを気体燃料として使用して発電する燃料電池等における発電条件の制御に関するものである。

近年の携帯情報機器は、小型化、軽量化、高機能化が一段と進んでいる。また情報機器装置の発展に伴い、その電源となる電池も小型・軽量・高容量化が着実に進んできた。現在の携帯電話装置における最も一般的な駆動電源はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は実用化当初から高い駆動電圧と電池容量を持ち、携帯電話装置の進歩に併せるように性能改善が図られてきた。

しかし、リチウムイオン電池の性能改善にも限界があり、今後も高機能化が進む携帯電話装置の駆動電源としての要求をリチウムイオン電池は満足できなくなりつつある。
このような状況のもと、リチウムイオン電池に変わる新たな発電デバイスの開発が期待されている。例えば燃料電池を挙げることができる。燃料電池は、負極に燃料を供給することで電子とプロトン（Ｈ^＋）を生成し、そのプロトンを正極に供給された酸素と反応させることで発電する装置である。このシステムの最大の特徴は燃料及び酸素を補給することで長時間連続発電が可能であり、二次電池における充電の代わりに燃料を補給することで二次電池と同様に機器電源に応用できる。このことから、燃料電池は分散電源や電気自動車用の大型の発電機としてだけでなく、ノートＰＣや携帯電話に適用するための超小型の発電ユニットとして盛んに研究開発が行われている。

燃料電池は、通常、燃料として水素やメタノールなどの還元性物質を使用し、これらの物質を大気中の酸素と反応させることで発電を行う電気化学デバイスである。水素は、高圧ボンベや水素貯蔵性の物質などが必要であるとともに、燃料タンクに大きな体積を取られるためマイクロ燃料電池には向いていない。そこで液体燃料としてメタノール水溶液を用いるマイクロ燃料電池が注目されている。

従来は液体燃料を液体のまま発電部に導入していたが、この方式だと発電部に液体が常に接していなければならず、発電の等方可動性（燃料電池の任意の姿勢で発電を可能にすること）を実現するのが困難であり、メタノールのクロスオーバーによりセル特性の大幅な低下が起こる、という技術的課題があった。

そこで液体燃料を気化し、その蒸気を燃料として発電する方式が提案されている。この気化方式にすると発電部には気体で燃料を供給するためセルとしての等方可動性の実現が容易になる、また、液体で供給するよりメタノールの絶対量が低下するためクロスオーバーの低減が期待できるというメリットがある。

この気化方式の従来技術として、特許文献１のように毛細管現象を使った方式、特許文献２のように、カートリッジによる加圧供給方式がある。これらの場合、多孔質膜を通して燃料の気化を行っているので、燃料が液体の状態で発電部に供給される可能性が残っている。その場合、燃料の気化を行う膜構造を工夫することで、燃料が液体のままで発電部に供給されることを防止することが考えられる。

気化膜を利用したセルを小型パッシブ方式で動かすためには、燃料供給面積、及び電極面積を有効に稼ぐため、スタック型ではなく平面直列型にする構造が採用されてきた。従来の発電制御は、平面状に配置したセルを直列に接続し、その組みセルから得られる合計の出力をひとつのセルと見立てて行うものであった。

しかし、面積が大きくなるほど発電部に対して燃料を均一に供給するのが難しくなり、直列で接続したセル間での発電状態にムラが出来やすくなる。そのような状態の組みセルで長時間の発電を続けると、出力が弱いセルに対して強い負荷がかかり続け、発電能力の劣化を促進してしまう。その結果、直列で接続したセル間で出力バランスが大きく崩れ、燃料電池システムとして機能しなくなる。すなわち燃料電池システムの劣化を早めてしまうという弊害があった。

この解決方法として、特許文献３では、燃料に水素と空気を用いた固体高分子型燃料電池の制御法として、交流インピーダンスを周波数ごとにステップして測定し、その結果を基に等価回路中の値を算出して燃料電池の運転制御を行う方法が開示されている。

しかし、この特許文献３の方法では周波数をステップして交流インピーダンスを測定する部位、および計算を行う部位の両方を携帯用燃料電池に搭載できるほど小型化することは困難であり、この方式を携帯用に応用するのは難しい。
特許第３４１３１１１号公報 特開２００４−１４２８３１号公報 特開２００５−６３９４６号公報

本発明の目的は、複数のセル部を組み合わせて構成される小型の燃料電池における運転の信頼性および寿命の向上を実現することにある。
本発明の目的は、複数のセル部を組み合わせて構成される小型の燃料電池における運転効率の維持および向上を実現することにある。

本発明の他の目的は、液体の燃料を用いる小型の燃料電池における運転の信頼性および寿命の向上を実現することにある。
本発明の他の目的は、液体の燃料を用いる小型の燃料電池における運転効率の維持および向上を実現することにある。

本発明の第１の観点は、
燃料極と空気極とによって電解質膜を挟持してなるセルを複数備えた燃料電池システムであって、
各セルの交流インピーダンスを単一の周波数で計測するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンスの測定結果に基づいて、異常セルを特定するセル特定手段と、
前記異常セルが正常動作する運転条件に合わせて、全てのセル部の運転条件を変更する運転制御手段と、
を含む燃料電池システムを提供する。

本発明の第２の観点は、前記運転条件として、放電負荷、燃料供給量、運転温度の少なくとも１つを含む第１の観点に記載の燃料電池システムを提供する。
本発明の第３の観点は、
前記測定結果として、インピーダンスの絶対値と、位相のずれと、を含む第１の観点又は２に記載の燃料電池システムを提供する。

本発明の第４の観点は、前記セル特定手段は、複数回、前記異常セルと特定されたセルを燃料電池システムから切り離す動作を行う、第１の観点〜３何れかに記載の燃料電池システムを提供する。

本発明の第５の観点は、
燃料極と空気極とによって電解質膜を挟持してなるセルを複数備えた燃料電池システムの制御方法であって、
各セルの交流インピーダンスを、単一の周波数で計測する第１ステップと、
前記交流インピーダンスの測定結果に基づいて、異常セルを特定する第２ステップと、
前記異常セルが正常動作する条件に合わせて、全てのセルの運転条件を変更する第３ステップと、
を含む燃料電池システムの制御方法を提供する。

本発明においては、たとえば、個々のセル部の１Ｈｚ以下の低周波数の交流インピーダンスを単一の周波数で一点測定し、個々のセル部の測定値において、最も抵抗値が高い、もしくは位相のずれが大きいセル部にあわせて放電条件、運転温度、燃料供給量、等の運転条件を制御する。

これにより、セル部に無理のある強い条件での放電を未然に防ぐことができ、燃料電池の運転の信頼性が向上する。その結果、複数のセル部からなる燃料電池ユニット全体としての劣化を防ぎ、寿命向上を実現できる。

また、単一（少なくとも１点）の周波数で交流インピーダンスを測定することにより、インピーダンスの測定に関係する回路構成を簡略化して小型化が容易に行えるため定置型のような大型の据え置きのシステムでなく、小型で携帯用の燃料電池にも十分に組み込むことが可能になる。

本発明によれば、複数のセル部を組み合わせて構成される小型の燃料電池における運転の信頼性および寿命の向上を実現することができる。
また、複数のセル部を組み合わせて構成される小型の燃料電池における運転効率の維持および向上を実現することができる。

また、液体の燃料を用いる小型の燃料電池における運転の信頼性および寿命の向上を実現することができる。
また、液体の燃料を用いる小型の燃料電池における運転効率の維持および向上を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図であり、図２は、本実施の形態の燃料電池システムを構成するセル部の構成の一例を示す略断面図である。

図１および図２に例示されるように、本実施の形態の燃料電池システム１００は、複数のセル部１１０、燃料タンク１２０、運転制御部１３０、を含んでいる。
個々のセル部１１０は発電を行う。燃料タンク１２０は、個々のセル部１１０に、たとえばメタノール等のアルコール系の液体燃料を供給する。

運転制御部１３０は、後述のようにして、燃料電池システム１００の運転を管理する。
図２に例示されるように、発電を行うセル部１１０は、電解質層１１１、燃料極１１２、空気極１１３、ガス拡散層１１４、気化膜１１５、燃料室１１６、を含んでいる。

すなわち、セル部１１０（発電部）は燃料極１１２と空気極１１３とを電解質層１１１を介して対向させて設けている。
燃料極１１２は、燃料を酸化してプロトンと電子を取り出すものであり、電解質層１１１の側から燃料極触媒層１１２ａ、燃料極集電体層１１２ｂの順に積層して配置されている。

燃料極触媒層１１２ａは白金（Ｐｔ）、または白金とルテニウム（Ｒｕ）などの遷移金属からなる合金の微粒子と炭素粉末と電解質層を形成する高分子をカーボンペーパーなどの多孔質導電膜に塗布・充填したものである。

燃料極集電体層１１２ｂはステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属メッシュからなり、燃料極触媒層１１２ａで生成された電子を効率的に取り出すものである。
空気極１１３は酸素を還元して発生したイオンと、燃料極１１２で生成された電子及びプロトンから水を生成するものであり、電解質層１１１の側から空気極触媒層１１３ａ、空気極集電体層１１３ｂの順に積層して配置されている。

空気極触媒層１１３ａは白金などの遷移金属からなる合金の微粒子と炭素粉末と電解質層を形成する高分子をカーボンペーパーなどの多孔質導電膜に塗布・充填したものである。

空気極集電体層１１３ｂはステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属メッシュからなり、空気極触媒層１１３ａに対して電子を効率的に供給するものである。
電解質層１１１は燃料極１１２において生成したプロトンを空気極１１３に輸送するための経路であり、電子伝導性を持たないイオン導電体で形成されている。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、具体的には、一例としてデュポン社製のＮａｆｉｏｎ膜などを用いることができる。

燃料極１１２において、電解質層１１１と接する主面の反対側には、燃料室１１６が形成されている。
燃料室１１６に対して、燃料タンク１２０から、燃料供給路１２１を経由して、たとえば加圧により液体の燃料が供給され、燃料極１１２で消費される。

燃料室１１６と燃料極１１２の間には、燃料室１１６に貯留された液体の燃料を気化させる気化膜１１５と、気化した燃料を拡散により燃料極１１２に導くガス拡散層１１４が設けられている。

また、電解質層１１１と対向しない空気極１１３の外面（正極面）は、外気を自然拡散により導入できるように空隙１１７ａを備えた絶縁体１１７を介して開放されている。
本実施の形態の場合、個々のセル部１１０の燃料極１１２および空気極１１３は、接続切り替え器１３２を介して選択的に交流抵抗測定部１３１に接続されるようになっている。

そして、交流抵抗測定部１３１は、接続切り替え器１３２を介して接続された個々のセル部１１０に対して、交流インピーダンスの測定を行う。
この個々のセル部１１０における１回の交流インピーダンスの測定では、たとえば、１Ｈｚ以下の周波数の１プロットの測定を行う。

測定結果のインピーダンス成分（インピーダンスの絶対値と位相）の情報は、判定回路１３３に入力される。
判定回路１３３は、単一の低周波で測定されたインピーダンス成分から個々のセル部１１０毎に比較し、たとえば、最も負荷が高いセルが最適に稼働するように、燃料電池システム１００の運転を制御する。

具体的には、図１に例示された構成例では、判定回路１３３は、たとえば、最も負荷が高いセルが最適に稼働するように、電力制御回路１３４を制御する。
判定回路１３３、電力制御回路１３４は、たとえば無理な運転状態にある場合には、燃料電池システム１００からの出力電力を小さくする制御を行う。

また、図３に例示されるように、判定回路１３３は、セル部１１０に対する燃料の供給状態を制御することで、燃料電池システム１００の運転状態を制御してもよい。
すなわち、図３の構成例では、燃料タンク１２０とセル部１１０との間における燃料供給路１２１に、燃料弁１２２を配置している。この燃料弁１２２の開度は燃料流量制御回路１３５によって制御される。燃料流量制御回路１３５は、判定回路１３３における判定結果に基づいて、セル部１１０に対する燃料の供給量を制御する。

判定回路１３３、燃料流量制御回路１３５は、たとえば無理な運転状態にある場合には燃料の供給流量を小さくする制御を行う。
図３では、説明を分かりやすくするため、判定回路１３３と燃料流量制御回路１３５は別体で図示されているが、両者を一体の回路構成にしてもよい。

あるいは、図４に例示されるように、判定回路１３３は、セル部１１０の温度を制御することで、燃料電池システム１００の運転状態を制御してもよい。
すなわち、図４の構成例では、個々のセル部１１０に配置され、当該セル部１１０の加熱や冷却を行う温度調節部１１８と、この温度調節部１１８を制御する温度制御回路１３６が設けられている。

判定回路１３３、温度制御回路１３６は、たとえば、たとえば無理な運転状態にある場合には、セル部１１０を冷却する制御を行う。
図４では、説明を分かりやすくするため、判定回路１３３と温度制御回路１３６は別体で図示されているが、両者を一体の回路構成にしてもよい。

温度制御回路１３６は、判定回路１３３から入力される判定結果に基づいて、温度調節部１１８によるセル部１１０の温度調節動作を制御する。
さらに、図５に例示されるように、セル部１１０から出力される電力制御、セル部１１０に対する燃料の供給量の制御、セル部１１０の温度制御を組み合わせて、燃料電池システム１００の運転状態を制御することもできる。

図５では、説明を分かりやすくするため、電力制御回路１３４、燃料流量制御回路１３５、温度制御回路１３６、は別体で図示されているが、これらを一体の回路構成にしてもよい。

次に、本実施の形態における運転制御部１３０の動作について説明する。
本実施の形態の交流抵抗測定部１３１における交流インピーダンスの測定では、たとえば、一つのセル部１１０について、１Ｈｚ以下の単一の周波数の１プロットの測定を行う。

図６は、運転制御部１３０の交流抵抗測定部１３１における一つのセル部１１０についての測定結果を示す線図である。この図６では、横軸に実軸、縦軸に虚軸をとった複素インピーダンスプロットを示している。

そして、交流インピーダンスは、たとえば、実軸が０．１、虚軸が０．０の位置を起点として、個々のプロットを結ぶベクトルで示され、当該ベクトルの長さがインピーダンスの絶対値、当該ベクトルの角度が位相、の各成分を示す。

交流抵抗測定部１３１は、このインピーダンスの絶対値および位相の各成分を測定結果として判定回路１３３に出力する。
図中の“◆”のプロットは、正常な運転状態の場合の測定結果（たとえば、インピーダンスベクトルＶ０、位相Φ０）であり、“▲”のプロットは、無理な負荷状態（出力が、定格の正常状態の１．２５倍の状態）の測定結果（たとえば、インピーダンスベクトルＶ１、位相Φ１）を示している。

セル部１１０は、電解質層１１１を燃料極１１２および空気極１１３で挟んだキャパシタとみなせるので、正常状態では、“◆”は、ほぼ半円を描くようにプロットされる。これに対して無理な運転状態の“▲”は、この半円状態から逸脱して、ほぼ直線状態にプロットされる。

従って、セル部１１０の交流インピーダンスを測定することで、稼働状態が正常か否かを判別できる。
本実施の形態の場合には、判定回路１３３は、交流抵抗測定部１３１による複数のセル部１１０からの交流インピーダンスの測定結果を相対的に比較する。

そして、個々のセル部１１０の測定値において、最も抵抗値（インピーダンスの絶対値）が高いセル部１１０、もしくは位相のずれが大きいセル部１１０を特定し、当該セル部１１０にあわせて放電条件、燃料供給量、運転温度、等の運転条件を、それぞれ、電力制御回路１３４、燃料流量制御回路１３５、温度制御回路１３６で制御する。

以下、本実施の形態の作用の一例について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明では、図１に例示された構成に対応して、燃料電池システム１００の運転状態として出力電力を制御する場合について説明する。

燃料電池システム１００の稼働状態において、運転制御部１３０の交流抵抗測定部１３１は、次の測定周期まで所定の時間だけ待機した後（ステップ２０１）、個々のセル部１１０の交流インピーダンスを測定する（ステップ２０２）。

すなわち、個々のセル部１１０に対して、接続切り替え器１３２を介して交流抵抗測定部１３１の接続を切り替えつつ、交流抵抗測定部１３１に接続されたセル部１１０の交流インピーダンスの測定を行う。

なお、本実施の形態の場合には、この測定結果は、判定回路１３３において、時系列に少なくとも前回の分も保存される。
そして、まず、今回の測定値について、複数のセル部１１０の間における位相のずれが所定の閾値以下に収まるか否かを判別し（ステップ２０３）、収まる場合には、さらに、複数のセル部１１０の間におけるインピーダンスの絶対値のばらつきは所定の閾値内に収まるか否かを判別する（ステップ２０４）。

このステップ２０４の判定で一定値内に収まると判定された場合には、正常な稼働状態にあると見なせるので、現在の稼働状態を維持して（ステップ２０５）、ステップ２０１に戻って次の測定周期を待つ。

一方、ステップ２０３、またはステップ２０４で、インピーダンスの位相または絶対値のばらつきが所定の閾値を逸脱していると判定された場合には、今回の測定が最初の測定か否かを判別し（ステップ２０６）、最初の測定の場合には、位相または絶対値の逸脱が最も大きいと判定されたセル部１１０が正常になるように、電力制御回路１３４を制御して、燃料電池システム１００からの出力電力を、たとえば小さくするように調整し（ステップ２１０）、ステップ２０１に戻る。

一方、ステップ２０６で最初の測定でないと判定された場合には、判定回路１３３に記憶されている個々のセル部１１０の前回の測定結果と、今回の測定結果を比較し、前回に不良と判定されたセル部１１０の測定結果が改善されているか否かを調べ、改善されていなかった場合に、当該セル部１１０を不良セルと特定する（ステップ２０８）。

そして、ステップ２０７で不良セルが検出されたか否かを判別し（ステップ２０８）、検出されている場合には、当該不良のセル部１１０を燃料電池システム１００から切り離し（ステップ２０９）、当該不良セルの悪影響が全体のセル部１１０に波及することを防止する。

また、ステップ２０８で不良セルが検出されなかった場合には、現在の悪条件のセル部１１０の運転状態が改善されるように、電力制御回路１３４において、出力電力を制御し（ステップ２１０）、ステップ２０１に戻る。

このように、本実施の形態では、個々のセル部１１０について、たとえば１Ｈｚ以下の周波数で１点の交流インピーダンスの測定を行い、測定結果であるインピーダンスの絶対値および／または位相のずれが大きい、すなわち無理な運転状態にあるセル部１１０の運転状態が改善されるように、出力電力等の運転状態の改善を行う。

これにより、無理な運転状態が継続されることに起因する個々のセル部１１０および燃料電池システム１００の全体の劣化や、運転効率の低下を確実に防止することができる。
また、交流抵抗測定部１３１における交流インピーダンスの測定は、たとえば１Ｈｚ以下の周波数で１点の測定なので、当該交流抵抗測定部１３１、さらには判定回路１３３等を含む運転制御部１３０を小型化することが可能であり、小型の燃料電池システム１００に運転制御部１３０を容易に組み込むことが可能となる。

この結果、たとえば、複数のセル部１１０を組み合わせて構成される小型の燃料電池システム１００における運転の効率、信頼性および寿命の向上を実現することができる。

上記に示した構造を基に、
燃料極１１２：白金−ルテニウム合金担持触媒（ＴＥＣ６１Ｅ５４，田中貴金属製）
空気極１１３：白金担持触媒（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ，田中貴金属製）
電解質層１１１：Ｎａｆｉｏｎ Ｎ１１２ （Ｄｕｐｏｎｔ社製）
気化膜１１５：シリコーン（三菱樹脂製珪樹）
燃料：１００ｖｏｌ％メタノール水溶液 ２ｃｃ
送液圧力：０．５ＭＰａ
としたセル部１１０を作製した。

このように作製した単セル（セル部１１０）を４つ直列につなぎ、６０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を、初回の発電電力を１００％として評価した。また、判定を行う方法は、上述の図７のフローチャートに基づいて行った。

［実施例１］
単セル（セル部１１０）を４個直列に接続し、図１に例示されるように、運転制御部１３０から放電負荷（電力制御回路１３４）に対してフィードバックのかかる判定回路１３３を導入した燃料電池システム１００を作製した。メタノール２ｃｃを燃料として６０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で定電流放電を行った。燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を評価した。

［実施例２］
単セル（セル部１１０）を４個直列につなぎ、図３に例示されるように、燃料供給量（燃料流量制御回路１３５）にフィードバックのかかる判定回路１３３を導入した燃料電池システム１００を作製した。メタノール２ｃｃを燃料として６０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で定電流放電を行った。燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を評価した。

［実施例３］
単セル（セル部１１０）を４個直列に接続し、図４に例示されるように動作温度（温度制御回路１３６）にフィードバックのかかる判定回路１３３を導入した燃料電池システム１００を作製した。メタノール２ｃｃを燃料として６０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で定電流放電を行った。燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を評価した。

［実施例４］
単セル（セル部１１０）を４個直列に接続し、図５に例示されるように、放電負荷（電力制御回路１３４）、燃料供給量（燃料流量制御回路１３５）、動作温度（温度制御回路１３６）にフィードバックのかかる判定回路１３３を導入した燃料電池システム１００を作製した。メタノール２ｃｃを燃料として６０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で定電流放電を行った。燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を評価した。

［比較例１］
単セルを４個直列につなぎ、運転制御部１３０のない燃料電池システムを作製した。メタノール２ｃｃを燃料として６０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で定電流放電を行った。燃料を使い切るまでを一セットとし、繰り返し定電流放電を行った。繰り返しによる発電電力の維持量を評価した。

図８に例示されるように、比較例１の場合には、定電流放電の繰り返し数の増加に伴って発電電力の維持率は大きく減少している。
これに対して、本発明の実施例１〜４の場合には、いずれも、発電電力の維持率の低下は抑制され、高い運転効率を維持しており、長寿命を実現できることが判る。

すなわち、メタノール等の液体燃料を用いる小型の燃料電池システム１００において、高い運転効率を維持して、長寿命を実現できる。
従来技術では、小型の制御システムで優れた制御を行える手法がなく、複数のセルを組み合わせた場合の小型燃料電池システムの信頼性には問題があったが、本実施の形態の燃料電池システム１００を用いることにより優れた信頼性を実現することが可能である。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施の形態である燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムを構成するセル部の構成の一例を示す略断面図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムの構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムの構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムの構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムにおける交流インピーダンスの測定結果を示す線図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムの作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である燃料電池システムの実施例と比較例の性能を対照して示す説明図である。

符号の説明

１００ 燃料電池システム
１１０ セル部
１１１ 電解質層
１１２ 燃料極
１１２ａ 燃料極触媒層
１１２ｂ 燃料極集電体層
１１３ 空気極
１１３ａ 空気極触媒層
１１３ｂ 空気極集電体層
１１４ ガス拡散層
１１５ 気化膜
１１６ 燃料室
１１７ 絶縁体
１１７ａ 空隙
１１８ 温度調節部
１２０ 燃料タンク
１２１ 燃料供給路
１２２ 燃料弁
１３０ 運転制御部
１３１ 交流抵抗測定部（インピーダンス測定手段）
１３２ 接続切り替え器
１３３ 判定回路（セル特定手段）
１３４ 電力制御回路（運転制御手段）
１３５ 燃料流量制御回路（運転制御手段）
１３６ 温度制御回路（運転制御手段）

Claims (5)

1. 燃料極と空気極とによって電解質膜を挟持してなるセルを複数備えた燃料電池システムであって、
   各セルの交流インピーダンスを単一の周波数で計測するインピーダンス測定手段と、
   前記インピーダンスの測定結果に基づいて、異常セルを特定するセル特定手段と、
   前記異常セルが正常動作する運転条件に合わせて、全てのセル部の運転条件を変更する運転制御手段と、
   を含むことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記運転条件は、放電負荷、燃料供給量、運転温度の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記測定結果は、インピーダンスの絶対値と、位相のずれと、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記セル特定手段は、複数回、前記異常セルと特定されたセルを燃料電池システムから切り離すことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の燃料電池システム。
5. 燃料極と空気極とによって電解質膜を挟持してなるセルを複数備えた燃料電池システムの制御方法であって、
   各セルの交流インピーダンスを、単一の周波数で計測する第１ステップと、
   前記交流インピーダンスの測定結果に基づいて、異常セルを特定する第２ステップと、
   前記異常セルが正常動作する条件に合わせて、全てのセルの運転条件を変更する第３ステップと、
   を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。