JP2008084601A - 燃料電池システム及び燃料電池のインピーダンス測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池(100)のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段(1040)と、インピーダンスに対する前記燃料電池の推定含水量の関係に基づいて燃料電池の含水量を推定する含水量推定手段(1042)とを備える。測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量が、前記燃料電池の環境温度に基づいて補正される(1041)。
【選択図】図3
Description
なお、「環境温度」は広い概念であり、燃料電池の含水量推定に影響を与えうる温度であって、燃料電池スタック内部温度や周辺温度の温度を含むものである。
この実施形態1は、前記燃料電池システムにおける燃料電池の含水量を推定する際に、当該燃料電池のインピーダンス測定値を、当該燃料電池の環境温度で補正するように構成するものである。
図1に示す燃料電池システムの電気系は、燃料電池100と、燃料電池100にアノードガスである水素ガスを供給するアノードガス供給系1と、燃料電池100にカソードガスである空気を供給するカソードガス供給系2と、本発明に係るインピーダンス測定方法を実行する制御部3と、インピーダンスの被測定対象となる電力系4と、から構成されている。
2H++2e-+(1/2)O2 → H2O …(2)
図2に示すように、制御部3は、機能ブロックとして、目標電圧決定部51、重畳信号生成部52、コンバータ制御信号生成部53、及びインピーダンス計測・掃気処理制御部54を備えている。
図3に示すインピーダンス計測・掃気処理制御部54は、インピーダンス演算手段1040、インピーダンス温度補正手段1041、含水量推定手段1042、掃気量演算手段1043、及びコンプレッサ制御手段1044を備える。
まず、インピーダンス温度補正手段1041が実施するインピーダンスの補正方法について説明する。
図4は、燃料電池におけるインピーダンスと環境温度との関係を示している。
XT/X0=−C1+C2/(T〔℃〕+273.15)……(3)
(3)式により、基準温度に対する基準インピーダンスX0に基づいて環境温度Tに応じたインピーダンスXTを算出可能である。そこで、インピーダンス温度補正手段1041は、(3)式に基づき、計測されたインピーダンスXから温度補正値Xatを演算し、含水量推定手段1042に出力する。
図5に、燃料電池のインピーダンスと含水量とが掃気処理によってどのように変化するかのタイミングチャートを示す。
図5に示すように、燃料電池の含水量と燃料電池のインピーダンスとは相関関係がある。例えば、特定の環境温度(例えば25℃)、圧力(例えば1気圧)の条件において、当該燃料電池システムにおける燃料電池100の含水量と燃料電池100のインピーダンスとの関係を計測し、関係テーブルとして保持しておけば、計測されたインピーダンスから、正しい燃料電池の含水量が推定可能である。
図5において、燃料電池の目標とする含水量目標値は、燃料電池を停止させる時に残留しているべき、最適な含水量である。また、インピーダンス目標値は、基準となる環境温度において含水量目標値を達成するために計測されるべきインピーダンスである。
本実施形態2は、前記燃料電池システムにおける燃料電池の含水量を推定する際に、当該燃料電池のインピーダンス測定値を、当該燃料電池に供給されるガス(アノードガスまたはカソードガス)のガス圧力で補正するように構成するものである。
図6に示すインピーダンス計測・掃気処理制御部54は、インピーダンス演算手段1040、インピーダンス圧力補正手段2041、含水量推定手段1042、掃気量演算手段1043、及びコンプレッサ制御手段1044を備える。
図7に示されるように、実際の燃料電池システムでは、同じインピーダンス値であってもガス圧力によって燃料電池の含水量が変化する。逆に、同じ含水量を推定するためのインピーダンスは、ガス圧力が高いほど小さくなる傾向にある。そこで本実施形態2では、インピーダンス圧力補正手段2041が、インピーダンスXにおいて燃料電池100のガス圧力Pが上昇するに連れてインピーダンスが少なくなるように、図7に示すような圧力特性を考慮して燃料電池100のインピーダンスXを補正する。より具体的には、以下の手順により計測されたインピーダンスXを補正する。
図8において、燃料電池の目標とする含水量目標値は、燃料電池を停止させる時に残留しているべき、最適な含水量である。また、インピーダンス目標値は、基準となるガス圧力において含水量目標値を達成するために計測されるべきインピーダンスである。
本実施形態3は、前記燃料電池システムにおける燃料電池の含水量を推定する際に、当該燃料電池のインピーダンス測定値を、当該燃料電池の環境温度及び当該燃料電池に供給されるガス(アノードガスまたはカソードガス)のガス圧力で補正するように構成するものである。
図9に示すインピーダンス計測・掃気処理制御部54は、インピーダンス演算手段1040、インピーダンス温度補正手段1041、インピーダンス圧力補正手段2041、含水量推定手段1042、掃気量演算手段1043、及びコンプレッサ制御手段1044を備える。
図10において、燃料電池の目標とする含水量目標値は、燃料電池を停止させる時に残留しているべき、最適な含水量である。また、インピーダンス目標値は、基準となる環境温度及び基準となるガス圧力において含水量目標値を達成するために計測されるべきインピーダンスである。
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態3では、環境温度の補正に次いでガス圧力についての補正を行う構成としたが、この順序を入れ換えて、ガス圧力についての補正に次いで環境温度についての補正を行うように構成することも可能である。
Claims (7)
- 燃料電池のインピーダンスを測定可能な燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスに対する前記燃料電池の推定含水量の関係に基づいて前記燃料電池の含水量を推定する含水量推定手段と、を備え、
測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量が、前記燃料電池の環境温度に基づいて補正される、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 同一のインピーダンスにおいて、前記燃料電池の環境温度が上昇するに連れて前記含水量が少なくなるように補正される、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池のインピーダンスを測定可能な燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスに対する前記燃料電池の推定含水量の関係に基づいて前記燃料電池の含水量を推定する含水量推定手段と、
測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量が、前記燃料電池のガス圧力に基づいて補正される、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 同一のインピーダンスにおいて、前記燃料電池のガス圧力が上昇するに連れて推定含水量が少なくなるように補正される、請求項3に記載の燃料電池システム。
- さらに前記燃料電池の環境温度に基づいて、測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量が補正される、請求項4に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池システムが備える燃料電池のインピーダンス測定方法において、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、
前記インピーダンス測定ステップにより測定されたインピーダンスに対する前記燃料電池の推定含水量の関係に基づいて前記燃料電池の含水量を推定する含水量推定ステップと、
測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量を、前記燃料電池の環境温度に基づいて補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする燃料電池のインピーダンス測定方法。 - 燃料電池システムが備える燃料電池のインピーダンス測定方法において、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、
前記インピーダンス測定ステップにより測定されたインピーダンスに対する前記燃料電池の推定含水量の関係に基づいて前記燃料電池の含水量を推定する含水量推定ステップと、
測定された前記インピーダンスまたは推定された前記含水量を、前記燃料電池のガス圧力に基づいて補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする燃料電池のインピーダンス測定方法。
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