JP2009117229A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2009117229A
JP2009117229A JP2007290541A JP2007290541A JP2009117229A JP 2009117229 A JP2009117229 A JP 2009117229A JP 2007290541 A JP2007290541 A JP 2007290541A JP 2007290541 A JP2007290541 A JP 2007290541A JP 2009117229 A JP2009117229 A JP 2009117229A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impedance
fuel cell
frequency
impedance measurement
measurement
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
Application number
JP2007290541A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4595993B2 (ja
Inventor
Ayako Kawase
綾子 川瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007290541A priority Critical patent/JP4595993B2/ja
Priority to US12/741,794 priority patent/US8432168B2/en
Priority to CN2008801049499A priority patent/CN101855761B/zh
Priority to PCT/JP2008/069252 priority patent/WO2009060728A1/ja
Priority to DE112008002988.1T priority patent/DE112008002988B8/de
Publication of JP2009117229A publication Critical patent/JP2009117229A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4595993B2 publication Critical patent/JP4595993B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04246—Short circuiting means for defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04611—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04671—Failure or abnormal function of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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

Abstract

【課題】燃料電池のインピーダンスを精度良く測定することが可能なインピーダンス測定システムを提供する。
【解決手段】モータ回転数検出部２１５は、インバータ１１０によって制御されるモータ１１５の回転数を逐次検知し、検知結果を重畳信号生成部２２０に出力する。重畳信号生成部２２０は、モータ１１５の制御信号とインピーダンス測定信号とが共振しないように、インピーダンス測定信号の周波数を非共振周波数に設定する。インピーダンス測定信号の周波数を非共振周波数に設定することで、モータ１１５との共振は抑制され、インピーダンス測定の精度向上が可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池のインピーダンス測定を行うインピーダンス測定システムに関する。
燃料電池システムには、プロトン導電性を有する固体高分子膜を電解質層に備える固体高分子型の燃料電池が搭載されている。かかる燃料電池に発生する異常を検知する方法として、特定周波数の交流を印加したときの燃料電池のインピーダンス（以下、特定周波数のインピーダンス）を測定し、測定結果に基づき異常を検知する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６７６５０号公報
しかしながら、燃料電池のインピーダンスの値は燃料電池に異常が生じていなくとも、燃料電池の運転状態などに応じて変化する。よって、上記のごとく、特定周波数のインピーダンスを測定しただけでは、燃料電池に何らかの異常が生じたのか、燃料電池の運転状態が変化しただけなのか、正確に判断することができないという問題があった。
また、燃料電池のインピーダンスの値は、燃料電池の電流・電圧特性（ＩＶ特性）を推定する際に利用されるが、該インピーダンスの値が正確でなければＩＶ特性も精度良く推定することができないという問題もあった。
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、燃料電池のインピーダンスを精度良く測定することが可能なインピーダンス測定システムを提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、本発明に係るインピーダンス測定システムは、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システムであって、前記燃料電池に接続され、周波数制御される電子機器と、前記電子機器を制御する制御信号の周波数を検知する検知手段と、検知される周波数に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する決定手段と、決定された測定周波数で前記インピーダンスの測定を行う測定手段とを具備することを特徴とする。
かかる構成によれば、周波数制御される電子機器の制御信号の周波数を検知し、検知される周波数に基づき、インピーダンスの測定周波数が決定される。よって、例えば電子機器の制御信号と共振しないようにインピーダンスの測定周波数を決定等することができ、これにより燃料電池のインピーダンスを精度良く測定することが可能となる。
ここで、上記構成にあっては、前記電子機器は、前記燃料電池に接続されたモータであり、前記決定手段は、前記インピーダンスの測定周波数として、検知される周波数と共振しない周波数に決定する態様が好ましい。
また、本発明に係る別のインピーダンス測定システムは、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システムであって、前記燃料電池の運転状態を検知する検知手段と、検知される運転状態に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する決定手段と、決定された測定周波数で前記インピーダンスの測定を行う測定手段とを具備することを特徴とする。
ここで、上記構成にあっては、前記検知手段は、前記燃料電池の出力電力を検知し、前記決定手段は、検知される前記燃料電池の出力電力に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する態様が好ましい。
また、上記構成にあっては、前記検知手段は、前記燃料電池の出力電圧を検知し、前記決定手段は、検知される前記燃料電池の出力電圧に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する態様が好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池のインピーダンスを精度良く測定することが可能となる。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
Ａ．第１実施形態
Ａ−１.全体構成
図１は第１実施形態に係る燃料電池システム１００を搭載した車両の概略構成である。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。この燃料電池４０の実運転動作点における出力電圧（以下、ＦＣ電圧）及び出力電流（以下、ＦＣ電流）は、それぞれ電圧センサ１４１及び電流センサ１４２によって検出される。燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。
燃料ガス供給源１０は、例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、弁開度やＯＮ／ＯＦＦ時間などを調整することにより、燃料電池４０に供給する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源７０は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調整する。
バッテリ６０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。もちろん、バッテリ６０の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を設けても良い。このバッテリ６０と燃料電池４０とはトラクションモータ用のインバータ１１０に並列接続されており、バッテリ６０とインバータ１１０の間にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が設けられている。
インバータ１１０は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御装置８０から与えられる制御指令に応じて燃料電池４０またはバッテリ６０から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ（以下、単にモータ）１１５へ供給する。モータ１１５は、車輪１１６Ｌ、１１６Ｒを駆動するためのモータであり、かかるモータの回転数はインバータ１１０によって制御される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、例えば４つのパワー・トランジスタと専用のドライブ回路（いずれも図示略）によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、バッテリ６０から入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して燃料電池４０側に出力する機能、燃料電池４０などから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧してバッテリ６０側に出力する機能を備えている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の機能により、バッテリ６０の充放電が実現される。
バッテリ６０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の間には、車両補機やＦＣ補機などの補機類１２０が接続されている。バッテリ６０は、これら補機類１２０の電源となる。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器（照明機器、空調機器、油圧ポンプなど）をいい、ＦＣ補機とは、燃料電池４０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど）をいう。
制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、ＦＣ電圧を検出する電圧センサ１４１や、ＦＣ電流を検出する電流センサ１４２、燃料電池４０の温度を検出する温度センサ５０、バッテリ６０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各センサ信号に基づき、当該システム各部を中枢的に制御する。また、制御装置８０は、各センサ信号を利用して以下に示す燃料電池４０のインピーダンス測定を行う。
Ａ−２．インピーダンス測定の説明
図２は、燃料電池４０の等価回路を示した図である。
等価回路におけるＲ１、Ｒ２は燃料電池４０の直流抵抗成分（電解質膜の抵抗など）であり、Ｃ１は燃料電池４０の容量成分に相当する。
図３は、図２の等価回路に高周波から低周波までのインピーダンス測定信号を印加した場合の燃料電池４０のインピーダンスを複素平面上にプロット（コールコールプロット）したものである。ここで、ＩＶ特性における直流抵抗による電圧降下分を求める際には、測定されるインピーダンスの実部を直流抵抗推定値Ｒｅとし、この直流抵抗推定値Ｒｅに電流センサ１５０によって検出されるＦＣ電流を乗ずる。これにより、直流抵抗による電圧降下分が導出されるが、直流抵抗による電圧降下分を正確に求めるためには、インピーダンス測定を精度良く行う必要がある。
本願発明者は、種々の条件によってインピーダンス測定を行ったところ、特定の条件下でインピーダンス測定値に異常が認められたため、この原因について調査を行った。その結果、モータ１１５の制御信号とインピーダンス測定信号との共振が原因であることが明らかとなった。
図４及び図５は、インピーダンス測定信号の周波数と交流インピーダンスの関係を説明するための図であり、図４の縦軸はインピーダンス測定信号の周波数、図５の縦軸は交流インピーダンス、図４及び図５の横軸は時間をそれぞれ示す。また、図４に示すｆ０はモータ１１５の制御信号と共振するインピーダンス測定信号の周波数（以下、共振周波数）を示し、ｆ１はモータ１１５の制御信号と共振しないインピーダンス測定信号の周波数（以下、非共振周波数）を示す。
図４に示すように、インピーダンス測定信号の周波数を共振周波数ｆ０（Ｈｚ）に設定すると、交流インピーダンスはハンチングを起こす。しかしながら、インピーダンス測定信号の周波数を共振周波数ｆ０（Ｈｚ）から非共振周波数ｆ１（Ｈｚ）へと変更すると、交流インピーダンスのハンチングはなくなり、略一定となることが確認された。
以上の結果を踏まえ、本実施形態ではモータ１１５の回転数（別言すれば、モータ１１５の制御信号の周波数）を検知し、インピーダンス測定信号の周波数を非共振周波数に設定することで、モータ１１５との共振を防ぎ、インピーダンス測定の精度向上を図っている。
図６は、制御装置８０の機能を説明するための図である。
図６に示すように、制御装置８０は、目標電圧決定部２１０、モータ回転数検出部２１５、重畳信号生成部２２０、電圧指令信号生成部２３０、インピーダンス演算部２４０、ＩＶ特性推定ライン作成部２５０を備えている。
目標電圧決定部２１０は、アクセルペダルセンサやＳＯＣセンサ（いずれも図示略）などから入力される各センサ信号に基づいて出力目標電圧（例えば３００Ｖなど）を決定し、これを電圧指令信号生成部２３０に出力する。
モータ回転数検出部（検知手段）２１５は、インバータ１１０によって制御されるモータ（電子機器）１１５の回転数を逐次検知し、検知結果を重畳信号生成部２２０に出力する。
重畳信号生成部２２０は、モータ回転数検出部２１５から出力される検知結果に基づき、出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測定信号を生成し、これを電圧指令信号生成部２３０に出力する。詳述すると、重畳信号生成部（決定手段）２２０は、モータ１１５の制御信号とインピーダンス測定信号とが共振しないように、インピーダンス測定信号の周波数を非共振周波数に設定（決定）する。重畳信号生成部２２０は、非共振周波数に設定したインピーダンス測定信号を生成すると、これを電圧指令信号生成部２３０に出力する。なお、インピーダンス測定信号は、非共振周波数に設定されれば良く、他のパラメータ（例えば、波形の種類、振幅値など）は、システム設計などに応じて適宜設定すれば良い。
電圧指令信号生成部２３０は、出力目標電圧にインピーダンス測定信号を重畳し、電圧指令信号ＶｆｃｒとしてＤＣ／ＤＣコンバータ３０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、与えられる電圧指令信号Ｖｆｃｒに基づき燃料電池４０等の電圧制御を行う。
インピーダンス演算部（測定手段）２４０は、電圧センサ１４１によって検出される燃料電池４０の電圧（ＦＣ電圧）Ｖｆ及び電流センサ１４２によって検出される燃料電池４０の電流（ＦＣ電流）Ｉｆを所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理（ＦＦＴ演算処理やＤＦＴ演算処理）などを施す。インピーダンス演算部２４０は、フーリエ変換処理後のＦＣ電圧信号をフーリエ変換処理後のＦＣ電流信号で除するなどして燃料電池４０のインピーダンス（測定インピーダンス）を求め、ＩＶ特性推定ライン作成部２５０に出力する。なお、燃料電池４０のインピーダンスの測定タイミングとしてはシステム起動時、システム終了時、間欠運転時など、任意に設定可能である。
ＩＶ特性推定ライン作成部２５０は、インピーダンス演算部２４０から出力される測定インピーダンスの実部を直流抵抗推定値Ｒｅとし、この直流抵抗推定値Ｒｅに電流センサ１４２によって検出されるＦＣ電流を乗ずることで、直流抵抗による電圧降下分を求める。そして、ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、現時点における燃料電池４０の実運転動作点や、直流抵抗による電圧降下分などに基づき、活性化過電圧と起電圧変化分の電圧降下を導出し、これにより、精度の高い燃料電池４０のＩＶ特性推定ラインを作成することが可能となる。
以上説明した上記例では、モータ１１５の制御信号とインピーダンス測定信号との共振が起きないようにインピーダンス測定信号の周波数を設定したが、インピーダンス測定信号との共振を引き起こす可能性のある全ての機器（ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０など）に適用しても良い。詳述すると、燃料電池４０に接続され、周波数制御（ＰＷＭ制御など）される全ての機器について、制御装置（検知手段）８０は当該機器の駆動を制御する制御信号の周波数を検知する。そして、制御装置（決定手段）８０は、当該機器の制御信号とインピーダンス測定信号との共振が起きないように、インピーダンス測定信号の周波数を非共振周波数に設定する。これにより、上記本実施形態と同様、機器との共振を防ぎ、インピーダンス測定の精度向上を図ることが可能となる。
Ｂ．第２実施形態
図７は、第２実施形態に係る制御装置８０’の機能を説明するための図であり、前掲図６に対応する図である。なお、図６に対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
運転状態検出部（検知手段）２１５’は、燃料電池４０の出力電力を検出し、検出結果を重畳信号生成部２２０’に出力する。重畳信号生成部（決定手段）２２０’は、周波数決定マップＭＰ１に基づき、出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測定信号の周波数を決定し、決定した周波数のインピーダンス測定信号を電圧指令信号生成部２３０に出力する。
図８は、周波数決定マップＭＰ１の登録内容を例示した図である。インピーダンス測定に最適な周波数は、燃料電池の４０の運転状態に応じて異なる。そこで、本実施形態では、予め実験などによって燃料電池４０の出力電力に対応する最適なインピーダンス測定信号の周波数を求め、これをマップ化する。例えば、運転状態検出部２１５’によって検知された燃料電池４０の出力電力が、出力電力Ｐ１〜Ｐ２の範囲にある場合には、重畳信号生成部２２０’は周波数決定マップＭＰ１から周波数ｆｓｔ１を読み出し、周波数ｆｓｔ１のインピーダンス測定信号を生成し、これを電圧指令信号生成部２３０に出力する。なお、この後の動作については第１実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。このように、燃料電池４０の運転状態（第２実施形態では出力電力）を検知し、検知した運転状態に応じてインピーダンス測定信号の周波数を決定することで、燃料電池のインピーダンスを精度良く測定することが可能となる。
上記例では、検知する燃料電池４０の運転状態として出力電力を例示したが、これに限る趣旨ではなく燃料電池４０の出力電圧を検知しても良い。かかる場合には、例えば図９に示すような燃料電池４０の出力電圧とインピーダンス測定信号の周波数とを対応づけた周波数決定マップＭＰ２を重畳信号生成部２２０’に格納しておく。そして、運転状態検出部（検知手段）２１５’は、燃料電池４０の出力電圧を検出し、検出結果を重畳信号生成部２２０’に出力する一方、重畳信号生成部（決定手段）２２０’は、周波数決定マップＭＰ２に基づき、検出された出力電圧に対応するインピーダンス測定信号の周波数を決定し、決定した周波数のインピーダンス測定信号を生成する。このように、燃料電池４０の出力電圧に基づいてインピーダンス測定信号の周波数を決定しても良い。
第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 燃料電池の等価回路を示した図である。 燃料電池のインピーダンスを複素平面上にプロットした図である。 インピーダンス測定信号の周波数と交流インピーダンスの関係を説明するための図である。 インピーダンス測定信号の周波数と交流インピーダンスの関係を説明するための図である。 制御ユニットの機能を説明するための図である。 第２実施形態に係る制御ユニットの機能を説明するための図である。 周波数決定マップを例示した図である。 周波数決定マップを例示した図である。
符号の説明
１０・・・燃料ガス供給源、４０・・・燃料電池、５０・・・温度センサ、６０・・・バッテリ、７０・・・酸化ガス供給源、８０，８０’・・・制御装置、２１０・・・目標電圧決定部、２２０，２２０’・・・重畳信号生成部、２１５・・・モータ回転数検出部、２１５’・・・運転状態検出部、インピーダンス測定部、２３０・・・電圧指令信号生成部、２４０・・・インピーダンス演算部、２５０・・・ＩＶ特性推定ライン作成部、ＭＰ１，ＭＰ２・・・周波数決定マップ、１１０・・・インバータ、１１５・・・モータ、１１６Ｌ、１１６Ｒ・・・車輪、１３０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４１・・・電圧センサ、１４２・・・電流センサ、１００・・・燃料電池システム。

Claims (5)

  1. 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システムであって、
    前記燃料電池に接続され、周波数制御される電子機器と、
    前記電子機器を制御する制御信号の周波数を検知する検知手段と、
    検知される周波数に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する決定手段と、
    決定された測定周波数で前記インピーダンスの測定を行う測定手段と
    を具備することを特徴とするインピーダンス測定システム。
  2. 前記電子機器は、前記燃料電池に接続されたモータであり、
    前記決定手段は、前記インピーダンスの測定周波数として、検知される周波数と共振しない周波数に決定することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス測定システム。
  3. 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システムであって、
    前記燃料電池の運転状態を検知する検知手段と
    検知される運転状態に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定する決定手段と、
    決定された測定周波数で前記インピーダンスの測定を行う測定手段と
    を具備することを特徴とするインピーダンス測定システム。
  4. 前記検知手段は、前記燃料電池の出力電力を検知し、
    前記決定手段は、検知される前記燃料電池の出力電力に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定することを特徴とする請求項３に記載のインピーダンス測定システム。
  5. 前記検知手段は、前記燃料電池の出力電圧を検知し、
    前記決定手段は、検知される前記燃料電池の出力電圧に基づき、前記インピーダンスの測定周波数を決定することを特徴とする請求項３に記載のインピーダンス測定システム。
JP2007290541A 2007-11-08 2007-11-08 燃料電池システム Expired - Fee Related JP4595993B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007290541A JP4595993B2 (ja) 2007-11-08 2007-11-08 燃料電池システム
US12/741,794 US8432168B2 (en) 2007-11-08 2008-10-23 Fuel cell system
CN2008801049499A CN101855761B (zh) 2007-11-08 2008-10-23 燃料电池系统
PCT/JP2008/069252 WO2009060728A1 (ja) 2007-11-08 2008-10-23 燃料電池システム
DE112008002988.1T DE112008002988B8 (de) 2007-11-08 2008-10-23 Impedanzmesssystem

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007290541A JP4595993B2 (ja) 2007-11-08 2007-11-08 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009117229A true JP2009117229A (ja) 2009-05-28
JP4595993B2 JP4595993B2 (ja) 2010-12-08

Family

ID=40625627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007290541A Expired - Fee Related JP4595993B2 (ja) 2007-11-08 2007-11-08 燃料電池システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8432168B2 (ja)
JP (1) JP4595993B2 (ja)
CN (1) CN101855761B (ja)
DE (1) DE112008002988B8 (ja)
WO (1) WO2009060728A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014284A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池内部状態検出装置
JP2017153242A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
JP2017153243A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5392166B2 (ja) * 2010-04-02 2014-01-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8994340B2 (en) * 2012-05-15 2015-03-31 GM Global Technology Operations LLC Cell temperature and degradation measurement in lithium ion battery systems using cell voltage and pack current measurement and the relation of cell impedance to temperature based on signal given by the power inverter
JP6394780B2 (ja) * 2015-03-03 2018-09-26 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
KR101830044B1 (ko) 2015-03-03 2018-02-19 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 연료 전지의 상태 검출 장치 및 상태 검출 방법
CN104991194A (zh) * 2015-06-25 2015-10-21 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种干态锌银电池非激活的检测方法
CN111007404B (zh) * 2019-12-24 2023-01-10 萱柯氢能科技(北京)有限公司 一种基于关键频率点的燃料电池阻抗测量分析系统及方法
DE102022202521A1 (de) * 2022-03-15 2023-09-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Untersuchen einer elektrochemischen Zelle durch eine elektrochemische Impedanzspektroskopie

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005285614A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toyota Motor Corp 燃料電池の劣化診断方法及び装置
JP2006220629A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池の内部インピーダンス測定装置および蓄電池の内部インピーダンス測定方法
JP2006266960A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池内部インピーダンス測定装置および蓄電池内部インピーダンス測定方法
JP2007012413A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび車両
JP2007018741A (ja) * 2005-07-05 2007-01-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び交流インピーダンスの測定方法
JP2007048628A (ja) * 2005-08-10 2007-02-22 Toyota Motor Corp 燃料電池電源制御装置、燃料電池システム及び燃料電池電源制御方法
JP2007250365A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Yokogawa Electric Corp 燃料電池の電気化学的分光特性計測方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3166600B2 (ja) * 1996-03-13 2001-05-14 国産電機株式会社 内燃機関用燃料噴射装置の燃料ポンプ駆動装置
US6762587B1 (en) * 2000-09-12 2004-07-13 Recon Industrial Controls Corp. Device and method for monitoring fuel cell performance and controlling a fuel cell system
US6519539B1 (en) * 2000-09-29 2003-02-11 Hydrogenics Corporation Measurement of fuel cell impedance
JP2002367650A (ja) 2001-06-06 2002-12-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子型燃料電池の異常検知方法
JP2003014796A (ja) 2001-07-03 2003-01-15 Yokogawa Electric Corp インピーダンスの測定装置
JP5119565B2 (ja) 2001-09-12 2013-01-16 株式会社デンソー 燃料電池システム
US6841275B2 (en) * 2001-12-14 2005-01-11 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for controlling voltage from a fuel cell system
JP2005526365A (ja) * 2002-05-17 2005-09-02 グリーンライト パワー テクノロジーズ、インコーポレイテッド 燃料電池及び燃料電池構成要素における障害状況を指示する方法及び装置
CN1930718A (zh) * 2004-03-12 2007-03-14 松下电器产业株式会社 燃料电池系统的故障诊断方法和采用该方法的故障诊断装置及燃料电池系统
JP4720105B2 (ja) 2004-05-20 2011-07-13 日産自動車株式会社 燃料電池診断装置及び燃料電池診断方法
US7099787B2 (en) * 2004-09-15 2006-08-29 Plug Power Inc. Technique and apparatus to measure a fuel cell parameter
JP4807000B2 (ja) * 2005-08-09 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 性能劣化判定装置及びその方法
JP5062518B2 (ja) * 2006-09-11 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005285614A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toyota Motor Corp 燃料電池の劣化診断方法及び装置
JP2006220629A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池の内部インピーダンス測定装置および蓄電池の内部インピーダンス測定方法
JP2006266960A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池内部インピーダンス測定装置および蓄電池内部インピーダンス測定方法
JP2007012413A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび車両
JP2007018741A (ja) * 2005-07-05 2007-01-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び交流インピーダンスの測定方法
JP2007048628A (ja) * 2005-08-10 2007-02-22 Toyota Motor Corp 燃料電池電源制御装置、燃料電池システム及び燃料電池電源制御方法
JP2007250365A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Yokogawa Electric Corp 燃料電池の電気化学的分光特性計測方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014284A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池内部状態検出装置
JP2017153242A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
JP2017153243A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
US10199956B2 (en) 2016-02-24 2019-02-05 Honda Motor Co., Ltd. Power supply system, apparatus, and control method combining a first control signal and a second control signal

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009060728A1 (ja) 2009-05-14
DE112008002988T5 (de) 2010-09-23
CN101855761B (zh) 2013-12-11
JP4595993B2 (ja) 2010-12-08
DE112008002988B4 (de) 2013-11-14
US20100264930A1 (en) 2010-10-21
CN101855761A (zh) 2010-10-06
US8432168B2 (en) 2013-04-30
DE112008002988B8 (de) 2014-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4595993B2 (ja) 燃料電池システム
JP5083709B2 (ja) 燃料電池システム
US8900768B2 (en) Fuel cell system, electrode catalyst degradation judgment method, and moving body
US8034498B2 (en) Fuel cell system
JP4924790B2 (ja) 燃料電池システム
JP5041010B2 (ja) 燃料電池システム
JP5803247B2 (ja) 電動システム
US20160064754A1 (en) Fuel cell system and control method for fuel cell system
KR20180014130A (ko) 연료 전지 시스템 및 최대 전력 산출 방법
JP5109316B2 (ja) 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
JP2008053162A (ja) 燃料電池システム及び交流インピーダンスの測定方法
JP2007012413A (ja) 燃料電池システムおよび車両
JP2008304290A (ja) 漏電検出器
JP4743492B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP2009043645A (ja) 燃料電池の劣化判定システム
WO2008093874A1 (ja) 燃料電池システム
JP2009117074A (ja) 燃料電池システム
JP2009093916A (ja) 燃料電池システム
JP2011070893A (ja) 燃料電池システム及び電流電圧特性推定方法
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
JP2018106866A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090302

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100420

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100524

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100617

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100824

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100906

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4595993

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees