JP2009193697A - モデル生成装置及びシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能なモデル生成装置及びシミュレータを実現する。
【解決手段】 燃料電池スタックのシミュレーションモデルを生成するモデル生成装置において、生成するシミュレーションモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む仕様が入力されるパラメータ入力手段と、プログラム及びユニットモデルが格納された記憶手段と、プログラムを読み出して実行することにより装置全体を制御すると共に、仕様に基づき前記ユニットモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む属性情報を参照して記憶手段から最適なユニットモデルを選択し、選択されたユニットモデルを組み合わせてシミュレーションモデルを生成し、仕様を満足するユニットモデルを記憶手段に格納する演算制御手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池スタックのシミュレーションモデルを生成するモデル生成装置及び当該シミュレーションモデルを用いたシミュレータに関し、特に占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能なモデル生成装置及びシミュレータ
に関する。

従来の燃料電池スタックのシミュレーションモデルを生成するモデル生成装置及びシミュレータに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平０６−１８８０２０号公報 特開２００４−１７１４５２号公報 特開２００５−１０８６６０号公報 特開２００５−１３５８１３号公報 特開２００７−３０５４１９号公報

図６は従来の燃料電池スタックのシミュレータの一例を示す構成ブロック図である。図６において、１はキーボードやデータ読取装置等のパラメータ入力手段、２はＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプログラムを読み出して実行することによりシミュレータ全体を制御する演算制御手段、３はシミュレータを制御するプログラムが格納されたハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段、４はシミュレーションに用いる燃料電池の単セルモデルが格納されたハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、５は入力されたパラメータやミュレーション結果を表示するＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示手段である。

パラメータ入力手段１の出力は演算制御手段２に接続され、記憶手段３及び４は演算制御手段２に相互に接続される。また、演算制御手段２の出力は表示手段５に接続される。

ここで、図６に示す従来例の動作を図７及び図８を用いて説明する。図７はシミュレータを構成する演算制御手段２の動作を説明するフロー図、図８はシミュレーション結果の一例を示す特性曲線図である。

図７中”Ｓ００１”において演算制御手段２は、供給されるアノードガスの流量、供給されるカソードガスの流量、燃料電池スタックの段数（言い換えれば、使用される単セルの数）、出力電流密度及び単セルの温度等の各種パラメータをパラメータ入力手段１を介して取得する。

そして、図７中”Ｓ００２”において演算制御手段２は、記憶手段から単セルモデルを読み出すと共に取得した各種パラメータを適用して、単セルで発生する電圧を演算して求める。

さらに、図７中”Ｓ００３”において演算制御手段２は、演算した単セル電圧を燃料電池スタックの段数倍することにより、燃料電池スタック全体しての発電電圧を演算する。また、必要に応じてパラメータの一部、例えば、出力電流密度を走査してその走査状況における発電電圧を演算する。

最後に、図７中”Ｓ００４”において演算制御手段２は、演算された燃料電池スタックの発電電圧を表示手段５に表示させる。

例えば、図８中”ＣＨ０１”は、出力電流密度を走査した場合の燃料電池スタックの発電電圧のシミュレーション結果であり、外部に取り出す電流密度を大きくすることにより、燃料電池スタックの発電電圧が低下して行くことがシミュレートされる。

この結果、供給されるアノードガスの流量や供給されるカソードガスの流量等が燃料電池スタックを構成する全ての単セルに均等に分配されるものと仮定し、１つの単セルモデルの発電電圧を演算し、発電電圧をスタック数倍することにより、燃料電池スタックの発電電圧をシミュレートすることが可能になる。

しかし、図６に示す従来例では、燃料電池スタックの発電性能のみ着眼してシミュレーションするものであり、燃料電池スタックの占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションするものではないと言った問題点があった。

すなわち、図６に示す従来例で用いられる単セルモデルは占有面積や占有体積を考慮したモデルではないので、このような従来の単セルモデルを組み合わせただけでは、燃料電池スタックの占有面積や占有体積を考慮したシミュレーションモデルを構成することはできないと言った問題点があった。

例えば、燃料電池自動車等では燃料電池スタックの形状、占有面積や占有体積は重要な要件であり、単純に燃料電池スタックの発電性能のシミュレーションだけでは不十分な分野が存在すると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能なモデル生成装置及びシミュレータを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
燃料電池スタックのシミュレーションモデルを生成するモデル生成装置において、
生成するシミュレーションモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む仕様が入力されるパラメータ入力手段と、プログラム及びユニットモデルが格納された記憶手段と、前記プログラムを読み出して実行することにより装置全体を制御すると共に、前記仕様に基づき前記ユニットモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む属性情報を参照して記憶手段から最適なユニットモデルを選択し、前記選択されたユニットモデルを組み合わせてシミュレーションモデルを生成し、前記仕様を満足するユニットモデルを前記記憶手段に格納する演算制御手段とを備えたことにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるモデル生成装置において、
前記演算制御手段が、
生成した前記シミュレーションモデルの情報を表示手段に表示させることにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるモデル生成装置において、
前記パラメータ入力手段が、
キーボードであることにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるモデル生成装置において、
前記パラメータ入力手段が、
記憶媒体であることにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるモデル生成装置において、
前記演算制御手段が、
生成するシミュレーションモデルの前記仕様をネットワーク若しくは無線ネットワークを介して取得することにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

請求項６記載の発明は、
シミュレータにおいて、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行なうことにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションを行なうことが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４及び請求項５の発明によれば、演算制御手段が、生成したいシミュレーションモデルの仕様を取得し、取得した仕様に基づきユニットモデルの基本仕様（属性情報）を参照して最適なユニットモデルを選択し、選択されたユニットモデルを組み合わせてシミュレーションモデルを生成し、生成されたシミュレーションモデルが燃料電池スタックの仕様を満足するまでユニットモデル選択・組み合わせを繰り返すことにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

また、請求項６の発明によれば、生成したいシミュレーションモデルの仕様を取得し、取得した仕様に基づきユニットモデルの基本仕様（属性情報）を参照して最適なユニットモデルを選択し、選択されたユニットモデルを組み合わせて仕様を満足するシミュレーションモデルを生成し、当該生成されたシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行なうことにより、占有面積や占有体積を考慮したシミュレーションを行なうことが可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るモデル生成装置の一実施例を示す構成ブロック図である。

図１において、６はキーボードやデータ読取装置等のパラメータ入力手段、７はＣＰＵ等のプログラムを読み出して実行することにより装置全体を制御する演算制御手段、８はシミュレータを制御するプログラムが格納されたハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、９はシミュレーションに用いる燃料電池の単セルのユニットモデル情報が格納されたハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、１０は生成されたシミュレーションモデルが格納されるハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、１１は入力されたパラメータやミュレーション結果を表示するＣＲＴやＬＣＤ等の表示手段である。

パラメータ入力手段６の出力は演算制御手段７に接続され、記憶手段８は演算制御手段２に相互に接続される。また、記憶手段９の出力は演算制御手段７に接続され、演算制御手段７の出力は記憶手段１０及び表示手段１１にそれぞれ接続される。

ここで、図１に示す実施例の動作を図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。図２はモデル生成装置を構成する演算制御手段７の動作を説明するフロー図、図３はユニットモデル情報の一例を示す説明図、図４はユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の論理的な入出力端子を示す説明図、図５はシミュレーションモデル（具体的には、スタックもデル）情報の一例を示す説明図である。

図２中”Ｓ１０１”において演算制御手段７は、生成したいシミュレーションモデル（具体的には、スッタクモデル）の発電電圧、発電効率、占有面積、占有体積及び質量等の仕様をパラメータ入力手段６を介して取得する。

そして、図２中”Ｓ１０２”において演算制御手段７は、取得した仕様（例えば、発電電圧、発電効率、占有面積、占有体積及び質量等）に基づき記憶手段９に格納されているユニットモデル情報を参照して最適なユニットモデル（具体的には、単セルモデル）を選択して読み出す。

例えば、図３に示すユニットモデル情報は、図３中”ＳＰ１１”に示すようなユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の”最大出力電圧”、”最大アノード流量”、”最大カソード流量”、”寸法”及び”質量”等の基本仕様と、図３中”ＭＤ１１”に示すユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の実体から構成される。

すなわち、演算制御手段７は、図３に示すユニットモデル情報の基本仕様の内容に基づき最適なユニットモデル（具体的には、単セルモデル）を選択して読み出す。

また、例えば、図３中”ＭＤ１１”に示すユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の実体は、図４に示すような論理的な入出力端子を有するユニットモデルとして定義される。

図４において、１２はアノードガス入力端子、１３はカソードガス入力端子、１４は負荷電流入力端子、１５はセル温度入力端子、１６は電圧出力端子である。

アノードガス入力端子１２、カソードガス入力端子１３、負荷電流入力端子１４及びセル温度入力端子１５の論理的な入力端子に、それぞれ供給されるアノードガスの流量、供給されるカソードガスの流量、負荷電流値及びセル温度値をそれぞれ入力することにより、電圧出力端子１６からユニットモデル（具体的には、単セルモデル）における演算結果（発電電圧）が出力されることになる。

さらに、図２中”Ｓ１０３”において演算制御手段７は、選択されたユニットモデルを組み合わせ、具体的には、単セルモデルの論理的な入出力端子を接続してスタックを構成することによりシミュレーションモデルを生成する。

例えば、図５に示す生成されるシミュレーションモデル（具体的には、スッタクモデル）情報は、図５中”ＳＰ２１”に示すようなシミュレーションモデル（具体的には、スタックモデル）の”最大発電力”、”占有面積”、”高さ”及び”質量”等の基本仕様と、図５中”ＭＤ２１”に示すシミュレーションモデル（具体的には、スタックモデル）の実体から構成される。

また、例えば、図５中”ＭＤ２１”に示すシミュレーションモデル（具体的には、スタックモデル）の実体は、図５中”ＣＬ２１”，”ＣＬ２２”及び”ＣＬ２３”に示す複数のユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の論理的な入出力端子をそれぞれ接続してスタックを構成している。

より具体的には、図５中”ＣＬ２１”，”ＣＬ２２”及び”ＣＬ２３”に示す複数のユニットモデル（具体的には、単セルモデル）のアノードガス入力端子１２、カソードガス入力端子１３、負荷電流入力端子１４及びセル温度入力端子１５がそれぞれひとつに接続され、図５中”ＣＬ２１”，”ＣＬ２２”及び”ＣＬ２３”に示す複数のユニットモデル（具体的には、単セルモデル）の電圧出力端子１６もひとつに接続されている。

図２中”Ｓ１０４”において演算制御手段７は、このように生成されたシミュレーションモデルが、燃料電池スタックの仕様を満足するか否かを判断し、もし、仕様を満足しない場合には、図２中”Ｓ１０２”及び”Ｓ１０３”のステップを繰り返す。

例えば、演算制御手段７は、図５中”ＭＤ２１”に示す生成されたシミュレーションモデル（具体的には、スタックモデル）の基本仕様である”最大発電力”、”占有面積”、”高さ”及び”質量”等が、図２中”Ｓ１０１”のステップで取得された、生成したいシミュレーションモデル（具体的には、スッタクモデル）の仕様を満足するか否かを判断する。

もし、図２中”Ｓ１０４”において燃料電池スタックの仕様を満足すると判断した場合には、図２中”Ｓ１０５”において演算制御手段７は、生成したシミュレーションモデルを記憶手段１０に格納すると共に、図５に示すようなシミュレーションモデル情報を表示手段１１に表示させる。

この結果、演算制御手段が、生成したいシミュレーションモデルの仕様を取得し、取得した仕様に基づきユニットモデルの基本仕様（属性情報）を参照して最適なユニットモデルを選択し、選択されたユニットモデルを組み合わせてシミュレーションモデルを生成し、生成されたシミュレーションモデルが燃料電池スタックの仕様を満足するまでユニットモデル選択・組み合わせを繰り返すことにより、占有面積や占有体積を考慮してシミュレーションモデルを生成することが可能になる。

また、シミュレータがこのように生成されたシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行なうことにより、燃料電池スタックの占有面積や占有体積を考慮したシミュレーションを行なうことが可能になる。

なお、図１に示す実施例の説明に際しては、説明の簡単のために３つの記憶手段８，９及び１０を例示しているが、勿論、１つの記憶手段に統合することが可能である。

また、図１に示す実施例の説明に際しては、パラメータ入力手段として、キーボード等を例示しているが、パラメータはフレキシブルディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記憶媒体からモデル生成装置に入力しても構わないし、演算制御手段が通信機能によりネットワークや無線ネットワーク等を介してパラメータを取得しても構わない。

また、図１に示す実施例の説明に際しては、演算制御手段は、生成したシミュレーションモデルを記憶手段に格納すると共に、シミュレーションモデル情報を表示手段に表示させる旨記載したが、シミュレーションモデル情報の表示は必須ではなく、このため、表示手段もまた必須ではない。

また、図４に示すユニットモデルの説明に際しては、論理的な入出力端子として、アノードガス入力端子等の４つの入力端子と１つの出力端子（電圧出力端子）を例示しているが、勿論、ユニットモデルはこの構成に限定されるものではなく、様々な入出力端子を有するものであって構わない。

また、図４に示すユニットモデルの説明に際しては、ユニットモデル情報が、ユニットモデルの基本仕様と、ユニットモデルの実体とから構成される旨記載しているが、ユニットモデルの実体の属性情報に基本仕様を含ませるものであっても構わない。

本発明に係るモデル生成装置の一実施例を示す構成ブロック図である。 モデル生成装置を構成する演算制御手段の動作を説明するフロー図である。 ユニットモデル情報の一例を示す説明図である。 ユニットモデルの論理的な入出力端子を示す説明図である。 シミュレーションモデル情報の一例を示す説明図である。 従来の燃料電池スタックのシミュレータの一例を示す構成ブロック図である。 シミュレータを構成する演算制御手段の動作を説明するフロー図である。 シミュレーション結果の一例を示す特性曲線図である。

符号の説明

１，６ パラメータ入力手段
２，７ 演算制御手段
３，４，８，９，１０ 記憶手段
５，１１ 表示手段
１２ アノードガス入力端子
１３ カソードガス入力端子
１４ 負荷電流入力端子
１５ セル温度入力端子
１６ 電圧出力端子

Claims (6)

1. 燃料電池スタックのシミュレーションモデルを生成するモデル生成装置において、
   生成するシミュレーションモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む仕様が入力されるパラメータ入力手段と、
   プログラム及びユニットモデルが格納された記憶手段と、
   前記プログラムを読み出して実行することにより装置全体を制御すると共に、前記仕様に基づき前記ユニットモデルの占有面積、占有体積、若しくは、質量のうち少なくともひとつの情報を含む属性情報を参照して記憶手段から最適なユニットモデルを選択し、前記選択されたユニットモデルを組み合わせてシミュレーションモデルを生成し、前記仕様を満足するユニットモデルを前記記憶手段に格納する演算制御手段と
   を備えたことを特徴とするモデル生成装置。
2. 前記演算制御手段が、
   生成した前記シミュレーションモデルの情報を表示手段に表示させることを特徴とする
   請求項１記載のモデル生成装置。
3. 前記パラメータ入力手段が、
   キーボードであることを特徴とする
   請求項１若しくは請求項２記載のモデル生成装置。
4. 前記パラメータ入力手段が、
   記憶媒体であることを特徴とする
   請求項１若しくは請求項２記載のモデル生成装置。
5. 前記演算制御手段が、
   生成するシミュレーションモデルの前記仕様をネットワーク若しくは無線ネットワークを介して取得することを特徴とする
   請求項１若しくは請求項２記載のモデル生成装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行なうことを特徴とするシミュレータ。

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