JP2010078556A - Resistance distribution detector and fuel battery system using the same - Google Patents

Resistance distribution detector and fuel battery system using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistance distribution detector capable of correctly detecting a resistance distribution of an actual fuel battery cell, and a fuel battery system using the same. <P>SOLUTION: The resistance distribution detector interposed in a fuel battery stack for detecting the resistance distribution of a cell 10, whose resistance distribution is to be detected, includes: an electrode plate 20, including a plurality of electrodes 22-1 to 22-4 formed on a surface of an electrically insulative base plate 21 and coming into contact with the cell 10; AC controllers 30-1 to 30-4 for making alternate current to flow so that respective potentials of the plurality of electrodes 22-1 to 22-4 become equipotential; and a resistance calculating means 70 for calculating a resistance value per area in contact with each electrode, based on the alternate current flowing to the plurality of electrodes 22-1 to 22-4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、抵抗分布検出装置及びそれを使用する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a resistance distribution detection device and a fuel cell system using the resistance distribution detection device.

燃料電池の出力密度を向上させるには、セルの発電電流密度のムラをなくして発電電流密度を一様にしつつ、発電電流密度を高めることが望ましい。セルの発電電流密度のムラは、セルの内部抵抗の分布(バラツキ)によって生じてしまう。またセルの内部抵抗が高いと、電力損失が生じてしまって発電電流密度を高めることができない。したがって発電中は、セルの内部抵抗の分布(バラツキ)を所定の範囲内に納めつつ、セルの内部抵抗を極力低減することが望ましい。   In order to improve the output density of the fuel cell, it is desirable to increase the generated current density while making the generated current density uniform by eliminating the unevenness of the generated current density of the cells. The unevenness of the generated current density of the cell is caused by the distribution (variation) of the internal resistance of the cell. If the internal resistance of the cell is high, power loss occurs and the generated current density cannot be increased. Therefore, during power generation, it is desirable to reduce the internal resistance of the cell as much as possible while keeping the distribution (variation) of the internal resistance of the cell within a predetermined range.

ところで抵抗分布の検知対象であるセルは、電解質膜を含む膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly;以下「MEA」という)の表裏面に一対のセパレータが配置された構成である。セパレータには、電力損失を低減するように、体積抵抗率の低いカーボンやステンレス材などが用いられる。そのためセルの内部抵抗は、特に電解質膜の内部抵抗に依存する。電解質膜の内部抵抗は、電解質膜のイオン伝導度に大きな影響を受ける。イオン伝導度が高まると、電解質膜の内部抵抗が小さくなる。セル全体としての内部抵抗も小さくなる。そしてイオン伝導度は電解質膜の含水量に比例して高く(伝導しやすく)なる。したがって、電解質膜の含水量を発電状態に応じて適切に制御すれば、セルの発電電流密度のムラがなくなるとともに、セルの発電電流密度が高くなって、出力密度が向上する。   By the way, the cell which is the detection target of the resistance distribution has a configuration in which a pair of separators are arranged on the front and back surfaces of a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) including an electrolyte membrane. The separator is made of carbon or stainless steel having a low volume resistivity so as to reduce power loss. Therefore, the internal resistance of the cell depends particularly on the internal resistance of the electrolyte membrane. The internal resistance of the electrolyte membrane is greatly affected by the ionic conductivity of the electrolyte membrane. As the ionic conductivity increases, the internal resistance of the electrolyte membrane decreases. The internal resistance of the entire cell is also reduced. The ionic conductivity becomes higher (easy to conduct) in proportion to the water content of the electrolyte membrane. Therefore, if the water content of the electrolyte membrane is appropriately controlled according to the power generation state, the generation current density of the cell is not uneven, the power generation current density of the cell is increased, and the output density is improved.

このようなことから、電解質膜の内部抵抗の分布を正確に検出することが望ましい。   For this reason, it is desirable to accurately detect the distribution of internal resistance of the electrolyte membrane.

しかしながらセパレータには、上述のように体積抵抗率の低いカーボンやステンレス材が用いられるので、セパレータの外部から電解質膜の抵抗分布を検出しようとすると、セパレータの面内方向の電流分流効果(シャント効果)によって、分布が平滑化されて小さくなった抵抗分布が検出されることとなる。したがって抵抗分布を正確に検出するには、セパレータの電流分流効果(シャント効果)を防止する必要がある。   However, as described above, carbon or stainless steel having a low volume resistivity is used for the separator.Therefore, when the resistance distribution of the electrolyte membrane is detected from the outside of the separator, the current shunting effect (shunt effect) in the in-plane direction of the separator is used. ), The resistance distribution whose distribution is smoothed and becomes smaller is detected. Therefore, in order to accurately detect the resistance distribution, it is necessary to prevent the current shunting effect (shunt effect) of the separator.

たとえば特許文献1では、セパレータの面内方向へ電流が分流することを防止するために、電気絶縁材で複数の部分領域に区分した専用セパレータを使用してセルの抵抗分布を検出する。
特開2003−77515号公報
For example, in Patent Document 1, in order to prevent a current from being diverted in the in-plane direction of the separator, the resistance distribution of the cell is detected using a dedicated separator that is divided into a plurality of partial regions by an electric insulating material.
JP 2003-77515 A

しかしながら、前述した従来の方法では、セパレータを構造的に区分(分割電極化)するので、実際の燃料電池セルとは異なった計測結果になってしまう。したがってこのような計測結果と実際の分割電極化していないセパレータとの差異を検証する必要がある。またセパレータのガスシールや機械強度などの本来の機能を維持するための構造や、それを製造することが難しい。そのため実際の燃料電池スタックに組み込んで抵抗分布を検出することが困難である。   However, in the conventional method described above, the separator is structurally divided (divided electrodes), so that the measurement result is different from that of an actual fuel cell. Therefore, it is necessary to verify the difference between such a measurement result and an actual separator that is not divided into electrodes. In addition, it is difficult to manufacture a structure for maintaining the original functions such as the gas seal and mechanical strength of the separator. Therefore, it is difficult to detect the resistance distribution by incorporating it into an actual fuel cell stack.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、実際の燃料電池セルの抵抗分布を正確に検出可能な抵抗分布検出装置及びそれを使用する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and provides a resistance distribution detection device capable of accurately detecting the resistance distribution of an actual fuel cell and a fuel cell system using the resistance distribution detection device. For the purpose.

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。   The present invention solves the above problems by the following means.

本発明は、電気絶縁性のベースプレートの表面に形成されて抵抗分布検知対象セルに当接する複数の電極を含む電極プレートと、複数の電極のそれぞれの電位が同電位になるように交流を流す交流制御器と、複数の電極に流された交流に基づいて各電極に当接する領域毎の抵抗値を算出する抵抗算出手段と、を備えることを特徴とする。   The present invention provides an electrode plate that includes a plurality of electrodes that are formed on the surface of an electrically insulating base plate and that abuts against a resistance distribution detection target cell, and an alternating current that causes alternating current to flow so that each of the plurality of electrodes has the same potential. It is characterized by comprising: a controller; and resistance calculation means for calculating a resistance value for each region in contact with each electrode based on an alternating current applied to the plurality of electrodes.

本発明によれば、電気絶縁性のベースプレートの表面に形成されて抵抗分布検知対象セルに当接する複数の電極のそれぞれの電位が同電位になるように交流を流すようにした。交流はスタック発電電流(直流)と混合しない。したがって抵抗分布検知対象セルの内部抵抗を正確に検出できるのである。   According to the present invention, an alternating current is made to flow so that each of the plurality of electrodes formed on the surface of the electrically insulating base plate and in contact with the resistance distribution detection target cell has the same potential. AC does not mix with the stack generation current (DC). Therefore, the internal resistance of the resistance distribution detection target cell can be accurately detected.

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
(第1実施形態)
はじめに本発明の理解を容易にするために、図13及び図14を参照して解決課題について説明する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, in order to facilitate understanding of the present invention, a problem to be solved will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

燃料電池の発電セル10は、MEA11の表裏面にセパレータ12が積層された構造である。セル10の内部抵抗をモデル化して示したのが図13である。MEA11は箇所によって、電圧E(1),E(2),E(3),E(4)を発電する。また箇所によって、内部抵抗Rm(1),Rm(2),Rm(3),Rm(4)が分布する。   The power generation cell 10 of the fuel cell has a structure in which separators 12 are stacked on the front and back surfaces of the MEA 11. FIG. 13 shows the internal resistance of the cell 10 as a model. The MEA 11 generates voltage E (1), E (2), E (3), E (4) depending on the location. Further, the internal resistances Rm (1), Rm (2), Rm (3), and Rm (4) are distributed depending on the location.

上述のようにセパレータ12には、体積抵抗率の低いカーボンやステンレス材などが用いられるので、セパレータ12の外部からMEA11の抵抗分布を検出しようとすると、セパレータ12の面内方向に電流Ip(1),Ip(2),Ip(3)が分流してしまう。   As described above, since carbon, stainless steel, or the like having a low volume resistivity is used for the separator 12, if an attempt is made to detect the resistance distribution of the MEA 11 from the outside of the separator 12, the current Ip (1 ), Ip (2), Ip (3) are diverted.

図14(A)に示したように内部抵抗Rm(1),Rm(2),Rm(3),Rm(4)が分布していても、電流Ip(1),Ip(2),Ip(3)が分流することで、電流の検出値(図14(B)の実線)が、本来値(図14(B)の破線)に比べて平滑化されてしまう。このため内部抵抗の検出値(図14(C)の実線)も、本来値(図14(C)の破線)に比べて平滑化されてしまうのである。   As shown in FIG. 14A, even if the internal resistances Rm (1), Rm (2), Rm (3), and Rm (4) are distributed, the currents Ip (1), Ip (2), Ip By dividing (3), the detected current value (solid line in FIG. 14B) is smoothed compared to the original value (broken line in FIG. 14B). For this reason, the detected value of internal resistance (solid line in FIG. 14C) is also smoothed compared to the original value (broken line in FIG. 14C).

図1は、本発明による抵抗分布検出装置を使用する燃料電池を示す図であり、図1(A)は全体斜視図、図1(B)は電極プレートの単品を抜き出して示す斜視図、図1(C)は燃料電池の一部の断面を拡大して示す図である。   FIG. 1 is a view showing a fuel cell using a resistance distribution detection device according to the present invention, FIG. 1 (A) is an overall perspective view, and FIG. 1 (B) is a perspective view showing an extracted electrode plate. 1 (C) is an enlarged view showing a part of the cross section of the fuel cell.

燃料電池スタック1は、複数の発電セル10を積層し、その両側からエンドプレート40で挟持する構成である。   The fuel cell stack 1 has a configuration in which a plurality of power generation cells 10 are stacked and sandwiched between end plates 40 from both sides thereof.

発電セル10は、燃料電池の単位セルである。各発電セル10は、1ボルト(V)程度の起電圧を生じる。   The power generation cell 10 is a unit cell of a fuel cell. Each power generation cell 10 generates an electromotive voltage of about 1 volt (V).

発電セル10は、図1(C)に示すように、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly;以下「MEA」という)11の表裏面にセパレータ12が積層された構造である。   As shown in FIG. 1C, the power generation cell 10 has a structure in which separators 12 are laminated on the front and back surfaces of a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 11.

MEA11は、イオン交換膜からなる電解質膜11aの両面に電極触媒層11bが形成されている。この電極触媒層11bに、セパレータ12が重なる。   In the MEA 11, electrode catalyst layers 11b are formed on both surfaces of an electrolyte membrane 11a made of an ion exchange membrane. The separator 12 overlaps with the electrode catalyst layer 11b.

セパレータ12は、表裏面に凹凸が形成され、その凹部がガス流路12aとなる。片面のガス流路12aにカソードガスが流れ、裏面のガス流路12aにアノードガスが流れる。なお反応ガスの漏出を防止するためにシール13が配置されている。セパレータ12の内部には冷却水流路12bが形成される。   As for the separator 12, an unevenness | corrugation is formed in the front and back, and the recessed part becomes the gas flow path 12a. Cathode gas flows through the gas channel 12a on one side, and anode gas flows through the gas channel 12a on the back side. A seal 13 is disposed to prevent leakage of the reaction gas. A cooling water channel 12 b is formed inside the separator 12.

エンドプレート40は、積層された発電セル10の最外部分に配置される。エンドプレート40は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。   The end plate 40 is disposed at the outermost part of the stacked power generation cells 10. The end plate 40 is made of a rigid metal material such as steel.

一方のエンドプレート40(図1では、左手前のエンドプレート40)には、アノード供給口41aと、アノード排出口41bと、カソード供給口42aと、カソード排出口42bと、冷却水供給口43aと、冷却水排出口43bとが設けられている。本実施形態では、アノード供給口41a、冷却水供給口43a及びカソード供給口42aは図中左側に設けられている。またアノード排出口41b、冷却水排出口43b及びカソード排出口42bは図中右側に設けられている。   One end plate 40 (the left front end plate 40 in FIG. 1) includes an anode supply port 41a, an anode discharge port 41b, a cathode supply port 42a, a cathode discharge port 42b, and a cooling water supply port 43a. A cooling water discharge port 43b is provided. In the present embodiment, the anode supply port 41a, the cooling water supply port 43a, and the cathode supply port 42a are provided on the left side in the drawing. The anode discharge port 41b, the cooling water discharge port 43b, and the cathode discharge port 42b are provided on the right side in the figure.

なお図示を省略するが、エンドプレート40の四隅付近には、ナットがそれぞれ配置される。燃料電池スタック1は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にはテンションロッド(不図示)が挿通される。テンションロッドは、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。テンションロッドは、発電セル同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッドの両端に上述したナットが螺合する。ナットとテンションロッドとが燃料電池スタック1を積層方向に締め付ける。   Although illustration is omitted, nuts are respectively arranged near the four corners of the end plate 40. The fuel cell stack 1 has a hole (not shown) penetrating therethrough. A tension rod (not shown) is inserted through this through hole. The tension rod is made of a rigid metal material such as steel. The tension rod is insulated on the surface in order to prevent electrical shorting between the power generation cells. The nut described above is screwed to both ends of the tension rod. The nut and the tension rod tighten the fuel cell stack 1 in the stacking direction.

アノード供給口41aにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法などがある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等がある。また、カソード供給口42aに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。   As a method of supplying hydrogen as an anode gas to the anode supply port 41a, for example, a method of supplying hydrogen gas directly from a hydrogen storage device or a hydrogen-containing gas reformed by reforming a fuel containing hydrogen is supplied. There are methods. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. Examples of the fuel containing hydrogen include natural gas, methanol, and gasoline. Air is generally used as the cathode gas supplied to the cathode supply port 42a.

MEA11、セパレータ12及び電極プレート20には、それぞれ孔41a,41b,42a,42b,43a,43bが形成されている。たとえば電極プレート20の様子を図1(B)に示す。これらが重ねられて、アノード供給口41a、アノード排出口41b、カソード供給口42a、カソード排出口42b、冷却水供給口43a及び冷却水排出口43bが形成される。   The MEA 11, the separator 12, and the electrode plate 20 are formed with holes 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, respectively. For example, the state of the electrode plate 20 is shown in FIG. These are stacked to form an anode supply port 41a, an anode discharge port 41b, a cathode supply port 42a, a cathode discharge port 42b, a cooling water supply port 43a, and a cooling water discharge port 43b.

燃料電池スタック1には、一部(図1では1枚)のMEA11の代わりに電極プレート20が積層されている。なお図1では1枚の電極プレート20が積層されているが、2枚以上であってもよい。   In the fuel cell stack 1, an electrode plate 20 is laminated instead of a part (one sheet in FIG. 1) of MEAs 11. In FIG. 1, one electrode plate 20 is laminated, but two or more may be used.

図1(B)に示すように電極プレート20は、ベースプレート21と、電極22(電極22−1,電極22−2,電極22−3及び電極22−4)と、を含む。   As shown in FIG. 1B, the electrode plate 20 includes a base plate 21 and electrodes 22 (electrode 22-1, electrode 22-2, electrode 22-3, and electrode 22-4).

ベースプレート21は電気絶縁性である。ベースプレート21はコネクタエッジ21aを含む。またベースプレート21は、図1(C)に示すように交流発生器30を内蔵する。交流発生器30は、信号線21b(信号線21b−1,信号線21b−2,信号線21b−3,信号線21b)を介して各電極22(電極22−1,電極22−2,電極22−3,電極22−4)を接続する。交流発生器30は、各電極22(電極22−1,電極22−2,電極22−3,電極22−4)ごとに交流を調整可能である。   The base plate 21 is electrically insulating. The base plate 21 includes a connector edge 21a. The base plate 21 incorporates an AC generator 30 as shown in FIG. The AC generator 30 is connected to each electrode 22 (electrode 22-1, electrode 22-2, electrode via the signal line 21b (signal line 21b-1, signal line 21b-2, signal line 21b-3, signal line 21b). 22-3 and electrode 22-4) are connected. The alternating current generator 30 can adjust the alternating current for each electrode 22 (electrode 22-1, electrode 22-2, electrode 22-3, electrode 22-4).

電極22は、ベースプレート21の片面に形成される。図1(B)では、電極22−1,電極22−2,電極22−3及び電極22−4の4枚が形成された場合を一例として示したが、2枚若しくは3枚であっても又は5枚以上であってもよい。要求される精度や製造コストなどを勘案して適宜設定すればよい。電極22は、抵抗分布検知対象セル10に当接する。なお本実施形態では抵抗分布検知対象セル10は、図面左側のセル10である。   The electrode 22 is formed on one side of the base plate 21. In FIG. 1B, the case where four electrodes 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 are formed is shown as an example. Or 5 or more may be sufficient. What is necessary is just to set suitably in consideration of the precision, manufacturing cost, etc. which are requested | required. The electrode 22 contacts the resistance distribution detection target cell 10. In the present embodiment, the resistance distribution detection target cell 10 is the cell 10 on the left side of the drawing.

そして、電極プレート20のコネクタエッジ21aと、MEA11を挟んで電極プレート20の反対側の抵抗分布検知対象セル10と、が帰還電流配線23で接続される。   The connector edge 21a of the electrode plate 20 and the resistance distribution detection target cell 10 on the opposite side of the electrode plate 20 with the MEA 11 in between are connected by a feedback current wiring 23.

また図1では図示を省略するが、図2に示すように、MEA11の片面と、そのMEA11の反対面側に当接する電極22と、の電位差を検出する検出器51が設けられている。   Although not shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, a detector 51 that detects a potential difference between one surface of the MEA 11 and the electrode 22 that contacts the opposite surface of the MEA 11 is provided.

図2は上述の構成をモデル化した図である。   FIG. 2 is a diagram modeling the above configuration.

コントローラ70は、検出器51−1,51−2,51−3,51−4で検出された電位差Vs(1),Vs(2),Vs(3),Vs(4)を入力し、その電位差Vs(1),Vs(2),Vs(3),Vs(4)が等しくなるように交流発生器30−1,30−2,30−3,30−4の発生交流を制御する。このとき交流電流Is(1)は、電極22−1、MEA11の内部抵抗Rm(1)、帰還電流配線23−1を流れる。交流電流Is(2),Is(3),Is(4)も同様に流れる。そしてコントローラ70は、この交流信号にオームの法則を適用することで、内部抵抗Rm(1),Rm(2),Rm(3),Rm(4)を算出する。   The controller 70 inputs the potential differences Vs (1), Vs (2), Vs (3), Vs (4) detected by the detectors 51-1, 51-2, 51-3, 51-4, The alternating current generated by the AC generators 30-1, 30-2, 30-3, and 30-4 is controlled so that the potential differences Vs (1), Vs (2), Vs (3), and Vs (4) are equal. At this time, the alternating current Is (1) flows through the electrode 22-1, the internal resistance Rm (1) of the MEA 11, and the feedback current wiring 23-1. Alternating currents Is (2), Is (3), Is (4) flow in the same manner. Then, the controller 70 calculates the internal resistances Rm (1), Rm (2), Rm (3), and Rm (4) by applying Ohm's law to the AC signal.

このように電位差Vs(1),Vs(2),Vs(3),Vs(4)が等しくなるように交流発生器30−1,30−2,30−3,30−4の発生交流を制御するようにした。このようにすることで、セパレータ12の面内抵抗Rpの両端電位差がゼロとなり、セパレータ12の面内方向に電流Ip(1),Ip(2),Ip(3)が分流してしまうことを防止できる。   In this way, the alternating current generated by the AC generators 30-1, 30-2, 30-3, and 30-4 is set so that the potential differences Vs (1), Vs (2), Vs (3), and Vs (4) are equal. I tried to control it. By doing so, the potential difference between both ends of the in-plane resistance Rp of the separator 12 becomes zero, and the currents Ip (1), Ip (2), Ip (3) are shunted in the in-plane direction of the separator 12. Can be prevented.

図3は本実施形態の効果を説明する図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of this embodiment.

したがって本実施形態による検出値(図3(B)の実線)は本来値に一致する。なお図3(B)では図14(B)の検出値を参考までに破線で付した。このため内部抵抗の検出値(図14(C)の実線)も、本来値に一致するのである。なお図3(C)でも図14(C)の検出値を参考までに破線で付した。   Therefore, the detection value (solid line in FIG. 3B) according to the present embodiment matches the original value. In FIG. 3B, the detected values in FIG. 14B are indicated by broken lines for reference. For this reason, the detected value of the internal resistance (solid line in FIG. 14C) also matches the original value. In FIG. 3C, the detected values in FIG. 14C are indicated by broken lines for reference.

なお本実施形態では、交流発生器30−1,30−2,30−3,30−4を使用して交流を制御している。そのためスタック発電電流(直流)と混合しない。そして交流電流Is(1),Is(2),Is(3),Is(4)及び交流電位Vs(1),Vs(2),Vs(3),Vs(4)からオームの法則によって、各電極領域の内部抵抗Rm(1),Rm(2),Rm(3),Rm(4)を正確に算出できるのである。なお直流のパルス波(電圧レベルを周期的にON/OFFさせる)でも同様に作用し得るが、スタック発電量と同等の大電力(数kW)をドライブする回路が必要になり、特に自動車用などの燃料電池ではスタックより回路が大形になり非現実的である。また、既存のFRA(周波数応答解析法)でも準直流(1Hz以下)にて抵抗分布計測は可能であるが供試体をある程度発電しないと検出できないなどの制約がある。したがって本実施形態のように交流を制御することが最適である。   In this embodiment, alternating current is controlled using alternating current generators 30-1, 30-2, 30-3, and 30-4. Therefore, it does not mix with the stack generated current (DC). And from the alternating currents Is (1), Is (2), Is (3), Is (4) and the alternating potentials Vs (1), Vs (2), Vs (3), Vs (4) according to Ohm's law, The internal resistances Rm (1), Rm (2), Rm (3), Rm (4) of each electrode region can be accurately calculated. DC pulse waves (voltage level is periodically turned ON / OFF) can work in the same way, but a circuit that drives large power (several kW) equivalent to the amount of stack power generation is required, especially for automobiles In the fuel cell, the circuit becomes larger than the stack, which is unrealistic. In addition, resistance distribution can be measured with quasi-direct current (1 Hz or less) even with existing FRA (frequency response analysis method), but there are limitations such that detection is not possible unless the specimen is generated to some extent. Therefore, it is optimal to control alternating current as in this embodiment.

(第2実施形態)
図4は、本発明による抵抗分布検出装置の第2実施形態を示すモデル回路図である。なおこの図4は第1実施形態の図2に相当する図であり主要構成のみ取りだした。また以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a model circuit diagram showing a second embodiment of the resistance distribution detecting device according to the present invention. FIG. 4 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment, and only the main configuration is taken out. In the following description, the same reference numerals are given to portions that perform the same functions as those described above, and redundant descriptions are omitted as appropriate.

本実施形態の抵抗分布検出装置は、基準電位発生器52を含む。また隣設する電極22の電位を比較する比較器53を含む。そしてこの電位差をフィードバックして電位差をゼロにするように、交流発生器30が発生交流を調整する。   The resistance distribution detection device of this embodiment includes a reference potential generator 52. Further, a comparator 53 for comparing the potentials of the adjacent electrodes 22 is included. The AC generator 30 adjusts the generated AC so that the potential difference is fed back to zero.

比較器53−1は、基準電位発生器52の基準電位Vs(0)と電極22−1の電位Vs(1)との電位差を検出しこの電位差がゼロになるように交流発生器30−1の発生交流をフィードバック制御する。またこのときの発生交流信号Sis(1)をコントローラ70に送信する。コントローラ70はこの交流信号Sis(1)にオームの法則を適用することで、内部抵抗Rm(1)を算出する。   The comparator 53-1 detects the potential difference between the reference potential Vs (0) of the reference potential generator 52 and the potential Vs (1) of the electrode 22-1, and the AC generator 30-1 so that this potential difference becomes zero. Feedback control of AC generated. Further, the generated AC signal Sis (1) at this time is transmitted to the controller 70. The controller 70 calculates the internal resistance Rm (1) by applying Ohm's law to the AC signal Sis (1).

比較器53−2は、電極22−1の電位Vs(1)と電極22−2の電位Vs(2)との電位差を検出しこの電位差がゼロになるように交流発生器30−2の発生交流をフィードバック制御する。またこのときの発生交流信号Sis(2)をコントローラ70に送信する。コントローラ70はこの交流信号Sis(2)にオームの法則を適用することで、内部抵抗Rm(2)を算出する。比較器53−3及び比較器53−4についても同様である。   The comparator 53-2 detects the potential difference between the potential Vs (1) of the electrode 22-1 and the potential Vs (2) of the electrode 22-2, and generates the AC generator 30-2 so that this potential difference becomes zero. Feedback control of alternating current. Further, the generated AC signal Sis (2) at this time is transmitted to the controller 70. The controller 70 calculates the internal resistance Rm (2) by applying Ohm's law to the AC signal Sis (2). The same applies to the comparator 53-3 and the comparator 53-4.

本実施形態によれば、隣設する電極22の電位差を検出し、その検出電位差をフィードバックして隣設する電極22の電位が同じになるように交流を制御する。このようにすれば、電源を投入してから所定時間経過後(フィードバックが収束完了後)は、各電極22は基準電位発生器52の出力電位に常に制御される。これによってセパレータの面内抵抗Rpの両端電位差がゼロに保たれ、面内抵抗Rpには電流が流れない。すなわちセパレータ12の面内方向に電流が分流してしまうことを防止できる。   According to the present embodiment, the potential difference between the adjacent electrodes 22 is detected, and the AC is controlled so that the potentials of the adjacent electrodes 22 are the same by feeding back the detected potential difference. In this way, each electrode 22 is always controlled to the output potential of the reference potential generator 52 after a predetermined time has elapsed since the power was turned on (after the feedback has been converged). As a result, the potential difference between both ends of the in-plane resistance Rp of the separator is kept at zero, and no current flows through the in-plane resistance Rp. That is, it is possible to prevent the current from being shunted in the in-plane direction of the separator 12.

また各比較器53の出力信号Sisは各交流電流Isに比例した値である。したがって各比較器53の出力信号Sisをコントローラ70に入力して、出力信号の比例係数を乗算して交流電流Isが求められる。そしてこの交流電流Isと基準電位発生器52の出力電圧Vs(0)とからオームの法則に基づいて、各電極領域の抵抗値を正確に求めることができるのである。   The output signal Sis of each comparator 53 is a value proportional to each alternating current Is. Accordingly, the output signal Sis of each comparator 53 is input to the controller 70 and multiplied by the proportional coefficient of the output signal to obtain the alternating current Is. The resistance value of each electrode region can be accurately obtained from the alternating current Is and the output voltage Vs (0) of the reference potential generator 52 based on Ohm's law.

さらに本実施形態によれば、第1実施形態よりも回路を簡易に組むことができ、製造コストを低減できるのである。   Furthermore, according to the present embodiment, the circuit can be assembled more simply than in the first embodiment, and the manufacturing cost can be reduced.

(第3実施形態)
図5は本発明による抵抗分布検出装置の第3実施形態を示すモデル回路図であり、図5(A)は全体図、図5(B)は図5(A)の破線内の等価回路を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a model circuit diagram showing a third embodiment of the resistance distribution detecting device according to the present invention. FIG. 5 (A) is an overall view, and FIG. 5 (B) is an equivalent circuit within a broken line in FIG. FIG.

本実施形態の抵抗分布検出装置は、基準電位発生器52を含む。またこの基準電位と各電極22との電位を比較する比較器54を含む。そしてこの電位差をフィードバックして電位差をゼロにするように、交流発生器30が発生交流を調整する。   The resistance distribution detection device of this embodiment includes a reference potential generator 52. Further, a comparator 54 for comparing the reference potential with the potential of each electrode 22 is included. The AC generator 30 adjusts the generated AC so that the potential difference is fed back to zero.

図5(B)に示すように、電極22の電位の振幅情報のみをフィードバックする。そして、電圧ゲイン制御アンプ(VGA)を用いて基準電位発生器52の出力波形Vs(0)の振幅を比較器54の出力(フィードバック量)によって加減する。そして、電圧ゲイン制御アンプ(VGA)の出力を電圧/電流変換回路を通して交流電流Is(x)を発生させる。   As shown in FIG. 5B, only the amplitude information of the potential of the electrode 22 is fed back. Then, the amplitude of the output waveform Vs (0) of the reference potential generator 52 is adjusted by the output (feedback amount) of the comparator 54 using a voltage gain control amplifier (VGA). Then, the output of the voltage gain control amplifier (VGA) is caused to generate an alternating current Is (x) through a voltage / current conversion circuit.

本実施形態のように構成しても、電源を投入してから所定時間経過後(フィードバックが収束完了後)は、各電極22は基準電位発生器52の出力電位に常に制御される。これによってセパレータの面内抵抗Rpの両端電位差がゼロに保たれ、面内抵抗Rpには電流が流れない。すなわちセパレータ12の面内方向に電流が分流してしまうことを防止できる。   Even in the configuration of the present embodiment, each electrode 22 is always controlled to the output potential of the reference potential generator 52 after a predetermined time has elapsed since the power was turned on (after the feedback has converged). As a result, the potential difference between both ends of the in-plane resistance Rp of the separator is kept at zero, and no current flows through the in-plane resistance Rp. That is, it is possible to prevent the current from being shunted in the in-plane direction of the separator 12.

また基準電位発生器52の出力波形Vs(0)と同位相の交流電流が発生するので、振幅情報だけを出力波形Vs(0)に一致させればよい。したがって本実施形態によれば少ない回路素子で交流電流を精緻に制御できるのである。   Further, since an alternating current having the same phase as that of the output waveform Vs (0) of the reference potential generator 52 is generated, only the amplitude information may be matched with the output waveform Vs (0). Therefore, according to this embodiment, the alternating current can be precisely controlled with a small number of circuit elements.

また基準電位発生器52に周波数掃引機能を設け、交流波形の周波数を所定の範囲で掃引することで、抵抗分布検知対象セル10の交流インピーダンスを測定することもできる。そして測定された交流インピーダンスから、抵抗分布検知対象セル10の抵抗(イオン+電子移動抵抗)に加えて電解質膜の電気化学界面での電荷移動抵抗を導き出すことができる。この電荷移動抵抗は電気化学的な反応の状態を示すので、この電荷移動抵抗から抵抗分布検知対象セル10の面内における反応ガスの供給状態を分布として推定することも可能となる。さらにはこの反応ガス供給状態推定に基づいて反応ガス供給量などを制御することで燃料電池の発電効率を向上させることが可能になる。   Further, the reference potential generator 52 is provided with a frequency sweep function, and the AC impedance of the resistance distribution detection target cell 10 can be measured by sweeping the frequency of the AC waveform within a predetermined range. In addition to the resistance (ion + electron transfer resistance) of the resistance distribution detection target cell 10, the charge transfer resistance at the electrochemical interface of the electrolyte membrane can be derived from the measured AC impedance. Since this charge transfer resistance indicates the state of electrochemical reaction, it is possible to estimate the supply state of the reaction gas in the plane of the resistance distribution detection target cell 10 as the distribution from this charge transfer resistance. Furthermore, it is possible to improve the power generation efficiency of the fuel cell by controlling the reaction gas supply amount and the like based on the reaction gas supply state estimation.

(電極プレートの内部構造)
図6は電極プレートの内部構造を示す図である。
(Internal structure of electrode plate)
FIG. 6 shows the internal structure of the electrode plate.

ベースプレート21は、片面(図6では底面)に電極22が形成されており、その反対面(図6では天面)には背面電極24が形成され、電極22と背面電極24とは導電体25で接続されている。この導電体25は抵抗分布検知対象セル10を含む発電電流を貫通させるものである。導電体25は、最大貫通電流容量に応じた本数で電極22と背面電極24とを接続する。また交流発生器(交流発生回路)30は、ベースプレート21の電極22の背面に内蔵されている。このような構造の電極プレート20は、多層プリント基板の製造プロセスによって製造することができる。   The base plate 21 has an electrode 22 formed on one surface (bottom surface in FIG. 6), a back electrode 24 formed on the opposite surface (top surface in FIG. 6), and the electrode 22 and the back electrode 24 are made of a conductor 25. Connected with. The conductor 25 allows a generated current including the resistance distribution detection target cell 10 to pass therethrough. The conductors 25 connect the electrodes 22 and the back electrodes 24 in the number corresponding to the maximum through current capacity. An AC generator (AC generation circuit) 30 is built in the back surface of the electrode 22 of the base plate 21. The electrode plate 20 having such a structure can be manufactured by a manufacturing process of a multilayer printed board.

交流発生器30を内蔵することで、外部配線を無くして、抵抗分布検知対象セル10及び他の発電セルと同一サイズになり、燃料電池スタックの大きさを変えることなく介装することができる。   By incorporating the AC generator 30, external wiring is eliminated, the resistance distribution detection target cell 10 and the other power generation cells have the same size, and can be interposed without changing the size of the fuel cell stack.

また電極22の直下に交流発生器(交流発生回路)30を形成することで電気ノイズや配線抵抗に起因する検出誤差も少なくできる。   Further, by forming the AC generator (AC generation circuit) 30 directly under the electrode 22, detection errors due to electrical noise and wiring resistance can be reduced.

さらに電極22と背面電極24とを導電体25で接続したので、電極プレート20の表裏面間を発電電流が自在に通電できる。したがって電極プレート20を燃料電池スタックを任意の場所に積層可能である。したがって燃料電池システムの設計自由度が向上する。   Furthermore, since the electrode 22 and the back electrode 24 are connected by the conductor 25, the generated current can be freely passed between the front and back surfaces of the electrode plate 20. Therefore, it is possible to stack the electrode plate 20 on the fuel cell stack at an arbitrary place. Therefore, the design freedom of the fuel cell system is improved.

さらにまた複数の電極プレート20を介装してもよい。このようにすれば、燃料電池スタックの全域の発電セルに対して適切な発電制御を行って常に最大限の発電出力密度を発揮させることも可能になる。   Furthermore, a plurality of electrode plates 20 may be interposed. In this way, it is also possible to always exert the maximum power generation output density by performing appropriate power generation control on the power generation cells in the entire area of the fuel cell stack.

また電極22は、たとえば4枚などに分割されているが、導電体25によって背面電極24と導通されているので、燃料電池スタックの発電電流(直流)の流れを乱すことがなく、電極プレート20が介在しない本来のスタック発電現象を再現できるのである。   The electrode 22 is divided into, for example, four sheets, but is electrically connected to the back electrode 24 by the conductor 25, so that the flow of the generated current (DC) of the fuel cell stack is not disturbed, and the electrode plate 20 It can reproduce the original stack power generation phenomenon without intervening.

(抵抗分布検出装置を使用する燃料電池システム)
図7は、本発明による抵抗分布検出装置を使用する燃料電池システムを示す図である。
(Fuel cell system using resistance distribution detector)
FIG. 7 is a diagram showing a fuel cell system using the resistance distribution detection device according to the present invention.

燃料電池システム100の燃料電池スタック1は、上述した電極プレート20を含む。   The fuel cell stack 1 of the fuel cell system 100 includes the electrode plate 20 described above.

燃料電池システム100のカソード流路110の上流側にはブロア111が設けられる。このブロア111によって空気(カソードガスC)が燃料電池スタック1に供給される。ブロア111を制御することでカソードガス流量を調整できる。カソード流路110の下流側には排気弁112とカソード圧力センサ113とが設けられる。排気弁112を制御することでカソードガス圧力を調整できる。   A blower 111 is provided on the upstream side of the cathode channel 110 of the fuel cell system 100. Air (cathode gas C) is supplied to the fuel cell stack 1 by the blower 111. The cathode gas flow rate can be adjusted by controlling the blower 111. An exhaust valve 112 and a cathode pressure sensor 113 are provided on the downstream side of the cathode channel 110. The cathode gas pressure can be adjusted by controlling the exhaust valve 112.

燃料電池システム100のアノード流路120の上流側には燃料供給バルブ121とアノード圧力センサ122とが設けられる。燃料供給バルブ121を制御することで発電量を調整できる。アノード流路120の下流側には循環ポンプ123とパージ弁124とが設けられる。循環ポンプ123とパージ弁124との間から循環流路120aが分岐する。   A fuel supply valve 121 and an anode pressure sensor 122 are provided on the upstream side of the anode flow path 120 of the fuel cell system 100. The amount of power generation can be adjusted by controlling the fuel supply valve 121. A circulation pump 123 and a purge valve 124 are provided on the downstream side of the anode channel 120. A circulation flow path 120 a branches from between the circulation pump 123 and the purge valve 124.

燃料電池システム100の冷媒流路130の上流側には流量弁131が設けられる。流量弁131を制御することで冷却量を調整できる。   A flow valve 131 is provided on the upstream side of the refrigerant flow path 130 of the fuel cell system 100. The cooling amount can be adjusted by controlling the flow valve 131.

電流密度分布センサ20の電流密度分布信号、温度分布信号、カソード圧力信号、アノード圧力信号などに基づいて、FC運転コントローラ150は、ブロア111、排気弁112、燃料供給バルブ121、循環ポンプ123、流量弁131、電力調整装置140などを制御する。なおFC運転コントローラ150は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ150を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。   Based on the current density distribution signal, temperature distribution signal, cathode pressure signal, anode pressure signal and the like of the current density distribution sensor 20, the FC operation controller 150 includes a blower 111, an exhaust valve 112, a fuel supply valve 121, a circulation pump 123, a flow rate. The valve 131, the power adjustment device 140, and the like are controlled. The FC operation controller 150 is constituted by a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). The controller 150 may be composed of a plurality of microcomputers.

図8は、本発明による燃料電池システムの制御内容をまとめた図である。   FIG. 8 is a diagram summarizing the control contents of the fuel cell system according to the present invention.

燃料電池システムは、この図8に示されたような制御を実行する。具体的な内容は、図9以降のフローチャートに沿って説明する。   The fuel cell system executes the control as shown in FIG. Specific contents will be described with reference to the flowcharts in FIG.

(ドライアウト回避制御)
図9は、本発明による燃料電池システムのドライアウト回避制御を示すフローチャートである。
(Dry-out avoidance control)
FIG. 9 is a flowchart showing dryout avoidance control of the fuel cell system according to the present invention.

ステップS100においてコントローラは、抵抗分布検知対象セルの抵抗値及びその分布を検出する。   In step S100, the controller detects the resistance value of the resistance distribution detection target cell and its distribution.

ステップS210においてコントローラは、抵抗値が上昇したか否かを判定する。抵抗値が上昇しなければドライアウトの可能性は高くないので、ステップS800へ処理を移行し通常運転制御を実行する。抵抗値が上昇すればステップS220へ処理を移行する。   In step S210, the controller determines whether or not the resistance value has increased. If the resistance value does not increase, the possibility of dryout is not high, so the process proceeds to step S800 and normal operation control is executed. If the resistance value increases, the process proceeds to step S220.

ステップS220においてコントローラは、検出された抵抗分布が過大であって許容範囲を超えるか否かを判定する。許容範囲を超えればステップS230へ処理を移行した後、ステップS240へ処理を移行する。許容範囲を超えなければ、ステップS240へ処理を直接移行する。   In step S220, the controller determines whether the detected resistance distribution is excessive and exceeds an allowable range. If the allowable range is exceeded, the process proceeds to step S230, and then the process proceeds to step S240. If the allowable range is not exceeded, the process directly proceeds to step S240.

ステップS230においてコントローラは、出力制限フラグをセットする。   In step S230, the controller sets an output restriction flag.

ステップS240においてコントローラは、ドライアウト回避制御を実行する。   In step S240, the controller executes dryout avoidance control.

図10は、ドライアウト回避制御のサブルーチンを示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine of dryout avoidance control.

ステップS241においてコントローラは、流量弁131を開く。すると冷却水の流量が増加し、セル温度が低下する。   In step S241, the controller opens the flow valve 131. Then, the flow rate of the cooling water increases and the cell temperature decreases.

ステップS242においてコントローラは、加湿器の加湿量をアップする。するとカソードガスの加湿量が上昇し高加湿状態になる。   In step S242, the controller increases the humidification amount of the humidifier. Then, the humidification amount of the cathode gas is increased and a high humidification state is obtained.

ステップS243においてコントローラは、出力制限フラグがセットされているか否かを判定する。セットされていればステップS244へ処理を移行し、セットされていなければステップS245へ処理を移行する。   In step S243, the controller determines whether the output restriction flag is set. If it is set, the process proceeds to step S244, and if it is not set, the process proceeds to step S245.

ステップS244においてコントローラは、出力を制限する。   In step S244, the controller limits the output.

ステップS245においてコントローラは、燃料供給バルブ121を開き、ブロア111の回転をアップする。するとアノードガス及びカソードガスの流量が増大する。   In step S245, the controller opens the fuel supply valve 121 and increases the rotation of the blower 111. As a result, the flow rates of the anode gas and the cathode gas increase.

ステップS246においてコントローラは、電力調整装置140の出力を増大する。すると発電量が増加する。そして生成水及び高加湿により電解質膜が湿潤しドライアウトを回避できる。   In step S246, the controller increases the output of the power adjustment device 140. Then, the amount of power generation increases. The electrolyte membrane is wetted by the generated water and high humidification, and dryout can be avoided.

(フラッディング回避制御)
図11は、本発明による燃料電池システムのフラッディング回避制御を示すフローチャートである。
(Flooding avoidance control)
FIG. 11 is a flowchart showing flooding avoidance control of the fuel cell system according to the present invention.

ステップS100においてコントローラは、抵抗分布検知対象セルの抵抗値及びその分布を検出する。   In step S100, the controller detects the resistance value of the resistance distribution detection target cell and its distribution.

ステップS310においてコントローラは、抵抗値が低下したか否かを判定する。抵抗値が低下しなければフラッディングの可能性は高くないので、ステップS800へ処理を移行し通常運転制御を実行する。抵抗値が低下すればステップS320へ処理を移行する。   In step S310, the controller determines whether or not the resistance value has decreased. If the resistance value does not decrease, the possibility of flooding is not high. Therefore, the process proceeds to step S800, and normal operation control is executed. If the resistance value decreases, the process proceeds to step S320.

ステップS320においてコントローラは、検出された抵抗分布が過大であって許容範囲を超えるか否かを判定する。許容範囲を超えればステップS330へ処理を移行した後、ステップS340へ処理を移行する。許容範囲を超えなければ、ステップS340へ処理を直接移行する。   In step S320, the controller determines whether or not the detected resistance distribution is excessive and exceeds an allowable range. If the allowable range is exceeded, the process proceeds to step S330, and then the process proceeds to step S340. If the allowable range is not exceeded, the process directly proceeds to step S340.

ステップS330においてコントローラは、出力制限フラグをセットする。   In step S330, the controller sets an output restriction flag.

ステップS340においてコントローラは、フラッディング回避制御を実行する。   In step S340, the controller executes flooding avoidance control.

図12は、フラッディング回避制御のサブルーチンを示すフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart illustrating a subroutine for flooding avoidance control.

ステップS341においてコントローラは、加湿器の加湿量を減少させる。または既にフラッディング状態を示す抵抗値/分布を検出した場合は加湿器をバイパスさせて乾燥したカソードガスをスタックへ供給する。これによりセル内の露点が降下し乾燥状態になる。   In step S341, the controller decreases the humidification amount of the humidifier. Alternatively, when the resistance value / distribution indicating the flooding state has already been detected, the humidified gas is bypassed and the dried cathode gas is supplied to the stack. As a result, the dew point in the cell is lowered to a dry state.

ステップS342においてコントローラは、流量弁131を閉じる。すると冷却水の流量が減少し、セル温度が上昇する。   In step S342, the controller closes the flow valve 131. Then, the flow rate of the cooling water decreases and the cell temperature rises.

ステップS343においてコントローラは、出力制限フラグがセットされているか否かを判定する。セットされていればステップS344へ処理を移行し、セットされていなければステップS346へ処理を移行する。   In step S343, the controller determines whether an output restriction flag is set. If it is set, the process proceeds to step S344, and if it is not set, the process proceeds to step S346.

ステップS344においてコントローラは、パージする。   In step S344, the controller purges.

ステップS345においてコントローラは、出力を制限する。   In step S345, the controller limits the output.

ステップS346においてコントローラは、循環ポンプ123及びブロア111の回転をアップする。するとアノードガス及びカソードガスの流量が増大し、ガス流速が増してセル内の排水性が促進される。   In step S346, the controller increases the rotation of the circulation pump 123 and the blower 111. Then, the flow rates of the anode gas and the cathode gas are increased, the gas flow rate is increased, and the drainage property in the cell is promoted.

ステップS347においてコントローラは、電力調整装置140の出力を増大する。すると発電量が増加する。そしてセル温度上昇と供給ガス乾燥との相乗効果によって電解質膜が乾燥しフラッディングを回避できる。   In step S347, the controller increases the output of the power adjustment device 140. Then, the amount of power generation increases. The electrolyte membrane is dried by the synergistic effect of the cell temperature rise and the supply gas drying, and flooding can be avoided.

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。   Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are also included in the technical scope of the present invention.

たとえばベースプレートの片面に形成される電極は、上記実施形態においては、電極22−1,電極22−2,電極22−3及び電極22−4の4枚である場合を一例として示したが、2枚若しくは3枚であっても又は5枚以上であってもよい。要求される精度や製造コストなどを勘案して適宜設定すればよい。   For example, in the above-described embodiment, the electrode formed on one side of the base plate is shown as an example in which the number of electrodes 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 is four. It may be one sheet, three sheets, or five or more sheets. What is necessary is just to set suitably in consideration of the precision, manufacturing cost, etc. which are requested | required.

本発明による抵抗分布検出装置を使用する燃料電池を示す図である。It is a figure which shows the fuel cell which uses the resistance distribution detection apparatus by this invention. 抵抗分布検出装置の主要構成をモデル化した図である。It is the figure which modeled the main structures of the resistance distribution detection apparatus. 本実施形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this embodiment. 本発明による抵抗分布検出装置の第2実施形態を示すモデル回路図である。It is a model circuit diagram which shows 2nd Embodiment of the resistance distribution detection apparatus by this invention. 本発明による抵抗分布検出装置の第3実施形態を示すモデル回路図である。It is a model circuit diagram which shows 3rd Embodiment of the resistance distribution detection apparatus by this invention. 電極プレートの内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of an electrode plate. 本発明による抵抗分布検出装置を使用する燃料電池システムを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell system which uses the resistance distribution detection apparatus by this invention. 本発明による燃料電池システムの制御内容をまとめた図である。It is the figure which summarized the control content of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムのドライアウト回避制御を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing dryout avoidance control of the fuel cell system according to the present invention. ドライアウト回避制御のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of dryout avoidance control. 本発明による燃料電池システムのフラッディング回避制御を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing flooding avoidance control of the fuel cell system according to the present invention. フラッディング回避制御のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of flooding avoidance control. 解決課題を説明するためのモデルを示した図である。It is the figure which showed the model for demonstrating a solution subject. 解決課題を説明する図である。It is a figure explaining a solution subject.

符号の説明Explanation of symbols

10 抵抗分布検知対象セル
20 電極プレート
21 ベースプレート
22 電極
30 交流制御器
51 検出器
52 基準電位発生器
53 比較器(隣設電極比較器)
54 比較器(基準比較器)
70 コントローラ(抵抗算出手段)
10 resistance distribution detection target cell 20 electrode plate 21 base plate 22 electrode 30 AC controller 51 detector 52 reference potential generator 53 comparator (adjacent electrode comparator)
54 Comparator (reference comparator)
70 Controller (resistance calculation means)

Claims (6)

燃料電池スタックに介装され、抵抗分布検知対象セルの抵抗分布を検知する抵抗分布検出装置であって、
電気絶縁性のベースプレートの表面に形成されて前記抵抗分布検知対象セルに当接する複数の電極を含む電極プレートと、
前記複数の電極のそれぞれの電位が同電位になるように交流を流す交流制御器と、
前記複数の電極に流された交流に基づいて各電極に当接する領域毎の抵抗値を算出する抵抗算出手段と、
を備えることを特徴とする抵抗分布検出装置。
A resistance distribution detection device that is interposed in a fuel cell stack and detects a resistance distribution of a resistance distribution detection target cell,
An electrode plate including a plurality of electrodes formed on the surface of the electrically insulating base plate and in contact with the resistance distribution detection target cell;
An alternating current controller for causing alternating current to flow so that each of the plurality of electrodes has the same potential;
A resistance calculating means for calculating a resistance value for each region in contact with each electrode based on an alternating current passed through the plurality of electrodes;
A resistance distribution detection device comprising:
請求項1に記載の抵抗分布検出装置において、
前記複数の電極のそれぞれの電位を検出する電位検出手段を有し、
前記交流制御器は、検出した各電位をフィードバックして各電極の電位が同電位になるように交流を流す、
ことを特徴とする抵抗分布検出装置。
The resistance distribution detection device according to claim 1,
Having a potential detection means for detecting the potential of each of the plurality of electrodes;
The alternating current controller feeds back alternating current so that the potential of each electrode becomes the same potential by feeding back each detected potential.
A resistance distribution detecting device.
請求項1に記載の抵抗分布検出装置において、
前記複数の電極のうち隣設する電極間の電位差を検出する隣設電極比較器を有し、
前記交流制御器は、前記隣設電極間電位差をフィードバックして隣設する電極の電位が同電位になるように交流を流す、
ことを特徴とする抵抗分布検出装置。
The resistance distribution detection device according to claim 1,
An adjacent electrode comparator for detecting a potential difference between adjacent electrodes among the plurality of electrodes;
The AC controller feeds an alternating current so that the potential of the adjacent electrode is the same potential by feeding back the potential difference between the adjacent electrodes.
A resistance distribution detecting device.
請求項1に記載の抵抗分布検出装置において、
基準電位と各電極との電位差を検出する基準比較器を有し、
前記交流制御器は、前記基準との電位差をフィードバックして各電極の電位が同電位になるように交流を流す、
ことを特徴とする抵抗分布検出装置。
The resistance distribution detection device according to claim 1,
A reference comparator for detecting a potential difference between the reference potential and each electrode;
The AC controller feeds an alternating current so that the potential of each electrode becomes the same potential by feeding back the potential difference from the reference.
A resistance distribution detecting device.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の抵抗分布検出装置において、
前記電極プレートは、
前記電極の配置面とは反対面に配置された背面電極と、
前記電極と前記背面電極とを接続する導電体と、を含む、
ことを特徴とする抵抗分布検出装置。
In the resistance distribution detection device according to any one of claims 1 to 4,
The electrode plate is
A back electrode disposed on a surface opposite to the surface on which the electrode is disposed;
A conductor connecting the electrode and the back electrode,
A resistance distribution detecting device.
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の抵抗分布検出装置を使用する燃料電池システムにおいて、
検出された抵抗値及び抵抗分布が目標通りになるように燃料電池の電解質膜の含水量を制御する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system using the resistance distribution detection device according to any one of claims 1 to 5,
Control the water content of the electrolyte membrane of the fuel cell so that the detected resistance value and resistance distribution are as intended.
A fuel cell system.
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