JP2012043673A - 燃料電池の評価方法、燃料電池の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の発電状態の評価についての精度を向上させる。
【解決手段】アノードと、カソードとの間の電圧を測定するための複数の端子を含む燃料電池セルを複数備えた燃料電池の評価方法は、（ａ）複数の異なる運転条件の下で燃料電池を作動させた場合における、各燃料電池セルについて複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、（ｂ）複数の燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている端子からなる端子グループ毎に、運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える端子が存在するか否かを判定する工程と、（ｃ）工程（ｂ）により、電位差が予め定められた範囲を超える端子が存在しないと判定された端子グループの電圧を用いて、燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の評価方法に関する。

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。このような燃料電池は、電解質膜の両側に電極触媒層が形成された膜電極接合体と、ガス拡散層とからなるセルが複数積層されたスタック構造を有している。従来、燃料電池スタックを構成する各セルの状態を検出するために、セル内に複数の電圧測定点を設け、この複数の電圧測定点における検出電圧に基づいて燃料電池の発電状態を評価する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２０９４５６号公報 特開平９−２８３１６６号公報 特開２００７−１８７４５号公報

しかし、従来の技術では、セル内部の劣化部位に電圧測定点が設けられている場合、当該セルの発電状態を正しく評価できないことがあるという問題があった。

さらに、燃料電池スタックに含まれるセルの一部が新品（或いはこれに相当する良品）のセルと交換された状態の中古の燃料電池スタックの発電状態を評価する場合、特に交換されたセルと既存のセルとの境界面において測定電圧のばらつきが生じ、燃料電池スタックの発電状態を正しく評価することができないことがあるという問題があった。

本発明は、燃料電池の発電状態の評価についての精度を向上させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
アノードと、カソードとの間の電圧を測定するための複数の端子を含む燃料電池セルを複数備えた燃料電池の評価方法であって、
（ａ）複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合における、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
（ｂ）複数の前記燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている前記端子からなる端子グループ毎に、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在するか否かを判定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループの電圧を用いて、前記燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する工程と、
を備える、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、複数の燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている端子からなる端子グループ毎に、運転条件を変える前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える端子が存在しないと判定された端子グループの電圧を用いて、燃料電池スタックの出力電圧特性を評価するため、燃料電池の発電状態の評価についての精度を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池の評価方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ａ１）前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
（ａ２）前記アノードに供給される燃料ガスと、前記カソードに供給される酸化ガスの流量の一方を他方に比べて減じた状態で、前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
を含む、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、アノードとカソードにおけるガス流量（すなわち、燃料電池の運転条件）を変えた状態における、複数の端子毎に測定された電圧を取得することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
（ｄ）前記工程（ｂ）により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループのうちの少なくとも１つの端子グループから得られる電圧を、前記燃料電池を電源として使用する移動体の制御に用いるための前記燃料電池の出力電圧特性として使用するように設定する工程を備える、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、運転条件を変える前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える端子が存在しないと判定された端子グループの電圧を用いて、移動体の制御を行うことができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか一項記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
（ｅ）各前記燃料電池セルの劣化有無を評価する工程と、
を備える、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、燃料電池セルの劣化有無を評価することができる。

［適用例５］
適用例４記載の燃料電池の評価方法であって、
前記工程（ｅ）は、
（ｅ１）前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
（ｅ２）前記燃料電池セル毎に、前記工程（ｅ１）で取得された値から、最高値と最低値とを除外した上での平均値を求める工程と、
（ｅ３）前記平均値を用いて前記燃料電池セルの劣化有無を評価する工程と、
を備える、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、セル毎の複数の端子について測定された電圧のうち、最高値と最低値とを除外した上での平均値を求め、この平均値を用いてセルの劣化有無を評価するため、より正確にセルの劣化状態を評価することができる。

［適用例６］
適用例５記載の燃料電池の評価方法であって、
前記工程（ｅ３）は、前記平均値が、予め定められた基準値以上である場合に、前記燃料電池セルには劣化がないものと評価する、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、セル毎の複数の端子について測定された電圧から求めた平均値と、予め定められた基準値とを用いて、燃料電池セルの劣化有無を評価するため、燃料電池セルの劣化有無を定量的に評価することができる。

［適用例７］
適用例５記載の燃料電池の評価方法であって、
前記工程（ｅ３）は、前記平均値が、
１−（前記平均値／新品の燃料電池セルにおける電圧を示す初期値）≦０．２５
を満たす場合に、前記燃料電池セルには劣化がないものと評価する、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、セル毎の複数の端子について測定された電圧から求めた平均値と、新品の燃料電池セルにおける電圧を示す初期値とを用いて、燃料電池セルの劣化有無を評価するため、燃料電池セルの劣化有無を定量的に評価することができる。

［適用例８］
適用例１記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
（ｆ）前記燃料電池を電源として使用する移動体の制御に用いられる前記燃料電池の出力電圧特性を得るための複数の制御用端子毎に、複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合において測定された電圧を取得する工程と、
（ｇ）複数の前記制御用端子からなる端子グループについて、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記制御用端子が存在するか否かを判定する工程と、
を備える、燃料電池の評価方法。
このような構成とすれば、車両の制御に用いられる燃料電池の出力電圧特性を得るための複数の制御用端子からなる端子グループにより測定された電圧に基づいて、燃料電池スタックの出力電圧特性を評価することができる。

［適用例９］
アノードと、カソードとの間の電圧を測定するための複数の端子を含む燃料電池セルを複数備えた燃料電池の評価装置であって、
複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合における、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する電圧取得部と、
複数の前記燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている前記端子からなる端子グループ毎に、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在するか否かを判定する判定部と、
前記判定部により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループの電圧を用いて、前記燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する評価部と、
を備える、燃料電池の評価装置。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池の評価装置、燃料電池の評価装置システム、それらを制御する方法、それらを備える移動体等の態様で実現することができる。また、本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略して構成することもできる。

本発明の一実施例としての評価装置の概略構成を示す説明図である。 評価装置に接続される燃料電池スタックの外観を表す斜視図である。 燃料電池スタックが備えるセパレータの概略構成を示す説明図である。 評価装置を用いた燃料電池の出力電圧特性の評価の手順を示すフローチャートである。 ２つの異なる運転条件の下で燃料電池を作動させた場合における測定電圧を示す説明図である。 セル再利用判定処理（図４：ステップＳ１０２）の処理の手順を示すフローチャートである。 セル再利用判定処理（図４：ステップＳ１０２）を説明するための説明図である。 第２実施例における燃料電池スタックが備えるセパレータの概略構成を示す説明図である。 第２実施例における評価装置を用いた燃料電池の出力電圧特性の評価の手順を示すフローチャートである。 ２つの異なる運転条件の下で燃料電池を作動させた場合におけるモニタ端子群での測定電圧を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての評価装置１０の概略構成を示す説明図である。評価装置１０は、評価用ＥＣＵ２０と、電圧検出部３０と、電気配線４０とを備えている。評価用ＥＣＵ２０は、評価装置１０の全体を制御するための制御ユニットであり、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成される。具体的には、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行する図示しないＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納された図示しないＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされる図示しないＲＡＭと、各種信号を入出力する図示しない入出力ポート等を備える。評価用ＥＣＵ２０は、電圧検出部３０と信号回線を介して接続される。評価用ＥＣＵ２０の機能についての詳細は後述する。電圧検出部３０は、第１〜第４のスイッチ回路３１〜３４と、図示しない電圧計とを含み、燃料電池スタック５０に含まれる複数の燃料電池セル（なお、燃料電池セルのことを、以降単に「セル」とも呼ぶ。）の電圧を検出する。第１〜第４のスイッチ回路３１〜３４は、電気配線４０によって、燃料電池スタック５０に接続されている。詳細は後述する。

図２は、評価装置１０に接続される燃料電池スタック５０の外観を表す斜視図である。この燃料電池スタック５０は、反応ガスの供給を受けて、その電気化学反応（燃料電池反応）によって発電する固体高分子型燃料電池である。具体的には、燃料ガスとして水素が供給され、酸化ガスとして酸素を含有する空気が供給される。なお、燃料電池スタック５０としては、固体高分子型燃料電池でなくとも良く、任意の種々のタイプの燃料電池（例えば、りん酸型燃料電池や固体電解質型燃料電池等）でも良い。燃料電池スタック５０は、複数のセル（セルＣＥ１〜ＣＥｎ）を積層して形成されている。セルの積層数（ｎ）は燃料電池に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

セル（セルＣＥ１〜ＣＥｎ）は、膜電極接合体２００の両面を、セパレータ１００で挟むことによって構成されている。膜電極接合体２００は、図示しない電解質膜の両面に、それぞれ図示しないアノード電極と、カソード電極とが配置された発電体である。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。アノード電極およびカソード電極は、それぞれ、ガス拡散性を有する多孔質な電極であり、例えば、カーボンペーパーによって構成することができる。アノード電極およびカソード電極には、それぞれ、化学反応を促進させるための触媒（例えば、白金）が担持されている。

図３は、燃料電池スタック５０が備えるセパレータ１００の概略構成を示す説明図である。セパレータ１００は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ１００には、第１〜第４の孔部１０１〜１０４が設けられている。第１の孔部１０１は、燃料電池スタック５０を組み立てた際、燃料電池スタック５０内部を、その積層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールドを形成する。同様に、第２の孔部１０２は燃料ガス排出マニホールドを、第３の孔部１０３は燃料ガス供給マニホールドを、第４の孔部１０４は酸化ガス排出マニホールドを、それぞれ形成する。

さらに、セパレータ１００の四隅には、それぞれモニタ端子が設けられている。電圧検出部３０の内部に含まれる第１のスイッチ回路３１（図１）が備える複数の接続用端子は、電気配線４１により、燃料電池スタック５０の複数のモニタ端子に接続され、第１の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮ１を構成する。同様に、第２のスイッチ回路３２の複数の接続用端子は、電気配線４２によりモニタ端子に接続され第２の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮ２を、第３のスイッチ回路３３の複数の接続用端子は、電気配線４３によりモニタ端子に接続され第３の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮ３を、第４のスイッチ回路３４の複数の接続用端子は、電気配線４４によりモニタ端子に接続され第４の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮ４を、それぞれ構成する。なお、端子グループとは、燃料電池スタック５０を構成する燃料電池セルにおいて、同じ位置に配置されているモニタ端子からなる端子群の総称である。

電圧検出部３０は、第１〜第４のスイッチ回路３１〜３４の内部に設けられたスイッチを順次切り替えることによって、モニタ端子群ＭＮ１〜４における各セルのセル電圧を順次検出する。電圧検出部３０が検出するセル電圧とは、各セルのアノード電極とカソード電極との間の電圧を示す。

図４は、評価装置１０を用いた燃料電池の出力電圧特性の評価の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０２において評価用ＥＣＵ２０は、セル単位での出力電圧が予め定められた基準値を下回っているか否かを判定するセル再利用判定処理を行う。詳細は後述する。ステップＳ１０４において評価用ＥＣＵ２０は、セル再利用判定処理の結果をもとにして、セル単位での出力電圧が基準値を下回るセルを、新品セル（もしくはセル単位での出力電圧が基準値を下回らない良品セル）と交換するセル交換処理を行う。なお、ステップＳ１０４のセル交換処理は、作業者が行ってもよい。

図５は、２つの異なる運転条件の下で燃料電池を作動させた場合における測定電圧を示す説明図である。図５の燃料電池は、セル番号１〜１００までのセルが新品セル、セル番号１０１〜２００までのセルが中古セルである燃料電池についての例を示している。また、図５は、２つの異なる運転条件として、燃料電池に供給するガス流量を変化させた場合の例を示している。

図４のステップＳ１０６において電圧検出部３０は、第１の運転条件で燃料電池を作動させた場合の燃料電池スタック５０の電圧を測定する。具体的には、電圧検出部３０は、図示しないエアポンプから配管を介して、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック５０に供給すると共に、図示しない水素タンクから配管を介して、燃料ガスとしての水素を燃料電池スタック５０に供給する。この際のストイキ比は、燃料電池スタック５０の電気化学反応に十分なストイキ比（例えばアノード側、カソード側共に２．０）であることが好ましい。なお、ストイキ比とは、燃料電池の発電量に対して最低限必要なガス量（即ち電気化学反応に供されるガス量）と実際に供給されたガス量との比を意味する。

電圧検出部３０は、上述のようにして燃料電池スタック５０を発電させた状態で、モニタ端子群ＭＮ１〜４（図３）における各セルのセル電圧を順次検出する。具体的には、電圧検出部３０はまず、セル番号１で識別されるセルに関して、モニタ端子群ＭＮ１〜４のそれぞれについて測定される電圧（アノード電極とカソード電極との間の電圧）を測定する。その後、電圧検出部３０は、第１〜４のスイッチ回路内部のスイッチをそれぞれ切り替えることによって、セル番号２で識別されるセルに関して、モニタ端子群ＭＮ１〜４のそれぞれについて測定される電圧を測定する。電圧検出部３０は、全てのセルに関しての電圧を測定するまで、スイッチの切り替えと、電圧の測定を繰り返す。

図５（Ａ）は、燃料電池スタック５０の各モニタ端子部において、第１の運転条件下で測定された電圧を示すグラフである。図５（Ａ）では、モニタ端子群ＭＮ１（第１の端子グループ）から、モニタ端子群ＭＮ４（第４の端子グループ）まで、同様の測定結果を示している。

図４のステップＳ１０８において電圧検出部３０は、第１の運転条件とは異なる第２の運転条件で燃料電池を作動させた場合の燃料電池スタック５０の電圧を測定する。具体的には、電圧検出部３０は、燃料電池スタック５０に供給する酸化ガスと、燃料ガスとのうちの一方の供給量を、他方に比べて減じた状態とする。この際のストイキ比は、例えば、アノード側２．０、カソード側１．２とすることができる。なお、ステップＳ１０８におけるストイキ比は、アノード側、カソード側ともに１．０を下回らないようにすることが好ましい。電圧検出部３０は、上述のようにしてガスを減らした状態で燃料電池スタック５０を発電させ、ステップＳ１０６で説明したものと同様の手順を用いて、モニタ端子群ＭＮ１〜４（図３）における各セルのセル電圧を順次検出する。

図５（Ｂ）は、燃料電池スタック５０の各モニタ端子群ＭＮ１〜４において、第２の運転条件下で測定された電圧を示すグラフである。図５（Ｂ）に示すように、運転条件を変えることで、各モニタ端子群ＭＮ１〜４において測定される電圧の値がばらつき、実際の電圧よりも高い値（電圧ＤＵ３、ＤＵ４）や、低い値（電圧ＤＬ３、ＤＬ４）を示す。これは、燃料電池スタック５０の新品セルと中古セルの境界において特に顕著に現れる。

図４のステップＳ１１０において評価用ＥＣＵ２０は、運転条件を変える前後において電位差が拡大したか否かを判定する。具体的には、まず、電圧取得部としての評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８で検出された電圧を取得する。そして、判定部としての評価用ＥＣＵ２０は、端子グループ毎に（第１の端子グループから第４の端子グループのそれぞれについて）、燃料電池スタック５０を構成する全てのセルに対して、ステップＳ１０６で測定した電圧と、ステップＳ１０８で測定した電圧との差が予め定められた範囲を超えるか否かをそれぞれ判定する。なお、本実施例においては、予め定められた範囲は、±１５％であるものとする。評価用ＥＣＵ２０は、１つの端子グループ内に、ステップＳ１０６とＳ１０８で測定した電圧の差が予め定められた範囲を超えるセルが１つもない場合、当該端子グループに関して、運転条件を変える前後における電位差が拡大していないと判定する。

図５の例では、評価用ＥＣＵ２０は、第３の端子グループ（モニタ端子群ＭＮ３）と、第４の端子グループ（モニタ端子群ＭＮ４）とにおいて、運転条件を変える前後における電位差が拡大しているものと判定する。

図４において、運転条件を変える前後において電位差が拡大した端子グループが１つもなかった場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、処理はステップＳ１１８へ遷移する。一方、運転条件を変える前後において電位差が拡大した端子グループが１つでもあった場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１２へ遷移する。

ステップＳ１１２において評価用ＥＣＵ２０は、端子グループの総数に対して、５１％以上の端子グループで電位差が拡大したか否かを判定する。５１％以上の端子グループで電位差が拡大したと判定した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０２へ遷移し、評価用ＥＣＵ２０はセル再利用判定処理（ステップＳ１０２）を行う。一方、５１％以上の端子グループで電位差が拡大したと判定されなかった場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、処理はステップＳ１１４へ遷移する。

ステップＳ１１４において評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ１１０において、運転条件を変える前後における電位差が拡大していないと判定された端子グループのみを用いて、燃料電池スタック５０の出力電圧を再度測定する。なお、ステップＳ１１４では、評価用ＥＣＵ２０は、出力電圧を再度測定することに代えて、ステップＳ１０６で測定された電圧（すなわち、第１の運転条件下で燃料電池を作動させた場合における測定電圧）を予め図示しないメモリ領域等に記憶しておき、その電圧を読み出してもよい。

ステップＳ１１６において評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ１１４で測定（または読み出した）した出力電圧が、予め定められた基準値を満たしているか否かを判定する。満たしていないと判定した場合（ステップＳ１１６：ＮＯ）、処理はステップＳ１０２へ遷移し、評価用ＥＣＵ２０はセル再利用判定処理（ステップＳ１０２）を行う。一方、満たしていると判定した場合（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１１８へ遷移し、燃料電池スタック５０の再出荷処理が行われる。なお、燃料電池スタック５０の再出荷処理は、評価用ＥＣＵ２０が行うものとしてもよいし、作業者が行うものとしてもよい。

図５の例では、第３、４の端子グループにおいて運転条件を変える前後における電位差が拡大しているものと判定される。すなわち、５０％の端子グループで電位差が拡大していると判定されるため、評価用ＥＣＵ２０は、第１、２の端子グループを用いて、燃料電池スタック５０の出力電圧を再度測定する。第１の端子グループ（モニタ端子群ＭＮ１）、第２の端子グループ（モニタ端子群ＭＮ２）共に、出力電圧値は基準値ＳＴを下回っていないため、図５に例示した燃料電池スタックは再出荷されることとなる。

このようにすれば、複数の燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されているモニタ端子からなる端子グループ毎に、運転条件を変える前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超えるモニタ端子が存在しないと判定された端子グループの電圧を用いて、燃料電池スタックの出力電圧特性が評価される。すなわち、燃料電池スタックに含まれるセルの一部が新品（或いはこれに相当する良品）のセルと交換された状態の中古の燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する際、発電状態を正しく評価することができない端子グループを除外した状態で、燃料電池の発電状態を評価することができる。この結果、燃料電池の発電状態の評価についての精度を向上させることができる。

なお、評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ１１０において運転条件を変える前後における電位差が拡大していないと判定された端子グループのうち、少なくとも１つの端子グループから得られる電圧を、燃料電池スタック５０を電源として使用する移動体（例えば、車両）の制御に用いるための燃料電池の出力電圧特性として使用するように設定してもよい。この設定は、例えば、作業者が物理的に配線を付け替えることによって行うことができる。また、車両を制御するための車両制御ＥＣＵに対して、端子グループの識別子を設定してもよい。具体的には、例えば、第１の端子グループから得られる電圧を燃料電池の出力電圧特性として使用するように設定した場合、第１の端子グループから得られる電圧は車両制御ＥＣＵにフィードバックされ、当該車両制御ＥＣＵにおいて、燃料電池の出力電圧特性を示す値として用いられることとなる。

このようにすれば、運転条件を変える前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超えるモニタ端子が存在しないと判定された端子グループの電圧を用いて車両の制御を行うことができる。

図６は、セル再利用判定処理（図４：ステップＳ１０２）の処理の手順を示すフローチャートである。図７は、セル再利用判定処理（図４：ステップＳ１０２）を説明するための説明図である。図７（Ａ）は、燃料電池スタック５０を構成するセルのうち、セル番号１で識別される単セルＣＥ１を模式的に示す説明図である。図７（Ｂ）は、燃料電池スタック５０の各モニタ端子群ＭＮ１〜４において測定された電圧を示すグラフである。

図６のステップＳ２０２において電圧検出部３０は、図４のステップＳ１０６で説明したものと同様の第１の運転条件で燃料電池スタック５０を発電させ、判定対象となる単セルの各モニタ端子における電圧を検出する。具体的には、例えば、判定対象となるセルがセルＣＥ１である場合、電圧検出部３０は、セルＣＥ１のモニタ端子群ＭＮ１〜４を構成するモニタ端子のそれぞれについて、アノード電極とカソード電極との間の電圧を測定する。図７（Ｂ）の電圧Ｖ１１は、セルＣＥ１のモニタ端子群ＭＮ１を構成するモニタ端子により得られた電圧を示している。同様に、Ｖ１２はモニタ端子群ＭＮ２を構成するモニタ端子により得られた電圧を、Ｖ１３はモニタ端子群ＭＮ３を構成するモニタ端子により得られた電圧を、Ｖ１４はモニタ端子群ＭＮ４を構成するモニタ端子により得られた電圧を、それぞれ示している。

ステップＳ２０４において電圧取得部としての評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２で検出された電圧を取得する。そして、評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２で取得したセルの各モニタ端子における電圧から、最高値と最低値とを除外した上で、残った値を平均化する。図７（Ｂ）の例では、電圧Ｖ１１が最高値、電圧Ｖ１３が最低値であった場合、評価用ＥＣＵ２０は、これらを除外して、電圧Ｖ１２と、電圧Ｖ１４との平均値を求める。

ステップＳ２０５において評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０４で求めた平均値を用いて、判定対象セル（セルＣＥ１）の劣化有無を評価する。なお、本実施例における「劣化有無：劣化あり」とは、判定対象セルの運転によっても所定以上の電圧を得ることが出来ない状態を意味する。また、本実施例における「劣化有無：劣化なし」とは、判定対象セルの運転によって所定以上の電圧を得ることが出来る状態を意味する。

具体的には、評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０４で求めた平均値と、新品の燃料電池セルを用いた燃料電池スタックを発電させた際に得られる電圧（以降、「初期値」とも呼ぶ。）が、以下の条件を満たす場合に、当該燃料電池セルには劣化がないものと評価する。なお、初期値は、セル再利用判定処理の都度、測定してもよいし、いわゆるカタログ値を使用してもよい。
１−（平均値／初期値）≦０．２５

上記条件を満たすと判定した場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、評価用ＥＣＵ２０は、判定対象であるセルには劣化がないものと評価し、再利用可能であると判定する（ステップＳ２０８）。一方、上記条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、評価用ＥＣＵ２０は、判定対象であるセルには劣化があるものと評価し、再利用不可能であると判定する（ステップＳ２１０）。

このようにすれば、セル毎の複数のモニタ端子について測定された電圧のうち、最高値と最低値とを除外した上での平均値を求め、この平均値を用いてセルの劣化有無を評価するため、測定状況（例えば、セルの劣化部位にモニタ端子が設けられている等）における測定結果のばらつきを排除することができ、正確にセルの劣化状態を評価することができる。さらに、上記では、セル毎の複数のモニタ端子について測定された電圧から求めた平均値と、新品の燃料電池セルにおける電圧を示す初期値を用いて、燃料電池セルの劣化有無を評価するため、燃料電池セルの劣化有無を定量的に評価することができる。

Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例における燃料電池スタック５０が備えるセパレータ１００ａの概略構成を示す説明図である。図３に示した第１実施例との違いは、セパレータ１００ａに設けられているモニタ端子の数のみであり、他の構成については第１実施例と同じである。なお、図中において第１実施例と同様の構成部分については先に説明した第１実施例と同様の番号を付し、その詳細な説明を省略する。

セパレータ１００ａには、第１〜第１３のモニタ端子と、第１４のモニタ端子とが設けられている。第１〜第１３のモニタ端子は、それぞれ第１実施例と同様に、電圧検出部３０内部の第１〜第１３のスイッチ回路に接続され、第１〜第１３のモニタ端子群ＭＮ１〜ＭＮ１３を構成する。第１４のモニタ端子は、燃料電池を電源として用いる車両の制御に用いるための燃料電池の出力特性を得るための制御用端子である。第１４のモニタ端子は、電圧検出部３０内部に含まれる第１４のスイッチ回路が備える接続用端子に接続され、第１４の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮＡを構成する。なお、図８では、説明の便宜上、モニタ端子群ＭＮ１〜ＭＮ１３と、モニタ端子群ＭＮＡとを異なる表記としている。

図９は、第２実施例における評価装置１０を用いた燃料電池の出力電圧特性の評価の手順を示すフローチャートである。図４に示した第１実施例との違いは、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６を備える点のみであり、他の動作については第１実施例と同様である。図１０は、２つの異なる運転条件の下で燃料電池を作動させた場合におけるモニタ端子群ＭＮＡでの測定電圧を示す説明図である。

図９のステップＳ３０２において電圧検出部３０は、第１の運転条件で燃料電池を作動させた場合の燃料電池スタック５０の電圧を測定する。具体的には、電圧検出部３０は、図４のステップＳ１０６と同様の条件（第１の運転条件）の下で燃料電池スタック５０を発電させ、モニタ端子群ＭＮＡにおける各セルのセル電圧を順次検出する。図１０（Ａ）は、このときの測定電圧を示している。

図９のステップＳ３０４において電圧検出部３０は、第１の運転条件とは異なる第２の運転条件で燃料電池を作動させた場合の燃料電池スタック５０の電圧を測定する。具体的には、電圧検出部３０は、図４のステップＳ１０８と同様の条件（第２の運転条件）で燃料電池スタック５０を発電させ、モニタ端子群ＭＮＡにおける各セルのセル電圧を順次検出する。図１０（Ｂ）は、このときの測定電圧を示している。

図９のステップＳ３０６において評価用ＥＣＵ２０は、運転条件を変える前後において電位差が拡大したか否かを判定する。具体的には、まず、電圧取得部としての評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０２およびステップＳ３０４で検出された電圧を取得する。そして、判定部としての評価用ＥＣＵ２０は、モニタ端子群ＭＮＡ（すなわち、第１４の端子グループについて）、燃料電池スタック５０を構成する全てのセルに対して、ステップＳ３０２で測定した電圧と、ステップＳ３０４で測定した電圧との差が予め定められた範囲を超えるか否かを判定する。予め定められた範囲とは、第１実施例と同様に、±１５％であるものとする。評価用ＥＣＵ２０は、ステップＳ３０２とＳ３０４で測定した電圧の差が予め定められた範囲を超えるセルがモニタ端子群ＭＮＡ内に１つもない場合、運転条件を変える前後における電位差が拡大していないと判定する。

運転条件を変える前後における電位差が拡大していない場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）処理はステップＳ１１６へ遷移する。一方、運転条件を変える前後における電位差が拡大している場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０６へ遷移する。

このようにすれば、車両の制御に用いられる燃料電池の出力電圧特性を得るための複数の制御用端子からなる端子グループ（第１４の端子グループとしてのモニタ端子群ＭＮＡ）により測定された電圧に基づいて、まず、燃料電池スタックの出力電圧特性を評価し、複数の制御用端子からなる端子グループについての電位差が拡大したと判断された場合のみ、第１実施例と同様の処理を行う。この結果、評価用ＥＣＵに対する負荷を少なくしつつ、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、評価装置の構成、および、燃料電池スタックの構成について例示した。しかし、これらの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に定めることができる。例えば、燃料電池スタックが備える各セルについてのモニタ端子の数を、要求される計測精度等に応じて増減することが可能である。また、これらモニタ端子の形状についても任意に定めることが可能である。例えば、各セルが備えるモニタ端子は、セパレータ１００上の単なる突出部であるものとしてもよいし、セパレータ１００上の単なる孔部としてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、第１の運転条件と、第２の運転条件とについて例示した。しかし、上記実施例における第１の運転条件と、第２の運転条件とはあくまで例示であり、種々の運転条件を用いることができる。

例えば、上記実施例では、第２の運転条件として、カソード側に供給される酸化ガスを減じる場合について例示した。しかし、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される酸化ガスとの一方が他方と比べて減じた状態であれば足り、例えば、アノード側に供給される燃料ガスを減じた状態で電圧測定を行ってもよい。

さらに、例えば、第１の運転条件と、第２の運転条件とで、ガス圧力を変化させるものとしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池の出力電圧特性の評価において、運転条件を変える前後において電位差が拡大したか否かを判定するための「予め定められた範囲」は、基準値に対して±１５％であるものとした。しかし、この範囲は任意に設定することができる。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例のセル再利用判定処理のステップＳ２０５では、対象セルの劣化有無を評価するための方法、および、条件の一例を示した。しかし、対象セルの劣化有無を評価するための方法、および、条件には種々のものを採用することができる。

例えば、ステップＳ２０４で求めた平均値が、予め定められた基準値以上（平均値≧基準値）である場合に、当該燃料電池セルには劣化がないものと評価することもできる。この基準値には、任意の値を定めることができる。

例えば、ステップＳ２０４で求めた平均値と初期値とが、以下の条件を満たす場合に、当該燃料電池セルには劣化がないものと評価することもできる。
１−（平均値／初期値）≦０．２

Ｃ５．変形例５：
上記第２実施例では、セパレータ１００ａが１４個のモニタ端子を備える構成について例示した。しかし、モニタ端子の個数はあくまで例示であり、任意の個数を採用することができる。

さらに、セパレータ成型時に、複数（例えば、１４個）の端子取り出し部を成型しておき、セル再利用判定処理時に複数の端子取り出し部から１以上の任意の個数の取り出し部に対してモニタ端子を設ける構成としてもよい。

１０…評価装置、２０…評価用ＥＣＵ、３０…電圧検出部、３１…第１のスイッチ回路、３２…第２のスイッチ回路、３３…第３のスイッチ回路、３４…第４のスイッチ回路、４１…電気配線、４２…電気配線、４３…電気配線、４４…電気配線、５０…燃料電池スタック、１００…セパレータ、１００ａ…セパレータ、１０１…第１の孔部、１０２…第２の孔部、１０３…第３の孔部、１０４…第４の孔部、２００…膜電極接合体、ＳＴ…基準値、Ｖ１１…電圧、Ｖ１２…電圧、Ｖ１３…電圧、Ｖ１４…電圧、ＭＮ１…モニタ端子群、ＭＮ２…モニタ端子群、ＭＮ３…モニタ端子群、ＭＮ４…モニタ端子群、ＭＮＡ…モニタ端子群

Claims (9)

1. アノードと、カソードとの間の電圧を測定するための複数の端子を含む燃料電池セルを複数備えた燃料電池の評価方法であって、
   （ａ）複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合における、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
   （ｂ）複数の前記燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている前記端子からなる端子グループ毎に、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在するか否かを判定する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループの電圧を用いて、前記燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する工程と、
   を備える、燃料電池の評価方法。
2. 請求項１記載の燃料電池の評価方法であって、
   前記工程（ａ）は、
   （ａ１）前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
   （ａ２）前記アノードに供給される燃料ガスと、前記カソードに供給される酸化ガスの流量の一方を他方に比べて減じた状態で、前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
   を含む、燃料電池の評価方法。
3. 請求項１または２記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
   （ｄ）前記工程（ｂ）により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループのうちの少なくとも１つの端子グループから得られる電圧を、前記燃料電池を電源として使用する移動体の制御に用いるための前記燃料電池の出力電圧特性として使用するように設定する工程と、
   を備える、燃料電池の評価方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
   （ｅ）各前記燃料電池セルの劣化有無を評価する工程と、
   を備える、燃料電池の評価方法。
5. 請求項４記載の燃料電池の評価方法であって、
   前記工程（ｅ）は、
   （ｅ１）前記アノードに燃料ガスを供給し、前記カソードに酸化ガスを供給した場合の、前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する工程と、
   （ｅ２）前記燃料電池セル毎に、前記工程（ｅ１）で取得された値から、最高値と最低値とを除外した上での平均値を求める工程と、
   （ｅ３）前記平均値を用いて前記燃料電池セルの劣化有無を評価する工程と、
   を備える、燃料電池の評価方法。
6. 請求項５記載の燃料電池の評価方法であって、
   前記工程（ｅ３）は、前記平均値が、予め定められた基準値以上である場合に、前記燃料電池セルには劣化がないものと評価する、燃料電池の評価方法。
7. 請求項５記載の燃料電池の評価方法であって、
   前記工程（ｅ３）は、前記平均値が、
   １−（前記平均値／新品の燃料電池セルにおける電圧を示す初期値）≦０．２５
   を満たす場合に、前記燃料電池セルには劣化がないものと評価する、燃料電池の評価方法。
8. 請求項１記載の燃料電池の評価方法であって、さらに、
   （ｆ）前記燃料電池を電源として使用する移動体の制御に用いられる前記燃料電池の出力電圧特性を得るための複数の制御用端子毎に、複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合において測定された電圧を取得する工程と、
   （ｇ）複数の前記制御用端子からなる端子グループについて、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記制御用端子が存在するか否かを判定する工程と、
   を備える、燃料電池の評価方法。
9. アノードと、カソードとの間の電圧を測定するための複数の端子を含む燃料電池セルを複数備えた燃料電池の評価装置であって、
   複数の異なる運転条件の下で前記燃料電池を作動させた場合における、各前記燃料電池セルについて前記複数の端子毎に測定された電圧を取得する電圧取得部と、
   複数の前記燃料電池セルにおいて同じ位置に配置されている前記端子からなる端子グループ毎に、前記運転条件を変えた前後で取得した電圧の電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により、前記電位差が予め定められた範囲を超える前記端子が存在しないと判定された前記端子グループの電圧を用いて、前記燃料電池スタックの出力電圧特性を評価する評価部と、
   を備える、燃料電池の評価装置。

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