JP2013145692A - Impedance measuring method, fuel cell system, and impedance measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池のインピーダンス計測方法、燃料電池システム、およびインピーダンス計測装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell impedance measurement method, a fuel cell system, and an impedance measurement device.
近年、環境対策、および化石燃料消費量低減のために燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle、）が注目をあびている。
燃料電池電気自動車（以下「車両」または「燃料電池車両」という）においては、搭載する燃料電池のインピーダンス特性は、車両の推進力に変換される電力の発生装置に関し、その状況を確認するうえで重要な要素であり、逐次、把握しておく必要がある。
燃料電池は、発電環境や運転条件によりインピーダンスが変化するため、広い周波数域でのインピーダンス同時計測が理想である。一方、電解質膜抵抗などを含むＩＲ損（オーム損）のみを測定する場合は高周波域のインピーダンス計測で十分である。
従来において、燃料電池のインピーダンス測定の方法としては、所定の周波数の正弦波を加えて測定し、周波数を変えながら繰り返し測定を行うＦＲＡ（Frequency Response Analyzer）法が知られている（特許文献１〜特許文献３）。
また、ＦＲＡ法以外のインピーダンス計測としては、擬似白色信号を入力した後にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）法を用いる方法がある。例えば、非特許文献１では、正弦波の合成信号で同定する手法を用いている。
また、インバータが発するノイズを入力信号としてインピーダンスを計測する方法もある（特許文献４）。
In recent years, fuel cell electric vehicles (FCEVs) have attracted attention for environmental measures and for reducing fossil fuel consumption.
In a fuel cell electric vehicle (hereinafter referred to as “vehicle” or “fuel cell vehicle”), the impedance characteristic of the fuel cell to be installed is related to a power generation device that is converted into the driving force of the vehicle. It is an important factor and needs to be understood sequentially.
Since the impedance of a fuel cell changes depending on the power generation environment and operating conditions, simultaneous impedance measurement in a wide frequency range is ideal. On the other hand, when measuring only the IR loss (ohmic loss) including the electrolyte membrane resistance, impedance measurement in the high frequency range is sufficient.
Conventionally, as a method for measuring the impedance of a fuel cell, an FRA (Frequency Response Analyzer) method is known in which measurement is performed by adding a sine wave having a predetermined frequency and measurement is repeated while changing the frequency (Patent Documents 1 to 3). Patent Document 3).
As an impedance measurement other than the FRA method, there is a method of using an FFT (Fast Fourier Transform) method after inputting a pseudo white signal. For example, Non-Patent Document 1 uses a technique of identifying with a sine wave composite signal.
There is also a method of measuring impedance using noise generated by an inverter as an input signal (Patent Document 4).
しかしながら、特許文献１〜特許文献３にみられるＦＲＡ法は、一定の周波数の正弦波を入力して測定する手法であるため、その周波数一点でのインピーダンスしか測定できない。広範囲な周波数のインピーダンス特性を取得するためには、異なる周波数の正弦波を逐次、入力する必要があり、多大な計測時間を要する。また、特別な信号生成のためのハードウエアやソフトウエアが必要である。更にこれらの特別な入力信号を通常の負荷制御信号に重畳印可する必要があるというような問題があった。
また、非特許文献１などにみられるＦＦＴ法においては、矩形波やＭ系列信号（Maximum length sequence）などを入力する必要があった。また、これらの方法では前記矩形波やＭ系列信号といった特別の信号生成のためのハードウエアやソフトウエアが必要である。更にこれらの特別な入力信号を通常の負荷制御信号に重畳印可する必要が生じるという問題があった。
また、特許文献４にみられるインバータが発するノイズを入力信号としてインピーダンスを計測する方法においては、観測ノイズに対してインバータが発するノイズが小さいこと、更にはノイズの周波数分布が狭い事などの理由で計測精度が低すぎるという問題があった。
However, since the FRA method found in Patent Documents 1 to 3 is a method of inputting and measuring a sine wave having a constant frequency, it can measure only the impedance at that frequency point. In order to acquire impedance characteristics of a wide range of frequencies, it is necessary to sequentially input sine waves of different frequencies, which requires a lot of measurement time. In addition, special signal generation hardware and software are required. Furthermore, there has been a problem that it is necessary to superimpose these special input signals on a normal load control signal.
Further, in the FFT method found in Non-Patent Document 1 or the like, it is necessary to input a rectangular wave, an M-sequence signal (Maximum length sequence), or the like. Further, these methods require hardware and software for generating special signals such as the rectangular wave and the M-sequence signal. Furthermore, there is a problem that it is necessary to superimpose these special input signals on a normal load control signal.
In addition, in the method of measuring impedance using the noise generated by the inverter as an input signal, as shown in Patent Document 4, the noise generated by the inverter is small relative to the observation noise, and further, the frequency distribution of the noise is narrow. There was a problem that the measurement accuracy was too low.
そこで、本発明は前記した問題を解決するためになされたものであり、簡便な装置と構成で短時間に精度の高いインピーダンスを算出するインピーダンス計測方法、燃料電池システム、およびインピーダンス計測装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an impedance measurement method, a fuel cell system, and an impedance measurement device that calculate high-precision impedance in a short time with a simple device and configuration. For the purpose.
前記の目的を達成するために、各発明を以下のような構成にした。
すなわち、本発明のインピーダンス計測方法は、燃料電池を備えて負荷に電力を供給する燃料電池システムにおける前記燃料電池のインピーダンス計測方法であって、前記負荷の変動にともない発生した電力関連値を用いて、前記燃料電池のインピーダンスを算出することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と蓄電池を備えて負荷に電力を供給する燃料電池システムへの出力指示値と負荷の出力値を基に、制御演算部が算出する電力指示値によって前記燃料電池と前記蓄電池が制御される燃料電池システムであって、前記制御演算部は、ハンチングが発生する負荷変動を前記燃料電池に電力指示値として出力を指示するとともに、前記蓄電池にも出力を変動させる電力指示値として指示し、前記燃料電池と前記蓄電池の合計出力は変動させないことを特徴とする。
また、本発明のインピーダンス計測装置は、燃料電池と蓄電池を備えて負荷に電力を供給する燃料電池システムへの出力指示値と負荷の出力値を基に、制御演算部が算出する電力指示値によって前記燃料電池と前記蓄電池が制御される前記燃料電池システムにおける、前記燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、前記燃料電池の電流と電圧の時系列データを蓄積するデータ蓄積部と、電流と電圧を基にインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、を備え、該インピーダンス演算部は、所定時間内に前記負荷の所定以上の大きな変動が生じる際に前記燃料電池がハンチングする前後の電流と電圧の時系列データを前記データ蓄積部から取得し、前記燃料電池のインピーダンスを計測することを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
In order to achieve the above object, each invention is configured as follows.
That is, the impedance measurement method of the present invention is a method for measuring the impedance of a fuel cell in a fuel cell system that includes a fuel cell and supplies power to a load, and uses an electric power-related value that is generated due to a change in the load. The impedance of the fuel cell is calculated.
Further, the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell and a storage battery, and an electric power instruction value calculated by a control arithmetic unit based on an output instruction value to a fuel cell system that supplies electric power to the load and an output value of the load. In the fuel cell system in which the fuel cell and the storage battery are controlled, the control calculation unit instructs the fuel cell to output a load fluctuation generated by hunting as a power instruction value, and also outputs the output to the storage battery. It is indicated as a power instruction value to be changed, and the total output of the fuel cell and the storage battery is not changed.
Further, the impedance measuring device of the present invention includes a fuel cell and a storage battery, and outputs a power instruction value calculated by a control arithmetic unit based on an output instruction value to a fuel cell system that supplies power to a load and an output value of the load. In the fuel cell system in which the fuel cell and the storage battery are controlled, an impedance measurement device that measures the impedance of the fuel cell, a data storage unit that stores time-series data of the current and voltage of the fuel cell; An impedance calculation unit that calculates an impedance based on current and voltage, and the impedance calculation unit includes a current before and after hunting of the fuel cell when a large variation of the load exceeds a predetermined value within a predetermined time. Voltage time-series data is acquired from the data storage unit, and the impedance of the fuel cell is measured. .
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.
本発明によれば、簡便な装置と構成で短時間に精度の高いインピーダンスを算出するインピーダンス計測方法、燃料電池システム、およびインピーダンス計測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an impedance measurement method, a fuel cell system, and an impedance measurement device that calculate impedance with high accuracy in a short time with a simple device and configuration.
本発明の実施形態は、燃料電池のインピーダンス計測において特別な入力（正弦波や矩形波、Ｍ系列信号など）を用いずに、負荷変動時にハンチング（電流や電圧が過渡状態時に振動的になる現象）が起きた際あるいは起きる際の電流電圧の時系列データからインピーダンスを算出するインピーダンス計測方法を提供するものである。
これによれば、特別な入力信号作成のためのハードウエアやソフトウエアが不要となり、また計測のための特別な計測モードが不要となる効果がある。
また、ハンチング発生時には必ず高周波域のインピーダンスが算出できるという効果がある。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明はインピーダンス計測方法とインピーダンス計測装置の説明であるが、燃料電池システムの説明も兼ねている。
The embodiment of the present invention does not use a special input (sine wave, rectangular wave, M-sequence signal, etc.) in impedance measurement of a fuel cell, and does not cause hunting at the time of load fluctuation (current or voltage becomes oscillating when in a transient state) ) Occurs, or an impedance measurement method for calculating impedance from time-series data of current voltage at the time of occurrence.
This eliminates the need for hardware and software for creating a special input signal and eliminates the need for a special measurement mode for measurement.
In addition, there is an effect that the impedance in the high frequency region can be calculated whenever hunting occurs.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In addition, although the following description is the description of the impedance measuring method and the impedance measuring device, it also serves as the description of the fuel cell system.
（第１実施形態）
図１は本発明のインピーダンス計測装置（インピーダンス計測部）の第１実施形態を燃料電池車両に組み込んだ場合の第１の構成を示す図である。
図１において、本発明の第１実施形態であるインピーダンス計測装置１０１は、インピーダンス演算部１１１とデータ蓄積部１１２とを備えて構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a first configuration when the first embodiment of the impedance measuring device (impedance measuring unit) of the present invention is incorporated in a fuel cell vehicle.
In FIG. 1, an impedance measuring apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention includes an impedance calculation unit 111 and a data storage unit 112.
燃料電池車両（不図示）は、車両を駆動するエネルギー源である燃料電池１３と、燃料電池１３を補完する役目の蓄電池１４と、車両を駆動するモータ（負荷、負荷装置）１６と、燃料電池１３と蓄電池１４が出力する電力を指示する制御演算部（制御演算装置）１２と、制御演算部１２にモータの情報信号を送る偏差信号部１１と、燃料電池１３と蓄電池１４の出力電力を合成する駆動電力合算部１５とを備えている。 A fuel cell vehicle (not shown) includes a fuel cell 13 that is an energy source for driving the vehicle, a storage battery 14 that complements the fuel cell 13, a motor (load, load device) 16 that drives the vehicle, and a fuel cell. 13 and the control arithmetic unit (control arithmetic unit) 12 for instructing the power output from the storage battery 14, the deviation signal unit 11 for sending the motor information signal to the control arithmetic unit 12, and the output power of the fuel cell 13 and the storage battery 14 are combined. Drive power summing unit 15.
モータ出力指示値（目標電流値）１１Ｓと、モータ１６の駆動出力を反映したモータ出力値（実電流値、モータ出力）１６Ｍと、が偏差信号部１１にそれぞれ入力し、その偏差が偏差信号部１１から偏差信号１１Ｄとして出力され、制御演算部１２に入力される。
制御演算部１２は、偏差信号１１Ｄと、インピーダンス計測装置１０１のインピーダンス値信号１０１Ｓとを参照して、電力指示値１２Ｓ（もしくは電流指示値１２Ｓ）を、電流電圧制御部１７を介して燃料電池１３には電力指示値１２ＳＦを送り、蓄電池１４には電力指示値１２ＳＢを送る。
なお、電力指示値１２Ｓは、制御演算部１２が電力値を指示する場合のものであって、制御演算部１２が電流値を指示する場合には「電流指示値１２Ｓ」となる。
A motor output instruction value (target current value) 11S and a motor output value (actual current value, motor output) 16M reflecting the drive output of the motor 16 are respectively input to the deviation signal unit 11, and the deviation is the deviation signal unit. 11 is output as a deviation signal 11D and input to the control calculation unit 12.
The control calculation unit 12 refers to the deviation signal 11D and the impedance value signal 101S of the impedance measuring device 101, and supplies the power command value 12S (or current command value 12S) to the fuel cell 13 via the current / voltage control unit 17. Is sent a power command value 12SF, and the storage battery 14 is sent a power command value 12SB.
The power instruction value 12S is for the case where the control arithmetic unit 12 instructs the power value, and becomes “current instruction value 12S” when the control arithmetic unit 12 instructs the current value.
また、燃料電池１３は、燃料電池出力電力１３Ｐを駆動電力合算部１５へ送る。
また、蓄電池１４は、蓄電池出力電力１４Ｐを駆動電力合算部１５へ送る。
駆動電力合算部１５において、燃料電池出力電力１３Ｐと蓄電池出力電力１４Ｐは、合算されてモータ駆動電力１５Ｐとしてモータ１６に送られて、その電力でモータ１６を駆動する。
なお、燃料電池１３、蓄電池１４、駆動電力合算部１５、モータ１６の間には図示しないチョッパやインバータが備えられている。また燃料電池１３の出力は、モータ以外にも、図示しない補機（デバイス）でも消費される。
また、燃料電池１３への電力指示値１２ＳＦは、燃料電池１３の図示しない制御回路に対して出力される。
モータ１６は駆動されるとともに、その駆動出力を反映した電気信号のモータ出力値１６Ｍを前記したように、偏差信号部１１に送る。
In addition, the fuel cell 13 sends the fuel cell output power 13 </ b> P to the drive power summing unit 15.
Further, the storage battery 14 sends the storage battery output power 14 </ b> P to the driving power summing unit 15.
In the drive power summing unit 15, the fuel cell output power 13P and the storage battery output power 14P are summed and sent to the motor 16 as the motor drive power 15P, and the motor 16 is driven by the power.
A chopper and an inverter (not shown) are provided between the fuel cell 13, the storage battery 14, the drive power summing unit 15, and the motor 16. The output of the fuel cell 13 is consumed not only by the motor but also by an auxiliary device (device) (not shown).
Further, the power command value 12SF to the fuel cell 13 is output to a control circuit (not shown) of the fuel cell 13.
The motor 16 is driven and sends the motor output value 16M of the electric signal reflecting the drive output to the deviation signal unit 11 as described above.
また、燃料電池１３の電流値と電圧値は、燃料電池電流電圧信号１３Ｓとして、インピーダンス計測装置１０１に送られる。
インピーダンス計測装置１０１は、データ蓄積部１１２とインピーダンス演算部１１１を備えている。
データ蓄積部１１２は、燃料電池電流電圧信号１３Ｓに含まれる電流および電圧の時系列データを蓄積して記憶する。
また、インピーダンス演算部１１１は、データ蓄積部１１２に蓄積された電流および電圧の時系列データを用いて、詳細は後記するようなＦＦＴ演算や窓関数処理の演算や統計処理を実施し、所定の周波数帯域におけるインピーダンスを演算する。
The current value and voltage value of the fuel cell 13 are sent to the impedance measuring device 101 as a fuel cell current voltage signal 13S.
The impedance measuring apparatus 101 includes a data storage unit 112 and an impedance calculation unit 111.
The data accumulation unit 112 accumulates and stores time-series data of current and voltage included in the fuel cell current / voltage signal 13S.
Further, the impedance calculation unit 111 uses the time series data of the current and voltage stored in the data storage unit 112 to perform FFT calculation and window function processing calculation and statistical processing, which will be described later in detail. Calculate the impedance in the frequency band.
インピーダンス計測装置１０１は、インピーダンス演算部１１１が算出した燃料電池１３のインピーダンス値をインピーダンス値信号１０１Ｓとして、前記したように制御演算部１２に送る。
また、制御演算部１２は、インピーダンス値信号１０１Ｓを受けて、燃料電池１３、および蓄電池１４の制御方法を変更する。
なお、燃料電池１３の出力は、モータ１６以外にも、図示しないバッファを介して、図示しない補機でも消費されることがある。
The impedance measuring apparatus 101 sends the impedance value of the fuel cell 13 calculated by the impedance calculation unit 111 to the control calculation unit 12 as described above as the impedance value signal 101S.
Further, the control calculation unit 12 receives the impedance value signal 101S and changes the control method of the fuel cell 13 and the storage battery 14.
Note that the output of the fuel cell 13 may be consumed not only by the motor 16 but also by an auxiliary device (not shown) via a buffer (not shown).
＜参考図・従来のインピーダンス計測装置がない燃料電池車両の構成＞
図２は、従来のインピーダンス計測装置がない燃料電池車両の構成を参考として示した図である。
図２の参考図においては、図１のインピーダンス計測装置１０１がない。
ただし、それ以外の偏差信号部１１、制御演算部１２、電流電圧制御部１７、燃料電池１３、蓄電池１４、駆動電力合算部１５、モータ１６を備えた構成は、図１と同様の構成である。
つまり、この従来の燃料電池車両では、燃料電池１３と蓄電池１４の電力をモータ出力指示値１１Ｓとモータ出力値１６Ｍのみによって調整し、出力していた。したがって、燃料電池１３の内部状態を反映したインピーダンスを考慮していない制御となっている。
<Reference diagram / Configuration of fuel cell vehicle without conventional impedance measurement device>
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a fuel cell vehicle without a conventional impedance measuring device as a reference.
In the reference diagram of FIG. 2, the impedance measuring apparatus 101 of FIG. 1 is not provided.
However, the other configurations including the deviation signal unit 11, the control calculation unit 12, the current voltage control unit 17, the fuel cell 13, the storage battery 14, the drive power summing unit 15, and the motor 16 are the same as those in FIG. .
That is, in this conventional fuel cell vehicle, the electric power of the fuel cell 13 and the storage battery 14 is adjusted and output only by the motor output instruction value 11S and the motor output value 16M. Therefore, the control does not consider the impedance reflecting the internal state of the fuel cell 13.
一方、本発明の第１実施形態においては、インピーダンス計測装置１０１（図１）を備えて、燃料電池１３の内部状態を反映したインピーダンスを計測して、制御演算部１２に入力している。したがって、発電環境や運転条件を反映したより好ましい制御となる。 On the other hand, in the first embodiment of the present invention, the impedance measuring device 101 (FIG. 1) is provided to measure the impedance reflecting the internal state of the fuel cell 13 and input it to the control calculation unit 12. Therefore, it becomes more preferable control reflecting the power generation environment and operating conditions.
＜第１実施形態のインピーダンスの計測方法のフローチャート＞
次に、第１実施形態におけるインピーダンス計測装置１０１（図１）のインピーダンスの計測方法について説明する。
図３は、第１実施形態におけるインピーダンスの計測方法のフローチャートである。以下にフローチャートに基づいて説明する。
<Flowchart of Impedance Measuring Method of First Embodiment>
Next, the impedance measuring method of the impedance measuring apparatus 101 (FIG. 1) in the first embodiment will be described.
FIG. 3 is a flowchart of the impedance measuring method in the first embodiment. This will be described below based on the flowchart.
《ステップＳ３０１》
まず、モータ１６（図１）などの負荷が所定以上の負荷変動をした場合には、必ずハンチングが発生すること、およびその条件を事前に検証、把握しておく。
ちなみに、図３においては、ステップＳ３０１を「ハンチング発生の事前検証」と表記している。
また、ステップＳ３０１の工程は、「ハンチング発生の事前検証」という文言に示されているように、車両が運行される前に特性を検証しておく工程である。
なお、ハンチングとは負荷変動が所定以上の場合において、燃料電池１３（あるいは蓄電池１４、図１）において、電流や電圧が過渡的に振動もしくはそれに類する不安定な状態が生ずる現象である。また、燃料電池１３を制御している電流電圧制御部１７（図１）を含めてハンチング現象が発生する。
また、本発明で言う、負荷の変動にともなう現象に係る電力関連値とは、負荷変動に起因して燃料電池システム内に発生する、ハンチング等の現象に関連した燃料電池および／または蓄電池の電力や電流、電圧の値のことを指している。
<< Step S301 >>
First, when a load such as the motor 16 (FIG. 1) fluctuates more than a predetermined load, it is verified and grasped in advance that hunting always occurs and its condition.
Incidentally, in FIG. 3, step S301 is described as “preliminary verification of occurrence of hunting”.
Further, the process of step S301 is a process of verifying the characteristics before the vehicle is operated, as indicated by the phrase “preliminary verification of occurrence of hunting”.
Hunting is a phenomenon in which current and voltage transiently vibrate or an unstable state similar to that occurs in the fuel cell 13 (or the storage battery 14, FIG. 1) when the load fluctuation is greater than or equal to a predetermined value. In addition, a hunting phenomenon occurs including the current / voltage control unit 17 (FIG. 1) that controls the fuel cell 13.
In addition, the power-related value related to a phenomenon associated with a load change referred to in the present invention is the power of a fuel cell and / or storage battery related to a phenomenon such as hunting that occurs in the fuel cell system due to the load change. It refers to the value of current and voltage.
《ステップＳ３０２》
次に、制御演算部１２（図１）において、モータ出力指示値１１Ｓを反映した偏差信号１１Ｄに基づいて、負荷変動の予測を行い、ハンチングが発生する可能性がある場合には、ハンチング発生予想信号１２Ｈをインピーダンス計測装置１０１に送る。
また、図３においては、ステップＳ３０２を「負荷変動の予測」と表記している。
<< Step S302 >>
Next, in the control calculation unit 12 (FIG. 1), load fluctuation is predicted based on the deviation signal 11D reflecting the motor output instruction value 11S, and if there is a possibility that hunting may occur, hunting occurrence prediction The signal 12H is sent to the impedance measuring device 101.
Further, in FIG. 3, step S302 is described as “prediction of load fluctuation”.
《ステップＳ３０３》
次に、インピーダンス計測装置１０１に備えられたデータ蓄積部１１２は、ハンチング発生予想信号１２Ｈを受けて、燃料電池１３の燃料電池電流電圧信号１３Ｓから、電流と電圧の時系列データを取得して蓄積、記憶する。なお、このデータの取得および蓄積は、ハンチング発生予想信号１２Ｈを受けて開始されるので、ハンチング発生前の電流と電圧の時系列データも取得、蓄積される。
また、図３においては、ステップＳ３０３を「データ取得」と表記している。
<< Step S303 >>
Next, the data storage unit 112 provided in the impedance measuring device 101 receives the hunting occurrence prediction signal 12H, and acquires and stores time-series data of current and voltage from the fuel cell current voltage signal 13S of the fuel cell 13. ,Remember. Since acquisition and accumulation of this data is started upon receipt of the hunting occurrence prediction signal 12H, current and voltage time-series data before occurrence of hunting is also acquired and accumulated.
In FIG. 3, step S303 is expressed as “data acquisition”.
《ステップＳ３０４》
次に、インピーダンス計測装置１０１に備えられたインピーダンス演算部１１１は、データ蓄積部１１２から電流と電圧の時系列データを取得して、燃料電池１３のインピーダンスを演算する。なお、インピーダンスは周波数特性を有している。
なお、電流と電圧の時系列データから燃料電池１３のインピーダンスを演算する過程の詳細については後述する。
また、図３においては、ステップＳ３０４を「インピーダンス計測」と表記している。
また、演算されたインピーダンス値は、インピーダンス計測装置１０１からインピーダンス値信号１０１Ｓとして、制御演算部１２に送られ、計測したインピーダンス値を加味した制御が制御演算部１２によって行われる。
以上のステップＳ３０２〜ステップＳ３０４は、モータ１６（図１）が駆動する車両が運行されている過程での図１に示された制御の工程である。
<< Step S304 >>
Next, the impedance calculation unit 111 provided in the impedance measuring device 101 acquires time-series data of current and voltage from the data storage unit 112 and calculates the impedance of the fuel cell 13. The impedance has frequency characteristics.
The details of the process of calculating the impedance of the fuel cell 13 from the current and voltage time-series data will be described later.
Further, in FIG. 3, step S304 is described as “impedance measurement”.
The calculated impedance value is sent from the impedance measuring apparatus 101 to the control calculation unit 12 as an impedance value signal 101S, and the control calculation unit 12 performs control in consideration of the measured impedance value.
Steps S302 to S304 described above are the control steps shown in FIG. 1 in the process of driving the vehicle driven by the motor 16 (FIG. 1).
《ステップＳ３０５》
次に、インピーダンスの計測方法とは異なり、インピーダンスを計測した後の工程であるが、図１では示されていない工程についても説明する。
制御演算部１２は、燃料電池１３のインピーダンス値を基に、燃料電池１３の電解質膜の膜抵抗値の算出を行う。
また、図３においては、ステップＳ３０５を「膜抵抗値の算出」と表記している。
<< Step S305 >>
Next, unlike the impedance measurement method, the process after the impedance is measured, but the process not shown in FIG. 1 will also be described.
The control calculation unit 12 calculates the membrane resistance value of the electrolyte membrane of the fuel cell 13 based on the impedance value of the fuel cell 13.
In FIG. 3, step S305 is described as “calculation of film resistance value”.
《ステップＳ３０６》
次に、算出した膜抵抗値に基づき、燃料電池１３の電解質膜の膜含水率の推定を実施する。
また、図３においては、ステップＳ３０６を「膜含水率の推定」と表記している。
<< Step S306 >>
Next, the membrane water content of the electrolyte membrane of the fuel cell 13 is estimated based on the calculated membrane resistance value.
Further, in FIG. 3, step S306 is described as “estimation of membrane moisture content”.
《ステップＳ３０７》
次に、算出または推定した膜抵抗値や膜含水率を、図示していない燃料電池制御装置にデータ送信する。
燃料電池制御装置は、膜抵抗値や膜含水率に基づき、燃料電池１３や燃料電池システムを適正な環境となるように制御する。
また、図３においては、ステップＳ３０７を「データ送信」と表記している。
<< Step S307 >>
Next, the calculated or estimated membrane resistance value and membrane moisture content are transmitted to a fuel cell control device (not shown).
The fuel cell control device controls the fuel cell 13 and the fuel cell system so as to be in an appropriate environment based on the membrane resistance value and the membrane moisture content.
Further, in FIG. 3, step S307 is described as “data transmission”.
以上、第１実施形態によれば、ハンチングの発生を事前に把握できるので、簡便な装置のインピーダンス計測装置１０１で消費電力を節約しながらハンチング状データを洩れなく計測でき、精度の高いインピーダンス計測ができる。 As described above, according to the first embodiment, since occurrence of hunting can be grasped in advance, it is possible to measure hunting data without omission while saving power consumption with an impedance measuring device 101 of a simple device, and high-precision impedance measurement. it can.
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。
本発明のインピーダンス計測装置の第２実施形態を燃料電池車両に組み込んだ場合の見かけ上の構成は図１と同じであるので同じ図１を用いて説明する。
第２実施形態において、制御演算部１２は、燃料電池１３のインピーダンスを計測する必要が生じた際には、ハンチングが発生する負荷変動の電力（電流）指示１２Ｓを燃料電池１３に送る。これによって燃料電池１３はハンチングを発生するのでインピーダンス計測装置１０１は、燃料電池１３のインピーダンスを計測することができる。
なお、第１実施形態では、図３のステップＳ３０２において制御演算部１２による負荷変動の予測がインピーダンス計測装置１０１に送られていたが、第２実施形態では、図３のステップＳ３０２において、併せて、制御演算部１２による燃料電池１３へのハンチングが発生する電力（電流）指示１２Ｓ（１２ＳＦ）が燃料電池１３に送られる。それ以外の重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
Since the apparent configuration when the second embodiment of the impedance measuring device of the present invention is incorporated in a fuel cell vehicle is the same as that of FIG. 1, the description will be made with reference to FIG.
In the second embodiment, when it becomes necessary to measure the impedance of the fuel cell 13, the control calculation unit 12 sends a load fluctuation power (current) instruction 12 </ b> S that causes hunting to the fuel cell 13. As a result, the fuel cell 13 generates hunting, so that the impedance measuring device 101 can measure the impedance of the fuel cell 13.
In the first embodiment, the load fluctuation prediction by the control calculation unit 12 is sent to the impedance measuring device 101 in step S302 of FIG. 3, but in the second embodiment, in step S302 of FIG. A power (current) instruction 12S (12SF) that causes hunting to the fuel cell 13 by the control calculation unit 12 is sent to the fuel cell 13. Other overlapping explanations are omitted.
また、第２実施形態において、制御演算部１２による燃料電池１３へのハンチングが発生する負荷変動を起こす電力（電流）指示１２Ｓ（１２ＳＦ）を燃料電池１３に対し送る際には、それとともに、蓄電池１４にもその出力を変動させる、電力（電流）指示１２ＳＦとは逆位相の、電力（電流）指示１２ＳＢを送る。これら互いに逆位相の電力指示１２ＳＦと電力指示１２ＳＢとによって、駆動電力合算部１５においては燃料電池１３の出力と蓄電池１４の出力の合計出力は一定となるようにして、負荷（モータ）１６への出力を変動させない方法もある。 In the second embodiment, when a power (current) instruction 12S (12SF) that causes a load fluctuation that causes hunting to the fuel cell 13 by the control calculation unit 12 is sent to the fuel cell 13, the storage battery 14 also sends a power (current) instruction 12SB having a phase opposite to that of the power (current) instruction 12SF. By the power instruction 12SF and the power instruction 12SB having opposite phases to each other, the total output of the output of the fuel cell 13 and the output of the storage battery 14 is made constant in the drive power summation unit 15 to the load (motor) 16. There is also a method that does not change the output.
以上、第２実施形態によれば、制御演算部１２が燃料電池１３のインピーダンスを把握したい状況で、直ちにインピーダンスの計測をできるという効果がある。 As described above, according to the second embodiment, there is an effect that the control calculation unit 12 can immediately measure the impedance in a situation where it is desired to grasp the impedance of the fuel cell 13.
（第３実施形態）
図４は、本発明のインピーダンス計測装置の第３実施形態を燃料電池車両に組み込んだ場合の第２の構成を示す図である。
図４において、図１と異なるのは、インピーダンス計測装置１０１において、ハンチング検出部１１３を更に備えたことである。
ハンチング検出部１１３は、燃料電池１３の燃料電池電流電圧信号１３Ｓからハンチング状態、もしくはハンチングの事前状態を検出（検知）する。
インピーダンス計測装置１０１に備えられたデータ蓄積部１１２は、ハンチング検出部１１３がハンチング状態、もしくはハンチングの事前状態を検出した信号を受けて、燃料電池１３の燃料電池電流電圧信号１３Ｓから、電流と電圧の時系列データを取得して蓄積、記憶する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a second configuration when the third embodiment of the impedance measuring apparatus of the present invention is incorporated in a fuel cell vehicle.
4 differs from FIG. 1 in that the impedance measuring apparatus 101 further includes a hunting detector 113.
The hunting detector 113 detects (detects) a hunting state or a hunting prior state from the fuel cell current / voltage signal 13S of the fuel cell 13.
The data accumulating unit 112 provided in the impedance measuring apparatus 101 receives a signal that the hunting detection unit 113 detects the hunting state or the prior state of hunting, and receives the current and voltage from the fuel cell current voltage signal 13S of the fuel cell 13. Time series data is acquired, stored, and stored.
また、インピーダンス計測装置１０１に備えられたインピーダンス演算部１１１は、データ蓄積部１１２から電流と電圧の時系列データを取得して、燃料電池１３のインピーダンスを演算する。
なお、図４においては、ハンチングを検出するハンチング検出部１１３を備えているので、図１における制御演算部１２からのハンチング発生予想信号１２Ｈ（図１）は、図４では必要とせず、存在していない。
以上、図４では、インピーダンス計測装置１０１において、ハンチング検出部１１３を更に備えたことと、ハンチング発生予想信号１２Ｈ（図１）がないこと以外は、図１と同様の構成であるので、重複する説明は省略する。
The impedance calculation unit 111 provided in the impedance measuring device 101 acquires time series data of current and voltage from the data storage unit 112 and calculates the impedance of the fuel cell 13.
In FIG. 4, since the hunting detection unit 113 for detecting hunting is provided, the hunting occurrence prediction signal 12H (FIG. 1) from the control calculation unit 12 in FIG. 1 is not required in FIG. Not.
As described above, in FIG. 4, the impedance measurement apparatus 101 has the same configuration as that in FIG. 1 except that it further includes the hunting detection unit 113 and there is no hunting occurrence prediction signal 12 </ b> H (FIG. 1). Description is omitted.
＜第３実施形態のインピーダンスの計測方法の第１例のフローチャート＞
次に、第３実施形態におけるインピーダンス計測装置１０２（図４）のインピーダンスの計測方法について説明する。
図５は、第３実施形態におけるインピーダンスの計測方法の第１例のフローチャートである。以下にフローチャートに基づいて説明する。
<Flowchart of First Example of Impedance Measuring Method of Third Embodiment>
Next, an impedance measurement method of the impedance measurement apparatus 102 (FIG. 4) in the third embodiment will be described.
FIG. 5 is a flowchart of a first example of an impedance measuring method in the third embodiment. This will be described below based on the flowchart.
《ステップＳ４０１》
ステップＳ４０１の「ハンチング発生の事前検証」は、図３のステップＳ３０１と同様であるので、重複する説明は省略する。
<< Step S401 >>
Since “pre-verification of occurrence of hunting” in step S401 is the same as that in step S301 in FIG. 3, duplicate description is omitted.
《ステップＳ４０２》
インピーダンス計測装置１０２（図４）に備えられたハンチング検出部１１３は、燃料電池電流電圧信号１３Ｓから燃料電池１３の電流・電圧を常時監視する。
また、図５においては、ステップＳ４０２を「電流電圧の常時監視」と表記している。
<< Step S402 >>
The hunting detector 113 provided in the impedance measuring device 102 (FIG. 4) constantly monitors the current / voltage of the fuel cell 13 from the fuel cell current / voltage signal 13S.
In FIG. 5, step S <b> 402 is described as “always monitoring current voltage”.
《ステップＳ４０３》
次に、ハンチング検出部１１３は、燃料電池１３の電流・電圧の変化からハンチング状態、もしくはハンチングの事前状態となる負荷変動を検出する。
また、図５においては、ステップＳ４０３を「負荷変動の検知」と表記している。
<< Step S403 >>
Next, the hunting detection unit 113 detects a load fluctuation that becomes a hunting state or a prior state of hunting based on changes in the current and voltage of the fuel cell 13.
In FIG. 5, step S <b> 403 is described as “load change detection”.
《ステップＳ４０４》
次に、ハンチング検出部１１３がハンチング状態、もしくはハンチングの事前状態を検出した信号を受けて、データ蓄積部１１２は、燃料電池１３の燃料電池電流電圧信号１３Ｓから、電流と電圧の時系列データを取得して蓄積、記憶する。
また、図５においては、ステップＳ４０４を「負荷変動の入力」と表記している。
<< Step S404 >>
Next, in response to the signal that the hunting detection unit 113 detects the hunting state or the prior state of hunting, the data storage unit 112 obtains time-series data of current and voltage from the fuel cell current voltage signal 13S of the fuel cell 13. Acquire, store, and store.
In FIG. 5, step S <b> 404 is expressed as “input of load fluctuation”.
《ステップＳ４０５》
次に、インピーダンス演算部１１１は、データ蓄積部１１２から電流と電圧の時系列データを取得して、燃料電池１３のインピーダンスを演算する。
また、図５においては、ステップＳ４０５を「インピーダンス計測」と表記している。
<< Step S405 >>
Next, the impedance calculation unit 111 acquires time-series data of current and voltage from the data storage unit 112 and calculates the impedance of the fuel cell 13.
In FIG. 5, step S405 is described as “impedance measurement”.
《ステップＳ４０６〜ステップ４０８》
ステップＳ４０６〜ステップ４０８における「膜抵抗値の算出」、「膜含水率の推定」、「データ送信」は、図３におけるそれぞれステップＳ３０５〜ステップＳ３０７と同様であるので重複する説明は省略する。
<< Steps S406 to 408 >>
“Calculation of membrane resistance value”, “Estimation of membrane moisture content”, and “Data transmission” in steps S406 to S408 are the same as steps S305 to S307 in FIG.
＜第３実施形態のインピーダンスの計測方法の第２例のフローチャート＞
次に、第３実施形態におけるインピーダンスの計測方法の第２例について説明する。
図６は、第３実施形態におけるインピーダンスの計測方法の第２例のフローチャートである。以下にフローチャートに基づいて説明する。
<Flowchart of Second Example of Impedance Measurement Method of Third Embodiment>
Next, a second example of the impedance measuring method in the third embodiment will be described.
FIG. 6 is a flowchart of a second example of the impedance measuring method according to the third embodiment. This will be described below based on the flowchart.
《ステップＳ５０１〜ステップＳ５０２》
ステップＳ５０１の「ハンチング発生の事前検証」とステップＳ５０２の「電流電圧の常時監視」は、図５のステップＳ４０１とステップＳ４０２とそれぞれ同様であるので、重複する説明は省略する。
<< Step S501 to Step S502 >>
Since “preliminary verification of occurrence of hunting” in step S501 and “continuous monitoring of current voltage” in step S502 are the same as steps S401 and S402 in FIG.
《ステップＳ５０３》
ハンチング検出部１１３は、電流指示値による燃料電池１３の電流値の変化幅、変化の完了時間を計測する。
また、図６においては、ステップＳ５０３を「電流指示値の変化幅・完了時間の計測」と表記している。
<< Step S503 >>
The hunting detector 113 measures the change width and change completion time of the current value of the fuel cell 13 based on the current instruction value.
In FIG. 6, step S <b> 503 is described as “measurement of current instruction value change width / completion time”.
《ステップＳ５０４》
ハンチング検出部１１３は、所定の電流値の変化幅、変化の完了時間の条件に合致した変化の回数を計測して、所定回数（所定値）を超したか否かを判定する。
所定回数を超した場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ５０５に進む。所定回数を超えない場合（ＮＯ）は、ステップＳ５０３に戻る。
また、図６においては、ステップＳ５０４を「変化回数が所定値を超したか」と表記している。
<< Step S504 >>
The hunting detection unit 113 measures the number of changes that match the predetermined current value change width and change completion time conditions, and determines whether or not the predetermined number (predetermined value) has been exceeded.
If the predetermined number of times has been exceeded (YES), the process proceeds to step S505. If the predetermined number of times is not exceeded (NO), the process returns to step S503.
In FIG. 6, step S504 is described as “whether the number of changes exceeds a predetermined value”.
《ステップＳ５０５》
ハンチング検出部１１３は、前述した条件に合致した変化において、電圧が電流と逆位相で変動しているかを判定する。
電圧が電流と逆位相で変動している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５０６に進む。電圧が電流と逆位相で変動していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ５０３に戻る。
<< Step S505 >>
The hunting detection unit 113 determines whether the voltage fluctuates in the opposite phase to the current in the change that matches the above-described condition.
If the voltage fluctuates in the opposite phase to the current (YES), the process proceeds to step S506. If the voltage does not fluctuate in opposite phase to the current (NO), the process returns to step S503.
《ステップＳ５０６》
ハンチング検出部１１３は、電圧が電流と逆位相で変動している場合はハンチング発生と判定（判断）する。
そして、ステップＳ５０８に進む。
また、図６においては、ステップＳ５０６を「ハンチング発生と判断」と表記している。
<< Step S506 >>
The hunting detection unit 113 determines (determines) that hunting has occurred when the voltage fluctuates in a phase opposite to that of the current.
Then, the process proceeds to step S508.
In FIG. 6, step S506 is described as “determining that hunting has occurred”.
《ステップＳ５０７》
データ蓄積部１１２は、燃料電池１３の電流と電圧の時系列データを蓄積、記憶している。なお、時系列データの容量が、データ蓄積部１１２が保存できる容量を超えた場合には、時系列において、古いデータから消去され、新しいデータが順次、書き込まれて保存される。
また、図６においては、ステップＳ５０７を「データ保存」と表記している。
<< Step S507 >>
The data storage unit 112 stores and stores time-series data of current and voltage of the fuel cell 13. When the capacity of the time series data exceeds the capacity that can be stored by the data storage unit 112, the old data is erased from the old data in the time series, and new data is sequentially written and stored.
In FIG. 6, step S507 is described as “data storage”.
《ステップＳ５０８》
次に、インピーダンス演算部１１１は、ハンチング検出部１１３がステップＳ５０５において「ハンチング発生と判断」した場合において、データ蓄積部１１２から電流と電圧の時系列データを取得して、燃料電池１３のインピーダンスを算出する。
また、図６においては、ステップＳ５０８を「インピーダンス算出」と表記している。
<< Step S508 >>
Next, when the hunting detection unit 113 “determines that hunting has occurred” in step S505, the impedance calculation unit 111 acquires time-series data of current and voltage from the data storage unit 112, and calculates the impedance of the fuel cell 13. calculate.
In FIG. 6, step S508 is described as “impedance calculation”.
《ステップＳ５０９〜ステップＳ５１１》
ステップＳ５０９〜ステップＳ５１１における「膜抵抗値の算出」、「膜含水率の推定」、「データ送信」は、図３におけるそれぞれステップＳ３０５〜ステップ３０７と同様であるので重複する説明は省略する。
<< Step S509 to Step S511 >>
Since “calculation of membrane resistance value”, “estimation of membrane moisture content”, and “data transmission” in steps S509 to S511 are the same as those in steps S305 to 307 in FIG.
以上、第３実施形態においては、ハンチングの発生をインピーダンス計測装置１０１で検出するので、実際のハンチングの発生に即したインピーダンスの計測ができるという効果がある。また、ハンチングの発生以外にも、電流と電圧の変動があれば、その振動波形を用いてインピーダンスの計測ができるという効果もある。 As described above, in the third embodiment, since the occurrence of hunting is detected by the impedance measuring apparatus 101, there is an effect that impedance can be measured in accordance with the actual occurrence of hunting. In addition to the occurrence of hunting, if there are fluctuations in current and voltage, there is also an effect that impedance can be measured using the vibration waveform.
（第４実施形態）
図７は、本発明のインピーダンス計測装置の第４実施形態を燃料電池車両に組み込んだ場合の第３の構成を示す図である。
図７において、図１の構成と異なるのは、インピーダンス計測装置１０１において、燃料電池１３のみならず蓄電池１４のインピーダンスを計測する構成としたことである。
制御演算部１２からのハンチング発生予想信号１２Ｈを受けたインピーダンス計測装置１０１は、燃料電池１３と蓄電池１４のインピーダンスを計測する。
インピーダンス計測装置１０１は、燃料電池１３と蓄電池１４のインピーダンス値をそれぞれ、もしくは合成処理した信号であるインピーダンス値信号１０１Ｓを制御演算部１２に送る。
制御演算部１２は、燃料電池１３のインピーダンスのみならず蓄電池１４のインピーダンスを把握できるので、より好ましい制御が可能となる。
それ以外の構成と動作は、図１と同様であるので、重複する説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a view showing a third configuration when the fourth embodiment of the impedance measuring apparatus of the present invention is incorporated in a fuel cell vehicle.
7 is different from the configuration of FIG. 1 in that the impedance measuring apparatus 101 measures the impedance of not only the fuel cell 13 but also the storage battery 14.
The impedance measuring device 101 that has received the hunting occurrence prediction signal 12H from the control calculation unit 12 measures the impedance of the fuel cell 13 and the storage battery 14.
The impedance measuring apparatus 101 sends an impedance value signal 101S that is a signal obtained by combining or processing the impedance values of the fuel cell 13 and the storage battery 14 to the control calculation unit 12, respectively.
Since the control calculation part 12 can grasp | ascertain not only the impedance of the fuel cell 13 but the impedance of the storage battery 14, more preferable control is attained.
Other configurations and operations are the same as those in FIG.
（第５実施形態）
図８は、本発明のインピーダンス計測装置の第５実施形態を燃料電池車両に組み込んだ場合の第４の構成を示す図である。
図８において、図４の構成と異なるのは、インピーダンス計測装置１０２において、燃料電池１３のみならず蓄電池１４のインピーダンスを計測する構成としたことである。
インピーダンス計測装置１０２は、ハンチング検出部１１３によってハンチング状態、もしくはハンチングの事前状態を検出すると燃料電池１３と蓄電池１４のインピーダンスを計測する。
インピーダンス計測装置１０２は、燃料電池１３と蓄電池１４のインピーダンス値をそれぞれ、もしくは合成処理した信号であるインピーダンス値信号１０２Ｓを制御演算部１２に送る。
制御演算部１２は、燃料電池１３のインピーダンスのみならず蓄電池１４のインピーダンスを把握できるので、より好ましい制御が可能となる。
それ以外の構成と動作は、図４と同様であるので、重複する説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a fourth configuration when the fifth embodiment of the impedance measuring apparatus of the present invention is incorporated in a fuel cell vehicle.
8 differs from the configuration of FIG. 4 in that the impedance measuring device 102 is configured to measure the impedance of not only the fuel cell 13 but also the storage battery 14.
The impedance measuring device 102 measures the impedance of the fuel cell 13 and the storage battery 14 when the hunting detection unit 113 detects a hunting state or a prior state of hunting.
The impedance measuring device 102 sends an impedance value signal 102S, which is a signal obtained by combining or combining the impedance values of the fuel cell 13 and the storage battery 14, to the control calculation unit 12.
Since the control calculation part 12 can grasp | ascertain not only the impedance of the fuel cell 13 but the impedance of the storage battery 14, more preferable control is attained.
Since other configurations and operations are the same as those in FIG. 4, redundant description is omitted.
＜ハンチングが発生したときのインピーダンス計測の詳細・その１＞
次に、ハンチングが発生したときのインピーダンス計測の詳細について説明する。
図９は、ハンチングが発生したときのインピーダンス計測のフローチャートであるが、図９のフローチャートの説明にさきだって、ハンチングが発生した場合の燃料電池１３もしくは蓄電池１４の電流と電圧波形を説明する。
<Details of impedance measurement when hunting occurs-Part 1>
Next, details of impedance measurement when hunting occurs will be described.
FIG. 9 is a flowchart of impedance measurement when hunting occurs. Prior to the description of the flowchart of FIG. 9, the current and voltage waveforms of the fuel cell 13 or the storage battery 14 when hunting occurs will be described.
図１０は、ハンチングが発生した場合の燃料電池１３もしくは蓄電池１４の電流と電圧波形例を示した図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電圧波形である。
図１０（ａ）において、横軸は時間（ｔｉｍｅ）であり、縦軸は電流値である。また、計測のサンプリング周波数は２０ｋＨｚである。
時間（ｔｉｍｅ）０〜０．１秒において、負荷はゼロ（０）であるので燃料電池１３の出力する電流値も０である。
概ね０．１秒から負荷が増加し、燃料電池１３の電流値が１．３Ａを出力するように制御演算部１２から電力（電流）指示値１２Ｓ（１２ＳＦ）が電流電圧制御部１７に出される。このときに燃料電池１３の電流は、直ちに、あるいは滑らかに１．３Ａに達するとは限らず、所定の条件のときには、図１０（ａ）に見られるように電流は振動することがある。この電流が振動する領域がハンチング領域である。
10A and 10B are diagrams showing examples of current and voltage waveforms of the fuel cell 13 or the storage battery 14 when hunting occurs, in which FIG. 10A is a current waveform and FIG. 10B is a voltage waveform.
In FIG. 10A, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the current value. The sampling frequency for measurement is 20 kHz.
Since the load is zero (0) at time 0 to 0.1 seconds, the current value output from the fuel cell 13 is also zero.
The power (current) command value 12S (12SF) is output from the control calculation unit 12 to the current voltage control unit 17 so that the load increases from about 0.1 seconds and the current value of the fuel cell 13 outputs 1.3 A. . At this time, the current of the fuel cell 13 does not necessarily reach 1.3 A immediately or smoothly, and under certain conditions, the current may oscillate as shown in FIG. A region where this current vibrates is a hunting region.
図１０（ｂ）は、このときの燃料電池１３の電圧波形であって、横軸は時間（ｔｉｍｅ）であり、縦軸は電圧値である。また、計測のサンプリング周波数は２０ｋＨｚである。
時間（ｔｉｍｅ）０〜０．１秒において、負荷はゼロ（０）であるので流れる電流は前述したように０であるので、燃料電池１３の出力電圧は、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の概ね０．９７５Ｖである。
概ね０．１秒から負荷が増加し、電流が流れだすと電圧降下によって燃料電池１３の出力電圧は低下する。このときの燃料電池１３の出力電圧は、直ちに、あるいは滑らかに電圧降下するとは限らず、所定の条件のときには、図１０（ｂ）に見られるように電圧は振動することがある。
なお、図１０（ａ）の電流波形と、図１０（ｂ）の電圧波形は互いに関連している。
FIG. 10B shows the voltage waveform of the fuel cell 13 at this time, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the voltage value. The sampling frequency for measurement is 20 kHz.
Since the load is zero (0) at time (time) 0 to 0.1 second and the flowing current is zero as described above, the output voltage of the fuel cell 13 is the open circuit voltage (OCV). Is approximately 0.975V.
When the load increases from about 0.1 seconds and a current starts to flow, the output voltage of the fuel cell 13 decreases due to a voltage drop. The output voltage of the fuel cell 13 at this time does not always drop immediately or smoothly, and the voltage may oscillate as shown in FIG. 10B under a predetermined condition.
The current waveform in FIG. 10A and the voltage waveform in FIG. 10B are related to each other.
図１１は、図１０のハンチング領域の電流波形と電圧波形を拡大して表記した図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電圧波形である。
図１１（ａ）において、横軸は時間（ｔｉｍｅ）であり、縦軸は電流値である。
電流の振動波形において、矢印（→）で示した場所は、振動の大きい箇所の例である。
この電流の振動波形において、振動の大きい箇所とは、一例として、変化時間Δｔが概ねマイクロ秒で電流変化幅ΔＩが概ね０．１３Ａである。この振動の大きい箇所が所定時間が概ね１００ミリ秒（負荷の変動した範囲）以内に、例えば、概ね１０個以上あるとハンチングと判定する。
なお、以上の判定基準は一例であって、燃料電池１３や負荷１６によって変わることがある。
FIG. 11 is an enlarged view of the current waveform and the voltage waveform in the hunting region of FIG. 10, where (a) is a current waveform and (b) is a voltage waveform.
In FIG. 11A, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the current value.
In the vibration waveform of the current, a place indicated by an arrow (→) is an example of a place where the vibration is large.
In the current vibration waveform, as an example, a portion with large vibration has a change time Δt of about microseconds and a current change width ΔI of about 0.13 A. It is determined that hunting occurs when there are approximately 10 or more vibration-vibrated portions within a predetermined time of approximately 100 milliseconds (the range in which the load fluctuates), for example.
Note that the above criteria are merely examples, and may vary depending on the fuel cell 13 and the load 16.
図１１（ｂ）において、横軸は時間（ｔｉｍｅ）であり、縦軸は電圧値である。
前記したように、燃料電池１３の出力電圧は、電流が流れると電圧降下をするので、電圧波形の変化は、図１１（ａ）の電流波形の変化を概ね反転した波形となっている。この電圧波形の変化と電流波形の変化が反転した関係となっていることも、ハンチングと判定するひとつの要素となる。
In FIG.11 (b), a horizontal axis is time (time) and a vertical axis | shaft is a voltage value.
As described above, the output voltage of the fuel cell 13 drops when the current flows. Therefore, the change in the voltage waveform is a waveform that is substantially the reverse of the change in the current waveform in FIG. The fact that the change in the voltage waveform and the change in the current waveform are reversed is one factor for determining hunting.
なお、第１実施形態〜第４実施形態においては、図１０、図１１の特性から見られるように、ハンチング区間が概ね０．１秒で、ハンチング前後の０．１５秒を加えた合計０．２５秒間のデータから燃料電池１３のインピーダンス測定が可能である。 In the first to fourth embodiments, as can be seen from the characteristics of FIGS. 10 and 11, the hunting interval is approximately 0.1 seconds, and 0.15 seconds before and after hunting is added to a total of 0. The impedance of the fuel cell 13 can be measured from the data for 25 seconds.
＜ハンチング時の電流・電圧のパワースペクトル＞
図１２は、ハンチング時の電流・電圧（図１０（ａ）、（ｂ）、図１１（ａ）、（ｂ））のパワースペクトルを示す図であり、（ａ）は電流を入力（ｉｎｐｕｔ）としてのパワースペクトルであり、（ｂ）は電圧を出力（ｏｕｔｐｕｔ）としてのパワースペクトルである。
なお、図１においては、制御演算部１２の電力指示値は、電流指示値１２Ｓとして電流電圧制御部１７に指示を出している。このとき電流電圧制御部１７は燃料電池１３への電力指示値として電流指示値１２ＳＦを出している。
したがって、燃料電池１３からみると電流が入力（ｉｎｐｕｔ）であり、それを反映して電圧が出力（ｏｕｔｐｕｔ）するので、図１２では、図１２（ａ）の電流波形が「ｉｎｐｕｔ」と表記され、図１２（ｂ）の電圧波形が「ｏｕｔｐｕｔ」と表記されている。
<Power spectrum of current and voltage during hunting>
FIG. 12 is a diagram showing the power spectrum of current / voltage during hunting (FIGS. 10A, 10B, 11A, and 11B), where FIG. 12A shows the input of current (input). (B) is a power spectrum with a voltage as an output.
In FIG. 1, the power instruction value of the control calculation unit 12 instructs the current voltage control unit 17 as the current instruction value 12S. At this time, the current voltage control unit 17 outputs a current instruction value 12SF as a power instruction value to the fuel cell 13.
Therefore, when viewed from the fuel cell 13, the current is input and the voltage is reflected so that the current waveform in FIG. 12A is expressed as “input”. The voltage waveform in FIG. 12B is expressed as “output”.
図１２（ａ）、（ｂ）の横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈｚ））であり、縦軸はゲイン（ｇａｉｎ）である。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、パワースペクトルは一定ではないので、理想的な白色信号ではないが、白色信号の代用としてよく用いられるＭ系列信号のパワースペクトルに白色性の観点からは、さほど劣らない程度のパワースペクトルを有している。
In FIGS. 12A and 12B, the horizontal axis represents frequency (Frequency (Hz)), and the vertical axis represents gain.
As shown in FIGS. 12A and 12B, since the power spectrum is not constant, it is not an ideal white signal, but the power spectrum of the M-sequence signal often used as a substitute for the white signal has a viewpoint of whiteness. Has a power spectrum that is not so inferior.
＜本願の手法と、従来のＦＲＡ法とＭ系列によるＦＦＴ演算手法との関係＞
前記したように、従来のＦＲＡ法による燃料電池のインピーダンス計測においては、単一周波数の正弦波によるインピーダンス計測を行い、そして周波数を変えて、同じインピーダンス計測を必要な周波数帯域において、繰り返し行う手法であるので、多大な時間を要するために、短時間の現象における過渡的なインピーダンス特性の変化は計測できなかった。
また、Ｍ系列信号を燃料電池の入力電流に印加し、入力電流値と出力電圧値の時系列データを計測し、それらのデータにＦＦＴを施し、入出力のＦＦＴ結果からインピーダンスを算出する方法は、Ｍ系列信号といった特別の信号生成のためにハードウエアやソフトウエアが必要であり、更にこれらの特別な入力信号を通常の信号に重畳印加する必要があった。
本願の実施形態においては、ハンチング現象における電流と電圧のハンチング状データ
のパワースペクトル（図１２）が前述したように白色信号、あるいはＭ系列信号の代用になりうることを利用する。そして、ハンチング時の電流と電圧の時系列データを用いて燃料電池の高周波域のインピーダンスの計測を迅速かつ簡便に行うものである。
<Relationship between the method of the present application and the conventional FRA method and the FFT calculation method using M-sequence>
As described above, in the conventional fuel cell impedance measurement by the FRA method, the impedance measurement is performed by a single frequency sine wave, and the same impedance measurement is repeatedly performed in the necessary frequency band by changing the frequency. Therefore, since it takes a lot of time, it was impossible to measure a transient change in impedance characteristics in a short time phenomenon.
In addition, a method of applying an M series signal to an input current of a fuel cell, measuring time series data of an input current value and an output voltage value, applying FFT to those data, and calculating impedance from input / output FFT results is as follows: In order to generate special signals such as M-sequence signals, hardware and software are required, and these special input signals need to be superimposed and applied to normal signals.
In the embodiment of the present application, it is utilized that the power spectrum (FIG. 12) of the current and voltage hunting data in the hunting phenomenon can substitute for the white signal or the M series signal as described above. Then, the impedance of the high frequency region of the fuel cell is quickly and easily measured using current and voltage time series data during hunting.
＜ハンチング状データからのインピーダンス計測方法のフローチャート＞
次に、本願の実施形態によるハンチング状データからのインピーダンス計測方法について説明する。
本願の実施形態では、電流と電圧のハンチング状データ（図１１）からインピーダンスを計測する。
ただし、電流と電圧のハンチング状データは連続した無数（複数）の周波数を有するので広い周波数帯域のインピーダンスの測定が原理的に可能であっても、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、データとしては時間領域の無数（複数）の周波数特性が混濁したデータのままであって、周波数特性によって変化するインピーダンスデータとしての特性データとなっていない。
<Flow chart of impedance measurement method from hunting data>
Next, an impedance measurement method from hunting data according to an embodiment of the present application will be described.
In the embodiment of the present application, impedance is measured from hunting data (FIG. 11) of current and voltage.
However, since the current and voltage hunting data has innumerable (plural) frequencies, even if it is possible to measure impedance in a wide frequency band in principle, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). In addition, as data, innumerable (plural) frequency characteristics in the time domain remain as turbid data, and are not characteristic data as impedance data that varies depending on the frequency characteristics.
したがって、例えばＦＦＴによる高速のフーリエ変換の演算によって、周波数領域に変換する必要がある。この変換によって、周波数特性によって表現されるインピーダンスデータが得られる。
また、電流と電圧のハンチング状データには、様々なノイズがのっているので、単なるＦＦＴによる変換では、精度の高いインピーダンス計測はできない。したがって、ノイズによる影響を軽減する演算処理を行うことが望ましい。
次に、ＦＦＴ変換とノイズを軽減する演算処理を含めたインピーダンス計測を前記した図９を参照して説明する。
Therefore, it is necessary to convert to the frequency domain by, for example, high-speed Fourier transform using FFT. By this conversion, impedance data expressed by frequency characteristics is obtained.
In addition, since various noises are present in the hunting data of current and voltage, impedance measurement with high accuracy cannot be performed by simple FFT conversion. Therefore, it is desirable to perform arithmetic processing that reduces the influence of noise.
Next, impedance measurement including FFT conversion and calculation processing for reducing noise will be described with reference to FIG.
＜ハンチングが発生したときのインピーダンス計測の詳細・その２＞
ハンチングが発生したときのインピーダンス計測の詳細について説明する。
前述したように、図９は、ハンチングが発生したときのインピーダンス計測のフローチャートである。フローチャートにおける各ステップについて順に説明する。
<Details of impedance measurement when hunting occurs-2>
Details of impedance measurement when hunting occurs will be described.
As described above, FIG. 9 is a flowchart of impedance measurement when hunting occurs. Each step in the flowchart will be described in order.
《ステップＳ６０１》
まず、ハンチングが発生したときの燃料電池１３の入力電流と出力電圧値の時系列データを燃料電池電流電圧信号１３Ｓから計測（取得）し、データ蓄積部１１２に蓄積する。
なお、図３においては、入力電流値と出力電圧を計測する機器については図示していない。
また、図９においては、ステップＳ６０１を「電流値と電圧値の時系列データを各々計測」と表記している。
<< Step S601 >>
First, time series data of the input current and output voltage value of the fuel cell 13 when hunting occurs is measured (acquired) from the fuel cell current voltage signal 13S and stored in the data storage unit 112.
Note that FIG. 3 does not show a device that measures the input current value and the output voltage.
In FIG. 9, step S601 is expressed as “measurement of time-series data of current value and voltage value, respectively”.
《ステップＳ６０２》
次に、入力電流値と出力電圧値の各々から平均値を減ずる統計処理を行う。
これは、入力電流値と出力電圧値の時系列データの平均値が０に近い方が演算の精度が高まるためである。
より具体的には、入力電流値と出力電圧の入出力時系列データの各々の平均値をゼロ（０）かゼロに近い（入力電流値と出力電圧値のそれぞれの変化幅の±５０％以下が望ましい）値に前処理をする。この前処理を行った以降にＦＦＴ演算処理を行う。なお、この前処理とＦＦＴ演算処理との間に、次に述べるステップＳ６０３の窓関数処理が入ることがある。
また、この平均値をゼロかゼロに近い値に前処理する過程は、図１のインピーダンス演算部１１１のなかで実施される。
また、図９においては、ステップＳ６０２を「電流データと電圧データから各々平均値を減ずる」と表記している。
<< Step S602 >>
Next, statistical processing is performed to reduce the average value from each of the input current value and the output voltage value.
This is because the calculation accuracy increases when the average value of the time series data of the input current value and the output voltage value is close to zero.
More specifically, the average value of the input / output time series data of the input current value and the output voltage is zero (0) or close to zero (± 50% or less of each change width of the input current value and the output voltage value) (Preferably) preprocess values. After performing this preprocessing, FFT calculation processing is performed. In addition, the window function process of step S603 described below may enter between this pre-processing and the FFT calculation process.
In addition, the process of pre-processing the average value to zero or a value close to zero is performed in the impedance calculation unit 111 in FIG.
In FIG. 9, step S602 is described as “subtract the average value from current data and voltage data, respectively”.
《ステップＳ６０３》
次に、入力電流値と出力電圧値の各々に窓関数を乗じる。
これは、解析、演算過程の精度を高めるために行う。また、この処理はソフトウエアで行われる。なお、この過程は、図９のインピーダンス演算部１１１のなかで実施される。
また、図９においては、ステップＳ６０３を「電流データ、電圧データに各々窓関数を乗じる」と表記している。
<< Step S603 >>
Next, each of the input current value and the output voltage value is multiplied by a window function.
This is done to increase the accuracy of the analysis and calculation process. This process is performed by software. This process is performed in the impedance calculator 111 of FIG.
In FIG. 9, step S603 is expressed as “multiply current data and voltage data by a window function”.
《ステップＳ６０４》
次に、入力電流値と出力電圧値に対してＦＦＴの演算を行う。
これは、入力電流値と出力電圧値はハンチング状データであるので、データとしては時間領域に無数の周波数特性が混濁したデータのままであって、周波数特性によって表記されるデータとはなっていない。周波数特性によるインピーダンスデータを得るために、それぞれをＦＦＴにより、フーリエ変換を行う。
このＦＦＴの演算によって、時系列データである入力電流値と出力電圧値は、周波数特性で表記される入力電流値と出力電圧値へ変換される。
なお、この過程は、図９のインピーダンス演算部１１１のなかで実施される。
また、図９においては、ステップＳ６０４を「電流データと電圧データを各々ＦＦＴ」と表記している。
<< Step S604 >>
Next, FFT is performed on the input current value and the output voltage value.
This is because the input current value and the output voltage value are hunting-like data, and the data is still data in which innumerable frequency characteristics are turbid in the time domain, and is not data represented by the frequency characteristics. . In order to obtain impedance data based on frequency characteristics, each is subjected to Fourier transform by FFT.
By the FFT calculation, the input current value and the output voltage value, which are time series data, are converted into an input current value and an output voltage value expressed by frequency characteristics.
This process is performed in the impedance calculator 111 of FIG.
In FIG. 9, step S604 is described as “current data and voltage data are each FFT”.
《ステップＳ６０５》
次に、ＦＦＴの演算を実施するステップＳ６０４で得られた周波数特性で表記される入力電流値と出力電圧値のデータを用いて、周波数特性で表記されるインピーダンスを算出する。
なお、この過程は、図９のインピーダンス演算部１１１のなかで実施される。
また、図９においては、ステップＳ６０５を「電流、電圧のＦＦＴからインピーダンスを算出」と表記している。
<< Step S605 >>
Next, the impedance expressed by the frequency characteristic is calculated using the data of the input current value and the output voltage value expressed by the frequency characteristic obtained in step S604 for performing the FFT calculation.
This process is performed in the impedance calculator 111 of FIG.
In FIG. 9, step S605 is expressed as “calculate impedance from FFT of current and voltage”.
《ステップＳ６０６》
次に、ステップＳ６０５で得られたインピーダンスに統計処理を行う。
なお、この過程は、図９のインピーダンス演算部１１１のなかで実施される。
また、図９においては、ステップＳ６０６を「インピーダンスに統計処理」と表記している。
また、インピーダンスに統計処理を行う処理については、次に詳細に説明する。
<< Step S606 >>
Next, statistical processing is performed on the impedance obtained in step S605.
This process is performed in the impedance calculator 111 of FIG.
In FIG. 9, step S606 is expressed as “statistic processing for impedance”.
Further, the process for performing the statistical process on the impedance will be described in detail next.
≪データの統計処理≫
次に、図９のフローチャートのステップＳ６０５で算出したインピーダンスのデータを統計処理して精度を高める方法について述べる。なお、このインピーダンスのデータを統計処理する方法は、図９のインピーダンス計測のフローチャートにおけるステップＳ６０６に相当する。
まず、<統計処理の概略>について述べ、次に<統計処理の詳細>を説明する。
≪Statistical processing of data≫
Next, a method for statistically processing the impedance data calculated in step S605 in the flowchart of FIG. 9 to improve accuracy will be described. The method for statistically processing the impedance data corresponds to step S606 in the impedance measurement flowchart of FIG.
First, <Summary of statistical processing> will be described, and then <Details of statistical processing> will be described.
<統計処理の概略>
統計処理はすべての周波数領域のインピーダンスのデータを一括して行うのではなく、所定の区間（周波数範囲）を設定し、この区間の単位で統計処理を実施する。そして、この所定の区間を低周波から高周波の方向に順に移動させて行き、対象とする全周波数領域の統計処理を完了する。
<Outline of statistical processing>
Statistical processing does not collectively perform impedance data in all frequency regions, but sets a predetermined section (frequency range) and performs statistical processing in units of this section. Then, the predetermined section is moved in order from the low frequency to the high frequency, and the statistical processing for all the target frequency ranges is completed.
<統計処理の詳細>
まず、統計処理をする所定の区間の周波数領域の高周波側と低周波側にそれぞれ測定対象の所定の個数を設定する。
次に、前記所定の個数のデータを用いて、設定した区間（周波数範囲）内のレジスタンスとリアクタンスのそれぞれの中央値（ｍｅｄｉａｎ値）を算出する。
このとき、統計処理する周波数の高域だけで統計処理をしてもよいし、また低域だけで統計処理をしてもよい。
なお、統計処理の方法は「平均値」を含めて様々にあるが、データに著しい偏りがある場合には、「平均値」よりも「中央値」の方が実情に適した統計処理結果が得られる。
また、レジスタンス（Ｒｒ）とリアクタンス（Ｒｉ）からインピーダンス（Ｉｍｐ）を算出する際は、
Ｉｍｐ＝Ｒｒ＋Ｒｉ×ｉ
とする。なお、ｉは虚数を示す。
<Details of statistical processing>
First, a predetermined number of measurement objects are set on the high-frequency side and the low-frequency side of the frequency region of a predetermined section where statistical processing is performed.
Next, median values (median values) of resistance and reactance within the set section (frequency range) are calculated using the predetermined number of data.
At this time, statistical processing may be performed only in the high frequency range of the frequency to be statistically processed, or statistical processing may be performed only in the low frequency range.
There are various statistical processing methods including “average value”. However, if there is a significant bias in the data, the “median” value is more suitable for the actual situation than the “average value”. can get.
When calculating the impedance (Imp) from the resistance (Rr) and the reactance (Ri),
Imp = Rr + Ri × i
And Note that i represents an imaginary number.
そして、統計処理をする区間（周波数範囲）を逐次移動させながら、その区間において前記した中央値を算出する処理（ｍｅｄｉａｎ処理）を行う。ただし、統計処理において用いるデータ数は、統計処理をする区間の周波数が低周波から高周波に移動するにつれ、高周波の方のデータ数が多くなるように選定する。
すなわち、統計処理に用いるデータの周波数範囲が高周波数ほど広くなるように選定する。ただしデータの周波数間隔は通常一定なのでｌｏｇスケールで処理結果を取得する場合は、高周波領域においては処理時間が増大してしまう。
つまり、処理するデータが１Ｈｚ間隔で存在する場合、１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの周波数範囲には９０個データがある一方、１００Ｈｚから１ｋＨｚには９００個のデータが存在する。したがって高周波領域においては、処理データが膨大になり処理時間が増大する。
And the process (median process) which calculates the above-mentioned median in the section is performed, moving the section (frequency range) which performs statistical processing sequentially. However, the number of data used in the statistical processing is selected so that the number of high-frequency data increases as the frequency of the statistical processing section moves from a low frequency to a high frequency.
That is, the frequency range of data used for statistical processing is selected so as to increase as the frequency increases. However, since the frequency interval of data is usually constant, processing time increases in the high frequency region when processing results are acquired on a log scale.
That is, when the data to be processed exists at 1 Hz intervals, there are 90 data in the frequency range from 10 Hz to 100 Hz, while there are 900 data from 100 Hz to 1 kHz. Therefore, in the high frequency region, the processing data becomes enormous and the processing time increases.
これを回避するには高周波数領域においては、統計処理を１Ｈｚ毎に実施せず、例えば１０Ｈｚ間隔で実施するようにする。これにより処理数が減少し処理時間が短縮する。
なお、統計処理間隔を広げても処理毎に扱うデータの個数や周波数範囲は、１Ｈｚ毎に処理した場合と同じであるため、処理結果の精度は低下しない。周波数軸における処理結果取得間隔が広くなるだけである。
また、前記した中央値は、統計処理をする区間（周波数範囲）を逐次移動させながら算出していくので移動ｍｅｄｉａｎ値（移動中央値、移動統計処理値）とも称する。
To avoid this, in the high frequency region, statistical processing is not performed every 1 Hz, for example, at 10 Hz intervals. This reduces the number of processes and shortens the processing time.
Even if the statistical processing interval is widened, the number of data and the frequency range handled for each processing are the same as when processing is performed every 1 Hz, so the accuracy of processing results does not decrease. Only the processing result acquisition interval on the frequency axis is widened.
The median value is also referred to as a moving median value (moving median value, moving statistical processing value) since it is calculated while sequentially moving the statistical processing interval (frequency range).
なお、レジスタンスとリアクタンスの統計処理において、それぞれの統計処理に用いるデータ数が異なってもよい。また、前記した高周波になるにつれて増加させるデータ数の増加方法が異なってもよい。
また、レジスタンスとリアクタンスの統計処理において、それぞれの統計処理に用いるデータが、高周波になるにしたがって、周波数範囲の増加方法が異なってもよい。
また、レジスタンスとリアクタンスの統計処理において、それぞれの統計処理に用いるデータが、高周波になるにしたがって、統計処理を行う間隔を広くしてもよい。
また、レジスタンスとリアクタンスの統計処理において、それぞれの統計処理に用いるデータが、一つ以上の所定の周波数より高周波になると前記統計処理の間隔を順に広くしてもよい。
In the resistance and reactance statistical processing, the number of data used for each statistical processing may be different. Further, the method of increasing the number of data to be increased as the frequency becomes higher may be different.
Further, in the statistical processing of resistance and reactance, the method of increasing the frequency range may be different as the data used for each statistical processing becomes a high frequency.
In the statistical processing of resistance and reactance, the interval for performing statistical processing may be widened as the data used for each statistical processing becomes a high frequency.
Further, in the statistical processing of resistance and reactance, when the data used for each statistical processing becomes higher than one or more predetermined frequencies, the interval of the statistical processing may be increased in order.
また、前記の統計処理で算出したレジスタンスの移動ｍｅｄｉａｎ値（移動統計処理値）は、低周波側から高周波側に向かうにつれ、強制的に単調減少か、一定になるようにしてもよい。
つまり、統計処理したある周波数の区間Ａと、区間Ａの高周波側に隣接する区間（Ａ＋１）のレジスタンスを比較し、区間（Ａ＋１）におけるレジスタンスの移動ｍｅｄｉａｎ値であるレジスタンス（Ａ＋１）が区間（Ａ）におけるレジスタンスの移動ｍｅｄｉａｎ値であるレジスタンス（Ａ）より大きい場合は、レジスタンス（Ａ＋１）の値としてレジスタンス（Ａ）の値を採用する。
Also, the resistance movement median value (movement statistical processing value) calculated by the statistical processing may be forcibly monotonically decreased or constant as it goes from the low frequency side to the high frequency side.
That is, the resistance of the section A of a certain frequency subjected to statistical processing is compared with the resistance of the section (A + 1) adjacent to the high frequency side of the section A, and the resistance (A + 1) that is the resistance movement median value in the section (A + 1) is the section (A When the resistance is larger than the resistance (A) which is the median value of the resistance in (), the value of the resistance (A) is adopted as the value of the resistance (A + 1).
また、リアクタンスの移動ｍｅｄｉａｎ値（移動統計処理値）は、低周波から高周波に向かうにつれ増加しても減少してもよい。ただし、上下変化（増加、減少）に際しては、レート（変化率）制限（変化割合制限）を設けてもよい。
その場合、区間（Ａ＋１）におけるリアクタンスの移動ｍｅｄｉａｎ値であるリアクタンス（Ａ＋１）がリアクタンス（Ａ）＋ΔＡより大きい場合には、リアクタンス（Ａ＋１）の値として、リアクタンス（Ａ）＋ΔＡを採用する。
またリアクタンス（Ａ＋１）がリアクタンス（Ａ）−ΔＡよりも小さい場合は、リアクタンス（Ａ＋１）の値として、リアクタンス（Ａ）−ΔＡを採用する。
なお、ΔＡは、リアクタンス（Ａ＋１）とリアクタンス（Ａ）の差である。
The reactance movement median value (movement statistical processing value) may increase or decrease as the frequency increases from low frequency to high frequency. However, a rate (change rate) limit (change rate limit) may be provided for up and down changes (increase and decrease).
In this case, when the reactance (A + 1), which is the movement median value of the reactance in the section (A + 1), is larger than the reactance (A) + ΔA, the reactance (A) + ΔA is adopted as the value of the reactance (A + 1).
When reactance (A + 1) is smaller than reactance (A) −ΔA, reactance (A) −ΔA is adopted as the value of reactance (A + 1).
ΔA is a difference between reactance (A + 1) and reactance (A).
＜統計処理の実測データ例＞
次に、インピーダンスのデータを統計処理した実測データ例について示す。
図１３は、インピーダンスのデータの統計処理前と統計処理後を比較して示した図であり、（ａ）はインピーダンスのレジスタンス成分、（ｂ）インピーダンスのリアクタンス成分を示している。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）の横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈｚ））であり、縦軸はそれぞれレジスタンス値とリアクタンス値である。
図１３（ａ）、（ｂ）において、灰色で示した統計処前のデータは高周波域（概ね１０３〜１０４）でばらついている。しかし、黒色で示した統計処後のデータは高周波域（概ね１０３〜１０４）も含めて統計処前のデータに比較するとばらつきが小さい。
統計処理によって、ぱらつきが大きく軽減されたことを示している。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）における統計処理後のデータおよび統計処理前のデータは、ともに図９のフローチャートにおけるステップＳ６０２とステップＳ６０３の処理は行われているデータである。
<Measured data example of statistical processing>
Next, an example of actual measurement data obtained by statistically processing impedance data will be described.
FIG. 13 is a diagram comparing impedance data before and after statistical processing, in which (a) shows impedance resistance components and (b) impedance reactance components.
In FIGS. 13A and 13B, the horizontal axis represents frequency (Frequency (Hz)), and the vertical axis represents resistance value and reactance value, respectively.
In FIG. 13A and FIG. 13B, the data before statistical processing shown in gray varies in a high frequency range (approximately 10 3 to 10 4 ). However, the data after statistical processing shown in black has a small variation compared to the data before statistical processing including the high frequency range (approximately 10 3 to 10 4 ).
This shows that fluttering is greatly reduced by statistical processing.
Note that both the data after statistical processing and the data before statistical processing in FIGS. 13A and 13B are data for which the processing of step S602 and step S603 in the flowchart of FIG. 9 has been performed.
図１４は、図１３に示した統計処理後のデータの拡大図であり、（ａ）はインピーダンスのレジスタンス成分、（ｂ）はインピーダンスのリアクタンス成分を示している。
なお、図１４（ａ）、（ｂ）の横軸は、周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈｚ））であり、縦軸はそれぞれレジスタンス値とリアクタンス値である。ただし縦軸におけるそれぞれの目盛が細密になって細かい変化を図示している。
図１４（ａ）、（ｂ）において、２０Ｈｚ以下の低周波域においてばらつきが見られるものの、高周波域（概ね１０３〜１０４）ではばらつきが小さい、つまり精度が高いことを示している。
FIG. 14 is an enlarged view of the data after the statistical processing shown in FIG. 13, where (a) shows the resistance component of the impedance, and (b) shows the reactance component of the impedance.
In FIGS. 14A and 14B, the horizontal axis represents frequency (Frequency (Hz)), and the vertical axis represents resistance value and reactance value, respectively. However, each scale on the vertical axis becomes finer and shows fine changes.
14 (a) and 14 (b), although variation is observed in a low frequency region of 20 Hz or less, the variation is small in the high frequency region (approximately 10 3 to 10 4 ), that is, the accuracy is high.
＜コールコールプロット＞
図１５は、図１４（ａ）、（ｂ）のレジスタンス値とリアクタンス値に基づき作成したコールコールプロット（コールコール図）である。
図１５の横軸は、レジスタンス値であり、縦軸はリアクタンス値である。それぞれの周波数におけるレジスタンス値とリアクタンス値が満たす点を、周波数を変化させて図示している。なお、レジスタンス値とリアクタンス値がともに小さい左側が高周波域である。
図１５において、「ＦＲＡ」と表記した特性線が従来のＦＲＡで計測、図示したものであり、「本実施形態」と表記した特性線が、図１４（ａ）、（ｂ）のレジスタンス値とリアクタンス値に基づき作成したものである。
<Cole-Cole plot>
FIG. 15 is a Cole-Cole plot (Cole-Cole diagram) created based on the resistance values and reactance values shown in FIGS.
The horizontal axis in FIG. 15 is the resistance value, and the vertical axis is the reactance value. The points where the resistance value and the reactance value at each frequency are satisfied are illustrated by changing the frequency. The left side where both the resistance value and the reactance value are small is the high frequency region.
In FIG. 15, the characteristic line denoted by “FRA” is measured and illustrated by the conventional FRA, and the characteristic line denoted by “this embodiment” is the resistance value of FIGS. 14 (a) and 14 (b). It was created based on the reactance value.
従来のＦＲＡの計測方法は時間がかかるものの比較的、正確な計測結果が得られる。
そのＦＲＡの計測結果と本実施形態による計測結果は、高周波域において、概ね同じような値と特性を示している。
したがって、ハンチング現象の発生時においてインピーダンスを測定する本実施形態の計測方法は、少なくとも高周波域においては、比較的、精度の高い計測結果が得られる。
つまり、本実施形態の計測方法によれば、簡易的な計測装置（ハードウエアとソフトウエア）の構成で、短時間で、かつ高い精度の計測結果が得られる。
また、中低周波域においても実用的な精度で燃料電池のインピーダンスの計測が可能である。
Although the conventional FRA measurement method takes time, a relatively accurate measurement result can be obtained.
The measurement result of the FRA and the measurement result according to the present embodiment show generally similar values and characteristics in the high frequency range.
Therefore, the measurement method of the present embodiment that measures impedance when a hunting phenomenon occurs can obtain a measurement result with relatively high accuracy at least in a high frequency range.
That is, according to the measurement method of the present embodiment, a highly accurate measurement result can be obtained in a short time with a simple configuration of the measurement apparatus (hardware and software).
In addition, the impedance of the fuel cell can be measured with practical accuracy even in the middle and low frequency range.
なお、燃料電池の周波数特性における高周波域、あるいは中低周波域は、燃料電池の出力密度によって変化する。
例えば、燃料電池の出力密度が０．０１Ａ／ｃｍ２程度では、数１０Ｈｚ以上が高周波域に属し、０．５Ｈｚ程度が中周波域、０．１Ｈｚ以下が低周波域である。
また、燃料電池の出力密度が０．１Ａ／ｃｍ２程度では、１００Ｈｚ以上が高周波域に属し、数１０Ｈｚ程度が中周波域、１Ｈｚ以下が低周波域である。
また、燃料電池の出力密度が１Ａ／ｃｍ２以上では、５００Ｈｚ以上が高周波域に属し、１００Ｈｚ程度が中周波域、１Ｈｚ以下が低周波域である。
Note that the high-frequency region or medium-low frequency region in the frequency characteristics of the fuel cell varies depending on the output density of the fuel cell.
For example, when the output density of the fuel cell is about 0.01 A / cm 2 , several tens of Hz or more belongs to the high frequency region, about 0.5 Hz is the middle frequency region, and 0.1 Hz or less is the low frequency region.
Further, when the output density of the fuel cell is about 0.1 A / cm 2 , 100 Hz or more belongs to the high frequency range, about several tens Hz is the middle frequency range, and 1 Hz or less is the low frequency range.
Moreover, when the output density of the fuel cell is 1 A / cm 2 or more, 500 Hz or more belongs to the high frequency region, about 100 Hz is the middle frequency region, and 1 Hz or less is the low frequency region.
（その他の実施形態）
次に、その他の実施形態について、説明する。
(Other embodiments)
Next, other embodiments will be described.
≪フラッディング≫
以上においては、負荷変動による燃料電池の電流と電圧のハンチング現象を利用することを説明したが、インピーダンス計測に利用できる燃料電池の電流と電圧の変動はそればかりではない。
例えば、フラッディング（水閉塞による酸素供給不足）による燃料電池の電流と電圧の変動を検出して、その区間において、インピーダンス計測に利用することもできる。
フラッディングによる電流、電圧の変動の場合は、負荷への電力指示値が一定値、あるいは、非常にゆっくり変化している場合にでも生ずる。
≪Flooding≫
In the above description, the use of the hunting phenomenon of the current and voltage of the fuel cell due to the load variation has been described. However, the variation of the current and voltage of the fuel cell that can be used for impedance measurement is not limited thereto.
For example, fluctuations in the current and voltage of the fuel cell due to flooding (insufficient oxygen supply due to water blockage) can be detected and used for impedance measurement in that section.
The fluctuation of current and voltage due to flooding occurs even when the power instruction value to the load changes to a constant value or very slowly.
≪音を発生するデバイスへの対策≫
燃料電池１３の負荷１６はモータばかりではない。エアポンプ、Ｗ／Ｐ、インジェクターなどの音を発生することのある負荷も接続されていることがある。これらの負荷が接続された状態で、制御演算部１２からハンチングを発生させるために負荷変動を指示すると、前記した音の発生しやすいデバイスは、騒音を増加することがある。
したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池から電力を取得するなどの対策をとることにより、インピーダンス計測中の騒音の増加を防止できる。
≪Measures for devices that generate sound≫
The load 16 of the fuel cell 13 is not limited to the motor. A load that may generate sound, such as an air pump, W / P, or an injector, may also be connected. In the state where these loads are connected, if a load change is instructed from the control calculation unit 12 to generate hunting, the above-mentioned device that easily generates sound may increase noise.
Therefore, an increase in noise during impedance measurement can be prevented by taking measures such as obtaining electric power from the fuel cell via the DC / DC converter.
≪所定の電流範囲の負荷変動≫
また、負荷装置（モータ）１６が所定の電流密度範囲の負荷変動を繰り返す運転領域に入るときに、燃料電池１３のインピーダンスを計測する方法もある。
例えば、０．０１Ａ／ｃｍ２程度の電流密度と０．０３Ａ／ｃｍ２程度の電流密度を繰り返す場合である。
これは、０．０１Ａ／ｃｍ２程度の電流密度においては、燃料電池１３の電圧が比較的高電位となり、この高電位を長時間、維持すると燃料電池１３の劣化が進行しやすくなる。そこで所定時間以上の高電位が持続しないように電位が若干低下する「０．０３Ａ／ｃｍ２程度の電流密度」との間で負荷変動を繰り返す。このときの負荷変動をインピーダンス計測に利用する。
≪Load fluctuation in the specified current range≫
There is also a method of measuring the impedance of the fuel cell 13 when the load device (motor) 16 enters an operation region where load fluctuations in a predetermined current density range are repeated.
For example, a current density of about 0.01 A / cm 2 and a current density of about 0.03 A / cm 2 are repeated.
This is because, at a current density of about 0.01 A / cm 2 , the voltage of the fuel cell 13 becomes a relatively high potential, and if this high potential is maintained for a long time, the deterioration of the fuel cell 13 tends to proceed. Therefore, the load fluctuation is repeated between “current density of about 0.03 A / cm 2 ” in which the potential slightly decreases so that the high potential does not continue for a predetermined time or longer. The load fluctuation at this time is used for impedance measurement.
≪燃料電池の起動チェック直後のインピーダンス計測≫
燃料電池の起動チェック直後においては、ハンチング現象に相当する燃料電池の電流と電圧の変動がある。このときの電流と電圧の変動をインピーダンス計測に利用する。
≪Impedance measurement right after fuel cell startup check≫
Immediately after the start-up check of the fuel cell, there are fluctuations in the current and voltage of the fuel cell corresponding to the hunting phenomenon. The current and voltage fluctuations at this time are used for impedance measurement.
≪アイドリング停止と通常発電の切替りの際のインピーダンス計測≫
負荷装置（モータ）１６の動作を再び動作させるまでしばらく止めさせる、いわゆるアイドリング停止のときには、燃料電池もアイドリング停止に合わせてその出力を低下あるいはゼロにさせ、その後アイドリング停止が解除されると、その出力を通常発電レベルに戻すことが行われる。燃料電池のアイドリング停止時モードと通常発電モードの切替り、あるいは通常発電モードとアイドリング停止時モードの切替りの際には、燃料電池の電流と電圧の変動がある。このときの電流と電圧の変動をインピーダンス計測に利用する。
≪Impedance measurement when idling stops and normal power generation is switched≫
When the operation of the load device (motor) 16 is stopped for a while until it is operated again, so-called idling stop, the fuel cell also decreases its output to zero in accordance with the idling stop, and when the idling stop is released, The output is returned to the normal power generation level. When the fuel cell is switched between the idling stop mode and the normal power generation mode, or between the normal power generation mode and the idling stop mode, there are fluctuations in the current and voltage of the fuel cell. The current and voltage fluctuations at this time are used for impedance measurement.
≪ハンチングの発生と予防に係るハードウエアとするソフトウエア≫
制御演算部１２は、所定以上の燃料電池１３の出力の変化率の場合において必ずハンチングを発生するように設計されたハードウエアと、負荷１６の通常の運転時においてハンチングの発生を予防するレートリミットを有するソフトウエアと、を備えるように構成する。
そして、燃料電池１３のインピーダンスを計測する際には、前記ソフトウエアのリミットを外し、所定の変化率以上で電流を変動させることで故意に燃料電池１３のハンチングを発生させ、前記燃料電池のインピーダンスをインピーダンス計測部１０１が計測する。
また、制御演算部１２がインピーダンス計測の終了を意図した際には、インピーダンス計測部１０１によるインピーダンスの算出を待たずに、前記ソフトウエアのレートリミットをつけて燃料電池１３を保護する。
以上の方法で所望の場合に燃料電池１３のインピーダンス計測を行い、かつ燃料電池１３を保護するという効率と保全性とを兼ね備えた制御ができる。
≪Software for hardware related to occurrence and prevention of hunting≫
The control calculation unit 12 includes hardware designed to surely generate hunting when the output rate of the fuel cell 13 exceeds a predetermined level, and a rate limit that prevents hunting during normal operation of the load 16. And software having the following.
When the impedance of the fuel cell 13 is measured, the software limit is removed, and the current is fluctuated at a predetermined rate of change or more to intentionally generate the hunting of the fuel cell 13, and the impedance of the fuel cell Is measured by the impedance measuring unit 101.
When the control calculation unit 12 intends to end the impedance measurement, the software cell rate limit is applied to protect the fuel cell 13 without waiting for the impedance measurement unit 101 to calculate the impedance.
By the above method, the impedance measurement of the fuel cell 13 is performed when desired, and the control that combines the efficiency and the maintenance of protecting the fuel cell 13 can be performed.
≪統計処理≫
図４のＦＦＴによるインピーダンス計測のフローチャートにおけるステップＳ４０９の統計処理については中央値をとる場合について説明したが、中央値の処理のみとは限らない。平均値や最頻値による統計処理や、正規分布などの確率分布関数でのフッティング値や、最尤推定値が有効な場合もある。
≪Statistical processing≫
The statistical processing of step S409 in the flowchart of impedance measurement by FFT of FIG. 4 has been described with respect to the case where the median is taken. In some cases, statistical processing using an average value or mode value, a footing value using a probability distribution function such as a normal distribution, or a maximum likelihood estimation value may be effective.
（本願発明と実施形態の補足）
環境や運転状況を反映させる上には、広い周波数帯域のインピーダンスの計測が必要である。この広い周波数帯域のインピーダンス計測方法としては、ＦＲＡ法やＭ系列信号を用いたＦＦＴ法がある。
しかしながらＦＲＡ法は、計測に多大な時間を要するので、逐次、環境や運転状況を反映させることには適していない。
また、ＦＦＴ法は、Ｍ系列信号発生のためや、その信号を燃料電池に印加する特別の装置が必要である。
そこで、本発明は前記した問題を解決するためになされたものであり、燃料電池のインピーダンス計測において特別な入力（正弦波や矩形波、Ｍ系列信号など）を用いずに、負荷変動時のハンチング時の電流電圧の時系列データからインピーダンスを算出するインピーダンス計測方法を提供することを目的とする。
ことに、高周波域のインピーダンス計測であれば、前述の簡便な装置と構成で短時間に充分な精度で計測が可能となる。
したがって、特別な入力信号作成のためのハードウエアやソフトウエアが不要となり、また計測のための特別な計測モードが不要となる効果がある。
また、ハンチング発生時には必ず高周波域のインピーダンスが算出できるという効果がある。また、燃料電池稼動中の特定の計測モードを省いて燃料電池装置ユーザを待たせることがなく、商品性を高められるという効果がある。
(Supplement of the present invention and embodiments)
In order to reflect the environment and driving conditions, it is necessary to measure impedance in a wide frequency band. As an impedance measurement method for this wide frequency band, there are an FRA method and an FFT method using an M-sequence signal.
However, since the FRA method requires a lot of time for measurement, it is not suitable for reflecting the environment and the driving situation sequentially.
Moreover, the FFT method requires a special device for generating an M-sequence signal and applying the signal to the fuel cell.
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and hunting at the time of load fluctuation without using a special input (sine wave, rectangular wave, M series signal, etc.) in impedance measurement of the fuel cell. An object of the present invention is to provide an impedance measurement method for calculating impedance from time-series data of current voltage of time.
In particular, in the case of impedance measurement in a high frequency range, measurement can be performed with sufficient accuracy in a short time with the above-described simple apparatus and configuration.
Therefore, there is an effect that hardware and software for creating a special input signal are not required and a special measurement mode for measurement is not required.
In addition, there is an effect that the impedance in the high frequency region can be calculated whenever hunting occurs. Further, there is an effect that the merchantability can be improved without omitting a specific measurement mode during operation of the fuel cell and making the fuel cell device user wait.
１１ 偏差信号部
１１Ｄ 偏差信号
１１Ｓ モータ出力指示値
１２ 制御演算部（制御演算装置）
１２Ｈ ハンチング発生予想信号
１２Ｓ 電力指示値、電流指示値
１２ＳＦ 燃料電池への電力指示値、電流指示値
１２ＳＢ 蓄電池への電力指示値、電流指示値
１３ 燃料電池
１３Ｐ 燃料電池出力電力
１３Ｓ 燃料電池電流電圧信号
１４ 蓄電池
１４Ｐ 蓄電池出力電力
１５ 駆動電力合算部
１５Ｐ モータ駆動電力
１６ 負荷、負荷装置、モータ
１６Ｍ モータ出力（モータ出力値、出力値）
１７ 電流電圧制御部
１０１、１０２ インピーダンス計測装置（インピーダンス計測部）
１０１Ｓ、１０２Ｓ インピーダンス値信号
１１１ インピーダンス演算部
１１２ データ蓄積部
１１３ ハンチング検出部
11 Deviation signal section 11D Deviation signal 11S Motor output instruction value 12 Control computation section (control computation device)
12H Hunting occurrence prediction signal 12S Power command value, current command value 12SF Power command value to fuel cell, current command value 12SB Power command value to battery, current command value 13 Fuel cell 13P Fuel cell output power 13S Fuel cell current voltage signal 14 storage battery 14P storage battery output power 15 drive power summing unit 15P motor drive power 16 load, load device, motor 16M motor output (motor output value, output value)
17 Current / voltage control unit 101, 102 Impedance measuring device (impedance measuring unit)
101S, 102S Impedance value signal 111 Impedance calculation unit 112 Data storage unit 113 Hunting detection unit
Claims (31)
前記負荷の変動にともなう現象に係る電力関連値を用いて、前記燃料電池のインピーダンスを算出することを特徴とするインピーダンス計測方法。 A method for measuring impedance of a fuel cell in a fuel cell system comprising a fuel cell and supplying power to a load, comprising:
An impedance measurement method, wherein an impedance of the fuel cell is calculated using a power-related value relating to a phenomenon associated with a change in the load.
前記負荷の変動にともない発生したハンチング現象時の前記燃料電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得し、
前記電流の時系列データと前記電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理し、
該演算処理された２つのデータによってインピーダンスを算出することを特徴とするインピーダンス計測方法。 A method for measuring impedance of a fuel cell in a fuel cell system comprising a fuel cell and supplying power to a load, comprising:
Obtaining time series data of each of the current and voltage of the fuel cell at the time of the hunting phenomenon that occurred in accordance with the fluctuation of the load;
The current time series data and the voltage time series data are each processed by the FFT method,
An impedance measurement method, wherein impedance is calculated from the two pieces of arithmetically processed data.
前記制御演算部は、ハンチング現象が発生する所定の前記負荷の変動状態が記憶されており、
前記所定の負荷の変動状態が発生した際、または前記所定の負荷の変動状態の発生が予測される際に、前記制御演算部はハンチング発生予想信号を前記インピーダンス計測部に送り、
前記インピーダンス計測部は、前記燃料電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得し、前記電流の時系列データと前記電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理し、該演算処理された２つのデータによってインピーダンスを算出する
ことを特徴とするインピーダンス計測方法。 A fuel comprising a fuel cell and a storage battery, and having an impedance measuring unit for supplying the power of the fuel cell and the storage battery to a load according to a power command value or a current command value calculated by a control calculation unit and measuring an impedance of the fuel cell A method for measuring impedance of the fuel cell in a battery system,
The control calculation unit stores a predetermined fluctuation state of the load at which a hunting phenomenon occurs,
When the fluctuation state of the predetermined load occurs or when the occurrence of the fluctuation state of the predetermined load is predicted, the control calculation unit sends a hunting occurrence prediction signal to the impedance measurement unit,
The impedance measurement unit obtains time series data of each of the current and voltage of the fuel cell, performs arithmetic processing on the time series data of the current and time series data of the voltage, respectively, by an FFT method, and performs the calculation processing. An impedance measurement method characterized in that the impedance is calculated from the two data.
前記制御演算部は、ハンチング現象が発生する所定の前記負荷の変動状態が記憶されており、
前記燃料電池が稼動中に、前記制御演算部が前記所定の負荷の変動状態を発生させハンチング現象を誘発し、
前記インピーダンス計測部は、該ハンチング現象時の前記燃料電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得し、前記電流の時系列データと前記電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理し、該演算処理された２つのデータによってインピーダンスを算出する
ことを特徴とするインピーダンス計測方法。 A fuel comprising a fuel cell and a storage battery, and having an impedance measuring unit for supplying the power of the fuel cell and the storage battery to a load according to a power command value or a current command value calculated by a control calculation unit and measuring an impedance of the fuel cell A method for measuring impedance of the fuel cell in a battery system,
The control calculation unit stores a predetermined fluctuation state of the load at which a hunting phenomenon occurs,
While the fuel cell is in operation, the control calculation unit generates a fluctuation state of the predetermined load to induce a hunting phenomenon,
The impedance measuring unit obtains time series data of the current and voltage of the fuel cell at the time of the hunting phenomenon, and performs arithmetic processing on the time series data of the current and the time series data of the voltage, respectively, by an FFT method. An impedance measurement method, wherein impedance is calculated from the two data processed by the calculation.
所定以上の前記燃料電池の出力の変化率の場合において必ずハンチングを発生するように設計されたハードウエアと、
通常の運転時においてハンチングの発生を予防するレートリミットを有するソフトウエアと、を備え、
前記燃料電池のインピーダンスを計測する際には、前記ソフトウエアのリミットを外し、所定の変化率以上で電流を変動させることで故意に前記燃料電池のハンチングを発生させ、前記燃料電池のインピーダンスを前記インピーダンス計測部が計測し、
前記制御演算部がインピーダンス計測の終了を意図した際には、前記インピーダンス計測部によるインピーダンスの算出を待たずに、前記ソフトウエアのレートリミットをつけて前記燃料電池を保護することを特徴とする請求項４に記載のインピーダンス計測方法。 The control calculation unit is
Hardware designed to always generate hunting in the case of a change rate of the output of the fuel cell above a predetermined value;
Software with a rate limit to prevent the occurrence of hunting during normal operation,
When measuring the impedance of the fuel cell, the hunting of the fuel cell is intentionally generated by removing the software limit and fluctuating the current at a predetermined change rate or more, and the impedance of the fuel cell is The impedance measurement unit measures,
When the control calculation unit intends to end impedance measurement, the software cell rate limit is applied to protect the fuel cell without waiting for impedance calculation by the impedance measurement unit. Item 5. The impedance measurement method according to Item 4.
前記ハンチング判定部が、前記燃料電池をハンチング状態にあると判定する場合に、
前記インピーダンス計測部は、該ハンチング現象時の前記燃料電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得し、前記電流の時系列データと前記電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理し、該演算処理された２つのデータによってインピーダンスを算出する
ことを特徴とするインピーダンス計測方法。 The impedance measuring unit includes a fuel cell, and also includes a hunting determination unit that monitors a power-related value of the fuel cell and determines whether the output of the fuel cell is in a hunting state based on the state of the power-related value. , A method for measuring impedance of the fuel cell in a fuel cell system for supplying power of the fuel cell to a load,
When the hunting determination unit determines that the fuel cell is in the hunting state,
The impedance measuring unit obtains time series data of the current and voltage of the fuel cell at the time of the hunting phenomenon, and performs arithmetic processing on the time series data of the current and the time series data of the voltage, respectively, by an FFT method. An impedance measurement method, wherein impedance is calculated from the two data processed by the calculation.
前記ハンチング判定部が前記燃料電池の電流と電圧を常時監視し、
電流指示値が所定の変化幅ΔＩで変化し、前記電流指示値の変化が所定のΔｔの時間内に完了した際に、
前記燃料電池の電流の変動幅が前記変化幅ΔＩの所定の割合以上の変化が所定時間内に所定回数以上であった場合、
かつ前記燃料電池の電流と電圧とが逆位相で変動している場合に、
前記ハンチング判定部はハンチングが発生したとして判定し、
前記インピーダンス計測部は、前記燃料電池のインピーダンスを算出する
ことを特徴とする請求項８に記載のインピーダンス計測方法。 The method in which the hunting determination unit determines that the fuel cell is in the hunting state,
The hunting determination unit constantly monitors the current and voltage of the fuel cell,
When the current instruction value changes with a predetermined change width ΔI and the change of the current instruction value is completed within the time of the predetermined Δt,
When the variation width of the current of the fuel cell is greater than or equal to a predetermined ratio of the variation width ΔI within a predetermined time,
And when the current and voltage of the fuel cell fluctuate in opposite phases,
The hunting determination unit determines that hunting has occurred,
The impedance measurement method according to claim 8, wherein the impedance measurement unit calculates an impedance of the fuel cell.
前記ハンチング判定部が、前記蓄電池をハンチング状態にあると判定された場合に、
前記インピーダンス計測部は、該ハンチング現象時の前記蓄電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得し、前記電流の時系列データと前記電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理し、該演算処理された２つのデータによって蓄電池のインピーダンスを算出する
ことを特徴とするインピーダンス計測方法。 An impedance measuring unit comprising a fuel cell and a storage battery, and monitoring a power-related value of the fuel cell and determining whether the output of the fuel cell is in a hunting state based on the state of the power-related value The method for measuring impedance of the storage battery in a fuel cell system for supplying power of the fuel cell to a load, comprising:
When the hunting determination unit determines that the storage battery is in the hunting state,
The impedance measurement unit acquires time series data of each of the current and voltage of the storage battery at the time of the hunting phenomenon, and performs arithmetic processing on the time series data of the current and the time series data of the voltage by an FFT method, An impedance measurement method, wherein the impedance of a storage battery is calculated from the two pieces of arithmetically processed data.
前記燃料電池のフラッディングにともない発生した電力関連値を用いて、前記燃料電池のインピーダンスを算出することを特徴とするインピーダンス計測方法。 A method for measuring impedance of a fuel cell in a fuel cell system comprising a fuel cell and supplying power to a load, comprising:
An impedance measuring method, wherein the impedance of the fuel cell is calculated using a power-related value generated with the flooding of the fuel cell.
前記制御演算部は、ハンチングが発生する負荷変動を起こす電力指示値を前記燃料電池に対し送るとともに、前記蓄電池にもその出力を変動させる電力指示値を送り、前記燃料電池と前記蓄電池の合計出力は変動させないことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell and the storage battery are controlled by a power instruction value calculated by a control calculation unit based on an output instruction value to a fuel cell system that includes a fuel cell and a storage battery and supplies power to the load and an output value of the load. A fuel cell system,
The control calculation unit sends a power command value that causes a load fluctuation that causes hunting to the fuel cell, and also sends a power command value that fluctuates its output to the storage cell, and a total output of the fuel cell and the storage cell Is a fuel cell system characterized by not fluctuating.
前記燃料電池への出力指示値と前記負荷装置の出力値とを基に制御演算部が算出する電力指示値によって、前記燃料電池が制御されるとともに、加湿関連装置によって調整される燃料電池システムであって、
前記燃料電池の前記電流電圧計測値に基づいて前記燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置を備え、
前記インピーダンス計測装置の計測したインピーダンス値によって、前記制御演算装置が前記燃料電池の膜抵抗値を算定し、前記加湿関連装置の動作を調整することを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system that includes a fuel cell and supplies power to a load device,
A fuel cell system in which the fuel cell is controlled by a power instruction value calculated by a control calculation unit based on an output instruction value to the fuel cell and an output value of the load device and adjusted by a humidification related device. There,
An impedance measuring device for measuring the impedance of the fuel cell based on the current voltage measurement value of the fuel cell;
The fuel cell system, wherein the control arithmetic device calculates a membrane resistance value of the fuel cell based on the impedance value measured by the impedance measuring device and adjusts the operation of the humidification related device.
前記燃料電池への出力指示値と前記負荷装置の出力値とを基に制御演算部が算出する電力指示値によって、前記燃料電池が制御されるとともに、音を発生させるデバイスを備えた燃料電池システムであって、
前記デバイスへの電力供給にはＤＣ／ＤＣコンバータを介することで、前記制御演算部が前記燃料電池のハンチングが発生する負荷変動を前記燃料電池に電力指示値として出力を指示した際にも、前記デバイスによる騒音を増加させないことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system that includes a fuel cell and supplies power to a load device,
A fuel cell system comprising a device that controls the fuel cell and generates sound according to a power command value calculated by a control calculation unit based on an output command value to the fuel cell and an output value of the load device Because
By supplying the power to the device via a DC / DC converter, the control calculation unit also instructs the fuel cell to output the load fluctuation generated by hunting of the fuel cell as a power command value. A fuel cell system that does not increase noise caused by a device.
前記燃料電池の電流と電圧の時系列データを蓄積するデータ蓄積部と、
電流と電圧を基にインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、
を備え、
該インピーダンス演算部は、所定時間内に前記負荷の所定以上の大きな変動が生じる際に、前記燃料電池がハンチングする前後の電流と電圧の時系列データを前記データ蓄積部から取得し、前記燃料電池のインピーダンスを計測する
ことを特徴とするインピーダンス計測装置。 The fuel cell and the storage battery are controlled by a power instruction value calculated by a control calculation unit based on an output instruction value to a fuel cell system that includes a fuel cell and a storage battery and supplies power to the load and an output value of the load. An impedance measuring device for measuring the impedance of the fuel cell in the fuel cell system,
A data storage unit for storing time-series data of current and voltage of the fuel cell;
An impedance calculator that calculates impedance based on current and voltage;
With
The impedance calculation unit obtains time series data of current and voltage before and after hunting of the fuel cell from the data storage unit when a large fluctuation of the load more than a predetermined value occurs within a predetermined time, and the fuel cell Impedance measuring device, characterized by measuring impedance of
前記インピーダンス計測装置は、負荷変動に伴うハンチング状データからからインピーダンスを計測することを特徴とする請求項２４に記載のインピーダンス計測装置。 When the impedance calculation is required, the control calculation unit instructs the fuel cell as a power instruction value for a load fluctuation that causes hunting,
25. The impedance measuring apparatus according to claim 24, wherein the impedance measuring apparatus measures impedance from hunting data associated with load fluctuation.
前記インピーダンス計測装置はハンチングを予測し、
前記データ蓄積部はハンチング前後の前記燃料電池の電流と電圧の時系列データを蓄積し、
前記インピーダンス演算部は、前記電流と電圧の時系列データに基づき前記燃料電池のインピーダンスを計測する事を特徴とする請求項２４に記載のインピーダンス計測装置。 When the control calculation unit has instructed the load of the fuel cell hunting load,
The impedance measuring device predicts hunting,
The data storage unit stores time series data of the current and voltage of the fuel cell before and after hunting,
25. The impedance measuring apparatus according to claim 24, wherein the impedance calculation unit measures the impedance of the fuel cell based on time-series data of the current and voltage.
前記燃料電池の電流と電圧のハンチングを検出するハンチング検出部と、
前記燃料電池の電流と電圧の時系列データを蓄積するデータ蓄積部と、
電流と電圧を基にインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、
を備え、
前記ハンチング検出部が前記燃料電池のハンチングを検出した際に、ハンチング前後の電流と電圧の時系列データをデータ蓄積部は蓄積し、前記インピーダンス演算部は前記データ蓄積部の電流と電圧の時系列データに基づき、前記燃料電池のインピーダンスを算出することを特徴とするインピーダンス計測装置。 The fuel cell and the storage battery are controlled by a power instruction value calculated by a control calculation unit based on an output instruction value to a fuel cell system that includes a fuel cell and a storage battery and supplies power to the load and an output value of the load. An impedance measuring device for measuring the impedance of the fuel cell in the fuel cell system,
A hunting detector for detecting current and voltage hunting of the fuel cell;
A data storage unit for storing time-series data of current and voltage of the fuel cell;
An impedance calculator that calculates impedance based on current and voltage;
With
When the hunting detection unit detects hunting of the fuel cell, the data storage unit stores time series data of current and voltage before and after hunting, and the impedance calculation unit is a time series of current and voltage of the data storage unit. An impedance measuring apparatus that calculates an impedance of the fuel cell based on data.
前記燃料電池と前記蓄電池の電流と電圧の時系列データを蓄積するデータ蓄積部と、
電流と電圧を基にインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、
を備え、
該インピーダンス演算部は、所定時間内に前記負荷の所定以上の大きな変動が生じる際に前記燃料電池と蓄電池がハンチングする前後の電流と電圧の時系列データを前記データ蓄積部から取得し、前記燃料電池のインピーダンスを計測するとともに、併せて前記蓄電池のインピーダンスを計測する
ことを特徴とするインピーダンス計測装置。 The fuel cell and the storage battery are controlled by a power instruction value calculated by a control calculation unit based on an output instruction value to a fuel cell system that includes a fuel cell and a storage battery and supplies power to the load and an output value of the load. An impedance measuring device for measuring the impedance of the fuel cell in the fuel cell system,
A data storage unit for storing time series data of current and voltage of the fuel cell and the storage battery;
An impedance calculator that calculates impedance based on current and voltage;
With
The impedance calculation unit acquires time series data of current and voltage before and after hunting of the fuel cell and the storage battery from the data storage unit when a large fluctuation of the load more than a predetermined value occurs within a predetermined time, and the fuel storage unit An impedance measuring apparatus characterized by measuring the impedance of a battery and simultaneously measuring the impedance of the storage battery.
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