JP2019052941A - 測定解析装置、燃料電池システム及び測定解析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、この測定解析装置において電流推定に使用する測定解析方法に関する。
発明者らは、燃料電池(特に固体高分子形燃料電池)を対象として、電池各部を流れる電流を測定する技術を開発してきた。これらは核磁気共鳴法を利用する技術であり、小型表面コイル(小型RFコイル)で検出される核磁気共鳴信号(磁場関連情報の一種であり、以下「NMR信号」とも記載する)を利用して、検出位置における周波数シフト量、さらには電流を求めることができる。即ち、平板形の燃料電池に流れる電流(発電電流)をその電池面に沿った分布として求めている(特許文献1、非特許文献1等)。
(1)周波数シフト量Δωと電流Iを単純な関係式で結び付けて電流を算出する、
(2)周波数シフト量Δωに適合する電流Iを探索する際に、両者間を単純な関係式で結ぶとともに、試料に分布する電流を離散的に増加させて、実際に測定される周波数シフト量に最も近くなる電流を真の電流とする(電流逆解析)。
発明者等がこれまで使用してきた実験装置でも、電流が導出される方向は一様にy方向としていた。この状況は特許文献1でも変わらない(図46参照)。
この技術においても、電流は基本的に燃料電池の厚み方向にのみ流れる。
これを全数探索法と呼ぶ。
全数探索では、電流を飛び飛びの値である離散値とし、それを全ての小型RFコイルの位置での電流値として設定して計算された周波数シフト量Δωanaが、測定された周波数シフト量Δωexpに一致する電流Iを探す。
二次元に広がった試料面を有する試料に対して、磁気センサにより、当該試料面における磁場関連情報を、当該磁場関連情報の取得単位である試料分割領域単位で取得して、実磁場関連情報の分布を得るとともに、前記試料において、前記試料面に沿った電流の分布を、所定の電流分解能で前記実磁場関連情報に基づいて逆解析により解析する測定解析装置の第1の特徴構成は、
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定部と、
前記電流推定用領域設定部において設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算部と、
前記推定磁場関連情報演算部により演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理部とを備え、
前記推定磁場関連情報演算部における演算において、前記所定の電流分解能より低い分解能の第1分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理部による適合判定を実行して電流推定を行う電流第1推定処理部と、
前記電流第1推定処理部で、適合度が高いと判定された前記電流を電流第1推定量として、当該電流第1推定量を含み、前記第1分解能より分解能が高く、前記所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第2分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理部による適合判定を実行して電流推定を行う電流第2推定処理部とを含む、ことにある。
この場合、後に示すように、演算負荷を格段に低下でき、それを複数段繰り返すことで最終的には目標とする電流分解能(所定の電流分解能)まで到達可能であり、実用的な測定解析装置を得ることができる。
本発明において、「所定の電流分解能」は、測定解析装置で最終的に目標とする電流の分解能であり、電流推定を多段で行う場合は、その最終段における電流の分解能となる。後述するように、本発明には、領域設定を単段または多段で行う両方の場合が含まれる。そして、領域設定を単段で行う場合は、その単段の領域設定で、電流推定を多段で行う場合の最終段の電流分解能が「所定の電流分解能」となり、領域設定を多段で行う場合は、最終段の領域設定における最終段の電流推定での電流分解能が「所定の電流分解能」となる。
逆に、2段目の電流推定に注目すると、領域設定を単段で行い、電流推定を2段で行う場合は、最終段である2段目の電流の分解能(第2分解能)が「所定の電流分解能」と等しくなり、電流推定を2段を超える多段で行う場合は、2段目の電流の分解能(第2分解能)は「所定の電流分解能」より低くなる。一方、領域設定を多段で、さらに電流推定を2段で行う場合は、領域設定最終段における電流推定最終段である2段目の電流の分解能(第2分解能)が「所定の電流分解能」と等しくなり、領域設定最終段における電流推定を2段を超えた多段で行う場合は、2段目の電流の分解能(第2分解能)は「所定の電流分解能」より低くなる。
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定ステップと、
前記電流推定用領域設定ステップにおいて設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算ステップと、
前記推定磁場関連情報演算ステップにより演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理ステップとを備え、
前記推定磁場関連情報演算ステップにおける演算において、前記所定の電流分解能より低い分解能の第1分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理ステップによる適合判定を実行して電流推定を行う電流第1推定処理ステップと、
前記電流第1推定処理ステップで、適合度が高いと判定された前記電流を電流第1推定量として、当該電流第1推定量を含み、前記第1分解能より分解能が高く、前記所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第2分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理ステップによる適合判定を実行して電流推定を行う電流第2推定処理ステップを含む。
後段の前記電流推定において、
前段の前記電流推定で最も適合度が高いと判断された電流を、処理対象とする電流の範囲内に含み、前段の電流分解能より高い分解能に基づいた電流推定を実行することが好ましい。
この構成において、3段目の電流推定に注目すると、領域設定を単段で行い、電流推定を3段で行う場合は、最終段である3段目の電流の分解能(第3分解能)が「所定の電流分解能」と等しくなり、電流推定を3段を超えて多段で行う場合は、3段目の電流の分解能(第3分解能)は「所定の電流分解能」より低くなる。一方、領域設定を多段で、さらに電流推定を3段で行う場合は、領域設定最終段における電流推定最終段である3段目の電流の分解能(第3分解能)が「所定の電流分解能」と等しくなり、領域設定最終段における電流推定を3段を超えた多段で行う場合は、3段目の電流の分解能(第3分解能)は「所定の電流分解能」より低くなる。
即ち、本発明の測定解析装置の第2の特徴構成は、
前記電流推定用領域設定部による領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定部と、
前記第1領域設定部で各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定部とを含むことにある。
即ち、電流推定の対象とする領域(電流推定用領域)を、第1領域設定における分割では粗く、第2領域設定における分割でも、試料分割領域の数より小さい数で分割する。無論、第2領域分割数が第1領域分割数以下とされていてもよい。ただし、粗い領域分割において、電流推定用領域を試料分割領域と同じとした領域に関しては、その領域分割の形態を守り、新たな分割は行わない。
このように分割を進めることで、電流推定用領域を最終的に試料分割領域まで狭めてゆくことが可能となる。
そしてこのようにすると、後にも示すように、電流推定用領域が設定された各段階において、電流推定の対象とする領域の数を比較的限定された数に抑えることが可能となり、演算負荷を低減することができる。
前記電流推定用領域設定ステップによる領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定ステップと、
前記第1領域設定ステップで各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定ステップとを含む。
先にも説明したように、本発明において、「所定の電流分解能」は、測定解析装置で最終的に目標とする電流の分解能である。領域設定を多段で行う場合、その演算負荷の低減を領域設定のみで得ることもできる。この場合、電流推定における電流の分解能は、本来、測定解析装置で目標とする電流分解能となるため、「所定の電流分解能」は、その電流分解能となる。
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定部と、
前記電流推定用領域設定部において設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算部と、
前記推定磁場関連情報演算部により演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と推定する電流判定処理部とを備え、
前記電流推定用領域設定部による領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定部と、
前記第1領域設定部で各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定部とを含むこととできる。
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定ステップと、
前記電流推定用領域設定ステップにおいて設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算ステップと、
前記推定磁場関連情報演算ステップにより演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理ステップとを備え、
前記電流推定用領域設定ステップによる領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定ステップと、
前記第1領域設定ステップで各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定ステップとを含むこととなる。
以下、このような周波数シフト量あるいは磁気強度を測定する場合の構成に関して説明する。
この構成は、
前記試料に対して静磁場を印加する静磁場印加部と、
前記試料に対して励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場の印加により前記試料で発生する核磁気共鳴信号を取得する小型RFコイルを、前記磁気センサとして複数備え、
前記小型RFコイルで取得される前記核磁気共鳴信号の周波数に関し、前記固体高分子形燃料電池の非発電時と発電時との間における差分である周波数シフト量を実周波数シフト量として求める実周波数シフト量演算部とを備え、
前記磁場関連情報が、前記周波数シフト量又は周波数シフト量の空間勾配とすることができる。
(a)90°パルス、および、
(b)(a)のパルスの時間τ経過後に印加される180°パルス
を含むパルスシーケンスで、励起用振動磁場を印加するとともに、この励起用振動磁場に対応するエコー信号を取得し、エコー信号の実部および虚部を取得し、演算する。
この構成は、
磁気センサが検出位置の磁場強度を検出するホール素子であり、
前記磁場関連情報が、前記固体高分子形燃料電池の発電時における、前記ホール素子により測定される磁場強度又は磁場強度の空間勾配とすることができる。
燃料電池システム1は、燃料電池5と、この燃料電池5に付属して設けられる測定解析装置100とにより構成されている。さらに、燃料電池5の運転状態を制御するための電池制御部55が備えられ、測定解析装置100から出力される、各電池部位での電流Iに基づいて、燃料電池5に供給するガス(燃料ガスg1(具体的には水素H2)や酸化性ガスg2(具体的には空気air等の酸素含有ガス))の圧力や流量、間欠的なガス流動などのガス制御を行う他、温度制御などを適切に行い、例えば、低い電流領域(発電電流領域)の形成を回避するように構成されている。
1−1 実周波数シフト量の測定演算
燃料電池システム1では、電流Iを分布として求めることができるが、実周波数シフト量Δωexpは、小型RFコイル114により試料分割領域Zi毎に求めこととなる。よって、この項目は単位試料分割領域Ziでの説明である。
測定演算処理においては、以下のステップを順次行い、核磁気共鳴法(NMR法)を用いて試料5に設定される試料分割領域Zi毎の実周波数シフト量Δωexpを求める。
ステップS103:静磁場に置かれた試料の特定箇所に対し、試料より小さい小型RFコイル114を用いて、励起用振動磁場を印加するとともに、発生したNMR信号を取得する、
ステップS105:ステップS103で取得したNMR信号の周波数と励起用振動磁場の周波数とに基づく周波数の差分(実周波数シフト量)を演算する、
ステップS107:ステップS101からステップS105までの処理を、すべての試料分割領域について実行する、
ステップS109:得られた差分を、領域毎に記憶する。
(i)ステップS103(励起用振動磁場印加・核磁気共鳴信号取得)
本ステップでは、励起用振動磁場として、試料内の測定対象核に照射する高周波パルスを印加する。また、励起用振動磁場による核磁気共鳴現象によって試料内の測定対象核から放出されるNMR信号を取得する。
このようなパルスシーケンスの具体例については、図5を参照して後述する。
本ステップでは、ステップS103で取得したNMR信号の周波数と励起用振動磁場の周波数との差分(実周波数シフト量Δωexp)を求める。
ここまでの処理を、試料分割領域Zi全てで実行する。
本ステップでは、ステップS105で取得した周波数の差分である実周波数シフト量Δωexpを、試料分割領域Zi毎に記憶する。
実際の測定においては、試料や装置特性に起因する磁場の不均一が生じ、周波数の差分が正確に得られないことがある。そこで、以下の実施形態においては、スピンエコー法を用い、励起用高周波パルスを、たとえば以下の(a)および(b)を含む複数のパルスからなるパルスシーケンスとする(図5参照)。
(a)90°パルス、および、
(b)(a)のパルスの時間τ経過後に印加される180°パルス
図5に示したように、共鳴励起された磁化ベクトルM0x−yは時間と共に緩和してゆく。
この際に実際に観測される磁気共鳴信号の時間変化は、スピン−格子緩和時定数T1(図示していない)、スピン−スピン緩和時定数T2のみでは表すことができない別の時定数のT2*により緩和していく。この様子が図5の最下段に信号強度の時間変化として90°励起用振動パルスの直後から示されている。一般的に、この波線で示された実際に測定される磁気共鳴信号強度は急速に減衰し、その時定数T2*はT2よりも短い。T2緩和による減衰曲線よりも実際に観測される減衰信号が速く減衰してしまう原因は、静磁場マグネットの作る外部静磁場の不均一性、試料の磁気的性質や形状による試料内磁場の不均一性などにより試料の全体に渡って均一な磁場が確保されていないことによる。
また、上記(b)の時間2τ経過後にさらに180°パルスを印加し、これに対応するエコー信号を用いて電流測定を行ってもよい。ただし、複数回目のエコー信号を用いて電流測定を行う際には、できるだけ強いエコー信号を観測できるように、y軸方向の180度励起パルスを複数回照射することが有効である。その理由は、後述する図6(a)〜図6(d)の磁化ベクトルの動きに示した。
なお、(a)と、(b)との間に、一定時間勾配磁場パルスを印加し、さらに、(b)の後に、一定時間勾配磁場パルスを印加してPGSE(Pulsed−Gradient Spin−Echo)法により、NMR信号を取得し、実周波数シフト量を求めることとしてもよい。
試料に電流Iが流れれば、ビオ・サバールの法則から電流Iに正比例した磁場HIが発生する。そして、その磁場強度は電流Iが流れた位置と測定位置との距離rに反比例する。
先にも示したように、燃料電池システム1は、燃料電池5と、この燃料電池5の運転状態を測定する測定解析装置100とを備えて構成される。
燃料電池5は、図7に示すように、固体高分子電解質膜511を有する膜電極接合体51(MEA)と、一対の拡散層52、53と、セパレータ54,55とを有する。
膜電極接合体51は、固体高分子電解質膜511と、この固体高分子電解質膜511の両側に設けられた触媒層512、513とを有する。
一対の触媒層512、513のうち、一方の触媒層512は、固体高分子電解質膜511の一方の面に接触するように設けられ、他方の触媒層513は、固体高分子電解質膜511の他方の面に接触するように設けられる。これらの触媒層512、513は、たとえば、カーボン粒子の表面に白金触媒を担持させたものを固体高分子電解質膜511の表面に積層することで形成される。
なお、触媒層512,513の固体高分子電解質膜511とは反対側の面には、拡散層52、53、さらにはセパレータ54,55が設けられ、これらセパレータ54、55に設けられた流路541、551を通るガスg1,g2(H2,air)は、拡散層52,53を介して触媒層512,513に流通する。燃料電池5で発電した電流Iは、セパレータ54、55を通して取り出される。
セパレータ54,55は拡散層52、53の非膜電極接合体51側にそれぞれ設けられ、導線を介して、電気回路57に接続されることとなる。
図2に示す模式例と異なり、燃料電池5が複数積層された構造では、導線240は、各電池から発電電力を集積するようにセパレータ54,55に接続される。
図8に、測定解析装置100の概略構成を示した。
なお、測定解析装置100の各構成要素は、CPU、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム等を中心に、ハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
試料(固体高分子形燃料電池5)に対して静磁場を印加する静磁場印加部(磁石113)と、
試料に対して励起用振動磁場を印加するとともに、励起用振動磁場の印加により試料で発生する核磁気共鳴信号を取得する、小型RFコイル114を複数備え(図8にはその一つのみを示している)、
小型RFコイル114で取得された核磁気共鳴信号の周波数と励起用振動磁場の周波数との差分である周波数シフト量を実周波数シフト量Δωexpとして求める実周波数シフト量演算部200と、
小型RFコイル114が載置されるコイル載置箇所それぞれに対応して、試料領域を分割した試料分割領域Ziについて、実周波数シフト量演算部200で演算される実周波数シフト量Δωexpに基づいて、当該試料分割領域Ziを流れる電流Iを所定の電流分解能で求める電流逆解析部300が備えられている。
これら実周波数シフト量演算部200及び電流逆解析部300は、それぞれ、図示は省力するが、所定のデータを受け入れ、所定の演算処理を実行し、その演算結果を出力できるように構成されている。
小型RFコイル114の測定領域は、固体高分子電解質膜511の表面から、固体高分子電解質膜511の厚みの途中位置までとしてもよいし、固体高分子電解質膜の厚さ方向に渡り膜全体としても良い。
そして、拡散層52と固体高分子電解質膜511との間に配置された小型RFコイル114の測定領域と、拡散層53と固体高分子電解質膜511との間に配置された小型RFコイル114の測定領域とは重なっていない。
なお、固体高分子電解質膜511の大きさとは、固体高分子電解質膜511の表面の大きさである。小型RFコイル114の専有面積を、上記固体高分子電解質膜511の好ましくは1/2以下、より好ましくは、1/10以下とすることで、短時間で正確な測定が可能となる。小型RFコイル114の大きさは、たとえば、直径10mm以下とすることが好ましい。
なお、図示しないがRFパルス生成機能部は、各小型RFコイル114それぞれに対応して設けられ、複数のRFパルス生成部は、測定制御部150に接続される。
(a)90°パルス、および、
(b)(a)のパルスの時間τ経過後に印加される180°パルス
からなるパルスシーケンスとする。
この結果、装置の異常等により励起パルス強度がずれた場合でも、測定を行う前の段階で異常を検知でき、測定値をより正確なものとすることができる。また、(a)90°パルスが第1位相にあり、(b)180°パルスが、第1位相と90°ずれた第2位相にある構成とすることもできる。
(a)励起用振動磁場の90°パルス、
(b)(a)のパルスを照射した後に、一定時間dだけ印加される、勾配磁場パルス、
(c)(a)のパルス照射から時間τだけ経過した後に印加される励起用振動磁場の180°パルス、および、
(d)(c)のパルスを照射した後に、一定時間dだけ印加される、勾配磁場パルス。
からなるパルスシーケンス。
静磁場中に置かれた水素原子核は、静磁場に沿った方向(便宜上、Z方向とする)に正味の磁化ベクトルを持ち、特定の周波数(これを共鳴周波数と呼ぶ)のRF波をZ軸に垂直なX軸方向で外部から照射することで磁化ベクトルはY軸の正方向に傾斜し、核磁気共 鳴信号を観測することができる。
なお、図で示される座標は、回転座標系である。
このとき、図6(a)に示すように、90°パルスをx’軸方向へ印加すると、P、Qの核磁化は、回転座標系で同じ場所(y’軸)から歳差運動を始め、時間の経過とともに、Pの位相がQの位相より進んだものとなる(図6(b))。
NMR信号検出においては、小型RFコイル114で取得したNMR信号を検出し、このNMR信号をデータ受付部120を介して実周波数シフト量演算部200に送出する。NMR信号検出機能部は、プリアンプ112、検波器140およびA/D変換器118を含んで構成される。検出されたNMR信号は、プリアンプ112により増幅された後、検波器140へ送出される。
なお、図示しないがNMR信号検出機能部は、各小型RFコイル114それぞれに対応して設けられ、複数のNMR信号検出機能部は、データ受付部120に接続される。
これらの共振回路の構成は、一つの例であり、同じように特定の周波数で共振し、伝送系とのインピーダンス整合が取れる回路であれば、他の構成としても良い。
同軸ケーブルLは、コイルと、キャパシタとが組みあわされた等価回路として表すことができる。
ここで、測定解析装置100では、送受信系、伝送系のケーブル等がすべてたとえば、特定のインピーダンス(たとえば、50Ω)でインピーダンス整合されている。そこで、同軸ケーブルLの長さを調整し、小型RFコイル114を含む共振回路の特性インピーダンスを、所定のインピーダンスとすればよい。
また、スイッチ部170は各小型RFコイル114に対応して複数設けられている。
このようなGコイル251の配置構成としては、図8に示す一対とする他、後述する図13に示すような構成とすることも可能である。
図13には、各小型RFコイル114に対して、一対のGコイル251が配置される場合が例示されている。
Gコイル251は、固体高分子電解質膜511の表面に対し平行に配置される。
以上、固体高分子電解質膜511周辺の装置構成について説明した。
つづいて、NMR信号の処理ブロックである実周波数シフト量演算部200について説明する。この実周波数シフト量演算部200は実磁場関連情報演算部の一例である。
以下に、電流逆解析部300について説明する。
図15は、電流逆解析部300の機能構成を示したブロック図であり、図16に電流逆解析のメインフローを示し、図17に電流第1推定処理、電流第2推定処理、電流第3推定処理、各段階における電流推定処理のフローを示した。
1.試料領域Zallに関し、試料分割領域Ziの数(実際は小型RFコイル114の数:図18に示す例では7×7=49)に対応する分割領域まで電流推定用領域Zicを狭める処理と、
2.電流分解能を目標とする電流分解能まで高める処理とを、
含むものとなる。
試料領域Zallを、試料分割領域Ziの集合体又は試料分割領域Zi自体として構成される、複数の電流推定用領域Zicに分割する電流推定用領域設定部301と、
電流推定用領域設定部301において設定される電流推定用領域Zicについて、当該電流推定用領域Zicに流れる推定用電流Iiを仮設定するとともに、当該推定用電流Iiに基づいた試料分割領域Ziの各々における周波数シフト量Δωである推定周波数シフト量Δωanaを演算する推定周波数シフト量演算部302と、
推定周波数シフト量演算部302により演算された推定周波数シフト量Δωanaに関し、実周波数シフト量Δωexpと比較し、適合度が高い推定周波数シフト量Δωとなる推定用電流Iiを、試料における真の電流Iと判定する電流判定処理部303とを備えて構成されている。この推定周波数シフト量演算部302は、推定磁場関連情報演算部の一例である。さらに、図19(b)に示すように、電流推定用領域Zicが集合体とされる場合は、この集合体内において、試料分割領域Ziは、他の試料分割領域Ziと何れかの辺で接続する。
図15に主制御部300Mと記載しているのは、これらの各機能部位301、302,303を所定の順に(以下に示す例では図16に示す手順で)、働かせる制御部である。
以下に示す例では、試料領域Zallの分割に関しては2段階でこれを実行し、電流Iの分割(電流分解能を上げる処理)に関しては3段階で、これを実行する例を示す。
電流第1推定処理部310で、適合度が高いと判定された電流を第1電流推定量として、当該第1電流推定量を含み、前記第1分解能より分解能が高く、所定の電流分解能より低い第2分解能で、電流推定用領域Zicについて推定周波数シフト量Δωanaを求めるとともに、電流判定処理部303による適合判定を実行して電流推定を行う電流第2推定処理部320とを少なくとも備える構成とされている。
また、それぞれの電流推定で取り扱う電流分解能を受付ける電流分解能受付部312、322、332も備えられている。
これら電流推定範囲入力受入部311、321、331と、電流分解能受付部312、322、332は、それぞれ電流第1、第2、第3推定処理部310,320、330に対応して設けられているが、その理由は、図17に示すフロー、および段落〔0190〕〜〔0195〕で説明するように、これら処理部310,320、330で行う、電流推定処理が、領域設定の段、電流推定の段で異なるためである。原則としては、領域設定の段及び電流推定の段が進むに従って、電流推定の範囲は狭くされ、電流の分解能(電流範囲の分割数が相当)は高くされる。この構成より、領域設定を2段、電流推定を3段で行う実施形態における「所定の電流分解能」は、第2領域設定において電流第3推定処理で受け付ける第3分解能となる。一方、電流第3推定処理部330は、第1領域設定では、所定の電流分解能より低い電流の分解能を第3分解能とし、第2領域設定では、所定の電流分解能に等しい電流の分解能を第3分解能として、電流推定処理を実行する。
本発明における電流逆解析は、電流推定用領域設定部301に備えられる第1領域設定部301A(第1領域設定処理)、第2領域設定部301B(第2領域設定処理)により設定される領域設定に従って実行される。
一方、第2領域設定処理で設定される電流推定用領域Zicは、図19(c)に太線で示す分割線で分割した新たな領域Zicとされ、実際の試料分割状態に相当する試料分割領域Ziとされている(同図に、この形態をZic(=Zi)として示した)。
ステップS301:第1領域設定処理ステップ
電流推定用領域設定ステップでの領域設定において、試料分割領域Ziの数より小さい第1領域分割数となる電流推定用領域Zicから電流推定を開始する。
電流推定用領域設定ステップでの領域設定において、前記第1領域設定処理ステップで各々設定した各電流推定用領域Zicを第1領域分割数より小さい分割数で分割した領域として、新たな電流推定用領域Zicを設定して電流推定を実行する。
このように、後段の領域設定処理で前段の各電流推定用領域Zicをさらに分割して、新たな電流推定用領域Zicを設定する場合、段数が進むに従って、電流推定用領域Zic内では、その分割数を小さくする形態で分割を進めても良いし、ある程度、大きくしても構わない。ただし、演算負荷を上げないという本発明の主旨より、上限は試料分割領域Ziの数より小さい数となる。前段の電流推定用領域Zicを構成する試料分割領域Ziの数に対して、数マトリックス程度の増加は許容できる。
ステップS303:電流第1推定処理ステップ
推定周波数シフト量演算ステップにおける演算において、所定の電流分解能より低い分解能の第1分解能で、電流推定用領域について推定周波数シフト量を求めるとともに、前記電流判定処理部303による適合判定を実行して電流推定を行う、
電流第1推定処理ステップで、適合度が高いと判定された電流を電流第1推定量として、当該電流第1推定量を含み、第1分解能より分解能が高く、所定の電流分解能より低い第2分解能で、電流推定用領域について推定周波数シフト量を求めるとともに、電流判定処理部303による適合判定を実行し電流推定を行う、
電流第2推定処理ステップで、適合度が高いと判定された電流を電流第2推定量として、当該電流第2推定量を含み、第2分解能より分解能が高く、所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第3分解能で、電流推定用領域について推定周波数シフト量を求めるとともに、電流判定処理部303による適合判定を実行し電流推定を行う。
この判定ステップでは、このステップに達した状態での領域設定の段数が判定され、領域設定として最終的な領域設定である試料分割領域Ziとなっているかどうかが判定される。図19に示す実施形態では、第2領域設定での領域設定が終了したかどうかは、試料分割領域Zi単位での電流推定を終了したかの判定に相当する。
一方、第2領域設定の状態にある(S309;Yes)場合に、電流推定を終え、電流出力(S320)に進む。
以下、メインフローに記載の電流推定処理(電流第1推定処理〜電流第3推定処理)について、図17を参照して説明する。
電流第1推定処理部310〜電流第3推定処理部330が、それぞれの処理を実行するが、その処理形態は基本的に同じである。
各電流推定ステップに入る段階で、電流推定の対象とする電流情報を受付ける。
電流情報には、電流推定の対象とするその電流(推定用電流)Iiの最大値Iimax、最小値Iiminが含まれるとともに、この電流範囲内での推定対象とする電流Iiの数(分割数NΔIi,n)又は電流Iiの増分ΔIi,nが含まれる。ここで、nは電流推定の段に相当する。
前者は、電流推定範囲入力受付部311、321、322により受付られ、後者は、実質的に推定対象とする電流の分解能に相当するため電流分解能受付部312、322、332により受付られる。ここでの受付は、測定解析装置100内では、予め設定されている電流情報の読み込みとなる。この段階で「所定の電流分解能」及び第1領域設定での電流推定において対象とする電流の分解能(第1分解能、第2分解能、第3分解能)及び第2領域設定での電流推定において対象とする電流の分解能(第1分解能、第2分解能、第3分解能)は、それぞれ確定する。
演算対象とする推定用電流Ii及び電流推定用領域Zicを特定する。
この特定において、推定用電流Iiはその取りうる値が、順次、電流推定用領域Zic毎に特定される。即ち、試料領域Zallが電流推定用領域Zicで分割された状態での推定用電流Ziの分布として特定される。例えば、図19(b)に示すように、試料領域Zallが16の電流推定用領域Zicに分割された状態で、図20の電流第1推定で示すように、推定用電流Iiを4分割とする場合は、対象となる分布の数は、推定用電流Iiの数(4)の電流推定用領域Zicの数(16)のべき乗(416)となる。
以下に示すステップS513,S515までの処理を、各分布について繰り返す。
ステップS503で仮設定される推定用電流Iiに対して、各試料分割領域Ziにおける推定周波数シフト量Δωanaを演算する。
ステップS505で全試料分割領域Ziについて測定・演算されている、各試料分割領域Ziにおける実周波数シフト量Δωexpからの推定周波数シフト量Δωanaの誤差を演算する。
ステップS507で求められた誤差を全試料分割領域Ziで積算する。
演算した積算値Sを、演算対象とした推定用電流Ii及び全電流推定用領域Zicに対応つけて記憶する。一の電流分布に対する一の積算値Sを得ることとなる。ここで、図19(b)に示す第1領域設定の場合は、電流推定用領域Zic内で電流分布はないが、図19(c)に示す第2領域設定の場合は、試料分割領域Zi単位での電流分布となる。
上記のステップS503〜ステップS511の処理を全推定用電流Iiおよび全電流推定用領域Zicについて繰返し、完了後、以下のステップS517に移行する。
ここで、推定用電流Iiについての繰返し回数は「電流分割数」に対応し、図20(a)等の場合は4回となる。
一方、電流推定用領域Zicについての繰返し回数は「電流推定用領域Zicの数」に対応し、図19(b)に示す第1領域設定の場合は16回となる。図19(c)に示す第2領域設定の場合は、第1領域設定において設定される電流推定用領域Zicを試料分割領域Ziに分割して演算するため、後に詳述するように、9+6+4+3+2回となる。第1領域設定において、電流推定用領域Zicが試料分割領域Ziとなっている領域に関しては、重複して演算しない。
上記のステップS511で、推定用電流Iiの分布毎に記憶されている積算値Sの最も小さい電流Iiを、適合度が高い電流Iisol,nとする。ここで、nは電流推定の段数に対応している(図20参照)。
このステップS517は、先に説明した電流判定処理部303が実行する処理であり、処理中の電流推定処理において、推定用電流Iiの分布毎に記憶されている積算値Sについて、それが最も小さい電流Ii(電流分布)を、適合度が高い真の電流Iisol,nとする。この処理が「適合判定」である。
電流第1推定処理での推定用電流Iiの最大値Iimax,1、及び最小値Iimin,1は、初期設定値Iiintの±25%とする。この初期設定値Iiintも、測定解析装置100の使用者により予め設定される。
電流第1推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI、1は4とする(図20(a)参照)
この段階での初期設定値Iiintとしては、先の電流第1推定処理で最適と判定された電流(図20、Iisol,1)を使用する。以下、後段の電流推定で使用する初期設定値Iiintは、前段の電流推定で最適と判定された電流Iisol,nである。
電流第2推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI,2は4とする(図20(b)参照)
電流第3推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI、3は4とする(図20(c)参照)
電流第1推定処理での推定用電流Iiの最大値Iimax,1、及び最小値Iimin,1は、初期設定値Iiintの±15%とする。
この第2領域設定での電流第1推定処理における初期設定値Iiintには、第1領域設定での電流第3推定処理で最適と判定された電流Iisol,3を使用する。即ち、第1領域設定で電流推定用領域Zic毎の代表値となっている電流I(電流分布)を、その電流推定用領域Zicを構成する試料分割領域Zi毎に当てはめて使用する。
電流第1推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI,1は4とする。
電流第2推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI,2は4とする。
電流第3推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI,3は4とする。
これまでも説明してきたように、本発明においては、電流逆解析における演算負荷を格段に軽減することが可能となるが、以下、図18に示した具体例に沿って説明する。
この例の場合、小型RFコイル数Ncが49であり、電流Iの分割数がNp=10であるため、そのまま演算すると、Nt=NpNc=1049となる。
先にも説明したように、本発明の燃料電池システム1には、第1領域設定部301Aおよび第2領域設定部301Bが設けられている。
同図、左上の領域は、9個の試料分割領域Ziからなり、その他、6個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicが2カ所、4個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicが1カ所、3個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicが4ケ所、2個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicが4カ所、1個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicが4カ所とされる。
ここで、複数個の試料分割領域Ziからなる電流推定用領域Zicにおける電流Iiは、先に示したように、その領域に含まれる試料分割領域Ziの代表値とする。
このような設定が可能な理由は、実験的にある程度、周波数シフト量Δωの分布が明らかになっていること、及び、本発明の測定解析装置100に電流推定領域受付部301Cを備え、電流推定用領域設定情報を外部入力として受け付けて、その情報に従った電流推定用領域Zicの設定が可能とされているためである。
Nt=N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7
=1016+1×109+2×106+1×104+4×103+4×102
≒1016
となり、大幅に軽減される。また、第2項以降の演算負荷は小さい。
図20に、3段階で電流の分解能を高める場合の例を示している。
同図において、最も左に示しているのが、電流第1推定で採用する電流(推定用電流)Iiであり、この段階での電流推定では、電流Iiの最大値Iimax,1と最小値Iimin,1との間を分割数NΔIi,1の4値に分割している。電流第2推定、電流第3推定でも同様に分割数NΔIi,2、NΔIi,3で分割しているが、分割された電流Iiの増分ΔIi1、ΔIi2、ΔIi3は順次小さくされている。すなわち、電流の分解能の点からは分解能が高まっている。
電流第1推定での電流Iiの最大値Iimax,1と最小値Iimin,1および分割数NΔIi,1またはΔIi1は、電流推定範囲入力受付部311で受け付ける。
電流第2推定、電流第3推定においては、その段階でも電流の分解能(ΔIi2,ΔIi3に相当)または分割数NΔIi,2,NΔIi,3を電流分解能受付部322、332で受付ける。
電流第3推定の分解能(ΔIi3に相当)は、測定解析装置100に求められる所定の電流分解能に合わせる。同時に、その最大・最小電流範囲内に前段の電流推定で求めた適合度の高い電流(Iisol,1、Iisol,2)を含むものとする。
電流第2推定処理、電流第3推定処理でも、電流の分解能は高く設定されるが、演算負荷はN2=449 、N3=449と変わることはない。
Nt=N1+N2+N3
=449+449+449
となり、1049に対して大幅に軽減される。
第1領域設定に伴って、その各電流推定段階で、電流推定用領域の数が16、電流の仮設定数が、それぞれの段階で4であるため、
N1=416+416+416
となり、
第2領域設定に伴って、その各電流推定段階で、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が9の領域が1カ所、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が6の領域が2カ所、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が4の領域が1カ所、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が3の領域が4カ所であるため、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が2の領域が4カ所、電流推定用領域Zic(=Zi)の数が1の領域が4カ所とそれぞれ存在することから、
N2(9)=(49+49+49)×1
N2(6)=(46+46+46)×2
N2(4)=(44+44+44)×1
N2(3)=(43+43+43)×4
N2(2)=(42+42+42)×4
となる。
ここで、N2に付した括弧付き添え字は、電流推定用領域Zicを構成する試料分割領域Ziの数に対応させている。
Nt=N1+N2(9)+N2(6)+N2(4)+N2(3)+N2(2)
≒N1
となり、先の1049と比較すると、大幅な低減となる。
また、第2項以降の演算負荷は小さいため、後に別実施形態で説明するように、第2項以降の電流分解能を上げても、大きな演算負荷の増大にはつながらない。
図21〜図23に、以上説明した測定解析装置100により得られた実周波数シフト量Δωexp(a)と電流I(b)との空間分布を示した。各図において電流Iは、電流密度(電流を面積で除した値 i[A/cm2])の形態で示している。
これらの図において、右下が、本発明の課題となる導線240の接続部位である。重力方向は下向きである。
試料分割領域Ziの位置は、図18に示す符号(縦:A〜G、横:1〜7)に従ったものであり、図示される領域は、図18に示した試料分割領域Ziの領域中心である格子の中央で分割された形態で示している。
この解析では、実周波数シフト量Δωexpに適合する、電流Iの仮設定から求められた周波数シフト量Δωanaを探索するが、従来、実質的に不可能と考えられてきた電流逆解析を、実用的な時間単位で可能とできた。
1.上記の実施形態では、電流推定用領域設定を行う場合に、第1領域設定部301Aと第2領域設定部301Bとを設けて、2段階で電流推定用領域の設定を行ったが、本発明では、電流推定側で演算負荷の低減を図ることが可能であるため、領域設定に関しては単段としてもかまわない。この場合、電流推定用領域Zicは試料分割領域Ziと一致することとなる。
逆に領域設定を2段以上の多段としてもかまわない。ただし、段が進むに従って、試料領域Zall全体における領域分割を細かくし、最終段の領域設定は試料分割領域Ziと一致するようにすることで、小型RFコイルに対応する数の空間分解能での電流分布を得ることができる。
さらに、領域設定で採用する分割数も、試料分割領域Ziの数より小さければ任意である。
また、電流推定用領域の分割形態は、空間における電流分布において、その変化の大きい部位と、小さい部位とで、異ならせることが好ましい。
例えば、図16に示すメインフローにおいて、第1領域設定における電流推定の段数を、4段とし(ステップS307とS309との間に電流第4推定処理を追加する)、第2領域設定における電流推定の段数を3段に維持しておく。この場合、段落〔0190〕〜〔0192〕で示した、第1領域設定下における電流推定に関して、電流第4推定処理での推定用電流Iiの最大値Iimax,4、及び最小値Iimin,4,は、例えば、初期設定値Iiintの±3%とする。この電流第4推定処理での推定用電流Iiの分割数NΔI、4は4でよい。
このように電流推定の段数を領域設定段で変える理由は、電流推定用領域Zicとして粗い領域を対象とする前段側(例えば、上記の第1領域設定)では、電流の分解能(電流の増分ΔI)が自然と低くなりがち(電流Iiの増分ΔIiが大きい)であるが、電流推定の段数を多くすることで、良好に目標とする所定の電流分解能まで到達することが可能となるためである。
結果、電流推定用領域Zicが試料分割領域Ziに近づく、領域設定の後段側程、電流Iの分解能を高く(電流分割の分割数を大きく)しても、演算負荷の増大を招くことはない。
即ち、領域設定を多段で行う場合に、多段で行う後段側程、電流の分解能を高くする(分割数を上げる)ことができる。先に例示した段落〔0190〕〜〔0195〕に記載の第1領域設定、第2領域設定を経る処理では、前者における電流分割数を4、後者における電流分割数も4としているが、前者側を4に維持し、後者側を7とすることもできる。この分割数の上限は、目標とする電流の分割数(これまでの説明では10)となる。
N2(9)=(79+79+79)×1
N2(6)=(76+76+76)×2
N2(4)=(74+74+74)×1
N2(3)=(73+73+73)×4
N2(2)=(72+72+72)×4
しかしながら、第1領域設定、第2領域設定をセットとして、繰り返してもよい。この場合、初回の第1領域設定では、この段で設定される推定用電流Iiは一の代表値とする。そして、第2領域設定まで進み、電流の分布を求める。引き続いて、第1領域設定に戻るのであるが、この場合に使用する推定用電流Iiは、初回の第2領域設定で細分化された領域(先の例では試料分割領域Zi)毎に得られた電流で、その空間分布としての電流値の大小の比例関係を維持するもの(空間分布において比例関係を保ったもの)を使用する。
このようにすることで、2回目の第1領域設定に基づいた電流推定と、2回目の第2領域設定に基づいた電流推定を、追加するだけで、さらに精度の高い電流分布を得ることができる。
5 燃料電池
51 膜電極接合体
113 磁石
114 小型RFコイル
200 実周波数シフト量演算部(実磁場関連情報演算部)
300 電流逆解析部
301 電流推定用領域設定部
301A 第1領域設定部
301B 第2領域設定部
302 推定周波数シフト量演算部(推定磁場関連情報演算部)
303 電流判定処理部
310 電流第1推定処理部
311 電流推定範囲入力受付部
320 電流第2推定処理部
330 電流第3推定処理部
Claims (17)
- 二次元に広がった試料面を有する試料に対して、磁気センサにより、当該試料面における磁場関連情報を、当該磁場関連情報の取得単位である試料分割領域単位で取得して、実磁場関連情報の分布を得るとともに、前記試料において、前記試料面に沿った電流の分布を、所定の電流分解能で前記実磁場関連情報に基づいて逆解析により解析する測定解析装置であって、
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定部と、
前記電流推定用領域設定部において設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算部と、
前記推定磁場関連情報演算部により演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理部とを備え、
前記推定磁場関連情報演算部における演算において、前記所定の電流分解能より低い分解能の第1分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理部による適合判定を実行して電流推定を行う電流第1推定処理部と、
前記電流第1推定処理部で、適合度が高いと判定された前記電流を電流第1推定量として、当該電流第1推定量を含み、前記第1分解能より分解能が高く、前記所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第2分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理部による適合判定を実行して電流推定を行う電流第2推定処理部とを含む、
測定解析装置。 - 前記電流推定において、処理対象とする電流の範囲の入力を受付ける電流推定範囲入力受付部を備える請求項1記載の測定解析装置。
- 後段の前記電流推定において、
前段の前記電流推定で最も適合度が高いと判断された電流を、処理対象とする電流の範囲内に含み、前段の電流分解能より高い分解能に基づいた電流推定を実行する請求項1または2記載の測定解析装置。 - 前記第2分解能が前記所定の電流分解能より低い分解能とされ、
前記電流第2推定処理部で適合度が高いと判定された前記電流を電流第2推定量として、当該電流第2推定量を含み、前記第2分解能より分解能が高く、前記所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第3分解能で、前記電流推定用領域について前記磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理部による適合判定を実行して電流推定を行う電流第3推定処理部とを含む、
請求項1〜3の何れか一項記載の測定解析装置。 - 前記電流推定用領域設定部による領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定部と、
前記第1領域設定部で各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定部とを含む、請求項1〜4の何れか一項記載の測定解析装置。 - 前記電流推定用領域設定部による領域設定において、外部入力される電流推定用領域設定情報に基づいて、当該電流推定用領域設定を実行する請求項1〜5の何れか一項記載の測定解析装置。
- 二次元に広がった試料面を有する試料に対して、磁気センサにより、当該試料面における磁場関連情報を、当該磁場関連情報の取得単位である試料分割領域単位で取得して、実磁場関連情報の分布を得るとともに、前記試料において、前記試料面に沿った電流の分布を、所定の電流分解能で前記実磁場関連情報に基づいて逆解析により解析する測定解析装置であって、
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定部と、
前記電流推定用領域設定部において設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算部と、
前記推定磁場関連情報演算部により演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理部とを備え、
前記電流推定用領域設定部による領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定部と、
前記第1領域設定部で各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定部とを含む、測定解析装置。 - 前記試料が固体高分子形燃料電池である請求項1〜7の何れか一項記載の測定解析装置。
- 前記試料に対して静磁場を印加する静磁場印加部と、
前記試料に対して励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場の印加により前記試料で発生する核磁気共鳴信号を取得する小型RFコイルを、前記磁気センサとして複数備え、
前記小型RFコイルで取得される前記核磁気共鳴信号の周波数に関し、前記固体高分子形燃料電池の非発電時と発電時との間における差分である周波数シフト量を実周波数シフト量として求める実周波数シフト量演算部とを備え、
前記磁場関連情報が、前記周波数シフト量又は周波数シフト量の空間勾配である、
請求項8記載の測定解析装置。 - 前記核磁気共鳴信号の実部および虚部を検波する検波部をさらに備え、
前記検波部で検波された前記実部および前記虚部を用いて、前記固体高分子形燃料電池の非発電時と発電時との間における、前記核磁気共鳴信号の周波数の差分を演算する、
請求項9記載の測定解析装置。 - 前記小型RFコイルが、パルス状の前記励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するFID信号を取得し、
前記実周波数シフト量演算部が、前記FID信号の実部および虚部を取得し、前記固体高分子形燃料電池の非発電時と発電時との間における、前記核磁気共鳴信号の周波数の差分を演算する、請求項9記載の測定解析装置。 - 前記小型RFコイルが、
(a)90°パルス、および、
(b)(a)のパルスの時間τ経過後に印加される180°パルス
を含むパルスシーケンスで、前記励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を取得し、
前記実周波数シフト量演算部が、前記エコー信号の実部および虚部を取得し、前記固体高分子形燃料電池の非発電時と発電時との間における、前記核磁気共鳴信号の周波数の差分を演算する、請求項9記載の測定解析装置。 - 前記磁気センサが検出位置の磁場強度を検出するホール素子であり、
前記磁場関連情報が、前記固体高分子形燃料電池の発電時における、前記ホール素子により測定される磁場強度又は磁場強度の空間勾配である、請求項8記載の測定解析装置。 - 前記試料としての固体高分子形燃料電池と、請求項1〜13の何れか一項記載の測定解析装置とから構成され、
前記測定解析装置から出力される前記電流に基づいて前記固体高分子形燃料電池の運転状態を制御する電池制御部を備えた燃料電池システム。 - 二次元に広がった試料面を有する試料に対して、磁気センサにより、当該試料面における磁場関連情報を、当該磁場関連情報の取得単位である試料分割領域単位で取得して、実磁場関連情報の分布を得るとともに、前記試料において、前記試料面に沿った電流の分布を、所定の電流分解能で前記実磁場関連情報に基づいて逆解析により解析する測定解析方法であって、
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定ステップと、
前記電流推定用領域設定ステップにおいて設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算ステップと、
前記推定磁場関連情報演算ステップにより演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理ステップとを備え、
前記推定磁場関連情報演算ステップにおける演算において、前記所定の電流分解能より低い分解能の第1分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理ステップによる適合判定を実行して電流推定する電流第1推定処理ステップと、
前記電流第1推定処理ステップで、適合度が高いと判定された前記電流を電流第1推定量として、当該電流第1推定量を含み、前記第1分解能より分解能が高く、前記所定の電流分解能に等しいか当該電流分解能より低い第2分解能で、前記電流推定用領域について前記推定磁場関連情報を求めるとともに、前記電流判定処理ステップによる適合判定を実行して電流推定する電流第2推定処理ステップを含む、測定解析方法。 - 前記電流推定用領域設定ステップによる領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定ステップと、
前記第1領域設定ステップで各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定ステップとを含む、請求項15記載の測定解析方法。 - 二次元に広がった試料面を有する試料に対して、磁気センサにより、当該試料面における磁場関連情報を、当該磁場関連情報の取得単位である試料分割領域単位で取得して、実磁場関連情報の分布を得るとともに、前記試料において、前記試料面に沿った電流の分布を、所定の電流分解能で前記実磁場関連情報に基づいて逆解析により解析する測定解析方法であって、
試料領域を、前記試料分割領域の集合体又は前記試料分割領域自体として構成される、複数の電流推定用領域に分割する電流推定用領域設定ステップと、
前記電流推定用領域設定ステップにおいて設定される前記電流推定用領域について、当該電流推定用領域に流れる推定用電流を仮設定するとともに、当該推定用電流に基づいた前記試料分割領域の各々における磁場関連情報である推定磁場関連情報を演算する推定磁場関連情報演算ステップと、
前記推定磁場関連情報演算ステップにより演算された前記推定磁場関連情報の分布に関し、前記実磁場関連情報の分布と比較し、適合度が高い推定磁場関連情報の分布となる電流分布を、前記試料における真の電流と判定する電流判定処理ステップとを備え、
前記電流推定用領域設定ステップによる領域設定において、前記試料分割領域の数より小さい第1領域分割数となる前記電流推定用領域を設定する第1領域設定ステップと、
前記第1領域設定ステップで各々設定した前記電流推定用領域を、前記試料分割領域を最小単位とし、前記試料分割領域の数より小さい分割数で分割した領域を、新たな電流推定用領域として設定する第2領域設定ステップとを含む、測定解析方法。
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