JP4986104B2 - Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus - Google Patents

Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP4986104B2
JP4986104B2 JP2005248527A JP2005248527A JP4986104B2 JP 4986104 B2 JP4986104 B2 JP 4986104B2 JP 2005248527 A JP2005248527 A JP 2005248527A JP 2005248527 A JP2005248527 A JP 2005248527A JP 4986104 B2 JP4986104 B2 JP 4986104B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
cathode
anode
divided
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005248527A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007066590A (en
Inventor
伸浩 友定
篤史 木村
大輔 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2005248527A priority Critical patent/JP4986104B2/en
Publication of JP2007066590A publication Critical patent/JP2007066590A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4986104B2 publication Critical patent/JP4986104B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

本発明は燃料電池の電気的特性を測定する特性測定方法および特性測定装置に関する。   The present invention relates to a characteristic measuring method and a characteristic measuring apparatus for measuring electric characteristics of a fuel cell.

水素と酸素とを化学反応させて発電する燃料電池が知られている。燃料電池はエネルギー問題や環境問題に対する１つの解答を与え得るものとして期待されている。   Fuel cells that generate electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen are known. Fuel cells are expected to provide a solution to energy and environmental problems.

特開平１０−１１６６２２号公報JP-A-10-116622

燃料電池は、その発電原理上、あるいはその構造上の理由から種々の電圧損失を発生させる。しかし、燃料電池から取り出される出力電圧を測定するのみでは、個々の電圧損失の寄与がどの程度であるかを特定できず、製造後の検査や経時的な劣化の検査のための充分な情報が得られないという問題がある。例えば、出力電圧のみでは電圧損失がカソード側で発生したものなのか、アノード側で発生したものなのか区別できず、燃料電池の性能に対する評価や管理に限界を生じさせる。   A fuel cell generates various voltage losses due to its power generation principle or its structural reasons. However, simply measuring the output voltage taken from the fuel cell cannot identify how much each voltage loss contributes, and there is sufficient information for post-manufacturing inspection and inspection for deterioration over time. There is a problem that it cannot be obtained. For example, the output voltage alone cannot distinguish whether the voltage loss occurs on the cathode side or on the anode side, and limits the evaluation and management of the performance of the fuel cell.

本発明の目的は、電気的特性を詳細に測定することで、性能に対する効果的な評価や管理を実行できる燃料電池の特性測定方法および特性測定装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus capable of performing effective evaluation and management on performance by measuring electric characteristics in detail.

本発明の燃料電池の特性測定方法は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記ケース外部に引き出された前記カソード分極電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分極電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
In the method for measuring characteristics of a fuel cell according to the present invention, a cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode Is divided into an anode main electrode and an anode split electrode, and the cathode split electrode and the anode split electrode are measured in the same region to measure the electrical characteristics of a fuel cell , during the step of connecting a load between the terminals of the drawn-out the cathode present electrode terminal and said anode present electrode case was drawn out of a terminal of the cathode present electrode terminal and the anode present electrode of the in a state of connecting the load to the casing external terminal of said cathode polarization electrode case was drawn out And measuring the voltage between the terminals of the feeder issued said anode divided electrodes, characterized in that it comprises a.
According to this method for measuring characteristics of a fuel cell, the voltage between the cathode polarization electrode and the anode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定方法は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
In the method for measuring characteristics of a fuel cell according to the present invention, a cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode Is divided into an anode main electrode and an anode split electrode, and the cathode split electrode and the anode split electrode are measured in the same region to measure the electrical characteristics of a fuel cell , during the step of connecting a load between the terminals of the drawn-out the cathode present electrode terminal and said anode present electrode case was drawn out of a terminal of the cathode present electrode terminal and the anode present electrode of the while a load is connected, the cathode split collector terminals of the cathode present electrode and drawn to the outside of the case And measuring the voltage between the terminals, characterized in that it comprises a.
According to this method for measuring the characteristics of a fuel cell, the voltage between the cathode main electrode and the cathode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定方法は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記アノード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。
In the method for measuring characteristics of a fuel cell according to the present invention, a cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode Is divided into an anode main electrode and an anode split electrode, and the cathode split electrode and the anode split electrode are measured in the same region to measure the electrical characteristics of a fuel cell , during the step of connecting a load between the terminals of the drawn-out the cathode present electrode terminal and said anode present electrode case was drawn out of a terminal of the cathode present electrode terminal and the anode present electrode of the while a load is connected, the anode divided conductive terminals of the anode present electrode and drawn to the outside of the case And measuring the voltage between the terminals, characterized in that it comprises a.
According to this method for measuring characteristics of a fuel cell, the voltage between the anode main electrode and the anode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured.

前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップを備え、前記電圧を測定するステップでは、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。   A step of superimposing an AC component on a current flowing through the load may be provided, and the step of measuring the voltage may measure a frequency response of the voltage with respect to the AC component.

測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップを備えてもよい。   Fitting parameters of an equivalent circuit model of the fuel cell based on the measured frequency response may be provided.

本発明の燃料電池の特性測定装置は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定する開回路電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分割電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。
In the fuel cell characteristic measuring apparatus of the present invention, a cathode electrode and an anode electrode accommodated in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode there is divided into the anode the electrode and an anode divided electrode, the cathode divided electrode and the anode divided electrode is a measuring device for measuring the electrical characteristics of the fuel cell disposed opposite each other in the same area, the outside of the case wherein a terminal of the cathode present electrode drawn while a load is connected between a terminal of said anode present electrode case was drawn out, to the terminals of the cathode divided electrodes drawn out to the outside of the case in the open circuit voltage measuring means for measuring the voltage between the terminals of the anode divided electrodes drawn out to the outside of the case Characterized in that it obtain.
According to this fuel cell characteristic measuring apparatus, the voltage between the cathode split electrode and the anode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定装置は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記カソード本電極の端子と前記カソード分割電極の端子との間の電圧を測定するカソード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。
In the fuel cell characteristic measuring apparatus according to the present invention, the cathode electrode and the anode electrode accommodated in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode there is divided into the anode the electrode and an anode divided electrode, the cathode divided electrode and the anode divided electrode is a measuring device for measuring the electrical characteristics of the fuel cell disposed opposite each other in the same area, the outside of the case in a state that a load is connected between the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of terminals drawn out, the pin of the cathode divided electrodes of the cathode present electrode And a cathode-side overvoltage measuring means for measuring a voltage between them.
According to this fuel cell characteristic measuring apparatus, since the voltage between the cathode main electrode and the cathode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode, the overvoltage on the cathode side is made independent. Can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定装置は、同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記アノード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するアノード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。

In the fuel cell characteristic measuring apparatus according to the present invention, the cathode electrode and the anode electrode accommodated in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode split electrode, and the anode electrode there is divided into the anode the electrode and an anode divided electrode, the cathode divided electrode and the anode divided electrode is a measuring device for measuring the electrical characteristics of the fuel cell disposed opposite each other in the same area, the outside of the case wherein while a load is connected between the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of terminals drawn out, drawn on the outside of the case to the terminals of the anode present electrode An anode-side overvoltage measuring means for measuring a voltage between the terminals of the anode divided electrode is provided.
According to this fuel cell characteristic measuring apparatus, the voltage between the anode main electrode and the anode split electrode is measured in a state where a load is connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured.

前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、前記カソード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。   An alternating current component may be superimposed on the current flowing through the load, and the cathode-side overvoltage measuring unit may measure a frequency response of the voltage with respect to the alternating current component.

前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、前記アノード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定してもよい。   An alternating current component may be superimposed on the current flowing through the load, and the anode-side overvoltage measuring unit may measure a frequency response of the voltage with respect to the alternating current component.

測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段を備えてもよい。   Fitting means for fitting parameters of an equivalent circuit model of the fuel cell based on the measured frequency response may be provided.

本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分極電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。   According to the fuel cell characteristic measuring method of the present invention, the voltage between the cathode polarization electrode and the anode split electrode is measured in a state where a load is connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. The voltage can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。   According to the fuel cell characteristic measuring method of the present invention, the voltage between the cathode main electrode and the cathode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured independently.

本発明の燃料電池の特性測定方法によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。   According to the fuel cell characteristic measurement method of the present invention, the voltage between the anode main electrode and the anode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured independently.

本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード分割電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、燃料電池の開回路電圧を測定することができる。   According to the fuel cell characteristic measuring apparatus of the present invention, the voltage between the cathode split electrode and the anode split electrode is measured in a state where a load is connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. The voltage can be measured.

本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でカソード本電極とカソード分割電極の間の電圧を測定するので、カソード側の過電圧を独立して測定できる。   According to the fuel cell characteristic measuring apparatus of the present invention, the voltage between the cathode main electrode and the cathode split electrode is measured in a state where a load is connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured independently.

本発明の燃料電池の特性測定装置によれば、カソード本電極とアノード本電極の間に負荷を接続した状態でアノード本電極とアノード分割電極の間の電圧を測定するので、アノード側の過電圧を独立して測定できる。   According to the fuel cell characteristic measuring apparatus of the present invention, the voltage between the anode main electrode and the anode split electrode is measured with a load connected between the cathode main electrode and the anode main electrode. Can be measured independently.

以下、図１〜図７を参照して、本発明による燃料電池の特性測定方法の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for measuring characteristics of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１（ａ）は測定対象である燃料電池の構成を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の右方から見た平面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell as a measurement target, and FIG. 1B is a plan view seen from the right side of FIG.

図１（ａ）に示すように、本実施形態の燃料電池１００は、燃料電池１００をカソード側とアノード側に区画する固体高分子膜１を備える固体高分子型燃料電池である。カソード側には、固体高分子膜１の側から左方に向けて、カソード触媒層２１Ａ及び２１Ｂ、カソード拡散層２２Ａ及び２２Ｂ、およびカソード電極が、順次積層されている。また、アノード側には、固体高分子膜１の側から右方に向けて、アノード触媒層３１Ａ及び３１Ｂ、アノード拡散層３２Ａ及び３２Ｂ、およびアノード電極が、順次積層されている。これらの層は、カソード電極およびアノード電極が形成された領域において実質的に均一に形成されており、カソード電極およびアノード電極は互いに対向して配置されている。   As shown in FIG. 1A, the fuel cell 100 of this embodiment is a solid polymer fuel cell including a solid polymer membrane 1 that partitions the fuel cell 100 into a cathode side and an anode side. On the cathode side, cathode catalyst layers 21A and 21B, cathode diffusion layers 22A and 22B, and a cathode electrode are sequentially laminated from the solid polymer membrane 1 side to the left. On the anode side, anode catalyst layers 31A and 31B, anode diffusion layers 32A and 32B, and an anode electrode are sequentially laminated from the solid polymer membrane 1 side to the right. These layers are formed substantially uniformly in a region where the cathode electrode and the anode electrode are formed, and the cathode electrode and the anode electrode are arranged to face each other.

また、カソード電極とケース４の間にはカソードガス流路２６が、アノード電極とケース４の間にはカソードガス流路３６が、それぞれ形成されている。カソード電極には酸化剤（空気、若しくは、酸素）、アノード電極には燃料ガスが与えられる。カソードガス流路２６およびカソードガス流路３６の形状は図示されていないが、これらの流路は燃料ガスと酸化剤の供給量（濃度）を制御するための形状に適宜形成される。   A cathode gas flow path 26 is formed between the cathode electrode and the case 4, and a cathode gas flow path 36 is formed between the anode electrode and the case 4. An oxidant (air or oxygen) is applied to the cathode electrode, and a fuel gas is applied to the anode electrode. The shapes of the cathode gas channel 26 and the cathode gas channel 36 are not shown, but these channels are appropriately formed in a shape for controlling the supply amount (concentration) of fuel gas and oxidant.

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、カソード電極はカソード本電極２Ａと、カソード分割電極２Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。また、アノード電極はアノード本電極３Ａと、アノード分割電極３Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂは、カソード電極およびアノード電極の比較的小さな同一領域に設けられ、互いに対向して配置されている。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the cathode electrode is divided into a cathode main electrode 2A and a cathode split electrode 2B, which are electrically separated. The anode electrode is divided into an anode main electrode 3A and an anode split electrode 3B, and both are electrically separated. As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the cathode split electrode 2B and the anode split electrode 3B are provided in a relatively small same region of the cathode electrode and the anode electrode, and are arranged to face each other. .

図１（ａ）に示すように、カソード本電極２Ａには端子２４が、カソード分割電極２Ｂには端子２５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。また、アノード本電極３Ａには端子３４が、アノード分割電極３Ｂには端子３５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。   As shown in FIG. 1A, a terminal 24 is connected to the cathode main electrode 2A, and a terminal 25 is connected to the cathode split electrode 2B, respectively, and is drawn out of the case 4. A terminal 34 is connected to the anode main electrode 3 </ b> A, and a terminal 35 is connected to the anode divided electrode 3 </ b> B, and is drawn out of the case 4.

図２は燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a method for measuring the electrical characteristics of the fuel cell.

図２に示すように、端子２４および端子３４を介して、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａの間に電子負荷５が接続される。また、端子２４、端子２５、端子３４および端子３５を介して、カソード本電極２Ａ、カソード分割電極２Ｂ、アノード本電極３Ａおよびアノード分割電極３Ｂの電位が測定される。   As shown in FIG. 2, the electronic load 5 is connected between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A via the terminal 24 and the terminal 34. Further, the potentials of the cathode main electrode 2A, the cathode divided electrode 2B, the anode main electrode 3A, and the anode divided electrode 3B are measured via the terminal 24, the terminal 25, the terminal 34, and the terminal 35.

図２に示すように、燃料電池１００の発電時に、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間のセル電圧Ｖ、カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１、アノード分割電極３Ｂとアノード本電極３Ａ間の電圧Ｖ２、カソード分割電極２Ｂとカソード本電極２Ａ間の電圧Ｖ３が、それぞれ測定される。   As shown in FIG. 2, during power generation of the fuel cell 100, the cell voltage V between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A, the voltage V1 between the cathode split electrode 2B and the anode split electrode 3B, the anode split electrode 3B and the anode main The voltage V2 between the electrodes 3A and the voltage V3 between the cathode split electrode 2B and the cathode main electrode 2A are measured.

図３は燃料電池の電圧特性を説明する図である。図３に示すように、セル電圧Ｖは理論開回路電圧Ｖｏｃから、各種の過電圧あるいは損失電圧を減算したものとして示される。燃料電池１００の性能の点で、これらの過電圧あるいは損失電圧を抑制することが望まれる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the voltage characteristics of the fuel cell. As shown in FIG. 3, the cell voltage V is shown as a value obtained by subtracting various overvoltages or loss voltages from the theoretical open circuit voltage Voc. In view of the performance of the fuel cell 100, it is desirable to suppress these overvoltages or loss voltages.

一般に、カソード側の過電圧としては、カソード活性化過電圧Ｖｃａ１と、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２とが存在すると考えられる。カソード活性化過電圧Ｖｃａ１はカソード側での化学反応に要するエネルギーに、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２はカソード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。また、アノード側の過電圧としては、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１と、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２とが存在すると考えられる。アノード活性化過電圧Ｖａｎ１はアノード側での化学反応に要するエネルギーに、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２はアノード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。なお、図３において、理論開回路電圧Ｖｏｃは発電条件、すなわち、温度、供給ガス圧による補正がなされている。また、燃料電池１００各部の膜抵抗を含む抵抗過電圧Ｖｒをカソード側に集約して示している。   In general, it is considered that the cathode activation overvoltage Vca1 and the cathode concentration overvoltage Vca2 exist as the cathode overvoltage. The cathode activation overvoltage Vca1 is an overvoltage that depends on the energy required for the chemical reaction on the cathode side, and the cathode concentration overvoltage Vca2 is an overvoltage that depends on the gas concentration on the cathode side. Further, it is considered that an anode activation overvoltage Van1 and an anode concentration overvoltage Van2 exist as the overvoltage on the anode side. The anode activation overvoltage Van1 is an overvoltage that depends on the energy required for the chemical reaction on the anode side, and the anode concentration overvoltage Van2 is an overvoltage that depends on the gas concentration on the anode side. In FIG. 3, the theoretical open circuit voltage Voc is corrected by power generation conditions, that is, temperature and supply gas pressure. Further, the resistance overvoltage Vr including the membrane resistance of each part of the fuel cell 100 is shown collectively on the cathode side.

カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１と、理論開回路電圧Ｖｏｃとの差は、固体高分子膜１を介しての燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏに対応すると考えられる。   The difference between the voltage V1 between the cathode split electrode 2B and the anode split electrode 3B and the theoretical open circuit voltage Voc is considered to correspond to the loss voltage Vco resulting from the fuel crossover through the solid polymer membrane 1.

本実施形態では、電圧Ｖ２がアノード側の過電圧に、電圧Ｖ３がカソード側の過電圧に、それぞれ対応しており、アノード側の過電圧とカソード側の過電圧とを分離して測定できる。したがって、性能の管理に必要な情報として、より詳細で有用な情報を得ることができる。   In this embodiment, the voltage V2 corresponds to the anode-side overvoltage and the voltage V3 corresponds to the cathode-side overvoltage, and the anode-side overvoltage and the cathode-side overvoltage can be measured separately. Therefore, more detailed and useful information can be obtained as information necessary for performance management.

これらの過電圧は、燃料電池１００の製造後の検査や出荷時検査における評価対象として利用できる。また、過電圧を測定することで、燃料電池の経時変化を調べることもできる。例えば、長期的には、膜劣化などで固体高分子膜１を介する燃料ガスの透過率が高くなり、上記過電圧Ｖｃｏが増加する。このため、過電圧Ｖｃｏの値を、膜の劣化の程度を判断するための管理値として用いることができる。   These overvoltages can be used as evaluation targets in the inspection after manufacturing of the fuel cell 100 and the inspection at the time of shipment. In addition, by measuring the overvoltage, it is possible to examine the change with time of the fuel cell. For example, in the long term, the permeability of the fuel gas through the solid polymer membrane 1 becomes high due to membrane deterioration or the like, and the overvoltage Vco increases. For this reason, the value of the overvoltage Vco can be used as a management value for determining the degree of film degradation.

また、図３に示すように、「Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３」の関係がある。このため、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電圧をすべて測定する場合には、測定値を用いた検算をすることができ、測定の信頼性を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 3, there is a relationship of “V1 = V + V2 + V3”. For this reason, when all the voltages V, V1, V2, and V3 are measured, it is possible to perform a verification using the measured values, and to improve the reliability of the measurement.

電気的インピーダンスの測定結果を等価回路モデルフィッティングすることで、アノード側の活性化過電圧、濃度過電圧、膜抵抗過電圧、カソード側の活性化過電圧、濃度過電圧の分離が可能になる。このモデル化により燃料電池の各要素（拡散層、触媒層、膜）と各過電圧を関係付けることができ、性能向上のための設計フィードバックが可能になる。また、出荷時の合否判断において理想（設計）モデルとの比較、差分管理が要素毎に可能となる。経時劣化評価においては初期等価回路定数の変化を指標とすることができる。   By fitting the measurement result of the electrical impedance to an equivalent circuit model, it becomes possible to separate the activation overvoltage, concentration overvoltage, membrane resistance overvoltage, activation overvoltage on the cathode side, and concentration overvoltage on the anode side. By this modeling, each overvoltage can be related to each element (diffusion layer, catalyst layer, membrane) of the fuel cell, and design feedback for performance improvement becomes possible. Further, comparison with an ideal (design) model and difference management are possible for each element in pass / fail judgment at the time of shipment. In the evaluation of deterioration over time, a change in the initial equivalent circuit constant can be used as an index.

図４は、燃料電池１００の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a measuring device that measures the electrical characteristics of the fuel cell 100.

図４に示すように、測定装置７０は、上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電子負荷によって取り出している電流値、アノードガス温度及びガス圧力、カソードガス温度及びガス圧力を取得する計測部７１と、計測部７１を介して得られた電圧値に基づく演算を実行する演算部７２と、計測部７１により取得した電圧値あるいは演算部７２における演算結果を出力する出力部７３と、計測部７１、演算部７２、出力部７３および上記電子負荷５を制御する制御部７４とを備える。   As shown in FIG. 4, the measuring device 70 acquires the voltages V, V1, V2, and V3, the current value taken out by the electronic load, the anode gas temperature and the gas pressure, the cathode gas temperature and the gas pressure. A calculation unit 72 that executes a calculation based on the voltage value obtained via the measurement unit 71, an output unit 73 that outputs a voltage value acquired by the measurement unit 71 or a calculation result in the calculation unit 72, and a measurement unit 71 A calculation unit 72, an output unit 73, and a control unit 74 for controlling the electronic load 5.

図５は測定装置７０の動作手順を示すフローチャートである。この手順は制御部７４の制御に基づいて実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure of the measuring apparatus 70. This procedure is executed based on the control of the control unit 74.

図５のステップＳ１〜ステップＳ６は、燃料電池の過電圧の直流成分の分離の測定手順を示している。   Steps S <b> 1 to S <b> 6 in FIG. 5 show a measurement procedure for separating the DC component of the overvoltage of the fuel cell.

図５のステップＳ１では、電子負荷５を制御して既定の直流負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与え、直流成分を測定可能な状態に設定する。次に、ステップＳ２では計測部７１により上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。   In step S1 of FIG. 5, the electronic load 5 is controlled so that a predetermined DC load is applied between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A, and the DC component is set in a measurable state. Next, in step S2, the measuring unit 71 acquires the voltages V, V1, V2, and V3.

次に、ステップＳ３では、演算部７２において、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて検算を行い、正常な測定が実行されているか否か判断する。ここでは、「Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３」の関係が成り立つかどうか判断し、判断が肯定されればステップＳ４へ進み、判断が否定されればステップＳ２へ戻って電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を再度取得する。   Next, in step S3, the calculation unit 72 performs verification using the acquired voltages V, V1, V2, and V3, and determines whether normal measurement is being performed. Here, it is determined whether or not the relationship of “V1 = V + V2 + V3” is established. If the determination is affirmed, the process proceeds to step S4. To do.

ステップＳ４では、出力部７３を介して、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のデータを出力若しくは記憶する。出力もしくは記憶された電圧Ｖ１若しくはＶ＋Ｖ２＋Ｖ３を用いることで、図３で示した、燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏ（Ｖｃｏはアノードのガス温度、ガス圧力、カソードのガス温度、ガス圧力によって補正された理論ＶｏｃからＶ１（或いは、Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）を引くことで求められる）を算出することができる。   In step S4, the acquired data of the voltages V, V1, V2, and V3 are output or stored via the output unit 73. By using the output or stored voltage V1 or V + V2 + V3, the loss voltage Vco caused by the fuel crossover shown in FIG. 3 (Vco is corrected by the gas temperature of the anode, the gas pressure, the gas temperature of the cathode, and the gas pressure). V1 (or obtained by subtracting V + V2 + V3) from the calculated theory Voc can be calculated.

次に、ステップＳ５では、予定されたすべての測定条件について測定が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了し、判断が否定されればステップＳ６で直流電流値を変更しステップＳ１へ戻る。この場合、ステップＳ１では、次の負荷条件に合わせて電子負荷５を制御し、上記の測定手順（ステップＳ２〜ステップＳ５）を繰り返す。   Next, in step S5, it is determined whether or not measurement has been completed for all scheduled measurement conditions. If the determination is affirmative, the series of processing ends, and if the determination is negative, the direct current value is determined in step S6. And return to step S1. In this case, in step S1, the electronic load 5 is controlled in accordance with the next load condition, and the above measurement procedure (steps S2 to S5) is repeated.

以上の手順により、測定条件を変更しつつ、燃料電池１００の開回路電圧Ｖ１、クロスオーバー過電圧Ｖｃｏ、アノード過電圧Ｖ２、抵抗過電圧を含むカソード過電圧Ｖ３、セル電圧Ｖの直流成分が分離して測定される。   According to the above procedure, the open circuit voltage V1, the crossover overvoltage Vco, the anode overvoltage V2, the cathode overvoltage V3 including the resistance overvoltage, and the DC component of the cell voltage V are separately measured while changing the measurement conditions. The

図６のステップＳ１１〜ステップＳ２３は、交流成分の測定手順を示している。   Steps S11 to S23 in FIG. 6 show the AC component measurement procedure.

図６のステップＳ１１では、電子負荷５を制御して所定の直流電流の負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与える。次に、ステップＳ１２では計測部７１により上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａを取得する。   In step S11 of FIG. 6, the electronic load 5 is controlled to give a load of a predetermined direct current between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A. Next, in step S12, the voltage V, V1, V2, V3, and the current value A are acquired by the measuring unit 71.

次に、ステップＳ１３では、演算部７２において、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて検算を行い、正常な測定が実行されているか（Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）否か判断する。判断が肯定されればステップＳ１４へ進み、判断が否定されればステップＳ１２へ戻って電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を再度取得する。   Next, in step S13, the calculation unit 72 performs verification using the acquired voltages V, V1, V2, and V3, and determines whether normal measurement is being performed (V1 = V + V2 + V3). If the determination is affirmative, the process proceeds to step S14, and if the determination is negative, the process returns to step S12 to acquire the voltages V, V1, V2, and V3 again.

ステップＳ１４では、出力部７３を介して、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａのデータを出力若しくは記憶する。出力された電圧Ｖ１若しくはＶ＋Ｖ２＋Ｖ３を用いることで、図３で示した燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏ（Ｖｃｏはアノードのガス温度、ガス圧力、カソードのガス温度、ガス圧力によって補正された理論ＶｏｃからＶ１（或いは、Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）を引くことで求められる）を算出することができる。   In step S14, the acquired data of the voltages V, V1, V2, V3, and the current value A are output or stored via the output unit 73. By using the output voltage V1 or V + V2 + V3, the loss voltage Vco caused by the fuel crossover shown in FIG. 3 (Vco is the theoretical Voc corrected by the gas temperature of the anode, the gas pressure, the gas temperature of the cathode, and the gas pressure) V1 (or obtained by subtracting V + V2 + V3) can be calculated.

ステップＳ１５では負荷に所望の振幅、周波数の交流電流を重畳し、ステップＳ１６では上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値の波形を取得する。ステップＳ１７ではインピーダンス演算を行う。   In step S15, an alternating current having a desired amplitude and frequency is superimposed on the load. In step S16, the waveforms of the voltages V, V1, V2, V3 and current values are acquired. In step S17, impedance calculation is performed.

次に、ステップＳ１８では、予定されたすべての測定条件、例えば、すべての周波数について測定が終了したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２０に進み、判断が否定されればステップＳ１９で重畳交流の周波数を変更しステップＳ１５へ戻る   Next, in step S18, it is determined whether measurement has been completed for all scheduled measurement conditions, for example, all frequencies. If the determination is affirmative, the process proceeds to step S20, and if the determination is negative, step S19 is performed. To change the frequency of the superimposed alternating current and return to step S15.

次に、ステップＳ２０では、予定されたすべての測定条件が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了し、判断が否定されればステップＳ２１で直流電流値を変更しステップＳ１１へ戻る。この場合、ステップＳ１９では、次の測定条件に合わせて電子負荷５を制御し、上記の測定手順（ステップＳ１２〜ステップＳ１７）を繰り返す。   Next, in step S20, it is determined whether or not all scheduled measurement conditions have been completed. If the determination is affirmative, the series of processing ends, and if the determination is negative, the direct current value is changed in step S21. The process returns to step S11. In this case, in step S19, the electronic load 5 is controlled in accordance with the next measurement condition, and the above measurement procedure (steps S12 to S17) is repeated.

以上の手順により、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間の負荷に加える交流成分の周波数を変化させたときの、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３の応答特性を取得することができる。   With the above procedure, the response characteristics of the voltage V2 and the voltage V3 when the frequency of the AC component applied to the load between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A is changed can be acquired.

次に、ステップＳ２２では、演算部７２において、電圧Ｖ２，電圧Ｖ３のインピーダンスの周波数特性から、燃料電池の等価回路モデルのパラメータのフィッティングを行い、ステップＳ２３で結果出力を行う。   Next, in step S22, the calculation unit 72 performs the fitting of the parameters of the equivalent circuit model of the fuel cell from the frequency characteristics of the impedances of the voltage V2 and the voltage V3, and outputs the result in step S23.

図７は燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図である。図７において、並列接続されたコンデンサＣｃａ１および抵抗Ｒｃａ１はカソードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣｃａ２および抵抗Ｒｃａ２はカソードの拡散インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ１および抵抗Ｒａｎ１はアノードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ２および抵抗Ｒａｎ２はアノードの拡散インピーダンスに、それぞれ対応する。また、抵抗Ｒｉｒは固体高分子膜１の抵抗値および各接触抵抗に対応する。   FIG. 7 is a diagram showing an example of an equivalent circuit model of a fuel cell. In FIG. 7, the capacitor Cca1 and resistor Rca1 connected in parallel are the cathode reaction impedance, the capacitor Cca2 and resistor Rca2 connected in parallel are the diffusion impedance of the cathode, and the capacitor Can1 and resistor Ran1 connected in parallel are the anode reaction impedance. The capacitor Can2 and the resistor Ran2 connected in parallel correspond to the diffusion impedance of the anode, respectively. The resistance Rir corresponds to the resistance value of the solid polymer film 1 and each contact resistance.

図３に示したカソード活性化過電圧Ｖｃａ１、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２および抵抗過電圧Ｖｒは、ぞれぞれ、カソードの反応インピーダンス、カソードの拡散インピーダンス、アノードの反応インピーダンス、アノードの拡散インピーダンスおよび抵抗Ｒｉｒに基づき発生する。   The cathode activation overvoltage Vca1, cathode concentration overvoltage Vca2, anode activation overvoltage Van1, anode concentration overvoltage Van2 and resistance overvoltage Vr shown in FIG. 3 are the cathode reaction impedance, cathode diffusion impedance, and anode reaction, respectively. Generated based on impedance, anode diffusion impedance and resistance Rir.

ステップＳ２２では、これらのコンデンサの容量および抵抗の抵抗値を負荷電流と電圧Ｖ２（或いは、電圧Ｖ３）の位相関係、ゲイン関係の周波数特性により図７のモデルでフィッティングする。本実施形態では、カソード側の過電圧を電圧Ｖ３として、アノード側の過電圧を電圧Ｖ２として、それぞれ取得することができる。このため、カソードの反応インピーダンスおよびカソードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ３と電流の位相とゲインの負荷電流に対する周波数特性に基づき、アノードの反応インピーダンスおよびアノードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ２と電流の位相とゲインの負荷電流に対する周波数特性に基づき、それぞれ独立して算出することが可能になる。従来のセル電圧Ｖと負荷電流の関係からのフィッティングでは、５つのインピーダンス（反応、拡散、抵抗）へのモデル化は可能であっても組み合わせは分からない。   In step S22, the capacitance values of these capacitors and the resistance values of the resistors are fitted to the model of FIG. 7 based on the phase relationship between the load current and the voltage V2 (or voltage V3) and the frequency characteristics of the gain relationship. In this embodiment, the cathode-side overvoltage can be acquired as the voltage V3, and the anode-side overvoltage can be acquired as the voltage V2. Therefore, the capacitance and resistance values corresponding to the reaction impedance of the cathode and the diffusion impedance of the cathode are based on the frequency characteristics with respect to the voltage V3, the phase of the current and the gain load current, and the capacitance corresponding to the anode reaction impedance and the anode diffusion impedance. The resistance value can be calculated independently based on the voltage V2, the phase of the current, and the frequency characteristics of the gain with respect to the load current. In the conventional fitting from the relationship between the cell voltage V and the load current, modeling to five impedances (reaction, diffusion, resistance) is possible, but the combination is not known.

次に、ステップＳ２３では、フィッティングによる算出結果を、出力部７４を介して出力若しくは記憶し、一連の手順を終了する。   Next, in step S23, the calculation result by fitting is output or memorize | stored via the output part 74, and a series of procedures are complete | finished.

以上のように、本実施形態では、互いに対向して配置されたカソード電極およびアノード電極の一部をカソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂとしている。このため、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂに、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａと同一の位置関係やガス濃度等の条件を与えることができる。   As described above, in the present embodiment, a part of the cathode electrode and the anode electrode arranged to face each other is the cathode divided electrode 2B and the anode divided electrode 3B. For this reason, conditions such as the same positional relationship and gas concentration as the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A can be given to the cathode divided electrode 2B and the anode divided electrode 3B.

発電中においても、開回路電圧Ｖ１を測定することができる。このため、発電中のアノード、カソードの各端子との電位差（Ｖ２、Ｖ３）、言い換えれば、アノードとカソードの過電圧を分離して測定することが可能になり、等価回路モデルへのフィッティングを精緻なものとすることができる。   Even during power generation, the open circuit voltage V1 can be measured. For this reason, it becomes possible to measure the potential difference (V2, V3) between the anode and cathode terminals during power generation, in other words, the anode and cathode overvoltage separately, and the fitting to the equivalent circuit model is elaborate. Can be.

また、算出された燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏやカソード側の過電圧、あるいはアノード側の過電圧に基づいて、燃料電池の初期特性や経年的な変化を数値化して管理することができる。   In addition, based on the calculated loss voltage Vco resulting from the fuel crossover, cathode-side overvoltage, or anode-side overvoltage, the initial characteristics and changes over time of the fuel cell can be digitized and managed.

活性化過電圧は触媒の、濃度過電圧は拡散層およびガス流路の、抵抗過電圧は主に電解質膜のそれぞれの設計と密接な関係があるため、それぞれの要素の設計値へのフィードバック、設計許容値への反映が可能となる。   The activation overvoltage is closely related to the design of the catalyst, the concentration overvoltage is related to the diffusion layer and the gas flow path, and the resistance overvoltage is mainly related to the design of the electrolyte membrane. Can be reflected.

上記実施形態では、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂの面積を、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａに比較してそれぞれ小さく形成したが、面積の関係は制限されない。   In the above embodiment, the areas of the cathode divided electrode 2B and the anode divided electrode 3B are formed smaller than the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A, respectively, but the area relationship is not limited.

図８（ａ）はカソード電極およびアノード電極を、それぞれ同等の大きさに２分した燃料電池の例を示す平面図である。   FIG. 8A is a plan view showing an example of a fuel cell in which the cathode electrode and the anode electrode are each divided into two equal parts.

図８（ａ）の例では、カソード電極およびアノード電極を、それぞれ同等の大きさのカソード電極１０２Ａ，１０２Ｂと、アノード電極１０３Ａ，１０３Ｂとに分離している。この場合、図８（ｂ）に示すように、カソード電極１０２Ａとアノード電極１０３Ａの間に電子負荷５を接続し、カソード電極１０２Ａを上記カソード本電極２Ａに、カソード１０２Ｂを上記カソード分割電極２Ｂに、アノード電極１０３Ａを上記アノード本電極３Ａに、アノード電極１０３Ｂを上記アノード分割電極３Ｂに、それぞれ対応させて測定を行うことにより、上記実施形態と同様の測定値を得ることができる。   In the example of FIG. 8A, the cathode electrode and the anode electrode are separated into cathode electrodes 102A and 102B and anode electrodes 103A and 103B having the same size, respectively. In this case, as shown in FIG. 8B, an electronic load 5 is connected between the cathode electrode 102A and the anode electrode 103A, the cathode electrode 102A is connected to the cathode main electrode 2A, and the cathode 102B is connected to the cathode divided electrode 2B. The measurement values similar to those of the above embodiment can be obtained by performing measurement with the anode electrode 103A corresponding to the anode main electrode 3A and the anode electrode 103B corresponding to the anode split electrode 3B.

この場合、図８（ｃ）に示すように、燃料電池の実使用時には、カソード電極１０２Ａとカソード電極１０２Ｂ、およびアノード電極１０３Ａとアノード電極１０３Ｂを、それぞれ合わせて実負荷６に接続し、すべての電極を用いて電流を取り出すことができる。したがって、電極の分離に起因する発電効率の低下を防止できる。   In this case, as shown in FIG. 8C, when the fuel cell is actually used, the cathode electrode 102A and the cathode electrode 102B, and the anode electrode 103A and the anode electrode 103B are connected to the actual load 6 together, An electric current can be taken out using an electrode. Therefore, it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency due to electrode separation.

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、固体高分子型燃料電池に対する電気的特性の測定に限らず、すべての燃料電池に対する測定について広く適用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention is not limited to the measurement of electrical characteristics for a polymer electrolyte fuel cell, and can be widely applied to the measurement for all fuel cells.

本実施形態の燃料電池の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。It is a figure which shows the structure of the fuel cell of this embodiment, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図。The figure which shows the method of measuring the electrical property of a fuel cell. 燃料電池の電圧特性を説明する図。The figure explaining the voltage characteristic of a fuel cell. 燃料電池の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the measuring apparatus which measures the electrical property of a fuel cell. 測定装置の動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement procedure of a measuring apparatus. 測定装置の動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement procedure of a measuring apparatus. 燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図。The figure which shows an example of the equivalent circuit model of a fuel cell. 燃料電池の別の電極構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は電気的特性を測定する方法を示す図、（ｃ）は燃料電池の実使用時の接続状態を示す図。It is a figure which shows another electrode structure of a fuel cell, (a) is a top view, (b) is a figure which shows the method of measuring an electrical property, (c) shows the connection state at the time of actual use of a fuel cell. Figure.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体高分子膜
２Ａ カソード本電極
２Ｂ カソード分割電極
３Ａ アノード本電極
３Ｂ アノード分割電極
５ 電子負荷（負荷）
７０ 測定装置
７１ 計測部（開回路電圧測定手段、カソード側過電圧測定手段、アノード側過電圧測定手段）
７２ 演算部（フィッティング手段）
１００ 燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer film 2A Cathode main electrode 2B Cathode division | segmentation electrode 3A Anode main electrode 3B Anode division | segmentation electrode 5 Electronic load (load)
70 measuring device 71 measuring unit (open circuit voltage measuring means, cathode side overvoltage measuring means, anode side overvoltage measuring means)
72 Calculation unit (fitting means)
100 Fuel cell

Claims (11)

同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A method of measuring the electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
A step of connecting a load between terminals of the case outside the drawn the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of,
While a load is connected between the terminals of the terminal and the anode present electrode of the cathode present electrode, wherein the terminal of the cathode divided electrodes drawn out to the outside of the case drawn to the outside of the case of the anode divided electrodes Measuring a voltage between the terminals ;
A method for measuring characteristics of a fuel cell, comprising: 同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A method of measuring the electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
A step of connecting a load between terminals of the case outside the drawn the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of,
While a load is connected between the terminals of the terminal and the anode present electrode of the cathode present electrode, the voltage between the terminals of the cathode present electrode terminal and the cathode divided electrodes said drawn to the outside of the case of Measuring step;
A method for measuring characteristics of a fuel cell, comprising: 同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する方法であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続するステップと、
前記カソード本電極の端子と前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記アノード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定方法。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A method of measuring the electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
A step of connecting a load between terminals of the case outside the drawn the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of,
While a load is connected between the terminals of the terminal and the anode present electrode of the cathode present electrode, the voltage between the terminals of terminal and said anode divided electrodes case drawn to the outside of the anode the electrode Measuring step;
A method for measuring characteristics of a fuel cell, comprising: 前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップを備え、
前記電圧を測定するステップでは、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池の特性測定方法。 Superimposing an alternating current component on the current flowing through the load,
The method for measuring characteristics of a fuel cell according to claim 2 or 3, wherein in the step of measuring the voltage, a frequency response of the voltage with respect to the AC component is measured. 測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップを備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の特性測定方法。 The method for measuring characteristics of a fuel cell according to claim 4, further comprising the step of fitting a parameter of an equivalent circuit model of the fuel cell based on the measured frequency response. 同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定する開回路電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A measuring device for measuring electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
While a load is connected between the terminals of the case outside the drawn the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of, the cathode divided electrodes drawn out to the outside of the case terminal and the fuel cell characteristic measurement apparatus, characterized in that it comprises an open circuit voltage measuring means for measuring the voltage between the terminals of the case the anode divided electrodes drawn out. 同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記カソード本電極と前記ケース外部に引き出された前記カソード分割電極の端子との間の電圧を測定するカソード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A measuring device for measuring electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
While a load is connected between said anode the electrode terminals terminals of the cathode present electrode drawn to the outside of the case and pulled out to the outside of the case, drawn on the outside of the case and the cathode present electrode An apparatus for measuring characteristics of a fuel cell, comprising: cathode-side overvoltage measuring means for measuring a voltage between the terminals of the cathode split electrode. 同一ケース内に収容されたカソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池の電気的特性を測定する測定装置であって、
前記ケース外部に引き出された前記カソード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード本電極の端子との間に負荷を接続した状態で、前記アノード本電極の端子と前記ケース外部に引き出された前記アノード分割電極の端子との間の電圧を測定するアノード側過電圧測定手段を備えることを特徴とする燃料電池の特性測定装置。 A cathode electrode and an anode electrode housed in the same case are arranged to face each other, the cathode electrode is divided into a cathode main electrode and a cathode divided electrode, and the anode electrode is divided into an anode main electrode and an anode divided electrode. A measuring device for measuring electrical characteristics of a fuel cell in which the cathode split electrode and the anode split electrode are arranged to face each other in the same region,
While a load is connected between the terminals of the case outside the drawn the cathode present electrode the anode present electrode to which the drawn in case external to the terminals of, drawn to the outside of the case to the terminals of the anode present electrode fuel cell characteristic measurement apparatus, characterized in that it comprises the anode overvoltage measuring means for measuring the voltage between the anode divided electrode terminal. 前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、
前記カソード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の特性測定装置。 An AC component is superimposed on the current flowing through the load,
8. The fuel cell characteristic measuring apparatus according to claim 7, wherein the cathode-side overvoltage measuring means measures a frequency response of the voltage with respect to the AC component. 前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、
前記アノード側過電圧測定手段は、前記交流成分に対する前記電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池の特性測定装置。 An AC component is superimposed on the current flowing through the load,
9. The fuel cell characteristic measuring apparatus according to claim 8, wherein the anode-side overvoltage measuring means measures a frequency response of the voltage with respect to the AC component. 測定された前記周波数応答に基づいて、燃料電池の等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料電池の特性測定装置。 11. The fuel cell characteristic measuring apparatus according to claim 9, further comprising a fitting unit that fits a parameter of an equivalent circuit model of the fuel cell based on the measured frequency response.
JP2005248527A 2005-08-30 2005-08-30 Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus Expired - Fee Related JP4986104B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005248527A JP4986104B2 (en) 2005-08-30 2005-08-30 Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005248527A JP4986104B2 (en) 2005-08-30 2005-08-30 Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007066590A JP2007066590A (en) 2007-03-15
JP4986104B2 true JP4986104B2 (en) 2012-07-25

Family

ID=37928560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005248527A Expired - Fee Related JP4986104B2 (en) 2005-08-30 2005-08-30 Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4986104B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005036448A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-08 Robert Bosch Gmbh Electrical appliance, in particular electric hand tool
JP4887708B2 (en) * 2005-09-26 2012-02-29 パナソニック株式会社 Fuel cell system
JP5152629B2 (en) * 2007-09-11 2013-02-27 横河電機株式会社 Method and apparatus for measuring impedance of fuel cell
JP5095452B2 (en) 2008-03-14 2012-12-12 鹿島建設株式会社 Internal resistance measuring device for response delay type fuel cell
JP5146053B2 (en) * 2008-03-28 2013-02-20 株式会社エクォス・リサーチ Fuel cell system
JP5370717B2 (en) * 2008-06-16 2013-12-18 横河電機株式会社 Impedance characteristic evaluation method and impedance characteristic evaluation apparatus
JP2010287412A (en) * 2009-06-11 2010-12-24 Yokogawa Electric Corp Fuel cell-evaluating method and device
JP5818030B2 (en) 2013-01-10 2015-11-18 横河電機株式会社 Measuring method of battery response characteristics
JP6710827B2 (en) * 2016-03-22 2020-06-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for measuring positive and negative overvoltage of redox flow battery and apparatus for performing the method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10116622A (en) * 1996-10-14 1998-05-06 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Polaization characteristics evaluating method for solid highpolymer type fuel cell electrode
JP4362266B2 (en) * 2002-05-10 2009-11-11 本田技研工業株式会社 Fuel gas supply shortage detection method and fuel cell control method
JP2005149741A (en) * 2003-11-11 2005-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel battery system, fuel battery stack, operation method of fuel battery system, program, and recording media
JP4505315B2 (en) * 2004-11-24 2010-07-21 本田技研工業株式会社 Fuel cell
JP4867233B2 (en) * 2005-08-11 2012-02-01 横河電機株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007066590A (en) 2007-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4986104B2 (en) Fuel cell characteristic measuring method and characteristic measuring apparatus
CN104704381B (en) The impedance measurement device of layer-built battery
Wagner Characterization of membrane electrode assemblies in polymer electrolyte fuel cells using ac impedance spectroscopy
JP2007066589A (en) Characteristic evaluation method and device of fuel cell
US20140188414A1 (en) Method and system for measuring impedance for diagnosis of fuel cell stack
WO2012077450A1 (en) Layered battery internal resistance measuring apparatus
KR101637746B1 (en) Device and method for diagnosing of fuel cell
JP2005526365A (en) Method and apparatus for indicating fault conditions in fuel cells and fuel cell components
JP7030784B2 (en) Fuel cell prediction model based on equivalent circuit
Page et al. Test method and equivalent circuit modeling of a PEM fuel cell in a passive state
JP6144180B2 (en) Fuel cell humidification control method
JP5201380B2 (en) Fuel cell AC impedance measuring apparatus and AC impedance measuring method
CN112748281B (en) Average power measuring device and method for fuel cell and voltage measuring device
JP2005071882A (en) Inspection method and device for electrode electrolyte film junction of solid polymer fuel cell, inspection method and device for unit cell of solid polymer fuel cell, and manufacturing method of solid polymer fuel cell
JP6241075B2 (en) Fuel cell system
JP4867233B2 (en) Fuel cell
JP2012149973A (en) Internal resistance measurement value calibration circuit of charge element
JP2010044000A (en) Method and apparatus for evaluating impedance characteristic of battery, and control method and control apparatus of battery
JP5205986B2 (en) Fuel cell system
CN114709454B (en) Fuel cell short-circuit resistance measurement method based on electrochemical impedance spectrum
Wingelaar et al. Dynamic and static simulation tool for PEM fuel cells
JP2005044715A (en) Inspection instrument and inspection method of fuel cell
US20210265647A1 (en) Method of inspection for erroneous assembly of fuel cell stacks
JP2010048567A (en) Method and device for evaluating characteristics of battery
JP6380534B2 (en) Fuel cell impedance measuring apparatus and fuel cell impedance measuring method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080326

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110909

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110927

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120406

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120419

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150511

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees