JP5270904B2 - 燃料電池特性診断方法 - Google Patents
燃料電池特性診断方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5270904B2 JP5270904B2 JP2007287267A JP2007287267A JP5270904B2 JP 5270904 B2 JP5270904 B2 JP 5270904B2 JP 2007287267 A JP2007287267 A JP 2007287267A JP 2007287267 A JP2007287267 A JP 2007287267A JP 5270904 B2 JP5270904 B2 JP 5270904B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- polarization
- time
- diagnosis
- output voltage
- 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.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 63
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 20
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 3
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000034964 establishment of cell polarity Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
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
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
H2とO2などの供給ガスは使用する各流量計で調節し、水中気泡式加湿器を通すことで加湿を行い、PEFCのセルへ供給する。加湿器―電池間の配管は、耐熱・耐腐食性のテフロン(登録商標)管を使用し、配管内での結露を防ぐためテープヒーターを用いて配管温度を100℃に維持する。また、セルはPID制御式温度調節器によって一定温度に保つ。電池特性は、電子負荷装置および抵抗測定器によって、電圧―電流特性および電池内部抵抗をそれぞれ測定する。過渡応答測定は、PEFC特性診断器で行う。この診断器は、図1のパルス定電流負荷2、PCコントローラ7およびA/Dコンバータ3で構成される。
PEFCの標準運転条件として、電池温度は80℃、各バブラー温度は80℃とし、定格電流密度は300mA/cm2とする。各分極に影響を及ぼす以下の条件で実験を行い、各パラメータの変動を検討することで各パラメータと各種分極との相関付ける。
アノード反応におけるガス拡散分極に関するパラメータを同定するために、反応には無関係なN2を混入させることでH2,H2O濃度および総流量を変化させ、拡散分極への影響を模擬する。
カソード反応におけるガス拡散抵抗および活性化分極に関わるパラメータを同定するために、酸化ガスとして供給しているAirに換えてO 2 を供給する。これによりO2の拡散を抑制する空気を除去することでガス拡散分極への影響を模擬する。
両極におけるプラギングを強制的に生じさせることで流路を閉塞させ、ガス拡散分極に関するパラメータを同定する。また、一時的に電解質膜の湿潤状態を改善することから電解質膜の抵抗分極に関するパラメータも同定できる。プラギングは、流路入口へシリンジにより15ccの水を強制的に注入することで模擬する。シリンジから水を注入すると電圧降下が約30秒間続くため、この間の過渡応答を取得する。
PEFCの燃料側にCOが含まれると、電極触媒であるPt上にCOが吸着することでCO被毒が生じる。これは、アノード電極の活性化分極を大きくすると共に、被毒が進むと拡散分極にも影響を及ぼす。そこで、CO濃度に反映されるパラメータを同定するために、アノード供給ガスに10,50,100ppmのCOを混入させた場合と、CO50ppmを供給し続けることで、活性化分極とガス拡散分極への影響を模擬する。
アノード拡散分極に関するパラメータを同定するために、H2O濃度および総流量一定の基で反応には無関係なN2を供給することでH2濃度を減少させた場合の各パラメータの変化を図4に示す。同図より、H2濃度変化に伴い各パラメータが大きく変動していることが分かる。この変動の増減を他の実験結果と共に図5の表にまとめる。なお、各パラメータの増加はPEFCとしての劣化を意味する。
2 パルス定電流負荷
3 A/Dコンバータ
4 CPU
5 メモリー
6 USBインターフェース
7 パーソナルコンピュータ
A1〜A3 パラメータ
t1〜t3 パラメータ
Vout 出力電圧
Claims (1)
- 燃料電池の複数に種類分けされる分極を組み込んだ等価回路モデルから前記燃料電池の定電流印加時の出力電圧式を模擬して行う燃料電池特性診断方法であって、
前記定電流印加時の前記燃料電池の出力電圧を、過渡応答が安定する時間に基づき設定した1回の診断時間を複数に分割した複数の分割時間毎に測定し、測定したそれぞれの実測値に対して、前記出力電圧式に前記複数の分割時間毎に対応させて設けた特性基準値のパラメータをフィティングにより算出し、この算出したパラメータと予め設定された初期値のパラメータに基づいて前記燃料電池の特性を診断する、
前記分極を活性化分極と抵抗分極、拡散分極の三分極に特定し、当該三分極に対応させて前記1回の診断時間を3以上に分割したことを特徴とする燃料電池特性診断方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007287267A JP5270904B2 (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 燃料電池特性診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007287267A JP5270904B2 (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 燃料電池特性診断方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009117110A JP2009117110A (ja) | 2009-05-28 |
JP5270904B2 true JP5270904B2 (ja) | 2013-08-21 |
Family
ID=40784038
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007287267A Active JP5270904B2 (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 燃料電池特性診断方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5270904B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101448760B1 (ko) | 2013-03-04 | 2014-10-10 | 현대자동차 주식회사 | 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114295984A (zh) | 2013-03-14 | 2022-04-08 | 加州理工学院 | 检测电子和电化学能源单元异常 |
WO2017059351A1 (en) | 2015-10-01 | 2017-04-06 | California Institute Of Technology | Systems and methods for monitoring characteristics of energy units |
JP6743426B2 (ja) * | 2016-03-07 | 2020-08-19 | 三浦工業株式会社 | 燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
JP2018189606A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | 昇 若月 | 電池評価装置および電池評価方法 |
JP7437765B2 (ja) | 2020-11-20 | 2024-02-26 | 国立大学法人 筑波大学 | 情報処理装置、電力供給システム、情報処理方法、およびプログラム |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007066589A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Yokogawa Electric Corp | 燃料電池の特性評価方法および特性評価装置 |
JP4876671B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2012-02-15 | 横河電機株式会社 | 燃料電池の特性測定装置及び方法 |
JP5201380B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2013-06-05 | 横河電機株式会社 | 燃料電池の交流インピーダンス測定装置及び交流インピーダンス測定方法 |
JP4963373B2 (ja) * | 2006-04-19 | 2012-06-27 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池内部状態観測装置 |
JP2009064617A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Mie Univ | 燃料電池の等価回路モデルおよび燃料電池の特性評価方法 |
-
2007
- 2007-11-05 JP JP2007287267A patent/JP5270904B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101448760B1 (ko) | 2013-03-04 | 2014-10-10 | 현대자동차 주식회사 | 연료전지 스택 진단 시스템의 파워 트랜지스터를 이용하는 장치 및 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009117110A (ja) | 2009-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wasterlain et al. | Development of new test instruments and protocols for the diagnostic of fuel cell stacks | |
Lamibrac et al. | Experimental characterization of internal currents during the start-up of a proton exchange membrane fuel cell | |
Husar et al. | Experimental characterization methodology for the identification of voltage losses of PEMFC: Applied to an open cathode stack | |
Brightman et al. | In situ measurement of active catalyst surface area in fuel cell stacks | |
Comminges et al. | Monitoring the degradation of a solid oxide fuel cell stack during 10,000 h via electrochemical impedance spectroscopy | |
JP5270904B2 (ja) | 燃料電池特性診断方法 | |
JP2005526365A (ja) | 燃料電池及び燃料電池構成要素における障害状況を指示する方法及び装置 | |
JP6144180B2 (ja) | 燃料電池の加湿制御方法 | |
Page et al. | Test method and equivalent circuit modeling of a PEM fuel cell in a passive state | |
Ferrero et al. | Single PEM fuel cell analysis for the evaluation of current ripple effects | |
US20180212262A1 (en) | Apparatus and method for determining the condition of an electricity-producing cell | |
KR20190024877A (ko) | 등가 회로 다이어그램에 기초한 연료 전지 예측 모델 | |
Steffy et al. | Online monitoring of fuel starvation and water management in an operating polymer electrolyte membrane fuel cell by a novel diagnostic tool based on total harmonic distortion analysis | |
Wahdame et al. | Analysis of a PEMFC durability test under low humidity conditions and stack behaviour modelling using experimental design techniques | |
CN105938037B (zh) | 用于验证燃料电池系统中检测到的泄漏的系统和方法 | |
Radev et al. | Influence of failure modes on PEFC stack and single cell performance and durability | |
JP2007311027A (ja) | 高分子膜の寿命予測試験方法、試験装置および試験プログラム | |
JP2005302498A (ja) | 燃料電池電流分布測定装置及び燃料電池電流分布測定方法 | |
CN108226789A (zh) | 一种中低温固体氧化物燃料电池的性能测试方法 | |
CN112993341A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池中膜含水量的测试方法 | |
Zhu et al. | Equivalent circuit elements for PSpice simulation of PEM stacks at pulse load | |
JP5020538B2 (ja) | 燃料電池スタックの劣化加速試験方法及び装置 | |
JP2010186704A (ja) | 固体高分子型燃料電池の寿命加速試験方法 | |
Wasterlain et al. | First results obtained with an impedance meter developed for the diagnosis of large Proton-Exchange-Membrane Fuel-Cell stacks | |
JP2009212000A (ja) | 燃料電池セルの面内電流分布推定システム及び推定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100907 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120925 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121121 |
|
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: 20130507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130510 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5270904 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |