JP5370717B2 - Impedance characteristic evaluation method and impedance characteristic evaluation apparatus - Google Patents

Impedance characteristic evaluation method and impedance characteristic evaluation apparatus Download PDF

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Description

本発明は、電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価方法およびインピーダンス特性評価装置に関する。   The present invention relates to an impedance characteristic evaluation method and an impedance characteristic evaluation apparatus for evaluating impedance characteristics of a battery.

負荷電流に重畳する交流の周波数（測定周波数）を変えながら燃料電池セルのインピーダンスを測定する方法が知られている。この方法では、負荷電流として直流成分（Ｉｄｃ）に加えて十分振幅の小さな交流成分（Ｉａｃ）を重畳した電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）を与える。一般的には、この交流成分として正弦波が使用される。インピーダンス計測器により、この電流摂動に対する電池電圧（Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）の変化を測定し、交流成分のゲイン特性、位相遅れを得る。測定周波数を順次変えながら、それぞれの周波数でのゲインおよび位相を測定することで、燃料電池セルのインピーダンス特性を得ることができる。
特開２００７−２６５８８５号公報 特開２００７−０４８６４７号公報 A method for measuring the impedance of a fuel cell while changing the frequency (measurement frequency) of the alternating current superimposed on the load current is known. In this method, a current (Idc + Iac) obtained by superimposing an alternating current component (Iac) having a sufficiently small amplitude in addition to the direct current component (Idc) as a load current is given. Generally, a sine wave is used as this alternating current component. An impedance measuring instrument measures the change in battery voltage (Vdc + Vac) with respect to this current perturbation, and obtains the AC component gain characteristics and phase delay. By measuring the gain and phase at each frequency while sequentially changing the measurement frequency, the impedance characteristic of the fuel cell can be obtained.
JP 2007-265885 A JP 2007-0486647 A

燃料電池セルの特性は複雑であり、一般的に、計測結果が正しいことを担保するための手法の開発が望まれる。例えば、特開２００７−０４８６４７号公報には、参照電極（分割電極）を用いた電圧計測が正しいことを担保する方法として、２通りの経路で計測された２点間の電位が等しいことを確認する方法が開示されている。この方法では、燃料電池の過電圧を分離して測定するとともに、過電圧の和が適切な値となるか否かを確認している。しかし、この方法では、インピーダンス領域での一致性を担保することはできない。   The characteristics of fuel cells are complicated, and in general, it is desired to develop a method for ensuring that the measurement results are correct. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-0486647, as a method for ensuring that voltage measurement using a reference electrode (divided electrode) is correct, it is confirmed that the potentials between two points measured by two paths are equal. A method is disclosed. In this method, the overvoltage of the fuel cell is separated and measured, and it is confirmed whether or not the sum of the overvoltage becomes an appropriate value. However, this method cannot ensure consistency in the impedance region.

本発明の目的は、測定されたインピーダンス特性の計測結果を担保することができるインピーダンス特性評価方法およびインピーダンス特性評価装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the impedance characteristic evaluation method and impedance characteristic evaluation apparatus which can ensure the measurement result of the measured impedance characteristic.

本発明のインピーダンス特性評価方法は、電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価方法において、電池のインピーダンスを複数個所について測定するステップと、前記測定ステップにより得られた前記複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するステップと、を備え、前記測定するステップでは、交流成分が重畳された電流負荷をカソードおよびアノード間に与えたときに発生するカソードおよびアノード間の電圧、カソード過電圧およびアノード過電圧にそれぞれ対応する、電池全体の内部インピーダンス、カソード側のインピーダンスおよびアノード側のインピーダンスを測定し、前記判定するステップでは、前記カソード側のインピーダンスおよび前記アノード側のインピーダンスの和が、前記内部インピーダンスと一致するか否かを判定することを特徴とする。
このインピーダンス特性評価方法によれば、複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するので、測定されたインピーダンス特性の計測結果の正しさが担保される。
The impedance characteristic evaluation method of the present invention is the impedance characteristic evaluation method for evaluating the impedance characteristic of a battery, wherein the step of measuring the impedance of the battery at a plurality of locations and the measurement results at the plurality of locations obtained by the measurement step are combined. And determining the consistency between the individual measurement results , wherein in the measuring step, a current load superimposed with an alternating current component is applied between the cathode and the anode when the current load is applied between the cathode and the anode. In the determination step, the internal impedance of the entire battery, the impedance on the cathode side, and the impedance on the anode side corresponding to the voltage of the cathode, the cathode overvoltage, and the anode overvoltage are measured. The sum of the impedance, and wherein the determining whether matches the internal impedance.
According to this impedance characteristic evaluation method, the consistency between the individual measurement results is determined by combining the measurement results for a plurality of locations, so that the correctness of the measurement results of the measured impedance characteristics is ensured.

前記測定するステップにより得られたカソード側の膜抵抗、アノード側の膜抵抗および前記電池全体での膜抵抗を用い、前記カソード側の膜抵抗および前記アノード側の膜抵抗の和が、前記電池全体での膜抵抗に一致するか否かを判定してもよい。   Using the membrane resistance on the cathode side, the membrane resistance on the anode side, and the membrane resistance on the whole battery obtained by the measuring step, the sum of the membrane resistance on the cathode side and the membrane resistance on the anode side is It may be determined whether or not it matches the film resistance.

前記測定するステップにより得られたカソード側の反応抵抗、アノード側の反応抵抗および前記電池全体での反応抵抗を用い、前記カソード側の反応抵抗および前記アノード側の反応抵抗の和が、前記電池全体での反応抵抗に一致するか否かを判定してもよい。   Using the reaction resistance on the cathode side, the reaction resistance on the anode side, and the reaction resistance on the whole battery obtained by the measuring step, the sum of the reaction resistance on the cathode side and the reaction resistance on the anode side is It may also be determined whether or not the reaction resistance in FIG.

本発明のインピーダンス特性評価装置は、電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価装置において、電池のインピーダンスを複数個所について測定する測定手段と、前記測定手段により得られた前記複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定する判定手段と、を備え、前記測定手段は、交流成分が重畳された電流負荷をカソードおよびアノード間に与えたときに発生するカソードおよびアノード間の電圧、カソード過電圧およびアノード過電圧にそれぞれ対応する、電池全体の内部インピーダンス、カソード側のインピーダンスおよびアノード側のインピーダンスを測定し、前記判定手段は、前記カソード側のインピーダンスおよび前記アノード側のインピーダンスの和が、前記内部インピーダンスと一致するか否かを判定することを特徴とする。
このインピーダンス特性評価装置によれば、複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するので、測定されたインピーダンス特性の計測結果の正しさが担保される。


The impedance characteristic evaluation apparatus of the present invention is an impedance characteristic evaluation apparatus for evaluating the impedance characteristic of a battery. The measurement means for measuring the impedance of the battery at a plurality of locations, and the measurement results at the plurality of locations obtained by the measurement means. Determining means for determining consistency between the individual measurement results by combining, the measuring means comprises a cathode and an anode generated when a current load on which an alternating current component is superimposed is applied between the cathode and the anode The internal impedance of the entire battery, the impedance on the cathode side and the impedance on the anode side corresponding to the voltage between the cathode, the cathode overvoltage and the anode overvoltage, respectively, are measured. Sum Wherein the determining whether matches the internal impedance.
According to this impedance characteristic evaluation apparatus, since the consistency between the individual measurement results is determined by combining the measurement results at a plurality of locations, the correctness of the measurement results of the measured impedance characteristics is ensured.


本発明のインピーダンス特性評価方法によれば、複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するので、測定されたインピーダンス特性の計測結果の正しさが担保される。   According to the impedance characteristic evaluation method of the present invention, since the consistency between individual measurement results is determined by combining the measurement results at a plurality of locations, the correctness of the measurement results of the measured impedance characteristics is ensured. .

本発明のインピーダンス特性評価装置によれば、複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するので、測定されたインピーダンス特性の計測結果の正しさが担保される。   According to the impedance characteristic evaluation apparatus of the present invention, since the consistency between individual measurement results is determined by combining the measurement results for a plurality of locations, the correctness of the measurement results of the measured impedance characteristics is ensured. .

以下、図１〜図６を参照して、本発明によるインピーダンス特性評価方法の実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of an impedance characteristic evaluation method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１（ａ）は、燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、図１（ｂ）はインピーダンス計測装置の構成を機能的に示すブロック図である。   FIG. 1A is a diagram showing a cross section of the fuel cell and a connection method at the time of measurement, and FIG. 1B is a block diagram functionally showing the configuration of the impedance measuring device.

図１（ａ）に示すように、燃料電池は、固体高分子膜１と、固体高分子膜１と電気的に絶縁されたカソード電極２と、カソード電極２と同様に固体高分子膜１と電気的に絶縁され、固体高分子膜１を挟んでカソード電極２と対向するアノード電極３とを備える。   As shown in FIG. 1A, the fuel cell includes a solid polymer membrane 1, a cathode electrode 2 electrically insulated from the solid polymer membrane 1, and a solid polymer membrane 1 like the cathode electrode 2. An anode electrode 3 is provided which is electrically insulated and faces the cathode electrode 2 with the solid polymer film 1 interposed therebetween.

カソード電極２は、固体高分子膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。同様に、アノード電極３は、固体高分子膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。カソード電極２およびアノード電極３を構成する上記セパレータには、それぞれ燃料ガスを供給するガス流路が形成されている。   The cathode electrode 2 is formed by sequentially stacking a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the solid polymer membrane 1 side to the outside. Similarly, the anode electrode 3 is configured by sequentially stacking a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the solid polymer membrane 1 side to the outside. In the separators constituting the cathode electrode 2 and the anode electrode 3, gas flow paths for supplying fuel gas are formed.

図１（ａ）に示すように、カソード電極２は、互いに絶縁されたカソード本電極２Ａおよびカソード分割電極２Ｂに分割され、アノード電極３は、互いに絶縁されたアノード本電極３Ａおよびアノード分割電極３Ｂに分割されている。図１（ａ）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、同一領域で互いに対向して配置されている。なお、図１（ａ）に示す電極の配置は一例にすぎず、固体高分子膜１を挟んでカソード本電極２Ａとカソード分割電極２Ｂ、およびアノード本電極３Ａとアノード分割電極３Ｂの配置とが対向するように形成されればどのように配置されるものであってもよい。   As shown in FIG. 1A, the cathode electrode 2 is divided into a cathode main electrode 2A and a cathode split electrode 2B that are insulated from each other, and the anode electrode 3 is divided into an anode main electrode 3A and an anode split electrode 3B that are insulated from each other. It is divided into As shown in FIG. 1A, the cathode split electrode 2B and the anode split electrode 3B are arranged to face each other in the same region. The arrangement of the electrodes shown in FIG. 1A is merely an example, and the arrangement of the cathode main electrode 2A and the cathode divided electrode 2B, and the anode main electrode 3A and the anode divided electrode 3B with the solid polymer film 1 interposed therebetween. As long as it forms so that it may oppose, it may be arrange | positioned how.

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、インピーダンス計測装置５は、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａの間に接続された電子負荷装置４の電流値を制御する負荷制御部５１と、電子負荷装置４の電流に応じて変化する電圧値および電流値を取得してカソード側の膜抵抗およびアノード側の膜抵抗および反応抵抗を計測する計測手段５２と、を備える。また、インピーダンス計測装置５は、カソード本電極２Ａとカソード分割電極２Ｂの間の電圧（カソード過電圧Vca）を計測する電圧計測モジュール５０１と、アノード本電極３Ａとアノード分割電極３Ｂの間の電圧（アノード過電圧Van）を計測する電圧計測モジュール５０２と、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａの間の電圧（燃料電池電圧Vfc）を計測する電圧計測モジュール５０３と、電子負荷装置４に流れる電流（負荷電流Ｉ）を計測する電流計測モジュール５０４とを備える。電圧計測モジュール５０１，５０２，５０３および電流計測モジュール５０４による計測結果は、計測手段５２に与えられる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the impedance measuring device 5 includes a load control unit that controls the current value of the electronic load device 4 connected between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A. 51 and a measuring means 52 that acquires a voltage value and a current value that change according to the current of the electronic load device 4 and measures the membrane resistance on the cathode side and the membrane resistance and reaction resistance on the anode side. Further, the impedance measuring device 5 includes a voltage measuring module 501 that measures a voltage (cathode overvoltage Vca) between the cathode main electrode 2A and the cathode divided electrode 2B, and a voltage (anode) between the anode main electrode 3A and the anode divided electrode 3B. A voltage measurement module 502 that measures the overvoltage Van), a voltage measurement module 503 that measures a voltage (fuel cell voltage Vfc) between the cathode main electrode 2A and the anode main electrode 3A, and a current (load current) that flows through the electronic load device 4 A current measurement module 504 for measuring I). The measurement results obtained by the voltage measurement modules 501, 502, and 503 and the current measurement module 504 are given to the measurement means 52.

また、計測手段５２による計測結果は、判定手段６に与えられ、判定手段６により計測結果の整合性が判定される。   Further, the measurement result obtained by the measurement unit 52 is given to the determination unit 6, and the determination unit 6 determines the consistency of the measurement result.

次に、インピーダンス計測の手順について説明する。   Next, an impedance measurement procedure will be described.

インピーダンス計測装置５の負荷制御装置５２は、電子負荷装置４に対して、インピーダンス計測を行う周波数、直流電流値、重畳交流電流振幅を設定し、燃料電池への電流負荷を制御する。交流成分が重畳された電流負荷に対して、燃料電池電圧Vfc、カソード過電圧Vca、およびアノード過電圧Vanのそれぞれの波形を電圧モジュール５０３、５０２および５０１で計測し、計測手段５２において、交流電流負荷に対する各３つの電圧（燃料電池電圧Vfc、カソード過電圧Vca、およびアノード過電圧Van）の交流成分のゲインおよび位相（フェーズ）に基づきインピーダンスZan、ZcaおよびZfcを求める。ここで、インピーダンスZan、ZcaおよびZfcは、それぞれ、アノード過電圧Van、カソード過電圧Vca、および燃料電池電圧Vfcに対応する燃料電池の内部インピーダンスに相当する（図１）。   The load control device 52 of the impedance measuring device 5 sets the frequency, the direct current value, and the superimposed alternating current amplitude for impedance measurement for the electronic load device 4 to control the current load on the fuel cell. The waveforms of the fuel cell voltage Vfc, the cathode overvoltage Vca, and the anode overvoltage Van are measured by the voltage modules 503, 502, and 501 with respect to the current load on which the AC component is superimposed. Impedances Zan, Zca, and Zfc are obtained based on the gain and phase (phase) of the AC component of each of the three voltages (fuel cell voltage Vfc, cathode overvoltage Vca, and anode overvoltage Van). Here, the impedances Zan, Zca, and Zfc correspond to the internal impedance of the fuel cell corresponding to the anode overvoltage Van, the cathode overvoltage Vca, and the fuel cell voltage Vfc, respectively (FIG. 1).

順次、重畳交流電流振幅の周波数を変えてインピーダンス計測を行い、図２に示すようなインピーダンス（Zan、Zca、Zfc）の複素平面図（コールコールプロット）を得ることができる。   By sequentially changing the frequency of the superimposed alternating current amplitude, impedance measurement is performed, and a complex plan view (Cole-Cole plot) of impedances (Zan, Zca, Zfc) as shown in FIG. 2 can be obtained.

図２に示す複素平面図において、燃料電池の固体高分子膜１のプロトン伝導抵抗を表すものが、「Rmem_fc」である。同様に、カソード過電圧（Vca）に対応するインピーダンス（Zca）から「Rmem_ca」、アノード過電圧（Van）に対応するインピーダンス（Zan）から「Rmem_an」を求めることができる。上記アノード、カソードのインピーダンスの高周波側のゼロクロスの抵抗値Rmem_an、Rmem_caを、それぞれ燃料電池の固体高分子膜のアノード側の膜抵抗値Zan_memおよびカソード側の膜抵抗値Zca_memとして算出することができる。また、燃料電池全体の膜抵抗値Zfc_memは、アノード側の膜抵抗値Zan_memおよびカソード側の膜抵抗値Zca_memの和として算出される。   In the complex plan view shown in FIG. 2, “Rmem_fc” represents the proton conduction resistance of the solid polymer membrane 1 of the fuel cell. Similarly, “Rmem_ca” can be obtained from the impedance (Zca) corresponding to the cathode overvoltage (Vca), and “Rmem_an” can be obtained from the impedance (Zan) corresponding to the anode overvoltage (Van). The zero cross resistance values Rmem_an and Rmem_ca on the high frequency side of the anode and cathode impedances can be calculated as the membrane resistance value Zan_mem on the anode side and the membrane resistance value Zca_mem on the cathode side of the solid polymer membrane of the fuel cell, respectively. Further, the membrane resistance value Zfc_mem of the entire fuel cell is calculated as the sum of the membrane resistance value Zan_mem on the anode side and the membrane resistance value Zca_mem on the cathode side.

また、カソード側のインピーダンスZcaからカソード側の膜抵抗値Zca_memを減算することにより、カソード側の反応抵抗Zca_ractが算出される。さらに、アノード側のインピーダンスZanからアノード側の膜抵抗値Zan_memを減算することにより、アノード側の反応抵抗Zan_ractが算出される。   Further, the cathode side reaction resistance Zca_ract is calculated by subtracting the cathode side membrane resistance value Zca_mem from the cathode side impedance Zca. Furthermore, the reaction resistance Zan_ract on the anode side is calculated by subtracting the membrane resistance value Zan_mem on the anode side from the impedance Zan on the anode side.

以下、膜抵抗および反応抵抗の算出方法を詳細に説明する。カソード側、アノード側および電池全体について同一手法が適用できるため、ここでは、Zca_mem、Zan_memおよびZfc_memをZmemにより、Zca_ract、Zan_ractおよびZfc_ractをZractにより、それぞれ代表する。   Hereinafter, a method for calculating the membrane resistance and the reaction resistance will be described in detail. Since the same method can be applied to the cathode side, the anode side, and the entire battery, Zca_mem, Zan_mem, and Zfc_mem are represented by Zmem, and Zca_ract, Zan_ract, and Zfc_ract are represented by Zract.

図３（ａ）は、測定されたインピーダンス特性を複素平面図により示す図である。   FIG. 3A is a diagram illustrating the measured impedance characteristics in a complex plan view.

まず、測定されたインピーダンス特性に基づいて、膜抵抗Ｚmemを算出する。ここでは、インピーダンス特性のグラフ（図３（ａ））と実軸との交点（ゼロクロス）の座標を膜抵抗Ｚmemとして算出することができる。グラフ（図３（ａ））と実軸との交点は、測定周波数を上昇させたときのインピーダンスの実数成分の収束値に相当している。このように、膜抵抗Ｚmemは実数部だけをもち、虚数成分をもたない。   First, the membrane resistance Zmem is calculated based on the measured impedance characteristics. Here, the coordinates of the intersection (zero cross) between the impedance characteristic graph (FIG. 3A) and the real axis can be calculated as the membrane resistance Zmem. The intersection between the graph (FIG. 3A) and the real axis corresponds to the convergence value of the real component of the impedance when the measurement frequency is increased. Thus, the film resistance Zmem has only a real part and no imaginary component.

グラフ上の交点を用いる代わりに、図４（ａ）に示すような等価回路の素子の定数をフィッティングにより求め、抵抗Ｒ１の値を膜抵抗Ｚmemとしてもよい。なお、図４（ａ）において、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２およびコンデンサＣ３からなる回路は、反応抵抗に相当する。等価回路は図４（ａ）に示すものに限定されず、燃料電池セル各部のインピーダンス特性に応じて適切な等価回路が選択される。   Instead of using the intersection point on the graph, the constant of the element of the equivalent circuit as shown in FIG. 4A may be obtained by fitting, and the value of the resistance R1 may be used as the film resistance Zmem. In FIG. 4A, a circuit composed of a resistor R2, a resistor R3, a capacitor C2, and a capacitor C3 corresponds to a reaction resistance. The equivalent circuit is not limited to that shown in FIG. 4A, and an appropriate equivalent circuit is selected according to the impedance characteristics of each part of the fuel cell.

次に、燃料電池セルのインピーダンスから膜抵抗Ｚmemを減算することにより、燃料電池セル各部の反応抵抗Ｚractを算出する。   Next, the reaction resistance Zract of each part of the fuel cell is calculated by subtracting the membrane resistance Zmem from the impedance of the fuel cell.

ここで、燃料電池セルの実数部をＺreal、虚数部をＺimg、反応抵抗Ｚractの実数部をＺ´real、虚数部をＺ´img、位相角をθ´とすると、

Figure 0005370717
が成立する。 Here, if the real part of the fuel cell is Zreal, the imaginary part is Zimg, the real part of the reaction resistance Zract is Z'real, the imaginary part is Z'img, and the phase angle is θ ',
Figure 0005370717
 Is established.

図３（ｂ）は、燃料電池セル各部のインピーダンスを膜抵抗Ｚmemおよび反応抵抗Ｚractに分離した様子を示す図である。また、図３（ｃ）は、膜抵抗Ｚmemを減算することにより得られた反応抵抗Ｚractのインピーダンス特性を示す図である。   FIG. 3B is a diagram showing a state in which the impedance of each part of the fuel cell is separated into the membrane resistance Zmem and the reaction resistance Zract. FIG. 3C is a diagram showing impedance characteristics of the reaction resistance Zract obtained by subtracting the membrane resistance Zmem.

図４（ｂ）は、測定系のインピーダンスの影響で、測定周波数を上昇させたときにインピーダンスが実数成分に収束しない場合を例示する図である。図４（ｂ）の例では、測定系に起因するＬ成分によって高周波領域で位相の進みが発生する。このような場合には、実軸との交点（ゼロクロス）から膜抵抗Ｚmemを求めることはできない。また、図４（ａ）に示すような等価回路でのフィッティングも不可能となる。したがって、この場合には、図４（ｃ）に示すような測定系のインピーダンスを加えた等価回路を用いてフィッティングを行い、抵抗値Ｒ１を膜抵抗Ｚmemとして求めることができる。図４（ｃ）において、Ｌ成分（Ｌ１）が、測定系に起因するインピーダンスに相当する。   FIG. 4B is a diagram illustrating a case where the impedance does not converge to the real component when the measurement frequency is increased due to the influence of the impedance of the measurement system. In the example of FIG. 4B, the phase advance occurs in the high frequency region due to the L component caused by the measurement system. In such a case, the membrane resistance Zmem cannot be obtained from the intersection (zero cross) with the real axis. Further, fitting with an equivalent circuit as shown in FIG. Therefore, in this case, fitting is performed using an equivalent circuit to which the impedance of the measurement system as shown in FIG. 4C is added, and the resistance value R1 can be obtained as the membrane resistance Zmem. In FIG. 4C, the L component (L1) corresponds to the impedance caused by the measurement system.

このように、測定系のインピーダンスを考慮した等価回路を用いてフィッティングを行うことで、実際に高い頻度で発生する測定系のインピーダンス（Ｌ成分）の影響をシミュレーションによって除去できる。これにより真の膜抵抗を抽出することができ、反応抵抗を正しく計算することが可能となる。   Thus, by performing fitting using an equivalent circuit that takes into account the impedance of the measurement system, the influence of the impedance (L component) of the measurement system that is actually generated at a high frequency can be eliminated by simulation. As a result, the true membrane resistance can be extracted, and the reaction resistance can be calculated correctly.

以上の手順により、燃料電池のインピーダンス、膜抵抗および反応抵抗が、それぞれ、アノード、カソードおよび燃料電池全体について分離して算出される。   By the above procedure, the impedance, membrane resistance, and reaction resistance of the fuel cell are calculated separately for the anode, the cathode, and the entire fuel cell, respectively.

次に、判定手段６において測定結果の整合性を判定する方法について説明する。図５および図６は、測定結果の整合性を判定する方法を示す図である。   Next, a method for determining the consistency of measurement results in the determination unit 6 will be described. 5 and 6 are diagrams showing a method for determining the consistency of measurement results.

まず、任意の測定周波数におけるインピーダンスの整合性を判定する。具体的には、任意の周波数において、アノードおよびカソードのインピーダンスの和が、燃料電池全体のインピーダンスに一致するか否かが判定される。図５の例では、任意の周波数ｆ１および反応抵抗が実質的にゼロになる高い周波数ｆ０について、   First, impedance consistency at an arbitrary measurement frequency is determined. Specifically, it is determined whether or not the sum of the impedances of the anode and the cathode matches the impedance of the entire fuel cell at an arbitrary frequency. In the example of FIG. 5, for an arbitrary frequency f1 and a high frequency f0 at which the reaction resistance is substantially zero,

Zfc(f1)＝Zan(f1)＋Zca(f1)
および、 Zfc (f1) = Zan (f1) + Zca (f1)
and,

Zfc(f0)＝Zan(f0)＋Zca(f0)
が成立するか否かがベクトル演算により判定される。 Zfc (f0) = Zan (f0) + Zca (f0)
Whether or not is satisfied is determined by vector calculation.

また、アノードおよびカソードの膜抵抗の和が、電池全体の膜抵抗に一致するか否か、すなわち、   Also, whether the sum of the membrane resistance of the anode and cathode matches the membrane resistance of the entire battery, that is,

Zfc_mem＝Zan_mem＋Zca_mem
が成立するか否かがベクトル演算により判定される。なお、これは、周波数ｆ０におけるインピーダンスの整合性が成立するか否かの判定と等価である。 Zfc_mem = Zan_mem + Zca_mem
Whether or not is satisfied is determined by vector calculation. This is equivalent to the determination of whether or not impedance matching at the frequency f0 is established.

さらに、図５および図６に示すように、アノードおよびカソードの反応抵抗の和が、電池全体の反応抵抗に一致するか否か、すなわち、   Furthermore, as shown in FIGS. 5 and 6, whether or not the sum of the reaction resistances of the anode and the cathode matches the reaction resistance of the whole battery, that is,

Zfc_ract(f1)＝Zan_ract(f1)＋Zca_ract(f1)
が成立するか否かがベクトル演算により判定される。 Zfc_ract (f1) = Zan_ract (f1) + Zca_ract (f1)
Whether or not is satisfied is determined by vector calculation.

このように、インピーダンス、膜抵抗および反応抵抗の測定値の整合性を判定することにより、インピーダンス特性が正しく計測されているか否かを知ることができる。   Thus, by determining the consistency of the measured values of impedance, membrane resistance, and reaction resistance, it can be determined whether or not the impedance characteristics are correctly measured.

以上のように、本実施形態のインピーダンス特性評価方法によれば、過電圧の整合性のみならず、アノード、カソードおよび電池全体についてのインピーダンス領域での整合性を担保することができる。   As described above, according to the impedance characteristic evaluation method of the present embodiment, it is possible to ensure not only overvoltage matching but also matching in the impedance region for the anode, cathode, and the entire battery.

以上のように、本実施形態のインピーダンス特性評価方法によれば、複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するので、測定されたインピーダンス特性の計測結果の正しさが担保される。   As described above, according to the impedance characteristic evaluation method of the present embodiment, the consistency between the individual measurement results is determined by combining the measurement results for a plurality of locations. Correctness is guaranteed.

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、電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価方法およびインピーダンス特性評価装置に対し、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 can be widely applied to an impedance characteristic evaluation method and an impedance characteristic evaluation apparatus for evaluating the impedance characteristics of a battery.

電池セルのインピーダンス特性を計測する際の接続状態を示す図。The figure which shows the connection state at the time of measuring the impedance characteristic of a battery cell. 図２は、インピーダンス特性を計示す図。FIG. 2 is a diagram showing impedance characteristics. インピーダンス特性を示す図であり、（ａ）は、燃料電池セルのインピーダンス特性を示す図、（ｂ）は、燃料電池セルのインピーダンスを膜抵抗Ｚmemおよび反応抵抗Ｚractに分離した様子を示す図、（ｃ）は、膜抵抗Ｚmemを減算することにより得られた反応抵抗Ｚractのインピーダンス特性を示す図。It is a figure which shows an impedance characteristic, (a) is a figure which shows the impedance characteristic of a fuel cell, (b) is a figure which shows a mode that the impedance of the fuel cell was isolate | separated into membrane resistance Zmem and reaction resistance Zract, (c) is a figure which shows the impedance characteristic of reaction resistance Zract obtained by subtracting membrane resistance Zmem. フィッティングの方法を示す図であり、（ａ）は燃料電池セルの等価回路を例示する図、（ｂ）は測定系のインピーダンスの影響で、測定周波数を上昇させたときにインピーダンスが実数成分に収束しない場合を例示する図、（ｃ）は測定系のインピーダンスを加えた等価回路を示す図。It is a figure which shows the method of fitting, (a) is a figure which illustrates the equivalent circuit of a fuel cell, (b) is the influence of the impedance of a measurement system, and when a measurement frequency is raised, an impedance will converge on a real component The figure which illustrates the case where it does not carry out, (c) is a figure which shows the equivalent circuit which added the impedance of the measurement system. 測定結果の整合性を判定する方法を示す図。The figure which shows the method of determining the consistency of a measurement result. 測定結果の整合性を判定する方法を示す図。The figure which shows the method of determining the consistency of a measurement result.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体高分子膜
２ カソード電極
２Ａ カソード本電極
２Ｂ カソード分割電極
３ アノード電極
３Ａ アノード本電極
３Ｂ アノード分割電極
４ 電子負荷装置
５ インピーダンス計測装置
５１ 負荷制御部
５２ 測定手段
６ 判定手段
５２ 測定手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer film 2 Cathode electrode 2A Cathode main electrode 2B Cathode division | segmentation electrode 3 Anode electrode 3A Anode main electrode 3B Anode division | segmentation electrode 4 Electronic load apparatus 5 Impedance measurement apparatus 51 Load control part 52 Measurement means 6 Judgment means 52 Measurement means

Claims (4)

電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価方法において、
電池のインピーダンスを複数個所について測定するステップと、
前記測定ステップにより得られた前記複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定するステップと、
を備え、
前記測定するステップでは、交流成分が重畳された電流負荷をカソードおよびアノード間に与えたときに発生するカソードおよびアノード間の電圧、カソード過電圧およびアノード過電圧にそれぞれ対応する、電池全体の内部インピーダンス、カソード側のインピーダンスおよびアノード側のインピーダンスを測定し、
前記判定するステップでは、前記カソード側のインピーダンスおよび前記アノード側のインピーダンスの和が、前記内部インピーダンスと一致するか否かを判定することを特徴とするインピーダンス特性評価方法。 In the impedance characteristic evaluation method for evaluating the impedance characteristic of a battery,
Measuring the impedance of the battery at multiple locations;
Determining consistency between individual measurement results by combining measurement results for the plurality of locations obtained by the measurement step; and
Equipped with a,
In the measuring step, the internal impedance of the entire battery, the cathode corresponding to the cathode-anode voltage, the cathode overvoltage and the anode overvoltage, respectively, generated when a current load on which an alternating current component is superimposed is applied between the cathode and the anode, Side impedance and anode side impedance,
In the determining step, it is determined whether or not a sum of the impedance on the cathode side and the impedance on the anode side coincides with the internal impedance . 前記測定するステップにより得られたカソード側の膜抵抗、アノード側の膜抵抗および前記電池全体での膜抵抗を用い、前記カソード側の膜抵抗および前記アノード側の膜抵抗の和が、前記電池全体での膜抵抗に一致するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス特性評価方法。   Using the membrane resistance on the cathode side, the membrane resistance on the anode side, and the membrane resistance on the whole battery obtained by the measuring step, the sum of the membrane resistance on the cathode side and the membrane resistance on the anode side is The impedance characteristic evaluation method according to claim 1, wherein it is determined whether or not the film resistance is equal to the film resistance. 前記測定するステップにより得られたカソード側の反応抵抗、アノード側の反応抵抗および前記電池全体での反応抵抗を用い、前記カソード側の反応抵抗および前記アノード側の反応抵抗の和が、前記電池全体での反応抵抗に一致するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス特性評価方法。   Using the reaction resistance on the cathode side, the reaction resistance on the anode side, and the reaction resistance on the whole battery obtained by the measuring step, the sum of the reaction resistance on the cathode side and the reaction resistance on the anode side is The impedance characteristic evaluation method according to claim 1, wherein it is determined whether or not the response resistance is equal to the reaction resistance. 電池のインピーダンス特性を評価するインピーダンス特性評価装置において、
電池のインピーダンスを複数個所について測定する測定手段と、
前記測定手段により得られた前記複数個所についての測定結果を組み合わせることにより、個々の測定結果間の整合性を判定する判定手段と、
を備え、
前記測定手段は、交流成分が重畳された電流負荷をカソードおよびアノード間に与えたときに発生するカソードおよびアノード間の電圧、カソード過電圧およびアノード過電圧にそれぞれ対応する、電池全体の内部インピーダンス、カソード側のインピーダンスおよびアノード側のインピーダンスを測定し、
前記判定手段は、前記カソード側のインピーダンスおよび前記アノード側のインピーダンスの和が、前記内部インピーダンスと一致するか否かを判定することを特徴とするインピーダンス特性評価装置。 In an impedance characteristic evaluation apparatus for evaluating the impedance characteristic of a battery,
Measuring means for measuring the impedance of the battery at a plurality of locations;
Determination means for determining consistency between individual measurement results by combining measurement results for the plurality of locations obtained by the measurement means;
With
The measuring means includes an internal impedance of the entire battery, a cathode side corresponding to a cathode-anode voltage, a cathode overvoltage and an anode overvoltage, respectively, which are generated when a current load on which an alternating current component is superimposed is applied between the cathode and the anode. Measure the impedance and anode impedance,
The determination means determines whether or not a sum of an impedance on the cathode side and an impedance on the anode side matches the internal impedance .
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