JP5571434B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

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Description

本発明は、電解質として固体電解質を用いる燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池に関する。
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、燃料電池セルスタックの電解質として固体電解質を用い、この固体電解質の片側に燃料極が配設され、その他側に空気極が配設され、燃料極側に燃料ガス供給され、酸素極側に酸化材としての空気が供給される。固体電解質としては、一般的に、イットリアをドープしたジルコニアが用いられ、この固体酸化物形燃料電池では、作動温度が７００〜１０００℃と高温で、この高温状態で燃料ガスと酸化材ガスとを電気化学反応させて発電が行われる。固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池システムやガスエンジンなどに比べて、特に高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われている。
固体酸化物形燃料電池は、発電効率が高いというメリットがある一方、高温作動ゆえの劣化モードが存在し、耐久性の面において課題が存在する。かかる課題に対して耐久性の向上が図られてはいるものの、長期にわたる運転を経る中で一定の性能低下は避けることができず、その劣化の状態を的確に判断する必要がある。特に、定期点検時に、設置先に訪問した点検者が燃料電池の性能劣化の状態を正確に把握できるような機能は、今後のメンテナンス計画の策定や、特性データなどを収集する上で非常に有用である。
このようなことから、燃料電池セルスタックの劣化状態を診断するようにした固体酸化物形燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に開示された固体酸化物形燃料電池では、燃料ガス及び酸化材ガスの供給流量を一定流量にするとともに、燃料電池セルスタックの出力電流を所定電流とし、現時点のこの状態における燃料電池セルスタックの出力電圧を検出し、同一状態の劣化前（所謂、初期状態）の燃料電池セルスタックの初期出力電圧と検出した現出力電圧とを比較し、そして、現出力電圧が初期出力電圧との電力差を算出し、この電力差が設定電圧を超えたときに燃料電池セルスタックが劣化したと判定している。
また、特許文献２に開示された固体酸化物形燃料電池では、燃料電池セルスタックの発電出力特性、即ち電流−電圧特性データを取得し、この電流−電圧特性の傾きを算出し、算出したこの傾き値に基づいて燃料電池セルスタックの劣化状態を判定している。
特開２００７−８７６８６号公報 特開平１１−１９５４２３号公報
しかしながら、上述の固体酸化物形燃料電池では、燃料電池セルスタックの出力電圧に基づいてセルスタック内部の劣化状態を判定しているので、次の通りの問題が存在する。即ち、燃料電池セルスタックの出力電圧は、その内部温度と密接な関係があり、それ故に、燃料電池セルスタックの特定部位の劣化が進行しても、本来は低下するはずの燃料電池セルスタックの出力電圧が、内部の平均温度の上昇による影響でその低下の幅が小さくなったり、また燃料電池セルスタックの出力電流−電圧特性の傾きにおいてもその増加の幅が小さくなることがある。それ故に、単に燃料電池セルスタックの出力電圧やその出力電流−電圧特性のみに着目しただけでは、燃料電池セルスタック内部の劣化状態を正確に判定したとは言えない。
その一方で、燃料電池セルスタックの温度変化によって発生した燃料電池セルスタックの出力電圧や内部抵抗の変化は、何らかの方法で温度補正を行うとよいが、次のような困難さがある。即ち、燃料電池セルスタックには温度分布が存在しており、それ故に、経時的な温度分布の変化を捉えるには、燃料電池セルスタックに多数の熱電対などを設置しなければならない。多数の熱電対などを設置することは、これらを介しての熱の逃げや、気流の乱れ、排ガスのシール性の低下などを招くおそれがあり、これによって、燃料電池としての性能を損なうリスクが高く、このような熱電対などの設置は、必要最低限にせざるを得ない。また、温度の計測個所を燃料電池セルスタックに近づけすぎると、地絡や漏電のリスクも高くなり、このようなことから、計測個所や設置数の制約を受けた温度計測は、必ずしも真の燃料電池セルスタック平均温度を表すものではない。
例えば、測定個所においてプラスマイナス１０℃の温度変動を生じたとする場合においても、真の燃料電池セルスタックの温度変動が、何度を中心としてのプラスマイナス１０℃の温度変動かの把握が必要となる。燃料電池セルスタックの内部抵抗値、電圧値のいずれにおいても、温度が低い方が、例えば７５０℃±１０℃に相当する電圧変動よりも、例えば７００℃±１０℃に相当する電圧変動の方が大きくなるように、温度が低い方がより影響が大きいからである。
上述のように、燃料電池セルスタックの中央部に温度の測定個所を置けるとは限らないし、仮に測定個所における検出温度よりも燃料電池セルスタックの温度が低い場合には、測定個所の温度変動で計算される出力電圧や内部抵抗値以上に、実際は出力電圧や内部抵抗値が大きく変動することもありえる。
本発明の目的は、燃料電池セルスタックの劣化状態を従来に比して正確に検出することができる固体酸化物形燃料電池を提供することである。
本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現スタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上のスタック電圧を算出するための理論スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて現スタック内部抵抗を演算し、前記理論スタック電圧演算手段は、前記現スタック内部抵抗に基づいて前記理論スタック電圧を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記理論スタック電圧及び前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする。
また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、基準温度に前記乖離温度を考慮した初期状態の初期基準スタック電圧を算出するための初期基準スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現スタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の理論スタック電圧を算出するための理論スタック電圧演算手段と、現時点のスタック電圧の補正量を算出するための補正電圧演算手段と、現時点のスタック電圧を補正した現補正スタック電圧を算出するための現補正スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記初期基準スタック電圧演算手段は、前記基準温度及び前記乖離温度による補正基準温度に基づいて算出された初期基準内部抵抗を用いて初期基準スタック電圧を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づき前記現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック電圧演算手段は、前記現スタック内部抵抗を用いて前記理論スタック電圧を算出し、前記補正電圧演算手段は、前記初期基準スタック電圧及び前記理論スタック電圧に基づいて補正電圧を算出し、前記現補正スタック電圧演算手段は、前記電圧検出手段が検出した前記現スタック電圧及び前記補正電圧に基づいて前記現補正スタック電圧を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現補正スタック電圧に基づいて、又は前記現補正スタック電圧及び前記初期基準スタック電圧に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする。
また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池スタックの現時点のスタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の内部抵抗を算出するための理論スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度に基づいて現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて前記理論スタック内部抵抗を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現スタック内部抵抗及び前記理論スタック内部抵抗に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする。
また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、基準温度に前記乖離温度を考慮した初期状態の初期基準スタック内部抵抗を算出するための初期基準スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点のスタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の内部抵抗を算出するための理論スタック内部抵抗演算手段と、現時点の現スタック内部抵抗の補正量を算出するための補正内部抵抗演算手段と、前記現スタック内部抵抗を補正した現補正スタック内部抵抗を算出するための現補正内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて前記理論スタック内部抵抗を算出し、前記補正内部抵抗演算手段は、前記初期基準スタック内部抵抗及び前記理論スタック内部抵抗に基づいて補正内部抵抗を算出し、前記現補正スタック内部抵抗演算手段は、前記現スタック内部抵抗及び前記補正内部抵抗に基づいて前記現補正スタック内部抵抗を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現補正スタック内部抵抗に基づいて、又は前記現補正スタック内部抵抗及び前記初期基準スタック内部抵抗に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする。
また、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池セルスタックの出力電流を検出するための電流検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出電流又は前記電圧検出手段の検出電圧が所定時間わたって一定状態となるように前記燃料電池セルスタックを稼働し、前記所定時間経過後に前記燃料電池セルスタックの出力電流が低電流側に挿引し、この挿引のときに前記燃料電池セルスタックの電流−電圧特性に関する情報及び前記燃料電池セルスタックの温度に関する情報を取得することを特徴とする。
更に、本発明の請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池セルスタックの前記初期基準スタック電圧は、その出力電流を一定に維持するための電流維持補正が行われたときのスタック電圧であることを特徴とする。
本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、固体酸化物形燃料電池の劣化に伴うその出力電圧の変動を利用して劣化の度合いを判定している。即ち、温度検出手段は、例えば初期状態（例えば、工場出荷段階、設置後の使用開始段階）の定格発電時における燃料電池セルスタックの温度を検出し、またスタック内部抵抗演算手段は、燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づきスタック内部抵抗を算出し、平均温度演算手段は、例えばスタック内部抵抗と温度との関係を示す関係式を用いてこのときの燃料電池セルスタックの平均温度を算出し、乖離温度演算手段は、温度検出手段による検出温度と燃料電池セルスタックの平均温度とに基づいて乖離温度を算出する。初期状態におけるこの乖離温度を利用し、現平均温度演算手段は、稼働運転後の現時点の温度検出手段の検出温度にこの乖離温度を加えて燃料電池セルスタックの現平均温度を算出し、理論スタック電圧演算手段は、この現平均温度に基づいて理論スタック電圧を算出し、この理論スタック電圧は、現時点の劣化がない状態での出力電圧となる。燃料電池セルスタックの出力電圧は、その劣化状態と密接な関係があり、その劣化状態が進むとその出力電圧も劣化度合に応じて低下し、このような関係を利用して、劣化指標演算手段は、理論スタック電圧及び出力電圧検出手段の検出電圧に基づいて劣化指標を算出する。従って、劣化指標演算手段による劣化指標は、燃料電池セルスタックの劣化状態を示す指標となり、またその指標は、燃料電池セルスタックの平均温度を考慮したものとなり、その劣化程度を従来に比して正確に示すことができる。
また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、上述したと同様にして、温度検出手段は、例えば初期状態の定格発電時における燃料電池セルスタックの温度を検出し、またスタック内部抵抗演算手段は、燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づきスタック内部抵抗を算出し、平均温度演算手段は、例えばスタック内部抵抗と温度との関係を示す関係式を用いてこのときの燃料電池セルスタックの平均温度を算出し、乖離温度演算手段は、温度検出手段による検出温度と燃料電池セルスタックの平均温度とに基づいて乖離温度を算出し、また初期基準スタック電圧演算手段は、基準温度に乖離温度を考慮した初期基準スタック電圧を算出する。初期状態におけるこの乖離温度を利用し、現平均温度演算手段は、稼働運転後の現時点の温度検出手段の検出温度にこの乖離温度を加えて燃料電池セルスタックの現平均温度を算出し、理論スタック電圧演算手段は、この現平均温度に基づいて理論スタック電圧を算出する。また、補正電圧演算手段は、この理論スタック電圧と初期基準スタック電圧との電圧偏差幅である補正電圧を算出し、現補正スタック電圧演算手段は、電圧検出手段の現検出電圧にこの補正電圧を加算して現補正スタック電圧を算出し、算出したこの現補正スタック電圧は、燃料電池セルスタックの平均温度、またその温度補正を考慮したものとなる。そして、劣化指標演算手段は、現補正スタック電圧及び初期基準スタック電圧に基づいて劣化指標を算出するので、この劣化指標も、燃料電池セルスタックの劣化状態を示す指標となり、またその指標は、燃料電池セルスタックの平均温度及び温度補正を考慮したものとなり、その劣化程度をより正確に示すことができる。この劣化指標としては、現補正スタック電圧の絶対値を用いてもよく、この場合、劣化指標演算手段は現補正スタック電圧に基づいて劣化指標を算出する。
また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、固体酸化物形燃料電池の劣化に伴うその内部抵抗の変化を利用して劣化の度合を判定している。即ち、上温度検出手段は、例えば初期状態（例えば、工場出荷段階、設置後の使用開始段階）の定格発電時における燃料電池セルスタックの温度を検出し、またスタック内部抵抗演算手段は、燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づきスタック内部抵抗を算出し、平均温度演算手段は、例えばスタック内部抵抗と温度との関係を示す関係式を用いてこのときの燃料電池セルスタックの平均温度を算出し、乖離温度演算手段は、温度検出手段による検出温度と燃料電池セルスタックの平均温度とに基づいて乖離温度を算出する。初期状態におけるこの乖離温度を利用し、現平均温度演算手段は、稼働運転後の現時点の温度検出手段の検出温度にこの乖離温度を加えて燃料電池セルスタックの現平均温度を算出し、現スタック内部抵抗演算手段は、現時点の燃料電池セルスタックの温度、即ち温度検出手段の検出温度に基づいて現スタック内部抵抗を算出し、理論スタック内部抵抗演算手段は、現平均温度に基づいて理論内部抵抗を算出し、この理論スタック内部抵抗は、現時点の劣化がない状態での内部抵抗となる。燃料電池セルスタックの内部抵抗は、その劣化状態と密接な関係があり、その劣化状態が進むとその内部抵抗も劣化の度合いに応じて低下し、このような関係を利用して、劣化指標演算手段は、理論スタック内部抵抗及び現スタック内部抵抗に基づいて劣化指標を算出する。従って、この場合においても、劣化指標演算手段による劣化指標は、燃料電池セルスタックの劣化状態を示す指標となり、またその指標は、燃料電池セルスタックの平均温度を考慮したものとなり、その劣化程度を従来に比して正確に示すことができる。
また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、上述したと同様にして、温度検出手段は、例えば初期状態の定格発電時における燃料電池セルスタックの温度を検出し、またスタック内部抵抗演算手段は、燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づきスタック内部抵抗を算出し、平均温度演算手段は、例えばスタック内部抵抗と温度との関係を示す関係式を用いてこのときの燃料電池セルスタックの平均温度を算出し、乖離温度演算手段は、乖離温度演算手段は、温度検出手段による検出温度と燃料電池セルスタックの平均温度とに基づいて乖離温度を算出し、また初期基準スタック内部抵抗演算手段は、基準温度に乖離温度を考慮した初期基準スタック内部抵抗を算出する。初期状態におけるこの乖離温度を利用し、現平均温度演算手段は、稼働運転後の現時点の温度検出手段の検出温度にこの乖離温度を加えて燃料電池セルスタックの現平均温度を算出し、理論スタック内部抵抗演算手段は、この現平均温度に基づいて理論スタック内部抵抗を算出する。また、補正内部演算手段は、この理論スタック内部抵抗と初期基準スタック内部抵抗との内部抵抗偏差幅である補正内部抵抗を算出し、現補正スタック内部抵抗演算手段は、現スタック内部抵抗演算手段による現スタック内部抵抗にこの補正内部抵抗を加算して現補正スタック内部抵抗を算出し、算出したこの現補正スタック内部抵抗は、燃料電池セルスタックの平均温度、またその温度補正を考慮したものとなる。そして、劣化指標演算手段は、現補正スタック内部抵抗及び初期基準スタック内部抵抗に基づいて劣化指標を算出するので、この劣化指標も、燃料電池セルスタックの劣化状態を示す指標となり、またその指標は、燃料電池セルスタックの平均温度及び温度補正を考慮したものとなり、その劣化程度をより正確に示すことができる。この劣化指標としては、現補正スタック内部抵抗の絶対値を用いてもよく、この場合、劣化指標演算手段は現補正スタック内部抵抗に基づいて劣化指標を算出する。
また、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、電流検出手段の検出電流又は電圧検出手の検出電圧が所定時間わたって一定状態となるように燃料電池セルスタックを稼働した後に燃料電池セルスタックの出力電流を低電流側に挿引して燃料電池セルスタックの電流−電圧特性に関する情報及び燃料電池セルスタックの温度に関する情報を取得するので、一定の条件における安定した電流−電圧特定に関する情報及び温度に関する情報を得ることができ、これらの情報の再現性を高めることができる。
更に、本発明の請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料電池セルスタックの初期基準スタック電圧は、その出力電流を一定に維持するための電流維持補正が行われたときのスタック電圧であるので、発電電流の変化に伴う出力電圧の変動を実質上なくして初期基準スタック電圧を正確に算出することができる。
本発明に従う固体酸化物形燃料電池の第１の実施形態を示す簡略図。 図１の固体酸化物形燃料電池の制御系を簡略的に示すブロック図。 図１の固体酸化物形燃料電池における燃料電池セルスタックの電流−電圧特性を示す図。 図２の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャート。 固体酸化物形燃料電池の第２の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。 図５の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャート。 固体酸化物形燃料電池の第３の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。 図７の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャート。 固体酸化物形燃料電池の第４の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。 図９の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャート。 第１の実施形態における燃料電池セルスタックの累積発電時間とその出力電圧の変化率との関係を示す図。 第２の実施形態における燃料電池セルスタックの累積発電時間とその出力電圧の変化率との関係を示す図。 第３の実施形態における燃料電池セルスタックの累積発電時間とその内部抵抗増加率との関係を示す図。 第４の実施形態における燃料電池セルスタックの累積発電時間とその内部抵抗増加量との関係を示す図。
以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池の各種実施形態について説明する。
第１の実施形態
まず、図１〜図４を参照して、第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明する。図１は、第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池を示す簡略図であり、図２は、この固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図３は、図１の固体酸化物形燃料電池における燃料電池セルスタックの電流−電圧特性を示す図であり、図４は、図２の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャートである。
図１において、この固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスを改質するための改質器２と、改質器２にて改質された燃料ガス及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルスタック４と、を備えている。この燃料電池セルスタック４は、燃料電池反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セルを集電部材を介して積層して構成されており、図示していないが、酸素イオンを伝導する固体電解質と、この固体電解質の一方側に設けられた燃料極と、固体電解質の他方側に設けられた空気極とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。
燃料電池セルスタック４の燃料極の導入側は、改質燃料ガス送給流路６を介して改質器２に接続され、この改質器２は、ガス・水蒸気送給流路８を介して気化器１０に接続されている。気化器１０は、燃料ガス供給流路１２を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源１４（例えば、埋設管や貯蔵タンクなど）に接続されているとともに、水供給流路１６を介して改質用水供給源１８（例えば、水道管、水タンクなど）に接続されている。燃料ガス供給流路１２には、燃料ガス昇圧ポンプ２０及び脱硫器２２が配設され、燃料ガス昇圧ポンプ２０は、燃料ガスを昇圧して燃料ガス供給流路１２を通して気化器１０に送給し、脱硫器２２は、燃料ガス中に含まれた脱硫成分を除去する。また水供給流路１６には、水送給ポンプ２４が配設され、この水送給ポンプ２４は改質用水を水供給流路１６を通して気化器１０に送給する。燃料ガス供給源１４、燃料ガス昇圧ポンプ２０及び燃料ガス供給流路１２は燃料ガス供給手段を構成し、また水供給源２８、水送給ポンプ２４及び水供給流路１６は水供給手段を構成する。
改質器２には改質触媒が収容され、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスが後述するように水蒸気改質される。また、気化器１０は、水供給手段から供給される水を気化して水蒸気を発生する。
尚、この実施形態では、改質器２と気化器１０とを別体に構成しているが、これらを一体的に構成するようにしてもよい。また、燃料ガス供給手段からの燃料ガスを気化器１０に送給しているが、この気化器１０に代えて、改質器２に直接的に送給するようにしてもよい。
この燃料電池セルスタック６の空気極の導入側は、空気供給流路２６を介して送風ブロア２８に接続されている。送風ブロア２８は、大気中の空気を空気供給流路２６を通して燃料電池セルスタック６に送給される。この送風ブロア２８及び空気供給流路２６は、発電用の空気を供給するための空気供給手段を構成し、空気中の酸素が酸化材となる。
燃料電池セルスタック４の燃料極及び空気極の各排出側には燃焼室３０が設けられ、燃料電池セルスタック４の一端から排出された反応燃料ガス（余剰の燃料ガスを含んでいる）と空気極側から排出された空気（酸素を含んでいる）とが、この燃焼室３０に送給されて燃焼される。燃焼室３０は排気ガス排出流路３２を介して大気に開放され、燃焼室３０からの排気ガスが排気ガス排出流路３２を通して大気に排出される。
この実施形態では、改質器２、燃料電池セルスタック４、気化器１０及び燃焼室３０が電池収容ハウジング３３に収容されている。電池収容ハウジング３３の内側には断熱部材（図示せず）が配設され、この断熱部材によって高温室３４が規定され、改質器２、燃料電池セルスタック４及び気化器１２が高温室３４内で高温状態に保たれ、高温室３４内の熱を利用して、気化器１０において改質用水の気化が行われ、また改質器２において燃料ガスの水蒸気改質が行われる。
燃料電池セルスタック４の出力側は、出力ライン３６を介してインバータ３８に接続され、インバータ３８は、燃料電池セルスタック４からの直流電力を所定の交流電力に変換し、この交流電力が家庭の電力負荷（例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、照明装置などの家電製品）などに消費される。出力ライン３６には、電流検出手段４０及び電圧検出手段４２が配設され、電流検出手段４０は、燃料電池セルスタック４の発電電力の電流を検出し、また電圧検出手段４２は、この発電電力の電圧を検出する。
次に、この固体酸化物形燃料電池の発電運転を概説すると、次の通りである。燃料ガス供給源１４からの燃料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガス）が、燃料ガス昇圧ポンプ２０により昇圧され、燃料ガス供給流路１２を通して脱硫器２２に送給される。脱硫器２２においては、燃料ガス中に含まれた硫黄成分が除去され、脱硫された燃料ガスが気化器１０に送給される。この気化器１０には、改質用水供給源１８からの改質用水が水供給流路１６を通して供給され、かかる気化器１２にて気化されて水蒸気となり、発生した水蒸気及び燃料ガスがガス・水蒸気送給流路８を通して改質器２に送給される。
改質器２においては、ガス・水蒸気送給流路８を通して送給された水蒸気により燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された燃料ガスが改質燃料ガス送給流路６を通して燃料電池セルスタック４の燃料極側に送給される。また、燃料電池セルスタック４の空気極側には、空気供給流路２６を通して空気が送給される。燃料電池セルスタック４においては、燃料極側を流れる改質燃料ガス及び空気極側を流れる空気（空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電が行われ、発電により得られた発電電力は、出力ライン３６を通して取り出され、インバータ３８にて所定の交流電力に変換されて、例えば家庭用電力として消費される。
燃料電池セルスタック４の燃料極側から燃焼室３０に反応燃料ガスが排出されるともに、その空気極側から燃焼室３０に空気が排出され、この燃焼室３０にて反応燃料ガスが空気により燃焼され、燃焼室３０からの排気ガスが排気ガス排出流路３２を通して大気に排出される。
この固体酸化物形燃料電池では、燃料電池セルスタック４の劣化度合を判定するために、次のように構成されている。図２をも参照して、この固体酸化物形燃料電池は、更に、固体酸化物形燃料電池の各種構成要素を制御するための制御手段５０を備え、この制御手段５０は、例えばマイクロプロセッサなどから構成される。また、燃料電池セルスタック４の温度を検出するために、高温室３４内にて燃料電池セルスタック４に近接して、温度検出手段５２が配設される。この温度検出手段５２は、燃料電池セルスタック４の横方向（図１において左右方向）中央部に対応して配設してもよく、或いはその端部に対応して配設してもよい。尚、温度検出手段５２を一つの温度センサから構成し、この温度センサの検出温度を温度検出手段５２の検出温度としてもよく、或いは温度検出手段５２を複数の温度センサから構成し、複数の温度センサの平均検出温度を温度検出手段５２の検出温度とするようにしてもよい。
電流検出手段４０、電圧検出手段４２及び温度検出手段５２からの検出信号は、制御手段５０に送給され、制御手段５０は、これら検出信号に基づいて、燃料ガス昇圧ポンプ２０、水送給ポンプ２４、空気ブロア２８及び燃料電池セルスタック４を作動制御するとともに、後述する如くして燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定を行う。
この実施形態では、制御手段５０は、スタック内部抵抗演算手段５４、平均温度演算手段５６、乖離温度演算手段５８及び電流制限手段５９を備えている。スタック内部抵抗演算手段５４は、燃料電池セルスタック４のスタック内部抵抗を算出する。固体酸化物形燃料電池の初期状態（例えば、工場出荷段階、使用場所での設置使用開始段階）にて固体酸化物形燃料電池を定格発電運転をし、この定格発電状態（燃料ガス及び空気の供給流量を所定流量に維持した状態）にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引すると、この燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性データが得られる。
図３は、燃料電池セルスタック４の電流−電圧特定データを示す図であり、図３における電圧ＶＯＣは、開回路電圧であり、その電流−電圧特性は、この開回路電圧ＶＯＣから下がる直線でもって示すことができ、この電流−電圧特性の傾きが燃料電池セルスタック４の内部抵抗を示し、スタック内部抵抗演算手段５４は、電流−電圧特性の傾きを算出して初期状態におけるスタック内部抵抗を算出する。
このような出力電流の挿引は、例えば、定格運転状態において検出電流が所定時間（例えば４０分程度）一定となるように燃料電池セルスタック４を運転し、その後挿引するようにするのが望ましく、このようにして燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性を取得すると、一定の条件における安定した電流−電圧特定に関する情報及び温度に関する情報を得ることができ、これらの情報の再現性を高めることができる。この検出電流に代えて、検出電圧を所定時間一定となるように燃料電池セルスタック４を運転し、その後挿引するようにしても上述したと同様の効果を得ることができる。
また、平均温度演算手段５６は、次のようにしてスタック平均温度を算出する。ここでは、燃料電池セルスタック４については、燃料電池セルスタック４のスタック電圧Ｖは、全区間のスタック電圧からセル数を除した１セル当たりの平均電圧、即ち平均セル電圧ｖを用い、スタック内部抵抗Ｒについても、全区間の内部抵抗からセル数で除した１セル当たりの平均内部抵抗、即ち平均セル内部抵抗ｒを用いて表記するが、セル数で除すことなくスタック全体の電圧や内部抵抗値で算出しても問題はない。
燃料電池セルスタック４に関し、電流−電圧特性における温度依存データは、例えば平均セル内部抵抗ｒについて、
平均セル内部抵抗ｒ＝Ｅｘｐ（Ａ／Ｔ＋Ｂ） ・・・（１）
Ｔ：温度（Ｋ） Ａ：定数 Ｂ：定数
と表すことができ、また開回路電圧ＶＯＣ について、
開回路電圧ＶＯＣ＝Ｃ＊Ｔ＋Ｄ ・・・（２）
Ｃ：定数 Ｄ：定数
と表すことができる。平均温度演算手段５６は、上記（１）式を用いて燃料電池セルスタック４のスタック平均温度Ｔａ０を算出する。
また、乖離温度演算手段５８は、初期状態における乖離温度ΔＴｄ０を燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０（温度検出手段５２の検出温度）及び平均温度演算手段５６によるスタック平均温度Ｔａ０に基づいて算出し、この乖離温度ΔＴｄ０は、
乖離温度ΔＴｄ０＝スタック平均温度Ｔａ０−燃料電池セルスタックの温度Ｔ０
・・・（３）
で表すことができ、この（３）式を用いて算出する。
更に、電流制御手段５９は、燃料電池セルスタック４を制御し、初期状態にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引して電流−電圧特性データを得る際に、その出力電流を所要の通りに制御する。
この制御手段５０は、更に、現平均温度演算手段６０、現スタック内部抵抗演算手段６２、理論スタック電圧演算手段６４、劣化指標演算手段６６及びメモリ手段６８を含んでいる。現平均温度演算手段６０は、燃料電池セルスタック４の劣化状態の判定を行う現時点におけるスタック平均温度Ｔａを算出し、この現スタック平均温度Ｔａは、燃料電池セルスタック４の現温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）及び上述の乖離温度ΔＴｄ０に基づいて算出され、その現スタック平均温度Ｔａは、
現スタック平均温度Ｔａ＝燃料電池スタックの現温度Ｔｒ＋乖離温度ΔＴｄ０
・・・（４）
で表される。
また、現スタック内部抵抗演算手段６２は、現時点における燃料電池セルスタック４の内部抵抗Ｒｒを算出し、この現スタック内部抵抗Ｒｒは、現スタック平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて演算される。また、理論スタック電圧演算手段６４は、現スタック内部抵抗演算手段６２により演算された現スタック内部抵抗Ｒｒに基づき、上記式（２）を用いて現時点の開回路電圧ＶＯＣを算出し、このときの基準電流（例えば、８Ａ）に設定すると、燃料電池スタック４の現温度Ｔｒにおける計算上のスタック電圧、即ち理論スタック電圧Ｖｃが算出される。
また、劣化指標演算手段６６は、理論スタック電圧Ｖｃ及び現スタック電圧Ｖｒに基づき劣化指標Ｐを算出し、この劣化指標Ｐは、
劣化指標Ｐ＝現スタック電圧Ｖｒ／理論スタック電圧Ｖｃ ・・・（５）
で表され、上記（５）式を用いて劣化指標Ｐが算出され、このように算出された劣化指標は、燃料電池セルスタック４の平均温度を考慮したものとなる。
更に、メモリ手段６８には、上記式（１）に関する内部抵抗演算データ、上記式（２）に関する開回路電圧演算データなどが登録されるとともに、初期状態の際の稼働運転で取得した初期稼働データ（例えば、乖離温度ΔＴｄ０など）及び電流−電圧特性データなどが記憶される。
この実施形態では、制御手段５０の劣化指標演算手段６６に関連して、劣化表示装置７０が設けられる。劣化表示装置７０は、例えば液晶表示装置、７セグメント表示装置、複数の点灯ランプを備える点灯表示装置などから構成され、液晶表示装置や７セグメント表示装置の場合、劣化指標演算手段６６により演算された劣化指標を数値で、又はその数値に対応する表示を示して燃料電池セルスタック４の劣化度合を表示し、また点灯表示装置の場合、演算された劣化指標に対応する点灯ランプを点灯させて劣化度合を表示する。
この固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定は、図４に示すフローチャートに沿って行われるが、この劣化度合の判定の前に、初期状態において、劣化度合の判定の基礎となる初期稼働データの入手が行われる。即ち、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０とそのスタック平均温度Ｔａ０との乖離温度ΔＴｄ０などが演算され、これらの初期稼働データがメモリ手段６８に記憶される。
初期状態において固体酸化物形燃料電池を定格発電運転し、この定格発電状態（燃料ガス及び空気の供給流量を所定流量に維持した状態）にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引して燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性データを取得し、取得した電流−電圧特性データはメモリ手段６８に記憶される。そして、スタック内部抵抗演算手段５４は、取得した電流−電圧特性データに基づいて初期状態におけるスタック内部抵抗Ｒｒ０を算出する。また、平均温度演算手段５６は、上記（１）式を用いて燃料電池セルスタック４のスタック平均温度Ｔａ０を算出し、乖離温度演算手段５８は、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０及び平均温度演算手段５６によるスタック平均温度Ｔａ０に基づいて上記乖離温度ΔＴｄ０を算出し、算出した乖離温度ΔＴｄ０が記憶される。
第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池を用いた実施例１において、このスタック内部抵抗Ｒｒ０が３０．０ｍΩで、燃料電池スタックの温度Ｔ０（温度検出手段の検出温度）が７０４℃であるとする。そして、この内部抵抗Ｒｒ０の３０．０ｍΩと上記（１）式を用いてスタック平均温度Ｔａを算出すると６８２℃となり、このときの乖離温度ΔＴｄ０は、−２２℃となる。
このような初期稼働データを取得した後、現時点における燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定が行われる。主として図４を参照して、まず、現時点の燃料電池セルスタック４の温度の検出が行われる（ステップＳ１）。この温度検出は、温度検出手段５２によって行われ、温度検出手段５２の検出信号が制御手段５０に送給される。次いで、燃料電池セルスタック４の出力電圧の検出が行われる（ステップＳ２）。この出力電圧の検出は、電圧検出手段４２によって行われ、電圧検出手段４２からの検出信号が制御手段５０に送給される。
かくすると、現平均温度演算手段６０は、燃料電池セルスタック４の現温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）及び上述した乖離温度ΔＴｄ０に基づいて現スタック平均温度Ｔａを算出し（ステップＳ３）、現スタック内部抵抗演算手段６２は、現スタック平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて現スタック内部抵抗Ｒｒを算出し（ステップＳ４）、更に、理論スタック電圧演算手段６４は、現スタック内部抵抗演算手段６２により演算された現スタック内部抵抗Ｒｒに基づき、上記式（２）を用いて現時点の開回路電圧ＶＯＣを算出し（ステップＳ５）、このときの基準電流（例えば、８Ａ）に設定して計算上のスタック電圧、即ち理論スタック電圧Ｖｃを算出する（ステップＳ６）。そして、劣化指標演算手段６６は、理論スタック電圧Ｖｃ及び現スタック電圧Ｖｒに基づき、上記（５）式を用いて劣化指標Ｐを算出し（ステップＳ７）、このようにして現時点の燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定結果としての定量化した劣化指標が得られる。このような判定結果が得られると、劣化表示装置７０は、この判定結果に基づいて劣化指標の表示を行い、この表示内容を見ることによって、劣化状態を容易に知ることができる。
この実施例１において、累積稼働時間が所定時間経過した時点において、燃料電池セルスタックの温度Ｔｒ（温度検出手段の検出温度）が７１６℃であり、そのときの燃料電池セルスタックの出力電圧、即ちスタック電圧Ｖｒが７２３ｍＶ（基準電流に補正した電圧）であるとすると、燃料電池セルスタックの現平均スタック温度Ｔａは６９４℃（Ｔａ＝７１６−２２）となる。そして、このときのスタック内部抵抗Ｒｒを上記（１）式を用いて算出すると２６．８ｍΩとなり、またこのときの開回路電圧ＶＯＣを算出し、基準電流（例えば、８Ａ）に設定すると、燃料電池セルスタックの現温度Ｔｒ（７１６℃）における理論スタック電圧Ｖｃは７５８ｍＶとなる。そして、理論スタック電圧Ｖｃ（７５８ｍＶ）に対する現スタック電圧Ｖｒ（７２３ｍＶ）の比率が劣化指標であり、この劣化指標を算出すると９５．４（％）となり、この劣化指標９５．４（％）は、約５％劣化した状態であることを示し、このようにして現時点の燃料電池セルスタックの劣化度合を定量化して判定することができる。
上述した手法により劣化指標を経時的にまとめたものが、図１１に示す内容である。稼働初期から４０００時間（累積運転時間）にかけて劣化の兆候が明確になり、また４０００時間以降に緩やかに劣化が進行し、劣化度合の定量化が可能となり、８０００時間を経過した時点で約５％の劣化と判断することができ、燃料電池セルスタックの実際の劣化状態とほぼ一致していることが確認できる。
第２の実施形態
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明する。図５は、第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図６は、図５の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャートであり、固体酸化物形燃料電池の基本的構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一であるが、その制御系に修正が加えられている。尚、以下の実施形態において、第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系では、燃料電池セルスタックの温度を基準温度に揃えることを前提にして行っており、このことに関連して、制御手段５０Ａは、スタック内部抵抗演算手段５４、平均温度演算手段５６、乖離温度演算手段５８及び電流制限手段５９に加えて、初期基準スタック電圧演算手段８２を備えている。初期基準スタック電圧演算手段８２は、初期状態における初期基準スタック電圧ＶＳＣ０を算出し、この初期基準スタック電圧ＶＳＣ０がメモリ手段６８Ａに記憶される。
また、この制御手段５０Ａは、現スタック内部抵抗演算手段６２、理論スタック電圧演算手段６４及び劣化指標演算手段６６Ａに加えて、補正電圧演算手８４及び現補正スタック電圧演算手段８６を含むが、現時点の燃料電池セルスタック４の平均温度を用いないために現平均温度演算手段は省略される。補正電圧演算手段８４は、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０及び理論スタック電圧演算手段６４による理論スタック電圧Ｖｃに基づいて基準温度補正用の電圧、即ち補正電圧ΔＶを算出し、この補正電圧ΔＶは、
補正電圧ΔＶ＝初期基準スタック電圧ＶＳＣ０−理論スタック電圧Ｖｃ
・・・（６）
で表される。
また、現補正スタック電圧演算手段８６は、現時点の燃料電池セルスタック４のスタック電圧Ｖｒ及びこの補正電圧ΔＶ に基づき現補正スタック電圧ＶＳＣを算出し、基準温度に補正された現補正スタック電圧ＶＳＣは、
現補正スタック電圧ＶＳＣ＝現スタック電圧Ｖｒ＋補正電圧ΔＶ ・・・（７）
で表される。
そして、劣化指標演算手段６６Ａは、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０及び現補正スタック電圧ＶＳＣに基づいて劣化指標Ｐを算出し、この劣化指標Ｐは、
劣化指標Ｐ＝現補正スタック電圧ＶＳＣ／初期基準スタック電圧ＶＳＣ０
・・・（８）
で表され、このように演算された劣化指標Ｐは、燃料電池セルスタック４の平均温度及び温度補正を考慮したものとなる。尚、この第２の実施形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定は、図６に示すフローチャートに沿って行われるが、この劣化度合の判定の前に、初期状態において、劣化度合の判定の基礎となる初期稼働データの入手が行われる。即ち、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０とそのスタック平均温度Ｔａ０との乖離温度ΔＴｄ０及びこれを利用して演算される初期基準スタック電圧ＶＳＣ０などが算出され、これらの初期稼働データがメモリ手段６８Ａに記憶される。
初期状態において固体酸化物形燃料電池を定格発電運転し、上述したと同様にして、この定格発電状態（燃料ガス及び空気の供給流量を所定流量に維持した状態）にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引して燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性データを取得し、取得した電流−電圧特性データに基づいて、スタック内部抵抗演算手段５４は、初期状態におけるスタック内部抵抗Ｒｒ０を算出する。また、平均温度演算手段５６は、上記（１）式を用いて燃料電池セルスタック４のスタック平均温度Ｔａ０を算出し、乖離温度演算手段５８は、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０及び平均温度演算手段５６によるスタック平均温度Ｔａ０に基づいて上記乖離温度ΔＴｄ０を算出する。
このとき、燃料電池セルスタック４の温度を基準温度Ｔｓに設定し、初期基準スタック電圧演算手段８２は、この基準温度Ｔｓにおける初期基準スタック電圧ＶＳＣ０を算出する。即ち、初期基準スタック電圧演算手段８２は、基準温度Ｔｓ及び乖離温度ΔＴｄ０に基づき、乖離温度ΔＴｄ０を考慮した補正基準温度ＴＳＨ（基準温度Ｔｓ＋乖離温度ΔＴｄ０）を算出し、この補正基準温度ＴＳＨに基づき、上記（１）式を用いて初期基準スタック内部抵抗を算出し、算出した初期基準内部抵抗に基づき、上記（２）式を用いて初期基準開回路電圧を算出し、所定基準電流（例えば、８Ａ）におけるスタック電圧を算出し、このスタック電圧が、基準温度Ｔｓにおける初期基準スタック電圧ＶＳＣ０となり、この初期基準スタック電圧ＶＳＣ０が初期稼働データの一つとしてメモリ手段６８Ａに記憶される。
この初期基準スタック電圧ＶＳＣ０を求める際には、発電電流（電流検出手段４０の検出電流）が一定に維持されるように電流維持補正が行われているのが望ましく、このようにすることによって、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０を正確に算出することができる。尚、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０を算出する際の基準温度Ｔｓについては、燃焼電池セルスタック４の作動温度範囲における適宜の温度を設定することができる。
第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池を用いた実施例２において、このスタック内部抵抗Ｒｒ０が３０．０ｍΩで、燃料電池スタックの温度Ｔ０（温度検出手段の検出温度）が７０４℃であるとする。そして、この内部抵抗Ｒｒ０の３０．０ｍΩと上記（１）式を用いてスタック平均温度Ｔａを算出すると６８２℃となり、このときの乖離温度ΔＴｄ０は、−２２℃となる。また、燃料電池セルスタックの基準温度を７３０℃と設定した場合、乖離温度ΔＴｄ０を考慮した補正基準温度は７０８℃であり、このときの初期基準内部抵抗は２３．５ｍΩとなり、この初期基準内部抵抗２３．５ｍΩを用いた初期基準開回路電圧を算出し、所定基準電流（例えば８Ａ）のときのスタック電圧、即ち初期基準スタック電圧ＶＳＣ０は７７８ｍＶとなる。
このような初期稼働データを取得した後、現時点における燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定が行われる。主として図６を参照して、まず、現時点の燃料電池セルスタック４の温度の検出が行われ（ステップＳ１１）、次いで、燃料電池セルスタック４の出力電圧（基準電流に補正された電圧）の検出が行われる（ステップＳ１２）。
そして、現スタック内部抵抗演算手段６２は、現時点の温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）に基づき、上記（１）式を用いて現スタック内部抵抗Ｒｒを算出し（ステップＳ１３）、理論スタック電圧演算手段６４は、現スタック内部抵抗演算手段６２により演算された現スタック内部抵抗Ｒｒに基づき、上記式（２）を用いて現時点の開回路電圧ＶＯＣを算出し（ステップＳ１４）、このときの基準電流（例えば、８Ａ）に設定して計算上のスタック電圧、即ち理論スタック電圧Ｖｃを算出する（ステップＳ１５）。
かくすると、補正電圧演算手段８４は、算出した理論スタック電圧Ｖｃと初期状態の基準温度Ｔｓにおける初期基準スタック電圧ＶＳＣ０に基づき、上記（６）式を用いて電圧偏差幅、即ち補正電圧ΔＶを算出し（ステップＳ１６）、現補正スタック電圧演算手段８６は、現時点の現スタック電圧Ｖｒ（電圧検出手段４２の検出電圧）及びこの補正電圧ΔＶに基づき、上記（７）式を用いて現補正スタック電圧ＶＳＣを算出する（ステップＳ１７）。
このようにして現補正スタック電圧ＶＳＣが算出されると、劣化指標演算手段６６Ａは、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０及び現補正スタック電圧ＶＳＣに基づき、上記（８）式を用いて劣化指標Ｐを算出し、このようにしても燃料電池セルスタック４の劣化度合を定量化することができ、この劣化度合は、上述したと同様に、劣化表示装置７０に表示される（ステップＳ１９）。
この実施例２において、累積稼働時間が所定時間経過した時点において、燃料電池セルスタックの温度Ｔｒ（温度検出手段の検出温度）が７１６℃であり、そのときの燃料電池セルスタックの出力電圧、即ちスタック電圧Ｖｒが７２３ｍＶ（基準電流に補正した電圧）であるとすると、このときのスタック内部抵抗Ｒｒを上記（１）式を用いて算出すると２６．８ｍΩとなり、またこのときの開回路電圧ＶＯＣを算出し、基準電流（例えば、８Ａ）に設定すると、燃料電池セルスタックの理論スタック電圧Ｖｃは７５８ｍＶとなる。これらから補正電圧ΔＶを算出すると２０ｍＶとなり、この補正電圧ΔＶ を加算した現補正スタック電圧ＶＳＣは７４３ｍＶとなる。そして、初期基準スタック電圧ＶＳＣ０（７７８ｍＶ）に対する現補正スタック電圧ＶＳＣ（７４３ｍＶ）の比率が劣化指標であり、この劣化指標を算出すると９５．５（％）となり、この劣化指標９５．５（％）は、約５％劣化した状態であることを示し、このようにしても現時点の燃料電池セルスタックの劣化度合を判定することができる。
上述した第２の実施形態では、劣化指標として初期基準スタック電圧ＶＳＣ０に対する現補正スタック電圧ＶＳＣの比率を算出しているが、この劣化指標として現補正スタック電圧ＶＳＣを用いてもよく、この場合、現補正スタック電圧ＶＳＣの絶対値を用いるようになる。
上述した手法により劣化指標を経時的にまとめたものが、図１２に示す内容である。図１２から明らかなように、実施例１と同様のトレンドが得られ、燃料電池セルスタックの劣化の進行状態を正確に把握することができる。
第３の実施形態
次に、図７及び図８を参照して、第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明する。図７は、第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図８は、図７の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャートであり、この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池の基本的構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一であるが、燃料電池セルスタックの劣化に伴うスタック電圧の変動に代えて、その劣化に伴う内部抵抗の変動に着目して劣化度合を判定している。
この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系では、燃料電池セルスタックの内部抵抗の変動に着目しており、このことに関連して、制御手段５０Ｂは、スタック内部抵抗演算手段５４、平均温度演算手段５６、乖離温度演算手段５８、電流制限手段５９、現平均温度演算手段６０、現スタック内部抵抗演算手段６２に加えて、理論スタック内部抵抗演算手段９２を備え、理論スタック電圧演算手段については省略されている。
理論スタック内部抵抗演算手段９２は、現時点における燃料電池セルスタック４の平均温度Ｔａに基づいて理論スタック内部抵抗Ｒｃを算出し、この理論スタック内部抵抗Ｒｃは、この平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて算出することができる。また、劣化指標演算手段６６Ｂは、燃料電池セルスタック４の現内部抵抗Ｒｒ（現スタック内部抵抗演算手段６２による現スタック内部抵抗）及び理論スタック内部抵抗Ｒｃ（理論スタック内部抵抗演算手段９２による理論スタック内部抵抗）に基づき劣化指標Ｐを算出し、この劣化指標Ｐは、
劣化指標Ｐ＝現スタック内部抵抗Ｒｒ／理論スタック内部抵抗Ｒｃ ・・・（９）
で表され、この劣化指標Ｐも燃料電池セルスタック４の平均温度を考慮したものとなる。尚、この第３の実施形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
この第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定は、図８に示すフローチャートに沿って行われるが、この劣化度合の判定の前に、初期状態において、劣化度合の判定の基礎となる初期稼働データの入手が行われ、入手された初期稼働データがメモリ手段６８Ｂに記憶される。
第１の実施形態と同様に、初期状態において固体酸化物形燃料電池を定格発電運転し、この定格発電状態（燃料ガス及び空気の供給流量を所定流量に維持した状態）にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引して燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性データを取得し、スタック内部抵抗演算手段５４は、取得した電流−電圧特性データに基づいて初期状態におけるスタック内部抵抗Ｒｒ０を算出し、平均温度演算手段５６は、上記（１）式を用いて燃料電池セルスタック４のスタック平均温度Ｔａ０を算出し、乖離温度演算手段５８は、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０及び平均温度演算手段５６によるスタック平均温度Ｔａ０に基づいて上記乖離温度ΔＴｄ０を算出し、算出した乖離温度ΔＴｄ０がメモリ手段６８Ｂに記憶される。
第３の実施形態の固体酸化物形燃料電池を用いた実施例３においては、第１の実施形態と同様に、このスタック内部抵抗Ｒｒ０が３０．０ｍΩで、燃料電池スタックの温度Ｔ０（検出温度）が６９６℃であるとする。そして、この内部抵抗Ｒｒ０の３０．０ｍΩと上記（１）式を用いてスタック平均温度Ｔａを算出すると６８２℃となり、このときの乖離温度ΔＴｄ０は−１４℃となる。
このような初期稼働データを取得した後、現時点における燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定が行われる。主として図８を参照して、まず、現時点の燃料電池セルスタック４の温度の検出が行われ（ステップＳ２１）、次いで、現スタック内部抵抗演算手段６２は、現スタック温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）に基づき、上記（１）式を用いて現スタック内部抵抗Ｒｒを算出する（ステップＳ２２）。
また、現平均温度演算手段６０は、燃料電池セルスタック４の現温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）及び上述した乖離温度ΔＴｄ０に基づいて現スタック平均温度Ｔａを算出し（ステップＳ２３）、更に理論スタック内部抵抗演算手段９２は、現スタック平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて理論スタック内部抵抗Ｒｃを算出する（ステップＳ２４）。
そして、劣化指標演算手段６６Ｂは、理論スタック内部抵抗Ｒｃ及び現スタック内部抵抗Ｒｒに基づき、上記（９）式を用いて劣化指標Ｐを算出し（ステップＳ２５）、このようにしても現時点の燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定結果としての劣化指標が得られ、この判定結果に基づいて、劣化表示装置７０は、劣化指標の表示を行う（ステップＳ２６）。このように、燃料電池セルスタック４の劣化に伴う内部抵抗の変動に着目しても、その劣化度合を判定することができる。
この実施例３において、累積稼働時間が所定時間経過した時点において、燃料電池セルスタックの温度Ｔｒ（温度検出手段の検出温度）が７１７℃であり、このときの現内部抵抗Ｒｒが３０．２４ｍΩとする。このような場合、燃料電池セルスタックの平均温度Ｔａは、上記乖離温度（−１４℃）を考慮すると７０３℃となり、このときの理論スタック内部抵抗Ｒａは、上記（１）式を用いて算出すると２４．６ｍΩとなる。そして、理論スタック内部抵抗Ｒｃ（２４．６ｍΩ）に対する現スタック内部抵抗Ｒｒ（３０．２４ｍΩ）の比率が劣化指標であり、この劣化指標を算出すると１．２３（２３％の上昇）となり、この劣化指標２３（％）が劣化度合となり、このようにしても劣化度合を定量化することができる。
上述した手法により劣化指標を経時的にまとめたものが、図１３に示す内容である。稼働初期から３０００時間を超えると劣化度合が明確になり、累積稼働時間の増加に伴い劣化も進行し、劣化度合の定量化が可能であることが確認できた。
第４の実施形態
次に、図７及び図８を参照して、第４の実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明する。図７は、第４の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系を示すブロック図であり、図８は、図７の制御系による劣化度合の判定の流れを示すフローチャートであり、固体酸化物形燃料電池の基本的構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一であるが、その制御系に修正が加えられている。
この第４の実施形態の固体酸化物形燃料電池の制御系では、第３の実施形態と同様に、燃料電池セルスタックの劣化に伴う内部抵抗の変動に着目しているが、燃料電池セルスタックの温度を基準温度に揃えることを前提にして行っており、このことに関連して、制御手段５０Ｃは、スタック内部抵抗演算手段５４、平均温度演算手段５６、乖離温度演算手段５８及び電流制限手段５９に加えて、初期基準スタック内部抵抗演算手段１０２を備えている。初期基準スタック内部抵抗演算手段１０２は、初期状態における初期基準スタック内部抵抗Ｒｓ０を算出し、この初期基準スタック内部抵抗Ｒｓ０がメモリ手段６８Ｃに記憶される。
また、この制御手段５０Ｃは、現平均温度演算手段６０、現スタック内部抵抗演算手段６２、理論スタック内部抵抗演算手段９２及び劣化指標演算手段６６Ｃに加えて、補正内部抵抗演算手１０４及び現補正スタック内部抵抗演算手段１０６を含んでいる。
理論スタック内部抵抗演算手段９２は、現スタック平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて理論スタック内部抵抗Ｒｃを算出する。また、補正内部抵抗演算手段１０４は、この理論スタック内部抵抗Ｒｃ及び初期基準スタック内部抵抗Ｒｓ０に基づいて演算され、この補正内部抵抗ΔＲは、
補正内部抵抗ΔＲ＝初期基準スタック内部抵抗Ｒｓ０−理論スタック内部抵抗Ｒｃ
・・・（１０）
で表される。更に、現補正内部抵抗演算手段１０６は、現スタック内部抵抗演算手段６２による現スタック内部抵抗Ｒｒ及び補正内部抵抗ΔＲに基づいて現補正内部抵抗ＲＳＣを算出し、この現補正内部抵抗ＲＳＣは、
現補正内部抵抗ＲＳＣ＝現スタック内部抵抗Ｒｒ＋補正内部抵抗ΔＲ
・・・（１１）
で表される。
そして、劣化指標演算手段６６Ｃは、初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０及び現補正スタック内部抵抗ＲＳＣに基づいて劣化指標Ｐを算出し、この劣化指標Ｐは、
劣化指標Ｐ＝現補正スタック内部抵抗ＲＳＣ／初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０
・・・（１２）
で表され、このように演算された劣化指標Ｐは、燃料電池セルスタック４の平均温度及び温度補正を考慮したものとなる。尚、この第４の実施形態の制御系におけるその他の構成は、上述した第３の実施形態と実質上同一である。
この第４の実施形態の固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定は、図１０に示すフローチャートに沿って行われるが、この劣化度合の判定の前に、初期状態において、劣化度合の判定の基礎となる初期稼働データの取得が行われる。即ち、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０とそのスタック平均温度Ｔａ０との乖離温度ΔＴｄ０及びこれを利用して演算される初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０などが演算され、これらの初期稼働データがメモリ手段６８Ｃに記憶される。
初期状態において固体酸化物形燃料電池を定格発電運転し、上述したと同様にして、この定格発電状態（燃料ガス及び空気の供給流量を所定流量に維持した状態）にて燃料電池セルスタック４の出力電流を低下側に挿引して燃料電池セルスタック４の電流−電圧特性データを取得し、取得した電流−電圧特性データに基づいて、スタック内部抵抗演算手段５４は、初期状態におけるスタック内部抵抗Ｒｒ０を算出する。平均温度演算手段５６は、上記（１）式を用いて燃料電池セルスタック４のスタック平均温度Ｔａ０を算出し、乖離温度演算手段５８は、燃料電池セルスタック４の温度Ｔ０及び平均温度演算手段５６によるスタック平均温度Ｔａ０に基づいて上記乖離温度ΔＴｄ０を算出する。このとき、燃料電池セルスタック４の温度を基準温度Ｔｓに設定し、初期基準スタック内部抵抗演算手段１０２は、この基準温度Ｔｓにおける初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０を算出する。即ち、初期基準スタック内部抵抗演算手段１０２は、基準温度Ｔｓ及び乖離温度ΔＴｄ０に基づき、乖離温度を考慮した補正基準温度ＴＳＨ（基準温度Ｔｓ＋乖離温度ΔＴｄ０）を算出し、この補正基準温度ＴＳＨに基づき、上記（１）式を用いて初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０を算出し、算出した初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０が初期稼働データの一つとしてメモリ手段６８Ｃに記憶される。尚、初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０を算出する際の基準温度Ｔｓについては、第２の実施形態と同様に、燃焼電池セルスタック４の作動温度範囲における適宜の温度を設定することができる。
第４の実施形態の固体酸化物形燃料電池を用いた実施例４において、このスタック内部抵抗Ｒｒ０が３０．０ｍΩで、燃料電池スタックの温度Ｔ０、即ち温度検出手段の検出温度が６９６℃であるとする。そして、この内部抵抗Ｒｒ０の３０．０ｍΩと上記（１）式を用いてスタック平均温度Ｔａを算出すると６８２℃であり、このときの乖離温度ΔＴｄ０は−１４℃となる。また、燃料電池セルスタックの基準温度を７３０℃と設定した場合、乖離温度ΔＴｄ０を考慮した補正基準温度は７１６℃であり、この補正基準温度に基づき，上記（１）式を用いてスタック内部抵抗を算出すると２１．８ｍΩとなり、このスタック内部抵抗が初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０となる。
このような初期稼働データを取得した後、現時点における燃料電池セルスタック４の劣化度合の判定が行われる。主として図１０を参照して、まず、現時点の燃料電池セルスタック４の温度の検出が行われ（ステップＳ３１）、次いで、現時点の温度Ｔｒ（温度検出手段５２の検出温度）に基づいて燃料電池セルスタック４の現セルスタック内部抵抗Ｒｒの演算が行われる。即ち、現スタック内部抵抗演算手段６２は、温度検出手段５２の検出温度に基づき、上記（１）式を用いて現スタック内部抵抗Ｒｒを算出する（ステップＳ３３）。
また、燃料電池セルスタック４の現平均温度Ｔａの演算が行われ（ステップＳ３４）、現平均温度演算手段６０は、現時点の燃料電池セルスタック４の温度（温度検出手段５２の検出温度）に乖離温度ΔＴｄ０を加算して現平均温度Ｔａを算出する。そして、この現平均温度Ｔａを用いて、理論スタック内部抵抗Ｒｃの演算が行われ（ステップＳ３４）、理論スタック内部抵抗演算手段９２は、燃料電池セルスタック４の現平均温度Ｔａに基づき、上記（１）式を用いて理論スタック内部抵抗Ｒｃを算出する。
次いで、基準温度補正のための補正内部抵抗ΔＲの演算が行われ（ステップＳ３５）、補正内部抵抗演算手段１０４は、この理論スタック内部抵抗Ｒｃ及び初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０に基づき、上記（１０）式を用いて補正内部抵抗ΔＲを算出し、現補正スタック内部抵抗演算手段１０６は、この補正内部抵抗ΔＲ及び現スタック内部抵抗演算手段６２による現スタック内部抵抗Ｒｒに基づき、上記（１１）式を用いて現補正スタック内部抵抗ＲＳＣ を算出する（ステップＳ３６）。
このようにして現補正スタック内部抵抗ＲＳＣが算出されると、劣化指標演算手段６６Ｃは、初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０及び現補正スタック内部抵抗ＲＳＣに基づき、上記（１２）式を用いて劣化指標Ｐを算出し（ステップＳ３７）、このようにしても燃料電池セルスタック４の劣化度合を定量化することができ、この劣化度合は、上述したと同様に、劣化表示装置７０に表示される（ステップＳ３８）。
この実施例４において、累積稼働時間が所定時間経過した時点において、燃料電池セルスタックの温度Ｔｒ（温度検出手段の検出温度）が７１７℃で、このときのスタック内部抵抗Ｒｒが３０．２４ｍΩとする。この場合、燃料電池セルスタックの温度（温度検出手段の検出温度）（７１７℃）及び乖離温度ΔＴｄ０に基づき現スタック平均温度Ｔａを算出すると７０３℃となる。そして、この現スタック平均温度Ｔａ（７０３℃）に基づき、上記（１）式を用いて理論スタック内部抵抗Ｒｃを算出すると２４．６ｍΩとなる。
算出した理論スタック内部抵抗Ｒｃ（２４．６ｍΩ）及び初期状態における初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０に基づく補正内部抵抗ΔＲは、上記式（１０）を用いて算出すると−２．７７ｍΩとなり、この補正内部抵抗ΔＲ（−２．７７ｍΩ）に現スタック内部抵抗Ｒｒ（３０．２４ｍΩ）を加算した現補正スタック内部抵抗ＲＳＣは２７．４７ｍΩとなり、これらから上記（１２）式を用いて劣化指標Ｐを算出すると１．２６となり、かかる値１．２６（又は＋２６％）が劣化指標となる。
上述した第４の実施形態では、劣化指標として初期基準スタック内部抵抗ＲＳ０に対する現補正スタック内部抵抗ＲＳＣの割合を算出しているが、この劣化指標として現補正スタック内部抵抗ＲＳＣを用いてもよく、この場合、現補正スタック内部抵抗ＲＳＣの絶対値を用いるようになる。
上述した手法により劣化指標を経時的にまとめたものが、図１４に示す内容である。図１４から明らかなように、実施例３と同様のトレンドが得られ、燃料電池セルスタックの劣化の進行状態を正確に把握可能であることが判る。
以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池の各種実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
２ 改質器
４ 燃料電池セルスタック
４０ 電流検出手段
４２ 電圧検出手段
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 制御手段
５２ 温度検出手段
５６ 平均温度演算手段
５８ 乖離温度演算手段
６０ 現平均温度演算手段
６２ 現スタック温度演算手段
６４ 理論スタック電圧演算手段
６６，６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ 劣化指標演算手段
７０ 劣化表示装置
８２ 初期基準スタック電圧演算手段
８６ 現補正スタック電圧演算手段
９２ 理論スタック内部抵抗演算手段
１０２ 初期基準スタック内部抵抗演算手段
１０４ 補正内部抵抗演算手段
１０６ 現補正スタック内部抵抗演算手段

Claims (6)

  1. 燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
    燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現スタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上のスタック電圧を算出するための理論スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
    前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて現スタック内部抵抗を演算し、前記理論スタック電圧演算手段は、前記現スタック内部抵抗に基づいて前記理論スタック電圧を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記理論スタック電圧及び前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
  2. 燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
    燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、基準温度に前記乖離温度を考慮した初期状態の初期基準スタック電圧を算出するための初期基準スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現スタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の理論スタック電圧を算出するための理論スタック電圧演算手段と、現時点のスタック電圧の補正量を算出するための補正電圧演算手段と、現時点のスタック電圧を補正した現補正スタック電圧を算出するための現補正スタック電圧演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
    前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記初期基準スタック電圧演算手段は、前記基準温度及び前記乖離温度による補正基準温度に基づいて算出された初期基準内部抵抗を用いて初期基準スタック電圧を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づき前記現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック電圧演算手段は、前記現スタック内部抵抗を用いて前記理論スタック電圧を算出し、前記補正電圧演算手段は、前記初期基準スタック電圧及び前記理論スタック電圧に基づいて補正電圧を算出し、前記現補正スタック電圧演算手段は、前記電圧検出手段が検出した前記現スタック電圧及び前記補正電圧に基づいて前記現補正スタック電圧を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現補正スタック電圧に基づいて、又は前記現補正スタック電圧及び前記初期基準スタック電圧に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
  3. 燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
    燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池スタックの現時点のスタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の内部抵抗を算出するための理論スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
    前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度に基づいて現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて前記理論スタック内部抵抗を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現スタック内部抵抗及び前記理論スタック内部抵抗に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
  4. 燃料ガス及び酸化材を反応させて発電する複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池であって、
    燃料電池セルスタックの温度を検出するための温度検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電圧を検出するための電圧検出手段と、前記燃料電池セルスタックの出力電流を制御するための電流制御手段と、前記燃料電池セルスタックのスタック内部抵抗を算出するためのスタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの平均温度を算出するための平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの前記平均温度と前記温度検出手段による検出温度との乖離温度を算出するための乖離温度演算手段と、基準温度に前記乖離温度を考慮した初期状態の初期基準スタック内部抵抗を算出するための初期基準スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点の平均温度を算出するための現平均温度演算手段と、前記燃料電池セルスタックの現時点のスタック内部抵抗を算出するための現スタック内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの理論上の内部抵抗を算出するための理論スタック内部抵抗演算手段と、現時点の現スタック内部抵抗の補正量を算出するための補正内部抵抗演算手段と、前記現スタック内部抵抗を補正した現補正スタック内部抵抗を算出するための現補正内部抵抗演算手段と、前記燃料電池セルスタックの劣化指標を算出するための劣化指標演算手段と、を備えており、
    前記スタック内部抵抗演算手段は、前記燃料電池セルスタックの出力電流を低下側に挿引したときに得られる電流−電圧特性の傾きに基づいて前記スタック内部抵抗を算出し、前記平均温度演算手段は、前記スタック内部抵抗に基づいて前記燃料電池セルスタックの前記平均温度を算出し、前記乖離温度演算手段は、前記温度検出手段の検出温度及び前記平均温度に基づいて前記乖離温度を算出し、前記現平均温度演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度及び前記乖離温度に基づいて現平均温度を算出し、前記現スタック内部抵抗演算手段は、現時点の前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記現スタック内部抵抗を算出し、前記理論スタック内部抵抗演算手段は、前記現平均温度に基づいて前記理論スタック内部抵抗を算出し、前記補正内部抵抗演算手段は、前記初期基準スタック内部抵抗及び前記理論スタック内部抵抗に基づいて補正内部抵抗を算出し、前記現補正スタック内部抵抗演算手段は、前記現スタック内部抵抗及び前記補正内部抵抗に基づいて前記現補正スタック内部抵抗を算出し、前記劣化指標演算手段は、前記現補正スタック内部抵抗に基づいて、又は前記現補正スタック内部抵抗及び前記初期基準スタック内部抵抗に基づいて前記劣化指標を算出することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
  5. 前記燃料電池セルスタックの出力電流を検出するための電流検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出電流又は前記電圧検出手段の検出電圧が所定時間わたって一定状態となるように前記燃料電池セルスタックを稼働し、前記所定時間経過後に前記燃料電池セルスタックの出力電流が低電流側に挿引し、この挿引のときに前記燃料電池セルスタックの電流−電圧特性に関する情報及び前記燃料電池セルスタックの温度に関する情報を取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
  6. 前記燃料電池セルスタックの前記初期基準スタック電圧は、その出力電流を一定に維持するための電流維持補正が行われたときのスタック電圧であることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
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