JP5605213B2

JP5605213B2 - Fuel cell impedance measurement device

Info

Publication number: JP5605213B2
Application number: JP2010286818A
Authority: JP
Inventors: 政則田林; 信也坂口; 英嗣伊豆原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: JP2012134076A

Description

本発明は、交流インピーダンス法を用いて燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。 The present invention relates to an impedance measuring apparatus for measuring the impedance of a fuel cell using an alternating current impedance method.

従来、燃料電池スタックにおけるセルの局所的なインピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のインピーダンス測定装置は、電流検出手段および電圧検出手段の出力信号に周波数を変化させながら正弦波信号を印加する正弦波印加手段と、正弦波が印加された電流検出手段と電圧検出手段の出力信号からインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段とを備えている。 Conventionally, an impedance measuring device capable of measuring a local impedance of a cell in a fuel cell stack has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). The impedance measuring device described in Patent Document 1 includes a sine wave applying unit that applies a sine wave signal while changing the frequency of the output signals of the current detecting unit and the voltage detecting unit, and a current detecting unit to which the sine wave is applied. Impedance calculating means for calculating the impedance from the output signal of the voltage detecting means.

これにより、交流インピーダンス法を用いることで、セルの等価回路における電解質膜の抵抗Ｒ１と電極の反応抵抗Ｒ２とを分離して計測することが可能となる。そして、電解質膜の抵抗Ｒ１が第１の所定値を越えている場合には、電解質膜の水分量が不足していると判断し、電極の反応抵抗Ｒ２が第２の所定値を越えている場合には、電極の水分量が過剰であると判断することができる。 As a result, by using the AC impedance method, it is possible to separate and measure the resistance R1 of the electrolyte membrane and the reaction resistance R2 of the electrode in the equivalent circuit of the cell. When the resistance R1 of the electrolyte membrane exceeds the first predetermined value, it is determined that the amount of water in the electrolyte membrane is insufficient, and the reaction resistance R2 of the electrode exceeds the second predetermined value. In this case, it can be determined that the water content of the electrode is excessive.

なお、セルの等価回路に高周波から低周波までの正弦波電流を印加した場合のセルのインピーダンスを複素平面上に表示した場合、高周波から低周波の間で周波数を変化させたときのインピーダンスは半円を描く。 When the cell impedance when a sinusoidal current from high frequency to low frequency is applied to the equivalent circuit of the cell is displayed on the complex plane, the impedance when the frequency is changed from high frequency to low frequency is half. Draw a circle.

特開２００９−２５２７０６号公報JP 2009-252706 A

ところで、上記特許文献１に記載のインピーダンス測定装置では、印加する正弦波電流の周波数が無限に大きい場合（ω＝∞）のインピーダンスを測定することで、燃料電池の電解質膜の抵抗Ｒ１を計測している。 By the way, in the impedance measuring apparatus described in Patent Document 1, the resistance R1 of the electrolyte membrane of the fuel cell is measured by measuring the impedance when the frequency of the applied sine wave current is infinitely large (ω = ∞). ing.

しかしながら、本発明者が、上記特許文献１に記載のインピーダンス測定装置を実際の燃料電池発電実験に適用したところ、印加する正弦波電流の周波数が４００Ｈｚを超えると、インピーダンスの演算結果が上記半円から外れてしまい、目標とする結果が得られないことがわかった。この原因について本発明者が検討したところ、セル等を流れる電流による誘導起電圧の影響を受けているためであるとわかった。 However, when the present inventor applied the impedance measuring apparatus described in Patent Document 1 to an actual fuel cell power generation experiment, when the frequency of the applied sine wave current exceeds 400 Hz, the impedance calculation result is the above semicircle. It was found that the target result was not obtained. The present inventor examined this cause and found that it was because of the influence of the induced electromotive voltage due to the current flowing through the cell or the like.

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池スタックにおけるセルの局所的なインピーダンスを確実に測定可能なインピーダンス測定装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an impedance measuring device capable of reliably measuring a local impedance of a cell in a fuel cell stack.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル（１０ａ）を積層配置して構成された燃料電池（１０）におけるセル（１０ａ）のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置において、セル（１０ａ）の局所部位を流れる電流値を測定する局所電流測定手段（５１、１０１）と、燃料電池（１０）の出力電圧を検出する電圧検出手段（１０２）と、電圧検出手段（１０２）の出力信号に周波数を変化させながら正弦波信号を印加する正弦波印加手段（１３）と、正弦波信号が印加された電圧検出手段（１０２）の出力信号と局所電流測定手段（５１、１０１）の出力信号とからセル（１０ａ）のインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段（５１）と、電圧検出手段（１０２）の出力信号に周波数を変化させながら正弦波信号を印加する際に局所電流測定手段（５１、１０１）に伝播する電磁ノイズを吸収するノイズ吸収部（４００）とを備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell constructed by stacking and arranging a plurality of cells (10a) that output an electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas. In the impedance measuring device for measuring the impedance of the cell (10a) in (10), the local current measuring means (51, 101) for measuring the current value flowing through the local portion of the cell (10a) and the output of the fuel cell (10) Voltage detection means (102) for detecting a voltage, sine wave application means (13) for applying a sine wave signal while changing the frequency of the output signal of the voltage detection means (102), and a voltage to which the sine wave signal is applied Impedance calculating means for calculating the impedance of the cell (10a) from the output signal of the detecting means (102) and the output signal of the local current measuring means (51, 101). And (51), the noise absorber which absorbs electromagnetic noise propagating to the local current measuring means (51,101) when applying a sinusoidal signal while changing the frequency of the output signal of the voltage detecting means (102) (400 ).

これによれば、局所電流値測定手段（５１、１０１）に伝播する電磁ノイズを吸収することができるので、セル（１０ａ）の局所部位を流れる電流値を正確に測定することができる。このため、セル（１０ａ）の局所的なインピーダンスを確実に測定することが可能となる。 According to this, since the electromagnetic noise propagating to the local current value measuring means (51, 101) can be absorbed, the current value flowing through the local part of the cell (10a) can be accurately measured. For this reason, it becomes possible to measure the local impedance of a cell (10a) reliably.

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のインピーダンス測定装置インピーダンス測定対象となるセル（１０ａ）に隣接して配置され、セル（１０ａ）の局所部位に対応する部位に導電部（２０１）が形成された板状部材（２００）を備え、局所電流測定手段（５１、１０１）は、板状部材（２００）の導電部（２０１）に流れる電流を検出する電流測定手段（５１、１０１）であってもよい。 Moreover, like the invention of Claim 2, it is arrange | positioned adjacent to the cell (10a) used as the impedance measuring apparatus impedance measurement object of Claim 1, and it is in the site | part corresponding to the local site | part of a cell (10a). A plate-like member (200) on which a conductive portion (201) is formed , and the local current measuring means (51, 101) is a current measuring means for detecting a current flowing through the conductive portion (201) of the plate-like member (200). (51, 101 ) may be used.

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料電池のインピーダンス測定装置において、導電部（２０１）は、第１電極（２１１）と、第２電極（２３１）と、第１電極（２１１）および第２電極（２３１）とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する板状の抵抗体（２２１）とを備え、第１電極（２１１）がインピーダンス測定対象となるセル（１０ａ）に電気的に接触しており、電流測定手段（５１、１０１）は、抵抗体（２２１）の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０１）と、電位差検出手段（１０１）によって検出された検出電位差および抵抗体（２２１）の電気抵抗値を用いて、セル（１０ａ）の局所部位を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、ノイズ吸収部（４００）は、第１電極（２１１）と抵抗体（２２１）との間、および、第２電極（２３１）と抵抗体（２２１）との間の少なくとも一方に配置されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell impedance measuring apparatus according to the second aspect, the conductive portion (201) includes the first electrode (211), the second electrode (231), and the first The electrode (211) and the second electrode (231) are electrically connected to each other, and a plate-like resistor (221) having a predetermined electric resistance value is provided. The current measurement means (51 , 101) includes a potential difference detection means (101) for detecting a potential difference between two points of the resistor (221), and a potential difference detection means ( 101) current value detecting means (51) for detecting a current value flowing through a local portion of the cell (10a) using the detected potential difference detected by (101) and the electric resistance value of the resistor (221), and a noise absorbing unit (40 ) Is provided between the first electrode (211) and the resistor (221), and is characterized in that it is arranged on at least one of between the second electrode (231) and the resistor (221).

これによれば、ノイズ吸収部（４００）を抵抗体（２２１）の近傍に配置することができるので、抵抗体（２２１）で発生する電磁ノイズをより確実に吸収することができる。したがって、セル（１０ａ）の局所部位を流れる電流値をより正確に測定することができ、セル（１０ａ）の局所的なインピーダンスをより確実に測定することが可能となる。 According to this, since the noise absorption part (400) can be arrange | positioned in the vicinity of a resistor (221), the electromagnetic noise which generate | occur | produces in a resistor (221) can be absorbed more reliably. Therefore, the current value flowing through the local portion of the cell (10a) can be measured more accurately, and the local impedance of the cell (10a) can be more reliably measured.

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池のインピーダンス測定装置において、ノイズ吸収部（４００）は、容量素子（４０１）を有して構成されていてもよい。 Moreover, in the fuel cell impedance measuring device according to any one of claims 1 to 3, as in the invention according to claim 4, the noise absorbing section (400) includes a capacitive element (401). It may be configured.

また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の燃料電池のインピーダンス測定装置において、ノイズ吸収部（４００）は、容量素子（４０１）を含む閉回路を有して構成されていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell impedance measuring device according to the fourth aspect, the noise absorber (400) is configured to have a closed circuit including the capacitive element (401). It is characterized by that.

このように、ノイズ吸収部（４００）を閉回路とすることで、容量素子（４０１）で吸収した電流が閉回路外を流れることがない。このため、局所電流値測定手段（５１、１０１）に伝播するノイズをより確実に吸収することができる。したがって、セル（１０ａ）の局所部位を流れる電流値をより正確に測定することができ、セル（１０ａ）の局所的なインピーダンスをより確実に測定することが可能となる。 Thus, by making the noise absorption part (400) a closed circuit, the current absorbed by the capacitive element (401) does not flow outside the closed circuit. For this reason, the noise which propagates to a local electric current value measuring means (51, 101) can be absorbed more reliably. Therefore, the current value flowing through the local portion of the cell (10a) can be measured more accurately, and the local impedance of the cell (10a) can be more reliably measured.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. インピーダンス測定装置１００の斜視図である。1 is a perspective view of an impedance measuring device 100. FIG. 板状部材２００の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of a plate-like member 200. FIG. 導電部２０１の断面図である。3 is a cross-sectional view of a conductive part 201. 導電部２０１の電流の流れを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a current flow of a conductive part 201. 導電部２０１を示す概念図である。3 is a conceptual diagram showing a conductive part 201. FIG. 燃料電池１０の回路構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a circuit configuration of a fuel cell 10. FIG. 信号処理回路５１のインピーダンス検出部５１ａ〜５１ｅの構成を示す概念図である。2 is a conceptual diagram illustrating a configuration of impedance detection units 51a to 51e of a signal processing circuit 51. FIG. セル１０ａの内部水分量と内部抵抗との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the internal moisture content and internal resistance of the cell 10a. セル１０ａの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the cell 10a. 図１０の回路に高周波から低周波までの正弦波電流を印加した場合のセル１０ａのインピーダンスを複素平面上に表示した特性図である。It is the characteristic view which displayed on the complex plane the impedance of the cell 10a at the time of applying the sinusoidal current from a high frequency to a low frequency to the circuit of FIG.

以下、本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば電気自動車に適用される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to this embodiment, and this fuel cell system is applied to, for example, an electric vehicle.

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、図示しない電気負荷や２次電池等の電気機器に電力を供給するものである。電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷に相当している。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system of this embodiment includes a fuel cell 10 that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 supplies electric power to an electric load (not shown) or an electric device such as a secondary battery. In the case of an electric vehicle, an electric motor as a vehicle driving source corresponds to an electric load.

本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、電解質膜の両側面に電極が接合されたＭＥＡと、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータから構成されるセルが複数個積層され、かつ電気的に直列接続されている。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。 In the present embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and a plurality of cells each composed of an MEA having electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane and a pair of separators sandwiching the MEA are stacked. And are electrically connected in series. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

（負極側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（正極側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
そして、燃料電池１０の出力電圧を検出する電圧センサ１１と燃料電池１０の出力電流を検出する電流センサ１２とが設けられている。積層されたセル１０ａの間に、特定のセル１０ａの局所的なインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定装置１００が設けられている。インピーダンス測定装置１００は、積層されたセル１０ａの間における任意の部位に配置することができる。インピーダンス測定装置１００は、隣り合うセル１０ａと電気的に直列接続されている。インピーダンス測定装置１００から出力される信号は信号処理回路５１で演算処理され、インピーダンスが算出される。インピーダンス測定装置１００、信号処理回路５１については後述する。 (Negative electrode side) H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
(Positive electrode side) 2H ⁺ + 1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → H ₂ O
A voltage sensor 11 that detects the output voltage of the fuel cell 10 and a current sensor 12 that detects the output current of the fuel cell 10 are provided. Between the stacked cells 10a, an impedance measuring device 100 for measuring the local impedance of a specific cell 10a is provided. The impedance measuring device 100 can be disposed at any location between the stacked cells 10a. The impedance measuring apparatus 100 is electrically connected in series with the adjacent cell 10a. The signal output from the impedance measuring apparatus 100 is processed by the signal processing circuit 51 to calculate the impedance. The impedance measuring device 100 and the signal processing circuit 51 will be described later.

燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素流路３０が設けられている。ここで、空気流路２０における燃料電池１０より上流側を空気供給流路２０ａといい、下流側を空気排出流路２０ｂという。また、水素流路３０における燃料電池１０より上流側を水素供給流路３０ａといい、下流側を水素排出流路３０ｂという。なお、空気は本発明の酸化剤ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当している。 The fuel cell system includes an air flow path 20 for supplying air (oxygen) to the air electrode (positive electrode) side of the fuel cell 10 and hydrogen for supplying hydrogen to the hydrogen electrode (negative electrode) side of the fuel cell 10. A flow path 30 is provided. Here, the upstream side of the fuel cell 10 in the air channel 20 is referred to as an air supply channel 20a, and the downstream side is referred to as an air discharge channel 20b. Further, the upstream side of the fuel cell 10 in the hydrogen channel 30 is referred to as a hydrogen supply channel 30a, and the downstream side is referred to as a hydrogen discharge channel 30b. Air corresponds to the oxidant gas of the present invention, and hydrogen corresponds to the fuel gas of the present invention.

空気供給流路２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気供給流路２０ａにおける空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられている。また、空気排出流路２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。 An air pump 21 for pressure-feeding air sucked from the atmosphere to the fuel cell 10 is provided at the most upstream portion of the air supply channel 20a, and between the air pump 21 and the fuel cell 10 in the air supply channel 20a. Is provided with a humidifier 22 for humidifying the air. The air discharge passage 20b is provided with an air pressure regulating valve 23 for adjusting the pressure of air in the fuel cell 10.

水素供給流路３０ａの最上流部には、水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給流路３０ａにおける高圧水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整するための水素調圧弁３２が設けられている。 A high-pressure hydrogen tank 31 filled with hydrogen is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply flow path 30a, and the fuel cell 10 is supplied between the high-pressure hydrogen tank 31 and the fuel cell 10 in the hydrogen supply flow path 30a. A hydrogen pressure regulating valve 32 for adjusting the pressure of the generated hydrogen is provided.

水素排出流路３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。そこで、本実施形態では、水素排出流路３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。 The hydrogen discharge passage 30b is provided with an electromagnetic valve 34 that opens and closes at predetermined time intervals in order to discharge the produced water together with a small amount of hydrogen to the outside air. In the above-described electrochemical reaction, generated water is not generated on the hydrogen electrode side, but generated water that has permeated the electrolyte membrane of each cell 10a from the oxygen electrode side may accumulate on the hydrogen electrode side. Therefore, in this embodiment, the hydrogen discharge channel 30b and the electromagnetic valve 34 are provided.

さらに、水素供給流路３０ａおよび水素排出流路３０ｂは、水素循環流路３０ｃを介して接続されている。水素循環流路３０ｃは、水素供給流路３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出流路３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられている。これにより、燃料電池１０から流出した未反応の水素を、燃料電池１０に循環させて再供給している。また、水素循環流路３０ｃには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。 Further, the hydrogen supply flow path 30a and the hydrogen discharge flow path 30b are connected via a hydrogen circulation flow path 30c. The hydrogen circulation passage 30c is provided so as to connect the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 32 of the hydrogen supply passage 30a and the upstream side of the electromagnetic valve 34 of the hydrogen discharge passage 30b. Thereby, the unreacted hydrogen flowing out from the fuel cell 10 is circulated to the fuel cell 10 and re-supplied. A hydrogen pump 33 for circulating hydrogen in the hydrogen flow path 30 is disposed in the hydrogen circulation flow path 30c.

燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４１、ファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。 The fuel cell 10 needs to be maintained at a constant temperature (for example, about 80 ° C.) during operation to ensure power generation efficiency. For this reason, a cooling system for cooling the fuel cell 10 is provided. The cooling system is provided with a cooling water path 40 that circulates the cooling water (heat medium) in the fuel cell 10, a water pump 41 that circulates the cooling water, and a radiator (radiator) 43 that includes a fan 42.

冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４３をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。また、冷却水経路４０における燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。 The cooling water path 40 is provided with a bypass path 44 for bypassing the cooling water to the radiator 43. A flow path switching valve 45 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the bypass path 44 is provided at the junction of the cooling water path 40 and the bypass path 44. Further, a temperature sensor 46 is provided in the vicinity of the outlet side of the fuel cell 10 in the cooling water passage 40 as temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 10. By detecting the cooling water temperature by the temperature sensor 46, the temperature of the fuel cell 10 can be indirectly detected.

燃料電池システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部５０には、電圧センサ１１からの電圧信号、電流センサ１２からの電流信号、信号処理回路５１にて演算されたインピーダンスを示す信号が入力される。また、制御部５０は、演算結果に基づいて、空気ポンプ２１、加湿器２２、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５等に制御信号を出力する。 The fuel cell system is provided with a control unit (ECU) 50 that performs various controls. The control unit 50 is composed of a well-known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits. The control unit 50 receives a voltage signal from the voltage sensor 11, a current signal from the current sensor 12, and a signal indicating the impedance calculated by the signal processing circuit 51. Further, the control unit 50 outputs a control signal to the air pump 21, the humidifier 22, the air pressure regulating valve 23, the hydrogen pressure regulating valve 32, the hydrogen pump 33, the water pump 41, the flow path switching valve 45, etc. based on the calculation result. To do.

図２は、インピーダンス測定装置１００の斜視図である。図２に示すように、インピーダンス測定装置１００は、板状部材２００を有している。この板状部剤２００は、セル１０ａと同じ大きさに構成され、インピーダンス測定対象となる１枚のセル１０ａおよび別の１枚のセル１０ｂとにより両側から挟み込まれるように配置されている。換言すると、板状部材２００は、インピーダンス測定対象となるセル１０ａに隣接して配置されている。 FIG. 2 is a perspective view of the impedance measuring apparatus 100. As shown in FIG. 2, the impedance measuring apparatus 100 has a plate-like member 200. This plate-shaped member 200 is configured to have the same size as the cell 10a, and is arranged so as to be sandwiched from one side by one cell 10a and another one cell 10b to be measured for impedance. In other words, the plate-shaped member 200 is disposed adjacent to the cell 10a to be measured for impedance.

板状部材２００には、導電部２０１が複数設けられている。この導電部２０１は、セル１０ａの局所部位に対応する位置に設けられている。本実施形態では、セル１０ａの面内におけるインピーダンス分布を測定するために、導電部２０１がセル１０ａの板面の全体に分布するように設けられている。本実施形態の導電部２０１は、直交する二方向にマトリクス状（格子状）に設けられており、本実施形態ではそれぞれ図２における上下方向に６個、左右方向に７個という配列となっている。 The plate-like member 200 is provided with a plurality of conductive portions 201. The conductive portion 201 is provided at a position corresponding to the local site of the cell 10a. In this embodiment, in order to measure the impedance distribution in the plane of the cell 10a, the conductive portion 201 is provided so as to be distributed over the entire plate surface of the cell 10a. The conductive portions 201 of this embodiment are provided in a matrix (lattice) in two orthogonal directions. In this embodiment, the conductive portions 201 are arranged in the vertical direction in FIG. Yes.

信号処理回路５１は、導電部２０１の電流値と、セル１０ａとセル１０ｂとの間の電圧を演算処理し、セル１０ａの面内における導電部２０１に対応する部位の局所的なインピーダンスを測定する。信号処理回路５１は、演算したインピーダンス値を制御部５０に出力し、制御部５０では、セル１０ａの面内におけるインピーダンスの分布を検出することができる。 The signal processing circuit 51 performs arithmetic processing on the current value of the conductive portion 201 and the voltage between the cell 10a and the cell 10b, and measures the local impedance of the portion corresponding to the conductive portion 201 in the plane of the cell 10a. . The signal processing circuit 51 outputs the calculated impedance value to the control unit 50, and the control unit 50 can detect the impedance distribution in the plane of the cell 10a.

次に、板状部材２００について説明する。図３は、板状部材２００の分解斜視図である。図３に示すように、板状部材２００は、配線パターンが形成された複数のプリント基板２１０〜２３０を積層した積層基板（板状部材）として構成されている。プリント基板２１０〜２３０としては、一般的なガラスエポキシ基板を用いることができる。 Next, the plate member 200 will be described. FIG. 3 is an exploded perspective view of the plate member 200. As shown in FIG. 3, the plate-like member 200 is configured as a laminated substrate (plate-like member) in which a plurality of printed boards 210 to 230 on which wiring patterns are formed are laminated. As the printed boards 210 to 230, a general glass epoxy board can be used.

本実施形態の板状部材２００は、第１基板２１０、第２基板２２０、第３基板２３０の３枚のプリント基板が積層されて構成されている。各基板２１０〜２３０には、図２における左右両側に、空気、水素、冷却水がそれぞれ通過するマニホールドが形成されている。これらの基板２１０〜２３０は、絶縁性接着剤を介在させてホットプレスにより一体化されている。 The plate-like member 200 of the present embodiment is configured by stacking three printed boards, a first substrate 210, a second substrate 220, and a third substrate 230. In each of the substrates 210 to 230, manifolds through which air, hydrogen, and cooling water pass are formed on both the left and right sides in FIG. These substrates 210 to 230 are integrated by hot pressing with an insulating adhesive interposed therebetween.

導電部２０１は、一対の電極部２１１、２３１とこれらを接続する電流測定用抵抗体２２１とを有している。一対の電極部２１１、２３１は、板状部材２００における両外面に設けられ、第１電極部２１１は第１基板２１０におけるセル１０ａに対向する面（図３の紙面手前側）に設けられており、第２電極部２３１は第３基板２３０におけるセル１０ａに対向する面（図３の紙面奥側）に設けられている。 The conductive portion 201 has a pair of electrode portions 211 and 231 and a current measuring resistor 221 connecting them. The pair of electrode portions 211 and 231 are provided on both outer surfaces of the plate-like member 200, and the first electrode portion 211 is provided on the surface of the first substrate 210 facing the cell 10a (the front side in FIG. 3). The second electrode portion 231 is provided on the surface of the third substrate 230 that faces the cell 10a (the back side in FIG. 3).

電流測定用抵抗体２２１は、第１基板２１０と第３基板２３０に挟まれた第２基板２２０に設けられている。本実施形態では、電流測定用抵抗体２２１は、第２基板２２０における第１基板２１０に対向する側（図３の紙面手前側）に設けられている。第２基板２２０における電流測定用抵抗体２２１が設けられている側の反対側（図３の紙面奥側）には電流測定用配線２２２が設けられている。図３では、電流測定用配線２２２を破線で囲まれた斜線で示している。第２基板２２０の１辺には、電流測定用配線２２２が接続された信号取り出し用のコネクタ２２３が設けられている。 The current measuring resistor 221 is provided on the second substrate 220 sandwiched between the first substrate 210 and the third substrate 230. In the present embodiment, the current measuring resistor 221 is provided on the second substrate 220 on the side facing the first substrate 210 (the front side in FIG. 3). A current measurement wiring 222 is provided on the second substrate 220 on the side opposite to the side where the current measurement resistor 221 is provided (the back side in FIG. 3). In FIG. 3, the current measurement wiring 222 is indicated by hatching surrounded by a broken line. On one side of the second substrate 220, a signal extraction connector 223 to which a current measurement wiring 222 is connected is provided.

電流測定用抵抗体２２１は、電極部２１１、２３１より抵抗値が大きい材料から構成されている。第１電極部２１１、第２電極部２３１、電流測定用抵抗体２２１は、金属箔として構成されており、これらは各基板２１０〜２３０に配線パターンとして形成されている。本実施形態では、電極部２１１、２３１、電流測定用配線２２２および電流測定用抵抗体２２１は、銅箔から構成されている。 The current measuring resistor 221 is made of a material having a larger resistance value than the electrode portions 211 and 231. The first electrode portion 211, the second electrode portion 231, and the current measuring resistor 221 are configured as metal foils, and these are formed as wiring patterns on the respective substrates 210 to 230. In the present embodiment, the electrode portions 211 and 231, the current measurement wiring 222 and the current measurement resistor 221 are made of copper foil.

図４は導電部２０１の断面図であり、図５は導電部２０１の電流の流れを示す斜視図である。図４に示すように、第１基板２１０と第２基板２２０の間と、第２基板２２０と第３基板２３０の間には、電気絶縁性を有する絶縁性接着剤２１２、２２４が設けられている。図４、図５に示すように、各基板２１０〜２３０には、第１スルーホール２０１ａが設けられている。第１スルーホール２０１ａの内部には、電極部２１１、２３１と同様の銅箔から構成される導電体が設けられている。 4 is a cross-sectional view of the conductive portion 201, and FIG. 5 is a perspective view showing a current flow of the conductive portion 201. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, insulating adhesives 212 and 224 having electrical insulation are provided between the first substrate 210 and the second substrate 220 and between the second substrate 220 and the third substrate 230. Yes. As shown in FIGS. 4 and 5, each substrate 210 to 230 is provided with a first through hole 201 a. A conductor made of a copper foil similar to that of the electrode portions 211 and 231 is provided inside the first through hole 201a.

第１スルーホール２０１ａを介して、第１電極部２１１と電流測定用抵抗体２２１が導通し、第２スルーホール２０１ｂを介して、電流測定用抵抗体２２１と第２電極部２３１が導通している。さらに第１スルーホール２０１ａを介して電流測定用抵抗体２２１と電流測定用配線２２２が導通している。第１電極部２１１は電流測定用抵抗体２２１の一端側と導通し、第２電極部２３１は電流測定用抵抗体２２１の他端側と導通しているため、電流測定用抵抗体２２１では一端側と他端側との間で電流が流れることとなる。 The first electrode portion 211 and the current measurement resistor 221 are conducted through the first through hole 201a, and the current measurement resistor 221 and the second electrode portion 231 are conducted through the second through hole 201b. Yes. Furthermore, the current measurement resistor 221 and the current measurement wiring 222 are electrically connected through the first through hole 201a. Since the first electrode portion 211 is electrically connected to one end side of the current measuring resistor 221 and the second electrode portion 231 is electrically connected to the other end side of the current measuring resistor 221, the current measuring resistor 221 has one end. Current flows between the side and the other end side.

電流測定用配線２２２は、電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側と導通している。電流測定用配線２２２は、外部の配線と接続され、電流測定用電圧センサ１０１と接続されている。電流測定用電圧センサ１０１は、電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の２点間の電位差を測定し、信号を信号処理回路５１に出力するように構成されている。電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の２点間の抵抗値Ｒは既知であるものとする。 The current measurement wiring 222 is electrically connected to one end side and the other end side of the current measurement resistor 221. The current measurement wiring 222 is connected to an external wiring and is connected to the current measurement voltage sensor 101. The current measuring voltage sensor 101 is configured to measure a potential difference between two points on one end side and the other end side of the current measuring resistor 221 and output a signal to the signal processing circuit 51. It is assumed that the resistance value R between two points on one end side and the other end side of the current measuring resistor 221 is known.

燃料電池１０での発電が行われている場合には、板状部材２００の各導電部２０１では、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極部２１１の板面に電流が流れる。そして、第１電極部２１１→第１スルーホール２０１ａ→電流測定用抵抗体２２１→第２スルーホール２０１ｂ→第２電極部２３１の順に電流が流れ、第２電極部２３１の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。このとき、電流測定用電圧センサ１０１で電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の電位差Ｖ_Rを測定する。信号処理回路５１では、電流測定用電圧センサ１０１による測定電位差Ｖ_Rと、既知である電流測定用抵抗体２２１の抵抗値Ｒとから電流測定用抵抗体２２１に流れた電流Ｉ_Ｃ（＝Ｖ_Ｒ／Ｒ）を算出することができる。この電流Ｉ_Ｃが、セル１０ａにおける導電部２０１に対応する部位の局所電流となる。なお、電流測定用電圧センサ１０１と信号処理回路５１が本発明の局所電流測定手段に相当している。 When power generation is performed in the fuel cell 10, in each conductive portion 201 of the plate member 200, a current flows from the cell 10 a upstream in the current flow direction to the plate surface of the first electrode portion 211. Then, a current flows in the order of the first electrode portion 211 → the first through hole 201a → the current measuring resistor 221 → the second through hole 201b → the second electrode portion 231, and the current flow direction from the plate surface of the second electrode portion 231 A current flows through the cell 10a on the downstream side. At this time, to measure the potential difference V _R at one end and the other end of the current measuring resistor 221 at a current measuring voltage sensor 101. In the signal processing circuit 51, the current I _C (= V _R) that has flowed into the current measuring resistor 221 from the measured potential difference V _R by the current measuring voltage sensor 101 and the known resistance value R of the current measuring resistor 221. / R) can be calculated. The current _{I C} becomes the local current of a portion corresponding to the conductive portion 201 in the cell 10a. The current measuring voltage sensor 101 and the signal processing circuit 51 correspond to the local current measuring means of the present invention.

図５に示すように、板状部材２００の各導電部２０１における第１基板２１０と第２基板２２０の間、および第２基板２２０と第３基板２３０の間には、局所電流測定手段（電流測定用電圧センサ１０１および信号処理回路５１）に伝播する電磁ノイズを吸収するノイズ吸収部４００が設けられている。 As shown in FIG. 5, local current measuring means (current) is provided between the first substrate 210 and the second substrate 220 and between the second substrate 220 and the third substrate 230 in each conductive portion 201 of the plate-like member 200. A noise absorber 400 is provided for absorbing electromagnetic noise propagating to the measurement voltage sensor 101 and the signal processing circuit 51).

ノイズ吸収部４００は、電流測定用抵抗体２２１を流れる電流により発生する誘導起電圧を吸収可能に構成されている。具体的には、ノイズ吸収部４００は、容量素子としてのコンデンサ（キャパシタ）４０１を含む閉回路を有して構成されている。本実施形態では、ノイズ吸収部４００は、第１基板２１０と第２基板２２０の間における第１スルーホール２０１ａ側、および、第２基板２２０と第３基板２３０の間における第２スルーホール２０１ｂ側に配置されている。なお、ノイズ吸収部４００の詳細な構成については後述する。 The noise absorber 400 is configured to be able to absorb the induced electromotive voltage generated by the current flowing through the current measuring resistor 221. Specifically, the noise absorption unit 400 is configured to have a closed circuit including a capacitor (capacitor) 401 as a capacitive element. In the present embodiment, the noise absorber 400 includes the first through hole 201a side between the first substrate 210 and the second substrate 220 and the second through hole 201b side between the second substrate 220 and the third substrate 230. Is arranged. The detailed configuration of the noise absorbing unit 400 will be described later.

図６は、導電部２０１を示す概念図である。図６に示すように、セル１０ａの局所部位の電圧を検出する電圧測定用電圧センサ１０２が設けられている。電圧測定用電圧センサ１０２は、セル１０ａとセル１０ｂとの間の電位差Ｖ_Cを測定するように構成されている。なお、電圧測定用電圧センサ１０２が本発明の電圧検出手段に相当している。 FIG. 6 is a conceptual diagram showing the conductive portion 201. As shown in FIG. 6, a voltage measuring voltage sensor 102 for detecting the voltage of a local part of the cell 10a is provided. The voltage measuring voltage sensor 102 is configured to measure a potential difference V _C between the cell 10a and the cell 10b. The voltage measuring voltage sensor 102 corresponds to the voltage detecting means of the present invention.

燃料電池１０での発電が行われている場合には、セル１０ａとセル１０ｂとの間の測定電位差Ｖ_Ｃがセル１０ａにおける導電部２０１に対応する部位の局所電圧となる。 When power generation is performed in the fuel cell 10, the measured potential difference V _C between the cell 10a and the cell 10b becomes a local voltage at a portion corresponding to the conductive portion 201 in the cell 10a.

次に、セル１０ａの局所的なインピーダンス測定方法について説明する。本実施形態では、上述のセル１０ａの局所電流Ｉ_Ｃと局所電圧Ｖ_Ｃを用いて、周知の交流インピーダンス法によりセル１０ａの局所インピーダンスを測定するように構成されている。 Next, a local impedance measurement method for the cell 10a will be described. In the present embodiment, the local impedance of the cell 10a is measured by a known AC impedance method using the local current I _C and the local voltage V _C of the cell 10a.

図７は、燃料電池１０の回路構成を示す概念図である。図７に示すように、燃料電池１０の出力電圧に任意の周波数で正弦波を重畳させる正弦波印加手段としての正弦波発振器１３が設けられている。これにより、電流測定用電圧センサ１０１と電圧測定用電圧センサ１０２の出力に正弦波が重畳される。 FIG. 7 is a conceptual diagram showing a circuit configuration of the fuel cell 10. As shown in FIG. 7, a sine wave oscillator 13 is provided as a sine wave applying means for superimposing a sine wave at an arbitrary frequency on the output voltage of the fuel cell 10. As a result, a sine wave is superimposed on the outputs of the current measurement voltage sensor 101 and the voltage measurement voltage sensor 102.

図８は、信号処理回路５１のインピーダンス検出部５１ａ〜５１ｅの構成を示す概念図である。図８に示すように、信号処理回路５１には、電流測定用電圧センサ１０１の信号および電圧測定用電圧センサ１０２の信号からノイズを除去するフィルタ部５１ａ、５１ｂと、高速フーリエ変換処理を行うＦＦＴ処理部５１ｃ、５１ｄと、ＦＦＴ処理された電流成分および電圧成分からセル１０ａの局所インピーダンスを算出するインピーダンス分析部５１ｅを備えている。なお、信号処理回路５１が本発明のインピーダンス演算手段に相当している。 FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the impedance detection units 51 a to 51 e of the signal processing circuit 51. As shown in FIG. 8, the signal processing circuit 51 includes filter units 51a and 51b that remove noise from the signal of the voltage sensor for current measurement 101 and the signal of the voltage sensor for voltage measurement 102, and an FFT that performs fast Fourier transform processing. The processing units 51c and 51d and the impedance analysis unit 51e that calculates the local impedance of the cell 10a from the current component and the voltage component subjected to the FFT processing are provided. The signal processing circuit 51 corresponds to the impedance calculation means of the present invention.

図９は、セル１０ａの内部水分量と内部抵抗との関係を示す特性図である。図９に示すように、セル１０ａの内部水分量と内部抵抗とは相関関係がある。すなわち、セル１０ａ内の水分が不足すると電解質膜の水分量が減少し、電解質膜の導電率が低下する。この結果、電解質膜の抵抗が増大することとなる。従って、電解質膜の抵抗値が第１の所定抵抗値を超えている場合には電解質膜の水分量が不足していると判断することができる。また、水分が過剰になると電極の反応抵抗が増加する。このため、電極の反応抵抗が第２の所定抵抗値を超えている場合には、電解質膜の水分過剰と判断することができる。それら以外の場合には電解質膜の水分量が適正であると判断することができる。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the internal moisture content and the internal resistance of the cell 10a. As shown in FIG. 9, there is a correlation between the internal moisture content of the cell 10a and the internal resistance. That is, when the moisture in the cell 10a is insufficient, the amount of moisture in the electrolyte membrane is reduced, and the conductivity of the electrolyte membrane is lowered. As a result, the resistance of the electrolyte membrane increases. Therefore, when the resistance value of the electrolyte membrane exceeds the first predetermined resistance value, it can be determined that the amount of water in the electrolyte membrane is insufficient. In addition, when the moisture is excessive, the reaction resistance of the electrode increases. For this reason, when the reaction resistance of the electrode exceeds the second predetermined resistance value, it can be determined that the water content of the electrolyte membrane is excessive. In other cases, it can be determined that the moisture content of the electrolyte membrane is appropriate.

ところで、セル１０ａの電圧降下は、（１）電気化学反応による反応抵抗、（２）セル１０ａの電解質膜抵抗によって生じる。従って、これらの中から交流インピーダンス法により反応抵抗と電解質膜抵抗を測定することで、燃料電池の水分量を検出することが可能となる。 By the way, the voltage drop of the cell 10a is caused by (1) reaction resistance due to electrochemical reaction and (2) electrolyte membrane resistance of the cell 10a. Accordingly, by measuring the reaction resistance and the electrolyte membrane resistance by the AC impedance method from among these, it becomes possible to detect the water content of the fuel cell.

次に、図１０、図１１に基づいて、交流インピーダンス法による反応抵抗と電解質膜抵抗の測定方法について説明する。 Next, based on FIG. 10, FIG. 11, the measuring method of the reaction resistance and electrolyte membrane resistance by an alternating current impedance method is demonstrated.

図１０はセル１０ａの等価回路を示す回路図である。図１０の等価回路におけるＲ１は電解質膜の抵抗に相当し、Ｒ２は反応抵抗に相当している。図１０の等価回路に所定の周波数を有する正弦波電流を印加した場合、電流の変化に対して電圧の応答が遅れる。 FIG. 10 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the cell 10a. In the equivalent circuit of FIG. 10, R1 corresponds to the resistance of the electrolyte membrane, and R2 corresponds to the reaction resistance. When a sine wave current having a predetermined frequency is applied to the equivalent circuit of FIG. 10, the voltage response is delayed with respect to the change in current.

図１１は、図１０の回路に高周波から低周波までの正弦波電流を印加した場合のセル１０ａのインピーダンスを複素平面上に表示した特性図である。印加する正弦波電流の周波数が無限に大きい場合（ω＝∞）のインピーダンスは、図１１におけるＲ１となる。また、正弦波電流の周波数が非常に小さい場合（ω＝０）のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。高周波から低周波の間で周波数を変化させたときのインピーダンスは、図１１に示すような半円を描く。 FIG. 11 is a characteristic diagram in which the impedance of the cell 10a when a sine wave current from high frequency to low frequency is applied to the circuit of FIG. 10 is displayed on a complex plane. When the frequency of the applied sine wave current is infinitely large (ω = ∞), the impedance is R1 in FIG. Further, when the frequency of the sine wave current is very small (ω = 0), the impedance is R1 + R2. The impedance when the frequency is changed between a high frequency and a low frequency draws a semicircle as shown in FIG.

これらのことより、交流インピーダンス法を用いることで、セル１０ａの等価回路におけるＲ１とＲ２を分離して計測することが可能となる。 From these things, it becomes possible to isolate | separate and measure R1 and R2 in the equivalent circuit of the cell 10a by using the alternating current impedance method.

上述のようにＲ１は電解質膜の抵抗に相当するため、Ｒ１が第１の所定値を超えている場合には電解質膜の水分量が不足していると判断することができ、Ｒ１が第１の所定値を下回っている場合には電解質膜の水分量が適正であると判断することができる。また、Ｒ２は電極の反応抵抗に相当するため、Ｒ２が第２の所定値を超えている場合は電極上の水分量が過剰と判断でき、Ｒ２が第２の所定値を下回る場合は水分量が適正と判断できる。 As described above, since R1 corresponds to the resistance of the electrolyte membrane, when R1 exceeds the first predetermined value, it can be determined that the moisture content of the electrolyte membrane is insufficient, and R1 is the first value. If the value is below the predetermined value, it can be determined that the water content of the electrolyte membrane is appropriate. Since R2 corresponds to the reaction resistance of the electrode, it can be determined that the amount of water on the electrode is excessive when R2 exceeds the second predetermined value, and the amount of water when R2 is lower than the second predetermined value. Can be judged as appropriate.

以上の構成により、セル１０ａ面内における局所的なインピーダンスを測定することができ、セル１０ａ面内における局所的な内部水分量を検出することができる。また、本実施形態では、セル１０ａ面内の全体で局所インピーダンスを測定しているので、セル１０ａ面内の内部水分量の分布を検出することができる
ところで、上述したノイズ吸収部４００は、セル１０ａに高周波数（本実施形態では１０ＭＨｚ）の正弦波電流を印加した場合に、電流測定用抵抗体２２１を流れる電流により発生する誘導起電圧を吸収可能に構成されている。 With the above configuration, the local impedance in the cell 10a plane can be measured, and the local internal moisture content in the cell 10a plane can be detected. In the present embodiment, since the local impedance is measured in the entire cell 10a plane, the distribution of the internal moisture content in the cell 10a plane can be detected. When a sinusoidal current having a high frequency (10 MHz in this embodiment) is applied to 10a, an induced electromotive voltage generated by a current flowing through the current measuring resistor 221 can be absorbed.

具体的には、電流測定用抵抗体２２１を、厚さｔ［μｍ］、パターン幅Ｗ［ｍｍ］、長さｌ［ｍｍ］の銅箔パターンとして構成した場合、そのインダクタンスＬ［μＨ］は次の数式Ｆ１により算出される（参考文献：トランジスタ技術、１９９３年２月号）。
Ｌ＝０．０００２×ｌ×｛ｌｎ（２×ｌ／（Ｗ＋ｔ））＋０．２２３５×（（Ｗ＋ｔ）／ｌ）＋０．５｝…（Ｆ１）
本実施形態では、電流測定用抵抗体２２１として、厚さｔ＝３５［μｍ］、パターン幅Ｗ＝３６．１［ｍｍ］、長さｌ＝８［ｍｍ］の銅箔パターンを採用しているので、上記数式Ｆ１により、電流測定用抵抗体２２１のインダクタンスＬは１．１１２ｎＨとなる。そして、例えば、１つの板状部材２００に４２個の導電部２０１が配置されている場合、全体のインダクタンスＬは４６．７ｎＨとなる。 Specifically, when the current measuring resistor 221 is configured as a copper foil pattern having a thickness t [μm], a pattern width W [mm], and a length l [mm], the inductance L [μH] is as follows. (Reference: Transistor technology, February 1993 issue).
L = 0.0002 × l × {ln (2 × l / (W + t)) + 0.2235 × ((W + t) / l) +0.5} (F1)
In the present embodiment, a copper foil pattern having a thickness t = 35 [μm], a pattern width W = 36.1 [mm], and a length l = 8 [mm] is employed as the current measuring resistor 221. Therefore, according to the formula F1, the inductance L of the current measuring resistor 221 is 1.112 nH. For example, when 42 conductive portions 201 are arranged on one plate-like member 200, the overall inductance L is 46.7 nH.

ここで、ノイズ吸収部４００のコンデンサ４０１の容量をＣ［Ｆ］、正弦波電流の周波数をｆ［Ｈｚ］、インダクタンスをＬ［Ｈ］としたとき、容量Ｃ、周波数ｆ、インダクタンスＬは、次の数式Ｆ２で表される関係を有する。
２πｆＬ＝１／（２πｆＣ）…（Ｆ２）
インダクタンスＬが４６．７ｎＨの場合、電流測定用抵抗体２２１に１０ＭＨｚの正弦波電流を印加したときの誘導起電圧を吸収可能なコンデンサの容量を、上記数式Ｆ２により算出すると、必要な容量Ｃは５．４２ｎＦとなる。 Here, when the capacitance of the capacitor 401 of the noise absorber 400 is C [F], the frequency of the sine wave current is f [Hz], and the inductance is L [H], the capacitance C, the frequency f, and the inductance L are as follows. It has the relationship represented by numerical formula F2.
2πfL = 1 / (2πfC) (F2)
When the inductance L is 46.7 nH and the capacitance of the capacitor capable of absorbing the induced electromotive voltage when a sine wave current of 10 MHz is applied to the current measuring resistor 221 is calculated by the above equation F2, the necessary capacitance C is 5.42 nF.

続いて、容量Ｃが５．４２ｎＦのコンデンサに対して、平行平板コンデンサの数式Ｆ３を適用する。
Ｃ＝ε_０ε_ｒＳ／ｄ＝０．００８８５５ε_ｒＳ／ｄ…（Ｆ３）
上記数式Ｆ３において、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒは誘電体の比誘電率、Ｓは電極板の面積［ｍｍ^２］、ｄは電極板間の距離［ｍｍ］、Ｃは平行平板コンデンサの容量［ｐＦ］である。 Subsequently, a parallel plate capacitor formula F3 is applied to a capacitor having a capacitance C of 5.42 nF.
_{_{C = ε 0 ε r S /}} d = 0.008855ε r S / d ... (F3)
In the above formula F3, ε ₀ is the dielectric constant of vacuum, ε _r is the dielectric constant of the dielectric, S is the area of the electrode plate [mm ² ], d is the distance between the electrode plates [mm], and C is the parallel plate capacitor Capacitance [pF].

例えば、誘電体を厚さ０．０１ｍｍのポリエチレンにより形成した場合、比誘電率ε_ｒが３、電極板間の距離ｄが０．０１ｍｍであるため、上記数式Ｆ３より、電極板の面積Ｓは２０４０ｍｍ^２となる。全体として２０４０ｍｍ^２の電極板面積が必要であるので、本実施形態で示した４２個の導電部材２０１それぞれに必要な電極板面積は４９ｍｍ^２となる。このため本実施形態では、コンデンサ４０１の電極板は、一辺が７ｍｍの正方形状に形成されている。 For example, when the dielectric is formed of polyethylene having a thickness of 0.01 mm, the relative permittivity ε _r is 3 and the distance d between the electrode plates is 0.01 mm. 2040 mm ² . Since the electrode plate area of 2040 mm ² is required as a whole, the electrode plate area required for each of the 42 conductive members 201 shown in the present embodiment is 49 mm ² . For this reason, in this embodiment, the electrode plate of the capacitor 401 is formed in a square shape having a side of 7 mm.

以上説明したように、インピーダンス測定装置１００の導電部２０１にノイズ吸収部４００を設けるころで、電流測定用抵抗体２２１を流れる電流により発生する誘導起電圧を吸収することができる。これにより、セル１０ａの局所部位を流れる電流値を正確に測定することができるので、セル１０ａの局所的なインピーダンスを確実に測定することが可能となる。 As described above, the induced electromotive voltage generated by the current flowing through the current measuring resistor 221 can be absorbed by providing the noise absorbing unit 400 in the conductive unit 201 of the impedance measuring apparatus 100. As a result, the value of the current flowing through the local portion of the cell 10a can be accurately measured, so that the local impedance of the cell 10a can be reliably measured.

また、ノイズ吸収部４００を、第１電極２１１と電流測定用抵抗体２２１との間、および、第２電極２３１と電流測定用抵抗体２２１との間に配置することで、ノイズ吸収部４００を電流測定用抵抗体２２１の近傍に配置することができる。これにより、電流測定用抵抗体２２１を流れる電流により発生する誘導起電圧を確実に吸収することができる。 In addition, the noise absorbing unit 400 is disposed between the first electrode 211 and the current measuring resistor 221 and between the second electrode 231 and the current measuring resistor 221, so that the noise absorbing unit 400 is disposed. It can be disposed in the vicinity of the current measuring resistor 221. Thereby, the induced electromotive voltage generated by the current flowing through the current measuring resistor 221 can be reliably absorbed.

また、ノイズ吸収部４００を閉回路とすることで、コンデンサ４０１で吸収した電流が閉回路外に流れることがないので、電流測定用抵抗体２２１を流れる電流により発生する誘導起電圧をより確実に吸収することができる。 In addition, since the noise absorption unit 400 is a closed circuit, the current absorbed by the capacitor 401 does not flow outside the closed circuit, so that the induced electromotive voltage generated by the current flowing through the current measuring resistor 221 can be more reliably detected. Can be absorbed.

（他の実施形態）
上記実施形態では、ノイズ吸収部４００を、第１電極２１１と電流測定用抵抗体２２１との間、および、第２電極２３１と電流測定用抵抗体２２１との間に配置した例について説明したが、これに限らず、第１電極２１１と電流測定用抵抗体２２１との間、および、第２電極２３１と電流測定用抵抗体２２１との間のいずれか一方にのみ配置してもよい。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, an example in which the noise absorbing unit 400 is disposed between the first electrode 211 and the current measurement resistor 221 and between the second electrode 231 and the current measurement resistor 221 has been described. However, the present invention is not limited to this, and it may be arranged only between one of the first electrode 211 and the current measuring resistor 221 and between the second electrode 231 and the current measuring resistor 221.

また、上記実施形態では、ノイズ吸収部４００のコンデンサ４０１の誘電体として、ポリエチレンを用いた例について説明したが、これに限らず、他の物質を用いてもよい。 Moreover, although the example which used polyethylene as a dielectric material of the capacitor | condenser 401 of the noise absorption part 400 was demonstrated in the said embodiment, not only this but another substance may be used.

また、上記実施形態では、導電部材２０１それぞれに必要な電極板の面積Ｓを４９ｍｍ^２とするために、コンデンサ４０１の電極板を、一辺が７ｍｍの正方形状に形成した例について説明したが、これに限らず、長方形状や円形状等、他の形状に形成してもよい。 Further, in the above embodiment, the example in which the electrode plate of the capacitor 401 is formed in a square shape having a side of 7 mm has been described in order to set the area S of the electrode plate necessary for each conductive member 201 to 49 mm ^2. However, the present invention may be formed in other shapes such as a rectangular shape and a circular shape.

１０ａセル
２１１第１電極
２２１電流測定用抵抗体
２３１第２電極
４００ノイズ吸収部
４０１コンデンサ（容量素子） 10a cell 211 first electrode 221 current measurement resistor 231 second electrode 400 noise absorption unit 401 capacitor (capacitance element)

Claims

Impedance measurement for measuring the impedance of the cell (10a) in a fuel cell (10) configured by stacking and arranging a plurality of cells (10a) that output an electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas. A device,
Local current measuring means (51, 101) for measuring a current value flowing through a local portion of the cell (10a);
Voltage detection means (102) for detecting the output voltage of the fuel cell (10);
Sine wave applying means (13) for applying a sine wave signal while changing the frequency to the output signal of the voltage detecting means (102);
Impedance calculating means (51) for calculating the impedance of the cell (10a) from the output signal of the voltage detecting means (102) to which the sine wave signal is applied and the output signal of the local current measuring means (51, 101). When,
A noise absorber (400) for absorbing electromagnetic noise propagating to the local current measuring means (51, 101) when applying the sine wave signal while changing the frequency to the output signal of the voltage detecting means (102 ); An impedance measuring device for a fuel cell, comprising:

A plate-like member (200) that is arranged adjacent to the cell (10a) to be measured for impedance and has a conductive portion (201) formed at a site corresponding to a local site of the cell (10a) ,
The local current measuring means (51, 101) is a current measuring means (51 , 101 ) for detecting a current flowing through the conductive portion (201) of the plate-like member (200). The impedance measuring device according to 1.

The conductive portion (201) electrically connects the first electrode (211), the second electrode (231), the first electrode (211), and the second electrode (231) and is predetermined. A plate-like resistor (221) having an electrical resistance value, and the first electrode (211) is in electrical contact with the cell (10a) to be measured for impedance,
The current measuring means (51 , 101) includes a potential difference detecting means (101) for detecting a potential difference between two points of the resistor (221), a detected potential difference detected by the potential difference detecting means (101), and the resistance. Current value detecting means (51) for detecting a current value flowing through a local portion of the cell (10a) using an electric resistance value of the body (221);
The noise absorber (400) is provided between at least one of the first electrode (211) and the resistor (221) and between the second electrode (231) and the resistor (221). 3. The fuel cell impedance measuring device according to claim 2, wherein the impedance measuring device is arranged.

4. The fuel cell impedance measuring device according to claim 1, wherein the noise absorbing unit includes a capacitive element. 5.

5. The fuel cell impedance measuring device according to claim 4, wherein the noise absorbing unit is configured to have a closed circuit including the capacitive element.