JPH1197049A

JPH1197049A - 燃料電池の寿命予測方法

Info

Publication number: JPH1197049A
Application number: JP9257101A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ogawa; 賢小川
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な方法で高精度に燃料電池の寿命を予測
することができる燃料電池の寿命予測方法を提供する。【解決手段】基本運転パターンで運転される燃料電池
の電圧変化率を測定し（ステップＳ１）、基本運転パタ
ーンに対する電圧変化率と発電時間との関係を所定の近
似式で近似し（ステップＳ２）、この近似式を用いて燃
料電池の電圧低下量を求め（ステップＳ３）、この電圧
低下量が所定値を越えたとき、燃料電池の寿命が尽きた
と判断する（ステップＳ４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の寿命予
測方法に関し、特に、起動停止及び負荷変化を伴う運転
を行う燃料電池の寿命予測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、リン酸形燃料電池は、実用化間近
にあり、実システムでの試験研究が行われている。しか
し、燃料電池の寿命についてはまだ研究途上にあり、燃
料電池のセルの動作条件を変更した場合や新型セルの開
発を行う場合には、その都度寿命試験を行わなければな
らなかった。また、電池寿命の予測については、加速試
験が確立しておらず、実際の目標寿命まで寿命試験を実
施しなければならなかった。この場合、寿命試験に要す
る費用及び試験期間が多大な負担となっていた。また、
分散配置型燃料電池の場合、発電容量が数ＭＷから数十
ＭＷになるため、電力系統に対し負荷追従運転を行う必
要がある。このため、起動停止や負荷変化を伴った運用
を行う必要があるが、起動停止や負荷変化を伴う実運用
に適用可能な燃料電池の寿命予測方法は、確立されてい
ない。

【０００３】このような状況の下、従来の寿命予測方法
としては、以下のようなものがあった。まず、数十セル
を積層したショートスタックを使用して、定格連続運
転、起動停止運転、及び負荷変化運転の３種類の運転パ
ターンで寿命試験を行う。次に、各運転パターン毎の電
圧低下と発電時間との関係を回帰式を用いて整理し、各
運転パターンでの電圧低下を推定していた。

【０００４】次に、上記の従来の燃料電池の寿命予測方
法についてさらに詳細に説明する。従来の電池寿命の予
測では、上記の３種類の運転パターンを用いて、下記の
経験式を用いて寿命を評価していた。

【０００５】まず、一定負荷での連続運転時の電圧変化
（電圧低下）ΔＶ₁は、発電時間ｔの対数に比例する。

【０００６】ΔＶ₁＝Ａ×ｌｏｇ（ｔ） …（１）ここで、Ａは定数である。式（１）は、白金のシンタリ
ング（凝集）を考慮したものであり、白金触媒の粒子径
等の経時的変化が主に電池寿命を支配すると考えたもの
である。

【０００７】次に、起動停止に伴う電圧変化（電圧低
下）ΔＶ₂は、起動停止回数ｎにほぼ比例する。

【０００８】ΔＶ₂＝Ｂ×ｎ …（２）ここで、Ｂは、定数である。

【０００９】次に、負荷変化に伴う電圧変化（電圧低
下）ΔＶ₃は、負荷変化回数ｍにほぼ比例する。

【００１０】ΔＶ₃＝Ｃ×ｍ …（３）ここで、Ｃは、定数である。

【００１１】次に、一定負荷での連続発電時間が長時間
になると、電圧変化（電圧低下）ΔＶ₄が著しくなり、
この電圧変化は、発電時間ｔの指数関数で表される。

【００１２】ΔＶ₄＝Ｄ×ｔ^k …（４）ここで、Ｄは、一定連続運転における係数であり、ｋ
は、電極構造による定数である。

【００１３】以上の経験式より、燃料電池全体の電圧変
化ΔＶは、以下の式のより表される。

【００１４】 ΔＶ＝ΔＶ₁＋ΔＶ₂＋ΔＶ₃＋ΔＶ₄ ＝Ａ×ｌｏｇ（ｔ）＋Ｂ×ｎ＋Ｃ×ｍ＋Ｄ×ｔ^k …（５）上記の各定数及び係数は、セル構造、セルの製造方法、
運転条件により異なるため、セル毎に異なる値を持って
おり、上記の３種類の運転パターンによる寿命試験によ
り決定される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の燃料電池
の寿命予測方法により、燃料電池の寿命を予測するとと
もに、実際に寿命試験を行い、両者を比較した。この結
果、燃料電池の高温群のセル（平均動作温度２１１℃）
では、初期電圧に対する誤差は、３．８％であり、中温
群のセル（平均動作温度２０４℃）では、初期電圧に対
する誤差は、３．６％であり、低温群のセル（平均動作
温度１９４℃）では、初期電圧に対する誤差は、３．９
％であった。一方、電圧が初期電圧から１０％低下した
場合が燃料電池の寿命であるとすると、この誤差は、非
常に大きく、従来の燃料電池の寿命予測方法では、精度
の高い寿命予測を行うことができなかった。

【００１６】この原因としては、以下のものが考えられ
る。まず、定格連続運転時の電圧低下は、発電時間に対
して対数で変化すると仮定しているが、定格連続運転時
の電圧低下の要因には、触媒シンタリングのように発電
時間の対数で変化するもの以外に、リン酸移動のように
発電時間の対数では変化しないものも含まれており、電
圧低下の全ての要因が考慮されていないためである。ま
た、起動停止及び負荷変化による電圧低下は、発電時間
に依存しないと仮定しているが、実際は発電時間にも依
存し、起動停止及び負荷変化の回数が多くなるとこの影
響が無視できなくなるためである。上記の原因により、
従来の燃料電池の寿命予測方法では、予測精度が低いと
いう問題があった。

【００１７】本発明の目的は、簡便な方法で高精度に燃
料電池の寿命を予測することができる燃料電池の寿命予
測方法を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の燃料電池の寿命予測方法は、基本運転パタ
ーンで運転される燃料電池の経時的な電圧変化率を測定
する第１のステップと、前記基本運転パターンに対する
電圧変化率と発電時間との関係を所定の近似式で近似す
る第２のステップと、前記近似式を用いて経時的に変化
する燃料電池の電圧低下量を求める第３のステップと、
前記電圧低下量が所定値を越えたとき、燃料電池の寿命
が尽きたと判断する第４のステップとを含む。

【００１９】上記の方法では、基本運転パターンで運転
される燃料電池の経時的な電圧変化率を測定し、電圧変
化率と発電時間との関係を近似して燃料電池の寿命を予
測しているので、予測の過程に、無理な仮定を含めるこ
となく、測定した試験データをできるだけ忠実に用いる
ことができ、簡便な方法で高精度に燃料電池の寿命を予
測することができる。

【００２０】また、前記基本運転パターンは、燃料電池
を定格負荷で連続して運転する定格連続運転パターン
と、燃料電池の負荷を変化させて運転する負荷変化運転
パターンと、燃料電池の起動及び停止を繰り返して運転
する起動停止運転パターンとを含むことが好ましい。こ
の場合、この３種類の運転パターンを組み合わせること
により種々の運転パターンでの寿命を予測することがで
きる。

【００２１】また、前記第２のステップにおける近似
は、直線近似又は対数近似を含むことが好ましい。この
場合、近似式を求める計算が簡略化され、さらに簡便に
燃料電池の寿命を予測することができる。

【００２２】また、前記第１のステップにおける測定
は、燃料電池のセルの動作温度毎に行われることが好ま
しい。燃料電池の寿命は、セルの動作温度による温度依
存性を有するため、セルの動作温度毎に測定した電圧変
化率を用いて寿命を予測することにより、さらに高精度
に燃料電池の寿命を予測することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の燃
料電池の寿命予測方法について図面を参照しながら説明
する。図１は、本発明の一実施の形態の燃料電池の寿命
予測方法を説明するフローチャートである。なお、以下
の説明では、燃料電池として、リン酸形燃料電池を用い
た場合について説明するが、本発明の適用は、これに限
定されず、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質
型燃料電池、高分子膜型燃料電池等の他の燃料電池にも
同様に適用することができる。

【００２４】図１に示すように、まず、基本運転パター
ンで運転される燃料電池の電圧変化率（一定期間の電圧
低下／一定期間の発電時間）を測定する（ステップＳ
１）。基本運転パターンとしては、実運用での燃料電池
の寿命を推定するために、３種類の運転パターン、すな
わち、燃料電池を定格負荷で連続して運転する定格連続
運転パターン、燃料電池の負荷を変化させて運転する負
荷変化運転パターン、燃料電池の起動及び停止を繰り返
して運転する起動停止運転パターンを用い、これらの運
転パターンを組み合わせて、定格連続＋負荷変化＋起動
停止の運転パターン（運転パターンＡ）、定格連続＋負
荷変化の運転パターン（運転パターンＢ）、定格連続の
運転パターン（運転パターンＣ）を用いることができ
る。なお、上記の測定は、数十枚のセルを積層したショ
ートスタックを用いてもよい。

【００２５】図２は、１週間単位の運転パターンＡの一
例を示す図であり、図３は、１週間単位の運転パターン
Ｂの一例を示す図であり、図４は、１週間単位の運転パ
ターンＣの一例を示す図である。図２に示すように、運
転パターンＡは、週１回の起動停止と週１９回の負荷変
化を行う運転パターンである。図３に示すように、運転
パターンＢは、週１９回の負荷変化を行う運転パターン
である。図４に示すように、運転パターンＣは、定格負
荷での連続発電を行う運転パターンである。このような
運転パターンを一定期間継続することにより各運転パタ
ーンの電圧低下傾向を把握しながら、各運転パターンを
例えば４週間程度で切り換える。但し、発電末期では、
電圧が安定するため、さらに長い発電時間で各運転パタ
ーンを切り換えていく必要がある。なお、寿命を予測す
る基礎データとなる基本運転パターンは、上記各運転パ
ターンに特に限定されず、起動停止回数、負荷変化回数
等は、寿命を予測しようとする燃料電池の実際の運用に
応じて任意に設定することができる。

【００２６】次に、各基本運転パターンでの電圧変化率
と発電時間との関係を近似式を用いて近似する（ステッ
プＳ２）。次に、算出した近似式を用いて、寿命を予測
しようとする運転パターンに対する電圧低下量を算出す
る（ステップＳ３）。

【００２７】ここで、本発明の燃料電池の寿命予測方法
の基本的な概念について説明する。この方法は、電圧変
化率が運転パターン毎に異なることに注目し、発電時間
に対する運転パターン毎の電圧変化率の変化を把握する
ことにより燃料電池の寿命を予測する方法である。すな
わち、発電時間に対するセルの電圧変化率の経時的変化
を表す近似式を求め、外挿した近似式を発電時間につい
て積分して、積分区間での電圧低下量を求める。次に、
積分区間での電圧低下量を初期電圧から減算することに
より、その発電時点でのセル電圧を求める。

【００２８】図５は、電圧変化率と発電時間との関係を
直線で近似した場合の電圧変化率と発電時間との関係を
示すグラフである。

【００２９】図５に示すように、発電初期は、電圧変化
が不安定な期間があるため、近似対象外とし、電圧変化
率が安定する初期特性試験以降（発電初期時間ｔ_SOR以
降）の期間を近似対象とする。この近似対象のうち発電
初期時間ｔ_SORから変曲点時間ｔ_bendまでは、一次関数
すなわち直線ｆ(ｔ)＝αｔ＋βで近似する。次に、変曲
点時間ｔ_bendは、これ以降の電圧低下率がほぼ一定値に
安定する時間である。従って、それ以降の電圧変化率
は、Ｘ軸に水平な直線ｆ(ｔ)＝ａ∞で近似する。ここ
で、終期安定電圧変化率ａ∞は、厳密にはＸ軸に平行な
一定値とはならず、発電時間とともに少しずつ変化す
る。しかしながら、現状では、変曲点時間ｔ_bendまでの
電圧変化が支配的であるため、終期安定電圧変化率ａ∞
は、一定値と考えて支障はない。

【００３０】また、変曲点時間ｔ_bend以降の終期安定電
圧変化率ａ∞を求めるには、電圧変化率が安定するまで
基本運転パターンでの発電試験を行わなければならず、
現在でも１．５〜２万時間程度の発電試験を行わなけれ
ばならない。しかし、このような長期間の試験は、試験
時間や試験費用の面で制約されるため、小型セルを用い
て変曲点時間ｔ_bendまで試験を行い、それ以降は、各運
転パターンＡ、Ｂ、Ｃで試験を行い、各運転パターンの
終期安定電圧変化率ａ∞、ｂ∞、ｃ∞を確認することが
効果的である。従って、新型セルを用いた燃料電池の寿
命を予測する場合等では、１万時間程度のショートスタ
ックの寿命試験と２万時間程度の小型セルの寿命試験を
行うことが好ましい。

【００３１】発電初期時間ｔ_SORから発電時間ｔまでの
電圧低下量ΔＶは、下記の式（６）に示すように、上記
の近似式ｆ(ｔ)を発電初期時間ｔ_SORから発電時間ｔま
で積分することにより得られる。なお、上記近似では、
直線近似を用いたが、対数関数、二次関数等を用いて曲
線近似を行ってもよい。

【００３２】次に、上記の３種類の運転パターンＡ〜Ｃ
における電圧変化率と発電時間との関係について説明す
る。図６は、直線で近似した場合の運転パターンＡ〜Ｃ
の電圧変化率と発電時間との関係を示すグラフである。
各運転パターンの電圧低下量ΔＶ_A、ΔＶ_B、ΔＶ_Cは、
以下の式（７）〜（９）により求めることができる。

【００３３】ΔＶ_A−ΔＶ_Bは、起動停止による電圧低下
量を示し、ΔＶ_B−ΔＶ_Cは、負荷変化による電圧低下量
を示す。従って、寿命を予測しようとする燃料電池の運
転パターンの起動停止回数又は負荷変化回数が、上記の
３種類の運転パターンの起動停止回数又は負荷変化回数
と異なっている場合、以下のようにして近似式を求める
ことができる。起動停止や負荷変化による電圧低下量
は、発電時間とともに変化するが、同時期に実施する起
動停止や負荷変化の１回当たりの電圧低下量は、同じと
仮定する。この仮定の下、起動停止回数又は負荷変化回
数に応じて起動停止による電圧低下量ΔＶ_A−ΔＶ_B又は
負荷変化による電圧低下量ΔＶ_B−ΔＶ_Cを調整すること
により、任意の起動停止回数及び負荷変化回数を有する
運転パターンに対して上記と同様に近似式を作成するこ
とができる。

【００３４】例えば、月１回の起動停止を行う場合の電
圧変化率の近似式を求めてみる。ｆ_A(ｔ)とｆ_B(ｔ)とに
注目し、ｔ＝ｔ_SORとｔ＝ｔ₁₀₀₀（１０００時間）とに
おけるそれぞれの電圧変化率の差（ｆ_A(ｔ_SOR)−ｆ_B(ｔ
_SOR)、ｆ_A(ｔ₁₀₀₀)−ｆ_B(ｔ₁₀₀₀)）を、その間の運転パ
ターンＡ（週１回の起動停止）における起動停止回数４
で割った値が、それぞれの時点での起動停止１回当たり
の電圧変化率になる。この値を運転パターンＣのｆ_C(ｔ
_SOR)、ｆ_C(ｔ₁₀₀₀)に加算すれば、月１回の起動停止を
行う定格連続運転パターンの電圧変化率の近似式を求め
ることができる。

【００３５】また、運転パターンが運転パターンＡ→Ｂ
→Ｃのように変化した場合でも、以下の式（１０）のよ
うに各運転パターン毎に連続して積分した値を加算する
ことにより、全電圧低下量ΔＶを算出することもでき
る。

【００３６】

【数１】

【００３７】上記のように、３種類の運転パターンから
得られたデータを用いることにより、あらゆる運転パタ
ーンに対する電圧低下量を求めることができる。例え
ば、昼間は定格負荷で夜間は最低負荷にするミドル運
用、週末に起動停止するＷＳＳ運用、日中に起動停止す
るＤＳＳ運用等のように発電時間の一定期間を各基本運
転パターンで運用する場合にも本発明による寿命予測方
法を容易に適用することができる。なお、上記の近似
は、各運転パターン毎に行っているが、実際には、セル
の温度に燃料電池の寿命が依存する温度依存性がある。
従って、運転パターン別に近似するとともに、さらにセ
ルの温度別に近似式を求め、寿命を予測することによ
り、さらに高精度に燃料電池の寿命を予測することがで
きる。なお、温度依存性は、例えば、１０℃程度に区分
すれば明確になる。

【００３８】次に、求めた電圧低下量が所定値、例え
ば、初期電圧の１０％になる発電時間を燃料電池の寿命
であると判断する（ステップＳ４）。上記の方法では、
無理な仮定を設けず、試験データをできるだけ忠実に用
いているので、シンタリングやリン酸移動等の複合した
要因、並びに起動停止又は負荷変化の回数及び発電時間
の影響を含めて、燃料電池の寿命を予測することができ
る。従って、高精度に燃料電池の寿命を予測できる。ま
た、直線近似等の簡略な近似式を用いているので、簡便
に燃料電池の寿命を予測することができる。特に、本寿
命予測方法をプログラム化し、パーソナルコンピュータ
等のコンピュータに組み込めば、動作温度別の複雑な運
転パターンに対しても高精度な寿命予測を容易に行うこ
とができる。

【００３９】次に、本発明による寿命予測方法の精度を
確認するために行ったショートスタック寿命試験につい
て説明する。この寿命試験でも、図２乃至図４に示す運
転パターンＡ〜Ｃをベースとして試験を行ったが、負荷
変化幅については、試験装置に空気極再循環ブロワーが
設置されていなかったため、最低負荷は、６５％に制限
された。上記のショートスタック試験条件としては、セ
ル形式がリブ付電極、セル面積が３６００ｃｍ²、試験
セル数が１５セル、累積発電時間が１９２５９ｈ、起動
停止回数８６回、負荷変化回数が１２７１回、電流密度
２４０ｍＡ／ｃｍ²、動作温度２０５℃、動作圧力７ａ
ｔａである。

【００４０】図７は、上記の試験結果得られた運転パタ
ーンＡにおける電圧変化率と発電時間との関係を示すグ
ラフであり、図８は、上記の試験結果得られた運転パタ
ーンＣにおける電圧変化率と発電時間との関係を示すグ
ラフである。図７及び図８では、動作温度の寿命に対す
る影響を把握するため、燃料電池の高温群のセル（平均
動作温度２１１℃）、中温群のセル（平均動作温度２０
４℃）、低温群のセル（平均動作温度１９４℃）に分類
し、各温度での電圧変化率を示している。なお、運転パ
ターンＢについては、３回実施したのみであり、試験設
備の制約から負荷変化の幅も６５％〜１００％に制約さ
れた。従って、運転パターンＢは、運転パターンＣとほ
とんど変わらなかったため、記載を省略しているが、同
様な結果が得られている。また、図８において、１７０
００時間近辺で電圧変化率が上昇しているのは、高温群
のセルの電圧低下量が１０％に達し、ガスクロスが増加
したため、セルの異常により電圧変化が急変したことに
よるものである。

【００４１】図７及び図８に示す測定結果を用いて、マ
イクロソフト社製表計算ソフトＥＸＣＥＬにより近似式
を求めた。各温度別の近似式は、以下のようになった。

【００４２】まず、高温群のセルでは、ｔ≦１３３００（時間）のとき、ｙ_A＝−４×１０^-8×ｔ²＋０．０００４ｔ＋６．４１ｙ_C＝−０．０００４ｔ＋６．０１ｔ＞１３３００（時間）のとき、ｙ_A＝４．６５ｙ_C＝０．７である。

【００４３】次に、中温群のセルでは、ｔ≦１０９００
（時間）のとき、ｙ_A＝−４×１０^-8×ｔ²＋０．０００５ｔ＋４．５３ｙ_C＝−０．０００４ｔ＋５．０７ｔ＞１０９００（時間）のとき、ｙ_A＝４．１０ｙ_C＝０．７である。

【００４４】次に、低温群のセルでは、ｔ≦１３３００（時間）のとき、ｙ_A＝−０．０００５ｔ＋７．９１ｙ_C＝−０．０００２ｔ＋３．３６ｔ＞１３３００（時間）のとき、ｙ_A＝１．２６ｙ_C＝０．７である。

【００４５】なお、運転パターンＣの変曲点時間ｔ_bend
以降の一定な電圧変化率ｃ∞は、測定可能な電圧から求
めたものである。また、上記ショートスタック寿命試験
においては、１２０００時間を超えてから１６０００時
間までの間に、運転パターンＣを６回実施したが、低温
群の電圧変化率は、４回が０μＶ／ｈ、平均で０．２μ
Ｖ／ｈと測定された。これは、実際の電圧変化率が０〜
０．２μＶ／ｈであることを意味するのではなく、電圧
変化率を測定している計測器の測定誤差よりも電圧変化
率が小さいことを意味するものである。このため、発電
時間７００時間での計測器の測定誤差１ｍＶの半分であ
る０．７μＶ／ｈを電圧変化率ｃ∞として計算した。こ
の値は、寿命に関してより厳しく評価することになる値
である。

【００４６】初期特性試験以降の運転パターンの実施順
（Ｃ→Ａ→Ｃ→）に従って、上記の各近似式を各発電時
間毎に積分して電圧低下量を求めた。上記のようにして
計算した計算値と実際に測定された測定値とを下表に示
す。

【００４７】

【表１】

【００４８】上表より、計算値と実測値との電圧誤差
は、高温群のセルの場合、１０ｍＶであり、中温群のセ
ルの場合、１．５ｍＶであり、低温群のセルの場合、５
ｍＶであり、いずれも非常に小さい値となっている。ま
た、誤差は、変曲点以降の電圧低下率が一定になったと
き、大きくなる傾向があった。これは、解体調査の結
果、空気極や燃料極におけるリン酸増加が認められ、こ
れにより電圧変化率が大きくなったものと考えられる。

【００４９】上記のように、高温群のセルの１８５９５
時間での急増を除けば、各温度での初期電圧に対する誤
差は、高温群のセルでは、１．１％（８ｍＶ／７５６ｍ
Ｖ）であり、中温群のセルでは、０．２％（１．５ｍＶ
／７５１ｍＶ）であり、低温群のセルでは、０．７％
（５ｍＶ／７４４ｍＶ）であり、本発明の寿命予測方法
による計算値は、実測値との乖離が少なく、寿命予測精
度が非常に高いことがわかった。また、運転パターン毎
の実測値と計算値との誤差の二乗平均は、高温群のセル
の場合、４．２ｍＶであり、中温群のセルの場合、０．
７ｍＶであり、低温群のセルの場合、２．７ｍＶであ
り、従来の寿命予測方法と比較して約一桁小さい値とな
った。

【００５０】次に、上記の近似式を用いて定格連続発電
とＷＳＳ運用の場合の燃料電池の寿命を予測した。な
お、ここでのＷＳＳ運用は、週１回の起動停止と日５回
の負荷変化を行ったものである。その結果、定格連続発
電では、高温群のセルの場合、５．８万時間であり、中
温群のセルの場合、７．４万時間であり、低温群のセル
の場合、８．２万時間であった。また、ＷＳＳ運用で
は、高温群のセルの場合、１．０９万時間であり、中温
群のセルの場合、１．４万時間であり、低温群のセルの
場合、２．４７万時間であった。

【００５１】次に、上記のＷＳＳ運用を行った場合の定
格連続、起動停止の要因別の電圧低下量を図９及び図１
０に示す。図９は、高温群のセルの場合の電圧低下量と
発電時間との関係を要因別に示すグラフであり、図１０
は、低温群のセルの場合の電圧低下量と発電時間との関
係を要因別に示すグラフである。図９より、高温群のセ
ルでは、起動停止による電圧低下が支配的であり、図１
０より、低温群のセルでは、起動停止による電圧低下と
定格連続による電圧低下とが同程度になっていることが
わかった。

【００５２】

【発明の効果】本発明の燃料電池の寿命予測方法は、基
本運転パターンで運転される燃料電池の電圧変化率を測
定して電圧変化率と発電時間との関係を近似して燃料電
池の寿命を予測しているので、予測の過程に、無理な仮
定を含めることなく、測定した試験データをできるだけ
忠実に用いることができ、簡便な方法で高精度に燃料電
池の寿命を予測することができる。

【００５３】また、基本運転パターンに、定格連続運転
パターンと、負荷変化運転パターンと、起動停止運転パ
ターンとを含むことにより、この３種類の運転パターン
を組み合わせて種々の運転パターンでの寿命を予測する
ことができる。

【００５４】また、電圧変化率と発電時間との関係を直
線近似や対数近似することにより、近似式を求める計算
が簡略化され、さらに簡便に燃料電池の寿命を予測する
ことができる。

【００５５】また、燃料電池の寿命は、セルの動作温度
による温度依存性を有するため、燃料電池のセルの動作
温度毎に電圧変化率を測定することにより、さらに高精
度に燃料電池の寿命を予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の燃料電池の寿命予測方
法を説明するフローチャートである。

【図２】１週間単位の運転パターンＡの一例を示すグラ
フである。

【図３】１週間単位の運転パターンＢの一例を示すグラ
フである。

【図４】１週間単位の運転パターンＣの一例を示すグラ
フである。

【図５】電圧変化率と発電時間との関係を直線で近似し
た場合の電圧変化率と発電時間との関係を示すグラフで
ある。

【図６】直線で近似した場合の運転パターンＡ〜Ｃの電
圧変化率と発電時間との関係を示すグラフである。

【図７】実際の試験により得られた運転パターンＡにお
ける電圧変化率と発電時間との関係を示すグラフであ
る。

【図８】実際の試験により得られた運転パターンＣにお
ける電圧変化率と発電時間との関係を示すグラフであ
る。

【図９】高温群のセルの場合の電圧低下量と発電時間と
の関係を要因別に示すグラフである。

【図１０】低温群のセルの場合の電圧低下量と発電時間
との関係を要因別に示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本運転パターンで運転される燃料電池
の経時的な電圧変化率を測定する第１のステップと、前記基本運転パターンに対する電圧変化率と発電時間と
の関係を所定の近似式で近似する第２のステップと、前記近似式を用いて経時的に変化する燃料電池の電圧低
下量を求める第３のステップと、前記電圧低下量が所定値を越えたとき、燃料電池の寿命
が尽きたと判断する第４のステップとを含む燃料電池の
寿命予測方法。
【請求項２】前記基本運転パターンは、燃料電池を定
格負荷で連続して運転する定格連続運転パターンと、燃
料電池の負荷を変化させて運転する負荷変化運転パター
ンと、燃料電池の起動及び停止を繰り返して運転する起
動停止運転パターンとを含む請求項１記載の燃料電池の
寿命予測方法。
【請求項３】前記第２のステップにおける近似は、直
線近似又は対数近似を含む請求項１又は請求項２記載の
燃料電池の寿命予測方法。
【請求項４】前記第１のステップにおける測定は、燃
料電池のセルの動作温度毎に行われる請求項１から請求
項３までのいずれか１項記載の燃料電池の寿命予測方
法。