JPWO2016139761A1 - 燃料電池内部状態検出システム及び状態検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
カソード極: 4H++4e-+O2 → 2H2O ・・・(2)
これら(1)、(2)の電極反応によって、燃料電池のセルは1V(ボルト)程度の起電力を生じる。
図4は、本実施形態に係る燃料電池内部状態検出システムの流れを示すフローチャートである。
以下では、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、特に、インピーダンス値Z(ω1)、Z(ω2)、Z(ω3)が、円弧領域Lcに属するか、又は非円弧領域Lncに属するかの判定を、縦軸−1/(ωZim)且つ横軸1/ω2とする平面上における虚数成分インピーダンス値の周波数特性から得られる電気二重層容量値Cdlに基づいて行う。
以下では、第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態又は第2実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、特に、インピーダンス値Z(ω1)、Z(ω2)、Z(ω3)が、円弧領域Lcに属するか、又は非円弧領域Lncに属するかの判定を、縦軸−1/(ωZim)且つ横軸1/ω2とする平面上における虚数成分インピーダンス値の周波数特性から得られる反応抵抗値Ractに基づいて行う。
以下では、第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。第1実施形態では、複素平面上における円CY1(インピーダンス値Z(ω1)及びZ(ω2)に基づく)の実軸との交点の座標α1と円CY2(インピーダンス値Z(ω2)及びZ(ω3)に基づく)の実軸との交点の座標α2が一致するかどうかに基づいて、推定対象状態量が使用可能であるかを判定した。これに代えて、本実施形態では、インピーダンス値Z(ω1)及びZ(ω2)に基づく直線と実軸との交点及びインピーダンス値Z(ω2)及びZ(ω3)に基づく直線と実軸との交点の比較結果に基づいて、推定対象状態量が使用可能であるかを判定する。
以下では、第5実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下では、第6実施形態について説明する。なお、第1〜第5実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下では、第7実施形態について説明する。なお、第1実施形態〜第6実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下、第8実施形態について説明する。なお、第1〜第7実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、把握すべき燃料電池1の内部状態が水素量である場合について説明する。
以下、第9実施形態について説明する。なお、第1〜第8実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、把握すべき燃料電池1の内部状態が湿潤状態(湿潤度)である場合について説明する。すなわち、本実施形態では、燃料電池1が乾燥状態であるのかそうではないのかを検出することができる。
以下、第10実施形態について説明する。なお、第1〜9実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、把握すべき燃料電池1の内部状態が酸素欠乏状態である場合について説明する。すなわち、本実施形態では、燃料電池1が酸素欠乏状態であるのかそうではないのかを検出することができる。
以下、第11の実施形態について説明する。なお、第1〜第10の実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、インピーダンス計測にあたり、燃料電池1の出力電流及び出力電圧に交流信号を重畳する構成に代えて、燃料電池1に測定用電流源から電流Iを供給し、当該供給電流Iと出力される電圧Vとに基づいてインピーダンスZ=V/Iを計測するいわゆる励起電流印加法を行う。
Claims (12)
- 燃料電池のインピーダンス値に基づいて前記燃料電池の内部状態を検出する燃料電池内部状態検出システムであって、
前記内部状態の指標として推定対象状態量を設定する推定対象状態量設定手段と、
前記燃料電池のインピーダンス値を取得するインピーダンス値取得手段と、
前記取得されたインピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能であるか否かを判断するインピーダンス使用可否判断手段と、
前記インピーダンス使用可否判断手段により前記インピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能であると判断されると、前記取得されたインピーダンス値に基づいて、前記推定対象状態量設定手段により設定された推定対象状態量を算出する推定対象状態量算出手段と、
前記インピーダンス使用可否判断手段により前記インピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能ではないと判断されると、使用不可能時処理を行う使用不可能時処理実行手段と、
を有する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記インピーダンス値取得手段は、3つ以上の周波数に基づくインピーダンス値を取得し、
前記インピーダンス使用可否判断手段は、取得された3つ以上のインピーダンス値の少なくとも一つが、複素平面上のインピーダンス線における円弧領域に属するか、又は非円弧領域に属するかを判定し、該判定結果に応じて、前記インピーダンス値が使用可能であるか否かを判断する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項2に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記インピーダンス使用可否判断手段は、
前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値から選択された2つ以上のインピーダンス値から求められる2以上の線と実軸との交点の値を相互に比較することで、前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値の少なくとも1つが、前記インピーダンス線における円弧領域に属するか、又は非円弧領域に属するかを判定する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項2に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記インピーダンス使用可否判断手段は、
前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値から選択された2つ以上のインピーダンス値から求められる2つ以上の電気二重層容量値を相互に比較することで、前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値の少なくとも1つが、前記インピーダンス線における円弧領域に属するか、又は非円弧領域に属するかを判定する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項2に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記インピーダンス使用可否判断手段は、
前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値から選択された2つ以上のインピーダンス値から推定される2つ以上の反応抵抗値を相互に比較することで、前記3つ以上のインピーダンス値の内の少なくとも1つが、前記インピーダンス線における円弧領域に属するか、又は非円弧領域に属するかを判定する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項2に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記インピーダンス使用可否判断手段は、
前記3つ以上の周波数にて取得されたインピーダンス値から選択された2つ以上のインピーダンス値から求められる線と実軸との交点の値と、高周波数帯における周波数にて取得された高周波数インピーダンス値と、を相互に比較することで前記3つ以上のインピーダンス値の内の少なくとも1つが、前記インピーダンス線における円弧領域に属するか、又は非円弧領域に属するかを判定する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記使用不可能時処理実行手段は、
前記インピーダンス値を取得すべき周波数を再探索し、再探索された周波数に対応するインピーダンス値を再取得するか、
又は前記インピーダンス値取得手段の取得感度を向上させて該インピーダンス値を再取得する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記使用不可能時処理実行手段は、前記推定対象状態量算出手段に対し、前記推定対象状態量として粗推定値を算出させる燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記使用不可能時処理実行手段は、前記内部状態の検出を断念する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池内部状態検出システムであって、
前記推定対象状態量設定手段は、
前記検出する内部状態が水素量である場合に、前記推定対象状態量としてアノード極の反応抵抗値及び電気二重層容量値の少なくともいずれか一方を設定するか、
前記検出する内部状態が湿潤度である場合に、前記推定対象状態量として電解質膜抵抗値及びアイオノマ抵抗値の少なくともいずれか一方を設定するか、又は
前記検出する内部状態が酸素量である場合に、前記推定対象状態量としてカソード極の反応抵抗値を設定する燃料電池内部状態検出システム。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の燃料電池内部状態検出システムにおいて、
前記燃料電池が積層電池として構成され、
前記積層電池に接続されて該積層電池に交流電流を出力する交流電源部と、
前記積層電池の正極側の電位から該積層電池の中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記燃料電池の負極側の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、に基づいて交流電流を調整する交流調整部と、
前記調整された交流電流並びに前記正極側交流電位差及び前記負極側交流電位差に基づいて前記燃料電池の前記インピーダンス計測値を演算するインピーダンス演算部と、
を有する燃料電池内部状態検出システム。 - 燃料電池のインピーダンス値に基づいて前記燃料電池の内部状態を検出する燃料電池内部状態検出方法であって、
前記内部状態の指標として適切な推定対象状態量を設定する推定対象状態量設定工程と、
前記燃料電池のインピーダンス値を取得するインピーダンス値取得工程と、
前記取得されたインピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能であるか否かを判断するインピーダンス使用可否判断工程と、
前記インピーダンス使用可否判断工程により前記インピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能であると判断されると、前記取得されたインピーダンス値に基づいて、前記推定対象状態量設定工程により設定された推定対象状態量を算出する推定対象状態量算出工程と、
前記インピーダンス使用可否判断工程により、前記インピーダンス値が前記推定対象状態量の算出に使用可能ではないと判断されると、使用不可能時処理を行う使用不可能時処理実行工程と、
を有する燃料電池内部状態検出方法。
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