WO2007018294A1

WO2007018294A1 - 性能劣化判定装置及びその方法

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Publication number: WO2007018294A1
Application number: PCT/JP2006/315971
Authority: WO
Inventors: Nobuo Watanabe; Nobuyuki Kitamura
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-02-15
Also published as: KR100985149B1; CN101243569A; DE602006017564D1; CA2618712C; US8129998B2; CA2618712A1; EP1923945B1; CN101243569B; US20100141262A1; KR20080033527A; EP1923945A1; JP4807000B2; JP2007048559A; EP1923945A4

Description

明細書性能劣化判定装置及びその方法技術分野

本発明は、燃料電池における性能劣.化を判定するための技術に関するものである。背景技術

従来、燃料電池に発生する異常を検知する方法として、例えば、特開 2 0 0 2— 3 6 7 6 5 0号公報に記載されているように、燃料電池の交流インピーダンスを利用する方法が知られている。

かかる既提案例においては、固体高分子型燃料電池において、正常発電時のセル又はスタックの交流インピーダンスを特定周波数について予め測定し、これをインピーダンス基準値としておき、発電中のセル又はスタックの交流インピーダンスを特定周波数について測定し、そのインピーダンス測定値をインピーダンス基準値と比較し、比較した両者の差分が許容値を超えたときに、そのセル又はスタックに異常が発生したと判定するようにしていた。具体的には、周波数 5 H zでのインピーダンスの虚部の値にて、燃料電池における拡散抵抗（濃度分極）を、周波数 4 0 H zでのインピーダンスの虚部の値にて、反応抵抗を、周波数 5 k H zでのインピーダンスの実部の値にて、オーム抵抗を、それぞれ測定するものとしていた。

しかしながら、燃料電池の交流インピーダンスの値は、燃料電池における性能劣化によって変化する他、例え、正常な状態であっても、燃料電池における運転状態によづ'て変化し得る。特に、燃料電池を自動車などにおけるエネルギ供給源として用いた場合、自動車の動作状態などに応じて、燃料電池の運転状態（例えば、温度や出力など）は著しく変化し、それに基づき、交流インピーダンスの値も著しく変化する。従って、上記した従来技術においては、インピーダンス測定値とインピーダンス基準値との差が許容値を超えたのは、セル又はスタックに異常（性能劣化）が発生して、インピーダンス測定値が変化したことに起因したものなのか、燃料電池の運転状態が変化して、インピーダンス測定値が変化したことに起因したものなのか、を判定することができないおそれがあった。

例えば、燃料電池における反応抵抗の値の増大は、触媒活性の劣化に起因して起きる場合と、温度低下に基づく触媒活性の低下に起因して起きる場合と、が考えられ、上記した従来技術においては、前者、すなわち、性能劣化（異常）であるのか、後者、すなわち、性能低下に過ぎないのかを判定することは困難であった。このことは、'拡散抵抗やオーム抵抗についても、同様であった。

なお、本明細書において、「性能劣化」とは、永続的に性能が低下している状態であって、「性能低下」とは、一時的に性能が低下している状態であって、条件によつ • ては回復する見込みがある状態を言う。発明の開示

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる技術を提供することにある。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の性能劣化判定装置は、燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定装置であって、

前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する交流ィンピーダンス測定部と、

前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出部と、

検出された前記運転状態に対応した判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスから導き出される値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する判定部と、

を備えることを要旨とする。

このように、本発明の性能劣化判定装置では、例え、燃料電池の運転状態が変化しても、その運転状態を運転状態検出部が検出し、判定部が、その運転状態に対応した判定基準と、測定された交流インピーダンスからの導出値と、を比較して、燃料電池における性能劣化を判定するようにしている。

従って、本発明の性能劣化判定装置によれば、燃料電池の運転状態が変化しても、交流インピーダンスからの導出値と比較する判定基準値としては、常に、その運転状態に対応した値が用いられるため、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる。従って、性能劣化であるのか、それとも、運転状態の変化に基づく性能低下に過ぎないのかを明確に判別することができ、燃料電池の性能劣化を早期に発見することが可能となる。

本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵杭が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、少なくとも、前記燃料電池における電解質膜の湿潤状態を検出すると共に、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることが好ましい。

一般に、燃料電池において、オーム抵抗の値はセパレータゃ電解質膜の劣化によつて増大するため、上記のような構成を採ることにより、オーム抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、セパレ一タゃ電解質膜の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

本発明の性能劣化判定装置において、前記電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。オーム抵抗の値は、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからである。

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度及び前記燃料電池に供給されるガスの加湿量のうち、少なくとも 1つを検出すると共前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることが好ましい。

このような構成を採ることにより、電解質膜の湿潤状態を的確に把握することができ、オーム抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、セパレータゃ電解質膜の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、少なくとも、前記燃料電池における触媒の活性状態を検出し、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であると共に、

前記触媒の活性状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。

一般に、燃料電池において、反応抵抗の値は触媒活性の劣化によって増大するため、上記のような構成を採ることにより、反応抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、触媒活性の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

反応抵抗の値は、触媒の活性状態が低下した状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからであ！)。

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池に供給されるガスの圧力及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも 1つを検出すると共に、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であることが好ましい。

このような構成を採ることにより、触媒の活性状態を的確に把握することができ、反応抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、触媒活性の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

本発明の性^劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗 - が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、少なくとも、前記燃料電池におけるガスの拡散状態を検出し、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であると共に、

前記ガスの拡散状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。

一般に、燃料電池において、拡散抵抗の値は拡散層の劣化によって増大するため、上記のような構成を採ることにより、拡散抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、拡散層の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

拡散抵抗の値は、ガスの拡散状態が低下した状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからである。本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、少なくとも、前記燃料電池に供給される空気の流量、前記空気の加湿量及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも 1つを検出すると共に、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であることが好ましい。

このような構成を採ることにより、ガスの拡散状態を的確に把握することができ、拡散抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、拡散層の劣化が生じているか否かめ判定を容易に行うことができる。

本発明の性能劣化判定装置において、前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における内部抵抗の値であってもよい。

このように、内部抵抗に基づく性能劣化判定を行うことにより、燃料電池における性能劣化を総合的に判定することが可能となる。

なお、本発明は、上記した性能劣化判定装置にも適用できるほか、性能劣化判定装置に用いる判定ユニットにも適用することができる。また、これら装置発明の態様に限ることなく、性能劣化判定方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施例としての燃料電池性能劣化判定装置を示すプロック図であ。

図 2は、図 1におけるセンサ群 3 0 0及び判定ュニット 4 0 0の構成を示すブロック図である。

図 3は、燃料電池の交流インピーダンスと内部抵抗との関係を示す説明図である。図 4は、燃料電池における電解質膜の抵抗値と電解質膜の温度や含水率との関係を示す説明図である。

図 5は、オーム抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 6は、交流インピーダンスの測定値とそれから導出されるォ厶抵抗の値を示す説明図である。

図 7は、燃料電池における反応抵抗値と F C温度や圧力との関係を示す説明図である。

図 8は、反応抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一卜である。図 9は、交流ィンピーダンスの測定値とそれから導出される反応抵抗の値を示す説明図である。

図 1 0は、正常時の交流インピーダンスの軌跡と反応抵抗に関わる性能劣化時のィ • ンピーダンスの軌跡とをそれぞれ示す説明図である。

図 1 1は、燃料電池における拡散抵抗値と空気流量や加湿量との関係を示す説明図である。

図 1 2は、拡散抵抗に基づぐ性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。

図 1 3は、交流インピーダンスの測定値とそれから導出される拡散抵抗の値を示す説明図である。

図 1 4は、内部抵抗に基づぐ I生能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一卜である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。

A . 実施例の構成： B . 燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗：

C . 性能劣化判定の原理：

D . オーム抵抗に基づく性能劣化判定：

E . 反応抵抗に基づく性能劣化判定：

F . 拡散抵抗に基づぐ性能劣化判定：

G . 実施例の効果：

H . 変形例：

H - 1 . 変形例 1 ：

H - 2 . 変形例 2 ：

H— 3 . 変形例 3 ：実施例の構成：

図 1は本発明の一実施例としての燃料電池性能劣化判定装置を示すプロック図である。図 1において、燃料電池 1 0 0は、燃料電池性能劣化判定装置などと共に、自動車（図示せず）に搭載されており、インバータ 6 0 0を介して、自動車に推進力を与えるためのモータ（図示せず）などに接続されている。燃料電池 1 0 0は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセル（図示せず）を、複数積層させたスタックから成る。各セルは、それぞれ、プロトン伝導性を有する電解質膜（図示せず）の両面に、拡散層，触媒層を含むアノード及び力ソード（図示せず）を形成して、膜電極接合体（図示せず）を構成し、その膜電極接合体の両面をセパレータ（図示せず）によって挟持することにより、構成されている。本実施例において、電解質膜は固体高分子膜で形成されており、プロトン伝導性を適切に保つナ::めに加湿されている。

一方、燃料電池性能劣化判定装置は、交流インピーダンス測定装置 2 0 0と、センサ群 3 0 0と、判定ュニット 4 0 0と、警告ュニット 5 0 0と、で構成されている。このうち、交流インピーダンス測定装置 2 0 0は、周波数掃引部 2 1 0と、インピーダンス測定部 2 2 0と、を備えており、燃料電池 1 0 0の正負両極にそれぞれ接続されている他、判定ユニット 4 0 0にも接続されている。また、センサ群 3 0 0は、後述するように、燃料電池 1 0 0の内部及び外部にそれぞれ配置された複数のセンサから成っており、各センサはそれぞれ判定ュニット 4 0 0に接続されている。

なお、これらのうち、交流インピーダンス測定装置 2 0 0は、請求項における交流インピーダンス測定部に、センサ群 3 0 0は、請求項における運転状態検出部に、判定ユニット 4 0 0は、請求項における判定部もしくは判定ユニットに、それぞれ相当する。

図 2は図 1におけるセンサ群 3 0 0及び判定ュニット 4 0 0の構成を示すプロ、リク図である。図 2に示すように、センサ群 3 0 0は、燃料電池 1 0 0の発電電流を検出する電流センサ 3 1 0と、燃料電池 1 0 0の内部温 J¾、具体的には、冷却水の温度を F C温度として検出する F C温度センサ 3 2 0と、燃料電池 1 0 0の力ソード側に供給される空気の流量を検出する空気流量センサ 3 3 0と、.燃料電池 1 0 0に供給されるガス（水素，空気）の圧力を検出するガス圧力センサ 3 4 0と、燃料電池 1 0 0に供給されるガス（水素，空気）の加湿量を検出する加湿量センサ 3 5 0と、を備えている。

また、判定ユニット 4 0 0は、各種処理，計算，判定，制御などを行う C P U 4 1 0と、後述する判定基準値テーブル 4 2 2を格納するメモリ 4 2 0と、交流インピーダンス測定装置 2 0 0から測定出力やセンサ群 3ひ 0からの検出出力など入力して、 C P U 4 1 0に伝える入力インタフェース 4 3 0と、 C P U 4 1 0からの警告指示を警告ュニッ卜 5 0 0に与えたリ、制御指示を交流インピーダンス測定装置 2 0 0に伝えたりする出力インタフェース 4 4 0と、を備えている。

B . 燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗：

さて、本実施例の動作内容を説明する前に、燃料電池 1 0 0における交流インピーダンスと内部抵抗との関係について説明する。，

燃料電池 1 00における内部抵抗は、オーム抵抗と、応抵抗と、拡散抵抗と、によって構成され、内部抵抗の値は、これら各抵抗の値の和で表される。

内部抵抗-オーム抵抗 +反応抵抗 +拡散抵抗

このうち、オーム抵抗は、燃料電池におけるセパレータゃ電解質膜の直流抵抗分であり、いわゆるオームの法則に従う抵抗である。

反応抵抗は、触媒での化学反応に起因する抵抗分である。本実施例のような、純水素と空気とを供給ガスとして用いる燃料電池では、力ソード側（空気極）において、 0₂ + 4 e_→20²—の反応により、反応抵抗（電圧低下）が大きくなるのに対し、 'ァノード側（水素極）側では、反応抵抗は無視することができる。

拡散抵抗は、活物質が触媒へ到達するしにくさに起因する抵抗分である。本実施例のような、純水素と空気とを供給ガスとして用いる燃料電池では、空気の成分比が 0₂ ： N₂=21 ： 79なので、力ソード側（空気極）において、酸素 0₂が消費されることにより触媒表面に到達しにくくなリ、それによつて拡散抵抗が大きくなる。また、力ソード側（空気極）においては、 2H₂ + 0₂→2H0₂の反応により、水（H₂ O) も生成され、その水により酸素 0₂の拡散が阻害され、それによつても拡散抵抗が大きくなる。これに対し、アノード側（水素極）側では、水素 H₂としてほぼ 1 0 0 %濃度のガスが供給されるため、拡散抵抗は無視することができる。

一方、燃料電池の交流インピーダンスは、一般に'、周波数を掃引（スイープ）することによって、複素平面上において、図 3に示すような軌跡を描く。

図 3は燃料電池の交流インピーダンスと内部抵抗との関係を示す説明図である。図 3におい t、横軸は、交流インピーダンス Zの実部 R e (Z) を表し、横軸は、虚部 - I m (Z) を表す。周波数 ωを 0から無限大∞に向かって掃引することによって、燃料電池における交流インピーダンスは、図 3に示すように、小半円弧と大半円弧とを描くことになる。具体的には、交流インピーダンスの値は、周波数 ωが 0 Η ζ (ω =0) のときに、小半円弧の端部 Aに位置し、周波数 ωが数十 H z以下（例えば、 ω =ω 1 , ω Ζ, ω3) においては、端部 Αから小半円弧^大半円弧が接する端部 Βの近傍に至り、周波数 ωが数十 Η ζ〜数百 Η ζ (例えば、 ω = ω4, ω5, ω 6) においては、端部 Βの近傍から大半円弧の縁部 Cの近傍に至り、さらに、周波数 ωが 1 k H z以上（例えば、 ω = ω7) においては、縁部 Cの近傍から大半円弧の端部 Dの近傍に至る。

その際、燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗との関係は、次のごとくになっている。すなわち、図 3において、交流インピーダンス Ζの実部 R e (Z) に着目すると、複素平面の原点から大半円弧の一方の端部（ω =∞) までの距離は、燃料電池におけるオーム抵抗 Ro hmの値に相当し、大半円弧の一方の端部（ω =∞) から他方の端部までの距離は、反応抵抗 R a c tの値に相当し、小半円弧の一方の端部から他方の端部（ω = 0) までの距離は、拡散抵抗 Rg a sの値に相当し、それらの和が内部抵抗 R i nに相当する。

従って、燃料電池 1 00における交流インピーダンスを測定することによって、燃料電池 1 00における内部抵抗 R i nを構成するオーム抵抗 R o hm, 反応抵抗 R a c t , 拡散抵抗 Rg a sの値をそれぞれ導き出すことができる。

なお、周波数としては、例えば、オーム抵抗： 500 H z以上、反応抵抗： 5〜5 00 H z、拡散抵抗： 5H z以下がそれぞれ対応する。 C. 性能劣化判定の原理：

ところで、このようなオーム抵抗 Ro hm, 反応抵抗 Ra c t , 拡散抵抗 Rg a s の各値は、燃料電池 1 00における性能劣化によって、それぞれ増大し得る。具体的には、オーム抵抗 Ro hmの値はセパレータゃ電^質膜の劣化によって増大し、反応抵抗 Ra c tの値は触媒活性の劣化によって増大し、拡散抵抗 Rg a sの値は拡散層の劣化によって増大する。従って、上記のごとく、燃料電池 1 00における交流インピーダンスを測定し、ォーム抵抗 R o h m，反応抵抗 R a c t , 拡散抵抗 R g a sの各値をそれぞれ導き出した上で、何れの抵抗の値が増大したかを検知することによって、燃料電池 1 00のいずれにおいて、性能劣化が生じたかを判定することができる。

しかしながら、このようなオーム抵抗 Ro hm, 反応抵抗 Ra c t , 拡散抵抗 Rg a sの各値は、燃料電池 1 00の運転状態によっても、それぞれ変化し得る。従って、例え、燃料電池 1 00が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）であっても、燃料電池 1 00の運転状態によっては、燃料電池 1 00において性能低下を来してしまし、、これらオーム抵抗 R o h m, 反応抵抗 R a c t , 拡散抵抗 R g a sの各値が、'それぞれ、増大する場合がある。

従って、前述した従来技術と同様に、単に、抵抗の値の増大を検知するだけでは、性能劣化であるのか、単なる性能低下に過ぎないのかを判定することが困難であった。そこで、本実施例においては、予め、燃料電池 1 00における運転状態毎に、ォ一ム抵抗 R o m, 反応抵抗 R a c t , 拡散抵抗 R g a sの各々について、判定基準値をそれぞれ設定しておき、燃料電池 1 00における交流インピーダンスを測定して、オーム抵抗 Ro hm, 反応抵抗 Ra c t , 拡散抵抗 R g a sの各値をそれぞれ導き出す際に、燃料電池 1 00の運転状態を検出して、その運転状態に対応した判定基準値を特定し、その判定基準値と、導き出した抵抗の値と、を比較し、抵抗の値が判定基準値を超えていた場合に、性能劣化を生じていると判定するようにしている。

それでは、オーム抵抗 R o h mに基づく性能劣化判定、反応抵抗 R a c tに基づく性能劣化判定、拡散抵抗 R g a sに基づく性能劣化判定について、以下、順番に説明する。

D. オーム抵抗に基づぐ I生能劣化判定：

オーム抵抗は、燃料電池 1 00におけるセパレータと電解質膜の直流抵抗の和であると考えられる。このうち、電解質膜の直流抵抗は、膜のプロトン伝導度によって決定される値であり、燃料電池 1 0 0の性能を左右する物性値である。プロトン伝導度は、電解質膜の温度が高い場合に大きくなリ、低い場合に小さくなる。また、プロ卜ン伝導度は、電解質膜の含水率が高い場合、すなわち、電解質膜の湿潤状態が湿った状態にある場合に、大きくなリ、電解質膜の含水率が低い場合、すなわち、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態にある場合に.、小さくなる。

図 4は燃料電池における電解質膜の抵抗値と電解質膜の温度や含水率との関係を示す説明図である。従って、電解質膜の抵抗値は、図 4に示すように、電解質膜の温度が低いほど、また、含水率が低い（すなわち、乾いた状態になる）ほど、大きくなリ、反対に、電解質膜の温度が高いほど、また、含水率が高い（すなわち、湿った状態になる）ほど、小さくなる。ここで、電解質膜の抵抗値が、温度上昇に伴って小さくなるのは、プロトン伝導が、イオン伝導であり、化学反応であるからである。すなわち、 • 金属やカーボンなどにおいて、正孔移動や電子移動などの電気伝導に起因して、抵抗値が温度低下に伴って小さくなる現象とは異なっている。

なお、電解質膜の含水率（言い換えれば、電解質の湿潤状態）は、燃料電池 1 0 0 に供給されるガス（すなわち、水素と空気）の加湿量によって変化し、具体的には、図 4に示すように、加湿量が少ないほど含水量が低くなリ（すなわち、乾いた状態になり）、加湿量が多いほど含水率が高くなる（すなわち、湿った状態になる）。また、本実施例において、電解質膜の温度は、燃料電池 1 0 0の冷却水温度である F C温度で代用する。

従って、燃料電池 1 0 0において、運転状態として、供給ガスの加湿量や F C温度を把握することができれば、電解質膜の抵抗値は推定することができる。

一方、セパレータには、金属材料や炭素系材料が用いられるため、その抵抗値は既知である。

そこで、本実施例においては、予め、燃料電池 1 0 0が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、加湿量， F C温度毎に、それぞれ、電解質膜の抵抗値を導き出す。すなわち、加湿暈と F C温度の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ電解質膜の抵抗値を導き出すのである。そして、導き出した電解質膜の各抵抗値にセパレータの抵抗値を加算することによって、オーム抵抗の値をそれぞれ求め、それら求めたオーム抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、加湿量, F C温度毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、それら複数の判定基準値を、加湿量， F C温度をキーとする 2次元の判定基準値テーブル 4 2 2として、メモリ 4 2 0に格納しておく。

従って、導き出された各判定基準値は、 '加湿量が少ない（すなわち、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になる）ほど、また、 F C温度が低い''（すなわち、電解質膜の温度が低い）ほど、大きくなリ、反対に、加湿量が多い（すなわち、電解質膜の湿潤状 • 態が湿った状態になる）ほど、 F C温度が高い（すなわち、電解質膜の温度が高い）ほど、小さくなるよう、設定されることになる。

図 5はオーム抵抗に基づぐ I生能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一トである。本実施例では、燃料電池 1 0 0が起動した後、発電を開始すると、図 5に示す処理ル一チンが定期的にまたは不定期に実行される。図 5に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置 2 0 0は、判定ユニット 4 0 0による制御に従って、周波数 1 k H z以上について、燃料電池 1 0 0のインピーダンスを測定し（ステップ S 1 0 2 ) 、その測定結果を判定ュニット 4 0 0に出力する。具体的には、インピーダンス測定部 2 2 0が燃料電池 1 0 0の正負両極間に交流信号を印加して、周波数掃引部 2 1 0がその周波数 ωを 1 k Η ζ以上で掃引しながら、インピーダンス測定部 2 2 0が、燃料電池 1 0 0の電流，電圧を計測することによって、各周波数での燃料電池 1 0 0のインピーダンスを測定する。

判定ュニット 4 0 0は、交流インピーダンス測定装置 2 0 0から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値からオーム抵抗 Ro hmを導き出す（ステツプ S 1 04) 。

図 6は交流インピーダンスの測定値とそれから導出されるオーム抵抗の値を示す説明図である。前述したように、オーム抵抗 Ro hmの値は、交流インピーダンス Zの実部 Re (Z) に着目すると、複素平面の原点から大半円弧の一方の端部（ω =∞) までの距離に相当する。そのため、オーム抵抗 Ro hmの値を導く際には、厳密に言えば、周波数無限大（ω =∞) についてのインピーダンスの値 Ζ (∞) を用いるべきであるが、本実施例においては、 k H zオーダーの高周波数についてのインピーダンスを測定し、その測定値を用いるようにしている。周波数については、必ずしも厳密に規定する必要はなく、実用上、「1 kH z以上の高周波数」であれば十分だからであ。

従って、図 6に示すように、測定により、周波数 1 kH z以上として、例えば、 ω =ω 7についてのインピーダンスの測定値 Ζ (ω 7) を得た場合、その実部 Re (Z (OJ7) ) の値を求めることにより、オーム抵抗 Ro hmの値を導き出すことができる。

一方、インピーダンス測定を行った際における FC温度を、 FC温度センサ 320 が検出し（ステップ S 1 06) 、供給ガスの加湿量を、加湿量センサ 350が検出すると（ステップ S 1 08) 、判定ユニット 400は、それら検出結果を取得する。ここで検出した FC温度は、前述したとおり、電解質膜の温度として代用されることになり、また、検出した加湿量は、電解質膜の湿潤状態を間接的に表すパラメータとなる。

次に、判定ユニット 400は、メモリ 420に格納された判定基準値テーブル 42 2を参照して、取得した FC温度と加湿量とを基にして、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値 R r e f を導き出す（ステップ S 1 1 0) 。そして、判定ュニット 400は、先に導き出したオーム抵抗 Ro hmの値を、判定基準値テーブル 422 から導き出した判定基準値 R r e f と比較し、オーム抵抗 R o h mの値が判定基準値 R r e f を超えているか否かを判定する（ステップ S 1 ：1 2 ) 。判定の結果、超えている場合には、電解質膜の劣化（すなわち、プロトン伝導性の悪化）が生じているか、セパレ一タ等の接触抵抗の増大（すなわち、セパレータの劣化）が生じているものとして、判定ユニット 4 0 0は、警告ユニット 5 0 0によって運転者に対して警告を発する（ステップ S 1 1 4 ) 。反対に超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図 5の処理ルーチンをリターンする。

以上のようにして、オーム抵抗 R o h mに基づいた性能劣化の判定を行うことがでぎる。

E . 反応抵抗に基づく性能劣化判定：

反応抵抗は、燃料電池！ 0 0における触媒の化学反応の活性に支配されている。この触媒活性は、温度が高い場合に高くなリ、温度が低い場合に低くなる。また、触媒活性は、供給されるガス（空気）の圧力が高い場合に高くなリ、圧力が低い場合に低くなる。さらに、触媒活性は、燃料電池 1 0 0の発電電流が小さい場合に高くなり、発電電流が大きい場合に低くなる。

図 7は燃料電池における反応抵抗値と F C温度や圧力との関係を示す説明図である。従って、燃料電池 1 0 0の発電電流が一定である場合（或る電流値である場合）に、反応抵抗の値は、図 7に示すように、 F C温度が低いほど、また、圧力が低いほど、大きくなリ、反対に、 F C温度が高いほど、また、圧力が高いほど、小さくなる。また、反応抵抗の値は、 F C温度，圧力がそれぞれ一定である場合には、発電電流が大きいほど、大きくなリ、発電電流が小さいほど、小さくなる。

従って、燃料電池 1 0 0において、運転状態として、 F C温度、供給ガスの圧力及ぴ発電電流を把握することができれば、反応抵抗の値は推定することができる。

そこで、本実施例においては、予め、燃料電池 1 0 0が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、 F C温度，圧力，発電電流毎に、それぞれ、反応抵抗の値を求める。すなわち、 F C温度と圧力と発電電流の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ反応抵抗の値を求めるのである。そして、その求めた反応抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、 F C温度，圧力，発電電流毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、.それら判定基準値を、 F C温度，圧力，発電電流をキーとする 3次元の判定基準値テーブル 4 2 2として、メモリ 4 2 0に格納しておく。

従って、導き出された各判定基準値は、 F C温度が低いほど、圧力が低いほど、'また、発電電流が大きいほど、大きくなリ、反対に、 F C温度が高いほど、圧力が高いほど、また、発電電流が小さいほど、小さくなるよう、設定されることになる。言い換えれば、各半 U定基準値は、触媒活性が低いほど、大きくなリ、触媒活性が高いほど、小さくなるように、設定されている。

図 8は反応抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一卜である。本実施例では、燃料電池 1 0 0が起動した後、発電を開始すると、図 5に示す処理ル一チンと同様、図 8に示す処理ルーチンも定期的にまたは不定期に実行される。図 8 に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置 2 0 0は、判定ュニット 4 0 0による制御に従って、数十 H z〜数百 H zの周波数について、燃料電池 1 0 0のインピーダンスを測定し（ステップ S 2ひ 2 ) 、その測定結果を判定ュニット 4 0 0に出力する。判定ユニット 4 0 0は、交流インピーダンス測定装置 2 0 0から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値から反応抵抗 R a c tを導き出す（ステップ S 2 0 4 ) 。

図 9は交流インピーダンスの測定値とそれから導出される反応抵抗の値を示す説明図である。前述したように、反応抵抗 R a c tの値は、交流インピーダンス Zの実部 R e ( Z ) に着目すると、大半円弧の一方の端部（ω =∞) から他方の端部までの距離に相当する。ここで、反応抵抗 R a c tの値を導き出す方法としては、次の 2つの方法のうち、何れかの方法を用いることができる。

1 ) 数十 H _Z〜数百 H zの周波数として、インピーダンスの虚部の値が極大（すなわち、大半円弧の頂点）となる周波数（例えば、 ω = ω5) を選択し、その周波数についてのインピーダンスの測定値 Ζ (ω 5) を取得し、その虚部ー I m (Ζ (ω 5) ) の値を求め、その値を 2倍することにより、反応抵抗 Ra c tの値を導き出す。図 9に示すように、インピーダンスの虚部の極大値（大半円弧の頂点）は、反応抵抗の値の 1 2に相当するからである（一 I m (Z (ω 5) ) = ( 1 Ζ2) a c t ) 。

2) 数十 H z〜数百 H zの周波数として、インピーダンスの虚部の値が或る程度小さくなる周波数を 2つ（例えば、 ω = ω4, J6) を選択し、それら周波数についてのインピーダンスの測定値 Ζ (ω 4) , Ζ ( ω 6 ) を取得し、各々の実部 R e (Z (ω 4) ) ， Re (Ζ (ω 6) ) の値を求め、それらの差 Re (Z (ω4) ) 一 Re (Ζ (ω6) ) を算出することにより、反応抵抗 Ra c tの値を導き出す。

一方、インピーダンス測定を行った際における FC温度を、 FC温度センサ 320 が検出し（ステップ S 206) 、供給ガス（空気）の圧力を、ガス圧力センサ 340 が検出し（ステップ S 208) 、発電電流を電流センサ 31 0が検出すると（ステツプ S 21 0) 、判定ユニット 400は、それら検出結果を取得する。ここで検出した FC温度、圧力及び発電電流は、前述したとおり、触媒活性を表すパラメータとなる。次に、判定ユニット 400は、メモリ 420に格納された判定基準値テーブル 42 2を参照して、取得した FC温度と圧力と発電電流とを基して、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値 R r e f を導き出す（ステップ S 21 2) 。そして、判定ュニット 400は、先に導き出した反応抵抗 Ra c tの値を、判定基準値テーブル 422から導き出した判定基準値 R r e f と比較し、反応抵抗 R a c tの値が判定基準値 R r e f を超えているか否かを判定する（ステップ S 21 4) 。

図 1 0は正常時の交流インピーダンスの軌跡と反応抵抗に関わる性能劣化時のインピーダンスの軌跡とをそれぞれ示す説明図である。図 1 0において、 T 1が正常時の交流インピーダンスの軌跡を示し、 T 2が反応抵抗に関わる性能劣化時のインピーダンスの軌跡を示す。また、 R a c t 1は正常時の反応抵抗の値を、 R a c t 2は性能劣化時の反応抵抗の値を、 R r e f は判定基準値を、それぞれ示す。

判定の結果、反応抵抗 R a c tの値が判定基準値 R r e f を超えている場合（R a c t 1 > R r e f ) には、触媒活性の劣化が生じているとして、判定ュニット 4 0 0 は、警告ユニット 5 0 0によって運転者に対して警告を発する（ステップ S 2 1 6 ) 。反対に反応抵抗 R a c tの値が判定基準値 R r e f を超えていない場合（R a c t 2 < R r e f ) には超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図 8の処理ルーチンをリターンする。

以上のようにして、反応抵抗 R a c tに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。

F . 拡散抵抗に基づく性能劣化判定：

拡散抵抗は、燃料電池 1 0 0に供給されたガスの拡散のしにくさ、具体的には、空気中の酸素 o ₂が触媒に到達する際の、到達のしにくさを表している。従って、拡散抵抗は、図 1 1に示すように、燃料電池 1 0 0の発電電流が一定である場合（或る電流値である場合）に、供給される空気の流量が多いほど、小さくなリ、空気の流量が少ないほど、大きくなリ、また、供給される空気の加湿量が少ないほど、小さくなリ、空気の加湿量が多いほど、大きくなる。

図 1 1は燃料電池における拡散抵抗値と空気流量や加湿量との関係を示す説明図で従って、燃料電池 1 0 0において、運転状態として、空気流量、加湿量及び発電電流を把握することができれば、拡散抵抗の値は推定することができる。

そこで、本実施例においては、予め、燃料電池 1 0 0が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、空気流量，加湿量，発電電流毎に、それぞれ、拡散抵抗の値を求める。すなわち、空気流量と加湿量と発電電流の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ拡散抵抗の値を求めるのである。そして、その求めた拡散抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、空気流量，加湿量，発電電流毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、それら判定基準値を、空気流量，加湿量, 発電電流をキーとする 3次元の判定基準値テーブル 422として、メモリ 420に格納しておく。

従って、導き出された各判定基準値は、空気流量が少ないほど、加湿量が多いぼど、大きくなリ、反対に、空気流量が少ないほど、加湿量が少ないほど、小さくなるよう、設定されることになる。言い換えれば、各判定基準値は、燃料電池 1 00に供給されたガス（具体的には、空気中の酸素 o₂) の拡散状態が低下するほど、大きくなリ、ガスの拡散状態が向上するほど、小さくなるように、設定されている。

図 1 2は拡散抵抗に基づぐ f生能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一トである。本実施例では、燃料電池 1 00が起動した後、発電を開始すると、図 5, 図 8に示す処理ルーチンと同様、図 1 2に示す処理ルーチンも定期的にまたは不定期に実行される。図 1 2に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置 200 は、.判定ユニット 400による制御に従って、数十 H z以下の周波数について、燃料電池 1 00のインピーダンスを測定し（ステップ S 302) 、その測定結果を判定ュニット 400に出力する。判定ユニット 400は、交流インピーダンス測定装置 20 0から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値から拡散抵抗 R g a sを導き出す（ステップ S 304) 。

図 1 3は交流インピーダンスの測定値とそれから導出される拡散抵抗の値を示す説明図である。前述したように、拡散抵抗 Rg a sの値は、交流インピーダンス Zの実部 Re (Z) に着目すると、小半円弧の一方の端部から他方の端部（ω=0) までの距離に相当する。ここで、拡散抵抗 Rg a sの値を導き出す方法としては、反応抵抗 Ra c tの場合と同様に、次の 2つの方法のうち、何れかの方法を用いることができる。

1 ) 数十 H _Z以下の周波数として、インピーダンスの虚部の値が極大（すなわち、小半円弧の頂点）となる周波数（例えば、 ω = ω2) を選択し、その周波数についてのインピーダンスの測定値 Ζ (ω 2).を取得し、その虚部一 I m (Z (ω2) ) の値を求め、その値を 2倍することにより、拡散抵抗 Rg a sの値を導き出す。図 1 3に示すように、インピーダンスの虚部の極大値（小半円弧の頂点）は、拡散抵抗の値の 1 Z2に相当するからである（一 I m (Z (ω 2) ) = (1/2) Rg a s) 。 ' 2) 数十 H z以下の周波数として、インピーダンスの虚部の値が或る程度小さくなる周波数を 2つ（例えば、 ω==ω 1， ω3) を選択し、それら周波数についてのインピーダンスの測定値 Ζ (ω 1 ) , Ζ (ω 3) を取得し、各々の実部 R e (Z (ω 1 ) ) ， Re (Ζ (ω 3) ) の値を求め、それらの差 Re (Z (ω 1 ) ) 一 Re (Z (ω3) ) を算出することにより、拡散抵抗 Rg a sの値を導き出す。

一方、インピーダンス測定を行った際における、供給される空気の流量を、空気流量センサ 330が検出し（ステップ S 306) 、供給される空気の加湿量を、加湿量センサ 350が検出し（ステップ S 308) 、発電電流を電流センサ 3 1 0が検出すると（ステップ S31 0) 、判定ユニット 400は、それら検出結果を取得する。ここで検出した空気流量、加湿量及び発電電流は、前述したとおり、ガス（すなわち、供給された空気中の酸素）の拡散状態を表すパラメータとなる。

次に、判定ユニット 400は、メモリ 420に格納された判定基準値テーブル 42 2を参照して、取得した空気流量と加湿量と発電電流どを基して、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値 R r e f を導き出す（ステップ S 31 2) 。そして、判定ユニット 400は、先に導き出した拡散抵抗 Rg a sの値を、判定基準値テープル 422から導き出した判定基準値 R r e f と比較し、拡散抵抗 R g a sの値が判定基準値 R r e f を超えているか否かを判定する（ステップ S 3 1 4 ) 。

判定の結果、拡散抵抗 R g a sの値が判定基準値 R r e f を超えている場合には、拡散層において、接水性の劣化や目詰まりなどが起こり、拡散層の劣化が生じているとして、判定ユニット 4 0 0は、警告ユニット 5 0 0によって運転者に対して警告を発する（ステップ S 3 1 6 ) 。反対に拡散抵抗 R g a sの値が判定基準値 R _r e f を超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図 1 2の処理ルーチンをリターンする。

以上のようにして、拡散抵抗 R g a sに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。この結果、燃料電池 1 0 0の運転状態の変化によるフラッデイングの発生は一時的な性能低下と見なすことができる。

G . 実施例の効果：

以上説明したように、本実施例においては、 F C温度，加湿量，圧力、発電電流，空気流量など、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる。従って、性能劣化であるのか、それとも、運転状態の変化に基づく単なる性能低下に過ぎないのかを明確に判別することができ、燃料電池の性能劣化を早期に発見することが可能となる。

H . 変形例：

なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

H— 1 . 変形例 1 _:

上記した実施例においては、燃料電池 1 0 0の内部抵抗 R i nを構成する、オーム抵抗 R o h m , 反応抵抗 R a c t，拡散抵抗 R g a sなど、各抵抗毎に、これら抵抗に基づく性能劣化判定を行っていたが、これら各抵抗を合成した内部抵抗 R i πに基づく性能劣化判定を行うようにしてもよい。

すなわち、予め、 FC温度，加湿量，圧力、発電電流, 空気流量毎に、判定基準値をそれぞれ導き出し、導き出したそれら複数の判定基準値を、上記 5つのパラメータをキーとする 5次元の判定基準値テーブル 422として、メモリ 420に格納しておく。そして、その後、図 1 4に示す性能劣化処理ルーチンに従って処理を進める。

図 1 4は内部抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチヤ一卜である。この変形例では、燃料電池 1 00が起動した後、発電を開始すると、図 1 4に示す処理ルーチンが定期的にまたは不定期に実行される。図 1 4に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置 200は、判定ユニット 400による制御に従って、まず、数十 H z以下の周波数について、燃料電池 1 00のインピーダンスを測定し（ステップ S 402) 、次に、数十 H z〜数百 H _Zの周波数について、燃料電池 1 00のインピーダンスを測定し（ステップ S 404) 、さらに、周波数 1 k H z 以上について、燃料電池 1 00のインピーダンスを測定して（ステップ S 406) 、それら測定結果を判定ユニット 400に出力する。

判定ュニッ卜 400は、交流インピーダンス測定装置 200から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値からオーム抵抗 Ro hm, 反応抵抗 R a c t , 拡散抵抗 Rg a _Sを導き出す（ステップ S 408) 。そして、判定ユニット 4 00は、それら各抵抗の和を求め、内部抵抗 R i nを算出する（ステップ S 41 0) 。一方、インピーダンス測定を行った際における F.C温度を、 FC温度センサ 320 が検出し（ステップ S 41 2) 、供給ガスの加湿量を、加湿量センサ 350が検出し (ステップ S 41 4) 、供給ガスの圧力を、ガス圧力センサ 340が検出し（ステツプ S41 6) 、発電電流を電流センサ 31 0が検出し（'ステップ S 41 8) 、供給される空気の流量を、空気流量センサ 3.30が検出すると（ステップ S 420) 、判定ユニット 400は、それら検出結果を取得する。

次に、判定ュニット 400は、メモリ 420に格納された判定基準値テーブル 42 2を参照して、取得した F C温度と加湿量とを基にして、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値 R r e f を導き出す（ステップ S 4 2 2 ) 。そして、判定ュニット 4 0 0は、先に算出した内部抵抗 R i nの値を、判定基準値テーブル 4 2 2から導き出した判定基準値 R r e f と比較し、内部抵抗 R i nの値が判定基準値 R r e f を超えているか否かを判定する（ステップ S 4 2 4 ) 。判定の結果、超えている場合には、燃料電池 1 0 0において何らかの性能劣化が生じているものとして、判定ュニット 4 0 0は、警告ユニット 5 0 0によって運転者に対して警告を発する（ステップ S 4 2 6 ) 。反対に超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図 1 4の処理ルーチンをリターンする。

以上のようにして、内部抵抗 R i nに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。 H— 2 . 変形例 2 ：

上記した実施例において、オーム抵抗 R o h mに基づく性能劣化判定では、燃料電池 1 0 0の運転状態を示すパラメータとして、 F C温度，加湿量の 2つのパラメータを、反応抵抗 R a c tに基づぐ I'生能劣化判定では、温度，圧力，発電電流の 3つのパラメータを、拡散抵抗 R g a sに基づく性能劣化判定では、空気流量，加湿量，発電電流の 3つのパラメータを、上記した変形例 1における内部抵抗 R ί ηに基づく性能劣化判定では、 F C温度，加湿量，圧力，発電電流，空気流量の 5つのパラメ一タを用いるようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各性能劣化判定では、燃料電池 1 0 0の運転状態を示す少なぐとも 1つのパラメータを用いればよく、その全てを用いる必要はない。また、さらに追加のパラメータを用いるようにしてもよい。また、 F C温度に代えて、供給されるガスの温度を検出し、その検出したガス温度を用いるようにしてもよい。

Η— 3 . 変形例 3 ：

上記した実施例においては、自動車に搭載される燃料電池を性能劣化判定の対象としたが、定置型の燃料電池や、携帯型の燃料電池や、その他様々な形態の燃料電池を対象とすることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定装置であって、前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する交流インピーダンス測定部と、

前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出部と、

検出された前記運転状態に対応した判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスか導き出される値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する判定部と、

を備える性能劣化判定装置。

2. 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、少なくとも、前記燃料電池における電解質膜の湿潤状態を検出すると共に、

前記流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。

3 . 請求の範囲第 2項に記載の性能劣化判定装置において、

前記電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。

4. 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度及び前記燃料電池に供給されるガスの加湿量のうち、少なくとも 1つを検出すると共に、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。

5 . 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、

前記触媒の活性状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きく • なるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。

6. 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記交流インピーダンスから導き出される値ば、前記燃料電池における反応抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。

7 . 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であリ、

前記ガスの拡散状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。

8 . 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池に供給される空気の流量、前記空気の加湿量及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも 1 つを検出すると共に、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における拡散抵抗の • 値であることを特徴とする性能劣化判定装置。

9 . 請求の範囲第 1項に記載の性能劣化判定装置において、

前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における内部抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。

1 0. 請求の範囲第 9項に記載の性能劣化判定装置において、

前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗と、前記燃料電池の反応抵抗と、前記燃料電池の拡散抵抗と、が測定できる周波数であり、

前記運転状態検出部は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度, 前記燃料電池に供給されるガスの加湿量，前記燃料電池に供給されるガスの圧力，前記燃料電池の発電電流及び前記燃料電池に供給される空気の流量のうち、少なくとも 1つを検出することを特徴とする性能劣化判定装置。

1 1 . 燃料電池における性能劣化を判定するための判定ュニッ卜であって、検出された前記燃料電池の運転状態に対応した判定基準値と、測定された前記燃料電池の交流インピーダンスから導き出される値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定することを特徴とする判定ュニッ卜。

1 2 . 燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定方法であって、 ( a ) 前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する工程と、

( b ) 前記燃料電池の運転状態を検出する工程と、

( c ) 検出された前記運転状態に対応した判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスから導き出される値と、を比較する工程と、

( d ) 前記比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する工程と、を備える性能劣化判定方法。

1 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の性能劣化判定方法において、

前記工程（a ) にて前記交流インピーダンスの測定される前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、

前記工程（c ) にて前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であると共に、

前記工程（b ) は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度及び前記燃料電池に供給されるガスの加湿量のうち、少なくとも 1つを検出する工程を含む性能劣化判定方法。請求の範囲第 1 2項に記載の性能劣化判定方法において前記工程（a ) にて前記交流インピーダンスの測定される前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、

前記工程（c ) にて前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であると共に、

前記工程（b ) は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池に供給されるガスの圧力及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも 1つを検出する工程を含む性能劣化判定方法。

1 5 . 請求の範囲第 1 2項に記載の性能劣化判定方法において、

前記工程（a ) .にて前記交流インピーダンスの測定される前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、

前記工程（c ) にて前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であると共に、

前記工程（b ) は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池に供給される空気の流量、前記空気の加湿量及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも 1つを検出する工程を含む性能劣化判定方法。

1 6 . 請求の範囲第 1 2項に記載の性能劣化判定方法において、

前記工程（a ) にて前記交流インピーダンスの測定される前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗と、前記燃料電池の反応抵抗と、前記燃料電池の拡散抵抗と、が測定できる周波数であり、

前記工程（c ) にて前記交流インピーダンスから導き出される値は、前記燃料電池における内部抵抗の値であると共に、

前記工程（b ) は、前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の内部温度，前記燃料電池に供給されるガスの加湿量，前記燃料電池に供給されるガスの圧力，前記燃料電池の発電電流及び前記燃料電池に供給される空気の流量のうち、少なぐとも 1 つを検出する工程を含む性能劣化判定方法。