[发明专利]燃料电池的状态判定装置及方法

说明书

一种接受阳极气体以及阴极气体的供给进行发电的燃料电池的状态判定装置，其包括：内部阻抗测量单元，根据从所述燃料电池输出的规定频率的交流信号，测量该燃料电池的内部阻抗；阳极反应电阻估计计算单元，根据所述内部阻抗的测量值，计算所述燃料电池的阳极电极的反应电阻的估计值，选择所述规定频率，使得氢饥饿状态下的所述阳极电极的反应电阻的估计值和氧饥饿状态下的所述阳极电极的反应电阻的估计值之差成为规定值以上。

技术领域

本发明涉及燃料电池的状态判定装置及方法。

背景技术

已知测量燃料电池的电压值和阻抗值，根据这些值判定异常。作为燃料电池的异常，例如考虑阳极电极中的氢气的不足或缺乏(氢饥饿)，阴极电极中的氧的不足或缺乏(氧饥饿)，以及电解质膜的干燥(脱水)等。在作为这些燃料电池的异常考虑的事态中，作为特别重要的问题，需要适宜进行氢饥饿的判定。

在WO2010128555中，提出了在所谓的科尔-科尔图中描绘的燃料电池的内部阻抗的圆弧相对较大时，估计为阳极的氢浓度相对较低(即，为氢饥饿状态)的氢浓度测量方法。

发明内容

如果发生氢饥饿，则认为燃料电池整体的内部阻抗的值增加，内部阻抗的圆弧确实地变大。但是，虽说内部阻抗的圆弧相对地变大，并不能断定其要因是氢饥饿所导致的。例如，有时内部阻抗的圆弧也由于阴极的氧浓度的降低而变大。因此，在上述以往的氢浓度测量方法中，难以区别氢饥饿和其它内部阻抗上升的要因，缺乏氢饥饿的判定的可靠性。

本发明是着眼于这样问题点而完成的，其目的是提供能够以高的可靠性判定氢饥饿的燃料电池的状态判定装置及方法。

用于解决课题的技术方案

按照本发明的一个方式，提供接受阳极气体以及阴极气体的供给而发电的燃料电池的状态判定装置。更详细地说，状态判定装置包括根据从所述燃料电池输出的规定频率的交流信号，测量该燃料电池的内部阻抗的内部阻抗测量单元。另外，状态判定装置包括根据所述内部阻抗的测量值，计算所述燃料电池的阳极电极的反应电阻的估计值的阳极反应电阻估计计算单元。而且，所述规定频率按照氢饥饿时的所述阳极电极的反应电阻的估计值和氧饥饿时的所述阳极电极的反应电阻的估计值的差成为规定值以上的方式进行选择。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃料电池的立体图。

图2是图1的燃料电池的II－II截面图。

图3是本发明的实施方式的燃料电池系统的概略结构图。

图4A是表示在施加了低频带的交流电压的情况下流过燃料电池等效电路模型的电流的路径的图。

图4B是表示在施加了比图4A的情况高的频带的交流电压的情况下流过燃料电池等效电路模型的电流的路径的图。

图4C是表示在施加了比图4B的情况高的频带的交流电压的情况下流过燃料电池等效电路模型的电流的路径的图。

图4D是表示在输入了高频带的交流电压的情况下流过燃料电池等效电路模型的电流的路径的图。

图5是表示在第一实施方式中采用的燃料电池堆的等效电路模型的图。

图6是表示使用内部阻抗的虚数分量计算阳极电极的反应电阻R_a的流程的流程图。

图7A是用于说明算出的阳极电极的反应电阻的估计值R_a和在阳极电极中参与反应的氢的浓度的关系的图。

图7B是用于说明算出的阳极电极的反应电阻的估计值R_a和在阴极电极中参与反应的氧的浓度的关系的图。