(57)【要約】      （修正有）【課題】劣化の判定を短時間で行うことができるとともに、これをバックアップするための電源の低容量化を図ることができるようにする。【解決手段】電気化学装置１０と、これと外部負荷１５とを接断するための接断器２２と、電気化学装置１０の電圧を検知するための電圧検知センサ２０とを有する電気化学システムであって、所要のタイミングで接断器２２によって電気化学装置１０と外部負荷１５とを切り離す負荷切離手段と、外部負荷１５を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサ２０によって取得させる電圧取得手段と、取得した電気化学装置１０の電圧値に基づいて、外部負荷１５を切り離したときの電気化学装置１０の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出手段と、算出した電圧変化速度に基づいて、接断器２２によって電気化学装置１０に外部負荷１５を接続する負荷接続手段とを設けている。【選択図】図１
2010231973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学装置と、この電気化学装置と外部負荷とを接断するための接断器と、その電気化学装置の電圧を検知するための電圧検知センサとを有する電気化学システムであって、
所要のタイミングにおいて、電気化学装置と外部負荷とを接断器によって切り離す負荷切離手段と、
外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサによって取得させる電圧取得手段と、
取得した電気化学装置の電圧値に基づいて、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出手段と、
算出した電圧変化速度に基づいて、接断器によって電気化学装置に外部負荷を接続する負荷接続手段とを設けていることを特徴とする電気化学システム。
【請求項２】
電圧変化速度の変移量が一定以上となったか否かを判定する変移量判定手段を有し、
電圧変化速度の変移量が一定以上となったと判定したときに、負荷接断手段は、電気化学デバイスに外部負荷を接続することを特徴とする請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項３】
前記電流変化速度、発電時の電流‐電圧又は起動時の開放電圧に基づいて、電気化学装置の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
電気化学装置の温度を検知するための装置温度センサが設けられており、
装置温度センサによって電気化学装置の温度を取得する装置温度取得手段と、
取得した電気化学装置の温度に基づいて、その内部抵抗値を増減補正する内部抵抗補正手段とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学システム。
【請求項５】
内部抵抗算出手段は、予め設定されたスケジュールに基づいて内部抵抗を算出することを特徴とする請求項３に記載の電気化学システム。
【請求項６】
内部抵抗算出手段は、外部からの電力要求信号に応じて内部抵抗を算出することを特徴とする請求項３に記載の電気化学システム。
【請求項７】
電気化学装置が燃料電池を含むものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学システム。
【請求項８】
電気化学装置と、この電気化学装置と外部負荷とを接断するための接断器と、その電気化学装置の電圧を検知するための電圧検知センサとを有する電気化学システムの負荷接断方法であって、
所要のタイミングにおいて、電気化学装置と外部負荷とを接断器によって切り離す負荷切離ステップと、
外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサによって取得する電圧取得ステップと、
取得した電気化学装置の電圧値に基づいて、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出ステップと、
算出した電圧変化速度に基づいて、接断器によって電気化学装置に外部負荷を接続する負荷接続ステップとを有することを特徴とする電気化学システムの負荷接断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＳＯＦＣや二次電池等を用いた電気化学システムとこの電気化学システムの負荷接断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電気化学システムとして、直接型メタノール燃料電池の燃料濃度検出方法とした名称で特許文献１に開示された構成のものがある。
特許文献１に記載された電気化学システムは、燃料電池に接続された電気的負荷へ電流を流している状態での前記燃料電池の定常時出力電圧を測定する定常時電圧測定ステップと、前記燃料電池から前記電気的負荷に流している電流を略ゼロへ減少させる負荷切替ステップと、記電気的負荷に流している電流を略ゼロへ減少させた時から一定時間経過後の時刻における前記燃料電池の無負荷時出力電圧を測定する無負荷時電圧測定ステップと、前記無負荷時出力電圧と、前記燃料電池に供給された燃料のメタノール濃度との関係から、前記メタノール濃度を求める濃度演算ステップとを有することを特徴としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５‐２８５６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の電気化学システムにおいては、電流を遮断している時間が長いために、外部からの発電要求を満たすことができず、従ってまた、電流を遮断している間に、外部からの発電要求を満たすための蓄電手段の容量を大きくしなければならないという欠点がある。
【０００５】
そこで本発明は、劣化の判定を短時間で行うことができるとともに、これをバックアップするための電源の低容量化を図ることができる電気化学システムとこの電気化学システムの負荷接断方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る電気化学システムは、電気化学装置と、この電気化学装置と外部負荷とを接断するための接断器と、その電気化学装置の電圧を検知するための電圧検知センサとを有するものであり、所要のタイミングにおいて、電気化学装置と外部負荷とを接断器によって切り離す負荷切離手段と、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサによって取得させる電圧取得手段と、取得した電気化学装置の電圧値に基づいて、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出手段と、算出した電圧変化速度に基づいて、接断器によって電気化学装置に外部負荷を接続する負荷接続手段とを設けている。
【０００７】
同上の目的を達成するための本発明に係る電気化学システムの負荷接断方法は、電気化学装置と、この電気化学装置と外部負荷とを接断するための接断器と、その電気化学装置の電圧を検知するための電圧検知センサとを有する電気化学システムの負荷接断方法であって、  所要のタイミングにおいて、電気化学装置と外部負荷とを接断器によって切り離す負荷切離ステップと、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサによって取得する電圧取得ステップと、取得した電気化学装置の電圧値に基づいて、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出ステップと、算出した電圧変化速度に基づいて、接断器によって電気化学装置に外部負荷を接続する負荷接続ステップとを有することを内容としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、劣化の判定を短時間で行うことができるとともに、これをバックアップするための電源の低容量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【図２】同上の電気化学システムの一部をなすコントロールユニットの機能を示すブロック図である。
【図３】スタックの出力電圧と時間との関係を示すグラフである。
【図４】スタックの出力電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図５】同上の電気化学システムの負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第三の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第四の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【図９】同上の電気化学システムの負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
【図１０】本発明の第五の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】同上の電気化学システムの負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図、図２は、その電気化学システムの一部をなすコントロールユニットの機能を示すブロック図である。
また、図３はスタックの出力電圧と時間との関係を示すグラフ、図４は、スタックの出力電圧と電流との関係を示すグラフである。
【００１１】
本発明の第一の実施形態に係る電気化学システムＡ１は、電気化学装置１０から、これに接続された例えばモータ等の外部負荷１５に電力を供給するものであり、その電気化学装置１０や外部負荷１５の他、電圧計２０、電流計２１、デバイス温度センサＳ１、リレー２２、インバータ２３及びコントロールユニット３０等を有して構成されている。
【００１２】
本実施形態において示す電気化学装置１０は、電気化学デバイスとしての燃料電池１１の他、図示しない燃料改質器等を有して構成されている。
燃料電池１１は、固体酸化物型燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という。）１２を有して構成されている。
スタック１２は、複数のセルユニット１３…を互いに積層したものであり、ケース１４内に収容されている。
【００１３】
各セルユニット１３は、燃料極と空気極とを電解質膜の両側に対設した固体酸化物型セル（いずれも図示しない）を備えたものであり、その燃料極と空気極とに、空気と燃料ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行うものである。
このセルユニット１３にはデバイス温度センサＳ１（図２参照）が配設されており、そのセルユニット１３の温度、従ってまた、燃料電池１１の温度を検知するようにしている。
【００１４】
上記したスタック１２の出力端子１２ａ，１２ｂ（図１参照）のうちの一方には、電流を測定するための上記した電流計２１を、また、出力端子１２ａ，１２ｂ間には当該電圧を測定するための上記した電圧計２０をそれぞれ配設している。
また、上記の電流計２１と電圧計２０は、コントロールユニット（以下、「Ｃ／Ｕ」と略記する。）３０の入力ポート側に接続されて、各取得した出力の測定値が入力されるようになっている。
本実施形態においては、上記の電流計２１と電圧計２０とが、燃料電池１１の出力を測定するための出力測定器である。
インバータ２３は、燃料電池１１から出力された直流電力を交流に変換して外部負荷（以下、「モータ」という。）１５に給電するためのものである。
【００１５】
なお、２４は、燃料電池１１の燃料極に向けて発電に必要な燃料を送給する燃料ポンプ、２５は空気極に必要な空気を送給するための空気ブロワであり、それらは、Ｃ／Ｕ３０の出力ポート側に接続されて適宜駆動されるようになっている。
【００１６】
Ｃ／Ｕ３０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路等（いずれも図示しない）からなる中央制御部３１と、ハードディスク，半導体メモリ等からなるメモリ３２とを有するものである。
【００１７】
メモリ３２に記憶されている本燃料電池システムＡ１に用いるプログラムの実行により、Ｃ／Ｕ３０は、従ってまた、中央制御部３１は以下の各機能を発揮する。
【００１８】
・所要のタイミングにおいて、燃料電池１１とモータ１５とをリレー２２によって切り離す機能。この機能を「負荷切離手段３１ａ」という。
【００１９】
・モータ１５を切り離したときの燃料電池１１の電圧を電圧計２０によって取得させる機能。この機能を「電圧取得手段３１ｂ」という。
【００２０】
・取得した燃料電池１１の電圧値に基づいて、モータ１５を切り離したときの燃料電池１１の電圧変化速度を算出する機能。この機能を「電圧変化速度算出手段３１ｃ」という。
すなわち、図３に示すように、モータ１５を切り離した後の電圧変化は、その電圧変化速度が変化しない部分と、電圧変化速度が徐々に半跏する部分に分けることができる。
電圧変化速度が変化しない部分は、モータ１５を切り離した後、すなわち、電流遮断の直後に起きることから応答性の速い内部抵抗成分である。
この部分は、図４に示すように、オーム損に起因する内部抵抗（ＩＲ抵抗）に分類することができる。ＩＲ抵抗成分の内訳は、電解質膜のイオン伝導抵抗、燃料極と空気極を結ぶ接点構成の電子伝導抵抗等からなると考えられる。
【００２１】
一方、電圧変化速度が徐々に変化する部分は、電流遮断の後、暫くして起きることから応答性の遅い内部抵抗成分である。この部分は電気化学反応抵抗に起因する内部抵抗に分類することができる。本実施形態においては、ＩＲ抵抗領域を計測した時点で、リレー２２によってモータ１５を燃料電池１１に接続して通常運転に復帰させている。
このとき、実際には、電圧変化速度が一定の領域と、徐々に変化する領域を、明確に区別することは難しい。従って、電圧変化速度の変移量が、それぞれの装置に応じて決められた一定の値になったか否かを判断することで、両者の領域を区別する。
一定の値の決定は、例えば予め電気化学デバイスの内部抵抗内訳を精査し、同様な電流遮断を実施したときの挙動を比較して、設定することができる。
上記のとおり、本実施形態においてはＩＲ抵抗を実測することができる。
【００２２】
・電圧変化速度の変移量が一定以上となったか否かを判定する機能。この機能を「変移量判定手段３１ｄ」という。
【００２３】
・算出した電圧変化速度に基づいて、接断器２２によって燃料電池（電気化学デバイス）１０にモータ（外部負荷）１５を接続する機能。この機能を「負荷接続手段３１ｅ」という。
本実施形態においては、電圧変化速度の変移量が一定以上となったと判定したときに、リレー２２によって燃料電池１１にモータ１５を接続させている。
【００２４】
・電流変化速度、発電時の電流‐電圧又は起動時の開放電圧に基づいて、内部抵抗を算出する機能。この機能を「内部抵抗算出手段３１ｆ」という。
本実施形態においては、予め設定されたスケジュールに従って内部抵抗を算出しているが、外部からの電力要求信号に応じて内部抵抗を算出するようにしてもよい。なお、「予め設定されたスケジュール」は、上記メモリ３２に記憶されており、内部抵抗値を算出するときに読み出される。
すなわち、劣化状態の履歴をＣ／Ｕ３０に記憶しておき、メンテナンス時期の予測やワーニング発信等の操作を行うことができるようになる。
また、「外部からの電力要求信号に応じて」とは、例えば本システムに対する発電要求がゼロになった際（例えば車両用燃料電池システムの場合、運転者がアクセルをオフにした場合）、上記内部抵抗診断を実施する。
【００２５】
敷衍すると、例えば燃料電池の場合、この燃料電池の内部抵抗（燃料電池反応から取り出せる理論的な自由エネルギーに対し、エネルギーロスを発生する現象）は、ＩＲ抵抗、反応抵抗、電解質膜を燃料成分透過することにより生じるクロスリークの３つに分けることができる。さらに、燃料成分や酸化ガス成分の濃度に従って、開回路電圧が変動する。この時、以下の手順に従って、内部抵抗を分離して把握することができる。
【００２６】
先ず、運転開始時等、燃料を供給した状態で開回路にしたときの開回路電圧を計測する。この開回路電圧は、［式１］のように表すことができる。ここで、［式１］の右辺の第一項は、運転温度に応じた熱力学定数から求めることができる。運転温度は、デバイスに組み込まれた温度計などで求めることができる。［式１］の右辺の第二項は、燃料流量、改質器温度から推測される燃料改質器の出口での水素分圧、水蒸気分圧、及び導入空気中の酸素分圧から、導くことができる。以上により求めた、［式１］の右辺の値に比べ、実際に計測した開回路電圧が小さい場合、その差をクロスリークによる電圧ロスとする。
【００２７】
一方、開回路電圧と、上記した電流遮断の直前に計測される電圧との差異（Ｅｒ）は、ＩＲ抵抗と反応抵抗に起因する電圧降下の合計である。上記したＩＲ抵抗に電流遮断直前の電流値をかけた値は、ＩＲロス電圧となる。ＥｒからＩＲロス電圧をさし引いた値が、反応抵抗ロス電圧となる（図４参照）。
【００２８】
【数１】
2010231973.tif 000003
【００２９】
【数２】
2010231973.tif 000004
【００３０】
式２において、ΔG °は［式３］に対応するギブスの生成エネルギーであり、また、上付き記号（０）は、反応に含まれる物質が全て１気圧下にあることを示している。
【００３１】
【数３】
2010231973.tif 000005
【００３２】
以上の構成により、ＩＲ抵抗、反応抵抗は、発電システムの制御によっても変化させることができる。例えば、ＩＲ抵抗は、温度が下がると減少する。反応抵抗は、燃料又は酸素濃度が上がる、若しくは温度が上がると低減する。つまり、左記の内部抵抗診断にしたがって、ＩＲ抵抗が増大した場合、ＦＣ運転温度を上昇させる制御（例えばカソード空気流量を下げる制御）を行って、反応抵抗を低減することができる。反応抵抗が増大した場合、燃料過剰率をあげる制御（例えば、カソード空気流量を上げる制御）若しくはＦＣ運転温度を上昇させる制御を行うことができる。このような制御により、システムの運転を適正に保つことができる。
【００３３】
・デバイス温度センサＳ１によって燃料電池（電気化学デバイス）１１の温度を取得する機能。この機能を「装置温度取得手段３１ｇ」という。
【００３４】
・取得した燃料電池１１の温度に基づいて、内部抵抗値を増減補正する機能。この機能を「内部抵抗補正手段３１ｈ」という。
具体的には、ＩＲ抵抗による電圧ロスが増大した場合、燃料電池１１の運転温度を上昇させる制御（例えばカソード空気流量を下げる制御）を行って、反応抵抗を低減することができる。
反応抵抗が増大した場合、燃料過剰率をあげる制御（例えば、カソード空気流量を上げる制御）を行うことができる。このような制御により、電気化学システムＡ１の運転状態を適正に保つことができる。
すなわち、ＩＲ抵抗成分の中で、電解質イオン伝導抵抗は、温度依存性を有する。温度は、運転状態（発電量、燃料電池への導入空気量、導入燃料量）によって推算することができる。これにより、ＩＲ抵抗成分の温度依存性の影響を、正しく判断することができる。
【００３５】
上述した電気化学システムＡ１の負荷接断方法は、所要のタイミングにおいて、電気化学装置と外部負荷とを接断器によって切り離す負荷切離ステップと、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧を電圧検知センサによって取得する電圧取得ステップと、取得した電気化学装置の電圧値に基づいて、外部負荷を切り離したときの電気化学装置の電圧変化速度を算出する電圧変化速度算出ステップと、算出した電圧変化速度に基づいて、接断器によって電気化学装置に外部負荷を接続する負荷接続ステップとを有することを内容としており、その詳細なフローは次のとおりである。
【００３６】
図５は、電気化学システムＡ１の負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
先ず、電気化学システムＡ１の基本的な運転制御に従って起動され、同時に、下記の診断制御が実行される。
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：燃料電池１１への燃料と空気の供給を検知する。
【００３７】
ステップ２：リレー２２を開放状態にして、開回路電圧を計算する。
ステップ３：リレー２２が接続され、モータ１５の要求出力に応じた発電状態に移行する。
ステップ４：内部抵抗診断の実施を判断する。例えば、Ｃ／Ｕ３０内で記録している運転時間が、予め設定した値になったときに、ステップ５に移行する。
または、出力が減少していると判断された場合、ステップ５に移行する。具体的には、計測される発電出力が、各燃料、空気導入条件に対応して予め計測された発電出力に対し、一定の減少率以上となった場合、ステップ５に移行する。
【００３８】
ステップ５：運転状態（燃料導入量、空気導入量）を把握する。
ステップ６：燃料電池１１の電圧、電流を計測する。
ステップ７：リレー２２を開放し、燃料電池１１を開回路状態にする。
ステップ８：開回路状態の電圧変化を計測する。
【００３９】
ステップ９：診断運転の終了判断を行う。
具体的には、図３に示す診断波形における、電圧変化速度が変化しない部分を判断する。単位時間の電圧変化量を計算し、この変化量が、切り替え直後の変化量に対し、一定の値だけ減少した時点で、ＩＲ抵抗に起因する内部抵抗応答領域が終了したと判断する。この時、単位時間、及び電圧変化量の初期変化量に対する減少率は、それぞれ０．１ｍｓ、２０％とした。
【００４０】
ステップ１０：リレー２２を接続して、燃料電池１１を発電状態にする。
ステップ１１：ステップ２，５，６，９で取得した情報から、クロスリーク、ＩＲ抵抗及び反応抵抗による電圧ロスをそれぞれ計算する。
【００４１】
ステップ１２：得られた内部抵抗に応じて、運転条件を調整する。
そして、計算された内部抵抗と、診断時期とをメモリ３２に記憶する。
【００４２】
ステップ１３：Ｃ／Ｕ３０に記憶された内部抵抗の変化傾向と、それぞれの内部抵抗に対して予め設定された一定の閾値（劣化判断値）を元に、メンテナンス等の劣化対応が必要になる時期を算出する。必要に応じ、システム運転者に対して警告表示等を出力することができる。
ステップ１４：診断を継続して、ステップ３へ戻る。
【００４３】
上述した構成によれば、ＳＯＦＣは運転温度がおよそ６００℃以上の高温であり、この場合、内部抵抗の測定時間を実質１秒以下に短縮することができる。これにより、運転温度維持等にかかる特別な構成や制御（例えば、バーナー等による暖機運転）が不要になる。
【００４４】
次に、本発明の第二の実施形態に係る電気化学システムについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第二の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【００４５】
本発明の第二の実施形態に係る電気化学システムＡ２は、燃料電池１１の運転状態を代表するセル温度を計測するための熱伝対サーモカップル３５を設けた点が上記した電気化学システムＡ１と相違するので、その電気化学システムＡ１において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
熱伝対サーモカップル３５を設けたことにより、上記した図５に示すステップ９において、単位時間を燃料電池１１の温度に応じて予め設定された値に変化させることができる。すなわち、燃料電池１１の温度がより高いときにはＩＲロスが小さくなるため、設定時間を短くしている。
具体的には、燃料電池１１の温度に基づいて、単位時間を長短調整する機能。すなわち、単位時間調整手段を設けた構成にしている。
【００４７】
また、ステップ１０における開回路電圧Ｅ0［式１，２］の計算を実施する際に、熱伝対サーモカップル３５によって取得した熱伝対情報を用いることにより、クロスリーク量の診断精度を向上させることができる。すなわち、運転状態によって推算した温度の誤差を、実際の計測値によって補正することで、より正確な開回路電圧を算出することが可能になる。
【００４８】
次に、本発明の第三の実施形態に係る電気化学システムについて、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第三の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【００４９】
本発明の第三の実施形態に係る電気化学システムＡ３においては、アクセル開度センサ４０を設けた点が上記した電気化学システムＡ１と相違するので、その電気化学システムＡ１において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
アクセル開度センサ４０は、運転者のアクセル開度状態を検知するものであり、Ｃ／Ｕ３０の入力ポート側に接続されている。
本実施形態においても、上記した図５に示すフローチャートに従って処理を行うが、このとき、ステップ４における内部抵抗診断の実施の判断を、運転者がアクセルＯＦＦ（アクセルペダルから足を離した）したときとしている。これにより、発電要求に影響することなしに内部診断を実施できる。
また、アクセル開度センサの代わりに、例えば、運転キーＯＦＦセンサを設け、運転者が運転停止を実行したことを検知しても、上記した図５に示すフローチャートに従って、処理を行うことが出来る。これにより、発電要求に影響することなしに内部診断を実施できる。
【００５１】
次に、本発明の第四の実施形態に係る電気化学システムについて、図８，９を参照して説明する。図８は、本発明の第四の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
【００５２】
本発明の第四の実施形態に係る電気化学システムＡ４は、電気自動車の動力電源システムであり、図８に示すように、上記した燃料電池１１に代えてバッテリ１０Ａを配設した構成のものである。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
バッテリ１０の内部抵抗を診断するための手順について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の第四の実施形態に係る電気化学システムの負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
先ず、電気化学システムＡ４の基本的な運転制御に従って起動され、同時に、下記の診断制御が実行される。
【００５４】
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下同様。）：システム運転が開始される直前の開回路電圧を計測する。
ステップ２：リレー２２によってバッテリ１０Ａとモータ１５とが接続され、そのモータ１５の要求出力に応じた電力が供給される。
ステップ３：バッテリ１０Ａの端子間電圧、電流を計測する。
【００５５】
ステップ４：内部抵抗診断の実施を判断する。例えば、Ｃ／Ｕ３０内に記録している運転時間が予め設定した値になった際、ステップ５に進む。
なお、一定の電圧若しくは一定のＳＯＣでステップ５に移行する。ここでＳＯＣ（State of charge）とは、電気容量に対して、充電している電気量を比率で表した値である。
【００５６】
ステップ５：リレー２２を開放し、バッテリ１０Ａを開回路状態にする。
ステップ６：開回路状態の電圧変化を計測する。
ステップ７：診断運転の終了判断を行う。
具体的には、図３に示した診断波形における電圧変化速度が変化しない部分を判断する。単位時間の電圧変化量を計算し、この変化量が切り替え直後の変化量に対し、一定の値だけ減少した時点で、ＩＲ抵抗に起因する内部抵抗応答領域が終了したと判断する。この時、単位時間及び電圧変化量の初期変化量に対する減少率は、それぞれ０．１ｍｓ、２０％とした。
【００５７】
ステップ８：リレー２２を接続し、通常運転状態に復帰する。
ステップ９：ステップ１，６，７で取得した情報から、ＩＲ抵抗及び反応抵抗による電圧ロスをそれぞれ計算する。そして、内部抵抗をメモリ３２に記憶する。
【００５８】
ステップ１０：Ｃ／Ｕ３０に記憶された内部抵抗の変化傾向と、それぞれの内部抵抗に対して予め設定された一定の閾値（劣化判断値）を元に、メンテナンスやバッテリ１０Ａの交換等の劣化対応が必要になる時期を算出する。必要に応じ、システム運転者に対して警告表示等を出力することができる。
「内部抵抗の変化傾向と、それぞれの内部抵抗に対して予め設定された一定の閾値（劣化判断値）」は、予めメモリ３２に記憶している。
すなわち、内部抵抗の変化傾向に基づいて、電気化学デバイスであるバッテリ１０Ａの劣化対応が必要な時期を算出する機能。この機能を「劣化対応時期算出手段」という。
「電気化学デバイスであるバッテリ１０Ａの劣化対応」は、バッテリ１０Ａのメンテナンスや交換等である。
ステップ１１：診断を継続して、ステップ２に戻る。
【００５９】
次に、本発明の第五の実施形態に係る電気化学システムについて、図１０，１１を参照して説明する。図１０は、本発明の第五の実施形態に係る電気化学システムの構成を示すブロック図である。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
本発明の第五の実施形態に係る電気化学システムＡ５は、図１０に示すように、上記した燃料電池１１に代えて、例えば充放電可能なリチウムイオン電池等の二次電池を採用したバッテリ１０Ｂと、充電電源４５を配設した構成のものである。
すなわち、充電電源４５から供給された直流電流により、バッテリ１０Ｂを充電できるようにしたものである。
【００６１】
図１１は、電気化学システムＡ５の負荷接断方法の詳細なフローチャートである。
先ず、本システムの基本的な充電制御に従って充電が開始される。同時に、図１１の診断制御が以下の通り実行される。
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下同様。）：充電が開始される直前の開回路電圧を計測する。
ステップ２：リレー２２が接続され、バッテリ１０Ｂに電力が供給される。
ステップ３：バッテリ１０Ｂの端子間の電圧、電流を計測する。
【００６２】
ステップ４：バッテリ１０Ｂの内部抵抗診断の実施を判断する。例えば、Ｃ／Ｕ３０内に記録している充電時間が、予め設定した値になったときに、ステップ５に進む。
又は、一定の電圧若しくは一定のＳＯＣでステップ５に進むようにしてもよい。
【００６３】
ステップ５：リレー２２を開放し、バッテリ１０Ｂを開回路状態にする。
ステップ６：開回路状態の電圧変化を計測する。
ステップ７：診断運転の終了判断を行う。
具体的には、図１に示した診断波形における、電圧変化速度が変化しない部分を判断する。単位時間の電圧変化量を計算し、この変化量が、切り替え直後の変化量に対し、一定の値だけ減少した時点で、ＩＲ抵抗に起因する内部抵抗応答領域が終了したと判断する。この時、単位時間及び電圧変化量の初期変化量に対する減少率は、それぞれ０．１ｍｓ、２０％とした。
【００６４】
ステップ８：リレー２２を接続し、通常運転状態に復帰する。
ステップ９：ステップ１，６，７において取得した情報から、ＩＲ抵抗及び反応抵抗による電圧ロスをそれぞれ計算する。そして、内部抵抗をＣ／Ｕ３０に記憶する。
【００６５】
ステップ１０：Ｃ／Ｕ３０に記憶している内部抵抗の変化傾向と、それぞれの内部抵抗に対して予め設定された一定の閾値（劣化判断値）を元に、メンテナンスやバッテリ１０Ｂの交換等の劣化対応が必要になる時期を算出する。必要に応じ、システム運転者に対して警告表示等を出力する。
ステップ１１：診断を継続する。ステップ２に戻る。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１０          電気化学装置
１１          燃料電池
１５          モータ（外部負荷）
２０          電圧検知センサ（電圧計）
２２          接断器
３１ａ        負荷切離手段
３１ｂ        電圧取得手段
３１ｃ        電圧変化速度算出手段
３１ｄ        変移量判定手段
３１ｅ        負荷接続手段
３１ｆ        内部抵抗算出手段
３１ｇ        装置温度取得手段
３１ｈ        内部抵抗補正手段
Ｓ１          装置温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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