(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ電解質膜を含む複数の燃料電池セルが積層されて直列接続されてなる１つまたは複数のセル群に対して交流電流を印加する交流電流印加部と、
前記交流電流が印加されたときの前記セル群のインピーダンスを計測する計測部と、
前記計測部により計測されたセル群インピーダンス、セル異常が発生したセルでのインピーダンス増加率、正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンス、予め規定される異常発生セル数、および前記セル群を構成するセル数に基づいて、セルインピーダンス上限値を演算して求める演算部と、
前記セル群インピーダンスを前記セル数で除して得られる平均セルインピーダンスと前記セルインピーダンス上限値とを対比して燃料電池セルの異常発生の有無を判定する判定部と、
を備える、燃料電池のセル異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池のセル異常検出装置において、
前記判定部は、前記平均セルインピーダンスが、前記セルインピーダンス上限値から通常運転時に生じるセルインピーダンス変動値を減算したものを上回ったときに、燃料電池セルにセル異常が発生したと判定することを特徴とする、燃料電池のセル異常検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池のセル異常検出装置において、
前記演算部で用いられる前記異常発生セル数が１と予め規定されていることを特徴とする、燃料電池のセル異常検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池のセル異常検出装置と、
前記燃料電池のセル異常検出装置が接続されるセル群を少なくとも１つ有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに対して燃料ガスの供給および廃燃料ガスの排出を行う燃料ガス供給排出部と、
前記燃料電池スタックに対して酸化剤ガスの供給および廃酸化剤ガスの排出を行う酸化剤ガス供給排出部と、
を備える、燃料電池装置。
【請求項５】
それぞれ電解質膜を含む複数の燃料電池セルが積層されて直列接続されてなるセル群に対して交流電流を印加する工程と、
前記交流電流が印加されたときの前記セル群のインピーダンスを計測する計測工程と、
前記計測部により計測されたセル群インピーダンス、セル異常が発生したセルでのインピーダンス増加率、正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンス、予め規定される異常発生セル数、および前記セル群を構成するセル数に基づいて、セルインピーダンス上限値を演算して求める演算工程と、
前記セル群インピーダンスを前記セル数で除して得られる平均セルインピーダンスと前記セルインピーダンス上限値とを対比して燃料電池セルの異常発生の有無を判定する判定工程と、
を含む、燃料電池のセル異常検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池のセル異常検出方法において、
前記判定工程では、前記平均セルインピーダンスが、前記セルインピーダンス上限値から通常運転時に生じるセルインピーダンス変動値を減算したものを上回ったときに、燃料電池セルにセル異常が発生したと判定することを特徴とする、燃料電池のセル異常検出方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の燃料電池のセル異常検出方法において、
前記演算工程で用いられる前記異常発生セル数が１と予め規定されていることを特徴とする、燃料電池のセル異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセル異常検出装置、燃料電池装置、および、燃料電池のセル異常検出方法に係り、特に、それぞれ電解質膜を含む複数の燃料電池セルが積層および直列接続されて構成される燃料電池スタックにおけるセルの転極状態を検出する燃料電池のセル異常検出装置、これを備えた燃料電池装置、および、燃料電池のセル異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００４−２２０８２３号公報（特許文献１）には、燃料電池のセル異常検出装置が開示されている。このセル異常検出装置は、電解質薄膜の両側を一対のガスセパレータによって挟んで、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路を分離する燃料電池のセルを構成し、該セルを複数個直列に積層して燃料電池スタックを構成し、この燃料電池スタックによって所定の出力電圧を得る燃料電池において、所定個数のセルを直列に積層したセルブロックを設け、該セルブロックを複数個直列に積層して燃料電池スタックを構成すると共に、それぞれのセルブロックに設けた出力電圧を取出す電圧出力端子と、該セルブロックごとの電圧出力端子間に配置する出力電圧検出器と、該複数の出力電圧検出器の電圧を比較する電圧比較器と、該電圧比較器が出力電圧検出器間の電圧差を検出したときに作動する安全作動手段とを備えている。
【０００３】
また、特開２００６−３１８６６９号公報（特許文献２）には、燃料電池装置が開示されている。この燃料電池装置は、電解質膜を燃料極と酸化剤極で挟んで構成されたセルを複数個積層配置した燃料電池スタックと、前記セルの燃料極に液体燃料を供給する液体燃料供給部と、前記セルの酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、前記燃料電池スタックのうち複数のセルにおける両電極間、及び、これら複数のセルに含まれる少なくとも１つの参照セルにおける両電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加部と、前記複数のセルにおける両電極間及び前記参照セルにおける両電極間に応答する２つの電流信号に基づいて２つインピーダンス値を算出し、これら２つのインピーダンス値に基づいて前記複数のセルに含まれるセルの不良発生を検出する発電制御部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２０８２３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のセル異常検出装置では、比較対象となる２つのセルブロックにおいてセル異常が同時に発生している場合には、両者間の出力電圧に差が生じにくくなるため、セルの異常を正確に検出できないことがある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載の燃料電池装置でも、比較基準となる参照セルと、それ以外の複数のセルのうち１つ以上のセルとで不良が同時に発生している場合には、両者について算出されるインピーダンス値の差が大きくならないことにより、やはり、セルの不良を正確に検出できないことがある。
【０００７】
本発明の目的は、複数のセル群においてセル異常が同時発生しているときにも、燃料電池セルの異常を正確に検出することができる燃料電池のセル異常検出装置、これを用いた燃料電池装置、および、燃料電池のセル異常検出方法を提供することにある。ここで、本発明で検出できるセル異常は、転極などにより水の電気分解反応が起こることなどによりインピーダンスが大幅に増加する異常である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池のセル異常検出装置は、それぞれ電解質膜を含む複数の燃料電池セルが積層されて直列接続されてなる１つまたは複数のセル群に対して交流電流を印加する交流電流印加部と、前記交流電流が印加されたときの前記セル群のインピーダンスを計測する計測部と、前記計測部により計測されたセル群インピーダンス、セル異常が発生したセルでのインピーダンス増加率、正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンス、予め規定される異常発生セル数、および前記セル群を構成するセル数に基づいて、セルインピーダンス上限値を演算して求める演算部と、前記セル群インピーダンスを前記セル数で除して得られる平均セルインピーダンスと前記セルインピーダンス上限値とを対比してセル異常発生の有無を判定する判定部と、を備える。
【０００９】
本発明に係る燃料電池のセル異常検出装置において、前記判定部は、前記平均セルインピーダンスが、前記セルインピーダンス上限値から通常運転時に生じるセルインピーダンス変動値を減算したものを上回ったときに、燃料電池セルにセル異常が発生したと判定してもよい。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池のセル異常検出装置において、前記演算部で用いられる前記異常発生セル数が１と予め規定されていてもよい。
【００１１】
本発明に係る燃料電池装置は、上記いずれかの構成を有する燃料電池のセル異常検出装置と、前記燃料電池のセル異常検出装置が接続されるセル群を少なくとも１つ有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに対して燃料ガスの供給および廃燃料ガスの排出を行う燃料ガス供給排出部と、前記燃料電池スタックに対して酸化剤ガスの供給および廃酸化剤ガスの排出を行う酸化剤ガス供給排出部と、を備える。
【００１２】
本発明に係る燃料電池のセル異常検出方法は、それぞれ電解質膜を含む複数の燃料電池セルが積層されて直列接続されてなるセル群に対して交流電流を印加する工程と、前記交流電流が印加されたときの前記セル群のインピーダンスを計測する計測工程と、前記計測部により計測されたセル群インピーダンス、セル異常が発生したセルでのインピーダンス増加率、正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンス、予め規定される異常発生セル数、および前記セル群を構成するセル数に基づいて、セルインピーダンス上限値を演算して求める演算工程と、前記セル群インピーダンスを前記セル数で除して得られる平均セルインピーダンスと前記セルインピーダンス上限値とを対比してセル異常発生の有無を判定する判定工程と、を含む。
【００１３】
本発明に係る燃料電池のセル異常検出方法において、前記判定工程では、前記平均セルインピーダンスが、前記セルインピーダンス上限値から通常運転時に生じるセルインピーダンス変動値を減算したものを上回ったときに、燃料電池セルにセル異常が発生したと判定してもよい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池のセル異常検出方法において、前記演算工程で用いられる前記異常発生セル数が１と予め規定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る燃料電池のセル異常検出装置、燃料電池装置、および燃料電池のセル異常検出方法によれば、燃料電池セルに含まれる電解質膜が何らかの原因で乾燥して転極状態になるとインピーダンスが急激に大きくなる特性を考慮してセルインピーダンス上限値を求め、これとの対比でセル群を構成する燃料電池セルの異常の発生を判定することから、例えば複数のセル群において燃料電池セルの転極状態が同時発生した場合でも、セル群に含まれる燃料電池セルの異常発生を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である燃料電池装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の燃料電池スタックを構成する１つのセル群に接続されるセル異常検出装置を概略的に示すブロック図である。
【図３】燃料電池スタックを構成する１つの燃料電池セルの部分拡大断面図である。
【図４】セル異常検出装置で実行される処理手順を示すフローチャートである。
【図５】セル群を構成するセル数ｎと、セルインピーダンス上限値Ｚlimとの関係を、逆電位発生セル数ｍをパラメータとして示すグラフである。
【図６】逆電位状態が生じたときに平均セルインピーダンスが増加する様子を時間経過とともに示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態である燃料電池装置１０の概略構成を示す図であり、図２は、図１の燃料電池スタック１２を構成する１つのセル群１８に接続されるセル異常検出装置５０を概略的に示すブロック図である。
【００１９】
燃料電池装置１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２に連結される燃料ガス供給排出部１４と、燃料電池スタック１２に連結される酸化剤ガス供給排出部１６と、燃料電池スタック１２に電気的に接続される燃料電池のセル異常検出装置（以下、適宜に「セル異常検出装置」とだけいう）５０とを備える。
【００２０】
燃料電池スタック１２は、矢印Ａ方向で示す積層方向に連結されて直列接続された２つのセル群１８と、２つのセル群１８の積層方向両端に設けられたエンドプレート２０，２２とを含む。積層方向一端のエンドプレート２０に上記燃料ガス供給排出部１４が連結され、積層方向他端のエンドプレート２２に上記酸化剤ガス供給排出部１６が連結されている。
【００２１】
上記セル群１８は、図２に示すように、矢印Ａ方向に積層された多数の燃料電池セル２４が直列接続されて構成される。各セル群１８に含まれる燃料電池セル２４の数は、同じであってもよいし、あるいは異なってもよい。また、燃料電池スタック１２は、１つのセル群１８だけによって構成されてもよいし、あるいは３つ以上のセル群１８を直列接続して構成されてもよい。
【００２２】
図３も併せて参照すると、燃料電池セル２４は、電解質膜２６と、電解質膜２６を積層方向両側から挟んで設けられた２つの触媒層２８と、さらに電解質膜２６および触媒層２８のサンドイッチ構造を積層方向両側から挟んで設けられた２つのガス拡散層３０と、さらに電解質膜２６、触媒層２８およびガス拡散層３０のサンドイッチ構造を積層方向両側から挟んで設けられた２つのセパレータ３２とで構成されている。
【００２３】
電解質膜２６は、湿潤状態においてプロトン伝導性を発現する高分子材料からなる膜体によって好適に形成されることができる。触媒層２８は、導電性および通気性を有する層として形成され、触媒には例えばプラチナ、プラチナ合金等が好適に用いられる。また、ガス拡散層３０は、導電性および通気性を有する層として形成され、燃料電池セル２４に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスをセル面方向（図２の紙面に垂直な方向）に拡散させて通過させる機能を有する。なお、触媒層２８とガス拡散層３０とは、１つまたは一体の層として形成されてもよい。
【００２４】
セパレータ３２は、例えばステンレス等の金属製の平板により構成され、多数の溝状のガス流路３４および冷却水流路３５が形成されている。冷却水流路３５は、隣接する燃料電池セル２４のセパレータ３２と共同して形成され、そこを流れる冷却水によって積層方向両側の燃料電池セル２４が冷却されるようになっている。また、セパレータ３２は、導電性を有する金属板で形成されることにより、隣り合う２つの燃料電池セル２４を互いに電気接続する導電板または電極板としても機能する。
【００２５】
図３中において、積層方向に関して電解質膜２６の一方側（例えば上側）に位置する触媒層２８、ガス拡散層３０およびセパレータ３２が燃料極３７を構成し、電解質膜２６の他方側（例えば下側）に位置する触媒層２８、ガス拡散層３０およびセパレータ３２が酸化剤極３９を構成する。
【００２６】
図１を再び参照すると、エンドプレート２０に連結された燃料ガス供給排出部１４は、燃料ガス供給管１５ａと燃料ガス排出管１５ｂとを含む。燃料ガスには、例えば水素などが好適に用いられる。燃料ガス供給排出部１４はさらに、いずれも図示しないが、燃料ガス供給管１５ａと燃料ガス排出管１５ｂとを接続する循環流路、この循環経路に設けられる燃料ガス循環ポンプ、燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンク、燃料ガスタンクと燃料電池スタック１２とを接続する燃料ガス供給管１５ａの途中に設けられる調圧弁および圧力計、燃料ガス排出管１５ｂを介して燃料電池スタック１２から排出される廃燃料ガスを外部に放出する際に開弁されるパージ弁などを含んでもよい。
【００２７】
もう１つのエンドプレート２２に連結された酸化剤ガス供給排出部１６は、酸化剤ガス供給管１７ａと酸化剤ガス排出管１７ｂとを含む。酸化剤ガスには、例えば空気中に含まれる酸素が好適に用いられる。酸化剤ガス供給排出部１６はさらに、いずれも図示しないが、外気から取り込んだ空気を酸化剤ガス供給管１７ａに送り込むためのエアコンプレッサ、酸化剤ガス供給管１７ａを介して燃料電池スタック１２に供給される空気を適度に加湿にする加湿器、配管１７ａ等に設けられる開閉弁および圧力計、酸化剤ガス排出管１７ｂに接続される希釈器などを含んでもよい。
【００２８】
なお、上記においては燃料ガス供給排出部１４がエンドプレート２０に接続され酸化剤ガス供給排出部１６がエンドプレート２２に接続されるものとして説明したが、両者１４，１６がいずれか一方の積層方向端部のエンドプレート２０または２２に接続されるよう構成してもよい。
【００２９】
燃料電池スタック１２のセル群１８の側部には、各燃料電池セル２４で発電された電力をまとめて出力するための電力出力端子３６，３８が設けられている。出力端子３６，３８は、エンドプレート２０，２２に最も近い燃料電池セル２４のセパレータ３２に電気接続されている。また、セル群１８には、セル異常検出装置５０に電気接続される検出用端子４０，４２，４４が設けられている。２つの検出用端子４０，４４はエンドプレート２０，２２に最も近い燃料電池セル２４のセパレータ３２に電気接続され、積層方向中間にある１つの検出用端子４２は２つのセル群１８の境界部に相当するセパレータ３２に電気接続されている。
【００３０】
上記のように構成される燃料電池スタック１２における発電運転について説明する。燃料ガスである水素が燃料ガス供給管１５ａから燃料電池スタック１２に供給される。そして、水素は、燃料電池スタック１２の各セル群１８内に形成された燃料ガスマニホールドを介して各燃料電池セル２４の燃料極３７側のガス流路３４へ送られる。
【００３１】
一方、酸化剤ガスである酸素を含む空気は、加湿器を通過する際に適度に加湿されて酸化剤ガス供給管１７ａから燃料電池スタック１２内に供給される。そして、空気は、燃料電池スタック１２の各セル群１８内に形成された酸化剤ガスマニホールドを介して各燃料電池セル２４の酸化剤極３９側のガス流路３４へ送られる。
【００３２】
燃料電池セル２４の燃料極３７に供給された水素の一部は、ガス拡散層３０を拡散しながら通過して触媒層２８へと至り、そこで白金等の触媒と接触することにより電子を放出してプロトンが生成される。このとき放出される電子が各燃料電池セル２４における起電力となって、燃料電池スタック１２の電力出力端子３６，３８間に電流が流れ、その結果、燃料電池スタック１２において発電が行われることになる。
【００３３】
上記プロトンは、上記加湿された空気によって湿潤状態になっている電解質膜２６中を燃料極３７から酸化剤極３９へと伝導する。そして、上記プロトンは、酸化剤極で電子を受け取ってイオン化した酸素イオンと結合して水が生成される。この生成水は、廃空気と共に燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出管１７ｂへと排出される。
【００３４】
各燃料電池セル２４で発電に供された後の廃水素は、燃料電池スタック１２から燃料ガス排出管１５ｂへと排出されるが、未だ高濃度の水素を含むために循環ポンプによって燃料ガス供給管１５ａから燃料電池スタック１２内へ循環供給される。そして、廃水素中の水素濃度が低下するとともに不純物としての生成水が多くなってきた所定のタイミングでパージ弁を開弁することにより、燃料電池装置１０の外部に放出される。このとき、廃水素は、希釈器において、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出管を介して送られてきた廃空気によって希釈された後に装置外部へ放出されるのが好ましい。
【００３５】
上記のような発電運転中に例えば空気の加湿不足、過度の温度上昇やガス供給不足等の原因によって、燃料電池セル２４における燃料極３７と酸化剤極３９の電位関係が逆転する転極状態となることがある。このような転極状態または逆電位状態が発生すると、電解質膜２６中に含まれる水が電気分解されてしまって電解質膜２６が乾燥し、これにより電気抵抗がα倍（例えば数倍〜１０倍程度）まで急激に大きくなる。この状態で燃料電池スタック１２の発電運転を継続すると、上記転極状態となった燃料電池セル２４の電解質膜２６が損傷するおそれがある。そのため、このような燃料電池セル２４の異常状態が発生していることを正確に検出し、それに対処する必要がある。
【００３６】
一方、燃料電池スタック１２のすべての燃料電池セル２４の出力電圧またはセルインピーダンスを検出および監視することすると、各燃料電池セル２４に個別に対応して電圧センサやインピーダンスセンサをそれぞれ設ける必要があり、燃料電池装置の構成が複雑なものになる。
【００３７】
そこで、本実施形態の燃料電池装置１０では、上記のような燃料電池セル２４の転極などの異常状態を簡易な構成で正確に検出するためにセル異常検出装置５０を設けている。
【００３８】
次に、図２を参照して本実施形態におけるセル異常検出装置５０について説明する。セル異常検出装置５０は、交流電流印加部５２と、計測部５４と、演算部５６と、判定部５８とを含む。セル異常検出装置５０は、セル群１８ごとに対応して設けられている。ただし、複数のセル群１８について共通に使用可能な部分、例えば、交流電圧印加部５２、演算部５６および判定部５８の少なくとも１つを、燃料電池スタック１２に含まれるセル群１８の数よりも少なくしてもよい。これにより、燃料電池装置１０におけるセル異常検出装置５０の構成をより簡易なものにできる。
【００３９】
交流電流印加部５２は、セル群１８に対して例えば数ｍＡ程度の微弱な交流電流を通電させる機能を有しており、検査用端子４０等を介してセル群１８の積層方向両端に位置するセパレータ３２に電気的に接続されている。交流電流印加部５２は、交流電源を内蔵していてもよいし、または、外部の交流電源に接続されていてもよい。
【００４０】
計測部５４は、交流電流印加部５２によってセル群１８に交流電圧が印加されたときのセル群１８のインピーダンス（以下、セル群インピーダンスという）Ｚgroupを計測する機能を有し、検査用端子４０等（あるいは交流電流印加部５２が接続される端子とは別の端子）を介してセル群１８の積層方向両端に位置するセパレータ３２に電気的に接続されている。計測部５４には、交流電流が印加されたときの交流電圧を計測してインピーダンスを求めるＡＣミリオームセンサなどを好適に用いることができる。
【００４１】
演算部５６および判定部５８は、計測部５４に信号ラインによって電気接続されており、計測部５４からセル群インピーダンスＺgroupを受信するように構成されている。演算部５６は、計測部５４により計測されたセル群１８のセル群インピーダンスＺgroup、セル異常が発生した燃料電池セル２４でのインピーダンス増加率α、正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンスＺａ、予め規定される異常発生セル数ｍ、およびセル群１８を構成するセル数ｎに基づいて、セルインピーダンス上限値Ｚlimを演算して求める機能を有する。具体的には、演算部５６は、下記式によりセルインピーダンス上限値Ｚlimを算出する。下記式において、上辺の左項「αｍＺａ」は転極状態になっている燃料電池セル２４のインピーダンス値、上辺の右項「（ｎ−ｍ）Ｚａ」は正常電位状態にある燃料電池セル２４の合計インピーダンス値である。したがって、上辺「αｍＺａ＋（ｎ−ｍ）Ｚａ」はｍ個の燃料電池セル２４で転極状態が発生していることが想定されるセル群１８におけるセル群インピーダンスに相当する。このセル群インピーダンスをセル数ｎで除算することによって、１セルあたりのセルインピーダンス上限値Ｚlimが得られる。
【００４２】
【数１】
0005508633.tif 000002
【００４３】
演算部５６は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリなどを含むマイクロコンピュータによって好適に構成されることができ、ＣＰＵにおいて実行されるソフトウェアの一部によってその機能が実行されてもよい。ただし、これに限定されず、演算部５６はハードウェア要素によって実現されてもよい。
【００４４】
上記インピーダンス増加率αは、上記メモリに予め記憶されており、実験的または経験的に得られる定数が用いられる。例えば、上記インピーダンス増加率αは、電解質膜２６を構成する材料によっても異なるが「１０」とすることができる。
【００４５】
上記正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンスＺａ、異常発生セル数ｍ、およびセル群１８を構成するセル数ｎもまた、上記メモリに予め記憶されている値を用いる。正常電位時の１セルあたりのセルインピーダンスＺａは、実験的または経験的に得られる既知の値である。また、セル群１８を構成するセル数ｎは、燃料電池スタック１２の構成によって定まる既知の値である。
【００４６】
さらに、異常発生セル数ｍは、例えば「１」として予め規定されている。それは、図５を参照すると明らかなように、異常発生セル数ｍが１、２、３，４、５、・・・と増えるにつれてセルインピーダンス上限値Ｚlimが増大する傾向にあるため、セルインピーダンス上限値Ｚlimが最小となる異常発生セル数ｎを「１」とすることで燃料電池セル２４の異常発生生状態をより正確に検出できることになるからである。ただし、上記のように異常発生セル数ｍは、「１」に限定されるものではなく、例えば計測部５４による計測誤差によってセル異常発生と判定されないようにする等の理由から「２」以上の値に設定されてもよい。
【００４７】
上記判定部５８は、演算部５６を構成するものと同一のマイクロコンピュータによって構成されることができるが、別のマイクロコンピュータによって構成されてもよいし、あるいは、比較器等のハードウェア要素によって構成されてもよい。
【００４８】
判定部５８では、計測部５４から送信されたセル群インピーダンスＺgroupをセル数ｎで除して得られる平均セルインピーダンスＺと上記セルインピーダンス上限値Ｚlimとを対比して、燃料電池セル２４の異常発生の有無を判定する機能を有する。本実施形態では、後述するように、平均セルインピーダンスＺと、セルインピーダンス上限値Ｚlimからセルインピーダンス変動値Ｚｂを減算したもの対比または比較してセル異常状態の発生の有無を判定するが、これに代えて、平均セルインピーダンスＺとセルインピーダンス上限値Ｚlimとを直接的に比較してセル異常発生の有無を判定してもよい。
【００４９】
なお、上記においては、平均セルインピーダンスＺは判定部５８において算出されると説明したが、これに限定されるものではなく、計測部５４においてセル群インピーダンスＺgroupをセル数ｎで除して得られる平均セルインピーダンスＺが計測部５４から判定部へ送信されてもよい。
【００５０】
続いて、図４，６を参照して上記構成からなるセル異常検出装置５０における動作について説明する。図４は、セル異常検出装置５０で実行される処理手順を示すフローチャートであり、図６は、転極状態（逆電位状態）が生じたときに平均セルインピーダンスが増加する様子を時間経過とともに示すグラフである。この処理手順は、燃料電池スタック１２が連続発電運転または間欠発電運転されているときに例えば所定時間毎に実行される。
【００５１】
まず、ステップＳ１０において、演算部５６は、上記式によりセルインピーダンス上限値Ｚlimを算出する。このセルインピーダンス上限値Ｚlimはメモリに記憶される。
【００５２】
次いで、ステップＳ１２において、交流電流印加部５２は、セル群１８に対して交流電流を印加する。この交流電流は微弱電流であることから、セル群１８に含まれる燃料電池セル２４の発電運転に影響することはない。
【００５３】
続くステップＳ１４において、計測部５４は、セル群１８の積層方向両端におけるセル群インピーダンスＺgroupを計測する。そして、計測部５４は、セル群インピーダンスＺgroupを判定部５８に送信する。
【００５４】
続いて、判定部５８は、ステップＳ１６において、計測部５４から受信したセル群インピーダンスＺgroupをセル群１８のセル数ｎで除算して１セルあたりの平均セルインピーダンスＺを求める。
【００５５】
そして、判定部５８は、ステップＳ１８において、平均セルインピーダンスＺと、セルインピーダンス上限値Ｚlimからセルインピーダンス変動値Ｚｂを減算した値である閾値Ｚthrとを比較する。その結果、平均セルインピーダンスＺが閾値Ｚthrを上回っているとき、ステップＳ２０においてセル異常または逆電位状態が発生している燃料電池セル２４が有ると判定する。そして、セル異常判定処理を終了する。
【００５６】
図６を参照すると、１つまたは複数の燃料電池セル２４においてセル異常が発生し電解質膜２６や触媒層２８が乾燥した状態になると、平常電位時にはＺａの値である平均セルインピーダンスＺが時間ｔ１から急激に大きくなる様子が示されている。このように平均セルインピーダンスＺが急増する途中で閾値Ｚthrを超えることとなる時間ｔ２のタイミングで、燃料電池スタック１２においてセル異常が発生していることが検出される。
【００５７】
一方、ステップＳ１８において平均セルインピーダンスＺが閾値Ｚthrを上回っていない、すなわち平均セルインピーダンスＺが閾値Ｚthr以下であるとき、ステップＳ１２に戻ってステップＳ１２〜Ｓ１８の処理が繰り返し実行されることになる。
【００５８】
このように本実施形態のセル異常検出装置５０によれば、転極などのセル異常が発生すると、燃料電池セル２４に含まれる電解質膜２６や触媒層２８が乾燥してインピーダンスが急激に大きくなる特性を考慮してセルインピーダンス上限値Ｚlimを求め、これとの対比でセル群１８を構成する燃料電池セル２４のセル異常の発生を判定することから、２つのセル群１８において燃料電池セル２４の転極状態が同時発生した場合でも、セル群１８に含まれる燃料電池セル２４の異常発生を正確に検出することができる。
【００５９】
また、本実施形態のセル異常検出装置５０では、平均セルインピーダンスＺと、セルインピーダンス上限値Ｚlimからセルインピーダンス変動値Ｚｂを減算した値である閾値Ｚthrとを比較して、燃料電池セル２４の異常発生の有無を判定するようにしている。このようにセルインピーダンス変動値Ｚｂを考慮することで、燃料電池セル２４の異常発生をより早く判定および検出することができる。
【００６０】
上記のように燃料電池セル２４においてセル異常が発生していることが検出されたとき、燃料電池装置１０において、例えば、燃料電池スタック１２に供給される空気の加湿度を増加させる、燃料電池スタック１２を冷却する冷却手段（図示せず）の冷却性能を上げる、燃料ガス等の供給量を増大させる、発電運転を停止する等の少なくとも１つの保護措置が採られてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０  燃料電池装置、１２  燃料電池スタック、１４  燃料ガス供給排出部、１５ａ  燃料ガス供給管、１５ｂ  燃料ガス排出管、１６  酸化剤ガス供給排出部、１７ａ  酸化剤ガス供給管、１７ｂ  酸化剤ガス排出管、１８  セル群、２０，２２  エンドプレート、２４  燃料電池セル、２６  電解質膜、２８  触媒層、３０  ガス拡散層、３２  セパレータ、３４  ガス流路、３５  冷却水流路、３６，３８  電力出力端子、３７  燃料極、３９  酸化剤極、４０，４２，４４  検出用端子、５０  セル異常検出装置、５２  交流電流印加部、５４  計測部、５６  演算部、５８  判定部、ｍ  異常発生セル数、ｎ  セル群を構成するセル数、Ｚ  平均セルインピーダンス、Ｚａ  セルインピーダンス、Ｚｂ  セルインピーダンス変動値、Ｚgroup  セル群インピーダンス、Ｚlim  セルインピーダンス上限値、Ｚthr  閾値、α  インピーダンス増加率。
【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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