(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極及びカソード電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池のインピーダンス計測装置であって、
前記セパレータは、互いに絶縁状態に維持されて電極反応面の領域内に設けられる複数個の導電性部材を備えるとともに、
前記インピーダンス計測装置は、前記燃料電池の発電中に、インピーダンスを計測する導電性部材から外部負荷への電流を遮断する一方、前記インピーダンスを計測する導電性部材以外の導電性部材から前記外部負荷への電流を許容する遮断機構と、
前記外部負荷への電流を遮断された状態の前記導電性部材にインピーダンス計測電流を流す一方、前記外部負荷への電流を許容された状態の前記導電性部材への前記インピーダンス計測電流を遮断した状態で、前記外部負荷への電流を遮断された状態の前記導電性部材のインピーダンスを計測するインピーダンス計測器と、
を備えることを特徴とする燃料電池のインピーダンス計測装置。
【請求項２】
請求項１記載のインピーダンス計測装置において、前記遮断機構は、前記燃料電池の発電中に、前記外部負荷への電流を遮断する前記導電性部材を、順次、切り替えながら、該導電性部材のインピーダンスを測定することを特徴とする燃料電池のインピーダンス計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のインピーダンス計測装置において、前記遮断機構は、前記導電性部材と前記外部負荷に接続する回路に設けられ、前記導電性部材を前記外部負荷から遮断するスイッチを備えることを特徴とする燃料電池のインピーダンス計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード電極及びカソード電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池のインピーダンス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、アノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、所望の発電を確実に行うために、発電状況を正確に把握することが必要である。例えば、電解質膜は、発電性能を維持するために所望の湿潤状態に加湿しなければならず、この電解質膜が乾燥状態になると、発電性能が低下してしまう。
【０００４】
一方、発電による生成水量が多く、水過剰状態になると、フラッディングが惹起され易い。このため、反応ガスを流通させる通路等が詰まり、発電性能が低下してしまう。また、燃料ガスの供給不足に起因して発電性能の低下が発生する場合がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、図７に示すように、電解質膜１ａと、４分割されたアノード側触媒層・拡散層２ａと、４分割されたカソード側触媒層・拡散層３ａと、４分割されたアノード側セパレータ４ａと、４分割されたカソード側セパレータ５ａとを備えている。
【０００６】
各アノード側セパレータ４ａと各アノード側触媒層・拡散層２ａとの間には、アノードガス流路６ａが形成される一方、各カソード側セパレータ５ａと各カソード側触媒層・拡散層３ａとの間には、カソードガス流路７ａが形成されている。各アノード側セパレータ４ａ間には、絶縁部材８ａが介装されるとともに、各カソード側セパレータ５ａ間には、絶縁部材９ａが介装されている。
【０００７】
このため、燃料電池は、独立した４つの分割電池として動作することができるとともに、各分割電池のインピーダンスを測定することにより、燃料電池のインピーダンス分布を測定することが可能になる、としている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているインピーダンス計測装置は、図８に示すように、セル１ｂに隣接して配置され、前記セル１ｂの局所部位に対応して第１導電部２ｂが形成された第１板状部材３ｂと、前記セル１ｂにおける前記第１板状部材３ｂの反対側に隣接して配置され、前記第１導電部２ｂと対になるように該セル１ｂの局所部位に対応して第２導電部４ｂが形成された第２板状部材５ｂとを備えている。
【０００９】
さらに、インピーダンス計測装置は、第１導電部２ｂに流れる電流を検出する電流検出手段６ｂと、前記第１導電部２ｂと第２導電部４ｂとの電位差を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段６ｂ及び電圧検出手段の出力信号に周波数を変化させながら正弦波信号を印加する正弦波印加手段と、正弦波が印加された前記電流検出手段６ｂと前記電圧検出手段の出力信号からインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段とを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２７８０８号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の特許文献１では、発電中の各分割電池のインピーダンスを測定する一方、特許文献２では、発電中の第１導電部２ｂと第２導電部４ｂとの間におけるインピーダンスを測定している。その際、燃料電池スタックには、外部負荷装置が接続されており、測定される発電部位のインピーダンスと前記外部負荷装置のインピーダンスとが回路的に並列に接続されてしまう。
【００１２】
従って、測定される発電部位のインピーダンスが、電気回路的に並列に接続されている外部負荷装置のインピーダンスに影響され易くなる。これにより、発電部位のインピーダンスを正確に測定することができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池の電極反応面のインピーダンス分布を容易且つ正確に測定することが可能な燃料電池のインピーダンス計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、アノード電極及びカソード電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池のインピーダンス計測装置に関するものである。
【００１５】
このインピーダンス計測装置では、セパレータは、互いに絶縁状態に維持されて電極反応面の領域内に設けられる複数個の導電性部材を備えている。そして、インピーダンス計測装置は、燃料電池の発電中に、インピーダンスを計測する導電性部材から外部負荷への電流を遮断する一方、前記インピーダンスを計測する導電性部材以外の導電性部材から前記外部負荷への電流を許容する遮断機構と、前記外部負荷への電流を遮断された状態の前記導電性部材にインピーダンス計測電流を流す一方、前記外部負荷への電流を許容された状態の前記導電性部材への前記インピーダンス計測電流を遮断した状態で、前記外部負荷への電流を遮断された状態の前記導電性部材のインピーダンスを計測するインピーダンス計測器とを備えている。
【００１６】
また、このインピーダンス計測装置では、遮断機構は、燃料電池の発電中に、外部負荷への電流を遮断する導電性部材を、順次、切り替えながら、前記導電性部材のインピーダンスを測定することが好ましい。
【００１７】
さらに、このインピーダンス計測装置では、遮断機構は、導電性部材と外部負荷に接続する回路に設けられ、前記導電性部材を前記外部負荷から遮断するスイッチを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池の発電中に、インピーダンスを計測する導電性部材以外にインピーダンス計測電流が流れることを遮断した状態で、前記導電性部材のインピーダンスを計測している。このため、測定されるインピーダンスは、測定対象以外の導電性部材の影響を受けることがなく、測定の対象となる導電性部材のインピーダンス計測が正確に遂行される。従って、燃料電池の電極反応面のインピーダンス分布を容易且つ正確に測定することが可能になり、所望の発電状態を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池のインピーダンス計測装置の要部説明図である。
【図２】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図３】前記燃料電池の要部断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図５】前記インピーダンス計測装置を構成する導電性セグメントのインピーダンス計測順序の説明図である。
【図６】本実施形態と比較例とにおける面内インピーダンスの測定結果を示す説明図である。
【図７】特許文献１に開示されている燃料電池の一部断面説明図である。
【図８】特許文献２に開示されているインピーダンス計測装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るインピーダンス計測装置１０は、燃料電池スタック１３に組み込まれる。燃料電池スタック１３は、少なくとも１つのインピーダンス計測電流（交流）が流れる燃料電池１２と、複数の燃料電池１２ａとが積層されるとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして構成される。燃料電池１２と燃料電池１２ａとは、後述する連通孔の位置及び寸法が同一であり、且つ、電極位置及び寸法も同一である。
【００２１】
図２に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８とを備える。燃料電池１２の矢印Ｃ方向（図２中、鉛直方向）の一端縁部（上端縁部）には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔２０ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２２ａとが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２２】
燃料電池１２の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔２２ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２３】
燃料電池１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔２４ａが設けられるとともに、前記燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔２４ｂが設けられる。
【００２４】
電解質膜・電極構造体１４は、例えば、フッ素系のイオン交換膜又は炭化水素系のイオン交換膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、前記固体高分子電解質膜２６を挟持するカソード電極２８及びアノード電極３０とを備える。
【００２５】
図３に示すように、カソード電極２８及びアノード電極３０は、固体高分子電解質膜２６の両面に接合される電極触媒層２８ａ、３０ａと、前記電極触媒層２８ａ、３０ａに配設されるカーボンペーパ等からなるガス拡散層２８ｂ、３０ｂとを有する。電極触媒層２８ａ、３０ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜２６の両面に一様に塗布して形成される。
【００２６】
第１セパレータ１６は、例えば、カーボンセパレータからなるカソード側セパレータ１６ａと冷却媒体側セパレータ１６ｂとを有する分割セパレータを構成する。カソード側セパレータ１６ａと冷却媒体側セパレータ１６ｂとは、電極取り出しプレート１６ｃを介装して接合される。
【００２７】
図２に示すように、第１セパレータ１６は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材３２を備える。
【００２８】
絶縁性樹脂枠部材３２は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合樹脂）等の非導電性樹脂で形成される。
【００２９】
絶縁性樹脂枠部材３２内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の独立した導電性セグメント（導電性部材）３４が設けられる。導電性セグメント３４は、直方体や立方体形状を有するとともに、カーボン等を含んだ導電性樹脂（カーボンセパレータ）により形成される。絶縁性樹脂枠部材３２は、熱可逆性樹脂又は熱硬化性樹脂であってもよい。使用される樹脂は、分子量、分子構造により融点を調整することができる。
【００３０】
各導電性セグメント３４は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の熱可逆性の非導電性樹脂（非導電性部材）３６を介装して格子状に配列される。非導電性樹脂３６と絶縁性樹脂枠部材３２とは、同種の樹脂が好ましい。界面が接合し易いからである。
【００３１】
第１セパレータ１６には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面に、すなわち、カソード側セパレータ１６ａに、酸化剤ガス流路３８が設けられる（図３参照）。酸化剤ガス流路３８は、導電性セグメント３４及び非導電性樹脂３６に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝を有しており、酸化剤ガス供給連通孔２０ａと酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとに連通する。
【００３２】
流路溝は、各導電性セグメント３４の面内に設けられており、非導電性樹脂３６の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成されることが好ましい。なお、酸化剤ガス流路３８は、第１セパレータ１６とは個別に構成される導電性を有する流路プレート（図示せず）に形成してもよい。
【００３３】
第１セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４に向かう面とは反対の面には、すなわち、冷却媒体側セパレータ１６ｂには、電極反応面の領域に沿って冷却媒体を矢印Ｂ方向に流通させる冷却媒体流路３９が設けられる（図３参照）。電極取り出しプレート１６ｃは、導電性セグメント３４に対向する導電部３４ａと、非導電性樹脂３６に対向する非導電性樹脂３６ａとを有する。
【００３４】
図３に示すように、第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータからなるアノード側セパレータ１８ａと冷却媒体側セパレータ１８ｂとを有する分割セパレータを構成する。アノード側セパレータ１８ａと冷却媒体側セパレータ１８ｂとは、電極取り出しプレート１８ｃを介装して接合される。
【００３５】
図４に示すように、第２セパレータ１８は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材４０を備える。
【００３６】
絶縁性樹脂枠部材４０は、ＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂で形成され、前記絶縁性樹脂枠部材４０内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の独立した導電性セグメント（導電性部材）４２が設けられる。各導電性セグメント４２は、導電性セグメント３４と同様に構成されており、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂（非導電性部材）４４を介装して格子状に配列される。
【００３７】
第２セパレータ１８には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面、すなわち、アノード側セパレータ１８ａに、燃料ガス流路４６が設けられる（図３及び図４参照）。燃料ガス流路４６は、導電性セグメント４２及び非導電性樹脂４４に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝を有しており、燃料ガス供給連通孔２２ａと燃料ガス排出連通孔２２ｂとに連通する。
【００３８】
流路溝は、各導電性セグメント４２の面内に設けられており、非導電性樹脂４４の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成されることが好ましい。なお、燃料ガス流路４６は、第２セパレータ１８とは個別に構成される導電性を有する流路プレート（図示せず）に形成してもよい。
【００３９】
第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４に向かう面とは反対の面には、すなわち、冷却媒体側セパレータ１８ｂには、電極反応面の領域に沿って冷却媒体を矢印Ｂ方向に流通させる冷却媒体流路３９が設けられる。電極取り出しプレート１８ｃは、導電性セグメント４２に対向する導電部４２ａと、非導電性樹脂４４に対向する非導電性樹脂４４ａとを有する。
【００４０】
図３に示すように、導電性セグメント３４と導電性セグメント４２とは、電解質膜・電極構造体１４に対して互いに対向して（対称に）配置される。互いにずれると、検出精度が低下するからである。
【００４１】
第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８には、それぞれ燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするために、第１シール部材４８及び第２シール部材４９が、一体的又は個別に設けられる。第１シール部材４８及び第２シール部材４９は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール材を使用する。
【００４２】
図１及び図２に示すように、燃料電池１２ａは、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２とを備える。なお、燃料電池１２ａでは、燃料電池１２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する（図２参照）。
【００４３】
第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２は、金属セパレータ又はカーボンセパレータが使用される。第１セパレータ５０の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、電極反応面の領域に沿って冷却媒体を、図２中、矢印Ｂ方向に流通させる冷却媒体流路３９が設けられる。第２セパレータ５２の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、同様に冷却媒体流路３９が形成される。
【００４４】
図１に示すように、インピーダンス計測装置１０は、燃料電池１２の発電中に、インピーダンスを計測する導電性セグメント３４、４２から外部負荷７６に電流が流れることを遮断する遮断機構（アイソレータ）（計測器）５６と、前記遮断機構５６により前記外部負荷７６への電流を遮断した状態で、インピーダンス切り替え部５７により選択された前記導電性セグメント３４、４２のインピーダンスを計測するインピーダンス計測器５８とを備える。
【００４５】
遮断機構５６は、電極取り出しプレート１６ｃに、各導電性セグメント３４に対応し一端部が互いに離間（絶縁）して配置される一対の配線６０ａ、６０ｂを有する。配線６０ａ、６０ｂの他端部は、遮断機構５６の本体内に配置されるとともに、スイッチ６２に接続されて開閉回路を構成する。
【００４６】
インピーダンス計測器５８は、交流電圧測定器６４と交流電流測定器６６と交流発生器６７とを備える。電極取り出しプレート１６ｃには、一端部が各導電性セグメント３４に接続される電圧用配線６８ａと電流用配線７０ａとが設けられる。
【００４７】
インピーダンス切り替え部５７は、交流電圧測定器６４に接続される第１切り替えスイッチ７２ａと、交流電流測定器６６に接続される第２切り替えスイッチ７２ｂとを備える。各電圧用配線６８ａの他端部は、第１切り替えスイッチ７２ａにより交流電圧測定器６４と選択的に接続される。各電流用配線７０ａの他端部は、第２切り替えスイッチ７２ｂにより交流電流測定器６６と選択的に接続される。
【００４８】
電極取り出しプレート１８ｃには、一端部が各導電性セグメント４２に接続される電圧用配線６８ｂと電流用配線７０ｂとが設けられる。各電圧用配線６８ｂの他端部は、インピーダンス計測器５８の本体内に配置され、交流電圧測定器６４に接続される。各電流用配線７０ａの他端部は、インピーダンス計測器５８の本体内に配置され、交流電流測定器６６に接続される。
【００４９】
燃料電池スタック１３の積層方向両端には、外部配線７４の両端が電気的に接続される。外部配線７４には、外部負荷７６が配設される。外部負荷７６は、燃料電池スタック１３から直流電流を出力させる。この直流電流に交流電流を重畳させてインピーダンスを計測してもよい。外部負荷７６としては、例えば、電子負荷装置が使用される。また、本実施形態では、インピーダンス計測器５８に設けられた交流発生器６７によりインピーダンス計測される燃料電池１２のみに交流を加えているが、燃料電池スタック１３全体に交流を加えることも可能である。
【００５０】
なお、図１では、導電性セグメント３４、４２がそれぞれ３個ずつ記載されている一方、図２及び図４では、前記導電性セグメント３４、４２がそれぞれ１６個ずつ記載されている。これは、説明の簡素化を図るためであり、導電性セグメント３４、４２の数は、必要に応じて種々選択することができる。
【００５１】
このように構成される燃料電池スタック１３の動作について、以下に説明する。
【００５２】
図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔２４ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００５３】
酸化剤ガスは、第１セパレータ１６、５０に設けられている各酸化剤ガス流路３８に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するカソード電極２８に沿って移動する。一方、燃料ガス供給連通孔２２ａに供給された燃料ガスは、第２セパレータ１８、５２の各燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード電極３０に沿って移動する。
【００５４】
従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード電極２８に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層２８ａ、３０ａ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５５】
次いで、カソード電極２８に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂに排出される。同様に、アノード電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔２２ｂに排出される。
【００５６】
また、冷却媒体供給連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１６、５０及び第２セパレータ１８、５２の各冷却媒体流路３９に導入される。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔２４ｂに排出される。
【００５７】
上記の発電時において、図１に示すように、インピーダンス計測装置１０では、外部負荷７６により燃料電池スタック１３から直流電流を出力させるとともに、インピーダンス計測される燃料電池１２のみに交流電流を加えている。
【００５８】
その際、図１及び図５に示すように、各導電性セグメント３４の中、一方の角部に配置される導電性セグメント３４（ｅｎｄ）がインピーダンス計測セグメントとして選択される。
【００５９】
具体的には、図１に示すように、遮断機構５６では、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に対応して配置されている一対の配線６０ａ、６０ｂに接続されるスイッチ６２のみが開放される。他の導電性セグメント３４では、それぞれ一対の配線６０ａ、６０ｂに接続されるスイッチ６２が閉塞され、前記他の導電性セグメント３４は、外部負荷７６に電気的に接続されている。
【００６０】
さらに、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に対応して配置されている電圧用配線６８ａは、第１切り替えスイッチ７２ａにより交流電圧測定器６４に接続される。また、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に対応して配置されている電流用配線７０ａは、第２切り替えスイッチ７２ｂにより交流電流測定器６６に接続される。
【００６１】
このため、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）及び該導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に対向する導電性セグメント４２（ｅｎｄ）は、インピーダンス計測器５８によるインピーダンス計測が行われる。
【００６２】
導電性セグメント３４（ｅｎｄ）のインピーダンス計測が終了すると、遮断機構５６では、前記導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に対応するスイッチ６２が閉塞される一方、所定の導電性セグメント３４に対応するスイッチ６２のみが開放される。
【００６３】
さらに、第１切り替えスイッチ７２ａ及び第２切り替えスイッチ７２ｂが操作され、交流電圧測定器６４及び交流電流測定器６６は、インピーダンス計測後の導電性セグメント３４（ｅｎｄ）から離脱して所定の導電性セグメント３４に接続される。従って、所定の導電性セグメント３４は、インピーダンス計測器５８によるインピーダンス計測が行われる。
【００６４】
インピーダンス計測が行われる導電性セグメント３４は、図５に示すように、例えば、矢印Ｓ１、Ｓ２又はＳ３に沿って１セグメント毎に、順次、選択されている。セグメントの選択は、ランダムでもよいし、上方から下方に規則的であってもよい。その際、インピーダンス計測が行われている導電性セグメント３４以外の他の全ての導電性セグメント３４は、外部負荷７６に接続されて電流が透過されている。これにより、燃料電池１２全体のインピーダンス分布が検出され、前記燃料電池１２の電極面内の発電状況を検出することが可能になる。
【００６５】
この場合、本実施形態では、インピーダンス計測セグメントとして選択された導電性セグメント３４（ｅｎｄ）は、対応するスイッチ６２が開放されて外部負荷７６から遮断されるため、前記導電性セグメント３４（ｅｎｄ）に電流が流れることを遮断している。この状態で、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）、４２（ｅｎｄ）間のインピーダンスが計測されている。
【００６６】
このため、測定されるインピーダンスは、外部負荷７６のインピーダンスに影響されることがなく、導電性セグメント３４（ｅｎｄ）、４２（ｅｎｄ）間のインピーダンスを高精度且つ容易に測定することができる。従って、燃料電池１２の電極反応面のインピーダンス分布を容易且つ正確に測定することが可能になり、所望の発電状態を確実に維持することができるという効果が得られる。
【００６７】
ここで、図６には、本実施形態と比較例とにおける面内インピーダンスの測定結果が示されている。比較例では、遮断機構５６を用いておらず、外部負荷に接続された状態で、すなわち、電流が流された状態で、各導電性セグメント３４のインピーダンスを測定した。また、図６中、理想計測値は、電極面を分割せずに、前記電極面の面内インピーダンスを測定した測定値を示している。
【００６８】
これにより、本実施形態では、インピーダンスを計測する導電性セグメント３４以外に流れるインピーダンス計測電流を遮断した状態で、前記導電性セグメント３４のインピーダンスを計測するため、インピーダンスの測定結果は、理想計測値に近似することができる。このため高精度なインピーダンスの測定が遂行されるという結果が得られた。
【００６９】
なお、本実施形態では、燃料電池１２の内部抵抗を測定するために、交流インピーダンス法を採用しているが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１０…インピーダンス計測装置        １２、１２ａ…燃料電池
１３…燃料電池スタック              １４…電解質・電極構造体
１６、１８、５０、５２…セパレータ  １６ａ…カソード側セパレータ
１６ｂ、１８ｂ…冷却媒体側セパレータ
１６ｃ、１８ｃ…電極取り出しプレート
１８ａ…アノード側セパレータ        ２０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
２０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔        ２２ａ…燃料ガス供給連通孔
２２ｂ…燃料ガス排出連通孔          ２４ａ…冷却媒体供給連通孔
２４ｂ…冷却媒体排出連通孔          ２６…固体高分子電解質膜
２８…カソード電極                  ３０…アノード電極
３２、４０…絶縁性樹脂枠部材        ３４、４２…導電性セグメント
３４ａ、４２ａ…導電部
３６、３６ａ、４４、４４ａ…非導電性樹脂
３８…酸化剤ガス流路                ３９…冷却媒体流路
４６…燃料ガス流路                  ５６…遮断機構
５７…インピーダンス切り替え部      ５８…インピーダンス計測器
６０ａ、６０ｂ、６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ…配線
６２…スイッチ                      ６４…交流電圧測定器
６６…交流電流測定器                ７２ａ、７２ｂ…切り替えスイッチ
７４…外部配線                      ７６…外部負荷
【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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