(57)【要約】【課題】燃料電池に供給される入力エネルギーに相当する流量データと出力エネルギーに相当する電力データとを電力測定装置で算出することにより、各データの同期をとることができ、測定精度を向上させると共に、演算装置を別途設ける必要がなく、簡単に効率測定ができる電力測定装置を提供する。【解決手段】水素燃料と酸素を反応させて電力を発生する燃料電池に供給される前記水素燃料と、前記燃料電池から排出される前記水素燃料との流量の差から算出した燃料電池への入力エネルギーと、前記燃料電池から供給される電力を測定して算出した前記燃料電池の出力エネルギーと、に基づき前記燃料電池の効率を測定することを特徴とする電力測定装置。【選択図】　　　　図１
2004119231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生する燃料電池に供給される水素燃料と、前記燃料電池から排出される水素燃料との流量の差から算出した燃料電池への入力エネルギーと、
前記燃料電池から供給される電力を測定して算出した前記燃料電池の出力エネルギーと、
に基づき前記燃料電池の効率を測定することを特徴とする電力測定装置。
【請求項２】
予め設置された第１及び第２の流量計からの出力信号に基づき前記燃料電池に供給される水素燃料の流量と、前記燃料電池から排出される水素燃料の流量とを検出するセンサ出力検出部と、
このセンサ出力検出部の流量検出結果の差から前記燃料電池で消費された水素燃料の入力エネルギーを算出する入力エネルギー換算部と、
前記燃料電池から出力された電力を測定する電力測定部と、
この測定電力から出力エネルギーを算出する出力エネルギー換算部と、
前記入力エネルギーと前記出力エネルギーの比から効率を演算する効率演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【請求項３】
前記入力エネルギー換算部は、
前記流量計の出力信号から水素量に換算する水素量換算部と、
換算した水素量に相当するエネルギーを演算する反応エネルギー演算部と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力測定装置に関し、特に燃料電池の効率を測定する電力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の開発に伴い燃料電池の評価の必要性が高まっている。
従来、その燃料電池の評価項目としてインピーダンスの測定等が行われており、本出願人による特許文献がある。（例えば特許文献１参照）
これに加えて、燃料電池の効率測定も評価として非常に重要な項目である。この効率測定について図を用いて説明する。
【０００３】
図４は、燃料電池の効率測定システムに適用された従来における電力測定装置の一例を示した図である。
図中の実線矢印は水素ガスの流れ、破線矢印は流量計および電力測定器から出力される電気信号の流れ、太実線は電気エネルギーの流れを示している。
【０００４】
水素燃料供給源４１は、例えば水素貯蔵タンクから成り水素燃料を燃料電池４２に供給する。燃料電池４２は供給された水素と空気中の酸素を反応させて電力を発生させる。第１の流量計４３は、燃料電池４２に供給される水素の流量を検出して検出量に相当する電気信号を演算装置４４に出力する。第２の流量計４５は、燃料電池４２で消費されずに余った水素の流量を検出し同様にその結果を電気信号として演算装置４４に出力する。
【０００５】
水素燃料回収装置４６は、余剰水素を回収するもので回収された水素燃料は再び供給燃料として利用される。電子負荷装置４７は、燃料電池４２の出力として得られる電気エネルギーを消費する負荷である。電力測定装置４８は、燃料電池４２から出力される電圧と電流により、消費される電力を測定し、その測定結果を演算装置４４へ出力する。演算装置４４はパーソナルコンピュータ等から成り、各流量計４３、４５の検出結果の差から燃料として消費された水素量を算出して入力エネルギーを演算する。
また、消費される電力から出力エネルギーを演算し、燃料電池の効率を計算する。
この演算装置４４は、水素量や入出力エネルギーや効率の値等を表示したり、各流量計や電力測定装置４８等の制御も行う。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００１−２０７５５２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、各流量計から出力される電気信号と、電力測定装置から出力される電気信号に基づいて演算装置が効率の計算を行う。このため、流量計から得られる電気信号と電力測定装置から得られる電気信号の間で、データ出力間隔やタイミングが一致しないことから、同期を取ることが難しく精度の高い効率
測定が困難であった。また、燃料電池の効率測定のためには別途演算装置が必要となり、簡単に効率測定ができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池に供給される入力エネルギーに相当する流量データと出力エネルギーに相当する電力データとを電力測定装置で算出することにより、各データの同期をとることができ、測定精度を向上させると共に、演算装置を別途設ける必要がなく、簡単に効率測定ができる電力測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の通りの構成になった電力測定装置である。
【００１０】
（１）水素燃料と酸素を反応させて電力を発生する燃料電池に供給される前記水素燃料と、前記燃料電池から排出される前記水素燃料との流量の差から算出した燃料電池への入力エネルギーと、
前記燃料電池から供給される電力を測定して算出した前記燃料電池の出力エネルギーと、
に基づき前記燃料電池の効率を測定することを特徴とする電力測定装置。
【００１１】
（２）予め設置された第１及び第２の流量計からの出力信号に基づき前記燃料電池に供給される前記水素燃料の流量と、前記燃料電池から排出される前記水素燃料流量とを検出するセンサ出力検出部と、
このセンサ出力検出部の流量検出結果の差から前記燃料電池で消費された水素燃料の入力エネルギーを算出する入力エネルギー換算部と、
前記燃料電池から出力された電力を測定する電力測定部と、
この測定電力から出力エネルギーを算出する出力エネルギー換算部と、
前記入力エネルギーと前記出力エネルギーの比から効率を演算する効率演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【００１２】
（３）前記入力エネルギー換算部は、
前記流量計の出力信号から水素量に換算する水素量換算部と、
換算した水素量に相当するエネルギーを演算する反応エネルギー演算部と、
を有することを特徴とする（２）に記載の電力測定装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示した構成図である。
図１において、センサ出力検出部１は、前出の第１、第２の流量計から出力されたアナログ信号等を検出し、電圧信号を信号増幅部２に出力する。
流量計には例えばマスフローセンサなどが用いられる。
信号増幅部２は入力された電圧信号を増幅または減衰させて正規化しデジタル変換部３に出力する。デジタル変換部３は、正規化された電圧値をデジタルデータに変換する。
【００１４】
電力測定部４は、燃料電池から出力される電圧と電流を測定して電力を算出し、その電力データを出力エネルギー換算部５に出力する。出力エネルギー換算部５は、電力測定部４から出力された電力データを出力エネルギーに換算する。
【００１５】
入力エネルギー換算部６は、水素量換算部６１と反応エネルギー演算部６２から成り、水素量換算部６１は、校正によりデジタルデータに対応する水素量のデータが予め設定されており、デジタル変換部３から出力されたデジタルデータを水素量に換算することができる。反応エネルギー演算部６２は、換算した第１の流量計の水素量（燃料電池に供給される水素量）と第２の流量計の水素量（燃料電池から排出される水素量）との差から燃料電池内で反応した水素の反応エネルギーを演算し入力エネルギーを求める。水素の単位質量当たりの燃焼熱は既知であるため質量が分かればエネルギーに換算することができる。
効率演算部７は、入力エネルギーと出力エネルギーの比から燃料電池の効率を算出する。
演算結果出力部８は、効率演算した結果を表示したり、規格化された電気信号として出力する。
【００１６】
これにより、電力測定装置で直接流量計の出力データが取得できるため、簡単に電力データとの間で同期をとることができる。また、流量計の出力データに遅延があってもこの遅れ時間が既知であれば容易に補正することができる。
【００１７】
尚、本発明の電力測定装置は、ユーザが操作する操作手段や多チャネルの測定が可能である等の従来の電力測定装置に備えられた機能を有するものである。
【００１８】
図２は、燃料電池の効率測定システムに適用された本発明における電力測定装置の一例を示した構成図である。
図２において前出の図と同一のものは同一の符号を付けてその部分の説明を省略する。
【００１９】
図２で図４の従来例と異なる点は第１、第２の流量計４３、４５から得られる水素量に相当する電気信号出力が前出の演算装置４４ではなく電力測定装置５０に入力されることである。
電力測定装置５０は、上述のように第１、第２の流量計４３、４５の電気信号出力から燃料電池４２で消費される水素量を計算し、燃料電池４２の入力エネルギーに換算する機能を有する。さらに従来通りの機能として燃料電池４２から出力される電圧値、電流値から電力値を演算することで、出力エネルギーを換算する。これら入力エネルギーと出力エネルギーの比により燃料電池４２のエネルギー入出力効率を電力測定装置５０で演算することができる。
【００２０】
以上により、従来からの電力測定装置の機能に加え、水素量を検出するために使用する流量計の電気信号出力に基づき、燃料電池への入力エネルギーを演算できるため、電力測定器にて燃料電池の入出力効率を演算することが可能となる。また、入力エネルギー信号と出力エネルギー信号の同期を取ることができるため高精度の効率測定が実現できる。さらに、演算装置が不要となり、簡単に効率測定ができる。
【００２１】
図３は本発明の電力測定装置を適用した燃料電池の効率測定システムの他の実施例である。
図３で前出の図と同一のものは同一の符号を付けてその部分の説明を省略する。
【００２２】
インバータ５１は、燃料電池４２から出力される直流エネルギーを使いやすい交流エネルギーに変換する。これは燃料電池４２の一般的な使用例である。図３は、電力測定装置５０を、そのシステムへ適用した場合の一例を示している。
【００２３】
従来の電力測定装置では、インバータの入出力間の効率測定は可能であった。しかし、燃料電池の入力エネルギーを測定できなかったため、燃料電池を含めた総合効率を測定することは困難であった。本発明の電力測定装置により、燃料電池の入力エネルギーを算出できるため、燃料電池とインバータを組合わせたシステムの効率も測定することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果がある。
【００２５】
請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、従来からの電力測定器の機能に加え、水素量を検出するために使用する２つの流量計の検出結果の差から燃料電池への入力エネルギーを演算できるため、電力測定装置にて燃料電池の入出力効率を演算することが可能となる。また、電力測定装置一台で各信号処理や演算処理を行うため、入力エネルギー信号と出力エネルギー信号の同期を取ることができ、高精度の効率測定が実現できる。さらに、演算装置が不要となり、簡単に効率測定ができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】本発明の電力測定装置を適用した燃料電池の効率測定システムの一実施例を示した構成図である。
【図３】本発明の電力測定装置を適用した燃料電池の効率測定システムの他の実施例を示した構成図である。
【図４】従来の電力測定装置を適用した燃料電池の効率測定システムの一例を示した構成図である。
【符号の説明】
１　センサ出力検出部
４　電力測定部
５　出力エネルギー換算部
６　入力エネルギー換算部
７　効率演算部
【図１】
2004119231.tif 000003
【図２】
2004119231.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004119231.tif 000006