(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定装置であって、
前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する交流インピーダンス測定部と、
前記燃料電池の運転状態を示す、燃料電池の内部抵抗値に関わるパラメータ値を検出する運転状態検出部と、
検出された前記パラメータ値に対応した燃料電池の内部抵抗値の判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する判定部と、
を備える性能劣化判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池における電解質膜の湿潤状態に関わるパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の性能劣化判定装置において、
前記電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、前記燃料電池の内部温度及び前記燃料電池に供給されるガスの加湿量のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池における触媒の活性状態に関わるパラメータ値を検出し、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であると共に、
前記触媒の活性状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池に供給されるガスの圧力及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池におけるガスの拡散状態に関わるパラメータ値を検出し、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であると共に、
前記ガスの拡散状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の性能劣化判定装置において、
前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池に供給される空気の流量、前記空気の加湿量及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であることを特徴とする性能劣化判定装置。
【請求項９】
燃料電池における性能劣化を判定するための判定ユニットであって、
検出された前記燃料電池の内部抵抗値に関わるパラメータ値に対応した燃料電池の内部抵抗値の判定基準値と、測定された前記燃料電池の交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定することを特徴とする判定ユニット。
【請求項１０】
燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定方法であって、
（ａ）前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する工程と、
（ｂ）前記燃料電池の運転状態を示す、前記燃料電池の内部抵抗値に関わるパラメータ値を検出する工程と、
（ｃ）検出された前記パラメータ値に対応した燃料電池の内部抵抗値の判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値と、を比較する工程と、
（ｄ）前記比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する工程と、
を備える性能劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池における性能劣化を判定するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池に発生する異常を検知する方法として、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、燃料電池の交流インピーダンスを利用する方法が知られている。
【０００３】
かかる既提案例においては、固体高分子型燃料電池において、正常発電時のセル又はスタックの交流インピーダンスを特定周波数について予め測定し、これをインピーダンス基準値としておき、発電中のセル又はスタックの交流インピーダンスを特定周波数について測定し、そのインピーダンス測定値をインピーダンス基準値と比較し、比較した両者の差分が許容値を超えたときに、そのセル又はスタックに異常が発生したと判定するようにしていた。具体的には、周波数５Ｈｚでのインピーダンスの虚部の値にて、燃料電池における拡散抵抗（濃度分極）を、周波数４０Ｈｚでのインピーダンスの虚部の値にて、反応抵抗を、周波数５ｋＨｚでのインピーダンスの実部の値にて、オーム抵抗を、それぞれ測定するものとしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６７６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池の交流インピーダンスの値は、燃料電池における性能劣化によって変化する他、例え、正常な状態であっても、燃料電池における運転状態によって変化し得る。特に、燃料電池を自動車などにおけるエネルギ供給源として用いた場合、自動車の動作状態などに応じて、燃料電池の運転状態（例えば、温度や出力など）は著しく変化し、それに基づき、交流インピーダンスの値も著しく変化する。
【０００６】
従って、上記した従来技術においては、インピーダンス測定値とインピーダンス基準値との差が許容値を超えたのは、セル又はスタックに異常（性能劣化）が発生して、インピーダンス測定値が変化したことに起因したものなのか、燃料電池の運転状態が変化して、インピーダンス測定値が変化したことに起因したものなのか、を判定することができないおそれがあった。
【０００７】
例えば、燃料電池における反応抵抗の値の増大は、触媒活性の劣化に起因して起きる場合と、温度低下に基づく触媒活性の低下に起因して起きる場合と、が考えられ、上記した従来技術においては、前者、すなわち、性能劣化（異常）であるのか、後者、すなわち、性能低下に過ぎないのかを判定することは困難であった。このことは、拡散抵抗やオーム抵抗についても、同様であった。
【０００８】
なお、本明細書において、「性能劣化」とは、永続的に性能が低下している状態であって、「性能低下」とは、一時的に性能が低下している状態であって、条件によっては回復する見込みがある状態を言う。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の性能劣化判定装置は、燃料電池における性能劣化を判定するための性能劣化判定装置であって、
前記燃料電池の交流インピーダンスを、少なくとも特定周波数について測定する交流インピーダンス測定部と、
前記燃料電池の運転状態を示す、燃料電池の内部抵抗値に関わるパラメータ値を検出する運転状態検出部と、
検出された前記パラメータ値に対応した燃料電池の内部抵抗値の判定基準値と、測定された前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値と、を比較し、その比較結果に基づいて、前記燃料電池における性能劣化を判定する判定部と、
を備えることを要旨とする。
【００１１】
このように、本発明の性能劣化判定装置では、例え、燃料電池の運転状態が変化しても、その運転状態を運転状態検出部が検出し、判定部が、その運転状態に対応した判定基準と、測定された交流インピーダンスからの導出値と、を比較して、燃料電池における性能劣化を判定するようにしている。
【００１２】
従って、本発明の性能劣化判定装置によれば、燃料電池の運転状態が変化しても、交流インピーダンスからの導出値と比較する判定基準値としては、常に、その運転状態に対応した値が用いられるため、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる。従って、性能劣化であるのか、それとも、運転状態の変化に基づく性能低下に過ぎないのかを明確に判別することができ、燃料電池の性能劣化を早期に発見することが可能となる。
【００１３】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記燃料電池のパラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池における電解質膜の湿潤状態に関わるパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることが好ましい。
【００１４】
一般に、燃料電池において、オーム抵抗の値はセパレータや電解質膜の劣化によって増大するため、上記のような構成を採ることにより、オーム抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、セパレータや電解質膜の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
【００１５】
本発明の性能劣化判定装置において、前記電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００１６】
オーム抵抗の値は、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからである。
【００１７】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池のオーム抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記燃料電池のパラメータ値として、前記燃料電池の内部温度及び前記燃料電池に供給されるガスの加湿量のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池におけるオーム抵抗の値であることが好ましい。
【００１８】
このような構成を採ることにより、電解質膜の湿潤状態を的確に把握することができ、オーム抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、セパレータや電解質膜の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
【００１９】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池における触媒の活性状態に関わるパラメータ値を検出し、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であると共に、
前記触媒の活性状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００２０】
一般に、燃料電池において、反応抵抗の値は触媒活性の劣化によって増大するため、上記のような構成を採ることにより、反応抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、触媒活性の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
反応抵抗の値は、触媒の活性状態が低下した状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからである。
【００２１】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の反応抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池に供給されるガスの圧力及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における反応抵抗の値であることが好ましい。
【００２２】
このような構成を採ることにより、触媒の活性状態を的確に把握することができ、反応抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、触媒活性の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
【００２３】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池におけるガスの拡散状態に関わるパラメータ値を検出し、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であると共に、
前記ガスの拡散状態が低下した状態になるほど、対応する前記判定基準値は大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００２４】
一般に、燃料電池において、拡散抵抗の値は拡散層の劣化によって増大するため、上記のような構成を採ることにより、拡散抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、拡散層の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
拡散抵抗の値は、ガスの拡散状態が低下した状態になるほど増大するため、性能劣化判定を精度よく行うためには、それに応じて判定基準値も大きくする必要があるからである。
【００２５】
本発明の性能劣化判定装置において、前記特定周波数は、前記燃料電池の拡散抵抗が測定できる周波数であり、
前記運転状態検出部は、前記パラメータ値として、少なくとも、前記燃料電池に供給される空気の流量、前記空気の加湿量及び前記燃料電池の発電電流のうち、少なくとも１つのパラメータ値を検出すると共に、
前記交流インピーダンスから導き出される燃料電池の内部抵抗値は、前記燃料電池における拡散抵抗の値であることが好ましい。
【００２６】
このような構成を採ることにより、ガスの拡散状態を的確に把握することができ、拡散抵抗に基づいた性能劣化判定、すなわち、拡散層の劣化が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。
【００２８】
このように、内部抵抗に基づく性能劣化判定を行うことにより、燃料電池における性能劣化を総合的に判定することが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は、上記した性能劣化判定装置にも適用できるほか、性能劣化判定装置に用いる判定ユニットにも適用することができる。また、これら装置発明の態様に限ることなく、性能劣化判定方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例の構成：
Ｂ．燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗：
Ｃ．性能劣化判定の原理：
Ｄ．オーム抵抗に基づく性能劣化判定：
Ｅ．反応抵抗に基づく性能劣化判定：
Ｆ．拡散抵抗に基づく性能劣化判定：
Ｇ．実施例の効果：
Ｈ．変形例：
Ｈ−１．変形例１：
Ｈ−２．変形例２：
Ｈ−３．変形例３：
【００３１】
Ａ．実施例の構成：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池性能劣化判定装置を示すブロック図である。図１において、燃料電池１００は、燃料電池性能劣化判定装置などと共に、自動車（図示せず）に搭載されており、インバータ６００を介して、自動車に推進力を与えるためのモータ（図示せず）などに接続されている。燃料電池１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセル（図示せず）を、複数積層させたスタックから成る。各セルは、それぞれ、プロトン伝導性を有する電解質膜（図示せず）の両面に、拡散層，触媒層を含むアノード及びカソード（図示せず）を形成して、膜電極接合体（図示せず）を構成し、その膜電極接合体の両面をセパレータ（図示せず）によって挟持することにより、構成されている。本実施例において、電解質膜は固体高分子膜で形成されており、プロトン伝導性を適切に保つために加湿されている。
【００３２】
一方、燃料電池性能劣化判定装置は、交流インピーダンス測定装置２００と、センサ群３００と、判定ユニット４００と、警告ユニット５００と、で構成されている。このうち、交流インピーダンス測定装置２００は、周波数掃引部２１０と、インピーダンス測定部２２０と、を備えており、燃料電池１００の正負両極にそれぞれ接続されている他、判定ユニット４００にも接続されている。また、センサ群３００は、後述するように、燃料電池１００の内部及び外部にそれぞれ配置された複数のセンサから成っており、各センサはそれぞれ判定ユニット４００に接続されている。
【００３３】
なお、これらのうち、交流インピーダンス測定装置２００は、請求項における交流インピーダンス測定部に、センサ群３００は、請求項における運転状態検出部に、判定ユニット４００は、請求項における判定部もしくは判定ユニットに、それぞれ相当する。
【００３４】
図２は図１におけるセンサ群３００及び判定ユニット４００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、センサ群３００は、燃料電池１００の発電電流を検出する電流センサ３１０と、燃料電池１００の内部温度、具体的には、冷却水の温度をＦＣ温度として検出するＦＣ温度センサ３２０と、燃料電池１００のカソード側に供給される空気の流量を検出する空気流量センサ３３０と、燃料電池１００に供給されるガス（水素，空気）の圧力を検出するガス圧力センサ３４０と、燃料電池１００に供給されるガス（水素，空気）の加湿量を検出する加湿量センサ３５０と、を備えている。
【００３５】
また、判定ユニット４００は、各種処理，計算，判定，制御などを行うＣＰＵ４１０と、後述する判定基準値テーブル４２２を格納するメモリ４２０と、交流インピーダンス測定装置２００から測定出力やセンサ群３００からの検出出力など入力して、ＣＰＵ４１０に伝える入力インタフェース４３０と、ＣＰＵ４１０からの警告指示を警告ユニット５００に与えたり、制御指示を交流インピーダンス測定装置２００に伝えたりする出力インタフェース４４０と、を備えている。
【００３６】
Ｂ．燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗：
さて、本実施例の動作内容を説明する前に、燃料電池１００における交流インピーダンスと内部抵抗との関係について説明する。
【００３７】
燃料電池１００における内部抵抗は、オーム抵抗と、反応抵抗と、拡散抵抗と、によって構成され、内部抵抗の値は、これら各抵抗の値の和で表される。
内部抵抗＝オーム抵抗＋反応抵抗＋拡散抵抗
【００３８】
このうち、オーム抵抗は、燃料電池におけるセパレータや電解質膜の直流抵抗分であり、いわゆるオームの法則に従う抵抗である。
【００３９】
反応抵抗は、触媒での化学反応に起因する抵抗分である。本実施例のような、純水素と空気とを供給ガスとして用いる燃料電池では、カソード側（空気極）において、Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−の反応により、反応抵抗（電圧低下）が大きくなるのに対し、アノード側（水素極）側では、反応抵抗は無視することができる。
【００４０】
拡散抵抗は、活物質が触媒へ到達するしにくさに起因する抵抗分である。本実施例のような、純水素と空気とを供給ガスとして用いる燃料電池では、空気の成分比がＯ２：Ｎ２＝２１：７９なので、カソード側（空気極）において、酸素Ｏ２が消費されることにより触媒表面に到達しにくくなり、それによって拡散抵抗が大きくなる。また、カソード側（空気極）においては、２Ｈ２＋Ｏ２→２ＨＯ２の反応により、水（Ｈ２Ｏ）も生成され、その水により酸素Ｏ２の拡散が阻害され、それによっても拡散抵抗が大きくなる。これに対し、アノード側（水素極）側では、水素Ｈ２としてほぼ１００％濃度のガスが供給されるため、拡散抵抗は無視することができる。
【００４１】
一方、燃料電池の交流インピーダンスは、一般に、周波数を掃引（スイープ）することによって、複素平面上において、図３に示すような軌跡を描く。
【００４２】
図３は燃料電池の交流インピーダンスと内部抵抗との関係を示す説明図である。図３において、横軸は、交流インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）を表し、横軸は、虚部−Ｉｍ（Ｚ）を表す。周波数ωを０から無限大∞に向かって掃引することによって、燃料電池における交流インピーダンスは、図３に示すように、小半円弧と大半円弧とを描くことになる。具体的には、交流インピーダンスの値は、周波数ωが０Ｈｚ（ω＝０）のときに、小半円弧の端部Ａに位置し、周波数ωが数十Ｈｚ以下（例えば、ω＝ω１，ω２，ω３）においては、端部Ａから小半円弧と大半円弧が接する端部Ｂの近傍に至り、周波数ωが数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ（例えば、ω＝ω４，ω５，ω６）においては、端部Ｂの近傍から大半円弧の縁部Ｃの近傍に至り、さらに、周波数ωが１ｋＨｚ以上（例えば、ω＝ω７）においては、縁部Ｃの近傍から大半円弧の端部Ｄの近傍に至る。
【００４３】
その際、燃料電池における交流インピーダンスと内部抵抗との関係は、次のごとくになっている。すなわち、図３において、交流インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）に着目すると、複素平面の原点から大半円弧の一方の端部（ω＝∞）までの距離は、燃料電池におけるオーム抵抗Ｒｏｈｍの値に相当し、大半円弧の一方の端部（ω＝∞）から他方の端部までの距離は、反応抵抗Ｒａｃｔの値に相当し、小半円弧の一方の端部から他方の端部（ω＝０）までの距離は、拡散抵抗Ｒｇａｓの値に相当し、それらの和が内部抵抗Ｒｉｎに相当する。
【００４４】
従って、燃料電池１００における交流インピーダンスを測定することによって、燃料電池１００における内部抵抗Ｒｉｎを構成するオーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの値をそれぞれ導き出すことができる。
【００４５】
なお、周波数としては、例えば、オーム抵抗：５００Ｈｚ以上、反応抵抗：５〜５００Ｈｚ、拡散抵抗：５Ｈｚ以下がそれぞれ対応する。
【００４６】
Ｃ．性能劣化判定の原理：
ところで、このようなオーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各値は、燃料電池１００における性能劣化によって、それぞれ増大し得る。具体的には、オーム抵抗Ｒｏｈｍの値はセパレータや電解質膜の劣化によって増大し、反応抵抗Ｒａｃｔの値は触媒活性の劣化によって増大し、拡散抵抗Ｒｇａｓの値は拡散層の劣化によって増大する。
【００４７】
従って、上記のごとく、燃料電池１００における交流インピーダンスを測定し、オーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各値をそれぞれ導き出した上で、何れの抵抗の値が増大したかを検知することによって、燃料電池１００のいずれにおいて、性能劣化が生じたかを判定することができる。
【００４８】
しかしながら、このようなオーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各値は、燃料電池１００の運転状態によっても、それぞれ変化し得る。従って、例え、燃料電池１００が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）であっても、燃料電池１００の運転状態によっては、燃料電池１００において性能低下を来してしまい、これらオーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各値が、それぞれ、増大する場合がある。
【００４９】
従って、前述した従来技術と同様に、単に、抵抗の値の増大を検知するだけでは、性能劣化であるのか、単なる性能低下に過ぎないのかを判定することが困難であった。
【００５０】
そこで、本実施例においては、予め、燃料電池１００における運転状態毎に、オーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各々について、判定基準値をそれぞれ設定しておき、燃料電池１００における交流インピーダンスを測定して、オーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓの各値をそれぞれ導き出す際に、燃料電池１００の運転状態を検出して、その運転状態に対応した判定基準値を特定し、その判定基準値と、導き出した抵抗の値と、を比較し、抵抗の値が判定基準値を超えていた場合に、性能劣化を生じていると判定するようにしている。
【００５１】
それでは、オーム抵抗Ｒｏｈｍに基づく性能劣化判定、反応抵抗Ｒａｃｔに基づく性能劣化判定、拡散抵抗Ｒｇａｓに基づく性能劣化判定について、以下、順番に説明する。
【００５２】
Ｄ．オーム抵抗に基づく性能劣化判定：
オーム抵抗は、燃料電池１００におけるセパレータと電解質膜の直流抵抗の和であると考えられる。このうち、電解質膜の直流抵抗は、膜のプロトン伝導度によって決定される値であり、燃料電池１００の性能を左右する物性値である。プロトン伝導度は、電解質膜の温度が高い場合に大きくなり、低い場合に小さくなる。また、プロトン伝導度は、電解質膜の含水率が高い場合、すなわち、電解質膜の湿潤状態が湿った状態にある場合に、大きくなり、電解質膜の含水率が低い場合、すなわち、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態にある場合に、小さくなる。
【００５３】
図４は燃料電池における電解質膜の抵抗値と電解質膜の温度や含水率との関係を示す説明図である。従って、電解質膜の抵抗値は、図４に示すように、電解質膜の温度が低いほど、また、含水率が低い（すなわち、乾いた状態になる）ほど、大きくなり、反対に、電解質膜の温度が高いほど、また、含水率が高い（すなわち、湿った状態になる）ほど、小さくなる。ここで、電解質膜の抵抗値が、温度上昇に伴って小さくなるのは、プロトン伝導が、イオン伝導であり、化学反応であるからである。すなわち、金属やカーボンなどにおいて、正孔移動や電子移動などの電気伝導に起因して、抵抗値が温度低下に伴って小さくなる現象とは異なっている。
【００５４】
なお、電解質膜の含水率（言い換えれば、電解質の湿潤状態）は、燃料電池１００に供給されるガス（すなわち、水素と空気）の加湿量によって変化し、具体的には、図４に示すように、加湿量が少ないほど含水量が低くなり（すなわち、乾いた状態になり）、加湿量が多いほど含水率が高くなる（すなわち、湿った状態になる）。また、本実施例において、電解質膜の温度は、燃料電池１００の冷却水温度であるＦＣ温度で代用する。
【００５５】
従って、燃料電池１００において、運転状態として、供給ガスの加湿量やＦＣ温度を把握することができれば、電解質膜の抵抗値は推定することができる。
【００５６】
一方、セパレータには、金属材料や炭素系材料が用いられるため、その抵抗値は既知である。
【００５７】
そこで、本実施例においては、予め、燃料電池１００が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、加湿量，ＦＣ温度毎に、それぞれ、電解質膜の抵抗値を導き出す。すなわち、加湿量とＦＣ温度の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ電解質膜の抵抗値を導き出すのである。そして、導き出した電解質膜の各抵抗値にセパレータの抵抗値を加算することによって、オーム抵抗の値をそれぞれ求め、それら求めたオーム抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、加湿量，ＦＣ温度毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、それら複数の判定基準値を、加湿量，ＦＣ温度をキーとする２次元の判定基準値テーブル４２２として、メモリ４２０に格納しておく。
【００５８】
従って、導き出された各判定基準値は、加湿量が少ない（すなわち、電解質膜の湿潤状態が乾いた状態になる）ほど、また、ＦＣ温度が低い（すなわち、電解質膜の温度が低い）ほど、大きくなり、反対に、加湿量が多い（すなわち、電解質膜の湿潤状態が湿った状態になる）ほど、ＦＣ温度が高い（すなわち、電解質膜の温度が高い）ほど、小さくなるよう、設定されることになる。
【００５９】
図５はオーム抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。本実施例では、燃料電池１００が起動した後、発電を開始すると、図５に示す処理ルーチンが定期的にまたは不定期に実行される。図５に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置２００は、判定ユニット４００による制御に従って、周波数１ｋＨｚ以上について、燃料電池１００のインピーダンスを測定し（ステップＳ１０２）、その測定結果を判定ユニット４００に出力する。具体的には、インピーダンス測定部２２０が燃料電池１００の正負両極間に交流信号を印加して、周波数掃引部２１０がその周波数ωを１ｋＨｚ以上で掃引しながら、インピーダンス測定部２２０が、燃料電池１００の電流，電圧を計測することによって、各周波数での燃料電池１００のインピーダンスを測定する。
【００６０】
判定ユニット４００は、交流インピーダンス測定装置２００から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値からオーム抵抗Ｒｏｈｍを導き出す（ステップＳ１０４）。
【００６１】
図６は交流インピーダンスの測定値とそれから導出されるオーム抵抗の値を示す説明図である。前述したように、オーム抵抗Ｒｏｈｍの値は、交流インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）に着目すると、複素平面の原点から大半円弧の一方の端部（ω＝∞）までの距離に相当する。そのため、オーム抵抗Ｒｏｈｍの値を導く際には、厳密に言えば、周波数無限大（ω＝∞）についてのインピーダンスの値Ｚ（∞）を用いるべきであるが、本実施例においては、ｋＨｚオーダーの高周波数についてのインピーダンスを測定し、その測定値を用いるようにしている。周波数については、必ずしも厳密に規定する必要はなく、実用上、「１ｋＨｚ以上の高周波数」であれば十分だからである。
【００６２】
従って、図６に示すように、測定により、周波数１ｋＨｚ以上として、例えば、ω＝ω７についてのインピーダンスの測定値Ｚ（ω７）を得た場合、その実部Ｒｅ（Ｚ（ω７））の値を求めることにより、オーム抵抗Ｒｏｈｍの値を導き出すことができる。
【００６３】
一方、インピーダンス測定を行った際におけるＦＣ温度を、ＦＣ温度センサ３２０が検出し（ステップＳ１０６）、供給ガスの加湿量を、加湿量センサ３５０が検出すると（ステップＳ１０８）、判定ユニット４００は、それら検出結果を取得する。ここで検出したＦＣ温度は、前述したとおり、電解質膜の温度として代用されることになり、また、検出した加湿量は、電解質膜の湿潤状態を間接的に表すパラメータとなる。
【００６４】
次に、判定ユニット４００は、メモリ４２０に格納された判定基準値テーブル４２２を参照して、取得したＦＣ温度と加湿量とを基にして、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値Ｒｒｅｆを導き出す（ステップＳ１１０）。そして、判定ユニット４００は、先に導き出したオーム抵抗Ｒｏｈｍの値を、判定基準値テーブル４２２から導き出した判定基準値Ｒｒｅｆと比較し、オーム抵抗Ｒｏｈｍの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。判定の結果、超えている場合には、電解質膜の劣化（すなわち、プロトン伝導性の悪化）が生じているか、セパレータ等の接触抵抗の増大（すなわち、セパレータの劣化）が生じているものとして、判定ユニット４００は、警告ユニット５００によって運転者に対して警告を発する（ステップＳ１１４）。反対に超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図５の処理ルーチンをリターンする。
【００６５】
以上のようにして、オーム抵抗Ｒｏｈｍに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。
【００６６】
Ｅ．反応抵抗に基づく性能劣化判定：
反応抵抗は、燃料電池１００における触媒の化学反応の活性に支配されている。この触媒活性は、温度が高い場合に高くなり、温度が低い場合に低くなる。また、触媒活性は、供給されるガス（空気）の圧力が高い場合に高くなり、圧力が低い場合に低くなる。さらに、触媒活性は、燃料電池１００の発電電流が小さい場合に高くなり、発電電流が大きい場合に低くなる。
【００６７】
図７は燃料電池における反応抵抗値とＦＣ温度や圧力との関係を示す説明図である。従って、燃料電池１００の発電電流が一定である場合（或る電流値である場合）に、反応抵抗の値は、図７に示すように、ＦＣ温度が低いほど、また、圧力が低いほど、大きくなり、反対に、ＦＣ温度が高いほど、また、圧力が高いほど、小さくなる。また、反応抵抗の値は、ＦＣ温度，圧力がそれぞれ一定である場合には、発電電流が大きいほど、大きくなり、発電電流が小さいほど、小さくなる。
【００６８】
従って、燃料電池１００において、運転状態として、ＦＣ温度、供給ガスの圧力及び発電電流を把握することができれば、反応抵抗の値は推定することができる。
【００６９】
そこで、本実施例においては、予め、燃料電池１００が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、ＦＣ温度，圧力，発電電流毎に、それぞれ、反応抵抗の値を求める。すなわち、ＦＣ温度と圧力と発電電流の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ反応抵抗の値を求めるのである。そして、その求めた反応抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、ＦＣ温度，圧力，発電電流毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、それら判定基準値を、ＦＣ温度，圧力，発電電流をキーとする３次元の判定基準値テーブル４２２として、メモリ４２０に格納しておく。
【００７０】
従って、導き出された各判定基準値は、ＦＣ温度が低いほど、圧力が低いほど、また、発電電流が大きいほど、大きくなり、反対に、ＦＣ温度が高いほど、圧力が高いほど、また、発電電流が小さいほど、小さくなるよう、設定されることになる。言い換えれば、各判定基準値は、触媒活性が低いほど、大きくなり、触媒活性が高いほど、小さくなるように、設定されている。
【００７１】
図８は反応抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。本実施例では、燃料電池１００が起動した後、発電を開始すると、図５に示す処理ルーチンと同様、図８に示す処理ルーチンも定期的にまたは不定期に実行される。図８に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置２００は、判定ユニット４００による制御に従って、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数について、燃料電池１００のインピーダンスを測定し（ステップＳ２０２）、その測定結果を判定ユニット４００に出力する。判定ユニット４００は、交流インピーダンス測定装置２００から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値から反応抵抗Ｒａｃｔを導き出す（ステップＳ２０４）。
【００７２】
図９は交流インピーダンスの測定値とそれから導出される反応抵抗の値を示す説明図である。前述したように、反応抵抗Ｒａｃｔの値は、交流インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）に着目すると、大半円弧の一方の端部（ω＝∞）から他方の端部までの距離に相当する。ここで、反応抵抗Ｒａｃｔの値を導き出す方法としては、次の２つの方法のうち、何れかの方法を用いることができる。
【００７３】
１）数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数として、インピーダンスの虚部の値が極大（すなわち、大半円弧の頂点）となる周波数（例えば、ω＝ω５）を選択し、その周波数についてのインピーダンスの測定値Ｚ（ω５）を取得し、その虚部−Ｉｍ（Ｚ（ω５））の値を求め、その値を２倍することにより、反応抵抗Ｒａｃｔの値を導き出す。図９に示すように、インピーダンスの虚部の極大値（大半円弧の頂点）は、反応抵抗の値の１／２に相当するからである（−Ｉｍ（Ｚ（ω５））＝（１／２）Ｒａｃｔ）。
【００７４】
２）数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数として、インピーダンスの虚部の値が或る程度小さくなる周波数を２つ（例えば、ω＝ω４，ω６）を選択し、それら周波数についてのインピーダンスの測定値Ｚ（ω４），Ｚ（ω６）を取得し、各々の実部Ｒｅ（Ｚ（ω４）），Ｒｅ（Ｚ（ω６））の値を求め、それらの差Ｒｅ（Ｚ（ω４））−Ｒｅ（Ｚ（ω６））を算出することにより、反応抵抗Ｒａｃｔの値を導き出す。
【００７５】
一方、インピーダンス測定を行った際におけるＦＣ温度を、ＦＣ温度センサ３２０が検出し（ステップＳ２０６）、供給ガス（空気）の圧力を、ガス圧力センサ３４０が検出し（ステップＳ２０８）、発電電流を電流センサ３１０が検出すると（ステップＳ２１０）、判定ユニット４００は、それら検出結果を取得する。ここで検出したＦＣ温度、圧力及び発電電流は、前述したとおり、触媒活性を表すパラメータとなる。
【００７６】
次に、判定ユニット４００は、メモリ４２０に格納された判定基準値テーブル４２２を参照して、取得したＦＣ温度と圧力と発電電流とを基して、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値Ｒｒｅｆを導き出す（ステップＳ２１２）。そして、判定ユニット４００は、先に導き出した反応抵抗Ｒａｃｔの値を、判定基準値テーブル４２２から導き出した判定基準値Ｒｒｅｆと比較し、反応抵抗Ｒａｃｔの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ２１４）。
【００７７】
図１０は正常時の交流インピーダンスの軌跡と反応抵抗に関わる性能劣化時のインピーダンスの軌跡とをそれぞれ示す説明図である。図１０において、Ｔ１が正常時の交流インピーダンスの軌跡を示し、Ｔ２が反応抵抗に関わる性能劣化時のインピーダンスの軌跡を示す。また、Ｒａｃｔ１は正常時の反応抵抗の値を、Ｒａｃｔ２は性能劣化時の反応抵抗の値を、Ｒｒｅｆは判定基準値を、それぞれ示す。
【００７８】
判定の結果、反応抵抗Ｒａｃｔの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えている場合（Ｒａｃｔ１＞Ｒｒｅｆ）には、触媒活性の劣化が生じているとして、判定ユニット４００は、警告ユニット５００によって運転者に対して警告を発する（ステップＳ２１６）。反対に反応抵抗Ｒａｃｔの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えていない場合（Ｒａｃｔ２＜Ｒｒｅｆ）には超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図８の処理ルーチンをリターンする。
【００７９】
以上のようにして、反応抵抗Ｒａｃｔに基づいた性能劣化の判定を行うことができる
【００８０】
Ｆ．拡散抵抗に基づく性能劣化判定：
拡散抵抗は、燃料電池１００に供給されたガスの拡散のしにくさ、具体的には、空気中の酸素Ｏ２が触媒に到達する際の、到達のしにくさを表している。従って、拡散抵抗は、図１１に示すように、燃料電池１００の発電電流が一定である場合（或る電流値である場合）に、供給される空気の流量が多いほど、小さくなり、空気の流量が少ないほど、大きくなり、また、供給される空気の加湿量が少ないほど、小さくなり、空気の加湿量が多いほど、大きくなる。
【００８１】
図１１は燃料電池における拡散抵抗値と空気流量や加湿量との関係を示す説明図である。
【００８２】
従って、燃料電池１００において、運転状態として、空気流量、加湿量及び発電電流を把握することができれば、拡散抵抗の値は推定することができる。
【００８３】
そこで、本実施例においては、予め、燃料電池１００が正常状態（すなわち、性能劣化のない状態）である場合に、上記した方法を用いて、空気流量，加湿量，発電電流毎に、それぞれ、拡散抵抗の値を求める。すなわち、空気流量と加湿量と発電電流の値の組み合わせとして、代表的な値の組み合わせを複数用意し、各値の組み合わせについてそれぞれ拡散抵抗の値を求めるのである。そして、その求めた拡散抵抗の各値に所定のマージンをそれぞれ加えることによって、空気流量，加湿量，発電電流毎の判定基準値をそれぞれ導き出す。そして、それら判定基準値を、空気流量，加湿量，発電電流をキーとする３次元の判定基準値テーブル４２２として、メモリ４２０に格納しておく。
【００８４】
従って、導き出された各判定基準値は、空気流量が少ないほど、加湿量が多いほど、大きくなり、反対に、空気流量が少ないほど、加湿量が少ないほど、小さくなるよう、設定されることになる。言い換えれば、各判定基準値は、燃料電池１００に供給されたガス（具体的には、空気中の酸素Ｏ２）の拡散状態が低下するほど、大きくなり、ガスの拡散状態が向上するほど、小さくなるように、設定されている。
【００８５】
図１２は拡散抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。本実施例では、燃料電池１００が起動した後、発電を開始すると、図５，図８に示す処理ルーチンと同様、図１２に示す処理ルーチンも定期的にまたは不定期に実行される。図１２に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置２００は、判定ユニット４００による制御に従って、数十Ｈｚ以下の周波数について、燃料電池１００のインピーダンスを測定し（ステップＳ３０２）、その測定結果を判定ユニット４００に出力する。判定ユニット４００は、交流インピーダンス測定装置２００から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値から拡散抵抗Ｒｇａｓを導き出す（ステップＳ３０４）。
【００８６】
図１３は交流インピーダンスの測定値とそれから導出される拡散抵抗の値を示す説明図である。前述したように、拡散抵抗Ｒｇａｓの値は、交流インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）に着目すると、小半円弧の一方の端部から他方の端部（ω＝０）までの距離に相当する。ここで、拡散抵抗Ｒｇａｓの値を導き出す方法としては、反応抵抗Ｒａｃｔの場合と同様に、次の２つの方法のうち、何れかの方法を用いることができる。
【００８７】
１）数十Ｈｚ以下の周波数として、インピーダンスの虚部の値が極大（すなわち、小半円弧の頂点）となる周波数（例えば、ω＝ω２）を選択し、その周波数についてのインピーダンスの測定値Ｚ（ω２）を取得し、その虚部−Ｉｍ（Ｚ（ω２））の値を求め、その値を２倍することにより、拡散抵抗Ｒｇａｓの値を導き出す。図１３に示すように、インピーダンスの虚部の極大値（小半円弧の頂点）は、拡散抵抗の値の１／２に相当するからである（−Ｉｍ（Ｚ（ω２））＝（１／２）Ｒｇａｓ）。
【００８８】
２）数十Ｈｚ以下の周波数として、インピーダンスの虚部の値が或る程度小さくなる周波数を２つ（例えば、ω＝ω１，ω３）を選択し、それら周波数についてのインピーダンスの測定値Ｚ（ω１），Ｚ（ω３）を取得し、各々の実部Ｒｅ（Ｚ（ω１）），Ｒｅ（Ｚ（ω３））の値を求め、それらの差Ｒｅ（Ｚ（ω１））−Ｒｅ（Ｚ（ω３））を算出することにより、拡散抵抗Ｒｇａｓの値を導き出す。
【００８９】
一方、インピーダンス測定を行った際における、供給される空気の流量を、空気流量センサ３３０が検出し（ステップＳ３０６）、供給される空気の加湿量を、加湿量センサ３５０が検出し（ステップＳ３０８）、発電電流を電流センサ３１０が検出すると（ステップＳ３１０）、判定ユニット４００は、それら検出結果を取得する。ここで検出した空気流量、加湿量及び発電電流は、前述したとおり、ガス（すなわち、供給された空気中の酸素）の拡散状態を表すパラメータとなる。
【００９０】
次に、判定ユニット４００は、メモリ４２０に格納された判定基準値テーブル４２２を参照して、取得した空気流量と加湿量と発電電流とを基して、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値Ｒｒｅｆを導き出す（ステップＳ３１２）。そして、判定ユニット４００は、先に導き出した拡散抵抗Ｒｇａｓの値を、判定基準値テーブル４２２から導き出した判定基準値Ｒｒｅｆと比較し、拡散抵抗Ｒｇａｓの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
【００９１】
判定の結果、拡散抵抗Ｒｇａｓの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えている場合には、拡散層において、揆水性の劣化や目詰まりなどが起こり、拡散層の劣化が生じているとして、判定ユニット４００は、警告ユニット５００によって運転者に対して警告を発する（ステップＳ３１６）。反対に拡散抵抗Ｒｇａｓの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図１２の処理ルーチンをリターンする。
【００９２】
以上のようにして、拡散抵抗Ｒｇａｓに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。この結果、燃料電池１００の運転状態の変化によるフラッディングの発生は一時的な性能低下と見なすことができる。
【００９３】
Ｇ．実施例の効果：
以上説明したように、本実施例においては、ＦＣ温度，加湿量，圧力、発電電流，空気流量など、燃料電池の運転状態の変化に関わらず、燃料電池における性能劣化を容易に判定することができる。従って、性能劣化であるのか、それとも、運転状態の変化に基づく単なる性能低下に過ぎないのかを明確に判別することができ、燃料電池の性能劣化を早期に発見することが可能となる。
【００９４】
Ｈ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
Ｈ−１．変形例１：
上記した実施例においては、燃料電池１００の内部抵抗Ｒｉｎを構成する、オーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓなど、各抵抗毎に、これら抵抗に基づく性能劣化判定を行っていたが、これら各抵抗を合成した内部抵抗Ｒｉｎに基づく性能劣化判定を行うようにしてもよい。
【００９５】
すなわち、予め、ＦＣ温度，加湿量，圧力、発電電流，空気流量毎に、判定基準値をそれぞれ導き出し、導き出したそれら複数の判定基準値を、上記５つのパラメータをキーとする５次元の判定基準値テーブル４２２として、メモリ４２０に格納しておく。そして、その後、図１４に示す性能劣化処理ルーチンに従って処理を進める。
【００９６】
図１４は内部抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。この変形例では、燃料電池１００が起動した後、発電を開始すると、図１４に示す処理ルーチンが定期的にまたは不定期に実行される。図１４に示す処理ルーチンが開始されると、交流インピーダンス測定装置２００は、判定ユニット４００による制御に従って、まず、数十Ｈｚ以下の周波数について、燃料電池１００のインピーダンスを測定し（ステップＳ４０２）、次に、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数について、燃料電池１００のインピーダンスを測定し（ステップＳ４０４）、さらに、周波数１ｋＨｚ以上について、燃料電池１００のインピーダンスを測定して（ステップＳ４０６）、それら測定結果を判定ユニット４００に出力する。
【００９７】
判定ユニット４００は、交流インピーダンス測定装置２００から出力された測定結果、すなわち、交流インピーダンスの測定値からオーム抵抗Ｒｏｈｍ，反応抵抗Ｒａｃｔ，拡散抵抗Ｒｇａｓを導き出す（ステップＳ４０８）。そして、判定ユニット４００は、それら各抵抗の和を求め、内部抵抗Ｒｉｎを算出する（ステップＳ４１０）。
【００９８】
一方、インピーダンス測定を行った際におけるＦＣ温度を、ＦＣ温度センサ３２０が検出し（ステップＳ４１２）、供給ガスの加湿量を、加湿量センサ３５０が検出し（ステップＳ４１４）、供給ガスの圧力を、ガス圧力センサ３４０が検出し（ステップＳ４１６）、発電電流を電流センサ３１０が検出し（ステップＳ４１８）、供給される空気の流量を、空気流量センサ３３０が検出すると（ステップＳ４２０）、判定ユニット４００は、それら検出結果を取得する。
【００９９】
次に、判定ユニット４００は、メモリ４２０に格納された判定基準値テーブル４２２を参照して、取得したＦＣ温度と加湿量とを基にして、複数の判定基準値の中から、対応する判定基準値Ｒｒｅｆを導き出す（ステップＳ４２２）。そして、判定ユニット４００は、先に算出した内部抵抗Ｒｉｎの値を、判定基準値テーブル４２２から導き出した判定基準値Ｒｒｅｆと比較し、内部抵抗Ｒｉｎの値が判定基準値Ｒｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ４２４）。判定の結果、超えている場合には、燃料電池１００において何らかの性能劣化が生じているものとして、判定ユニット４００は、警告ユニット５００によって運転者に対して警告を発する（ステップＳ４２６）。反対に超えていない場合には、性能劣化が生じていないとして、そのまま図１４の処理ルーチンをリターンする。
【０１００】
以上のようにして、内部抵抗Ｒｉｎに基づいた性能劣化の判定を行うことができる。
【０１０１】
Ｈ−２．変形例２：
上記した実施例において、オーム抵抗Ｒｏｈｍに基づく性能劣化判定では、燃料電池１００の運転状態を示すパラメータとして、ＦＣ温度，加湿量の２つのパラメータを、反応抵抗Ｒａｃｔに基づく性能劣化判定では、ＦＣ温度，圧力，発電電流の３つのパラメータを、拡散抵抗Ｒｇａｓに基づく性能劣化判定では、空気流量，加湿量，発電電流の３つのパラメータを、上記した変形例１における内部抵抗Ｒｉｎに基づく性能劣化判定では、ＦＣ温度，加湿量，圧力，発電電流，空気流量の５つのパラメータを用いるようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各性能劣化判定では、燃料電池１００の運転状態を示す少なくとも１つのパラメータを用いればよく、その全てを用いる必要はない。また、さらに追加のパラメータを用いるようにしてもよい。また、ＦＣ温度に代えて、供給されるガスの温度を検出し、その検出したガス温度を用いるようにしてもよい。
Ｈ−３．変形例３：
上記した実施例においては、自動車に搭載される燃料電池を性能劣化判定の対象としたが、定置型の燃料電池や、携帯型の燃料電池や、その他様々な形態の燃料電池を対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池性能劣化判定装置を示すブロック図である。
【図２】図１におけるセンサ群３００及び判定ユニット４００の構成を示すブロック図である。
【図３】燃料電池の交流インピーダンスと内部抵抗との関係を示す説明図である。
【図４】燃料電池における電解質膜の抵抗値と電解質膜の温度や含水率との関係を示す説明図である。
【図５】オーム抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】交流インピーダンスの測定値とそれから導出されるオーム抵抗の値を示す説明図である。
【図７】燃料電池における反応抵抗値とＦＣ温度や圧力との関係を示す説明図である。
【図８】反応抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】交流インピーダンスの測定値とそれから導出される反応抵抗の値を示す説明図である。
【図１０】正常時の交流インピーダンスの軌跡と反応抵抗に関わる性能劣化時のインピーダンスの軌跡とをそれぞれ示す説明図である。
【図１１】燃料電池における拡散抵抗値と空気流量や加湿量との関係を示す説明図である。
【図１２】拡散抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】交流インピーダンスの測定値とそれから導出される拡散抵抗の値を示す説明図である。
【図１４】内部抵抗に基づく性能劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１００...燃料電池
２００...交流インピーダンス測定装置
２１０...周波数掃引部
２２０...インピーダンス測定部
３００...センサ群
３１０...電流センサ
３２０...ＦＣ温度センサ
３３０...空気流量センサ
３４０...ガス圧力センサ
３５０...加湿量センサ
４００...判定ユニット
４１０...ＣＰＵ
４２０...メモリ
４２２...判定基準値テーブル
４３０...入力インタフェース
４４０...出力インタフェース
５００...警告ユニット
６００...インバータ
Ｒａｃｔ...反応抵抗
Ｒｇａｓ...拡散抵抗
Ｒｉｎ...内部抵抗
Ｒｏｈｍ...オーム抵抗
Ｚ...交流インピーダンス
ω...周波数
【図１】
0004807000.tif 000002
【図２】
0004807000.tif 000003
【図３】
0004807000.tif 000004
【図４】
0004807000.tif 000005
【図５】
0004807000.tif 000006
【図６】
0004807000.tif 000007
【図７】
0004807000.tif 000008
【図８】
0004807000.tif 000009
【図９】
0004807000.tif 000010
【図１０】
0004807000.tif 000011
【図１１】
0004807000.tif 000012
【図１２】
0004807000.tif 000013
【図１３】
0004807000.tif 000014
【図１４】
0004807000.tif 000015