(57)【要約】  【課題】固体高分子型燃料電池のエージング時における発電性能の安定の判断には、セル毎の個体差を考慮する必要があり、また正確な判断は困難であった。  【解決手段】燃料電池１０から出力される電圧値または燃料電池１０の有する複数のセルのそれぞれの出力電圧値を測定する電圧測定部１２と、経過時間を測定するタイマー２２と、予め決めた基準を利用して電圧値の変動幅と経過時間との関係から燃料電池１０の発電性能の安定判別を行う判別部２１とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から出力される電圧値、または前記燃料電池の有する複数のセルのそれぞれの出力電圧値を測定する電圧測定部と、
経過時間を測定するタイマーと、
予め決めた基準を利用して、前記電圧値の変動幅と前記経過時間との関係から、前記燃料電池の発電性能の安定判別を行う判別部とを備えた、燃料電池の安定判別装置。
【請求項２】
前記基準は、所定の長さの時間ＴWにおける電圧値の許容可能な変動幅である基準値ＶDthであり、
前記判別部は、
前記基準値ＶDthを記憶する基準値記憶手段と、
予め決められた所定時間間隔ＴP毎に、前記所定の長さの時間ＴW内における前記電圧値の最大値と最小値との差ＶDおよび前記基準値ＶDthを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値の最大値と最小値との差ＶDが前記基準値ＶDthよりも小さければ、前記発電性能が安定したと判定する、請求項１に記載の燃料電池の安定判別装置。
【請求項３】
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴWにおける、前記燃料電池の出力電圧値の最大値と最小値との差ＶDが、（１）式または（２）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項２に記載の燃料電池の安定判別装置。
ｘ1≦ＴW≦ｘ2 の場合 ：  ＶD ≦ ａＴW    ………（１）
ｘ2＜ＴW≦ｘ3 の場合 ：  ＶD ≦ ｂ       ………（２）
（ａ、ｂ、ｘ1、ｘ2、ｘ3は、正の実数）
【請求項４】
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴW（分）における、前記燃料電池を構成する前記複数のセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶDave（ｍＶ）が、（３）式または（４）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項３に記載の燃料電池の安定判別装置。
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDave ≦ ＴW／４  ………（３）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDave ≦ １２０  ………（４）
【請求項５】
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴW（分）における、前記燃料電池を構成する前記複数のセルのそれぞれの出力電圧値の最大値と最小値との電圧差のうちの最大の電圧差ＶDmax（ｍＶ）が、（５）式または（６）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項３に記載の燃料電池の安定判別装置。
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDmax ≦ ＴW／４  ………（５）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDmax ≦ １２０  ………（６）
【請求項６】
前記基準は、所定の大きさの電圧幅ＶWにおける継続時間の許容可能な長さである基準値ＴLThであり、
前記判別部は、
前記基準値ＴLThを記憶する基準値記憶手段と、
所定のタイミングにおける前記電圧値を中心とする前記所定の大きさの電圧幅ＶW内から、そのタイミング以降に前記電圧値が逸脱するまでの時間および前記基準値ＴLThを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値が逸脱するまでの前記時間が前記基準値ＴLThを越えれば、前記発電性能が安定したと判定する、請求項１に記載の燃料電池の安定判別装置。
【請求項７】
前記基準は、所定の大きさの電圧幅ＶWにおける継続時間の許容可能な長さである基準値ＴLThであり、
前記判別部は、
前記基準値ＴLThを記憶する基準値記憶手段と、
所定のタイミングにおける前記電圧値を中心とする前記所定の大きさの電圧幅ＶW内に、そのタイミング以降に前記電圧値が収まり続ける時間および前記基準値ＴLThを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値が収まり続ける前記時間が前記基準値ＴLThを越えれば、前記発電性能が安定したと判定する、請求項１に記載の燃料電池の安定判別装置。
【請求項８】
前記所定のタイミングとは、最初のタイミングは予め決められており、それ以降は、前記電圧値が前記所定の大きさの電圧幅ＶW内から逸脱したタイミングとする、請求項６または７に記載の燃料電池の安定判別装置。
【請求項９】
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴLが、前記所定の大きさの電圧幅ＶWに対して、（７）式および（８）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項６乃至８のいずれかに記載の燃料電池の安定判別装置。
０≦ＶW≦ｙ1 の場合 ：  ｃ ≦ ＴL≦ ｄ      ………（７）
ｙ1＜ＶW≦ｙ2 の場合 ：  ｅＶW≦ ＴL ≦ ｄ    ………（８）
（ｃ、ｄ、ｅ、ｙ1、ｙ2は、正の実数）
【請求項１０】
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴL（分）が、前記経過時間ＴLにおける前記燃料電池を構成する複数のセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶWave（ｍＶ）に対して、（９）式または（１０）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項９に記載の燃料電池の安定判別装置。
０≦ＶWave≦１．２５ の場合     ： ５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（９）
１．２５＜ＶWave≦１２０ の場合 ： ４ＶWave ≦ ＴL≦ １２００……（１０）
【請求項１１】
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴL（分）が、前記経過時間ＴLにおける前記燃料電池を構成する複数のセルのそれぞれの出力電圧値の最大値と最小値との電圧差のいずれの電圧差ＶWeach（ｍＶ）に対しても、（１１）式または（１２）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、請求項９に記載の燃料電池の安定判別装置。
０≦ＶWeach≦１．２５ の場合    ：５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（１１）
１．２５＜ＶWeach≦１２０ の場合：４ＶWeach ≦ ＴL ≦ １２００……（１２）
【請求項１２】
燃料電池から出力される電圧値を測定するステップと、
経過時間を測定するステップと、
予め決めた基準を利用して、前記電圧値の変動幅と前記経過時間との関係から、前記燃料電池の発電性能の安定判別を行うステップとを備えた、燃料電池の安定判別方法。
【請求項１３】
燃料電池と、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の燃料電池の安定判別装置とを備えた、燃料電池システム。
【請求項１４】
さらに、外部負荷への出力を切り替えるスイッチと、
前記スイッチの切り替えを制御するスイッチ切り替え手段とを備えた、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記安定判別装置は、エージングされる際に稼働され、
前記スイッチ切り替え手段は、前記判別部が前記発電性能が安定したと判定した際に、前記スイッチを切り替えて前記外部負荷に通電させる、請求項１３または１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記安定判別装置は、前記燃料電池システムの起動前の停止期間の長さに基づいて、前記燃料電池システムの起動時に稼働され、
前記スイッチ切り替え手段は、前記判別部が前記発電性能が安定したと判定した際に、前記スイッチを切り替えて前記外部負荷に通電させる、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
さらに、前記燃料電池の運転中の負荷の変動を検出する負荷検出手段と、
警告を通知する警告発生手段とを備え、
前記安定判別装置は、前記燃料電池の運転中に、前記負荷検出手段が検出した前記燃料電池の負荷の変動に基づいて稼働され、
前記判別部が前記発電性能が不安定になったと判定した際には、前記警告発生手段は警告を通知し、前記発電性能が安定であると判定した際には、前記安定判別装置は稼働を停止する、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の燃料電池の安定判別装置を備えた、燃料電池評価装置。
【請求項１９】
請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池の安定判別装置の判別部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置に関する。例えば、固体高分子形燃料電池のセルの組み立て後のエージング時に使用される、燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、クリーンな排気および高い変換効率を可能とする燃料電池技術が注目されている。燃料電池は、その燃料となる水素と、空気等の酸化ガスを供給することによって電気化学反応を引き起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。そして、種々ある燃料電池の中でも、特に高い出力密度を有する固体高分子形燃料電池を用いたエネルギー供給システムの開発が進められている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池を構成する高分子膜は、含水しないと導電性を発揮しない。したがって、セルの組み立て直後は高分子膜は乾燥状態であるため、この状態では十分な電池性能を発揮できない。
【０００４】
図１３は、セルの組み立て直後の燃料電池スタックにおける、エージング時間とセルの平均電圧との関係を示している。セルの組み立て直後は、高分子膜は乾燥状態であり、時間の経過と共に化学反応が生じる部分から水分が次第に生成されていく関係で、図１３に示すように、セルの電圧は上昇、下降を繰り返すという脈動をしながら上昇していく。
【０００５】
図１４は、負荷の大きさの違いによる、セルの組み立て直後の燃料電池の出力電圧と経過時間の関係の違いを示している。実線が低負荷の場合の関係を、点線が高負荷の場合の関係を、それぞれ示している。低負荷の場合よりも高負荷の場合の方が、生成水が多いためにセル電圧の上昇が速くなり、早く飽和電圧に達する。従って、通常、セルの組み立て直後には、燃料電池の発電性能を安定化させるために、定格運転よりも高負荷でのエージング運転を行う。エージング運転は、また、電極製作時の溶媒を洗い流す効果もある。
【０００６】
そして現在、このエージング運転は、電池電圧が飽和値を示すまで行うのが通例である。ここで、エージング運転に要する時間は、数時間から１０数時間に及ぶ。燃料電池の評価は、エージングの後に行わなければならず、また、エージング時間が長くなると、エージング運転用の発電ガスのコストがかさむという問題がある。
【０００７】
この問題を解決するべく、エージング時間を短縮する燃料電池の運転方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示される燃料電池の運転方法は、固体高分子膜の含水量を向上させるために、燃料電池セルにおいてフラッディングが発生するように、ガス流量、ガス圧力、電力負荷を制御する、という運転方法である。固体高分子膜の含水量を向上させることによって、電池電圧が飽和値に達するまでの時間が早くなるので、エージング時間が短縮される。
【特許文献１】特開２００３−２１７６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１を含む従来のエージング時においては、燃料電池の安定度をセルの出力電圧値のみで判断しており、正確に安定度を判断しているとは言えない。また、正確に燃料電池の安定度を判断するためには、セル毎に安定度を判断するための出力電圧値を個別に設定する必要がある。
【０００９】
図１３に示すように、セルの出力電圧は、時間と共に、上昇、下降を繰り返しながら脈動して上昇していく。従って、セルの出力電圧値が飽和電圧値に達した場合であっても、電圧の脈動の変動幅が大きい状態では安定したとは言えず、セルの出力電圧値のみでは、正確に燃料電池の安定度を判断できない。
【００１０】
また、燃料電池は、個々のセル毎に出力電圧に差があり、個々のスタック毎にも出力電圧に差がある。図１３には、３種類のスタック（スタックＡ〜Ｃ）の出力電圧の関係を示している。エージング開始時には、平均セル電圧値は高い方から、スタックＢ、スタックＡ、スタックＣの順であるが、飽和電圧値はスタックＡの電圧値が最も高い電圧値となっている。このように、スタック毎に経過時間との関係が異なり、また飽和電圧値も異なる。
【００１１】
従って、従来のようにセルの出力電圧値で燃料電池の安定度を判断する場合には、個々のセルまたはスタック毎に、安定度を判断するための電圧設定値を設定し直す必要があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、セルまたはスタック毎の基準電圧値の設定が必要なく、正確に燃料電池の安定度を判定できる、燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
燃料電池から出力される電圧値、または前記燃料電池の有する複数のセルのそれぞれの出力電圧値を測定する電圧測定部と、
経過時間を測定するタイマーと、
予め決めた基準を利用して、前記電圧値の変動幅と前記経過時間との関係から、前記燃料電池の発電性能の安定判別を行う判別部とを備えた、燃料電池の安定判別装置である。
【００１４】
第２の本発明は、
前記基準は、所定の長さの時間ＴWにおける電圧値の許容可能な変動幅である基準値ＶDthであり、
前記判別部は、
前記基準値ＶDthを記憶する基準値記憶手段と、
予め決められた所定時間間隔ＴP毎に、前記所定の長さの時間ＴW内における前記電圧値の最大値と最小値との差ＶDおよび前記基準値ＶDthを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値の最大値と最小値との差ＶDが前記基準値ＶDthよりも小さければ、前記発電性能が安定したと判定する、第１の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００１５】
第３の本発明は、
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴWにおける、前記燃料電池の出力電圧値の最大値と最小値との差ＶDが、（１）式または（２）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第２の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００１６】
ｘ1≦ＴW≦ｘ2 の場合 ：  ＶD ≦ ａＴW    ………（１）
ｘ2＜ＴW≦ｘ3 の場合 ：  ＶD ≦ ｂ       ………（２）
（ａ、ｂ、ｘ1、ｘ2、ｘ3は、正の実数）
第４の本発明は、
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴW（分）における、前記燃料電池を構成する前記複数のセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶDave（ｍＶ）が、（３）式または（４）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第３の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００１７】
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDave ≦ ＴW／４  ………（３）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDave ≦ １２０  ………（４）
第５の本発明は、
前記判別部は、前記所定の長さの時間ＴW（分）における、前記燃料電池を構成する前記複数のセルのそれぞれの出力電圧値の最大値と最小値との電圧差のうちの最大の電圧差ＶDmax（ｍＶ）が、（５）式または（６）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第３の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００１８】
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDmax ≦ ＴW／４  ………（５）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDmax ≦ １２０  ………（６）
第６の本発明は、
前記基準は、所定の大きさの電圧幅ＶWにおける継続時間の許容可能な長さである基準値ＴLThであり、
前記判別部は、
前記基準値ＴLThを記憶する基準値記憶手段と、
所定のタイミングにおける前記電圧値を中心とする前記所定の大きさの電圧幅ＶW内から、そのタイミング以降に前記電圧値が逸脱するまでの時間および前記基準値ＴLThを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値が逸脱するまでの前記時間が前記基準値ＴLThを越えれば、前記発電性能が安定したと判定する、第１の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００１９】
第７の本発明は、
前記基準は、所定の大きさの電圧幅ＶWにおける継続時間の許容可能な長さである基準値ＴLThであり、
前記判別部は、
前記基準値ＴLThを記憶する基準値記憶手段と、
所定のタイミングにおける前記電圧値を中心とする前記所定の大きさの電圧幅ＶW内に、そのタイミング以降に前記電圧値が収まり続ける時間および前記基準値ＴLThを比較する比較手段とを有し、
前記電圧値が収まり続ける前記時間が前記基準値ＴLThを越えれば、前記発電性能が安定したと判定する、第１の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００２０】
第８の本発明は、
前記所定のタイミングとは、最初のタイミングは予め決められており、それ以降は、前記電圧値が前記所定の大きさの電圧幅ＶW内から逸脱したタイミングとする、第６または第７の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００２１】
第９の本発明は、
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴLが、前記所定の大きさの電圧幅ＶWに対して、（７）式および（８）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第６乃至第８のいずれかの本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００２２】
０≦ＶW≦ｙ1 の場合 ：  ｃ ≦ ＴL≦ ｄ      ………（７）
ｙ1＜ＶW≦ｙ2 の場合 ：  ｅＶW≦ ＴL ≦ ｄ    ………（８）
（ｃ、ｄ、ｅ、ｙ1、ｙ2は、正の実数）
第１０の本発明は、
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴL（分）が、前記経過時間ＴLにおける前記燃料電池を構成する複数のセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶWave（ｍＶ）に対して、（９）式または（１０）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第９の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００２３】
０≦ＶWave≦１．２５ の場合     ： ５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（９）
１．２５＜ＶWave≦１２０ の場合 ： ４ＶWave ≦ ＴL≦ １２００……（１０）
第１１の本発明は、
前記判別部は、前記所定のタイミングからの経過時間ＴL（分）が、前記経過時間ＴLにおける前記燃料電池を構成する複数のセルのそれぞれの出力電圧値の最大値と最小値との電圧差のいずれの電圧差ＶWeach（ｍＶ）に対しても、（１１）式または（１２）式の関係を満たした場合に、前記発電性能が安定したと判定する、第９の本発明の燃料電池の安定判別装置である。
【００２４】
０≦ＶWeach≦１．２５ の場合    ：５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（１１）
１．２５＜ＶWeach≦１２０ の場合：４ＶWeach ≦ ＴL≦ １２００……（１２）
第１２の本発明は、
燃料電池から出力される電圧値を測定するステップと、
経過時間を測定するステップと、
予め決めた基準を利用して、前記電圧値の変動幅と前記経過時間との関係から、前記燃料電池の発電性能の安定判別を行うステップとを備えた、燃料電池の安定判別方法である。
【００２５】
第１３の本発明は、
燃料電池と、
第１乃至第１１のいずれかの本発明の燃料電池の安定判別装置とを備えた、燃料電池システムである。
【００２６】
第１４の本発明は、
さらに、外部負荷への出力を切り替えるスイッチと、
前記スイッチの切り替えを制御するスイッチ切り替え手段とを備えた、第１３の本発明の燃料電池システムである。
【００２７】
第１５の本発明は、
前記安定判別装置は、エージングされる際に稼働され、
前記スイッチ切り替え手段は、前記判別部が前記発電性能が安定したと判定した際に、前記スイッチを切り替えて前記外部負荷に通電させる、第１３または第１４の本発明の燃料電池システムである。
【００２８】
第１６の本発明は、
前記安定判別装置は、前記燃料電池システムの起動前の停止期間の長さに基づいて、前記燃料電池システムの起動時に稼働され、
前記スイッチ切り替え手段は、前記判別部が前記発電性能が安定したと判定した際に、前記スイッチを切り替えて前記外部負荷に通電させる、第１３乃至第１５のいずれかの本発明の燃料電池システムである。
【００２９】
第１７の本発明は、
さらに、前記燃料電池の運転中の負荷の変動を検出する負荷検出手段と、
警告を通知する警告発生手段とを備え、
前記安定判別装置は、前記燃料電池の運転中に、前記負荷検出手段が検出した前記燃料電池の負荷の変動に基づいて稼働され、
前記判別部が前記発電性能が不安定になったと判定した際には、前記警告発生手段は警告を通知し、前記発電性能が安定であると判定した際には、前記安定判別装置は稼働を停止する、第１３乃至第１６のいずれかの本発明の燃料電池システムである。
【００３０】
第１８の本発明は、
第１乃至第１１のいずれかの本発明の燃料電池の安定判別装置を備えた、燃料電池評価装置である。
【００３１】
第１９の本発明は、
第１〜第１１のいずれかの本発明の燃料電池の安定判別装置の判別部としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００３２】
第２０の本発明は、
第１９の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、セルまたはスタック毎の基準電圧値の設定が必要なく、正確に燃料電池の安定度を判定できる、燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１の燃料電池の安定判別装置の構成図を示す。なお、図１では、燃料電池に関する、水素ガス生成装置や酸化剤ガス供給装置等の公知の構成については記載を省略している。
【００３６】
セルの組み立て直後の燃料電池１０は、定格運転時の負荷よりも高負荷のエージング用負荷１１に接続されている。そして、燃料電池１０の出力電圧は、電圧測定部１２により測定される。電圧測定部１２で測定された燃料電池１０の出力電圧値の情報は、コンピュータ２０が有する判別部２１に伝達される。また、コンピュータ２０は、経過時間を計測するタイマー２２を有している。そして、判別部２１は、経過時間に対する燃料電池１０の出力電圧値の変動状態に基づいて、燃料電池１０の安定度を判定する。また、コンピュータ２０にはディスプレイ２３が接続されており、判別部２１は燃料電池１０の安定度の判定結果をディスプレイ２３に表示する。
【００３７】
判別部２１は、燃料電池１０の安定度を判定するために必要な基準値を記憶しておく基準値記憶手段を有している。また、判別部２１は、経過時間と燃料電池１０の出力電圧値の変動状態を、その基準値と比較する比較手段を有しており、その比較結果から燃料電池１０の安定度を判定する。
【００３８】
なお、本明細書においては、燃料電池の状態が安定しているとは、燃料電池の発電性能が安定していることを言う。
【００３９】
次に、本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置における安定判別方法について説明する。
【００４０】
図２は、本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置における安定判別方法を説明する概念図である。燃料電池のセルの電圧は、図２に示すように、上昇、下降を繰り返し、脈動している。燃料電池の状態が安定してくると、この脈動する電圧の変動幅は小さくなる。本実施の形態１の燃料電池の安定判別方法は、所定の長さの時間における脈動する電圧の変動幅から、燃料電池の安定度を判定するものである。
【００４１】
本実施の形態１の燃料電池の安定判別方法は、図２において、所定の長さの時間である規定時間ＴWの間に、変動するセルの電圧値の変動幅が所定の電圧値の幅であるクリア条件ＶDThの範囲内に収まるか否かで燃料電池の安定度を判定する。
【００４２】
規定時間ＴWにおける、セル電圧の最大値がＶmax、最小値がＶminの場合、セル電圧値の変動幅ＶDは、ＶD＝Ｖmax−Ｖminである。そして、ＶD≦ＶDThの場合には、燃料電池の状態が安定したと判定し、ＶD＞ＶDThの場合には、燃料電池の状態が安定していないと判定する。
【００４３】
図３を用いて、脈動するセルの電圧値に対して、燃料電池の状態が安定であると判定するまでの安定判別方法について説明する。
【００４４】
図３は、セルの組み立て直後の燃料電池のセル電圧の経過時間との関係の概要を示している。図３に示すように、セルの組み立て直後は高分子膜は乾燥状態であり、十分な電池性能を発揮できないためセル電圧は低く、時間の経過と共に化学反応によって水分が次第に生成されていき、高分子膜の含水状態の変化により脈動しながらセル電圧の電圧値が上昇していく。
【００４５】
本実施の形態１では、図３に示すように、所定の時間Ｔp毎に、セル電圧値の変動幅ＶDが、図２に示した規定時間ＴWの長さの時間においてクリア条件ＶDThを満たすか否かの判定を繰り返している。図３は、Ｔp＝ＴWとした場合の例を示しており、この場合、規定時間ＴWとクリア条件ＶDThで囲まれる矩形領域を順次時間方向にずらしながら、セル電圧値の変動幅ＶDがこの矩形領域に収まるか否かの判定を繰り返していくことになる。
【００４６】
図３では、順次この矩形領域を移動しながら判定していき、「判定ＯＫ」と記載した矩形においてセル電圧値の変動幅ＶDが矩形領域内に収まり、ここで燃料電池の状態が安定したと判定している。
【００４７】
なお、図３の例では、Ｔp＝ＴWとしたが、ＴpはＴWよりも長い時間でもよいし、短い時間であってもよい。ＴpをＴWよりも短い時間に設定した場合には、規定時間ＴWが、前の判定に参照される規定時間ＴWとオーバーラップする時間帯があり、その時間帯においては、複数の判定処理が並行して行なわれることになる。また、Ｔpを常に一定の値とせず、時間の経過とともに変化させながら判定していってもよい。
【００４８】
次に、図１を用いて、本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置の動作について説明する。
【００４９】
セル組み立て直後の燃料電池１０にエージング用負荷１１を接続した状態で、エージング運転を開始する。電圧測定部１２は、燃料電池１０のスタックの電圧値を逐次測定し、その測定値をコンピュータ２０に伝達する。判別部２１は、タイマー２２で得られる経過時間と、電圧測定部１２から伝達された燃料電池１０のスタックの電圧値から、上記で説明した安定判別方法を用いて、燃料電池１０の状態の安定度を判定する。そして、その安定度の判定結果を、逐次ディスプレイ２３に表示する。
【００５０】
なお、本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置では、判別部２１は、燃料電池１０のスタックの電圧値を、燃料電池１０のスタックを構成するセルの数で除算したものをセル平均電圧値として用いて安定度の判定を行った。
【００５１】
次に、図１の本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置を用いて、燃料電池１０の状態の安定を判別できる、規定時間ＴWとクリア条件ＶDThの組み合わせを求めるための実験を行った。
【００５２】
図４が、その実験の結果を示す一覧である。判定時間ＴWとは、燃料電池１０の状態の安定を判断すると仮定した時間の長さであり、図２で判定に用いる規定時間ＴWに相当する部分の時間の長さである。また、電圧変動幅ＶDaveとは、燃料電池１０の状態の安定を判断すると仮定したセルの平均電圧値の変動幅であり、図２で判定に用いるクリア条件ＶDThに相当する部分の電圧値の変動幅である。
【００５３】
そして、判定時間ＴWと電圧変動幅ＶDaveの組み合わせの条件が満たされた時点でエージング運転から定格運転に切り替え、定格運転を開始し、定格運転開始後の電圧低下率から燃料電池１０の発電性能が安定しているか否かを判断した。ここでは、４００００時間運転時の定格電圧１割劣化を燃料電池１０の安定性の判断基準とし、定格運転開始後の電圧低下率が２．０μＶ／ｈｒ未満の場合には発電性能が安定したと判断し、電圧低下率が２．０μＶ／ｈｒ以上の場合には安定していないと判断した。その発電性能の判断結果を、図４の判定の欄に、安定と判断した場合は○印で、安定していないと判断した場合は×印で記載した。
【００５４】
図５は、図４の結果をグラフに表したものである。図５で、○で示すプロットが、燃料電池１０の状態が安定したと判断した組み合わせ条件であり、×で示すプロットが、燃料電池１０の状態が安定していなかったと判断した組み合わせ条件である。
【００５５】
この結果、図５の斜線で示される範囲の判定時間ＴWと電圧変動幅ＶDaveの組み合わせ条件で、本実施の形態１の安定判別方法を適用することにより、燃料電池１０の状態の安定を判定することができると言える。
【００５６】
ここで、判定時間ＴWを５分未満に設定した場合には、燃料電池１０の安定を判定できなかった（４分でＮＧであった）。また、経験的に、燃料電池スタックが異常である場合を除き、エージング時間に２０時間以上要することはないので、２０時間以上の判定時間ＴWについては計測を行っていない。
【００５７】
そして、図５の斜線で示される範囲より、規定時間ＴWと燃料電池のスタックの電圧値の変動幅ＶDとが、（１）式または（２）式の関係を満たした場合に、燃料電池の状態の安定を判定することができると言える。
【００５８】
ｘ1≦ＴW≦ｘ2 の場合 ：  ＶD ≦ ａＴW    ………（１）
ｘ2＜ＴW≦ｘ3 の場合 ：  ＶD ≦ ｂ       ………（２）
（ａ、ｂ、ｘ1、ｘ2、ｘ3は、正の実数）
また、図５における、規定時間ＴW（分）の具体的数値、および燃料電池１０のスタックの電圧値の変動幅ＶDの具体的数値であるセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶDave（ｍＶ）を、（１）式および（２）式に代入することにより、（３）式または（４）式の関係を満たした場合に、燃料電池の状態の安定を判定することができると言える。
【００５９】
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDave ≦ ＴW／４  ………（３）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDave ≦ １２０  ………（４）
なお、図１で示した本実施の形態１の燃料電池の安定判別装置では、燃料電池１０のスタックの電圧値から平均セル電圧値を算出したが、電圧測定部１２が各セル毎の電圧値を測定できる構成であれば、電圧変動幅を求める基準の電圧値として各セルの電圧値を用いてもよい。
【００６０】
燃料電池１０のスタックを構成する複数のセルは、個体差により各セルの電圧変動幅が異なる。従って、燃料電池１０のスタックを構成する複数のセルのうちの、最も電圧変動幅の大きいセルの電圧変動幅が（１）式または（２）式を満たすことを条件とすることにより、より信頼性の高い燃料電池の状態の安定の判定を行うことができる。
【００６１】
電圧変動幅の最も大きいセルの電圧変動幅の具体的数値ＶDmax（ｍＶ）および規定時間ＴW（分）の具体的数値を、（１）式および（２）式に代入することにより、（５）式または（６）式の関係を満たした場合に、より信頼性の高い燃料電池の状態の安定の判定ができると言える。
【００６２】
５≦ＴW≦４８０ の場合       ：  ＶDmax ≦ ＴW／４  ………（５）
４８０＜ＴW≦１２００ の場合 ：  ＶDmax ≦ １２０  ………（６）
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の燃料電池の安定判別装置における安定判別方法について説明する。
【００６３】
本実施の形態２で用いる燃料電池の安定判別装置は、図１に示した実施の形態１の安定判別装置と同じ構成であり、判別部２１における燃料電池１０の安定判別方法が、実施の形態１の方法とは異なる。
【００６４】
図６は、本実施の形態２の燃料電池の安定判別装置における安定判別方法を説明する概念図である。実施の形態１の燃料電池の安定判別方法が、所定の長さの時間に対する燃料電池１０の電圧の変動幅から燃料電池の状態の安定を判定したのに対し、本実施の形態２の安定判別方法は、所定の電圧変動幅に対し実際の電圧値の変化がその範囲内に収まっている経過時間から燃料電池の状態の安定を判定するものである。
【００６５】
本実施の形態２の燃料電池の安定判別方法は、図６において、燃料電池のセルの所定の電圧変動幅である規定電圧ＶWの範囲を越えるまでの経過時間が、所定の長さの時間であるクリア条件ＴDThを越えているか否かで燃料電池の状態の安定度を判定する。
【００６６】
時間計測開始時点から、燃料電池のセルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を越えるまでの経過時間を電圧範囲逸脱時間Ｔleftとする。そして、Ｔleft≧ＴDThの場合には、燃料電池の状態が安定したと判定し、Ｔleft＜ＴDThの場合には、燃料電池の状態が安定していないと判定する。なお、時間計測開始時点は、本発明の所定のタイミングの一例である。
【００６７】
図７を用いて、脈動するセルの電圧値に対して、燃料電池の状態が安定であると判定するまでの安定判別方法について説明する。
【００６８】
本実施の形態２では、図７に示すように、時間計測開始時点（各矩形領域の左端の時点）から、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱するまでの経過時間Ｔleftを計測する。そして、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱した時点で経過時間Ｔleftの計測を停止し、その時点を次の判定処理の開始時点として次の判定処理を開始する。そして、判定処理を停止した時の経過時間Ｔleftがクリア条件ＴDThを越えている場合は、燃料電池の状態が安定したと判断し、クリア条件ＴDThを越えていない場合は、燃料電池の状態が安定していないと判断する。なお、燃料電池の判定を行う最初の矩形の時間計測開始時点のタイミングは、予め決められている。
【００６９】
図７では、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱した時点で燃料電池の状態の安定の判定を行い、次の判定処理を開始していくという処理を繰り返し行い、「判定ＯＫ１」と記載した矩形において経過時間Ｔleftがクリア条件ＴDThを越え、この時点で燃料電池の状態が安定したと判定している。
【００７０】
なお、図７の例では、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱した時点で次の判定処理を開始することとしたが、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱した時点から所定の時間経過後に次の判定処理を開始するようにしてもよい。また、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱する前に次の判定処理を開始して、判定処理が並行して同時に複数行なわれるようにしてもよい。
【００７１】
次に、図１の本実施の形態２の燃料電池の安定判別装置を用いて、燃料電池１０の状態の安定を判別できる、規定電圧ＶWとクリア条件ＴDThの組み合わせを求めるための実験を行った。
【００７２】
図８が、その実験の結果をグラフに表したものである。
【００７３】
横軸の電圧変動幅ＶWaveは、燃料電池１０の状態の安定を判断すると仮定したセルの平均電圧値の変動幅であり、図６で判定に用いる規定電圧ＶWに相当する部分の電圧値の幅である。また、縦軸の経過時間ＴLとは、燃料電池１０の状態の安定を判断すると仮定した時間の長さであり、図６で判定に用いるクリア条件ＴDThに相当する部分の時間の長さである。
【００７４】
そして、実施の形態１の場合と同様に、電圧変動幅ＶWaveと経過時間ＴLの組み合わせの条件が満たされた時点でエージング運転から定格運転に切り替え、定格運転を開始し、定格運転開始後の電圧低下率から燃料電池１０の発電性能が安定しているか否かを判断した。この際の、燃料電池１０の発電性能が安定しているか否かの判定も、実施の形態１と同様の判断基準で、定格運転開始後の電圧低下率で判断した。
【００７５】
図８で、○で示すプロットが、燃料電池１０の状態が安定したと判断した組み合わせ条件であり、×で示すプロットが、燃料電池１０の状態が安定していなかったと判断した組み合わせ条件である。
【００７６】
この結果、図８の斜線で示される範囲の電圧変動幅ＶWaveと経過時間ＴLとの組み合わせ条件で、本実施の形態２の安定判別方法を適用することにより、燃料電池１０の状態の安定を判定することができると言える。
【００７７】
ここで、経過時間ＴLを５分未満に設定した場合には、燃料電池１０の状態の安定を判定できなかった（４分でＮＧであった）。また、経験的に、燃料電池スタックが異常である場合を除き、エージング時間に２０時間以上要することはないので、２０時間以上の経過時間ＴLについては計測を行っていない。
【００７８】
そして、図８の斜線で示される範囲より、燃料電池のスタックの電圧変動許容幅ＶWに対して、経過時間ＴLが、（７）式または（８）式の関係を満たした場合に、燃料電池の状態の安定を判定することができると言える。
【００７９】
０≦ＶW≦ｙ1 の場合 ：  ｃ ≦ ＴL≦ ｄ      ………（７）
ｙ1＜ＶW≦ｙ2 の場合 ：  ｅＶW≦ ＴL ≦ ｄ    ………（８）
（ｃ、ｄ、ｅ、ｙ1、ｙ2は、正の実数）
また、図８における、経過時間ＴL（分）の具体的数値、および燃料電池のスタックの電圧変動許容幅ＶWの具体的数値であるセルの平均出力電圧値の最大値と最小値との差ＶWave（ｍＶ）を、（７）式および（８）式に代入することにより、（９）式または（１０）式の関係を満たした場合に、燃料電池の状態の安定を判定することができると言える。
【００８０】
０≦ＶWave≦１．２５ の場合     ： ５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（９）
１．２５＜ＶWave≦１２０ の場合 ： ４ＶWave ≦ ＴL≦ １２００……（１０）
なお、図１で示した本実施の形態２の燃料電池の安定判別装置では、燃料電池１０のスタックの電圧値から平均セル電圧を算出したが、電圧測定部１２が各セル毎の電圧値を測定できる構成であれば、各セル毎に電圧変動許容幅を設定するようにしてもよい。
【００８１】
燃料電池１０のスタックを構成する複数のセルは、個体差により各セルの電圧変動幅が異なる。従って、燃料電池１０のスタックを構成する複数のセルのそれぞれの電圧値の変動幅の全てについて、経過時間ＴLが（７）式または（８）式を満たすことを条件とすることにより、より信頼性の高い燃料電池の状態の安定の判定をすることができる。
【００８２】
経過時間ＴL（分）の具体的数値、および燃料電池を構成する複数のセルのそれぞれの出力電圧値の最大値と最小値との電圧差の具体的数値ＶWeach（ｍＶ）を、（７）式および（８）式に代入することにより、それぞれのセルの全てが（１１）式または（１２）式の関係を満たした場合に、より信頼性の高い燃料電池の状態の安定の判定ができると言える。
【００８３】
０≦ＶWeach≦１．２５ の場合    ：５ ≦ ＴL ≦ １２００    ……（１１）
１．２５＜ＶWeach≦１２０ の場合：４ＶWeach ≦ ＴL≦ １２００……（１２）
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の燃料電池の安定判別装置における安定判別方法について説明する。
【００８４】
本実施の形態３で用いる燃料電池の安定判別装置は、図１に示した実施の形態１の安定判別装置と同じ構成であり、判別部２１における燃料電池１０の安定判別方法が、実施の形態１の方法とは異なる。
【００８５】
本実施の形態３の安定判別方法は、実施の形態２の安定判別方法と同様に、所定の電圧変動幅に対し実際の電圧値の変化がその範囲内に収まっている経過時間から燃料電池の状態の安定を判定するものである。実施の形態２の場合とは、燃料電池の状態の安定を判定するタイミングが異なるものである。
【００８６】
図６および図７を用いて、実施の形態２の安定判別方法と異なる点について説明する。
【００８７】
図６において、実施の形態２では、燃料電池の状態の安定の判定を、セル電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱したタイミングである電圧範囲逸脱時間Ｔleftに達した時点で行っている。これに対して、本実施の形態３では、セル電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱せずにクリア条件ＴDTｈに達した時点で燃料電池の状態の安定を判定する。つまり、燃料電池の状態が安定であると判定する場合には、セル電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱する前に判断されることになる。
【００８８】
図７において、燃料電池の状態が安定であると判定されるまでの処理については、本実施の形態３の安定判別方法は、実施の形態２の安定判別方法と同様の処理を行なう。つまり、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱するまでの経過時間Ｔleftがクリア条件ＴDThを越えていない場合には、セルの電圧値が規定電圧ＶWの範囲を逸脱した時点で経過時間Ｔleftの計測を停止し、その時点を次の判定処理の開始時点として次の判定処理を開始する。
【００８９】
しかし、燃料電池の状態が安定であると判断するタイミングが、実施の形態２の場合とは異なる。実施の形態２の場合に、燃料電池の状態が安定であると判断するタイミングは、図７の「判定ＯＫ１」の矢印が指す矩形の右端の経過時間Ｔleftに達した時点である。これに対し、本実施の形態３で燃料電池の状態が安定であると判断するタイミングは、図７の「判定ＯＫ２」の矢印が指す矩形内に破線で示したクリア条件ＴDTｈに達した時点である。
【００９０】
このように、本実施の形態３の安定判別方法は、実施の形態２の安定判別方法と同様の信頼性で、実施の形態２よりも早く燃料電池の状態の安定を判定することができる。
【００９１】
なお、本実施の形態３の安定判別方法は、実施の形態２とは、燃料電池の状態を安定と判断する際のタイミングが異なるのみなので、規定電圧ＶWとクリア条件ＴDThの組み合わせの関係は実施の形態２と同様の図８の関係となり、実施の形態２で説明した（７）式〜（１２）式の関係も同様に成立する。
【００９２】
（実施の形態４）
図９に、本発明の実施の形態４の燃料電池システムの構成図を示す。本実施の形態４の燃料電池システムは、実施の形態１〜３のいずれかの安定判別装置の機能を備えたものであり、図１の安定判別装置と同じ符号を付した部分は、図１の安定判別装置と同じ構成である。図１の安定判別装置と異なる部分についてのみ説明する。
【００９３】
本実施の形態４の燃料電池システムには、負荷切り替えスイッチ３１が設けられており、燃料電池１０の出力を、負荷切り替えスイッチ３１により、エージング用負荷１１と外部負荷３０に切り替えられるようになっている。外部負荷３０は、燃料電池１０が定格運転されて使用される通常の負荷である。そして、コンピュータ２０はスイッチ切り替え手段２４を有しており、スイッチ切り替え手段２４により負荷切り替えスイッチ３１が制御される。なお、負荷切り替えスイッチ３１は、本発明の外部負荷への出力を切り替えるスイッチの一例である。
【００９４】
次に、本実施の形態４の燃料電池システムの動作について説明する。
【００９５】
燃料電池１０の運転開始時、それまでに燃料電池１０が停止していた時間の長さに応じて、判別部２１からの指示により、スイッチ切り替え手段２４は負荷切り替えスイッチ３１を切り替える。
【００９６】
燃料電池１０は、停止した状態が長く続くと、高分子膜が乾燥するために、その発電性能が不安定になる。そこで、例えば、判別部２１に、燃料電池１０の発電性能が不安定になると予測される停止可能時間を予め記憶させておき、燃料電池１０の運転開始時までの燃料電池１０の停止時間がその停止可能時間を越えている場合には、燃料電池１０がエージング用負荷１１に接続されるように、停止可能時間を越えていない場合には、燃料電池１０が外部負荷３０に接続されるように、負荷切り替えスイッチ３１を制御する。
【００９７】
したがって、燃料電池１０のセル組み立て直後には、スイッチ切り替え手段２４により、負荷切り替えスイッチ３１は、燃料電池１０がエージング用負荷１１に接続される側に切り替えられていることになる。
【００９８】
セル組み立て直後の燃料電池１０はエージング運転され、電圧測定部１２は、燃料電池１０のスタックの電圧値を逐次測定し、その測定値をコンピュータ２０に伝達する。判別部２１は、タイマー２２で得られる経過時間と、電圧測定部１２から伝達された燃料電池１０のスタックの電圧値に基づいて、燃料電池１０の状態の安定度を判定し、その判定結果を逐次ディスプレイ２３に表示する。ここで、判別部２１における燃料電池１０の状態の安定度の判定は、実施の形態１〜３のいずれかの安定判別方法により行われる。
【００９９】
そして、判別部２１は、燃料電池１０の状態が安定になったと判定した際には、スイッチ切り替え手段２４に指令し、スイッチ切り替え手段２４は、負荷切り替えスイッチ３１を燃料電池１０が外部負荷３０に接続される側に切り替える。そして、外部負荷３０に接続された燃料電池１０は定格運転を開始する。
【０１００】
本実施の形態４の燃料電池システムを使用することにより、燃料電池１０が、セル組み立て直後や長い期間停止していて状態が不安定な場合には、まずエージング運転が行われる。そして、実施の形態１〜３に示す安定判別方法により、燃料電池１０の状態の安定を判断した後に外部負荷に切り替えられ、安定した定格運転を開始することができる。
【０１０１】
（実施の形態５）
図１０に、本発明の実施の形態５の燃料電池システムの構成図を示す。本実施の形態５の燃料電池システムは、実施の形態１〜３のいずれかの安定判別装置の機能を備えたものであり、図１の安定判別装置と同じ符号を付した部分は、図１の安定判別装置と同じ構成である。図１の安定判別装置と異なる部分についてのみ説明する。
【０１０２】
本実施の形態５の燃料電池システムでは、燃料電池１０は外部負荷３０に接続されており、定格運転される。燃料電池１０に対する負荷の変動を検出し、その情報を判別部２１に伝達する負荷検出手段３２が設けられている。
【０１０３】
次に、図１０と図１１を用いて、本実施の形態５の燃料電池システムの動作について説明する。図１１は、判別部２１における処理を示すフロー図である。
【０１０４】
燃料電池１０は、大きな負荷変動があると、その出力が不安定になる。負荷検出手段３２は、燃料電池１０の負荷変動を検出すると、判別部２１に通知する。
【０１０５】
図１１において、判別部２１は、負荷検出手段３２からの負荷変動の検出の通知を受ける（Ｓ５１）と、その負荷変動が規定値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ５２）。この負荷変動の規定値とは、燃料電池１０からの出力の変動に対する外部負荷３０の許容値等に基づいて予め設定された値である。
【０１０６】
負荷変動が規定値よりも大きい場合（Ｓ５２）、判別部２１は、燃料電池判別機能を起動する（Ｓ５３）。燃料電池判別機能とは、実施の形態１〜３で説明した安定判別方法の処理である。そして、燃料電池判別機能により、燃料電池１０の状態が安定か否かを判定する（Ｓ５４）。なお、ここでは、燃料電池判別機能とは、本発明の安定判別装置の機能、すなわち燃料電池の状態の安定を判定する機能をいう。
【０１０７】
燃料電池１０の状態が安定であると判定した場合（Ｓ５４）には、燃料電池判別機能を停止（Ｓ５５）し、負荷検出手段３２からの負荷変動検出の通知待ちの状態（Ｓ５１）となる。燃料電池１０の状態が安定では無いと判定した場合（Ｓ５４）には、ディスプレイ２３に「燃料電池１０の出力が不安定である」ことの警告を表示（Ｓ５６）し、再度、燃料電池１０の状態が安定か否かの判定を行う（Ｓ５４）。なお、ディスプレイ２３は、本発明の警告発生手段の一例である。
【０１０８】
本実施の形態５の燃料電池システムを用いることにより、負荷の変動による燃料電池１０の出力が安定か否かを自動的に判断し、燃料電池１０の状態が不安定になった場合には、速やかにユーザーに通知することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態５では、負荷変動の大きさの判断を判別部２１で行うこととしたが、負荷変動の大きさの判断を負荷検出手段３２で行わせるようにし、判別部２１は、負荷検出手段３２からの通知を受けると無条件に燃料電池安定判別機能を稼働させるようにしてもよい。
【０１１０】
（実施の形態６）
図１２に、本発明の実施の形態６の燃料電池評価装置の構成図を示す。図１２では、本発明に関連する部分のみを記載し、燃料ガスの生成部分やガス供給制御部分等の燃料電池評価装置の一般的な構成部分についての記載は省略している。
【０１１１】
本実施の形態６の燃料電池評価装置４０には、評価対象である燃料電池４１が接続される。燃料電池評価装置４０は、燃料電池４１の負荷となる評価用負荷４３を備えている。そして、燃料電池４１に燃料ガスとなる水素ガス４４、および空気等の酸化剤ガスを供給し、燃料電池４１の測定情報４６を取得する。
【０１１２】
これらの構成は、一般的な燃料電池評価装置の構成であるが、本実施の形態６の燃料電池評価装置４０は、さらに安定判別装置４２を備えている。安定判別装置４２は、実施の形態１〜３で説明したいずれかの本発明の安定判別装置であり、図１の燃料電池１０以外の部分の構成である。
【０１１３】
次に、本実施の形態６の燃料電池評価装置４０の動作について説明する。
【０１１４】
まず、燃料電池評価装置４０に、評価対象である燃料電池４１を接続し、燃料電池評価装置４０は、水素ガス４４および酸化剤ガス４５を燃料電池４１に供給する。そして、安定判別装置４２が、燃料電池４１から取得した測定情報４６から、燃料電池４１の安定度を判定する。
【０１１５】
ここで、安定判別装置４２が、燃料電池４１の状態が安定していると判定した場合には、エージング運転は行わず、燃料電池４１の評価を開始する。
【０１１６】
一方、ここで、安定判別装置４２が、燃料電池４１の状態が安定していないと判定した場合には、評価用負荷４３をエージング用の負荷の大きさとし、水素ガス４４および酸化剤ガス４５の流量を制御して、エージング運転を開始する。エージング運転中、安定判別装置４２は稼働しており、燃料電池４１の安定度の判定を継続して行う。そして、安定判別装置４２が、燃料電池４１の状態が安定したと判定した際に、エージング運転を停止し、燃料電池４１の評価を開始する。
【０１１７】
燃料電池４１の評価の際には、燃料電池評価装置４０は、評価すべき項目に応じて、燃料電池４１に供給する水素ガス４４や酸化剤ガス４５の流量、評価用負荷４３の負荷の大きさ等を制御する。そして、燃料電池４１から取得する測定情報４６に基づいて、燃料電池４１の評価を行う。
【０１１８】
燃料電池評価装置４０は、評価内容として、利用率、ガス湿度依存性などの特性、耐久試験、リーク性能、圧損性能、その他さまざまな燃料電池の評価を行う。
【０１１９】
燃料電池４１の評価を行うに際しては、正確な評価を行うために、燃料電池４１の状態が安定している必要がある。本実施の形態６の燃料電池評価装置４０は、安定判別装置４２を備えていることにより、必要に応じてエージング運転を行った後に評価を開始するため、燃料電池４１が不安定な状態で評価を実施してしまうおそれがなく、正確な評価結果を得ることができる。また、評価前に、燃料電池評価装置とは別の装置等で燃料電池４１の安定度を確認する必要がなく、速やかに評価を開始させることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態６の燃料電池評価装置４０では、エージング運転から評価用の運転に自動的に切り替えるようにすることも可能で、この場合、評価時間を大幅に短縮できるという効果も得られる。
【０１２１】
なお、燃料電池の状態は、エージング時や大きな負荷変動があった場合のみではなく、長い期間停止していた場合には高分子膜が乾燥するため、起動時に不安定になる場合もある。実施の形態１〜３の安定判別装置は、エージング時における安定判別方法について説明したが、これらの安定判別方法は、エージング時のみではなく、大きな負荷変動があった場合や起動時にも適用できる。
【０１２２】
なお、各実施の形態において、判別部２１、タイマー２２、スイッチ切り替え手段２４等をコンピュータ２０に設ける構成としたが、これらの構成要素は、一体でコンピュータ２０に設けられている必要はなく、それぞれが別個に装置またはシステムに備えられており、連携して動作するようになっていればよい。
【０１２３】
また、燃料電池１０の状態や警告の情報をディスプレイ２３に表示することとしたが、これらの情報は、ブザー等その他の方法で通知されるようにしてもよい。
【０１２４】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の燃料電池の安定判別装置の判別部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【０１２５】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の燃料電池の安定判別装置の判別部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。
【０１２６】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１２７】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【０１２８】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【０１２９】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【０１３０】
以上に説明したように、本発明の燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置は、燃料電池のセル毎またはスタック毎の設定値の設定をする必要がなく、高い信頼性で、燃料電池の状態の安定度を判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置は、セルまたはスタック毎の基準電圧値の設定が必要なく、正確に燃料電池の安定度を判別できる効果を有し、定格運転における出力状態の安定度を判定する、例えば、固体高分子形燃料電池のセルの組み立て後のエージング時に使用される、燃料電池の安定判別装置、燃料電池の安定判別方法、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の実施の形態１〜３にかかる燃料電池の安定判別装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池の安定判別方法を説明する図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池の安定判別方法を説明する図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池の安定判別方法における判定時間と電圧変動幅の組み合わせによる判定結果の一覧を示す図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池の安定判別方法を用いた際の、燃料電池の安定度に対する判定時間と電圧変動幅の関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態２および３にかかる燃料電池の安定判別方法を説明する図
【図７】本発明の実施の形態２および３にかかる燃料電池の安定判別方法を説明する図
【図８】本発明の実施の形態２および３にかかる燃料電池の安定判別方法を用いた際の、燃料電池の安定度に対する電圧変動幅とその変動幅を維持する経過時間の関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態４にかかる燃料電池システムの安定判別装置の構成図
【図１０】本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムの安定判別装置の構成図
【図１１】本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムの安定判別装置の処理を示すフロー図
【図１２】本発明の実施の形態６にかかる燃料電池評価装置の構成図
【図１３】組み立て直後の燃料電池スタックのエージング時の経過時間と平均セル電圧の関係を示す図
【図１４】負荷の違いによる、エージング時の経過時間と出力電圧の相関の違いを説明する概念図
【符号の説明】
【０１３３】
１０  燃料電池
１１  エージング用負荷
１２  電圧測定部
２０  コンピュータ
２１  判別部
２２  タイマー
２３  ディスプレイ
２４  スイッチ切り替え手段
３０  外部負荷
３１  負荷切り替えスイッチ
３２  負荷検出手段
４０  燃料電池評価装置
４１  燃料電池
４２  安定判別装置
４３  評価用負荷
４４  水素ガス
４５  酸化剤ガス
４６  測定情報
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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