(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するステップと、
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方法。
【請求項２】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するステップと、
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方法。
【請求項３】
前記交流電流の周波数は、前記膜抵抗に対応する周波数領域に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のインピーダンス計測方法。
【請求項４】
計測された前記膜抵抗に応じて当該燃料電池の運転制御を実行するステップを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインピーダンス計測方法。
【請求項５】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測する計測手段と、
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６】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測する計測手段と、
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７】
前記交流電流の周波数は、前記膜抵抗に対応する周波数領域に設定されることを特徴とする請求項５または６に記載のインピーダンス計測装置。
【請求項８】
計測された前記膜抵抗に応じて当該燃料電池の運転制御を実行する運転制御手段を備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のインピーダンス計測装置。
【請求項９】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するステップと、
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方法。
【請求項１０】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するステップと、
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方法。
【請求項１１】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測する計測手段と、
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１２】
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測する計測手段と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法およびインピーダンス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平７−２８２８３２号公報には、燃料電池のアノード側に参照電極を設けることで、固体高分子電解質膜等の濡れ状態を検出する方法が記載されている。参照電極は燃料電池のアノードとは絶縁され、かつ固体高分子膜に接触するように保持され、固体高分子膜との接触部分が基準電極のアノードとなる。同時に参照電極は燃料ガスである水素ガスにも触れている。そして、参照電極とアノード間の側の電圧Ｖ１と、参照電極とカソード間の電圧Ｖ２と、アノードとカソード間の電圧Ｖ３とを計測し、高分子膜とアノード間及び高分子膜とカソード間のインピーダンス（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）も計測している。電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の値とインピーダンス（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）とを組み合わせることによって、固体高分子電解質膜等の濡れ状態を検出する。
【特許文献１】特開平７−２８２８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記方法によれば、アノード、カソードの濡れ、乾きを推定するのに、Ｖ１、Ｖ２およびＺ３、あるいは、Ｚ１、Ｚ２を組み合わせた判定が必要である。また、インピーダンス（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）と電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の同時計測を行うことができず、電気回路的に切り離された状態での２度の計測が必要である。
【０００４】
本発明の目的は、容易かつ正確に燃料電池の膜抵抗をカソード側およびアノード側に分離して計測できるインピーダンス計測方法およびインピーダンス計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法は、カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、カソード本電極とカソード分割電極との間、またはカソード本電極とアノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するので、アノード側への干渉を生じさせることなく、カソード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【０００６】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法は、カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、アノード本電極とアノード分割電極との間、またはアノード本電極とカソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するので、カソード側への干渉を生じさせることなく、アノード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【０００７】
前記交流電流の周波数は、前記抵抗に対応する周波数領域に設定されてもよい。
【０００８】
計測された前記抵抗に応じて当該燃料電池の運転制御を実行するステップを備えてもよい。
【０００９】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測装置は、カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測する計測手段と、を備えることを特徴とする。
この燃料電池のインピーダンス計測装置によれば、カソード本電極とカソード分割電極との間、またはカソード本電極とアノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するので、アノード側への干渉を生じさせることなく、カソード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００１０】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測装置は、カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測する計測手段と、を備えることを特徴とする。
この燃料電池のインピーダンス計測装置によれば、アノード本電極とアノード分割電極との間、またはアノード本電極とカソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するので、カソード側への干渉を生じさせることなく、アノード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００１１】
前記交流電流の周波数は、前記膜抵抗に対応する周波数領域に設定されてもよい。
【００１２】
計測された前記膜抵抗に応じて当該燃料電池の運転制御を実行する運転制御手段を備えてもよい。
また、本発明は以下の特徴を備える。
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するステップと、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方法。
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測方法であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与えるステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するステップと、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方法。
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記カソード本電極と前記アノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測する計測手段と、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。
カソード電極およびアノード電極が互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割された燃料電池のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置であって、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に、直流電流に交流電流を重畳した電流負荷を与える負荷制御手段と、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に前記電流負荷を与えた状態で、前記アノード本電極と前記カソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測する計測手段と、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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、カソード本電極とカソード分割電極との間、またはカソード本電極とアノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するので、アノード側への干渉を生じさせることなく、カソード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００１４】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、アノード本電極とアノード分割電極との間、またはアノード本電極とカソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するので、カソード側への干渉を生じさせることなく、アノード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００１５】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測装置によれば、カソード本電極とカソード分割電極との間、またはカソード本電極とアノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するので、アノード側への干渉を生じさせることなく、カソード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００１６】
本発明の燃料電池のインピーダンス計測装置によれば、アノード本電極とアノード分割電極との間、またはアノード本電極とカソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するので、カソード側への干渉を生じさせることなく、アノード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図７を参照して、本発明による燃料電池のインピーダンス計測方法の一実施形態について説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、図１（ｂ）はインピーダンス計測装置の構成を機能的に示すブロック図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、燃料電池は、固体高分子膜１と、固体高分子膜１と電気的に絶縁されたカソード電極２と、カソード電極２と同様に固体高分子膜１と電気的に絶縁され、固体高分子膜１を挟んでカソード電極２と対向するアノード電極３とを備える。
【００２０】
カソード電極２は、固体高分子膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。同様に、アノード電極３は、固体高分子膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。カソード電極２およびアノード電極３を構成する上記セパレータには、それぞれ燃料ガスを供給するガス流路が形成されている。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、カソード電極２は、互いに絶縁されたカソード本電極２Ａおよびカソード分割電極２Ｂに分割され、アノード電極３は、互いに絶縁されたアノード本電極３Ａおよびアノード分割電極３Ｂに分割されている。図１（ａ）に示すように、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂは、同一領域で互いに対向して配置されている。
【００２２】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、インピーダンス計測装置５は、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａの間に接続された電子負荷装置４の電流値を制御する負荷制御手段５１と、電子負荷装置４の電流に応じて変化する電圧値および電流値を取得してカソード側の膜抵抗およびアノード側の膜抵抗を計測する計測手段５２と、を構成する。また、インピーダンス計測装置５は、カソード本電極２Ａとカソード分割電極２Ｂの間の電圧（カソード過電圧Ｖｃａ）を計測する電圧計測モジュール５０１と、アノード本電極３Ａとアノード分割電極３Ｂの間の電圧（アノード過電圧Ｖａｎ）を計測する電圧計測モジュール５０２と、カソード本電極２Ａとアノード本電極２Ａの間の電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ）を計測する電圧計測モジュール５０３と、電子負荷装置４に流れる電流（負荷電流Ｉ）を計測する電流計測モジュール５０４とを備える。電圧計測モジュール５０１，５０２，５０３および電流計測モジュール５０４による計測結果は、計測手段５２に与えられる。
【００２３】
次に、インピーダンス計測の手順について説明する。
【００２４】
インピーダンス計測装置５の負荷制御手段５１は、電子負荷装置４に対して、インピーダンス計測を行う周波数、直流電流値、重畳交流電流振幅を設定し、燃料電池への電流負荷を制御する。交流成分が重畳された電流負荷に対して、燃料電池電圧Ｖｆｃ、カソード過電圧Ｖｃａ、およびアノード過電圧Ｖａｎのそれぞれの波形を電圧モジュール５０３、５０２および５０１で計測し、計測手段５２において、交流電流負荷に対する各３つの電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ、カソード過電圧Ｖｃａ、およびアノード過電圧Ｖａｎ）の交流成分のゲインおよび位相（フェーズ）に基づきインピーダンスＺａｎ、ＺｃａおよびＺｆｃを求める。ここで、インピーダンスＺａｎ、ＺｃａおよびＺｆｃは、それぞれ、アノード過電圧Ｖａｎ、カソード過電圧Ｖｃａ、および燃料電池電圧Ｖｆｃに対応する燃料電池の内部インピーダンスに相当する。順次、重畳交流電流振幅の周波数を変えてインピーダンス計測を行い、図２（ａ）に示すようなインピーダンス（Ｚａｎ、Ｚｃａ、Ｚｆｃ）の複素平面図（コールコールプロット）を得ることができる。
【００２５】
図２（ａ）に示す複素平面図において、燃料電池の固体高分子膜１のプロトン伝導抵抗を表すものが、「Rmem_fc」である。同様に、カソード過電圧（Ｖｃａ）のインピーダンス（Ｚｃａ）から「Rmem_ca」、アノード過電圧（Ｖａｎ）のインピーダンス（Ｚａｎ）から「Rmem_an」を求めることができる。上記アノード、カソードのインピーダンスの高周波側のゼロクロスの抵抗値Rmem_an、Rmem_caを、それぞれ燃料電池の固体高分子膜のアノード側の膜抵抗値およびカソード側の膜抵抗値として捉えることができる。
【００２６】
尚、これらの３つの抵抗値（膜抵抗値）に関して、以下の関係があることがわかっている。
【００２７】
Rmem_fc = Rmem_ca + Rmem_an              ・・・式（１）
【００２８】
図２（ｂ）はある条件化での上記Rmem_fc、Rmem_ca、Rmem_anの計測結果を示しており、式（１）が、全ての電流領域で成立することを示している。すなわち、全ての電流領域において、Rmem_ca およびRmem_an の和が、Rmem_fc に一致することが示されている。
【００２９】
以上のように、本実施形態のインピーダンス計測方法によれば、電流ループが電子負荷装置４を介する１つしか存在しないため、測定時の切り替えなどの作業を行わなくても、互いの干渉を生じさせることなく、燃料電池のカソードとアノード（およびセル）のインピーダンスを同時に測定することができ、その結果から、アノード側とカソード側の膜抵抗を測定することができる。
【００３０】
また、膜抵抗が含水率に反比例すること、あるいは、膜抵抗は含水率の関数であることが知られているため、一般に、膜抵抗を測ることで膜中の含水率を推定できる。このため、本手法により、アノードとカソードに膜抵抗を分離することができるため、膜中のアノード側の含水率とカソード側の含水率を個々に推定することが可能となる。このように、膜抵抗値により固体高分子膜中の厚み方向について含水率を推定することができる。本発明のインピーダンス計測方法によれば、固体高分子膜だけでなく、触媒層に含まれるプロトン伝導性材料の水分計測およびプロトン伝導度（あるいは抵抗値）までを含めた情報を得ることができる。
【００３１】
また、複素平面図（コールコールプロット）を取得するのではなく、ある固定の高周波数（膜物性によって異なるが、10kHz程度）のみを重畳し、膜抵抗のみを高速に計測する上記手法をゼロクロス近傍の周波数の重畳交流電流のみで実施することにより、高速な膜抵抗変化を計測することも可能となる。この場合、周波数は１つに固定してもよいし、その近傍の周波数のインピーダンス特性のみを取得してもよい。図２（ａ）に示した膜抵抗が実軸と交差する周波数、或いは、その近傍の周波数を挿引し、インピーダンス計測を行うことで、非常に高速な膜抵抗の変化を測定することが可能になる。膜抵抗の変化を迅速に捉えることで、燃料電池の発電中における実際の固体高分子膜中の水分挙動をリアルタイムに把握できるため、このような計測方法を固体高分子膜の特性評価手法としても利用できる。
【００３２】
図３（ａ）は、カソード過電圧Ｖｃａに代えて、カソード本電極２Ａとアノード分割電極３Ｂの間の電圧Ｖ１を計測する例を示している。この場合には、カソード過電圧Ｖｃａを直接計測できないが、アノード分割電極３Ｂを基準とするカソード本電極２Ａの電位によりこれを代替しており、計測手順は変わらない。この場合にも、電流ループは１つしか存在しないため、互いの干渉なしに、３つの電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ、電圧Ｖ１、およびアノード過電圧Ｖａｎ）に対応するインピーダンスを同時に計測可能である。
【００３３】
図３（ｂ）は、アノード過電圧Ｖａｎに代えて、アノード本電極３Ａとカソード分割電極２Ｂの間の電圧Ｖ２を計測する例を示している。この場合には、アノード過電圧Ｖａｎを直接計測できないが、カソード分割電極２Ｂを基準とするアノード本電極３Ａの電位によりこれを代替しており、計測手順は変わらない。この場合にも、電流ループは１つしか存在しないため、互いの干渉なしに、３つの電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ、電圧Ｖ２、およびカソード過電圧Ｖｃａ）に対応するインピーダンスを同時に計測可能である。
【００３４】
図４（ａ）は、カソード電極およびアノード電極が、それぞれ３つ以上の電極に分割された燃料電池を示す断面図である。図４（ａ）の例では、カソード電極２が、互いに絶縁された電極２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆに、アノード電極３が、互いに絶縁された電極３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆに、それぞれ分割されている。これらの分割された電極群のうちのいずれかの電極を本電極として、他のいずれかの電極を分割電極として、それぞれ用いることにより、本発明のインピーダンス計測方法を適用することができる。
【００３５】
図４（ｂ）は、電極２Ｅをカソード本電極として、電極２Ｃをカソード分割電極として、電極３Ｅをアノード本電極として、電極３Ｃをアノード分割電極として、それぞれ使用し、膜抵抗を計測する例を示している。このように多分割した電極について膜抵抗を計測することで、面内方向において膜抵抗および含水率の分布を取得可能となる。
【００３６】
図５は、本発明のインピーダンス計測方法を用いて燃料電池の運転制御を行う場合のシステム構成を示すブロック図である。図５に示すように、インピーダンス計測装置５Ａには、計測手段５２により計測された膜抵抗に応じて、当該燃料電池の運転制御を実行する運転制御手段５３が設けられている。図５の構成によれば、計測手段５２によりリアルタイムに得られた膜抵抗に基づいて運転制御手段５３から制御信号を出力することにより、アノード側とカソード側の乾き、過加湿を判断したうえで、それを加味した燃料電池の運転制御を行うことが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、カソード本電極とカソード分割電極との間、またはカソード本電極とアノード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてカソード側の膜抵抗を計測するので、アノード側への干渉を生じさせることなく、カソード側の膜抵抗を正確に計測できる。また、本発明の燃料電池のインピーダンス計測方法によれば、アノード本電極とアノード分割電極との間、またはアノード本電極とカソード分割電極との間に発生する交流電圧成分に基づいてアノード側の膜抵抗を計測するので、カソード側への干渉を生じさせることなく、アノード側の膜抵抗を正確に計測できる。
【００３８】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、固体高分子型燃料電池に対する測定に限らず、すべての燃料電池に対するインピーダンス計測について広く適用することができる。
【００３９】
なお、図１に示す説明に際しては、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂは、同一領域で互いに対向して配置されている旨記載しているが、勿論、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂがこれ以外の位置関係で配置されても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一実施形態のインピーダンス計測方法を示す図であり、（ａ）は、燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、（ｂ）は、インピーダンス計測装置の構成を機能的に示すブロック図。
【図２】インピーダンス計測結果を示す図であり、（ａ）は、インピーダンスの複素平面図を示す図、（ｂ）は、ある条件化での膜抵抗等の計測結果を示す図。
【図３】別実施形態のインピーダンス計測方法を示す図であり、（ａ）は、カソード過電圧Ｖｃａに代えて、カソード本電極とアノード分割電極の間の電圧を計測する例を示す図、（ｂ）は、アノード過電圧Ｖａｎに代えて、アノード本電極とカソード分割電極の間の電圧を計測する例を示す図。
【図４】別実施形態のインピーダンス計測方法を示す図であり、（ａ）は、カソード電極およびアノード電極が多分割された燃料電池を示す断面図（ｂ）は、膜抵抗を計測する方法を示す図。
【図５】本発明のインピーダンス計測方法を用いて燃料電池の運転制御を行う場合のシステム構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４１】
２      カソード電極
２Ａ    カソード本電極
２Ｂ    カソード分割電極
３      アノード電極
２Ａ    アノード本電極
２Ｂ    アノード分割電極
５      インピーダンス計測装置
５１    負荷制御手段
５２    計測手段
５３    運転制御手段
【図１】
0005152629.tif 000002
【図２】
0005152629.tif 000003
【図３】
0005152629.tif 000004
【図４】
0005152629.tif 000005
【図５】
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