(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に所定の前履歴を与える燃料電池のエイジング方法において、
前記燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を繰り返し与えるステップと、
負荷電圧または負荷電流が与えられている前記燃料電池の状態を繰り返し計測するステップと、
前記計測するステップにより計測される前記燃料電池の状態に基づいてエイジングが終了したと判定するステップと、
を備え、
前記判定するステップでは、前記状態を示す指標として燃料電池電圧または燃料電池発電電流を用いた変数を使用し、
前記判定するステップでは、前記状態が安定し、かつ前記状態が既定の基準状態に近い場合に、エイジングが終了したと判定し、
前記状態は、前記燃料電池の交流負荷に対する応答特性を示し、
前記掃引速度は、前記燃料電池に実質的な交流電圧負荷または交流電流負荷を与える速度とされることを特徴とする燃料電池のエイジング方法。
【請求項２】
前記判定するステップでは、前記燃料電池の燃料電池電圧または燃料電池発電電流における、前記負荷電圧または前記負荷電流の掃引ごとの変化が所定値よりも小さくなった場合に、前記燃料電池の前記状態が安定したとみなすことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のエイジング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に所定の前履歴を与える燃料電池のエイジング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池の特性としては、安定発電特性（ＤＣ特性）と負荷応答特性（ＡＣ特性）があり、燃料電池の評価において、これらの特性を正確に計測することは重要である。ただし、前履歴の影響を受けるという性質を持つ燃料電池においては、それぞれの特性はその時々で安定しておらず、評価の前段で前履歴を実質的に同一にするエイジング処理や、燃料電池の状態の相同性を確認する作業を行うのが一般的である。これらの手法として、一定電流による発電を燃料電池電圧が安定するまで実施するエイジングや、燃料電池電流、あるいは、電圧が安定した際の電流−電圧測定値やＩＶ曲線により相同性の確認を実施する手法がある。
【特許文献１】特開２００５−２４３２４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３５６２号公報
【特許文献３】特開２００５−２５１３９６号公報
【特許文献４】特開２００５−３０２３６０号公報
【特許文献５】特開２００６−０４０８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、燃料電池の安定発電特性が向上してきたため、燃料電池の評価においてはＡＣ特性の評価が重要となってきており、ＡＣ特性を安定させるエイジングの実施や、ＡＣ特性を確認することが必要とされている。しかし、従来実施されている一定電流にて発電するエイジング手法や安定した状態でのＩＶ測定値やＩＶ曲線による相同性の確認は、燃料電池のＤＣ特性に対するエイジングや特性確認であり、ＡＣ特性に対するものではない。
【０００４】
本発明の目的は、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できるエイジング方法およびエイジング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エイジング方法は、燃料電池に所定の前履歴を与える燃料電池のエイジング方法において、前記燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を繰り返し与えるステップと、負荷電圧または負荷電流が与えられている前記燃料電池の状態を繰り返し計測するステップと、前記計測するステップにより計測される前記燃料電池の状態が安定したときにエイジングが終了したと判定するステップと、を備え、前記判定するステップでは、前記状態を示す指標として燃料電池電圧または燃料電池発電電流を用いた変数を使用し、
前記判定するステップでは、前記状態が安定し、かつ前記状態が既定の基準状態に近い場合に、エイジングが終了したと判定し、前記状態は、前記燃料電池の交流負荷に対する応答特性を示し、前記掃引速度は、前記燃料電池に実質的な交流電圧負荷または交流電流負荷を与える速度とされることを特徴とする。
この燃料電池のエイジング方法によれば、燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を繰り返し与えるので、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できる。
【０００７】
前記判定するステップでは、前記燃料電池の燃料電池電圧または燃料電池発電電流における、前記負荷電圧または前記負荷電流の掃引ごとの変化が所定値よりも小さくなった場合に、前記燃料電池の前記状態が安定したとみなしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池のエイジング方法によれば、燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を繰り返し与えるので、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図２を参照して、本発明による燃料電池のエイジング方法の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態のエイジング方法における燃料電池の接続状態を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、燃料電池１には負荷装置２が接続されており、その接続ループには燃料電池電流（Ｉｆｃ）を計測する電流計測器１１が挿入されている。また、燃料電池１には、燃料電池電圧（Ｖｆｃ）を計測する電圧計測器１２と、燃料電池温度（Ｔｆｃ）を計測する温度計測器１３が接続されている。
【００１５】
燃料電池１のエイジングを行うエイジング装置３には、負荷装置２を制御することにより、燃料電池１に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を与える負荷制御手段３１と、負荷制御手段３１により負荷電圧または負荷電流が与えられている燃料電池１の状態を計測する計測手段３２と、計測手段３２により計測される燃料電池１の状態が安定したときにエイジングが終了したと判定する判定手段３３と、によって構成されている。
【００１６】
負荷制御手段３１、計測手段３２および判定手段３３は、例えば、コンピュータであるエイジング装置３に所定のプログラムを実装することにより構成することができる。
【００１７】
図２は、エイジング装置３を用いたエイジングの手順を示すフローチャートである。
【００１８】
図２のステップＳ１では、エイジングで用いる設定値および判定値をエイジング装置３に入力する。
【００１９】
ここでは、燃料電池運転温度：Ｔｓｅｔ[℃]、最低制御電圧値：ＶＬ[Ｖ]、初期特性判定値：Ｉｂ[Ｖ]、初期特性判定時間：Ｍｂ[ｍｉｎ]、電流掃引速度：ａ[Ａ／ｓｅｃ]、最低制御電流値：ＩＬ[Ａ]、燃料電池温度許容値：Ｔａ[℃]、燃料電池温度判定時間：Ｍｔ[ｍｉｎ]、安定性判定値：Ｖｓ[Ｖ]、再現性判定値Ｖｗ[Ｖ]、再現性基準ｓｗｅｅｐＩＶ：ｆrefについて入力する。
【００２０】
次に、初期特性判定の処理に移行する。ステップＳ２では、負荷制御手段３１により負荷装置２を動作させ、燃料電池電圧：Ｖｆｃ[Ｖ]が最低制御電圧値（ＶＬ）となるように制御する。その際の燃料電池電流：Ｉｆｃ[Ａ]を計測手段３２で計測し、ステップＳ３では、初期特性判定時間（Ｍｂ）の間の燃料電池電流（Ｉｆｃ）の最大値（Ｉｆｃmax）から最小値（Ｉｆｃmin）を減算した差分値が初期特性判定値（Ｉｂ）以下となる、すなわち、式（１）が成立するのを待って、温度安定性判定の処理に移行する。
【００２１】
Ｉｆｃ（Ｍｂ）＝Ｉｆｃmax−Ｉｆｃmin≦Ｉｂ  ・・・式（１）
【００２２】
温度安定性判定の処理では、ステップＳ４において、負荷制御手段３１により負荷装置２を制御し、燃料電池電流（Ｉｆｃ）の電流掃引速度（ａ）を保持する。これにより、燃料電池電流（Ｉｆｃ）が、最低制御電流値（ＩＬ）から燃料電池電圧（Ｖｆｃ）が最低制御電圧値（ＶＬ）となる値まで一定の電流掃引速度（ａ）で増加するように制御される。燃料電池電圧（Ｖｆｃ）が最低制御電圧値（ＶＬ）に到達後、再び、燃料電池電流（Ｉｆｃ）を最低制御電流値（ＩＬ）から増加させる動作を繰り返す。なお、燃料電池電圧（Ｖｆｃ）が最低制御電圧値（ＶＬ）に到達後、一定の電流掃引速度（例えば、電流掃引速度（ａ））で燃料電池電流（Ｉｆｃ）を最低制御電流値（ＩＬ）まで減少させるという動作を繰り返してもよい。
【００２３】
次に、ステップＳ５では、燃料電池温度判定時間（Ｍｔ）が経過する毎に、その間における燃料電池温度（Ｔｆｃ）の最大値（Ｔｆｃmax）と最小値（Ｔｆｃmin）を計測手段３２により取得する。そして、燃料電池運転温度（Ｔｓｅｔ）からのずれが燃料電池温度許容値（Ｔａ）以下となる、すなわち、式（２−１）および式（２−２）が成立するのを待って、判定手段３３による状態安定性判定の処理に移行する。
【００２４】
Ｔｆｃmax−Ｔｓｅｔ≦Ｔａ  ・・・式（２−１）
【００２５】
Ｔｓｅｔ−Ｔｆｃmin≦Ｔａ  ・・・式（２−２）
【００２６】
状態安定性判定の処理では、ステップＳ６において、燃料電池の状態安定性を評価するための演算を実行する。ここでは、αを計測周期（個々の電流掃引期間内における計測周期）ごとに１ずつ増加する変数として、ｎ回目の電流掃引周期におけるｓｗｅｅｐＩＶデータｆｎを式（３−１）のように定義する。
【００２７】
ｆｎ＝（Ｉα,n，Ｖα,n）  ・・・式（３−１）
【００２８】
また、同一測定周期時のｎ回目とｎ−１回目のｆｎの差分値△ｆｎを式（３−２）により、燃料電池電流（Ｉｆｃ）および燃料電池電圧（Ｖｆｃ）の差分値を、それぞれ式（３−３）および式（３−４）により定義する。
【００２９】
△ｆn＝ｆn−ｆn-1＝ｆ（△Ｉα,n，△Ｖα,n）  ・・・式（３−２）
【００３０】
△Ｉα,n＝Ｉα,n−Ｉα,n-1  ・・・式（３−３）
【００３１】
△Ｖα,n＝Ｖα,n−Ｖα,n-1  ・・・式（３−４）
【００３２】
ステップＳ７では、燃料電池電圧（Ｖｆｃ）の差分値が安定性判定値（Ｖｓ）以下となる条件が２回連続で成立する、すなわち式（３−５）および式（３−７）成立後、式（３−６）及び式（３−８）が成立するのを待って、再現性判定の処理へ移行する。
【００３３】
△Ｖα,nの最大値をＭax（△Ｖα,n）、最小値をＭin（△Ｖα,n）とする。
|Ｍin（△Ｖα,n-1）|≦Ｖｓ  かつ  |Ｍax（△Ｖα,n-1）|≦Ｖｓ・・・式（３−５）
|Ｍin（△Ｖα,n）|≦Ｖｓ  かつ  |Ｍax（△Ｖα,n）|≦Ｖｓ    ・・・式（３−６）
電流差分判定値：ＩSとする。△Ｉα,nの最大値をＭax（△Ｉα,n）、最小値をＭin（△Ｉα,n）とする。
式（３−５）に対し、
|Ｍin（△Ｉα,n-1）|≦Ｉｓ  かつ  |Ｍax（△Ｉα,n-1）|≦Ｉｓ・・・式（３−７）
式（３−６）に対し、
|Ｍin（△Ｉα,n）|≦Ｉｓ  かつ  |Ｍax（△Ｉα,n）|≦Ｉｓ    ・・・式（３−８）
が同時に成立することを条件とする。
【００３４】
再現性判定の処理では、ステップＳ８において、式（４−２）に示すように、式（４−１）として定義される再現性基準（ｓｗｅｅｐＩＶ：ｆref）とｆｎの差分を再現性判定値（Ｖｗ）と比較する。
【００３５】
ｆref＝（Ｉα,ref，Ｖα,ref）  ・・・式（４−１）
【００３６】
Ｖα,ref−Ｖα,nの最大値をＭax_α,n、最小値をＭin_α,nとする。
|Ｍin_α,n|≦Ｖｗ  かつ  |Ｍax_α,n|≦Ｖｗ  ・・・式（４−２）
【００３７】
ステップＳ９では、式（４−２）が成立するのを待って、エイジング処理を終了する。これにより、燃料電池の状態安定性および再現性が確保され、その後、所定の測定に移行する。
【００３８】
このように、本実施形態では、燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電流を与えるが、このような電流変化は交流電流負荷を与えることと実質的に等価であり、ＡＣ特性に対するエイジングを実施していることになる。このため、燃料電池の安定性および再現性を確認することで、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できる。
【００３９】
なお、上記実施形態において、初期特性判定（ステップＳ２〜ステップＳ３）を省略し、温度安定性判定（ステップＳ４〜ステップＳ５）の処理に包含することもできる。また、電流基準での掃引に代えて電圧基準の掃引とし、で燃料電池電圧を所定の掃引速度で変化させるようにしても、同様の効果が得られる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の燃料電池のエイジング方法によれば、燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を繰り返し与えるので、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できる。また、本発明の燃料電池のエイジング装置によれば、燃料電池に所定の掃引速度で変化する負荷電圧または負荷電流を与え、燃料電池の状態が安定したときにエイジングが終了したと判定するので、ＡＣ特性に対する適切なエイジングを実施できる。
【００４１】
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、燃料電池に所定の前履歴を与える燃料電池のエイジング方法に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態のエイジング方法における燃料電池の接続状態を示すブロック図。
【図２】エイジング装置を用いたエイジングの手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
３      エイジング装置
３１    負荷制御手段
３２    計測手段
３３    判定手段
【図１】
0005339024.tif 000002
【図２】
0005339024.tif 000003