(57)【要約】【課題】燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる燃料電池シミュレータおよびシミュレーション方法等を提供する。【解決手段】  特性算出手段３１は、所定の演算式に基づいて燃料電池１の特性を計算する。パラメータ受付手段３２は、上記演算式に含まれ、燃料電池１の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付ける。表示手段３３は、特性算出手段３１により計算された燃料電池１の特性を表示する。特性算出手段３１、パラメータ受付手段３２および表示手段３３は、例えば、コンピュータとしての燃料電池シミュレータ３に所定のプログラムを実装することで実現できる。【選択図】図１
2009099389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池シミュレータにおいて、
所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算する特性算出手段と、
前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるパラメータ受付手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池シミュレータ。
【請求項２】
前記特性算出手段により計算された前記特性を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池シミュレータ。
【請求項３】
前記特性算出手段は、前記燃料電池の過電圧を活性化過電圧、濃度過電圧および抵抗過電圧に分離して算出することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池シミュレータ。
【請求項４】
前記特性算出手段は、算出された活性化過電圧、濃度過電圧および抵抗過電圧に基づき前記燃料電池の複素インピーダンスを算出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池シミュレータ。
【請求項５】
燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池のシミュレーション方法において、
所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算するステップと、
前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記特性算出手段により計算された前記特性を表示するステップを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池のシミュレーション方法。
【請求項７】
燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池のシミュレーション方法を実行するためのプログラムにおいて、
コンピュータに、
所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算するステップと、
前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池シミュレータおよびシミュレーション方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を評価する燃料電池シミュレータとして、燃料電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を計測するものが知られている。一般的に、燃料電池の過電圧は、活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧に区別され、燃料電池の電流密度によって、その割合が異なる。この割合を把握することで、燃料電池の性能劣化の要因を解析することができる。
【特許文献１】特開２００５−１０８６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特開２００５−１０８６６０号公報に開示された燃料電池シミュレータでは、燃料電池の過電圧を活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧に分離して表現することができる。また、各過電圧を分離して表現することは、個別の要因解析に有用である。
【０００４】
しかし、上記の燃料電池シミュレータでは、燃料電池の運転条件や経時変化に伴って燃料電池の特性がどのように変化するかを知ることはできない。例えば、各過電圧に変化があった場合に、どのような電流電圧特性に変化するのかを知ることは燃料電池の耐久性、劣化特性の解明に有効な手段となる。しかし、これまでに、分かり易く表現する手法は開発されておらず、また、その時の複素インピーダンスも、同時にどのような変化をするのかを分かり易く表現する手段も無かった。
【０００５】
一般に燃料電池の特性評価として用いられる電流電圧特性や複素インピーダンス特性が、燃料電池の運転条件や経時変化に伴ってどのように変化するかを事前にシミュレーションすることができれば、燃料電池の耐久性、劣化特性の解明に有効な手段となる。
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる燃料電池シミュレータおよびシミュレーション方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池シミュレータは、燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池シミュレータにおいて、所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算する特性算出手段と、前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるパラメータ受付手段と、を備えることを特徴とする。
この燃料電池シミュレータによれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【０００８】
前記特性算出手段により計算された前記特性を表示する表示手段を備えてもよい。
【０００９】
前記特性算出手段は、前記燃料電池の過電圧を活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧に分離して算出してもよい。
【００１０】
前記特性算出手段は、算出された活性化過電圧、濃度過電圧および抵抗過電圧に基づき前記燃料電池の複素インピーダンスを算出してもよい。
【００１１】
本発明の燃料電池のシミュレーション方法は、燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池のシミュレーション方法において、所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算するステップと、前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値のユーザによる入力を受け付けるステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池のシミュレーション方法によれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【００１２】
前記特性算出手段により計算された前記特性を表示するステップを備えてもよい。
【００１３】
本発明のプログラムは、燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池のシミュレーション方法を実行するためのプログラムにおいて、コンピュータに、所定の演算式に基づいて燃料電池の特性を計算するステップと、前記演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値のユーザによる入力を受け付けるステップと、を実行させることを特徴とする。
このプログラムによれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池シミュレータによれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【００１５】
本発明の燃料電池のシミュレーション方法によれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【００１６】
本発明のプログラムによれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図４を参照して、本発明による燃料電池シミュレータの一実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の燃料電池シミュレータの構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池シミュレータ３には、燃料電池１の電流、電圧等を計測する計測装置２が接続される。
【００２０】
燃料電池シミュレータ３は、所定の演算式に基づいて燃料電池１の特性を計算する特性算出手段３１と、上記演算式に含まれ、燃料電池１の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるパラメータ受付手段３２と、特性算出手段３１により計算された燃料電池１の特性を表示する表示手段３３と、を構成する。
【００２１】
特性算出手段３１、パラメータ受付手段３２および表示手段３３は、例えば、コンピュータとしての燃料電池シミュレータ３に所定のプログラムを実装することで実現できる。
【００２２】
また、燃料電池シミュレータ３には、計測装置２の計測結果や特性算出手段３１による算出結果等を記録する記憶装置３４が設けられ、適時、特性算出手段３１による計算等を実行できる。
【００２３】
式（１）〜式（３）は、特性算出手段３１での演算に使用する基本式を示している。
【００２４】
【数１】
2009099389.tif 000003
【００２５】
このように、各過電圧は上記３つの基本式により分離計算される。
【００２６】
図２は、計測装置２による計測結果に基づき、特性算出手段３１で上記基本式を用いて算出された燃料電池１の電流電圧特性および燃料電池１の各内部抵抗値を表示手段３３により表示した例を示している。
【００２７】
本実施形態の燃料電池シミュレータ３では、上記基本式に用いられるパラメータの値を、パラメータ受付手段３３を介してユーザが操作することができる。
【００２８】
図３は、図２に示した電流電圧特性について、式（１）の活性化過電圧の定数ｂを変化させた場合を特性曲線Ａとして、式（２）の濃度過電圧の限界電流密度ｉＬを変化させた場合を特性曲線Ｂとして、式（３）の抵抗過電圧Ｒｍを変化させた場合を特性曲線Ｃとして計算したものを示している。
【００２９】
ここで、定数ｂは触媒の活性物性に関わるパラメータであり、この値の変化は燃料電池１の運転条件の変更ないし燃料電池１の経時変化に相当する。また、限界電流密度ｉＬおよび抵抗過電圧Ｒｍも同様に、燃料電池１の運転条件の変更ないし燃料電池１の経時変化に対応して変化するパラメータである。本実施形態の燃料電池シミュレータ３によれば、パラメータの値をユーザが自由に変化させることができるので、各過電圧の影響変化を介して、燃料電池１の運転条件の変更ないし燃料電池１の経時変化の影響を電流電圧特性としてシミュレーションできる。
【００３０】
次に、本実施形態の燃料電池シミュレータ３における複素インピーダンスの予測手法について説明する。複素インピーダンスの予測の際にも、上記パラメータの変化が反映される。
【００３１】
まず、各過電圧の直流抵抗を計算する。
【００３２】
式（１）〜式（３）に基づき、各過電圧の直流抵抗は、式（４）〜式（６）として算出される。
【００３３】
【数２】
2009099389.tif 000004
【００３４】
図２に示す各過電圧の直流抵抗成分は、上記の演算結果を示したものである。
【００３５】
次に、３つの電流密度（図２のａ、ｂ、ｃの値）における、複素インピーダンスの予測を行う。ここで、複素インピーダンスを計算するための、燃料電池１の等価回路モデルを図４（ａ）に示すような２次の抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣ２からなる等価回路モデルとし、式（４）〜式（６）により算出された抵抗過電圧の抵抗値ＲｍｅｍをＲ１に、活性化過電圧の抵抗値Ｒａｃｔと濃度過電圧の抵抗値Ｒｃｏｎの和の抵抗値ＲａｃをＲ２とする。コンデンサＣ２の値は、Ｒ２とＣ２の共振周波数を１Ｈｚとして計算する。もしくは、対象とする燃料電池の実インピーダンスに従って決定される値とする。
【００３６】
上記の手順に従い、図２の「ａ」、「ｂ」、「ｃ」として示す各電流密度で計算された複素インピーダンスのシミュレーション結果の表示手段３３による表示例を図４（ｂ）に示す。
【００３７】
このように、本実施形態の燃料電池シミュレータ３では、パラメータを変化させたときの燃料電池１の複素インピーダンスのシミュレーション結果についても自由に参照することができるため、燃料電池１の運転条件の変更ないし燃料電池１の経時変化の影響を詳しく解析できる。
【００３８】
以上のように、本実施形態の燃料電池シミュレータでは、現在の燃料電池１の特性から、各過電圧を正確に求めたのち、その各過電圧の変化が基本式のパラメータの数値を変えることでシミュレーンでき、電流電圧特性にどのように影響して変化するのかを知ることができる。また、複素インピーダンス特性がどのように変化するのかを、各過電圧の抵抗値からシミュレーションすることができる。このことにより、一般に燃料電池の特性評価として用いられる電流電圧特性や複素インピーダンス特性の変化を、事前に簡単に表現でき、燃料電池の耐久性、劣化特性の解明に有効な手段となる。
【００３９】
以上説明したように、本発明の燃料電池シミュレータによれば、演算式に含まれ、前記燃料電池の運転条件ないし経時変化に対応するパラメータの値の入力を受け付けるので、燃料電池の運転条件や経時変化に伴う燃料電池の特性変化をシミュレーションできる。
【００４０】
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、燃料電池の特性をシミュレーションする燃料電池シミュレータおよびシミュレーション方法等に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一実施形態の燃料電池シミュレータの構成を示すブロック図。
【図２】電流電圧特性および内部抵抗値の表示例を示す図。
【図３】特性曲線の表示例を示す図。
【図４】複素インピーダンスのシミュレーション方法を示す図であり、（ａ）は、等価回路モデルを示す図、（ｂ）は、複素インピーダンスのシミュレーション結果の表示例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１      燃料電池
３      燃料電池シミュレータ
３１    特性算出手段
３２    パラメータ受付手段
３３    表示手段
【図１】
2009099389.tif 000005
【図３】
2009099389.tif 000006
【図４】
2009099389.tif 000007
【図２】
2009099389.tif 000008