FCスタック インピーダンス測定システム

FC stack Impedance
Measurement System

100kWを超える燃料電池フルスタックシステムの厳しいノイズ環境下で安定したインピーダンス測定を実現
Realizes stable impedance measurement under severe noise
environment of fuel cell full stack system exceeding 100kW

高精度High precision measurement

最大14ch同時測定

Simultaneous measurement of up to 14 channels

最大850V(*)、1000A* 850V入力はスタック測定Chのみ

Supports up to 850V, 1000A

0.01Hz~10kHz、周波数スイープ／固定周波測定
0.01Hz to 10kHz, freq sweep / fixed freq measurement

Fuel Cell full stack system

FC stack Impedance Measurement system1

概 要Overview

システム例

System example

FCスタックの開発評価では、スタックの状態変化を把握するために内部インピーダンスのモニタが欠かせません。一方、 ⾼電圧、⼤電流を扱うFCフル
スタックベンチは厳しいノイズ環境のため、微小信号のインピーダンスを正確に測定することが非常に困難でした。

スタック電圧「FCスタック インピーダンス計測システム」は、耐ノイズ性に優れた計測フロントエンドと信号処理技術により、厳しいノイズ環境下で⾼精度で安定Stack voltage

したインピーダンス測定を実現しました。

セル電圧

max14chCell voltage

In the evaluation of FC stack development, monitoring the internal impedance is indispensable in order to understand the

電流信号
Current signal

state of the stack. On the other hand, FC full-stack benches that handle low voltage and high current made it extremely
difficult to accurately measure the impedance of small signals due to high noise level.
The “FC Stack Impedance Measurement System” achieves high-precision and stable impedance measurement in high noise

FCフルスタック

交流重畳電流FC full stack

Superimposed current

environments by using a measurement front end with excellent noise resistance and signal processing technology.

電流センサBOX
Current Sensor box

特 長Features

DC負荷電流供試体

DC load current

D.U.T

回生電子負荷Regenerative Electronic Load

高精度 …
耐ノイズ性を確保

高電圧、大電流対応 …
測定レンジ最大850V、1000A(*)

Highly accurate measurement(noise immunity)

Supports up to 850V, 1000A
measurement

フロントエンドと信号処理で、高電圧、大電流を扱うノイ高電圧、大容量化が進むFCフルスタックに対応

ズ環境の厳しいFCフルスタックベンチで高精度で安定した測定を実現* 850V入力はスタック測定Chのみ可能。
セル測定Chは最大140V（同相電圧最大400V）です。

多チャンネル・同時測定 …
最大14ch同時測定

最大250kWの回生負荷に対応 …
50kW毎の容量拡張

Simultaneous measurement of up
to 14ch(Cell and Stack)Supports regenerative loads up
to 250kW

スタックと同時にセルのインピーダンスを同時に測定する負荷容量50kW～250kW、350V/750V/1500Vの３つの電ことでスタック内の状態の違いを把握することが可能

圧から選択可能動作原理

Operating principle
DC負荷電流用
回生型直流電子負荷
Regenerative DC electronicload for DC load current

ACsuperimposed
DC Bias

重畳電流(AC分)と直流電流(DC分)をそれぞれ分けることで、減衰することなく重畳電流の掃引と回生化ができ、環境にやさしい正確なインピーダンス測定が可能です。

負荷電流
Load Current

By separating the superimposed current (forAC) and the direct current (for DC) , thesuperimposed current can be swept without
attenuation and can be regenerated load, andAccurate impedance measurement is possible.

交流電流重畳用
直流電子負荷DC electronic load for AC
superimposed current

周波数スイープ測定と固定周波測定機能をサポート

柔軟性 …
カスタマイズ対応

Supports frequency sweep andfixed frequency measurement,aswell as two measurement
functions

Flexibility and Software
customizable

アイソレーションユニット
Isolation Unit

信号発生器
Function Generator

発生信号
Generated signal
DC BiasAC superimposed

Isolated
Analog Cont.
Analog Cont.

ソフトウェアのカスタマイズで各種FCスタックベンチにUSB

柔軟に対応

高速レコーダーHigh speed recorder

周波数スイープによるCole-Coleプロットの他に、FCスタ

スタック：Stack(1ch)
セル：Cell(13ch)

ックの状態モニタ用に固定周波数のインピーダンスを連続USB測定するモードをご用意
FCフルスタック
FC full stack

周波数スイープモード

Frequency sweep mode

固定周波数測定モード

Fixed frequency mode

2

供試体
D.U.T

電流センサBOX
Current Sensor box

CT アダプタユニット
CT adapter unit

制御用 PC
Control PC

3

燃料電池交流インピーダンス測定

Fuel Cell AC impedance measurement

交流電流重畳用電子負荷

DC electronic load for AC superimposed current

交流インピーダンス法は、発電状態の燃料電池のDC負荷電流に微小の交流電流を重畳させ、その時の電流、電圧波形に含まれる交流成分(振幅、位相)「FCスタック インピーダンス計測システム」に採用している交流重畳用電子負荷(Load station series)は、周波数特性が100kHzと高周波帯域までカバを演算処理で求め、インピーダンス値に換算します。

ーしており、より正確にインピーダンス測定を実施することが可能です。

In the AC impedance method, a small amount of AC current is superimposed on the DC load current of the fuel cell in the

The electronic load for AC superposition (Load station series) used in this measurement system can measure impedance

power generation state, and the AC components (amplitude and phase) included in the current and voltage waveforms at

more accurately because its frequency characteristic covers up to a high frequency band of 100 kHz.

ｉDC load current+AC super
imposedcurrent

交流インピーダンス測定の基本構成
Basic configuration of AC
impedance measurementuacΘi

DC負荷電流 idc電池電圧 udc

交流インピーダンス 測定波形
AC impedance measurement
waveform|Z|= |uac|／|iac|

ir︓5Ap-p0.0

Θu(-) 虚数部
Imaginary partCuｊ

AC level

5.0

iac

iｊ

Current
電流i(t)= idc+ iac (t)

~~

u~~

Rm

DC負荷電流+交流重畳電流~~

測定電圧：Max400V
Measurement voltage

電圧
Voltage︓
u(t)=udc+uac(t)DC current range: 18ADCurθ= ΘuーΘi-5.0
Level [dB]

測定電流：Max1,000A
Measurement current

燃料電池スタック
FC stack

R

演算処理
Arithmetic processthat time are calculated and converted to impedance.

-10.0
-15.0
Input Voltage 1[V]-20.0

Input Voltage 3[V]

-25.0

|Z|

Input Voltage 5[V]

-30.0

θ
実数部 Real partCole-Cole plot

Input Voltage 0.5[V]

-35.0
-40.0
1

10Frequency [KHz]

1001000「FCスタックインピーダンス計測システム」は、交流重畳電流の周波数をスイープさせてCole-Coleプロットを表示する「周波数スイープモード」とユーザ指定の固定周波数で繰り返し測定した結果をトレンドグラフで表示する「固定周波数モード」を用意しました。Cole-ColeプロットでFCスタック全体の状態を把握し、 着目する周波数のインピーダンスの変化を「固定周波数モード」でトレンドグラフに表示させことでFCスタック内部の状態をモニタすることができます。例えば、電解質膜抵抗(Rm)に対応した周波数(例えば1kHzなど)を「固定周波数モード」で測定することで、FCスタックの運転状態を変えた時の電解質膜抵抗の変化を把握することができます。

The "FC stack impedance measurement system" has "frequency sweep mode" and "fixed frequency mode".
In the "frequency sweep mode", the frequency of the AC superimposed current is swept to display the Cole-Cole plot,
and in the "fixed frequency mode", the result of repeated measurement at the fixed frequency specified by the user isdisplayed in the trend graph.
The state of the entire FC stack can be grasped by the Cole-Cole plot, and the internal change of the FC stack can bemonitored by displaying the change in the impedance of the frequency of interest on the trend graph in the “fixedfrequency mode” .
For example, by measuring the frequency (for example, 1 kHz) corresponding to the electrolyte membrane resistance(Rm) in the fixed frequency mode, it is possible to grasp the change in the electrolyte membrane resistance when theoperating state of the FC stack is changed.

“

ハイエンド多機能電子負荷 High-end multi-functional Electronic Load
Load Station series(300W/1000W)● オシロライクなインターフェース“Revolutionary UI” Oscilloscope like operation● 最小動作電圧の概念がない「まるで電子抵抗」動作“No minimum operation voltage” requirement. It works just like a resistive load.
● 高速電流制御テクノロジーによる「電流のマジシャン」“High speed current control technology” . [Like a magic of current]● 1μsからの電流立ち上がり/立下り応答時間を独立して設定可能（ダイナミックモードCC動作時）
Independent Rise time and Fall time setting from “1us” (When in the dynamic CC mode.)■ Ordering information
Ordering No. (Model)
LN-300A
LN-300C
LN-1000A
LN-1000C
LN-xxx(*1)/REC
LX-OP01
LX-OP03
LX-RK-EIA
LX-BP
RC-02A
RC-02A/REC

DetailElectronic load 120V, 60A, 300W, 20A/ μ s
Electronic load 500V, 12A, 300W, 1A/ μ s
Electronic load 120V, 180A, 1kW, 30A/ μ s
Electronic load 500V, 36A, 1kW, 3A/ μ s
Test data of the electronic load
GP-IB/DIDO option
Master/slave connection cable
EIA Rack mount kit for LN300/1000
Rack mount kit blank panel for LN-300
Ripple and noise meas. module (Factory option)
Test data of RC-02A(*1)xxx : Name of the electronic load
周波数スイープモード

Frequency sweep mode

4(*2) Factory option only

固定周波数測定モード

Fixed frequency mode

5DC負荷電流用回生型直流電子負荷

Regenerative DC electronic load for DC load current「FCスタック インピーダンス計測システム」に採用している回生型直流電子負荷(Ene-phant series)は、50kWから250kWの大容量に対応しておりま

ハイエンド多機能電子負荷基本仕様
High-end multi-function electronic load basic specifications
ModelMax rate

す。トランス絶縁方式を採用しており電力系統ノイズの影響を受けず、正確なインピーダンス測定を実施することが可能です。また回生電力ノイズはClassAに準拠しています。 回生電力ノイズにより他のデバイスに影響を与えないように設計されています。

The regenerative DC electronic load (Ene-phant series) used in the “FC stack impedance measurement system” is

Min operating voltage
Loading mode
Slew rate
Min response timecompatible with large capacity from 50kW to 250kW. The transformer insulation method is adopted therefore it ispossible to carry out accurate impedance measurement without being affected by system grid noise.
Regenerative power noise conforms to Class-A. Designed so that it does not affect other devices due to regenerative
power noise.

■ 90% 以上の回生効率■回生電力ノイズCISPR の ClassA に準拠

90% 以上 （定格負荷時） と高効率を実現。

[dB(μV )]Over 90% regenerative efficiency

1009080

above loading.

70LevelRegenerating efficiency of 80% is achieved for 15% or
10090<CISPR11 Group1 Class A>
Limit(QP)
Limit(AV)<160316_CE018_Final>
Scan(L1,PK)
QP Level-(L1)
C-AV Level-(L1)110

Realized over 90% high efficiency. (at rated loading)

Regenerative
power efficiency
回生電力効率Measurement mode
Interface
Trigger output
Current monitor output
Parallel connection(Master/Slave)
Protection & Alarm
Power requirement
Dimensions: W x H x D mm
WeightConforming to CISPR Class A

さらに定格電力の 15% 以上であれば 80% 以上の回生効率を実現。

60

回生型直流電子負荷基本仕様

50

Regenerative DC electronic load basic specifications

30
LoRange100V50Hz input

70

20
1060

LoRange200V50Hz input

00.15050

LN-300C
LN-1000A
LN-1000C
500V, 12A, 300W
120V, 180A, 1kW
500V, 36A, 1kW
3V@12A
1V@180A
3V@36A
1.5V@6A
0.5V@90A
1.5V@18A
0.7V@2.8A
0.2V@36A
0.7V@8.4A
CC, CR, CV, CP, EXT, Dynamic, Short
20A/us
1A/us
30A/us3A/us> 500ns
1 master unit can control multiple slave units.(Max 10 units)
Those loads to be in same voltage rating. (When the master is LN-300A,
then the slaves are either LN-300A or LN-1000A)
DCV, DCA, Power(Calculated), Ripple voltage(Option: RC-02A)
USB & EXT analog input: Standard. GPIB & DIDO: Optional
0 to 5V (Photo-coupler output)
DC 0 to 5V (Not isolated)
10 sets
OCP, OPP, OV-alarm, Over Temp Protector and Reverse connection alarm
AC85 to 264V, 50/60Hz
215 × 129 × 420
430 × 129 × 450
Approx: 6.5kg
Approx. 13kg

Note: The specifications are subject to change without prior notice.

40

80

Parallel operation

LN-300A
120V, 60A, 300W
1V @60A
0.5V@30A
0.2V@12A

0.500

1.000

Frequency

5.000

10.000Model

NT-AD-50KO-K

NT-AD-50KH-L

NT-AD-50KD-L

Max rate

1500V 100A 50kW

750V 200A 50kW

350V 300A 50kW

30.000[MHz]40■トランスを用いた電気絶縁を採用

30

Operating range

Isolated by the transformer

20(Power curve)

1012345678910

Load 負荷入力電力(kW)input power (kW)NT-AA-10KE-L Loadinput - Regenerative
power efficiency characteristics
負荷入力―回生電力効率特性
NT-AA-10KE-L

isolated by transformer.

Loading mode

CC,CV,CP,CC+CV,CP+CV,MPPT

Regeneration efficiency

Max. 90% or over (when in rated input/output）

Ripple current● オシロライクなインターフェース“Revolutionary UI” Oscilloscope like operation● 最大定格1500V
Supports up to 1500 V by connecting in series.
(2 units max. *Neutral point to be connected to the earth)● 系統連系規定に準拠
Conforming to the grid regulation and provided over.
● 多彩なインターフェース RS-232C,LAN,DIDO を標準装備
RS-232C, LAN, DIDO are standard.
● 拡張容量最大250kW(マスタースレーブ接続5台まで）
Expanded up to 250kW can be expanded by combining five units.

■ Ordering information

Model
Description
NT-AD-50KO-L 1500V DC regenerative electronic load (Single phase 50kW）
NT-AD-50KH-L 750V DC regenerative electronic load (Single phase 50kW）
NT-AD-50KD-L 350V DC regenerative electronic load (Single phase 50kW）

̃0 kW D2515models

Models回生型直流電子負荷 Regenerative DC Electronic Load
Ene-phant series(50kW～250kW)

C“The load and grid are50 kW

04Ap-p or less(switching freq.)

CCmodeSetting / Resolution

0.0A ～ 100.0A / 0.125A

0.0A ～ 200.0A / 0.25A

0.0A ～ 300.0A / 0.3A

CVmodeSetting / Resolution

20V ～ 1500v / 2V

20V ～ 750v / 1V

20V ～ 350v / 0.5V

CPmodeSetting / Resolution
MPPT mode

Hill climbing method(factory option）

CC+Cvmode

Setting range, resolution, accuracy: Same as CC mode & CV mode

CP+Cvmode

Setting range, resolution, accuracy: Same as CP mode & CV mode

Protection
Protection

Interface
Externalcontrol
Monitor output

Emergency stop, internal over voltage, internal over heat, over current, over voltage,
low voltage, over power, DC side reverse connection

System protection“Over current ,over voltage, low voltage, over frequency, low frequency,

functionpassive islanding detection, active islanding detection”

Standard

RS-232C, LANOption

NoneDI

Photo coupler input（ DC12 ～ 24V/8mA）

DO

Photo coupler output open collector（ DC24V/10mA,1mA recommended）

AI

0 ～ 10V（ CC, CC limit, CV, CV limit, CP, CP limit

Voltage0 ～ 10V / 0 ～ F.S.of Voltage BNC/50 Ω /Insulated output

Current

0 ～ 10V / 0 ～ F.S.of Current BNC/50 Ω /Insulated output

Parallel connection(Master/Slave)
Input Voltage
General0kW ～± 50kW / 20W

5 sets“System side input: 3-phase, 3-wire, 400 ± 40V, 50/60Hz *1

Power consumption

800VA 以下

Operating temp/humi

0 ～ 40℃、20 ～ 85%RH（no dew, no corrosive gas.）

W × H × D（mm）

W600 × H1977.5 × D900mm

Weight780kg or less

*1: The system voltage can be changed to 3-phase, 4-wire 380V or 400V at the time of shipment from the factory upon customer request.

67FCスタック インピーダンス計測システム基本仕様
FC stack impedance measurement system basic specifications
Classification

Item

Content

No. of ch

1ch

Input range

200 ｍＶ ~2000V

Common-mode input voltage

Max. 800V

Stack voltage
Signal input
Cell voltage
Signal input

Remarks

No. of chMax. 13ch

Input range

10mV~200V

Common-mode input voltage

Max. 400V

Current
Signal input
Voltage, current
signal measurement
functions

Current sensor

DC-CT

Detect current

Max. 1000A

A/D resolution

16bit

Sampling rate

Max. 1MS/s

Freq. bandwidth300kHz

BW limit (LPF)

400Hz/4kHz/40kHz/FullMax. input 850V（DC+AC peak）( ≦ 1kHz)

Max. input 140V（DC+AC peak）

Attenuation 1500:1/Shunt R:3 Ω・Frequency sweep mode
Measurement mode

・Fixed freq. meas mode

Fixed Freq.：Single / Two freq.

・DC measurement mode

Impedancemeasurement
sectionFreq. range

0.01Hz~10kHz

Freq. setting resolution

Max. 20 step / decadeNo. of cycles

1/2/4/8cycles

Sampling rate

Over 1000 times of measurement
frequency.

10 times of setting freq over1kHz.

Measurement accuracy

1%

When the AC signal level is 20%
or more of the measurement
range and a resistive load (phasedifference = 0)

Meas interval for fixed Freq. mode

Within 1 second

1kHz fixed., 1ch measurement

AC superimposing control signal± 10V

Electronic load control for ACsuperposition

Frequency
GeneralOthers<10Hz: DC coupled≧ 10Hz: AC coupled

Rate voltage

47Hz~63Hz
100/220VAC

Operating temperature range

5~40℃

Emergency stop function

No± 10%Set at factory prior to shipment
To be prepared by the customer
when necessary● The content of this catalog is generated based on the latest data as of Oct. 2020. ● Please consult us for the latest specification, price andavailability of the product prior to ordering. ● All brand names, product names and company name are registered trademarks of their respective
companies. ● Information in this document is subject to change without notice.

KEISOKU GIKEN Co., Ltd.

Power Supplies & Measuring Instruments

Hiyoshi operation 4-11-1 Minamikase, Saiwai-ku, Kawasaki-city,Kanagawa-pref. 212-0055 Japan
Tel : (+81)44-223-7950 / Fax : (+81)44-223-7960
Osaka office

2F Esaka-Toyu bldg. 10-8, Hiroshiba-cho,Suita-city, Osaka Pref. 564-0052 Japan
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Nagoya office3F NK marunouchi bldg. 2-17-13 Marunouchi,Naka-ku, Nagoya-city, Aichi-pref. 460-0002 Japan
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