[发明专利]燃料电池的氢浓度推定装置、燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池的氢浓度推定装置、燃料电池系统。

背景技术

以往，例如，日本特开2009-4180号公报所公开的那样，已知一种根据氢浓度来控制系统周边装置的燃料电池系统。该以往的燃料电池系统在燃料电池的阳极出口的下游侧具备氢浓度传感器。该氢浓度传感器检测从燃料电池的阳极出口排出的阳极烟气的氢浓度。

上述以往的燃料电池系统基于氢浓度传感器的输出来控制燃料电池的阳极出口阀。该阳极出口阀具体而言控制与燃料电池内部的氢消耗量相当的量的氢供给到燃料电池。按照上述公报，该阳极出口阀控制的结果，能够降低从阳极出口阀排出的废气的氢浓度。

此外，以往，已知一种通过测定燃料电池的阻抗来调查燃料电池的状态(例如，燃料电池系统的含水量)的技术。作为以燃料电池为对象的阻抗测定方法，已知一种交流阻抗法。

已知一种将交流阻抗法的测定结果标记于复平面上的图示方法。该图示方法一般被称作阻抗圆图(cole cole plot)。阻抗圆图是指在交流阻抗法中将对应不同频率而测定的多个阻抗值标记于复平面上的图示方法。已知在阻抗原图中，穿过复平面上的多个阻抗点的曲线(即，阻抗值的轨迹)画出圆弧(semicircle)。以下，将该圆弧称作“阻抗圆弧(impedance semicircle)”。

例如，日本特开2008-8750号公报公开了有关燃料电池的技术，公开了基于阻抗圆弧来测量过氧化氢的量的技术。

此外，Naoki lto et al.，“Electrochemical analysis of hydrogen membrane fuel cells”，Journal of Power Sources 185(2008)p.922-926.对于燃料电池公开了基于阻抗圆弧的分析结果。该文献公开了氢分离膜型燃料电池(HMFC)中的电化学特性的评价结果。该文献的Fig.1(b)(c)有与阳极的氢浓度、阴极的氧浓度和阻抗圆弧有关的图。

专利文献1：日本特开2009-4180号公报

专利文献2：日本特开2008-8750号公报

专利文献3：日本特开2005-201639号公报

非专利文献1：Naoki lto et al.，“Electrochemical analysis of hydrogen membrane fuel cells”，Journal of Power Sources 185(2008)p.922-926.

为了准确进行与氢浓度对应的系统控制，优选准确获悉燃料电池内部的氢浓度。以往以来，一直渴望用于获悉燃料电池内部的氢浓度的实用的技术。

本申请发明人经过反复实验、研究的结果，发现阻抗圆弧与燃料电池内部氢浓度之间，存在能够使用于氢浓度推定的程度的较大的相关性。在进一步认真研究的结果，本申请发明人想到了能够利用阻抗圆弧与氢浓度的相关性来推定燃料电池内部的氢浓度的氢浓度推定装置。

此外，本申请发明人对该相关性进行认真研究的结果，还发现能够实现利用该相关性的氢浓度推定的精度提高的条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池的氢浓度推定装置及燃料电池系统，能够利用阻抗圆弧与氢浓度的相关性，推定燃料电池内部的氢浓度。

此外，本发明的其他目的在于，提供一种能够高精度地进行根据燃料电池内部的氢浓度的控制的燃料电池系统。

为了实现上述目的，第1发明的燃料电池的氢浓度推定装置，其特征在于，具备：测定单元，其对在阳极接受氢且在阴极接受氧来发电的燃料电池的阻抗或导纳进行测定；以及推定单元，其基于由上述测定单元测定出的测定值，以在上述燃料电池的阻抗圆弧相对较大时推定为氢浓度相对较低的方式推定上述燃料电池内部的氢浓度。

为了实现上述目的，第2发明的燃料电池的氢浓度推定装置，其特征在于，具备：测定单元，其对在阳极接受氢且在阴极接受氧来发电的燃料电池的阻抗进行测定；基于由上述测定单元测定出的上述阻抗，来取得上述燃料电池的阻抗的实部的值的单元；以及推定单元，其在上述实部的值为规定值以上时，推定上述燃料电池的氢浓度为规定浓度以下。

为了实现上述目的，第3发明的燃料电池的氢浓度推定装置，其特征在于，具备：测定单元，其对在阳极接受氢且在阴极接受氧来发电的燃料电池的阻抗进行测定；基于由上述测定单元测定出的上述阻抗，来取得上述燃料电池的阻抗的虚部的值的单元；以及推定单元，其在上述虚部的值的绝对值为规定值以上时，推定上述燃料电池的氢浓度为规定浓度以下。