[发明专利]燃料电池的状态估计装置、状态估计方法、以及燃料电池系统

说明书

一种接受阳极气体以及阴极气体的供给进行发电的燃料电池的状态估计装置，包括：根据从所述燃料电池输出的规定频率的交流信号，测量该燃料电池的内部阻抗的内部阻抗测量单元；计算从所述内部阻抗的测量值的实数分量求得的有关电极的状态量的第1预备估计值和从该内部阻抗的测量值的虚数分量求得的有关电极的状态量的第2预备估计值的状态量预备估计值计算单元；以及根据该算出的第1预备估计值以及第2预备估计值，决定所述燃料电池的状态量的最终估计值的状态量最终估计值决定单元。

技术领域

本发明涉及燃料电池的状态估计装置、状态估计方法、以及燃料电池系统。

背景技术

已知测量燃料电池的电压值和阻抗值，根据这些值估计异常。作为燃料电池的异常，例如考虑阳极电极中的氢气的不足(氢饥饿(starvation))，阴极电极中的氧的不足(氧饥饿)，以及电解质膜的干燥(脱水)等。

在WO2010128555中，提出了在所谓的科尔-科尔图(cole-cole plot)中描绘的燃料电池的内部阻抗的圆弧相对较大时，估计为阳极的氢浓度相对较低(即，为氢饥饿状态)的氢浓度测量方法。

发明内容

如果发生氢饥饿，则认为燃料电池整体的内部阻抗的值增加，内部阻抗的圆弧确实地变大。但是，虽说内部阻抗的圆弧相对地变大，并不能断定其要因是氢饥饿所导致的。例如，有时内部阻抗的圆弧也由于阴极的氧浓度的降低而变大。因此，在以往的使用了内部阻抗的燃料电池的状态估计方法中，难以适当地估计燃料电池的状态。

本发明是着眼于这样问题点而完成的，其目的是提供能够适当地估计燃料电池的状态的燃料电池的状态估计装置以及方法。进而，在本发明提供使用了该状态估计装置的燃料电池系统。

按照本发明的一个方式，提供接受阳极气体以及阴极气体的供给而发电的燃料电池的状态估计装置。更详细地说，该状态估计装置包括根据从燃料电池输出的规定频率的交流信号测量该燃料电池的内部阻抗的内部阻抗测量单元。而且，该状态估计装置包括计算从内部阻抗的测量值的虚数分量求得的关于电极的状态量的第2预备估计值的状态量预备估计值计算单元。进而，状态估计装置包括根据该算出的第1预备估计值以及第2预备估计值决定所述电极的状态量的最终估计值的状态量最终估计值决定单元。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃料电池的立体图。

图2是图1的燃料电池的II－II截面图。

图3是本发明的实施方式的燃料电池系统的概略结构图。

图4是表示本发明的实施方式中采用的燃料电池堆的等效电路模型的图。

图5是表示决定表示第1实施方式的燃料电池堆的状态的最终估计值的流程的流程图。

图6是表示基于内部阻抗Z的虚数分量Z_im的预备估计值R_act1以及预备估计值C_dl1的计算的细节的流程图。

图7是表示基于内部阻抗的实数分量Z_re的预备估计值R_act2和双电层电容(electrical Double-Layer Capacitor)的预备估计值C_dl2的计算的流程的流程图。

图8是表示电解质膜电阻的计算的流程的流程图。

图9是表示第2实施方式的燃料电池堆的动作控制的流程的流程图。

图10是表示减小第1预备估计值和第2预备估计值之差的处理的流程的流程图。

图11表示考虑了测量系统的电抗成分的燃料电池堆的等效电路。