JP2004281214A - Apparatus and method for estimating output characteristics of fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定する。
【解決手段】新たに読み込んだ燃料電池の出力電流Iと前回の出力電流Iとの偏差ΔIが閾値Iref以上であるか否かを判定する(S100〜S130)。偏差ΔIが閾値Iref以上のときには格納している所定数の(I,V)データのうち最も古いデータを削除し、偏差ΔIが閾値Iref未満のときには格納している所定数の(I,V)データのうち前回格納したデータを削除して、読み込んだ新たな出力電流Iと端子間電圧Vとを新たなデータとして格納する(S140,S150)。そして、格納している各(I,V)データを用いて燃料電池のIV特性の推定式を求める(S160〜S180)。この結果、経年使用により変化する燃料電池のIV特性をより正確に推定することができる。
【選択図】 図1An object of the present invention is to more accurately estimate an output characteristic of a fuel cell that changes with aging.
A determination is made as to whether a deviation ΔI between a newly read output current I of the fuel cell and a previous output current I is equal to or greater than a threshold value Iref (S100 to S130). When the deviation ΔI is equal to or larger than the threshold value Iref, the oldest data is deleted from the stored predetermined number of (I, V) data. When the deviation ΔI is smaller than the threshold value Iref, the stored predetermined number of (I, V) data is deleted. The previously stored data is deleted from the data, and the read new output current I and inter-terminal voltage V are stored as new data (S140, S150). Then, a formula for estimating the IV characteristic of the fuel cell is obtained using the stored (I, V) data (S160 to S180). As a result, it is possible to more accurately estimate the IV characteristics of the fuel cell, which change over time.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置および出力特性推定方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
燃料電池を効率よく運転すると共に燃料電池を搭載するシステム(例えば車両など)を適正に運転するために燃料電池の出力特性を適正に把握して制御に用いることが望ましい。しかしながら、燃料電池は、炭化系水素を水蒸気改質反応により水素リッチガスに改質する改質器からのガスを燃料とする場合には、一酸化炭素などの微量なガス成分による触媒の被毒によりその出力特性が変化するし、改質器の有無に拘わらず、経年使用によってもその出力特性が変化するから、燃料電池の出力特性を常により正確に推定する必要がある。
【0003】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法は、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することを目的とする。
【0004】
なお、出願人は、こうした目的を達成する手法の一つとして、燃料電池の端子間電圧と出力電流と予め設定された基本出力特性とに基づいて燃料電池の内部抵抗を推定し、この推定した内部抵抗を用いて燃料電池の出力特性を推定するものを提案している(特許文献1参照)。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池のより正確な出力特性を推定するは、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【0006】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置は、
燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置であって、
所定のタイミングで前記燃料電池の出力特性の解析用データを検出するデータ検出手段と、
解析用データを所定数記憶可能なデータ記憶手段と、
前記データ検出手段により解析用データが検出されたとき、該検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう前記検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替えるデータ入替手段と、
前記データ記憶手段に記憶された解析用データを用いて前記燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定手段と、
を備えることを要旨とする。
【0007】
この本発明の燃料電池の出力特性推定装置では、解析用データが検出されたときには、この検出された解析用データを記憶している所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう検出された解析用データを記憶している所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替える。そして、この記憶している解析用データを用いて燃料電池の出力特性を推定する。即ち、所定の分布となるよう記憶された所定数の解析用データを用いて燃料電池の出力特性を推定するのである。したがって、より正確な推定が可能となるように所定の分布を設定すれば、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。
【0008】
こうした本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ入替手段は、前記検出された解析用データが該検出の直前に検出されて前記データ記憶手段に記憶された解析用データから所定範囲内のデータであるときには該検出された解析用データを該直前に検出された解析用データと入れ替える手段であるものとすることもできる。即ち、所定範囲内の解析用データが連続して複数個に亘って所定数の解析用データとされるのを抑止して所定の分布を維持するのである。しかも、最新のデータに入れ替えるから、燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。ここで、「所定範囲」は、燃料電池が定点運転していると判定される範囲であるものとすることもできる。この態様の本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ入替手段は、前記検出された解析用データが該検出の直前に検出された解析用データから所定範囲外のデータであるときには該検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのうち最も古い解析用データと入れ替える手段であるものとすることもできる。こうすれば、より新しい解析用データが記憶されるから、燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。
【0009】
また、本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ入替手段は、前記検出された解析用データの前記燃料電池の出力特性に応じた区分を判定し、該検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのうち対応する区分に属する解析用データと入れ替える手段であるものとすることもできる。こうすれば、検出した解析用データを対応する区分に属する解析用データと入れ替えることができる。したがって、燃料電池の出力特性を推定するのに適するよう区分を設定しておけば、新しいデータを用いて燃料電池の出力特性を推定することができるから、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。ここで、「燃料電池の出力特性に応じた区分」は、3以上に区分けされた区分であるものがより好ましい。
【0010】
この検出した解析用データを対応する区分に属する解析用データと入れ替える態様の本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ入替手段は、前記検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのうち対応する区分に属する最も古い解析用データと入れ替える手段であるものとすることもできる。こうすれば、より新しいデータにより燃料電池の出力特性を推定することができる。
【0011】
また、検出した解析用データを対応する区分に属する解析用データと入れ替える態様の本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ記憶手段は、前記所定数の解析用データを前記燃料電池の出力特性に応じた区分に分けて記憶する手段であるものとすることもできる。
【0012】
さらに、検出した解析用データを対応する区分に属する解析用データと入れ替える態様の本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記解析用データは前記燃料電池の出力電流をデータの一つとして含み、前記燃料電池の出力特性に応じた区分は前記燃料電池の出力電流に基づいて区分けされた区分であるものとすることもできる。
【0013】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記データ入替手段は、前記データ記憶手段に前記所定数の解析用データが記憶されていないときには、データの入れ替えることなく前記検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶させる手段であるものとすることもできる。こうすれば、記憶している解析用データが所定数に満たないときにも対処することができる。
【0014】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記出力特性推定手段は、解析用データに対して最小自乗法を適用して前記燃料電池の出力特性を推定する手段であるものとすることもできる。
【0015】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記燃料電池の出力特性は該燃料電池の端子間電圧と該燃料電池の出力電流との特性であり、前記データ検出手段は前記解析用データとして前記燃料電池の端子間電圧と該燃料電池の出力電流とを検出する手段であるものとすることもできる。
【0016】
本発明の燃料電池の出力特性推定方法。
記憶している所定数の解析用データを用いて燃料電池の出力特性を推定する燃料電池の出力特性推定方法であって、
(a)所定のタイミングで前記燃料電池の出力特性の解析用データを検出し、
(b)該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替え、
(c)前記記憶している所定数の解析用データを用いて前記燃料電池の出力特性を推定する
ことを要旨とする。
【0017】
この本発明の燃料電池の出力特性推定方法によれば、所定のタイミングで燃料電池の出力特性の解析用データを検出し、この検出した解析用データを記憶している所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう検出した解析用データを記憶している所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替え、記憶している所定数の解析用データを用いて燃料電池の出力特性を推定するから、より正確な推定が可能となるように所定の分布を設定すれば、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。
【0018】
こうした本発明の燃料電池の出力特性推定方法において、前記ステップ(b)は、前記検出した解析用データが該検出の直前に検出されて記憶された解析用データから所定範囲内のデータであるときには該検出した解析用データを該直前に検出された解析用データと入れ替え、前記検出した解析用データが該検出の直前に検出された解析用データから前記所定範囲外のデータであるときには該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのうち最も古い解析用データと入れ替えるステップであるものとすることもできる。即ち、所定範囲内の解析用データが連続して複数個に亘って所定数の解析用データとされるのを抑止して所定の分布を維持するのである。しかも、最新のデータに入れ替えるから、燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。ここで、「所定範囲」は、燃料電池が定点運転していると判定される範囲であるものとすることもできる。
【0019】
また、本発明の燃料電池の出力特性推定方法において、前記ステップ(b)は、前記検出した解析用データの前記燃料電池の出力特性に応じた区分を判定し、該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのうち対応する区分に属する解析用データと入れ替えるステップであるものとすることもできる。こうすれば、検出した解析用データを対応する区分に属する解析用データと入れ替えることができる。したがって、燃料電池の出力特性を推定するのに適するよう区分を設定しておけば、新しいデータを用いて燃料電池の出力特性を推定することができるから、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することができる。ここで、「燃料電池の出力特性に応じた区分」は、3以上に区分けされた区分であるものがより好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である燃料電池の出力特性推定装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池の出力特性推定装置20は、図示するように、電力ライン12を介して負荷14に直流電力を供給する燃料電池10の出力端子近傍に設けらて燃料電池10の出力電流Iを検出する電流センサ22と、燃料電池10の端子間に設けられて燃料電池10の端子間電圧Vを検出する電圧センサ24と、出力電流Iと端子間電圧Vとに基づいて燃料電池10の電流電圧出力特性(以下、IV特性という)を演算する電子制御ユニット30とを備える。
【0021】
電子制御ユニット30は、CPU32を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU32の他に処理プログラムを記憶するROM34と、データを一時的に記憶するRAM36と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット30には、電流センサ22からの出力電流Iや電圧センサ24からの端子間電圧Vなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット30からは、図示しない他の機器などからの要請に基づいて演算した燃料電池10のIV特性を出力ポートから出力できるようになっている。ここで、RAM36には、出力電流Iと端子間電圧Vとからなる(I,V)データを燃料電池10のIV特性を解析するための解析用データとして所定数(例えば、50個や100個など)だけ格納する解析用データ格納領域が設定されている。
【0022】
なお、実施例の燃料電池の出力特性推定装置20では、燃料電池10として、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルをセル間の隔壁をなすセパレータと共に複数積層されて構成され、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池を用いた。
【0023】
次に、こうして構成された実施例の燃料電池の出力特性推定装置20の動作について説明する。図2は、電子制御ユニット30により実行される出力特性推定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎(例えば、50msec毎)に繰り返し実行される。
【0024】
出力特性推定処理が実行されると、電子制御ユニット30のCPU32は、まず、電流センサ22からの出力電流Iと電圧センサ24からの端子間電圧Vとを読み込むと共に(ステップS100)、前回の出力電流Iを読み込む処理を実行する(ステップS110)。そして、読み込んだ出力電流Iと前回の出力電流Iとの差の絶対値として偏差ΔIを計算し(ステップS120)、計算した偏差ΔIと閾値Irefと比較する(ステップS130)。ここで、閾値Irefは、燃料電池10が定点運転していると判定するために設定されるものであり、燃料電池10の出力特性や燃料電池10の過渡応答性,この出力特性推定処理の繰り返し実行する間隔などにより定めることができる。
【0025】
偏差ΔIが閾値Iref以上のときには、燃料電池10は定点運転されていないと判断し、RAM36の解析用データ格納領域に格納されている所定数の(I,V)データのうち最も古いデータを削除して読み込んだ出力電流Iと端子間電圧Vとを新たな(I,V)データとして格納する(ステップS140)。一方、偏差ΔIが閾値Iref未満のときには、燃料電池10は定点運転されていると判断し、RAM36の解析用データ格納領域に格納されている所定数の(I,V)データのうち前回格納したデータを削除して読み込んだ出力電流Iと端子間電圧Vとを新たな(I,V)データとして格納する(ステップS150)。即ち、燃料電池10が定点運転されていないと判断されたときには最も古いデータを新たなデータで入れ替え、燃料電池10が定点運転されていると判断されたときには直前に格納したデータを新たなデータで入れ替えるのである。
【0026】
そして、RAM36の解析用データ格納領域に格納されている各(I,V)データのうちの各出力電流Iに対する常用対数を計算し(ステップS160)、次式(1)に示すIV特性を推定する基本式に各(I,V)データと対応する出力電流Iの常用対数とを代入して最小自乗法を用いて係数E0,X1,X2を演算し(ステップS170)、演算により求めた係数E0,X1,X2を式(1)のIV特性を推定する基本式に代入してIV特性の推定式として(ステップS180)、この処理を終了する。なお、式(1)は、「J.Electrochem.Soc.,Vol.142,No.8,August 1995」のp.2670〜2674のJunbom Kimらの論文で提唱されたものを用いた。最小自乗法による係数E0,X1,X2の演算については周知であるから、その説明は省略する。
【0027】
【数1】
V=E0−X1・Log10(I)−X2・I (1)
【0028】
以上説明した実施例の燃料電池の出力特性推定装置20によれば、燃料電池10が定点運転されているときには直前に格納したデータを新たなデータで入れ替えてIV特性の推定式を演算する解析データとして用いるから、解析データの適正な分布を確保することができ、これにより、燃料電池10のより正確なIV特性の推定式を求めることができる。この結果、燃料電池10のIV特性をより正確に推定することができる。しかも、燃料電池10が定点運転されていないと判断されたときには最も古いデータを新たなデータで入れ替えてIV特性の推定式を演算する解析データとして用いるから、経年使用により変化する燃料電池10のIV特性の推定式をより正確に求めることができる。この結果、経年使用により変化する燃料電池10のIV特性をより正確に推定することができる。
【0029】
なお、実施例の燃料電池の出力特性推定装置20では、RAM36の解析用データ格納領域に所定数の解析用データが格納されているものとして図2に例示する出力特性処理を説明したが、RAM36の解析用データ格納領域に所定数の解析用データが格納されていないときには、所定数に達するまで所定時間毎に電流センサ22や電圧センサ24により検出される出力電流Iと端子間電圧Vとを解析用データとしてRAM36の解析用データ格納領域に格納するものとした。
【0030】
次に、本発明の第2実施例としての燃料電池の出力特性推定装置20Bについて説明する。第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bは、図1に例示した第1実施例の燃料電池の出力特性推定装置20と同一のハード構成をしている。以下の第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bについての説明では、第1実施例の燃料電池の出力特性推定装置20のハード構成で用いた符号を用いて説明する。また、ハード構成以外の符号についても特に明示しない限り同一の意味として用いる。
【0031】
第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bの電子制御ユニット30では、図2の出力特性推定処理に代えて図3に例示する出力特性推定処理を実行する。この処理も所定時間毎(例えば、50msec毎)に繰り返し実行される。
【0032】
この出力特性推定処理が実行されると、電子制御ユニット30のCPU32は、まず、電流センサ22からの出力電流Iと電圧センサ24からの端子間電圧Vとを読み込み(ステップS200)、読み込んだ出力電流Iの区分を判定する(ステップS210)。図4に出力電流Iの区分の一例を示す。この図4の例では、燃料電池10のIV特性における出力電流Iの全範囲を略3等分に区分けして区分A,B,Cを設定している。したがって、出力電流Iの区分の判定は、読み込んだ出力電流Iがこうして区分けされた区分のいずれに属するかにより行なうことができる。
【0033】
こうして出力電流Iの区分が判定されると、RAM36の解析用データ格納領域のうち判定された区分の領域に格納されている(I,V)データのうち最も古いデータを削除して読み込んだ出力電流Iと端子間電圧Vとを新たな(I,V)データとして格納する(ステップS220)。ここで、第2実施例では、図5に示すように、解析用データ格納領域が区分毎に区分けして設けられており、所定数の(I,V)データは区分に区分けして格納されている。
【0034】
そして、RAM36の各区分の解析用データ格納領域に格納されている各(I,V)データのうちの各出力電流Iに対する常用対数を計算し(ステップS230)、上述の式(1)に示すIV特性を推定する基本式に各(I,V)データと対応する出力電流Iの常用対数とを代入して最小自乗法を用いて係数X1,X2を演算し(ステップS240)、演算により求めた係数X1,X2を式(1)のIV特性を推定する基本式に代入してIV特性の推定式として(ステップS250)、この処理を終了する。
【0035】
以上説明した第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bによれば、読み込んだ出力電流Iの区分を判定し、区分に属する解析用データを新たなデータで入れ替えてIV特性の推定式を演算する解析データとして用いるから、解析データの適正な分布を確保することができ、これにより、燃料電池10のより正確なIV特性の推定式を求めることができる。この結果、燃料電池10のIV特性をより正確に推定することができる。しかも、区分に属するデータのうち最も古いデータを新たなデータで入れ替えてIV特性の推定式を演算する解析データとして用いるから、経年使用により変化する燃料電池10のIV特性の推定式をより正確に求めることができる。この結果、経年使用により変化する燃料電池10のIV特性をより正確に推定することができる。
【0036】
第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bでは、燃料電池10のIV特性における出力電流Iの全範囲を略3等分に区分けして区分A,B,Cの3つの区分を設定したが、区分の数は3つに限られず4つ以上の区分を設定してもよい。
【0037】
第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bでは、燃料電池10のIV特性における出力電流Iに基づいて区分を設定したが、燃料電池10のIV特性における端子間電圧Vに基づいて区分を設定するものとしてもよい。この場合でも区分の数は3以上の幾つであってもよい。このように端子間電圧Vに基づいて区分を設定して図3の出力特性推定処理を適用する場合、ステップS210の読み込んだ出力電流Iによる区分の判定に代えて読み込んだ端子間電圧Vにより区分を判定すればよい。
【0038】
第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bでは、RAM36の解析用データ格納領域を区分毎に区分けしたが、区分毎に区分けしないものとしてもよい。
【0039】
以上、図1に示す燃料電池の出力特性推定装置20,20Bにおける燃料電池10のIV特性の推定式を求める処理(出力特性推定処理)について図2および図3を用いて説明した。これら二つの出力特性推定処理は、各々が単独で動作するものとしてもよいし、二つの処理を組み合わせて動作するものとしてもよい。
【0040】
実施例の燃料電池の出力特性推定装置20,20Bでは、出力特性推定処理が実行される毎に燃料電池10のIV特性の推定式を求めるものとしたが、出力電流Iと端子間電圧Vとを読み込んでRAM36に格納する間での処理(図2におけるステップS100〜S150の処理,図3におけるステップS200〜S220の処理)と、IV特性の推定式を求める処理(図2におけるステップS160〜S180の処理,図3におけるステップS230〜S250の処理)とを異なるタイミングで実行するものとしてもよい。
【0041】
実施例の燃料電池の出力特性推定装置20,20Bでは、燃料電池10のIV特性の推定式を求めるものとしたが、燃料電池10のIV特性の推定式の係数X1,X2を演算するだけで、燃料電池10のIV特性の推定式を求めないものとしてもよい。
【0042】
実施例の燃料電池の出力特性推定装置20,20Bでは、燃料電池10のIV特性を推定する基本式として上述した式(1)の式を用いたが、最小自乗法を用いて式を推定するものであれば、基本式として式(1)以外の式を用いるものとしてもかまわない。
【0043】
実施例の燃料電池の出力特性推定装置20では、燃料電池10として固体高分子型の燃料電池を用いるものとしたが、他の燃料電池、例えばリン酸型などの燃料電池を用いるものとしてもよい。
【0044】
実施例では、本発明の一形態として燃料電池の出力特性推定装置20として説明したが、燃料電池の出力特性を推定する方法の形態としてもよい。
【0045】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である燃料電池の出力特性推定装置20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】電子制御ユニット30により実行される出力特性推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図3】第2実施例の燃料電池の出力特性推定装置20Bで実行される出力特性推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図4】出力電流Iの区分を例示する説明図である。
【図5】第2実施例のRAM36の解析用データ格納領域の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
10 燃料電池、12 電力ライン、14 負荷、20,20B 燃料電池の出力特性推定装置、22 電流センサ、24 電圧センサ、30 電子制御ユニット、32 CPU、34 ROM、36 RAM。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an output characteristic estimating device and an output characteristic estimating method for estimating an output characteristic of a fuel cell.
[0002]
2. Description of the Related Art
In order to operate the fuel cell efficiently and to properly operate a system (for example, a vehicle) on which the fuel cell is mounted, it is desirable that the output characteristics of the fuel cell be properly grasped and used for control. However, when a fuel cell uses a gas from a reformer that reforms hydrocarbons into a hydrogen-rich gas by a steam reforming reaction as fuel, the catalyst is poisoned by a trace gas component such as carbon monoxide. Since the output characteristics change and the output characteristics change with the lapse of time regardless of the presence or absence of the reformer, it is necessary to always more accurately estimate the output characteristics of the fuel cell.
[0003]
The output characteristic estimating device and the output characteristic estimating method of a fuel cell according to the present invention aim to more accurately estimate the output characteristic of a fuel cell that changes with aging.
[0004]
In addition, the applicant has estimated the internal resistance of the fuel cell based on the terminal voltage of the fuel cell, the output current, and a preset basic output characteristic as one of the techniques for achieving such an object. A technique for estimating the output characteristics of a fuel cell using internal resistance has been proposed (see Patent Document 1).
[0005]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to more accurately estimate the output characteristics of the fuel cell of the present invention, the following means were employed in order to achieve the above object.
[0006]
The fuel cell output characteristic estimation device of the present invention
An output characteristic estimating device for estimating an output characteristic of a fuel cell,
Data detection means for detecting data for analyzing the output characteristics of the fuel cell at a predetermined timing,
Data storage means capable of storing a predetermined number of analysis data;
When the data for analysis is detected by the data detecting means, when the detected data for analysis is replaced with any one of the predetermined number of data for analysis stored in the data storage means, a predetermined number of analysis after replacement is performed. Data replacement means for replacing the detected analysis data with any one of a predetermined number of analysis data stored in the data storage means so that the data for use has a predetermined distribution,
Output characteristic estimating means for estimating the output characteristic of the fuel cell using the analysis data stored in the data storage means,
The gist is to provide
[0007]
In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, when the data for analysis is detected, when the data for analysis is replaced with any one of a predetermined number of data for analysis that stores the detected data for analysis, The predetermined number of analysis data is replaced with any one of the predetermined number of analysis data storing the analysis data detected to have a predetermined distribution. Then, the output characteristics of the fuel cell are estimated using the stored analysis data. That is, the output characteristic of the fuel cell is estimated using a predetermined number of analysis data stored so as to have a predetermined distribution. Therefore, if the predetermined distribution is set so as to enable more accurate estimation, it is possible to more accurately estimate the output characteristics of the fuel cell, which change over time.
[0008]
In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, the data replacement unit may be configured to detect the detected analysis data immediately before the detection and to set the data within a predetermined range from the analysis data stored in the data storage unit. In the case of the data, the means for replacing the detected data for analysis with the data for analysis detected immediately before may be used. That is, a predetermined distribution is maintained by preventing the analysis data within the predetermined range from being continuously converted into a predetermined number of analysis data over a plurality of pieces. Moreover, since the latest data is replaced, the output characteristics of the fuel cell can be more accurately estimated. Here, the “predetermined range” may be a range in which it is determined that the fuel cell is operating at a fixed point. In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the aspect of the present invention, when the detected data for analysis is data outside a predetermined range from the data for analysis detected immediately before the detection, The detected data for analysis may be replaced with the oldest data for analysis among a predetermined number of data for analysis stored in the data storage means. In this case, since newer analysis data is stored, the output characteristics of the fuel cell can be more accurately estimated.
[0009]
Further, in the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, the data replacement means determines a division of the detected analysis data according to the output characteristic of the fuel cell, and converts the detected analysis data. It may be a means for replacing the predetermined number of analysis data stored in the data storage means with analysis data belonging to a corresponding section. In this way, the detected analysis data can be replaced with the analysis data belonging to the corresponding section. Therefore, if the classification is set so as to be suitable for estimating the output characteristics of the fuel cell, the output characteristics of the fuel cell can be estimated using new data. Can be more accurately estimated. Here, the “division according to the output characteristics of the fuel cell” is more preferably a division divided into three or more.
[0010]
In the fuel cell output characteristic estimating apparatus according to the aspect of the present invention in which the detected analysis data is replaced with the analysis data belonging to the corresponding section, the data replacement unit stores the detected analysis data in the data storage unit. It is also possible to use a means for replacing the oldest analysis data belonging to the corresponding section among the stored predetermined number of analysis data. In this case, the output characteristics of the fuel cell can be estimated from newer data.
[0011]
Further, in the output characteristic estimating apparatus for a fuel cell according to the aspect of the present invention, wherein the detected analysis data is replaced with analysis data belonging to a corresponding section, the data storage means stores the predetermined number of analysis data in the fuel cell. It is also possible to use a means for storing data in sections according to output characteristics.
[0012]
Further, in the fuel cell output characteristic estimating apparatus according to the aspect of the present invention, wherein the detected analysis data is replaced with the analysis data belonging to the corresponding section, the analysis data includes the output current of the fuel cell as one of the data. The division according to the output characteristics of the fuel cell may be a division based on the output current of the fuel cell.
[0013]
In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, when the data storage unit does not store the predetermined number of analysis data, the data replacement unit replaces the detected analysis data without replacing the data. The data may be stored in the data storage unit. This makes it possible to cope with a case where the stored analysis data is less than the predetermined number.
[0014]
In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, the output characteristic estimating means may be means for estimating the output characteristic of the fuel cell by applying a least square method to the data for analysis. .
[0015]
In the output characteristic estimating device for a fuel cell according to the present invention, the output characteristic of the fuel cell is a characteristic of a voltage between terminals of the fuel cell and an output current of the fuel cell, and the data detecting means includes the data as the analysis data. It may be a means for detecting a voltage between terminals of the fuel cell and an output current of the fuel cell.
[0016]
The output characteristic estimation method of the fuel cell according to the present invention.
A fuel cell output characteristic estimating method for estimating a fuel cell output characteristic using a predetermined number of stored analysis data,
(A) detecting data for analyzing the output characteristics of the fuel cell at a predetermined timing;
(B) when the detected analysis data is replaced with any of the stored predetermined number of analysis data, the detected analysis data is changed so that the replaced predetermined number of analysis data has a predetermined distribution. Is replaced with any one of the stored predetermined number of analysis data,
(C) The gist is to estimate the output characteristics of the fuel cell using the stored predetermined number of analysis data.
[0017]
According to the fuel cell output characteristic estimating method of the present invention, the analysis data of the fuel cell output characteristic is detected at a predetermined timing, and the analysis data of the predetermined number of analysis data storing the detected analysis data is detected. When the data is replaced with any one of the predetermined number of analysis data storing the analysis data detected so that the predetermined number of analysis data after the replacement has a predetermined distribution, the stored predetermined data is stored. Since the output characteristics of the fuel cell are estimated using the numerical analysis data, if a predetermined distribution is set so that more accurate estimation is possible, the output characteristics of the fuel cell that change with aging can be more accurately determined. Can be estimated.
[0018]
In the fuel cell output characteristic estimating method of the present invention, the step (b) is performed when the detected analysis data is data within a predetermined range from the analysis data detected and stored immediately before the detection. The detected analysis data is replaced with the analysis data detected immediately before the detection, and when the detected analysis data is data outside the predetermined range from the analysis data detected immediately before the detection, the detection is performed. It may be a step of replacing the analysis data with the oldest analysis data among the predetermined number of stored analysis data. That is, a predetermined distribution is maintained by preventing the analysis data within the predetermined range from being continuously converted into a predetermined number of analysis data over a plurality of pieces. Moreover, since the latest data is replaced, the output characteristics of the fuel cell can be more accurately estimated. Here, the “predetermined range” may be a range in which it is determined that the fuel cell is operating at a fixed point.
[0019]
In the method for estimating the output characteristics of a fuel cell according to the present invention, in the step (b), the classification of the detected data for analysis according to the output characteristics of the fuel cell is determined, and the detected data for analysis is determined by the method. It may be a step of replacing the stored analysis data with analysis data belonging to the corresponding section among the predetermined number of analysis data. In this way, the detected analysis data can be replaced with the analysis data belonging to the corresponding section. Therefore, if the classification is set so as to be suitable for estimating the output characteristics of the fuel cell, the output characteristics of the fuel cell can be estimated using new data. Can be more accurately estimated. Here, the “division according to the output characteristics of the fuel cell” is more preferably a division divided into three or more.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of an output characteristic estimating device 20 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. As shown, the output characteristic estimating device 20 of the fuel cell according to the embodiment is provided near an output terminal of the
[0021]
The
[0022]
In the output characteristic estimating apparatus 20 for a fuel cell according to the embodiment, as the
[0023]
Next, an operation of the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20 of the embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the output characteristic estimating process executed by the
[0024]
When the output characteristic estimating process is executed, the
[0025]
When the deviation ΔI is equal to or larger than the threshold value Iref, it is determined that the
[0026]
Then, a common logarithm for each output current I of each (I, V) data stored in the analysis data storage area of the
[0027]
(Equation 1)
V = E0−X1 · Log 10 (I) −X2 · I (1)
[0028]
According to the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20 of the embodiment described above, when the
[0029]
In the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20 of the embodiment, the output characteristic processing illustrated in FIG. 2 has been described assuming that a predetermined number of analysis data is stored in the analysis data storage area of the
[0030]
Next, a description will be given of a fuel cell output characteristic estimating apparatus 20B as a second embodiment of the present invention. The output characteristic estimating device 20B of the fuel cell of the second embodiment has the same hardware configuration as the output characteristic estimating device 20 of the fuel cell of the first embodiment illustrated in FIG. In the following description of the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20B of the second embodiment, description will be made using the reference numerals used in the hardware configuration of the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20 of the first embodiment. Also, symbols other than the hardware configuration have the same meaning unless otherwise specified.
[0031]
The
[0032]
When the output characteristic estimation process is executed, the
[0033]
When the division of the output current I is determined in this manner, the oldest data among the (I, V) data stored in the determined division area of the analysis data storage area of the
[0034]
Then, the common logarithm for each output current I of each (I, V) data stored in the analysis data storage area of each section of the
[0035]
According to the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20B of the second embodiment described above, the division of the read output current I is determined, the analysis data belonging to the division is replaced with new data, and the IV characteristic estimation formula is calculated. Since the analysis data is used as the analysis data to be calculated, an appropriate distribution of the analysis data can be secured, and thereby, a more accurate equation for estimating the IV characteristics of the
[0036]
In the output characteristic estimating device 20B of the fuel cell according to the second embodiment, the entire range of the output current I in the IV characteristic of the
[0037]
In the output characteristic estimating device 20B for the fuel cell of the second embodiment, the division is set based on the output current I in the IV characteristic of the
[0038]
In the output characteristic estimating device 20B of the fuel cell of the second embodiment, the analysis data storage area of the
[0039]
In the above, the processing (output characteristic estimation processing) for obtaining the estimation formula of the IV characteristic of the
[0040]
In the output characteristic estimating devices 20 and 20B of the fuel cell of the embodiment, the estimation formula of the IV characteristic of the
[0041]
In the fuel cell output characteristic estimating apparatuses 20 and 20B of the embodiment, the estimation formula of the IV characteristic of the
[0042]
In the fuel cell output characteristic estimating devices 20 and 20B of the embodiment, the expression (1) described above is used as the basic expression for estimating the IV characteristic of the
[0043]
In the fuel cell output characteristic estimating apparatus 20 of the embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the
[0044]
In the embodiment, the output characteristic estimating device 20 of the fuel cell has been described as one embodiment of the present invention. However, a method of estimating the output characteristic of the fuel cell may be used.
[0045]
As described above, the embodiments of the present invention have been described using the examples. However, the present invention is not limited to these examples, and may be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Obviously you can get it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a fuel cell output characteristic estimation device 20 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of an output characteristic estimating process executed by an
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an output characteristic estimating process executed by a fuel cell output characteristic estimating apparatus 20B according to a second embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a division of an output current I;
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of an analysis data storage area of a RAM according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
Claims (15)
所定のタイミングで前記燃料電池の出力特性の解析用データを検出するデータ検出手段と、
解析用データを所定数記憶可能なデータ記憶手段と、
前記データ検出手段により解析用データが検出されたとき、該検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう前記検出された解析用データを前記データ記憶手段に記憶された所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替えるデータ入替手段と、
前記データ記憶手段に記憶された解析用データを用いて前記燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定手段と、
を備える燃料電池の出力特性推定装置。An output characteristic estimating device for estimating an output characteristic of a fuel cell,
Data detection means for detecting data for analyzing the output characteristics of the fuel cell at a predetermined timing,
Data storage means capable of storing a predetermined number of analysis data;
When the data for analysis is detected by the data detecting means, when the detected data for analysis is replaced with any one of the predetermined number of data for analysis stored in the data storage means, a predetermined number of analysis after replacement is performed. Data replacement means for replacing the detected analysis data with any one of a predetermined number of analysis data stored in the data storage means so that the data for use has a predetermined distribution,
Output characteristic estimating means for estimating the output characteristic of the fuel cell using the analysis data stored in the data storage means,
An output characteristic estimating device for a fuel cell comprising:
前記解析用データは、前記燃料電池の出力電流をデータの一つとして含み、
前記燃料電池の出力特性に応じた区分は、前記燃料電池の出力電流に基づいて区分けされた区分である
燃料電池の出力特性推定装置。An output characteristic estimating device for a fuel cell according to any one of claims 5 to 8,
The analysis data includes the output current of the fuel cell as one of the data,
A fuel cell output characteristic estimating device, wherein the division according to the output characteristic of the fuel cell is a division based on the output current of the fuel cell.
前記燃料電池の出力特性は、該燃料電池の端子間電圧と該燃料電池の出力電流との特性であり、
前記データ検出手段は、前記解析用データとして前記燃料電池の端子間電圧と該燃料電池の出力電流とを検出する手段である
燃料電池の出力特性推定装置。The output characteristic estimating device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 11,
The output characteristics of the fuel cell are characteristics of a voltage between terminals of the fuel cell and an output current of the fuel cell,
An output characteristic estimating device for a fuel cell, wherein the data detecting means is means for detecting a voltage between terminals of the fuel cell and an output current of the fuel cell as the analysis data.
(a)所定のタイミングで前記燃料電池の出力特性の解析用データを検出し、
(b)該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのいずれかと入れ替えたときに入れ替え後の所定数の解析用データが所定の分布となるよう該検出した解析用データを前記記憶している所定数の解析用データのうちのいずれかと入れ替え、
(c)前記記憶している所定数の解析用データを用いて前記燃料電池の出力特性を推定する
燃料電池の出力特性推定方法。A fuel cell output characteristic estimating method for estimating a fuel cell output characteristic using a predetermined number of stored analysis data,
(A) detecting data for analyzing the output characteristics of the fuel cell at a predetermined timing;
(B) when the detected analysis data is replaced with any of the stored predetermined number of analysis data, the detected analysis data is changed so that the replaced predetermined number of analysis data has a predetermined distribution. Is replaced with any one of the stored predetermined number of analysis data,
(C) A fuel cell output characteristic estimation method for estimating the fuel cell output characteristic using the stored predetermined number of analysis data.
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