層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)量層疊電池的阻抗的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在層疊多個(gè)發(fā)電元件而成的層疊電池中，期望盡可能準(zhǔn)確地檢測(cè)阻抗。在日本 JP2009-109375A中公開了測(cè)量層疊電池的阻抗的裝置。在JP2009-109375A所記載的裝置 中，對(duì)與外部負(fù)載連接的電池施加交流電流來測(cè)量電池的阻抗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明要解決的問題
[0004] 然而，在如JP2009-109375A所記載那樣的裝置中，在檢測(cè)出的交流電流中疊加有 噪聲，因此存在無法準(zhǔn)確地測(cè)量層疊電池的阻抗的問題。然而，由于想要測(cè)量與所施加的交 流信號(hào)對(duì)應(yīng)的交流電壓信號(hào)，因此一般使用使成為檢測(cè)對(duì)象的交流電壓信號(hào)通過的濾波器 來作為這些的噪聲對(duì)策。
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠通過與上述一般的濾波處理不同的方式進(jìn)行高精 度的阻抗測(cè)量的裝置。
[0006] 在本發(fā)明的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的某一方式中，向至少包括層疊電池的阻抗 測(cè)量對(duì)象輸出交流電流，基于阻抗測(cè)量對(duì)象的正極側(cè)的電位與中間電位之間的正極側(cè)交流 電位差以及阻抗測(cè)量對(duì)象的負(fù)極側(cè)的電位與中間電位之間的負(fù)極側(cè)交流電位差中的至少 一方的交流電位差、和施加于阻抗測(cè)量對(duì)象的交流電流來計(jì)算層疊電池的阻抗。在該層疊 電池的阻抗測(cè)量裝置中，具備：濾波器，其對(duì)表示與用于阻抗計(jì)算的交流電位差相反極側(cè)的 交流電位差的交流信號(hào)去除該交流信號(hào)頻率的信號(hào)；以及加法單元，其將通過濾波器之后 的信號(hào)與表示用于阻抗計(jì)算的交流電位差的交流信號(hào)相加。
【附圖說明】
[0007] 圖IA是說明作為應(yīng)用本發(fā)明的阻抗測(cè)量裝置的層疊電池的一例的燃料電池的外 觀立體圖。
[0008] 圖IB是表示構(gòu)成圖IA所示的燃料電池的發(fā)電單體的構(gòu)造的分解圖。
[0009] 圖2是第一實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0010] 圖3是詳細(xì)說明正極側(cè)直流切斷部511、負(fù)極側(cè)直流切斷部512、中途點(diǎn)直流切斷 部513、正極側(cè)交流電位差檢測(cè)部521、負(fù)極側(cè)交流電位差檢測(cè)部522、正極側(cè)陷波濾波器 561、負(fù)極側(cè)陷波濾波器562以及加法器571、572的圖。
[0011] 圖4是詳細(xì)說明正極側(cè)電源部531以及負(fù)極側(cè)電源部532的圖。
[0012] 圖5是詳細(xì)說明交流調(diào)整部540的圖。
[0013] 圖6是詳細(xì)說明阻抗運(yùn)算部550的圖。
[0014] 圖7是本發(fā)明的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的第一實(shí)施方式中的控制單元6所執(zhí)行 的控制流程圖。
[0015] 圖8是控制器執(zhí)行本發(fā)明的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的控制時(shí)的時(shí)序圖。
[0016] 圖9是用于說明第二實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的作用效果的圖。
[0017] 圖10是表示第二實(shí)施方式的具體的結(jié)構(gòu)的圖。
[0018] 圖11是表示本發(fā)明的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的第二實(shí)施方式的電路圖。
[0019] 圖12是第三實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0020] 圖13是第三實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的控制器所執(zhí)行的控制流程 圖。
[0021] 圖14是第四實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0022] 圖15是表示本發(fā)明的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的第五實(shí)施方式的圖。
[0023] 圖16是第五實(shí)施方式的具體電路圖。
[0024] 圖17是第六實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0025] 圖18是第七實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0026] 圖19是通過連接切換器580來依次切換中途點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖20是表示變形方式的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0029] (第一實(shí)施方式）
[0030] 圖IA和圖IB是說明作為應(yīng)用本發(fā)明的阻抗測(cè)量裝置的層疊電池的一例的燃料電 池的圖，圖IA是外觀立體圖，圖IB是表示發(fā)電單體的構(gòu)造的分解圖。
[0031] 如圖IA所示，燃料電池堆棧1具備層疊的多個(gè)發(fā)電單體10、集電板20、絕緣板30、 端板40、以及四個(gè)拉桿50。
[0032] 發(fā)電單體10是燃料電池的單位體。各發(fā)電單體10產(chǎn)生1伏特（V)左右的電動(dòng)勢(shì) 電壓。稍后詳細(xì)記述各發(fā)電單體10的結(jié)構(gòu)。
[0033] 集電板20分別配置在層疊的多個(gè)發(fā)電單體10的外側(cè)。集電板20由不透氣體性 的導(dǎo)電性部件、例如致密碳形成。集電板20具備正極端子211和負(fù)極端子212。另外，在正 極端子211和負(fù)極端子212之間設(shè)置有中途端子213。燃料電池堆棧1通過正極端子211 和負(fù)極端子212取出各發(fā)電單體10所產(chǎn)生的電子eT行并輸出。
[0034] 絕緣板30分別配置在集電板20的外側(cè)。絕緣板30由絕緣性的部件、例如橡膠等 形成。
[0035] 端板40分別配置在絕緣板30的外側(cè)。端板40由具有剛性的金屬材料、例如鋼等 形成。
[0036] 在一方的端板40(在圖IA中左側(cè)的端板40)設(shè)置有陽極供給口 41a、陽極排出口 41b、陰極供給口 42a、陰極排出口 42b、冷卻水供給口 43a、以及冷卻水排出口 43b。在本實(shí) 施方式中，陽極排出口 41b、冷卻水排出口 43b以及陰極供給口 42a設(shè)置在圖中右側(cè)。另外， 陰極排出口 42b、冷卻水供給口 43a以及陽極供給口 41a設(shè)置在圖中左側(cè)。
[0037] 拉桿50分別配置在端板40的四角附近。燃料電池堆棧1形成有貫通于內(nèi)部的孔 (未圖示）。在該貫通孔中貫通插入拉桿50。拉桿50由具有剛性的金屬材料、例如鋼等形 成。拉桿50在表面進(jìn)行了絕緣處理以防止發(fā)電單體10之間的電短路。螺母（由于在里面， 因此未圖示）螺紋接合于該拉桿50。拉桿50和螺母將燃料電池堆棧1在層疊方向上擰緊。
[0038] 作為向陽極供給口 41a供給作為陽極氣體的氫氣的方法，例如有從氫氣儲(chǔ)藏裝置 直接供給氫氣的方法、或者將含有氫的燃料改性而供給改性后的含氫氣體的方法等。此外， 作為氫氣儲(chǔ)藏裝置，有高壓氣罐、液化氫氣罐、氫吸附合金罐等。作為含氫的燃料，有天然 氣、甲醇、汽油等。另外，作為向陰極供給口 42a供給的陰極氣體，一般利用空氣。
[0039] 如圖IB所不，發(fā)電單體10是在膜電極接合體（MembraneElectrodeAssembly; MEA) 11的兩面配置陽極隔板（陽極雙極板）12a以及陰極隔板（陰極雙極板）12b的結(jié)構(gòu)。
[0040] MEA11在由離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜111的兩面形成電極催化劑層112。在該 電極催化劑層112之上形成氣體擴(kuò)散層（GasDiffusionLayer;⑶L) 113。
[0041] 電極催化劑層112例如由承載有鉑的炭黑粒子形成。
[0042] GDL113由具有充足的氣體擴(kuò)散性以及導(dǎo)電性的部件、例如碳纖維形成。
[0043] 從陽極供給口 41a供給的陽極氣體流經(jīng)該⑶L113a而與陽極電極催化劑層 112 (112a)發(fā)生反應(yīng)，并從陽極排出口 41b排出。
[0044] 從陰極供給口 42a供給的陰極氣體流經(jīng)該⑶L113b而與陰極電極催化劑層 112 (112b)發(fā)生反應(yīng)，并從陰極排出口 42b排出。
[0045] 陽極隔板12a隔著⑶L113a以及密封層14a疊加于MEA11的一面（圖IB的 背面）。陰極隔板12b隔著⑶L113b以及密封層14b疊加于MEA11的一面（圖IB的表 面）。密封層 14 (14a、14b)例如是娃橡膠、乙丙橡膠（ethylenepropylenedienemonomer; EPDM)、氟橡膠等橡膠狀彈性材料。陽極隔板12a和陰極隔板12b例如將不銹鋼等金屬制的 隔板基體沖壓成型而在一面形成反應(yīng)氣體流路，在其反面與反應(yīng)氣體流路交替并列地形成 冷卻水流路。如圖IB所示那樣將陽極隔板12a和陰極隔板12b疊加，并形成冷卻水流路。
[0046] 在MEA11、陽極隔板12a以及陰極隔板12b分別形成有孔41a、41b、42a、42b、 43a、43b，將這些孔疊加而形成陽極供給口（陽極供給總管）41a、陽極排出口（陽極排出總 管）41b、陰極供給口（陰極供給總管）42a、陰極排出口（陰極排出總管）42b、冷卻水供給口 (冷卻水供給總管）43a以及冷卻水排出口（冷卻水排出總管）43b。
[0047] 圖2是第一實(shí)施方式中的層疊電池的阻抗測(cè)量裝置的電路圖。
[0048] 阻抗測(cè)量裝置5包括正極側(cè)直流切斷部511、負(fù)極側(cè)直流切斷部512、中途點(diǎn)直流 切斷部513、正極側(cè)交流電位差檢測(cè)部521、負(fù)極側(cè)交流電位差檢測(cè)部522、正極側(cè)電源部 531、負(fù)極側(cè)電源部532、交流調(diào)整部540、阻抗運(yùn)算部550、正極側(cè)陷波濾波器561、負(fù)極側(cè)陷 波濾波器562、正極側(cè)加法器571、以及負(fù)極側(cè)加法器572。
[0049] 參照?qǐng)D3詳細(xì)說明正極側(cè)直流切斷部511、負(fù)極側(cè)直流切斷部512、中途點(diǎn)直流切 斷部513、正極側(cè)交流電位差檢測(cè)部521、負(fù)極側(cè)交流電位差