特開 2017-220406 燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-220406(P2017-220406A)

(43)【公開日】2017年12月14日

(54)【発明の名称】燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20171117BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20171117BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20171117BHJP

   G01R 27/26 20060101ALI20171117BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/12

   G01R27/02 R

   G01R27/26 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-115913(P2016-115913)

(22)【出願日】2016年6月10日

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】安井 賢志

(72)【発明者】

【氏名】古川 英夫

【テーマコード（参考）】

2G028

5H026

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

2G028AA02

2G028BE10

2G028CG02

2G028CG07

2G028DH03

2G028DH12

2G028FK01

2G028FK06

2G028FK09

5H026AA06

5H126BB06

5H127AC13

5H127AC14

5H127BA13

5H127BB22

5H127DA15

5H127DB42

5H127DB52

5H127DB68

5H127DC41

(57)【要約】

【課題】固体酸化物形燃料電池のセルスタックの健全性評価を短時間で行うことのできる燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法を提供する。
【解決手段】固体酸化型燃料電池２００のセルスタックにおいて、任意の単セル２０１の内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置１であって、単セル２０１、第１抵抗値Ｒ_１を有する第１外部抵抗１１、第２抵抗値Ｒ_２を有し且つ第１外部抵抗１１と並列する第２外部抵抗１２、及び定電圧直流電源２１を含む充電用回路Ａ１と、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、第１外部抵抗１１及び第２外部抵抗１２が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態Ａ１２と、に切り換える外部抵抗切換器３２と、単セル２０１の両極に接続され、充電電圧の変化を測定する充電電圧測定器２２とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化型燃料電池のセルスタックにおいて、任意の単セルの内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、
測定対象単セル、第１抵抗値を有する第１外部抵抗、第２抵抗値を有し且つ前記第１外部抵抗と並列する第２外部抵抗、及び定電圧直流電源を含む充電用回路と、
前記充電用回路における抵抗接続状態を、前記第１外部抵抗が接続され且つ前記第２外部抵抗が接続されない第１抵抗接続状態と、前記第１外部抵抗及び前記第２外部抵抗が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態と、に切り換える外部抵抗切換器と、
前記測定対象単セルの両極に接続され、充電電圧の変化を測定する充電電圧測定器と、
を備える燃料電池セルの電気特性測定装置。

【請求項2】

固体酸化型燃料電池のセルスタックにおいて、任意の単セルの内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、
測定対象単セル、第１抵抗値を有する第１外部抵抗、第１抵抗値よりも小さい第２抵抗値を有し且つ前記第１外部抵抗と並列する第２外部抵抗、及び定電圧直流電源を含む充電用回路と、
前記充電用回路における抵抗接続状態を、前記第１外部抵抗が接続され且つ前記第２外部抵抗が接続されない第１抵抗接続状態と、前記第２外部抵抗が接続され且つ前記第１外部抵抗が接続されない第３抵抗接続状態と、に切り換える外部抵抗切換器と、
前記測定対象単セルの両極に接続され、充電電圧の変化を測定する充電電圧測定器と、
を備える燃料電池セルの電気特性測定装置。

【請求項3】

前記測定対象単セルが含まれ且つ前記定電圧直流電源が含まれない放電用回路と、
前記測定対象単セルが前記充電用回路又は前記放電用回路のいずれかに含まれるように回路接続を切り換える充放電切換器と、を更に備える、
請求項１又は２に記載の燃料電池セルの電気特性測定装置。

【請求項4】

前記放電用回路は、第３抵抗値を有し且つ前記充電電圧測定器に電気的に並列接続される第３外部抵抗を更に含む、
請求項３に記載の燃料電池セルの電気特性測定装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、
前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルに対して前記定電圧直流電源を接続して前記充電用回路を形成することにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録する第１充電曲線記録工程と、
前記定電圧直流電源より印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、
前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの時定数、及び前記内部抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、
前記第１充電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、
前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルに対して前記定電圧直流電源を接続して前記充電用回路を形成することにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録する第２充電曲線記録工程を行う
燃料電池セルの電気特性測定方法。

【請求項6】

請求項３に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、
前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第１充放電曲線記録工程と、
前記定電圧直流電源により印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、
前記放電曲線より求めた前記測定対象単セルの時定数、及び前記内部抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、
前記第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、
前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充放電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第２充放電曲線記録工程を行う
燃料電池セルの電気特性測定方法。

【請求項7】

請求項４に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、
前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第１充放電曲線記録工程と、
前記定電圧直流電源により印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値計算出工程と、
前記放電曲線より求めた前記内部抵抗値と前記第３抵抗値との合成抵抗の時定数、前記内部抵抗値及び前記第３抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、
前記第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、
前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充放電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第２充放電曲線記録工程を行う
燃料電池セルの電気特性測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、複数の単セルが積層されたセルスタック構造を有している。セルスタックは、平板構造と円筒構造に大別されるが、いずれの場合もアノード（燃料極）、カソード（空気極）、及び電解質からなるセラミックス製の単セルがインターコネクタを介して連結された構造を有している。セルスタックに組み込まれた各単セルにおいては、アノード側に水素含有燃料を、カソード側に空気を供給し、内部で水素と酸素を反応させることにより発電が行われる。

【0003】

ところで、燃料電池の製造工場で組立・焼成・還元処理されたセルスタックにおいて、製造工程などに起因して異質な単セルが所定割合以上含まれている場合、所期の発電能力を発揮できない。セルスタックの発電能力が不足していると、必要な電力を需要箇所に供給できないことから、単セルの健全性を診断する方法（特許文献１，２）やセルスタックの健全性を診断する方法（特許文献３）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２１４０７２号公報

【特許文献2】特開２００８−１６６１８９号公報

【特許文献3】特開２００４−２４１３２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

固体酸化物形燃料電池のセルスタックは、発電中の動作温度が高く、その温度は６００〜１０００℃にも達する。そのため、燃料電池ユニットの起動後にセルスタックの発電能力の不足が判明した場合には、一旦運転を停止し、セルスタックの温度が下がるのを待ってから新たなセルスタックに交換するなどの必要が生じる。しかも、セルスタックの交換中は、需要箇所に電力を供給できない上、単セルやセルスタックの健全性の診断を燃料電池ユニットの設置現場で行うのは困難である。このような事情から、燃料電池ユニットを作動させる前に、単セルやセルスタックの健全性評価を行うことが望まれていた。更には、健全性評価を短時間で行うことが望まれていた。

【0006】

本発明は、固体酸化物形燃料電池のセルスタックの健全性評価を短時間で行うことのできる燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明は、固体酸化型燃料電池のセルスタックにおいて、任意の単セルの内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、測定対象単セル、第１抵抗値を有する第１外部抵抗、第２抵抗値を有し且つ前記第１外部抵抗と並列する第２外部抵抗、及び定電圧直流電源を含む充電用回路と、前記充電用回路における抵抗接続状態を、前記第１外部抵抗が接続され且つ前記第２外部抵抗が接続されない第１抵抗接続状態と、前記第１外部抵抗及び前記第２外部抵抗が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態と、に切り換える外部抵抗切換器と、前記測定対象単セルの両極に接続され、充電電圧の変化を測定する充電電圧測定器と、を備える燃料電池セルの電気特性測定装置に関する。

【0008】

（２）本発明は、固体酸化型燃料電池のセルスタックにおいて、任意の単セルの内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、測定対象単セル、第１抵抗値を有する第１外部抵抗、第１抵抗値よりも小さい第２抵抗値を有し且つ前記第１外部抵抗と並列する第２外部抵抗、及び定電圧直流電源を含む充電用回路と、前記充電用回路における抵抗接続状態を、前記第１外部抵抗が接続され且つ前記第２外部抵抗が接続されない第１抵抗接続状態と、前記第２外部抵抗が接続され且つ前記第１外部抵抗が接続されない第３抵抗接続状態と、に切り換える外部抵抗切換器と、前記測定対象単セルの両極に接続され、充電電圧の変化を測定する充電電圧測定器と、を備える燃料電池セルの電気特性測定装置に関する。

【0009】

（３）前記測定対象単セルが含まれ且つ前記定電圧直流電源が含まれない放電用回路と、前記測定対象単セルが前記充電用回路又は前記放電用回路のいずれかに含まれるように回路接続を切り換える充放電切換器と、を更に備えることが好ましい。

【0010】

（４）前記放電用回路は、第３抵抗値を有し且つ前記充電電圧測定器に電気的に並列接続される第３外部抵抗を更に含むことが好ましい。

【0011】

（５）本発明は、（１）又は（２）に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルに対して前記定電圧直流電源を接続して前記充電用回路を形成することにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録する第１充電曲線記録工程と、前記定電圧直流電源より印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの時定数、及び前記内部抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、前記第１充電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルに対して前記定電圧直流電源を接続して前記充電用回路を形成することにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録する第２充電曲線記録工程を行う燃料電池セルの電気特性測定方法に関する。

【0012】

（６）本発明は、（３）に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第１充放電曲線記録工程と、前記定電圧直流電源により印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、前記放電曲線より求めた前記測定対象単セルの時定数、及び前記内部抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、前記第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充放電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第２充放電曲線記録工程を行う燃料電池セルの電気特性測定方法に関する。

【0013】

（７）本発明は、（４）に記載の電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第１充放電曲線記録工程と、前記定電圧直流電源により印加した直流電圧値、前記第１抵抗値、及び前記充電曲線より求めた前記測定対象単セルの満充電電圧値に基づいて、前記測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値計算出工程と、前記放電曲線より求めた前記内部抵抗値と前記第３抵抗値との合成抵抗の時定数、前記内部抵抗値及び前記第３抵抗値に基づいて、前記測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、前記第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻から充電電圧値が前記満充電電圧値になる時刻までの満充電時間が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、前記満充電時間判定工程により前記満充電時間が前記基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、前記第１充放電曲線記録工程に代えて、前記燃料電池が発電を行っていない常温下で、前記外部抵抗切換器により前記充電用回路における抵抗接続状態が前記第２抵抗接続状態又は前記第３抵抗接続状態に切り換えられた状態で、前記測定対象単セルが前記充電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線として記録した後、前記測定対象単セルが前記放電用回路に含まれるように前記充放電切換器を切り換えることにより、前記測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線として記録する第２充放電曲線記録工程を行う燃料電池セルの電気特性測定方法に関する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、固体酸化物形燃料電池のセルスタックの健全性評価を短時間で行うことのできる燃料電池セルの電気特性測定装置及び電気特性測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置１において、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第２抵抗接続状態Ａ１２を示す図である。

【図2】本発明の第１−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置１Ａにおいて、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第３抵抗接続状態Ａ１３を示す図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ１−１である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ２−１及び放電曲線Ｃ２−２である。

【図5】本発明の第３−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３において、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第２抵抗接続状態Ａ１２を示す図である。

【図6】本発明の第３−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３において、単セル２０１の放電用回路Ａ２を形成した状態を示す回路図である。

【図7】本発明の第３−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３Ａにおいて、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第３抵抗接続状態Ａ１３を示す図である。

【図8】本発明の第３−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３Ａにおいて、単セル２０１の放電用回路Ａ２を形成した状態を示す回路図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ３−１及び放電曲線Ｃ３−２である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

〔第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１〕
以下、本発明の第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置１において、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第２抵抗接続状態Ａ１２を示す図である。

【0017】

図１に示す第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１は、固体酸化型燃料電池２００のセルスタックを構成する単セル２０１の内部抵抗値及び静電容量値を測定するための装置である。発電装置として提供される燃料電池ユニットは、燃料電池２００、空気予熱器、水蒸発器、改質器、燃焼器等を断熱材で包囲したホットモジュールと、発電動作及び電力供給等に必要な補機群と、熱回収に使用する熱交換器と、をパッケージ化したものである。

【0018】

第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１は、定電圧直流電源２１と、第１外部抵抗１１と、第２外部抵抗１２と、充電電圧測定器としての電圧計２２と、外部抵抗切換器としてのＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２と、を有している。定電圧直流電源２１及び第１外部抵抗１１は、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、測定対象単セル２０１（単に「単セル２０１」ともいう）に電気的に直列接続され、単セル２０１を充電する充電用回路Ａ１を形成する。充電用回路Ａ１は、単セル２０１、第１外部抵抗１１、第２外部抵抗１２、及び電圧計２２を含む。充電用回路Ａ１において、第２外部抵抗１２は、第１外部抵抗１１と並列接続される（図１（Ｂ）参照）か、又は、充電用回路Ａ１に接続されない（図１（Ａ）参照）。

【0019】

定電圧直流電源２１は、所定の直流電圧値Ｖ_０（数ボルト程度）を充電用回路Ａ１に印加可能に構成されている。第１外部抵抗１１は、第１抵抗値Ｒ_１を有しており、第２外部抵抗１２は、第２抵抗値Ｒ_２を有している。第１抵抗値Ｒ_１及び第２抵抗値Ｒ_２は、それぞれ単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉに基づいて設定される。典型的には、第１抵抗値Ｒ_１及び第２抵抗値Ｒ_２は、それぞれが単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉの０．１〜１０倍程度に設定される。第１実施形態に係る電気特性測定装置１においては、第２抵抗値Ｒ_２の大きさは、第１抵抗値Ｒ_１よりも小さくてもよく、同じでもよく、或いは大きくてもよい。

【0020】

また、電圧計２２は、測定対象単セル２０１に電気的に並列接続される。電圧計２２は、単セル２０１の２つの電極、即ち、カソードと、アノードとにそれぞれ電気的に接続され、単セル２０１の充電電圧値を測定可能である。

【0021】

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２は、第１外部抵抗１１と並列する第２外部抵抗１２を含む回路上に設けられており、この回路における電気的導通のＯＮ／ＯＦＦを切り換えできる。そのため、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２は、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、図１（Ａ）に示す、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、図１（Ｂ）に示す、第１外部抵抗１１及び第２外部抵抗１２が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態Ａ１２と、に切り換えることができる。具体的には、図１（Ａ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２がＯＦＦ状態の場合には、充電用回路Ａ１には第２外部抵抗１２が接続されず、第１抵抗接続状態Ａ１１が形成される。一方、図１（Ｂ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２がＯＮ状態の場合には、充電用回路Ａ１には、第２外部抵抗１２が第１外部抵抗１１に並列接続され、第２抵抗接続状態Ａ１２が形成される。

【0022】

第２抵抗接続状態Ａ１２においては、第１外部抵抗１１と第２外部抵抗１２とが並列接続されており、その合成抵抗値Ｒ_１２は、次の式（１）で表わされる。
Ｒ_１２＝Ｒ_１×Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２） … （１）

【0023】

〔第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａ〕
次に、本発明の第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａについて、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置１Ａにおいて、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第３抵抗接続状態Ａ１３を示す図である。

【0024】

第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１は、外部抵抗切換器としてのＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２を備えているのに対して、第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａは、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２に代えて、外部抵抗切換器としての外部抵抗切換スイッチ３３を備える点が、主として異なる。また、第２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａにおいては、第２抵抗値Ｒ_２の大きさは、第１抵抗値Ｒ_１よりも小さい必要がある。その他の点については、第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａは、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１と基本的に同じ構成を有している。特に説明しない点については、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１における説明が、第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａにも適宜適用又は援用される。

【0025】

外部抵抗切換スイッチ３３は、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、図２（Ａ）に示す、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、図２（Ｂ）に示す、第２外部抵抗１２が接続され且つ第１外部抵抗１１が接続されない第３抵抗接続状態Ａ１３と、に切り換える。

【0026】

詳細には、外部抵抗切換スイッチ３３は、定電圧直流電源２１と第１外部抵抗１１との間であって、且つ、定電圧直流電源２１と第２外部抵抗１２との間に設けられている。外部抵抗切換スイッチ３３は、測定対象単セル２０１が、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１のいずれかに含まれるように、回路接続を切り換える。具体的には、外部抵抗切換スイッチ３３は、抵抗接続位置を、図２（Ａ）に示すように、定電圧直流電源２１と第１外部抵抗１１と測定対象単セル２０１とが電気的に直列接続される、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１を構成する第１抵抗接続位置と、図２（Ｂ）に示すように、定電圧直流電源２１と第２外部抵抗１２と測定対象単セル２０１とが電気的に直列接続される、第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１を構成する第３抵抗接続位置と、の間で切り換え可能である。

【0027】

第２抵抗値Ｒ_２の大きさは、測定対象単セル２０１を満充電状態にするまでの時間を短縮する観点から、第１抵抗値Ｒ_１の１０〜８０％程度に設定するのが好ましい。

【0028】

〔第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法〕
次に、本発明の第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ１−１である。

【0029】

第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、前述の第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１、又は第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａを用いて実施される。いずれの電気特性測定装置を用いた場合でも、電気特性測定方法の内容は基本的に同じであるため、共通して説明する。第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、（第１／第２）充電曲線記録工程と、内部抵抗値算出工程と、静電容量値算出工程と、満充電時間判定工程と、を含んでいる。

【0030】

充電曲線記録工程は、第１充電曲線記録工程と第２充電曲線記録工程との２種類があり、一の単セル２０１に対する電気特性測定において、択一的に実施される。具体的には、後述するように、満充電時間判定工程による判定結果によって、第１充電曲線記録工程に代えて、第２充電曲線記録工程が行われる。

【0031】

第１充電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１（図１（Ａ）、図２（Ａ）参照）を形成することにより、図３に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ１−１として記録する。

【0032】

一方、第２充電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第２抵抗接続状態Ａ１２の充電用回路Ａ１（図１（Ｂ）参照）、又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１（図２（Ｂ）参照）を形成することにより、図３に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ１−１として記録する。

【0033】

なお、第１充電曲線記録工程において記録される充電曲線Ｃ１−１と、第２充電曲線記録工程において記録される充電曲線Ｃ１−１とは、曲線プロファイル（特に、充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓになるまでの時間）が異なるが、指数関数的に充電電圧値が上昇するという同じ挙動を示すため、図３では両者を区別していない。以下には、特に区別する必要が無いときには、第１充電曲線記録工程と第２充電曲線記録工程とを区別せずに、共通して説明する。

【0034】

先ず、第１充電曲線記録工程を行う。第１充電曲線記録工程では、燃料電池２００が燃料電池ユニットに搭載されていない状態（典型的には、組立・焼成・還元処理済みセルスタックが出荷前の状態）で、測定対象単セル２０１に対して、上述した第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１又は第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａを接続する。そして、測定対象単セル２０１に所定の直流電圧値Ｖ_０を印加して充電を開始する。単セル２０１の充電中は、電圧計２２により充電曲線Ｃ１−１を記録し、充電電圧値が飽和した時点で満充電電圧値Ｖ_Ｓに達したものと判断して充電操作を終了する。

【0035】

第１充電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、第１抵抗値Ｒ_１、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び充電曲線Ｃ１−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、次の式（２）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。なお、式（２）は、満充電時に単セル２０１に流れる電流値と、第１外部抵抗１１に流れる電流値とが等しいという関係から導ける数式である。
Ｒ_ｉ＝Ｖ_Ｓ×Ｒ_１÷（Ｖ_０−Ｖ_Ｓ） … （２）

【0036】

内部抵抗値算出工程に続く静電容量値算出工程では、充電曲線Ｃ１−１より求めた測定対象単セル２０１の時定数τ_ｉ、及び内部抵抗値Ｒ_ｉに基づいて、測定対象単セル２０１の静電容量値Ｃ_ｉを求める。具体的には、次の式（３）を使用して静電容量値Ｃ_ｉを求める。
Ｃ_ｉ＝τ_ｉ÷Ｒ_ｉ … （３）

【0037】

ここで、単セル２０１の時定数τ_ｉは、充電終了時点の充電電圧値（すなわち、満充電電圧値Ｖ_Ｓ）を１００％として、充電中の充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓの６３．２％（＝１−１／ｅ×１００）まで到達するのに要する時間である。図３の充電曲線Ｃ１−１に示すように、充電開始時刻をｔ_１とし、充電電圧値がＶ_Ｓ×（１−１／ｅ）となった時刻をｔ_２とすると、単セル２０１の時定数τ_ｉは、次の式（４）で表わされる。
τ_ｉ＝ｔ_２−ｔ_１ … （４）

【0038】

満充電時間判定工程は、第１充電曲線記録工程の後の任意のタイミングで行われる。満充電時間判定工程では、第１充電曲線記録工程において、満充電時間ｔ_ｆ１（図３参照）が基準充電時間ｔ_ｓ（図示せず）よりも長いか否かを判定する。「満充電時間ｔ_ｆ１」は、充電開始時刻ｔ_１から、充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓになる時刻ｔ_ｆまでの時間である。

【0039】

満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間ｔ_ｓ（図示せず）よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、第１充電曲線記録工程に代えて、第２充電曲線記録工程を行う。第２充電曲線記録工程は、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２、外部抵抗切換スイッチ３３）により充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えられた状態で、測定対象単セル２０１に対して定電圧直流電源２１を接続して充電用回路Ａ１を形成することにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ１−１として記録する工程である。

【0040】

満充電時間判定工程による判定結果によって、第１充電曲線記録工程に代えて、第２充電曲線記録工程を行う技術的意義は次の通りである。固体酸化型燃料電池２００のセルスタックを構成する単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉ及び静電容量値Ｃ_ｉを測定する電気特性測定装置においては、単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉの大きさに合わせて、充電用回路Ａ１を構成する外部抵抗の抵抗値を単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉと同程度に大きく設定する必要がある。一方、充電用回路Ａ１を構成する外部抵抗の抵抗値を大きく設定すると、単セル２０１へ流れる電流が小さくなり、そのため、単セル２０１のコンデンサ成分への充電が終わり、電圧が一定になるまでの時間（前述の満充電時間ｔ_ｆ１）が長くなる。

【0041】

そこで、第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法においては、まず、充電曲線記録工程として第１充電曲線記録工程を行い、これに基づいて満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１の長短を判定し、満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間ｔ_ｓよりも長いと判定された場合、第１充電曲線記録工程に代えて、満充電時間ｔ_ｆ１を短くできる第２充電曲線記録工程を行うことにしている。つまり、充電用回路Ａ１を構成する外部抵抗の抵抗値を小さくして（Ｒ_１ ⇒ Ｒ_１２（図１（Ｂ）参照）又はＲ_２（図２（Ｂ）参照））、単セル２０１へ流れる電流を大きくすることにより、単セル２０１のコンデンサ成分への充電が終わり、電圧が一定になるまでの時間（前述の満充電時間ｔ_ｆ１）を短くすることができる。

【0042】

第２充電曲線記録工程を行う場合には、第２充電曲線記録工程の後の充電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、第１抵抗値Ｒ_１と第２抵抗値Ｒ_２との合成抵抗値Ｒ_１２（又は第２抵抗値Ｒ_２）、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び充電曲線Ｃ１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、次の式（５）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。なお、式（５）は、満充電時に単セル２０１に流れる電流値と、第１外部抵抗１１と第２外部抵抗１２との合成抵抗（又は第２抵抗値Ｒ_２）に流れる電流値とが等しいという関係から導ける数式である。
Ｒ_ｉ＝Ｖ_Ｓ×Ｒ_１２÷（Ｖ_０−Ｖ_Ｓ） … （５ａ）
Ｒ_ｉ＝Ｖ_Ｓ×Ｒ_２÷（Ｖ_０−Ｖ_Ｓ） … （５ｂ）

【0043】

その後、第１充電曲線記録工程を行う場合と同様に、静電容量値算出工程が行われる。

【0044】

〔燃料電池セルスタックの診断方法〕
次に、燃料電池セルスタックの診断方法について説明する。燃料電池セルスタックの診断方法は、上述した燃料電池セルの電気特性測定方法に従う電気特性測定工程と、異特性セル判別工程と、を含んでいる。電気特性測定工程では、内部抵抗値算出工程で求めた内部抵抗値Ｒ_ｉ及び静電容量値算出工程で求めた静電容量値Ｃ_ｉを取得し、単セルの異質性を判別するための情報として利用する。

【0045】

電気特性測定工程に続く異特性セル判別工程では、単セル２０１ごとの内部抵抗値Ｒ_ｉどうし、及び、静電容量値Ｃ_ｉどうしを比較し、セルスタックが特性の異なる単セル２０１を含むか否かを判別する。そして、セルスタックが異質な単セル２０１を所定割合以上（例えば、全セル数に対して数％程度）含む場合には、セルスタックの健全性が担保されていないと判断し、当該セルスタックを燃料電池ユニットに搭載することなく補修する。補修が困難な場合は、再利用可能な部品を回収した後、廃棄等の処分を行ってもよい。
なお、異特性セル判別工程では、単セル２０１どうしの特性値を比較して異質性を判別するだけでなく、各単セル２０１の特性値を予め設定した基準値（例えば、全セルの特性値の平均値）と比較することにより、その異質性を判別してもよい。

【0046】

〔第１実施形態の効果〕
第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１及び第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａ、並びに第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0047】

第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１は、固体酸化型燃料電池２００のセルスタックにおいて、任意の単セル２０１の内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、測定対象単セル２０１、第１抵抗値Ｒ_１を有する第１外部抵抗１１、第２抵抗値Ｒ_２を有し且つ第１外部抵抗１１と並列する第２外部抵抗１２、及び定電圧直流電源２１を含む充電用回路Ａ１と、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、第１外部抵抗１１及び第２外部抵抗１２が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態Ａ１２と、に切り換えるＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２と、測定対象単セル２０１の両極に接続され、充電電圧の変化を測定する電圧計２２と、を備える。

【0048】

また、第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａは、固体酸化型燃料電池２００のセルスタックにおいて、任意の単セル２０１の内部抵抗値及び静電容量値を測定するための燃料電池セルの電気特性測定装置であって、測定対象単セル２０１、第１抵抗値Ｒ_１を有する第１外部抵抗１１、第１抵抗値Ｒ_１よりも小さい第２抵抗値Ｒ_２を有し且つ第１外部抵抗１１と並列する第２外部抵抗１２、及び定電圧直流電源２１を含む充電用回路Ａ１と、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、第２外部抵抗１２が接続され且つ第１外部抵抗１１が接続されない第３抵抗接続状態Ａ１３と、に切り換える外部抵抗切換スイッチ３３と、測定対象単セル２０１の両極に接続され、充電電圧の変化を測定する電圧計２２と、を備える。

【0049】

第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１又は第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａによる燃料電池セルの電気特性測定方法であって、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器３２，３３により充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第１抵抗接続状態Ａ１１に切り換えられた状態で、測定対象単セル２０１に対して定電圧直流電源２１を接続して充電用回路Ａ１を形成することにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ１−１として記録する第１充電曲線記録工程と、定電圧直流電源２１より印加した直流電圧値、第１抵抗値Ｒ_１、及び充電曲線Ｃ１−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、充電曲線Ｃ１−１より求めた測定対象単セル２０１の時定数τ_ｉ、及び内部抵抗値に基づいて、測定対象単セル２０１の静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、第１充電曲線記録工程において、充電開始時刻ｔ_１から充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓになる時刻ｔ_ｆまでの満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、第１充電曲線記録工程に代えて、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２、外部抵抗切換スイッチ３３）により充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えられた状態で、測定対象単セル２０１に対して定電圧直流電源２１を接続して充電用回路Ａ１を形成することにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ１−１として記録する第２充電曲線記録工程を行う。

【0050】

固体酸化型燃料電池２００のセルスタックを構成する単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉ及び静電容量値Ｃ_ｉを測定する電気特性測定装置においては、単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉの大きさに合わせて、充電用回路Ａ１を構成する外部抵抗の抵抗値を単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉと同程度に大きく設定する必要がある。一方、充電用回路Ａ１を構成する外部抵抗の抵抗値を大きく設定すると、単セル２０１へ流れる電流が小さくなり、そのため、単セル２０１のコンデンサ成分への充電を行う際に、充電が終わり、充電電圧値が一定になるまでの時間（前述の満充電時間ｔ_ｆ１）が長くなる。

【0051】

これに対して、第１実施形態によれば、単セル２０１のコンデンサ成分への充電を行う際に、抵抗接続状態を第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えた状態で充電を行えば、第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３において、外部抵抗の抵抗値（第１−１実施形態における第１抵抗値Ｒ_１と第２抵抗値Ｒ_２との合成抵抗値Ｒ_１２；或いは、第１−２実施形態における第２抵抗値Ｒ_２）は、第１抵抗接続状態Ａ１１における抵抗値（第１抵抗値Ｒ_１）よりも小さくなる。そのため、充電速度を向上させることができ、満充電時間ｔ_ｆ１を短くすることができる。例えば、図３に、抵抗接続状態が第１抵抗接続状態Ａ１１である場合の充電曲線Ｃ１−２を破線で示す。このように、抵抗接続状態が第１抵抗接続状態Ａ１１である場合の充電曲線Ｃ１−２と比べて、抵抗接続状態が第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３である場合の充電曲線Ｃ１−１は、充電速度が速く、満充電時間ｔ_ｆ１が短い。

【0052】

なお、後述の図４及び図９において、充電曲線Ｃ１−２と同趣旨の充電曲線をそれぞれ「充電曲線Ｃ２−３」及び「充電曲線Ｃ３−４」で示している。

【0053】

特に、第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法によれば、先ずは、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第１抵抗接続状態Ａ１１に切り換えられた状態で、第１充電曲線記録工程を行う。また、満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１の長短を判定し、満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間ｔ_ｓよりも長いと判定された場合に、第１充電曲線記録工程に代えて、第２充電曲線記録工程を行っている。このため、第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３への切り換えの必要性を確認し、必要性が有るときのみ、抵抗接続状態は、第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えられる。そして、単セル２０１のコンデンサ成分への充電を速やかに行うことができ、満充電時間ｔ_ｆ１を短くすることができる。その結果、燃料電池ユニットを作動させる前に、セルスタックの全体に亘って単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉ及び静電容量値Ｃ_ｉを正確且つ短時間で計測ことができる。

【0054】

〔第２−１実施形態及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置〕
次に、本発明の第２−１実施形態に係る電気特性測定装置、及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置の回路の構成について、再び図１又は図２を参照しながら説明する。

【0055】

第２−１実施形態における電気特性測定装置は、図１に示す第１−１実施形態で使用したものと基本的に同じ構成を有している。また、第２−２実施形態に係る電気特性測定装置は、図２に示す第１−２実施形態で使用したものと基本的に同じ構成を有している。第２−１実施形態及び第２−２実施形態は、それぞれ第１−１実施形態及び第１−２実施形態と比べて、定電圧直流電源２１の接続を遮断して放電用回路Ａ２（図示省略）を形成可能になっている点が、主に相違している。

【0056】

特に説明しない点については、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１及び第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａにおける説明が、それぞれ第２−１実施形態に係る電気特性測定装置及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置にも適宜適用又は援用される。また、後述の第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３及び第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａにおける説明が、それぞれ第２−１実施形態に係る電気特性測定装置及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置にも適宜適用又は援用される。

【0057】

放電用回路Ａ２は、図１又は図２において、定電圧直流電源２１と第１外部抵抗１１の間の電気接続を切断、第１外部抵抗１１と単セル２０１の間の電気接続を切断、又は単セル２０１と定電圧直流電源２１との間の電気接続を切断することにより実行される。必要に応じて、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２又は外部抵抗切換スイッチ３３が操作されて、第２外部抵抗１２への電気接続が切断される。

【0058】

なお、実用的な回路設計においては、予め電気特性測定装置の所要の箇所にスイッチを介在させておき、このスイッチを操作することにより充電用回路Ａ１と放電用回路Ａ２との切り換えを行えばよい。これらの測定対象単セル２０１が充電用回路Ａ１又は放電用回路Ａ２のいずれかに含まれるように回路接続を切り換える機器（スイッチ等）を「充放電切換器」と総称する。充放電切換器としては、後述の第３−１実施形態又は第３−２実施形態における充放電切換器としての充放電切換スイッチ３６が例示される。

【0059】

〔第２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法〕
次に、第２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ２−１及び放電曲線Ｃ２−２である。第２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、前述の第２−１実施形態に係る電気特性測定装置、又は第２−２実施形態に係る電気特性測定装置を用いて実施される。いずれの電気特性測定装置を用いた場合でも、電気特性測定方法の内容は基本的に同じであるため、共通して説明する。

【0060】

第２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、（第１／第２）充放電曲線記録工程と、内部抵抗値算出工程と、静電容量値算出工程と、満充電時間判定工程と、を含んでいる。特に説明しない点については、第１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法における説明、及び後述の第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法における説明が、第２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法にも適宜適用又は援用される。

【0061】

第１充放電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１（図１（Ａ）、図２（Ａ）参照）を形成することにより、図４に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ２−１として記録する。その後、定電圧直流電源２１の接続を遮断して放電用回路Ａ２を形成することにより、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ２−２として記録する。

【0062】

第２充放電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第２抵抗接続状態Ａ１２の充電用回路Ａ１（図１（Ｂ）参照）、又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１（図２（Ｂ）参照）を形成することにより、図４に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ２−１として記録する。その後、定電圧直流電源２１の接続を遮断して放電用回路Ａ２を形成することにより、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ２−２として記録する。

【0063】

具体的には、（第１／第２）充放電曲線記録工程では、先ず、燃料電池２００が燃料電池ユニットに搭載されていない状態（典型的には、組立・焼成・還元処理済みセルスタックが出荷前の状態）で、測定対象単セル２０１に対して、上述した第２−１実施形態又は第２−２実施形態に係る電気特性測定装置を接続する。そして、測定対象単セル２０１に所定の直流電圧値Ｖ_０を印加して充電を開始する。単セル２０１の充電中は、電圧計２２により充電曲線Ｃ２−１を記録し、充電電圧値が飽和した時点で満充電電圧値Ｖ_Ｓに達したものと判断して充電操作を終了する。

【0064】

次に、測定対象単セル２０１に直流電圧値Ｖ_０が印加されないように電圧印加を遮断し、放電を開始する。単セル２０１の放電中は、電圧計２２により放電曲線Ｃ２−２を記録し、充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓの３６．８％（＝１／ｅ×１００）相当の値に達した時点以降で放電操作を終了する。

【0065】

第１充放電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、第１抵抗値Ｒ_１、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び充電曲線Ｃ２−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、上述した式（２）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。

【0066】

一方、第２充放電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、第１抵抗値Ｒ_１と第２抵抗値Ｒ_２との合成抵抗値Ｒ_１２（又は第２抵抗値Ｒ_２）、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び充電曲線Ｃ２−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、上述した式（５）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。

【0067】

内部抵抗値算出工程に続く静電容量値算出工程では、放電曲線Ｃ２−２より求めた測定対象単セル２０１の時定数τ_ｉ、及び内部抵抗値Ｒ_ｉに基づいて、測定対象単セル２０１の静電容量値Ｃ_ｉを求める。具体的には、上述した式（３）を使用して静電容量値Ｃ_ｉを求める。

【0068】

ここで、単セル２０１の時定数τ_ｉは、放電開始時点の充電電圧値（すなわち、満充電電圧値Ｖ_Ｓ）を１００％として、放電中の充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓの３６．８％（＝１／ｅ×１００）まで低下するのに要する時間である。図４の放電曲線Ｃ２−２に示すように、放電開始時刻をｔ_２１とし、充電電圧値がＶ_Ｓ×１／ｅとなった時刻をｔ_２２とすると、単セル２０１の時定数τ_ｉは、次の式（６）で表わされる。
τ_ｉ＝ｔ_２２−ｔ_２１ … （６）

【0069】

〔第２実施形態の効果〕
第２−１実施形態に係る電気特性測定装置及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置、並びに第２実施形態に係る電気特性測定方法によれば、第１実施形態と同様の効果が奏されると共に、以下のような効果を得ることができる。
第２−１実施形態に係る電気特性測定装置及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置は、それぞれ第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１及び第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａが備える構成に加えて、測定対象単セル２０１が含まれ且つ定電圧直流電源２１が含まれない放電用回路Ａ２と、測定対象単セル２０１が充電用回路Ａ１又は放電用回路Ａ２のいずれかに含まれるように回路接続を切り換える充放電切換器（前述の各種機器）と、を備える。

【0070】

第２実施形態に係る電気特性測定方法は、第２−１実施形態に係る電気特性測定装置及び第２−２実施形態に係る電気特性測定装置による燃料電池セルの電気特性測定方法であって、燃料電池が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器により充電用回路における抵抗接続状態が第１抵抗接続状態に切り換えられた状態で、測定対象単セルが充電用回路に含まれるように充放電切換器を切り換えることにより、測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ２−１として記録した後、測定対象単セルが放電用回路に含まれるように充放電切換器を切り換えることにより、測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ２−２として記録する第１充放電曲線記録工程と、定電圧直流電源により印加した直流電圧値、第１抵抗値、及び充電曲線Ｃ２−１より求めた測定対象単セルの満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出工程と、放電曲線Ｃ２−２より求めた測定対象単セルの時定数τ_ｉ、及び内部抵抗値に基づいて、測定対象単セルの静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻ｔ_１から充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓになる時刻ｔ_ｆまでの満充電時間ｔ_ｆ１が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、第１充放電曲線記録工程に代えて、燃料電池が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器により充電用回路における抵抗接続状態が第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えられた状態で、測定対象単セルが充電用回路に含まれるように充放電切換器を切り換えることにより、測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ２−１として記録した後、測定対象単セルが放電用回路に含まれるように充放電切換器を切り換えることにより、測定対象単セルの充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ２−２として記録する第２充放電曲線記録工程を行う。

【0071】

一般に、燃料電池の単セルの静電容量値を計測する場合、次のような不都合がある。第１実施形態のように充電曲線Ｃ１−１から単セル２０１の時定数τ_ｉを求めるケースでは、充電開始時刻ｔ_１と充電電圧値がＶ_Ｓ×（１−１／ｅ）となった時刻ｔ_２の２つを計測した上で、式「τ_ｉ＝ｔ_２−ｔ_１」に代入する必要があるが、充電曲線Ｃ１−１の充電開始時刻ｔ_１の部分が屈折していないと、充電開始時刻ｔ_１を正確に求めることができない。したがって、充電開始時刻ｔ_１の計測誤差がそのまま時定数τ_ｉの誤差となる。

【0072】

これに対して、第２実施形態では、単セル２０１の時定数τ_ｉを満充電状態から放電を開始して求めるように構成しているので、放電開始時刻ｔ_２１が明確である。そのため、単セル２０１の時定数τ_ｉを充電ゼロの状態から充電を開始して求める場合に比べて、時定数τ_ｉを正確に測定可能である。その結果、セル数が数十〜数百にも達するセルスタックにおいて、全ての単セル２０１の静電容量値Ｃ_ｉを効率よく正確に測定することができる。

【0073】

〔第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３〕
以下、本発明の第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本発明の第３−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３において、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第２抵抗接続状態Ａ１２を示す図である。図６は、本発明の第３−１実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３において、単セル２０１の放電用回路Ａ２を形成した状態を示す回路図である。

【0074】

第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３は、定電圧直流電源２１と、第１外部抵抗１１と、第２外部抵抗１２と、充電電圧測定器としての電圧計２２と、外部抵抗切換器としてのＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２と、第３外部抵抗１３と、充放電切換器としての充放電切換スイッチ３６と、を有している。つまり、第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３は、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１が有する構成に加えて、第３外部抵抗１３と、充放電切換スイッチ３６と、を更に有している。定電圧直流電源２１、第１外部抵抗１１、及び充放電切換スイッチ３６は、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、測定対象単セル２０１に電気的に直列接続され、測定対象単セル２０１を充電する充電用回路Ａ１を形成する。充電用回路Ａ１は、単セル２０１、第１外部抵抗１１、第２外部抵抗１２、及び電圧計２２を含む。充電用回路Ａ１において、第２外部抵抗１２は、第１外部抵抗１１と並列接続される（図５（Ｂ）参照）か、又は、充電用回路Ａ１に接続されない（図５（Ａ）参照）。

【0075】

第３外部抵抗１３は、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、測定対象単セル２０１に電気的に並列接続され、測定対象単セル２０１を放電する放電用回路Ａ２（図６参照）を形成する。また、電圧計２２は、測定対象単セル２０１に電気的に並列接続される。電圧計２２は、単セル２０１の２つの電極、即ち、カソードと、アノードとにそれぞれ電気的に接続され、単セル２０１の充電電圧値を測定可能である。

【0076】

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２は、第１外部抵抗１１と並列する第２外部抵抗１２を含む回路上に設けられており、この回路における電気的導通のＯＮ／ＯＦＦを切り換えできる。そのため、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２は、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、図５（Ａ）に示す、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、図５（Ｂ）に示す、第１外部抵抗１１及び第２外部抵抗１２が電気的に並列接続される第２抵抗接続状態Ａ１２と、に切り換えることができる。具体的には、図５（Ａ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２がＯＦＦ状態の場合には、充電用回路Ａ１には第２外部抵抗１２が接続されず、第１抵抗接続状態Ａ１１が形成される。一方、図５（Ｂ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２がＯＮ状態の場合には、充電用回路Ａ１には、第２外部抵抗１２が第１外部抵抗１１に並列接続され、第２抵抗接続状態Ａ１２が形成される。

【0077】

第３外部抵抗１３は、第３抵抗値Ｒ_３を有しており、この第３抵抗値Ｒ_３は、単セル２０１の時定数τ_ｉに基づいて設定される。具体的には、単セル２０１の内部抵抗及び第３外部抵抗１３からなる合成抵抗の時定数τ_ｐが数秒から１分程度になるように、第３外部抵抗１３の第３抵抗値Ｒ_３を設定する。参考までに、第３外部抵抗１３の第３抵抗値Ｒ_３を単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉの３倍に設定すると、合成抵抗の時定数τ_ｐは単セルの時定数τ_ｉの７５％になる。また、第３外部抵抗１３の第３抵抗値Ｒ_３を単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉの０．３倍に設定すると、合成抵抗の時定数τ_ｐは単セルの時定数τ_ｉの２３％になる。本実施形態では、第３抵抗値Ｒ_３は、単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉと同等の値（合成抵抗の時定数τ_ｐが単セルの時定数τ_ｉの５０％）に設定される。

【0078】

充放電切換スイッチ３６は、第１外部抵抗１１と単セル２０１との間であって、且つ、単セル２０１と第３外部抵抗１３との間に設けられている。充放電切換スイッチ３６は、単セル２０１が充電用回路Ａ１又は放電用回路Ａ２のいずれかに含まれるように、回路接続を切り換える。具体的には、充放電切換スイッチ３６は、図５に示すように、定電圧直流電源２１と、第１外部抵抗１１（図５（Ａ）参照）又は、第１外部抵抗１１と第２外部抵抗１２との合成抵抗（図５（Ｂ）参照）と、単セル２０１とが電気的に直列接続される充電用回路Ａ１を構成する充電側位置と、図６に示すように、単セル２０１と第３外部抵抗１３とによって閉回路である放電用回路Ａ２が構成されて、単セル２０１において放電が行われる放電側位置と、の間で切り換え可能である。

【0079】

〔第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａ〕
次に、本発明の第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａについて説明する。図７は、本発明の第３−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３Ａにおいて、単セル２０１の充電用回路Ａ１を形成した状態を示す回路図であり、（Ａ）は第１抵抗接続状態Ａ１１を示す図、（Ｂ）は第３抵抗接続状態Ａ１３を示す図である。図８は、本発明の第３−２実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定装置３Ａにおいて、単セル２０１の放電用回路Ａ２を形成した状態を示す回路図である。

【0080】

第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３は、外部抵抗切換器としてのＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２を備えているのに対して、第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａは、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２に代えて、外部抵抗切換スイッチ３３を備える点が、主として異なる。また、第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａにおいては、第２抵抗値Ｒ_２の大きさは、第１抵抗値Ｒ_１よりも小さい必要がある。その他の点については、第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａは、第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３と基本的に同じ構成を有している。特に説明しない点については、第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３における説明が、第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａにも適宜適用又は援用される。

【0081】

外部抵抗切換スイッチ３３は、充電用回路Ａ１における抵抗接続状態を、図７（Ａ）に示す、第１外部抵抗１１が接続され且つ第２外部抵抗１２が接続されない第１抵抗接続状態Ａ１１と、図７（Ｂ）に示す、第２外部抵抗１２が接続され且つ第１外部抵抗１１が接続されない第３抵抗接続状態Ａ１３と、に切り換える。

【0082】

外部抵抗切換スイッチ３３は、定電圧直流電源２１と第１外部抵抗１１との間であって、且つ、定電圧直流電源２１と第２外部抵抗１２との間に設けられている。外部抵抗切換スイッチ３３は、測定対象単セル２０１が、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１のいずれかに含まれるように、回路接続を切り換える。具体的には、外部抵抗切換スイッチ３３は、図７（Ａ）に示すように、定電圧直流電源２１と、第１外部抵抗１１と、測定対象単セル２０１とが電気的に直列接続される、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１を構成する第１抵抗接続位置と、図７（Ｂ）に示すように、定電圧直流電源２１と、第２外部抵抗１２と、測定対象単セル２０１とが電気的に直列接続される、第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１を構成する第３抵抗接続位置と、の間で切り換え可能である。

【0083】

〔第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法〕
次に、上述の第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３又は第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａを用いる第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る電気特性測定方法による単セルの充電曲線Ｃ３−１及び放電曲線Ｃ３−２である。第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、（第１／第２）充放電曲線記録工程と、内部抵抗値算出工程と、静電容量値算出工程と、満充電時間判定工程と、を含んでいる。

【0084】

第１充放電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第１抵抗接続状態Ａ１１の充電用回路Ａ１（図５（Ａ）、図７（Ａ）参照）を形成することにより、図９に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ３−１として記録する。その後、図６に示すように、測定対象単セル２０１が放電用回路Ａ２に含まれるように、充放電切換器としての充放電切換スイッチ３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ３−２として記録する。

【0085】

一方、第２充放電曲線記録工程では、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、任意の単セル２０１に対して、第２抵抗接続状態Ａ１２の充電用回路Ａ１（図５（Ｂ）参照）、又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１（図７（Ｂ）参照）を形成することにより、図９に示すように、単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ３−１として記録する。その後、図８に示すように、測定対象単セル２０１が放電用回路Ａ２に含まれるように、充放電切換器としての充放電切換スイッチ３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ３−２として記録する。

【0086】

第１充放電曲線記録工程では、先ず、燃料電池２００が燃料電池ユニットに搭載されていない状態（典型的には、組立・焼成・還元処理済みセルスタックが出荷前の状態）で、測定対象単セル２０１に対して、上述した第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３又は第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａを接続する。そして、第２抵抗接続状態Ａ１２の充電用回路Ａ１（図５（Ｂ）参照）、又は第３抵抗接続状態Ａ１３の充電用回路Ａ１（図７（Ｂ）参照）を形成すると共に、充放電切換スイッチ３６を充電側位置へ切り換え（図５、図７）、測定対象単セル２０１に所定の直流電圧値Ｖ_０を印加して充電を開始する。単セル２０１の充電中は、電圧計２２により充電曲線Ｃ３−１を記録し、充電電圧値が飽和した時点で満充電電圧値Ｖ_Ｓに達したものと判断して充電操作を終了する。

【0087】

次に、充放電切換スイッチ３６を放電側位置へ切り換え（図６、図８）、測定対象単セル２０１への印加電圧を遮断して放電を開始する。単セル２０１の放電中は、電圧計２２により放電曲線Ｃ３−２を記録し、充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓの３６．８％相当の値に達した時点以降で放電操作を終了する。

【0088】

第１充放電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、充電曲線Ｃ３−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓ、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び第１抵抗値Ｒ_１に基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、前述の式（２）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。

【0089】

第２充放電曲線記録工程に続く内部抵抗値算出工程では、充電曲線Ｃ３−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓ、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値Ｖ_０、及び、第１抵抗値Ｒ_１と第２抵抗値Ｒ_２との合成抵抗値Ｒ_１２（又は第２抵抗値Ｒ_２）に基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉを算出する。具体的には、前述の式（５）を使用して内部抵抗値Ｒ_ｉを求める。

【0090】

内部抵抗値算出工程に続く静電容量値算出工程では、放電曲線Ｃ３−２より求めた合成抵抗（すなわち、測定対象単セル２０１の内部抵抗及び第３外部抵抗１３からなる合成抵抗）の時定数τ_ｐ、内部抵抗値Ｒ_ｉ及び第３抵抗値Ｒ_３に基づいて、測定対象単セル２０１の静電容量値Ｃ_ｉを求める。具体的には、次の式（７），（８）を使用して静電容量値Ｃ_ｉを求める。なお、式中のＲ_ｐは、内部抵抗値Ｒ_ｉ及び第３抵抗値Ｒ_３の合成抵抗値である。
Ｒ_ｐ＝Ｒ_ｉ×Ｒ_３／（Ｒ_ｉ＋Ｒ_３） … （７）
Ｃ_ｉ＝τ_ｐ÷Ｒ_ｐ … （８）

【0091】

ここで、合成抵抗の時定数τ_ｐは、放電開始時点の充電電圧値（すなわち、満充電電圧値Ｖ_Ｓ）を１００％として、放電中の充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓの３６．８％（＝１／ｅ×１００）まで低下するのに要する時間である。図９の放電曲線Ｃ３−２に示すように、放電開始時刻をｔ_２１とし、充電電圧値がＶ_Ｓ×１／ｅとなった時刻をｔ_２２とすると、合成抵抗の時定数τ_ｐは、次の式（９）で表わされる。
τ_ｐ＝ｔ_２２−ｔ_２１ … （９）

【0092】

〔第３実施形態の効果〕
第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３及び第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａ、並びに第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が奏されると共に、以下のような効果を得ることができる。

【0093】

第３−１実施形態に係る電気特性測定装置３及び第３−２実施形態に係る電気特性測定装置３Ａは、それぞれ、第１−１実施形態に係る電気特性測定装置１及び第１−２実施形態に係る電気特性測定装置１Ａの構成に加えて、測定対象単セル２０１が含まれ且つ定電圧直流電源２１が含まれない放電用回路Ａ２と、測定対象単セル２０１が充電用回路Ａ１又は放電用回路Ａ２のいずれかに含まれるように回路接続を切り換える充放電切換スイッチ３６と、を更に備える。また、放電用回路Ａ２は、第３抵抗値Ｒ_３を有し且つ電圧計２２に電気的に並列接続される第３外部抵抗１３を更に含む。

【0094】

第３実施形態に係る燃料電池セルの電気特性測定方法は、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器３２，３３により充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第１抵抗接続状態Ａ１１に切り換えられた状態で、測定対象単セル２０１が充電用回路Ａ１に含まれるように充放電切換器３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ３−１として記録した後、測定対象単セル２０１が放電用回路Ａ２に含まれるように充放電切換器３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ３−２として記録する第１充放電曲線記録工程と、定電圧直流電源２１により印加した直流電圧値、第１抵抗値Ｒ_１、及び充電曲線Ｃ３−１より求めた測定対象単セル２０１の満充電電圧値Ｖ_Ｓに基づいて、測定対象単セル２０１の内部抵抗値を算出する内部抵抗値計算出工程と、放電曲線Ｃ３−２より求めた内部抵抗値と第３抵抗値Ｒ_３との合成抵抗の時定数τ_ｐ、内部抵抗値及び第３抵抗値Ｒ_３に基づいて、測定対象単セル２０１の静電容量値を算出する静電容量値算出工程と、第１充放電曲線記録工程において、充電開始時刻ｔ_１から充電電圧値が満充電電圧値Ｖ_Ｓになる時刻ｔ_ｆまでの満充電時間ｔ_ｆ１が、基準充電時間よりも長いか否かを判定する満充電時間判定工程と、を含み、満充電時間判定工程により満充電時間ｔ_ｆ１が基準充電時間よりも長いと判定された場合には、次回の燃料電池セルの電気特性測定のときに、第１充放電曲線記録工程に代えて、燃料電池２００が発電を行っていない常温下で、外部抵抗切換器３２，３３により充電用回路Ａ１における抵抗接続状態が第２抵抗接続状態Ａ１２又は第３抵抗接続状態Ａ１３に切り換えられた状態で、測定対象単セル２０１が充電用回路Ａ１に含まれるように充放電切換器３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を充電曲線Ｃ３−１として記録した後、測定対象単セル２０１が放電用回路Ａ２に含まれるように充放電切換器３６を切り換えることにより、測定対象単セル２０１の充電電圧値の時間変化を放電曲線Ｃ３−２として記録する第２充放電曲線記録工程を行う。

【0095】

一般に、燃料電池の単セルの静電容量値を計測する場合、次のような不都合がある。第２実施形態のように、放電曲線Ｃ２−２（図４参照）から単セル２０１の時定数τ_ｉを求めるケースでは、単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉや静電容量値Ｃ_ｉが大きいと、図９に破線で示す放電曲線Ｃ３−３のようにセル内での放電に時間が掛かる。したがって、単セル２０１の状態によっては、時定数τ_ｉを決定するまでに長時間を要することになる。

【0096】

これに対して、第３実施形態では、測定対象単セル２０１に第３外部抵抗１３を並列に接続し、単セル２０１の内部抵抗及び第３外部抵抗１３からなる合成抵抗を形成している。この合成抵抗の合成抵抗値Ｒ_ｐは、単セル２０１の内部抵抗値Ｒ_ｉよりも小さく、合成抵抗の時定数τ_ｐが単セル２０１の時定数τ_ｉよりも短くなるので、放電曲線Ｃ３−２に示すように短時間で単セル２０１の放電が行える。

【0097】

〔変形例〕
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、上記実施形態では、燃料電池２００が燃料電池ユニットに搭載されていない状態で、測定対象単セル２０１の電気特性を測定するケースを例示した。しかし、燃料電池２００が発電を行っていない常温下であれば、燃料電池２００が燃料電池ユニットに搭載されている状態で、測定対象単セル２０１の電気特性を測定してもよい。

【符号の説明】

【0098】

１，１Ａ，３，３Ａ 電気特性測定装置
１１ 第１外部抵抗
１２ 第２外部抵抗
１３ 第３外部抵抗
２１ 定電圧直流電源
２２ 電力計（充電電圧測定器）
３２ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（外部抵抗切換器）
３３ 外部抵抗切換スイッチ（外部抵抗切換器）
３６ 充放電切換器
２００ 固体酸化型燃料電池
２０１ 単セル、測定対象単セル
Ａ１ 充電用回路
Ａ１１ 第１抵抗接続状態
Ａ１２ 第２抵抗接続状態
Ａ１３ 第３抵抗接続状態
Ａ２ 放電用回路
Ｃ１−１ 充電曲線
Ｃ２−１ 充電曲線
Ｃ２−２ 放電曲線
Ｃ３−１ 充電曲線
Ｃ３−２ 放電曲線
Ｒ_１ 第１抵抗値
Ｒ_２ 第２抵抗値
Ｒ_３ 第３抵抗値
Ｖ_Ｓ 満充電電圧値
ｔ_１ 充電開始時刻
ｔ_ｆ 満充電電圧値になる時刻
ｔ_ｆ１ 満充電時間
τ_ｉ 時定数
τ_ｐ 合成抵抗の時定数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】