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燃料電池評価装置とは

 

燃料電池評価とは?

燃料電池を普及させるためには、性能向上、信頼性、耐久性の飛躍的向上が求められます。そのためには、電解質膜や触媒材料などの新しい技術開発、劣化要因の詳細な把握が重要になります。

燃料電池の構成部材は、その目的に応じて高分子、炭素材料、金属など多様な材料が使用されています。従って、燃料電池の評価方法は、発電中の電気化学的な測定、発電終了後の各部材の解析、各部材の物性評価等に至るまで多岐にわたります。また、自動車や定置発電など用途に応じて燃料電池に求められる特性も変化するため、様々な条件で燃料電池を評価する必要があります。
このように、燃料電池は、使用する材料や運転条件、環境条件などにより、発電特性が変動します。
燃料電池評価では、供給するガスの流量、湿度、温度、背圧や、燃料電池に与える負荷、燃料電池の周囲温度などの環境条件を制御して、発電特性を評価します。

 

燃料電池評価装置とは?

燃料電池評価装置は、燃料電池を開発・評価するために、さまざまな条件を変化させ、電池の性能を評価します。

燃料電池評価装置は、発電に必要な各種ガス制御装置(流量制御装置、湿度制御装置、温度制御装置、背圧制御装置)や、燃料電池に与える負荷を制御する電子負荷装置、発電時の発熱を吸収する冷却水の制御装置、電気特性を評価する電気計測装置、すべての装置を統合制御する統合制御装置で構成されています。
燃料電池評価装置は、燃料電池の使用される様々な環境を再現することで、燃料電池の発電特性を正確に評価します。

HORIBA 燃料電池評価装置ラインアップ

 

 

システム構成

  1. 流量制御
    燃料電池評価装置では、幅広い流量範囲で高い精度を確保する必要があります。
    そのため、高性能マスフローコントローラを用いて、燃料電池への供給ガス流量を制御します。

  2. 湿度制御
    温度制御は燃料電池の発電特性に及ぼす影響が大きいことから、大変重要な技術です。
    加湿方式はバブラー方式、インジェクション方式、シャワー方式から燃料電池の評価条件に適した加湿方式を採用し、供給ガス湿度を高精度で制御しています。

  3. 温度制御
    燃料電池は温度によって発電特性が大きく変動するため、安定な性能評価を実現するためには、供給ガスや燃料電池の温度制御が重要です。配管をヒータで加熱し断熱材を設置することにより供給ガス温度を制御します。
    また、燃料電池が発電運転すると熱が発生しますが、この熱を取り去り、運転温度条件を調整するために冷却水を供給することで温度を制御しています。

  4. 背圧制御
    背圧制御弁で燃料電池への供給ガス圧力を制御しています。燃料電池の評価試験において、各種動作条件における安定な性能評価を実現するためには、燃料電池から排出される排出ガスの圧力(背圧)の安定な制御が重要です。急激な流量変化や燃料電池の発電挙動変化に対応した、円滑でかつ高い応答性を実現しています。

  5. 電子負荷
    燃料電池評価装置では、モビリティのほか家庭や工場などでの使用条件に合わせた負荷試験が必要となります。電子負荷装置は、燃料電池の定電流、定電圧、定電力、I-V特性試験に対応しています。

  6. 電気計測
    燃料電池評価には、燃料電池の電気特性を測るために、電気計測装置が必要です。
    インピーダンスアナライザやセル電圧モニタなどで燃料電池セル内部の抵抗や電圧などを計測します。

  7. 統合制御
    燃料電池評価システムは様々な制御装置・計測装置を組み合わせた複雑なシステムです。
    各種制御装置と計測装置を連動させ、適切に燃料電池を評価します。 


 

 

HORIBA 燃料電池評価装置 Evaluatorシリーズの強み

 

流量制御における特長

燃料電池評価装置では、幅広い流量範囲での精度を確保する必要があります。そのため、HORIBAの燃料電池評価装置では、高精度なMFC(マスフローコントローラ)を多段化する方式を採用しています。
一台のマスフローコントローラで幅広い範囲の流量制御を行うと、小流量(低流量)側の精度を担保することが難しくなります。そのため、多段MFC方式では、小流量(低流量)側と大流量(高流量)側で異なるMFCを採用し、連動させて制御することで、全てのレンジで高精度な制御を実現しています。



湿度制御における特長

HORIBAの燃料電池評価装置では、幅広い流量・温度に対応できる、バブラー方式・インジェクション方式・シャワー方式の3つの加湿技術を採用しています。燃料電池の評価条件に適した最適な加湿技術を提案いたします。

また、燃料電池の過渡試験においては、高い安定性と応答性が両立した湿度・露点制御が求められます。
安定性と応答性を両立させるため、HORIBAではDry-Wet混合式という加湿方式を採用しています。
加湿器から出てきたガスをそのまま用いるWet式は、安定性は高いですが、応答性に欠ける場合があります。Dry-Wet混合式では、加湿させたガスと乾燥したガスを精度よく混合させることで、露点を安定的に保ちつつ、露点変化に素早く追従させることができます。




統合制御における特長

HORIBAの燃料電池評価装置は、各種制御装置と計測装置を連動させ、適切に燃料電池を評価します。各部品やシステム全体のステータスや閾値、アラーム、計測制御など、すべてを統合して管理するプラットフォームをご利用いただけます。
このプラットフォームは次の機能を備えています。

  1. ユーザフレンドリーなインタフェースで操作しやすく、
  2. 装置のパラメータ設定をタグづけして管理することですみやかなトラブル原因の特定が可能で、
  3. 複数の試験設備を統合管理できる

 

 

装置のパラメータ設定・表示、全ての部品の測定データや状態をタグづけして管理

装置のパラメータ設定・表示、全ての部品の測定データや状態をタグづけして管理

複数の試験室を統合管理
スクリプト作成の工数を削減

複数の試験室を統合管理 - スクリプト作成の工数を削減

複数拠点でのスクリプトの共有

複数拠点でのスクリプトの共有