磁気センサを用いた非破壊診断により燃料電池内部の電流分布をリアルタイムに可視化する手法を開発し、電流分布には電圧波形に比べて回復遅れが生じることを明らかにしました。また、電流分布のみを制御指標として、燃料電池の安定稼働を可能にする制御システムを実現しました。
燃料電池は、発電時に二酸化炭素を発生せず、水しか出さないクリーンな発電技術として注目されています。しかし、この水が電池内部に滞留し発電の邪魔をする「フラッディング」と、水を除去しすぎて水素イオンが透過する高分子膜が乾燥してしまう「ドライアウト」という2つの相反する現象が生じて、発電性能が低下してしまうという問題があります。このような不具合を検知するため、従来、さまざまな装置やセンサを用いたり、機械学習など大量のデータに基づいた解析が試みられてきました。
本研究グループでは、磁気センサを用いて燃料電池の不具合を検知し、これを制御する手法を検討してきました。今回、診断手法の改良により、燃料電池内の電流分布をリアルタイムに可視化し、制御するシステムを開発しました。その結果、電圧指標に基づく制御では、電圧は安定するものの、電流分布には不具合時と同様の偏りがあることが分かりました。また、電流分布のみに基づいたシンプルな制御方法によって、燃料電池の電流分布を一定に保ち、安定した状態での稼働を実現しました。
今後、この手法を実際の燃料電池システムに搭載することを目標に、総合的な燃料電池の診断制御システムの確立を目指します。
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電流強度分布の変化の様子
研究代表者
筑波大学システム情報系
秋元 祐太朗 助教
小山工業高等専門学校 電気電子創造工学科
鈴木 真ノ介 教授
掲載論文
【題名】 In-situ on-board evaluation and control of proton exchange membrane fuel cells using magnetic sensors
（磁気センサを用いた固体高分子形燃料電池のその場診断および制御システム） 【掲載誌】 Applied Energy 【DOI】 10.1016/j.apenergy.2023.121873
https://authors.elsevier.com/a/1hlYz15eif8HyI
2023年11月2日までフリーアクアセス