JP6853913B2 - 外部の試験ガス供給部への接続用の組み込まれたガス接続部を有した燃料電池システム - Google Patents
外部の試験ガス供給部への接続用の組み込まれたガス接続部を有した燃料電池システム Download PDFInfo
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Description
アノードの漏れ試験
漏れの決定のために、燃料電池システム1は、対応する遮断エレメント421(または29),422および対応するガス接続部423(または425),424を備えて設けられなければならない。ガス接続部423(または425),424における媒体の接続の後に、ガス接続部の各遮断エレメントを開くとともに、遮断エレメント421(または29),422を閉じて、システムは、試験ガスを用いたシステムの同種の充填を確実にするように最初にパージされる。そして、所定の圧力が試験ガスに設定される。方法の静的な変形では、燃料電池スタック10への試験ガスの追加的な供給が中断され、圧力降下が時間にわたって記録される。代替的な手順では、燃料電池スタックへの試験ガスの体積流れは、一定の圧力が維持され、供給されるガスの必要な量が記録されるように制御される。診断モジュール50は、これらの計測データ(時間にわたる圧力降下または供給されるガスの量)を評価し、電子的に格納される、およびまたは印刷または画面によって出力される試験レポートを生成する。評価は、例えば、決定された計測値(例えば圧力降下)と、許容される限界値(工場での許容試験値)との比較を含んでも良い。必要であれば、退化の典型的な過程が、システムの年数または作動時間の関数として考慮されても良い。
カソードの漏れ試験
燃料電池スタック10のカソードの対応する漏れ計測のために、ガス接続部433,434が対応する試験ガス供給部に接続され、残りの計測が、アノードのために説明されたように実行される。しかし、カソード側での漏れが危険なガスの逃げを導かないので、燃料電池スタック10のカソード側の漏れは、重要性がより低い。
水素濃度センサの確認
燃料電池システム1、または燃料電池システム1が設置された車両が水素濃度センサを備えている場合には、診断モジュール50は、アノード側の漏れ計測と同時に特に実行されることができる、上記センサを確認する対応する機能を備えていても良い。水素計測のための関連した配置は、例えば、パージライン28または排気ガスライン32、燃料電池スタック10を囲むスタックハウジングまたは燃料電池スタック10の排気空気、エンジンコンパートメント、車両の内部または荷物空間、もしくは水素システムの漏れにより水素の蓄積が生じ得る他の特に密閉された空間である。不履行により、水素センサが上記配置で利用可能でない場合には、計測は、手持ち式の計測器具によって支持されても良い。診断モジュール50は、上記センサ(c_H2)からの信号を読み込み、これらの信号を評価する。これは、例えば、漏れ計測に関連する、計測された値の可能性確認によって実施されることができる。例えば、漏れがシステムで検出される場合には、水素が試験ガスとして使用されていれば、対応する水素センサは、漏れている水素を検出すべきである。さらに、車両において、濃度センサの自動ゼロ較正が実施されることができる。
膜の漏れ試験
燃料電池スタック10のポリマ電解質膜の寿命にわたって、漏れ/穴が生じ、膜を通した水素のクロスオーバーが発生し得る。膜を通したこの水素の流れは、例えば所謂開電池電圧試験(OCV)を用いて検出されることができる。この診断ステップのために、外部のガス供給部は、アノード側のインタフェース423または425および424およびカソード側のインタフェース433,434の双方に接続される。そして、カソードコンパートメント13は空気で自動的に充填され、アノードコンパートメント12は水素で自動的に充填される。従って、電池電圧Uは、水素のクロスオーバーについて監視され、評価される。これは、例えば、計測された電池電圧と格納された公称電圧とを比較することによって実施されることができる。また、本試験の結果は、格納され、および/または出力される。
電極再生
好ましくは、診断モジュール50は、燃料電池スタック10の触媒電極の異物を除去する再生機能も有している。この場合、一方では、媒体経路または媒体供給部を介して電極へ導かれる異物、例えばCOが取り除かれ、他方では、形成された貴金属の酸化物、特に酸化白金が還元によって除去される。さらに、より一般的には、凝集現象によって還元された自由な触媒面が増加されることができる。
10・・・燃料電池スタック/燃料電池
11・・・個々のセル
12・・・アノードコンパートメント
13・・・カソードコンパートメント
14・・・膜電極アッセンブリ(MEA)
15・・・バイポーラプレート(セパレータプレート、流れ場プレート)
20・・・アノード供給部
21・・・アノード供給通路
22・・・アノード排気ガス通路
23・・・圧力タンク
24・・・再循環ライン
25・・・運搬手段/ターボマシン
26・・・ジェットポンプ
27・・・水分離器
28・・・パージライン
29・・・遮断エレメント/遮断弁/圧力制御弁
30・・・カソード供給部
31・・・カソード供給通路
32・・・カソード排気ガス通路
33・・・圧縮機
34・・・タービン
35・・・ウェストゲートライン
36・・・調整手段
37・・・加湿器
421・・・第1遮断エレメント
422・・・第2遮断エレメント
423・・・第1ガス接続部
424・・・第2ガス接続部
425・・・追加のガス接続部
431・・・第3遮断エレメント
432・・・第4遮断エレメント
433・・・第3ガス接続部
434・・・第4ガス接続部
50・・・診断モジュール
Claims (9)
- 燃料電池スタック(10)と、
前記燃料電池スタック(10)にアノード作動ガスを供給するアノード供給通路(21)、および前記燃料電池スタック(10)からアノード排気ガスを排出するアノード排気ガス通路(22)を有したアノード供給部(20)と、
前記燃料電池スタック(10)にカソード作動ガスを供給するカソード供給通路(31)、および前記燃料電池スタック(10)からカソード排気ガスを排出するカソード排気ガス通路(32)を有したカソード供給部(30)と、
を備え、
前記アノード供給通路(21)および前記アノード排気ガス通路(22)の各々において、遮断エレメント(29,421,422)が配置され、各遮断エレメント(29,421,422)と前記燃料電池スタック(10)との間に、ガス接続部(423,424,425)が、外部の試験ガス供給部に接続されるように配置され、および/または
前記カソード供給通路(31)および前記カソード排気ガス通路(32)の各々において、遮断エレメント(431,432)が配置され、各遮断エレメント(431,432)と前記燃料電池スタック(10)との間に、ガス接続部(433,434)が、外部の試験ガス供給部に接続されるように配置されていることを特徴とする燃料電池システム(1)。 - 前記ガス接続部(423,424,425,433,434)は、自動で閉じるように適合されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム(1)。
- 前記ガス接続部(423,424,425,433,434)は、前記燃料電池システム(1)が車両に設置された状態で、前記外部の試験ガス供給部に接続するように配置され、適合されることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム(1)。
- 前記アノード供給部(20)の前記遮断エレメント(29,421,422)および前記ガス接続部(423,424,425)および/または前記カソード供給部(30)の前記遮断エレメント(431,432)および前記ガス接続部(433,434)を制御するように構成された診断モジュール(50)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の燃料電池システム(1)。
- 前記試験ガス供給部が前記アノード供給部(20)の前記ガス接続部(423,424,425)に接続されているときに、および/または前記試験ガス供給部が前記カソード供給部(30)の前記ガス接続部(433,434)に接続されているときに、前記燃料電池システム(1)を確認する診断機能および/または前記燃料電池システム(1)を補修する補修機能を実行するように構成された診断モジュール(50)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の燃料電池システム(1)。
- 前記診断モジュール(50)は、前記燃料電池スタック(10)、前記アノード供給部(20)および/または前記カソード供給部(30)の漏れ試験を実行するように適合されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム(1)。
- 前記診断モジュール(50)は、膜(14)を通した水素流れを決定する診断機能を実行するように適合されることを特徴とする請求項5または6に記載の燃料電池システム(1)。
- 前記診断モジュール(50)は、前記燃料電池スタック(10)の触媒電極の状態を決定する診断機能を実行するように適合されることを特徴とする請求項3に従う請求項5〜7のいずれか一つに記載の燃料電池システム(1)。
- 前記診断モジュール(50)は、前記燃料電池スタック(10)の触媒電極の触媒機能を回復する再生機能を実行するように適合されることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一つに記載の燃料電池システム(1)。
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