JP2003045458A - 燃料電池スタックのための電気絶縁システム及び燃料電池スタックを作動させる方法 - Google Patents
燃料電池スタックのための電気絶縁システム及び燃料電池スタックを作動させる方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】比較的低コストで実行することができ、且つ、
高い信頼性で作動する燃料電池スタック用電気絶縁シス
テム及び方法を可能にする。 【解決手段】 燃料電池スタックは、直列接続された複
数の燃料電池と、制限された電気伝導度を有する液体冷
却剤を使用して作動中の燃料電池を冷却するための冷却
回路と、を含む。スタックは、シャシグラウンドを有
し、且つ、燃料電池用の複数の冷却剤通路を備えるシャ
シと連係される。冷却回路は、例えば燃料電池スタック
の外側境界壁、ラジエータ及び／又はポンプ等の複数の
導体要素を更に備え、該導体要素のうち少なくとも１つ
がシャシグラウンドに接続される。燃料電池の選択され
た１つとシャシグラウンドとの間の抵抗を測定するため
の測定回路が設けられ、測定回路は、警告信号を提供
し、又は、スタックの出力ターミナルへの接続を遮断
し、又は、抵抗が臨界値に達した場合にはスタックを停
止させる。
高い信頼性で作動する燃料電池スタック用電気絶縁シス
テム及び方法を可能にする。 【解決手段】 燃料電池スタックは、直列接続された複
数の燃料電池と、制限された電気伝導度を有する液体冷
却剤を使用して作動中の燃料電池を冷却するための冷却
回路と、を含む。スタックは、シャシグラウンドを有
し、且つ、燃料電池用の複数の冷却剤通路を備えるシャ
シと連係される。冷却回路は、例えば燃料電池スタック
の外側境界壁、ラジエータ及び／又はポンプ等の複数の
導体要素を更に備え、該導体要素のうち少なくとも１つ
がシャシグラウンドに接続される。燃料電池の選択され
た１つとシャシグラウンドとの間の抵抗を測定するため
の測定回路が設けられ、測定回路は、警告信号を提供
し、又は、スタックの出力ターミナルへの接続を遮断
し、又は、抵抗が臨界値に達した場合にはスタックを停
止させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池スタック
のための電気絶縁システム及び燃料電池スタックを作動
させる方法に関する。
のための電気絶縁システム及び燃料電池スタックを作動
させる方法に関する。
【０００２】
【従来技術】燃料電池スタックは、直列及び／又は並列
に接続された複数の燃料電池を含む。燃料電池の多数の
異なる設計が存在しており、そのうちの幾つかは、極端
な高温度で作動し、他のものは、比較的低温度で作動す
る。比較的低温度で作動する、燃料電池は、車両中の動
力プラントとして使用するため選択される傾向にある。
様々な形式の低温燃料電池が存在する。車両用途のため
しばしば使用される型式の燃料電池は、所謂ＰＥＭ（陽
子交換膜）燃料電池である。この種の燃料電池では、触
媒材料で両方とも被覆されたアノード電極及びカソード
電極が合成膜により分離されており、膜により分離され
た２つの電極を含むアッセンブリは、しばしばＭＥＡ
（膜電極アッセンブリ）と称され、両極性プレートと称
される２つの導電性プレートの間に取り囲まれる。燃料
電池スタックでは、複数の燃料電池が、各両極性プレー
ト（スタックの端部プレートは別として）が隣接する２
つの燃料電池と連係されるように、並んで配列される。
１つの燃料電池のアノード電極に水素が供給され、且
つ、隣接する燃料電池のカソード電極に空気の形態の酸
素が供給されることを可能にする通路又はチャンネルを
備えた電極に面する側部に、両極性プレートは設けられ
ている。燃料電池が作動中のとき、水素により配給され
た陽子は、膜を通って移動し、酸素と結合して、水を形
成し電気を発生させる。複数の燃料電池がスタックに配
列されるとき、両極性プレートは、隣接する燃料電池の
間でセパレータとして作用し、いわば、両極性プレート
は、一方の側部に、水素を１つの燃料電池のアノードに
差し向けるための通路を、他方の側部に、隣接する燃料
電池のカソードに空気を差し向けるための通路を有して
おり、これらのガスの流れを分離した状態に維持してい
る。
に接続された複数の燃料電池を含む。燃料電池の多数の
異なる設計が存在しており、そのうちの幾つかは、極端
な高温度で作動し、他のものは、比較的低温度で作動す
る。比較的低温度で作動する、燃料電池は、車両中の動
力プラントとして使用するため選択される傾向にある。
様々な形式の低温燃料電池が存在する。車両用途のため
しばしば使用される型式の燃料電池は、所謂ＰＥＭ（陽
子交換膜）燃料電池である。この種の燃料電池では、触
媒材料で両方とも被覆されたアノード電極及びカソード
電極が合成膜により分離されており、膜により分離され
た２つの電極を含むアッセンブリは、しばしばＭＥＡ
（膜電極アッセンブリ）と称され、両極性プレートと称
される２つの導電性プレートの間に取り囲まれる。燃料
電池スタックでは、複数の燃料電池が、各両極性プレー
ト（スタックの端部プレートは別として）が隣接する２
つの燃料電池と連係されるように、並んで配列される。
１つの燃料電池のアノード電極に水素が供給され、且
つ、隣接する燃料電池のカソード電極に空気の形態の酸
素が供給されることを可能にする通路又はチャンネルを
備えた電極に面する側部に、両極性プレートは設けられ
ている。燃料電池が作動中のとき、水素により配給され
た陽子は、膜を通って移動し、酸素と結合して、水を形
成し電気を発生させる。複数の燃料電池がスタックに配
列されるとき、両極性プレートは、隣接する燃料電池の
間でセパレータとして作用し、いわば、両極性プレート
は、一方の側部に、水素を１つの燃料電池のアノードに
差し向けるための通路を、他方の側部に、隣接する燃料
電池のカソードに空気を差し向けるための通路を有して
おり、これらのガスの流れを分離した状態に維持してい
る。
【０００３】上記のような燃料電池の作動において、熱
が生成され、燃料電池を冷却するための用意がなされ
る。この冷却工程は、両極性プレート内に冷却剤が通っ
て流れる冷却通路を組み込むことにより、もたらされ
る。かくして、両極性プレートは、それらが隣接する燃
料電池を分離するという分離機能を持っている。これと
同時に、両極性プレートは、電源回路にそれらを接続す
るため、直列及び／又は並列に、電気的に接続され、こ
れによって、燃料電池により生成された電気を引き出す
ことができる。典型的なＰＥＭは、約０．９Ｖの出力電
圧を生成する。典型的な燃料電池スタックでは、典型的
には１００Ｖから４００Ｖまでの範囲で、比較的高い作
動電圧を発生するため十分な数の燃料電池が存在する。
高い作動電圧を備える燃料電池は、特に液体冷却剤が燃
料電池スタックを冷却するため使用されるとき、厳密に
安全性への要求が必要とされる。これらの要求に合致さ
せるための以前の要求は、ラジエータ、ポンプ、チュー
ブ、並びに、燃料電池それ自身の完全な絶縁を含む、冷
却剤回路の完全な絶縁を達成する試みに主眼が置かれて
きた。これらの試みは、冷却剤として非導電性液体を使
用するためなされてきた。該液体は、冷却剤により、ラ
ジエータ及び安全性に対する深刻な危険を防止する他の
構成要素に伝達される、燃料電池スタックにおける危険
な電圧レベルを防止することを意図されている。
が生成され、燃料電池を冷却するための用意がなされ
る。この冷却工程は、両極性プレート内に冷却剤が通っ
て流れる冷却通路を組み込むことにより、もたらされ
る。かくして、両極性プレートは、それらが隣接する燃
料電池を分離するという分離機能を持っている。これと
同時に、両極性プレートは、電源回路にそれらを接続す
るため、直列及び／又は並列に、電気的に接続され、こ
れによって、燃料電池により生成された電気を引き出す
ことができる。典型的なＰＥＭは、約０．９Ｖの出力電
圧を生成する。典型的な燃料電池スタックでは、典型的
には１００Ｖから４００Ｖまでの範囲で、比較的高い作
動電圧を発生するため十分な数の燃料電池が存在する。
高い作動電圧を備える燃料電池は、特に液体冷却剤が燃
料電池スタックを冷却するため使用されるとき、厳密に
安全性への要求が必要とされる。これらの要求に合致さ
せるための以前の要求は、ラジエータ、ポンプ、チュー
ブ、並びに、燃料電池それ自身の完全な絶縁を含む、冷
却剤回路の完全な絶縁を達成する試みに主眼が置かれて
きた。これらの試みは、冷却剤として非導電性液体を使
用するためなされてきた。該液体は、冷却剤により、ラ
ジエータ及び安全性に対する深刻な危険を防止する他の
構成要素に伝達される、燃料電池スタックにおける危険
な電圧レベルを防止することを意図されている。
【０００４】しかし、例えばラジエータ等の大きな構成
要素の電気的絶縁は、サイズの制約及び冷却空気の遮蔽
に伴う問題に起因して、車両若しくは他の任意のシステ
ムで、あまり実用的ではない。非導電性冷却剤（例えば
オイル）の使用は、有意な欠点を有する。そのような冷
却剤の物理的特性、例えば、熱容量、熱伝導度、及び、
粘性率等が制限されるからである。その上、そのような
非導電性冷却剤は、環境問題を惹起する。例えば、接続
が失敗した場合や損傷事故時に漏れの危険性が常に存在
するからである。その上、そのような冷却剤を低温で作
動させるときに特定の問題が存在する。そのような欠陥
の特性は、システムのパワー密度、ラジエータサイズ及
び、ラジエータサイズ及び冷却剤ポンプを駆動するため
に必要とされるパワーに負の影響をもたらす。
要素の電気的絶縁は、サイズの制約及び冷却空気の遮蔽
に伴う問題に起因して、車両若しくは他の任意のシステ
ムで、あまり実用的ではない。非導電性冷却剤（例えば
オイル）の使用は、有意な欠点を有する。そのような冷
却剤の物理的特性、例えば、熱容量、熱伝導度、及び、
粘性率等が制限されるからである。その上、そのような
非導電性冷却剤は、環境問題を惹起する。例えば、接続
が失敗した場合や損傷事故時に漏れの危険性が常に存在
するからである。その上、そのような冷却剤を低温で作
動させるときに特定の問題が存在する。そのような欠陥
の特性は、システムのパワー密度、ラジエータサイズ及
び、ラジエータサイズ及び冷却剤ポンプを駆動するため
に必要とされるパワーに負の影響をもたらす。
【０００５】これらの欠陥の故に、水プラス液体冷却の
ための反凍結性を基礎とする冷却剤を使用することに注
意が払われてきた。しかし、比較的低い電気伝導度を備
えた冷却剤を使用することが重要である。上で説明した
ように、燃料電池スタックの燃料電池の両極性プレート
は、直列及び／又は並列に電気的に接続されており、液
体冷却剤は、両極性プレートを通って並列に流れる。か
くして、液体冷却剤が導電体である場合、それは、明ら
かに望ましくない、両極性プレートのグラウンド欠陥を
有効に表している。
ための反凍結性を基礎とする冷却剤を使用することに注
意が払われてきた。しかし、比較的低い電気伝導度を備
えた冷却剤を使用することが重要である。上で説明した
ように、燃料電池スタックの燃料電池の両極性プレート
は、直列及び／又は並列に電気的に接続されており、液
体冷却剤は、両極性プレートを通って並列に流れる。か
くして、液体冷却剤が導電体である場合、それは、明ら
かに望ましくない、両極性プレートのグラウンド欠陥を
有効に表している。
【０００６】液体冷却剤は、燃料電池で使用するため有
利な比較的低い電気伝導度で利用可能である。しかし、
燃料電池システムの実用的な使用において、常に、誰か
が、誤った冷却剤をシステムに加えることができるとい
う危険が存在している。燃料電池スタックで使用される
液体冷却剤は、それらが、燃料電池スタックの長期間の
悪化に導き得る侵食性及び電解質効果を回避するように
設計されなければならないという観点から重要である。
利な比較的低い電気伝導度で利用可能である。しかし、
燃料電池システムの実用的な使用において、常に、誰か
が、誤った冷却剤をシステムに加えることができるとい
う危険が存在している。燃料電池スタックで使用される
液体冷却剤は、それらが、燃料電池スタックの長期間の
悪化に導き得る侵食性及び電解質効果を回避するように
設計されなければならないという観点から重要である。
【０００７】その上、液体冷却剤は、長期間の使用にお
いて悪化することが知られている。前述した問題に加え
て、危険な状況へと導きかねない燃料電池スタックの絶
縁の悪化又は失敗に導く欠陥が発生するほど、燃料電池
スタックに関する一般的な問題も存在する。そのような
危険な状況は、車両が事故に巻き込まれた場合、又は、
他の機能不全が、絶縁品質を悪化させることを生じさせ
た場合、特に、重大な問題になり得る。
いて悪化することが知られている。前述した問題に加え
て、危険な状況へと導きかねない燃料電池スタックの絶
縁の悪化又は失敗に導く欠陥が発生するほど、燃料電池
スタックに関する一般的な問題も存在する。そのような
危険な状況は、車両が事故に巻き込まれた場合、又は、
他の機能不全が、絶縁品質を悪化させることを生じさせ
た場合、特に、重大な問題になり得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した問題に鑑み
て、本発明の目的は、電気絶縁システムの品質を連続的
に監視することができ、且つ、燃料電池スタック及びこ
れと連係された構成部品への損傷を防止すると共に不適
切な電気的絶縁に起因した危険な状況を防止するため、
欠陥のある絶縁が発生したときに、十分な測定を図るこ
とができるような、燃料電池スタックの電気的絶縁シス
テム及び燃料電池スタックを作動させる方法を提供する
ことである。
て、本発明の目的は、電気絶縁システムの品質を連続的
に監視することができ、且つ、燃料電池スタック及びこ
れと連係された構成部品への損傷を防止すると共に不適
切な電気的絶縁に起因した危険な状況を防止するため、
欠陥のある絶縁が発生したときに、十分な測定を図るこ
とができるような、燃料電池スタックの電気的絶縁シス
テム及び燃料電池スタックを作動させる方法を提供する
ことである。
【０００９】その上、本発明の更なる目的は、比較的低
コストで実行することができ、且つ、高い信頼性で作動
する、上記に名づけられた型式の、電気絶縁システム及
び方法を利用可能にすることである。
コストで実行することができ、且つ、高い信頼性で作動
する、上記に名づけられた型式の、電気絶縁システム及
び方法を利用可能にすることである。
【００１０】本発明のなお更なる目的は、ある所定周期
で必然的に発生する液体冷却剤の劣化等の考慮事項に対
して現実的なアプローチを取ることを可能にし、該液体
冷却剤がその劣化が臨界的なレベルに達する前の時間に
該液体冷却剤を確実に変えることができる、上記に名づ
けられた型式の、電気絶縁システム及び方法を利用可能
にすることである。
で必然的に発生する液体冷却剤の劣化等の考慮事項に対
して現実的なアプローチを取ることを可能にし、該液体
冷却剤がその劣化が臨界的なレベルに達する前の時間に
該液体冷却剤を確実に変えることができる、上記に名づ
けられた型式の、電気絶縁システム及び方法を利用可能
にすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、直列に接続された複数の燃料電池
と、限定された電気伝導度を有する液体冷却剤を使用し
て作動中の前記燃料電池を冷却するための冷却回路と、
を含む燃料電池スタックのための、電気絶縁システムで
あって、前記燃料電池のスタックがシャシグラウンドを
有するシャシに連係され、該燃料電池のための複数の冷
却剤通路を備え、該冷却剤通路が直列及び／又は並列に
接続され、及び、前記冷却回路は、前記液体冷却剤を、
前記スタック及び前記冷却剤通路に供給するための入口
と、前記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前
記スタックから前記液体冷却剤を取り出すための出口
と、前記液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設
けられた、入口及び出口を有するラジエータと、前記ラ
ジエータの出口を前記燃料電池スタックの入口に接続す
る、第１の冷却剤流れラインと、前記スタックの出口を
前記ラジエータの入口に接続する、第２の冷却剤流れラ
インと、前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるための
ポンプと、を備えており、前記冷却回路は、例えば燃料
電池スタックの外側境界壁、ラジエータ及び／又はポン
プ等の複数の導体要素を更に備え、該導体要素のうち少
なくとも１つが前記シャシグラウンドに接続されてお
り、前記燃料電池の選択された１つと該シャシグラウン
ドとの間の抵抗を測定するための測定回路が設けられて
いる、前記電気絶縁システムが提供される。
に、本発明によれば、直列に接続された複数の燃料電池
と、限定された電気伝導度を有する液体冷却剤を使用し
て作動中の前記燃料電池を冷却するための冷却回路と、
を含む燃料電池スタックのための、電気絶縁システムで
あって、前記燃料電池のスタックがシャシグラウンドを
有するシャシに連係され、該燃料電池のための複数の冷
却剤通路を備え、該冷却剤通路が直列及び／又は並列に
接続され、及び、前記冷却回路は、前記液体冷却剤を、
前記スタック及び前記冷却剤通路に供給するための入口
と、前記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前
記スタックから前記液体冷却剤を取り出すための出口
と、前記液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設
けられた、入口及び出口を有するラジエータと、前記ラ
ジエータの出口を前記燃料電池スタックの入口に接続す
る、第１の冷却剤流れラインと、前記スタックの出口を
前記ラジエータの入口に接続する、第２の冷却剤流れラ
インと、前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるための
ポンプと、を備えており、前記冷却回路は、例えば燃料
電池スタックの外側境界壁、ラジエータ及び／又はポン
プ等の複数の導体要素を更に備え、該導体要素のうち少
なくとも１つが前記シャシグラウンドに接続されてお
り、前記燃料電池の選択された１つと該シャシグラウン
ドとの間の抵抗を測定するための測定回路が設けられて
いる、前記電気絶縁システムが提供される。
【００１２】燃料電池スタックの外側境界壁は、例え
ば、スタックを取り囲む金属製ハウジングの壁、又は、
スタックに隣接する車両のパネル若しくは構造体、又
は、スタックそれ自体の端部プレート若しくは側部プレ
ートであってもよい。
ば、スタックを取り囲む金属製ハウジングの壁、又は、
スタックに隣接する車両のパネル若しくは構造体、又
は、スタックそれ自体の端部プレート若しくは側部プレ
ートであってもよい。
【００１３】また、燃料電池スタックを監視する方法で
あって、前記燃料電池スタックは、直列に接続された複
数の燃料電池と、限定された電気伝導度を有する液体冷
却剤を使用して作動中の燃料電池を冷却するための冷却
回路と、を含み、前記燃料電池スタックは、連係された
電気出力システムと、少なくとも１つの出力ターミナル
と、該出力ターミナルの各々を前記電気出力システムに
接続するための接触器とを有すると共に、シャシグラウ
ンドを有するシャシに連係されており、更に、前記燃料
電池スタックは、該燃料電池のための複数の冷却剤通路
を備え、該冷却剤通路が並列及び／又は直列に接続さ
れ、及び、前記冷却回路は、前記液体冷却剤を、前記ス
タック及び前記冷却剤通路に供給するための入口と、前
記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前記スタ
ックから前記液体冷却剤を取り出すための出口と、前記
液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設けられ
た、入口及び出口を有するラジエータと、前記ラジエー
タの出口を前記燃料電池スタックの入口に接続する、第
１の冷却剤流れラインと、前記スタックの出口を前記ラ
ジエータの入口に接続する、第２の冷却剤流れライン
と、前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるためのポン
プと、を備えており、前記冷却回路は、例えば燃料電池
スタックの外側境界壁、ラジエータ及び／又はポンプ等
の複数の導体要素を更に備え、該導体要素のうち少なく
とも１つが前記シャシグラウンドに接続されており、前
記方法は、前記燃料電池の選択された１つと該シャシグ
ラウンドとの間の抵抗を測定する工程と、前記測定され
た抵抗と、少なくとも１つの閾値との間で、直接若しく
は間接的に比較を実行する工程と、前記比較工程の結果
が好ましくない場合、警告信号を発する動作、及び／又
は、前記スタックの前記出力ターミナルを前記電気シス
テムに接続している前記接触器を引き離す動作、及び／
又は、前記燃料電池スタックを停止させる動作を開始す
る工程と、を含む。
あって、前記燃料電池スタックは、直列に接続された複
数の燃料電池と、限定された電気伝導度を有する液体冷
却剤を使用して作動中の燃料電池を冷却するための冷却
回路と、を含み、前記燃料電池スタックは、連係された
電気出力システムと、少なくとも１つの出力ターミナル
と、該出力ターミナルの各々を前記電気出力システムに
接続するための接触器とを有すると共に、シャシグラウ
ンドを有するシャシに連係されており、更に、前記燃料
電池スタックは、該燃料電池のための複数の冷却剤通路
を備え、該冷却剤通路が並列及び／又は直列に接続さ
れ、及び、前記冷却回路は、前記液体冷却剤を、前記ス
タック及び前記冷却剤通路に供給するための入口と、前
記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前記スタ
ックから前記液体冷却剤を取り出すための出口と、前記
液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設けられ
た、入口及び出口を有するラジエータと、前記ラジエー
タの出口を前記燃料電池スタックの入口に接続する、第
１の冷却剤流れラインと、前記スタックの出口を前記ラ
ジエータの入口に接続する、第２の冷却剤流れライン
と、前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるためのポン
プと、を備えており、前記冷却回路は、例えば燃料電池
スタックの外側境界壁、ラジエータ及び／又はポンプ等
の複数の導体要素を更に備え、該導体要素のうち少なく
とも１つが前記シャシグラウンドに接続されており、前
記方法は、前記燃料電池の選択された１つと該シャシグ
ラウンドとの間の抵抗を測定する工程と、前記測定され
た抵抗と、少なくとも１つの閾値との間で、直接若しく
は間接的に比較を実行する工程と、前記比較工程の結果
が好ましくない場合、警告信号を発する動作、及び／又
は、前記スタックの前記出力ターミナルを前記電気シス
テムに接続している前記接触器を引き離す動作、及び／
又は、前記燃料電池スタックを停止させる動作を開始す
る工程と、を含む。
【００１４】本明細書の詳細な説明及び請求の範囲にお
いて、例えば、ラジエータ、ポンプ、接触器等の単数形
の項目が参照されるときはいつでも、それは、１つ以上
の該項目を意味すると理解される。
いて、例えば、ラジエータ、ポンプ、接触器等の単数形
の項目が参照されるときはいつでも、それは、１つ以上
の該項目を意味すると理解される。
【００１５】かくして、本発明の基礎をなす概念は、燃
料電池スタック及び連係するシステムの電気的絶縁の品
質に抵抗変化を関係付けることを可能にすると共に、電
気的抵抗に変化の要因を解析し、かくして、適切な救済
処置（警告及び／又は遮断及び／又は停止）を取ること
を可能にする、燃料電池スタックのレイアウト及び連係
する電気システムの選択の全てのうち第１のものであ
る。
料電池スタック及び連係するシステムの電気的絶縁の品
質に抵抗変化を関係付けることを可能にすると共に、電
気的抵抗に変化の要因を解析し、かくして、適切な救済
処置（警告及び／又は遮断及び／又は停止）を取ること
を可能にする、燃料電池スタックのレイアウト及び連係
する電気システムの選択の全てのうち第１のものであ
る。
【００１６】例えば、測定された抵抗の漸近的変化は、
冷却剤の漸近的劣化と関連させることができ、冷却剤を
変える必要のあるとき与えられる警告信号へと導くこと
ができる。その劣化がまさに臨界的レベルに達しようと
する場合、燃料電池スタックを自動的に停止させること
ができる。
冷却剤の漸近的劣化と関連させることができ、冷却剤を
変える必要のあるとき与えられる警告信号へと導くこと
ができる。その劣化がまさに臨界的レベルに達しようと
する場合、燃料電池スタックを自動的に停止させること
ができる。
【００１７】抵抗の突然の変化が発生した場合、これ
は、多くの要因に帰着させることができる。例えば、車
両は、測定された抵抗の特徴的な変化へと導くことがで
きる、燃料電池スタック内又は電気システム内のグラウ
ンド欠陥へと導く事故又は僅かな衝撃でさえ持ち得る。
は、多くの要因に帰着させることができる。例えば、車
両は、測定された抵抗の特徴的な変化へと導くことがで
きる、燃料電池スタック内又は電気システム内のグラウ
ンド欠陥へと導く事故又は僅かな衝撃でさえ持ち得る。
【００１８】同様に、接触から絶縁されるべきである
が、例えばカバーが省略されていたり、事故の損傷等、
理由は何であれ不適切に絶縁されている、車両の一部分
又は連係される冷却システム又は連係される電気システ
ムと、物体が接触するに至る場合、抵抗が、電池の測定
抵抗と並列に有効に配置されることになり、特徴的な変
化が発生する。
が、例えばカバーが省略されていたり、事故の損傷等、
理由は何であれ不適切に絶縁されている、車両の一部分
又は連係される冷却システム又は連係される電気システ
ムと、物体が接触するに至る場合、抵抗が、電池の測定
抵抗と並列に有効に配置されることになり、特徴的な変
化が発生する。
【００１９】そのような特徴的な変化が検出されると
き、１つ以上の電気接触器が、電気回路を遮断し即ち燃
料電池スタックの１つ又は複数の高電圧ターミナルを電
気システムから絶縁するように直ちに作動され、かくし
て危険な状況を防止することができる。その上、燃料電
池スタックを停止することができる。即ち、電流の発生
を禁止するため水素及び／又は大気中の酸素の燃料電池
スタックへの供給をカットするようにバルブを作動さ
せ、及び／又は、燃焼可能なガスをスタックから追い出
すことができる。
き、１つ以上の電気接触器が、電気回路を遮断し即ち燃
料電池スタックの１つ又は複数の高電圧ターミナルを電
気システムから絶縁するように直ちに作動され、かくし
て危険な状況を防止することができる。その上、燃料電
池スタックを停止することができる。即ち、電流の発生
を禁止するため水素及び／又は大気中の酸素の燃料電池
スタックへの供給をカットするようにバルブを作動さ
せ、及び／又は、燃焼可能なガスをスタックから追い出
すことができる。
【００２０】換言すれば、ツールが燃料電池の環境内部
に残され、回路の短絡又はグラウンド欠陥を引き起こす
場合、これは、測定抵抗の変化を直ちに引き起こし、該
変化が検出されて、適切な救済処置、例えば電気回路を
遮断し及び／又はスタックを停止させるように接触器を
作動する処置を図ることができる。即ち、測定された抵
抗値は、微分保護システム（ＦＩシステム）に類似した
態様で使用することができる。
に残され、回路の短絡又はグラウンド欠陥を引き起こす
場合、これは、測定抵抗の変化を直ちに引き起こし、該
変化が検出されて、適切な救済処置、例えば電気回路を
遮断し及び／又はスタックを停止させるように接触器を
作動する処置を図ることができる。即ち、測定された抵
抗値は、微分保護システム（ＦＩシステム）に類似した
態様で使用することができる。
【００２１】更に、冷却システムが、例えば冷却剤の流
れが制限される等、何らかの理由で損傷を受けた場合、
このことは、測定される抵抗にある効果をもたらす。こ
れを検出することができ、再び、変化の度合いに応じ
て、警告信号を発し、又は、システムを停止させること
ができる。同様に、グラウンド接続が失われ、腐食し、
或いは、壊され若しくは忘れたりされた場合、これは、
測定される抵抗にある効果をもたらし、これを検出する
ことが可能となる。
れが制限される等、何らかの理由で損傷を受けた場合、
このことは、測定される抵抗にある効果をもたらす。こ
れを検出することができ、再び、変化の度合いに応じ
て、警告信号を発し、又は、システムを停止させること
ができる。同様に、グラウンド接続が失われ、腐食し、
或いは、壊され若しくは忘れたりされた場合、これは、
測定される抵抗にある効果をもたらし、これを検出する
ことが可能となる。
【００２２】誰かが、妥当でない電気伝導度を持つ液体
冷却剤を、供給中又は継ぎ足し時にシステムに追加した
場合、これも、測定抵抗値に変化を生じさせる。冷却剤
の電気伝導度の変化が臨界的である場合には、適切な警
告信号を発することができ、或いは、燃料電池システム
を停止させることができる。
冷却剤を、供給中又は継ぎ足し時にシステムに追加した
場合、これも、測定抵抗値に変化を生じさせる。冷却剤
の電気伝導度の変化が臨界的である場合には、適切な警
告信号を発することができ、或いは、燃料電池システム
を停止させることができる。
【００２３】電気絶縁システムが、前記燃料電池の選択
された１つと、シャシグラウンドとの間に、電位差を測
定するための回路を備えることも特に好ましい。燃料電
池のうち選択された１つの電池は、冷却剤のためのスタ
ック入口及び／又は出口に隣接した第１の燃料電池であ
るのが好ましい（しかし、第１の燃料電池である必要は
ない）。スタック入口及びスタック出口に最も近い第１
の燃料電池の両極性プレートは、例えば、グラウンドに
対して＋２０Ｖから−２０Ｖの範囲の作動電位差に設定
される。このとき、この電位差が、冷却剤の電気伝導
度、グラウンド欠陥電流、冷却の幾何学的効果に依存す
る。測定抵抗に加えてこの電位差を監視することによ
り、燃料電池スタック及び連係された電気システムの電
気的絶縁の品質に関する更なる情報を得、電気的絶縁の
変化の要因の解析を改善することが可能になる。このこ
とは、発生する変化のより良好な評価、及び、そのよう
な変化に応答してなされるより良好な決定を可能にす
る。
された１つと、シャシグラウンドとの間に、電位差を測
定するための回路を備えることも特に好ましい。燃料電
池のうち選択された１つの電池は、冷却剤のためのスタ
ック入口及び／又は出口に隣接した第１の燃料電池であ
るのが好ましい（しかし、第１の燃料電池である必要は
ない）。スタック入口及びスタック出口に最も近い第１
の燃料電池の両極性プレートは、例えば、グラウンドに
対して＋２０Ｖから−２０Ｖの範囲の作動電位差に設定
される。このとき、この電位差が、冷却剤の電気伝導
度、グラウンド欠陥電流、冷却の幾何学的効果に依存す
る。測定抵抗に加えてこの電位差を監視することによ
り、燃料電池スタック及び連係された電気システムの電
気的絶縁の品質に関する更なる情報を得、電気的絶縁の
変化の要因の解析を改善することが可能になる。このこ
とは、発生する変化のより良好な評価、及び、そのよう
な変化に応答してなされるより良好な決定を可能にす
る。
【００２４】かくして、本発明は、冷却剤及び他の寄生
的な抵抗性絶縁経路により形成された抵抗性経路の抵抗
（選択された燃料電池とグラウンドとの間のＲ−ＩＳＯ
と称される）を連続的に測定し、監視する抵抗監視装置
と、これと共に設けられる電圧監視ユニットとの使用を
提案する。この電圧監視ユニットは、夫々の電池の不動
態層を通る燃料電池からの抵抗性経路を亘り、ＭＥＡの
チャンネル領域を亘り、並びに、燃料電池スタック内及
びシャシグラウンドに向かう冷却剤マニホルド内の冷却
剤流れ経路に亘る電圧（Ｖ−ＩＳＯと称される）を監視
する。好ましくは、冷却剤の入口／出口と最も近接して
接触する燃料電池が、監視回路に接続するため選択され
る。
的な抵抗性絶縁経路により形成された抵抗性経路の抵抗
（選択された燃料電池とグラウンドとの間のＲ−ＩＳＯ
と称される）を連続的に測定し、監視する抵抗監視装置
と、これと共に設けられる電圧監視ユニットとの使用を
提案する。この電圧監視ユニットは、夫々の電池の不動
態層を通る燃料電池からの抵抗性経路を亘り、ＭＥＡの
チャンネル領域を亘り、並びに、燃料電池スタック内及
びシャシグラウンドに向かう冷却剤マニホルド内の冷却
剤流れ経路に亘る電圧（Ｖ−ＩＳＯと称される）を監視
する。好ましくは、冷却剤の入口／出口と最も近接して
接触する燃料電池が、監視回路に接続するため選択され
る。
【００２５】上記のことは、制御装置を実現し、抵抗の
変化のみならず、説明された冷却剤経路に沿って流れる
欠陥電流、特にＤＣ欠陥電流及び低周波数のＡＣ欠陥電
流を計算することができるアルゴリズムを実行すること
を可能にする。この欠陥電流は、オームの法則を使用し
て計算することができる。即ち、 Ｉ−ＩＳＯ＝Ｖ−ＩＳＯ／Ｒ−ＩＳＯ である。
変化のみならず、説明された冷却剤経路に沿って流れる
欠陥電流、特にＤＣ欠陥電流及び低周波数のＡＣ欠陥電
流を計算することができるアルゴリズムを実行すること
を可能にする。この欠陥電流は、オームの法則を使用し
て計算することができる。即ち、 Ｉ−ＩＳＯ＝Ｖ−ＩＳＯ／Ｒ−ＩＳＯ である。
【００２６】更に、適応的な安全閾値に対して、Ｒ−Ｉ
ＳＯ、Ｖ−ＩＳＯ、及び、Ｉ−ＩＳＯの各々を比較し、
警告及び／又は高電圧停止を発動させることも可能にし
ている。本システムは、時間の経過に伴う冷却剤の劣
化、冷却剤チャンネル幾何学の望ましくないばらつき、
及び、安全なグラウンド接地の損失を計算に入れ、これ
を管理することを可能にしている。
ＳＯ、Ｖ−ＩＳＯ、及び、Ｉ−ＩＳＯの各々を比較し、
警告及び／又は高電圧停止を発動させることも可能にし
ている。本システムは、時間の経過に伴う冷却剤の劣
化、冷却剤チャンネル幾何学の望ましくないばらつき、
及び、安全なグラウンド接地の損失を計算に入れ、これ
を管理することを可能にしている。
【００２７】例えば、燃料電池スタックの端部プレート
又は多重スタック配列用の中央タッププレートであり得
る、同じ電位差プレートのところで、低い電気伝導度の
冷却剤がスタックに入ったり出たりするところのスタッ
ク又はスタック構成を備えたスタック冷却剤スキームの
好ましい使用は、制御されたグラウンド接地経路を形成
することを可能にしている。冷却剤と接触する、冷却回
路の全ての導体要素は、絶縁欠陥の場合には危険な電圧
レベルに導き得るような危険が存在するところである
が、シャシグラウンドに接続されており、かくして、設
置された安全態様となる。
又は多重スタック配列用の中央タッププレートであり得
る、同じ電位差プレートのところで、低い電気伝導度の
冷却剤がスタックに入ったり出たりするところのスタッ
ク又はスタック構成を備えたスタック冷却剤スキームの
好ましい使用は、制御されたグラウンド接地経路を形成
することを可能にしている。冷却剤と接触する、冷却回
路の全ての導体要素は、絶縁欠陥の場合には危険な電圧
レベルに導き得るような危険が存在するところである
が、シャシグラウンドに接続されており、かくして、設
置された安全態様となる。
【００２８】電気絶縁システムは、好ましくは、燃料電
池の選択された１つとシャシグラウンドとの間の抵抗性
経路が、可能な限り高くなるような測定抵抗へと導く仕
方で、レイアウトされる。この種の構成では、抵抗変化
を高感度で測定することができる。
池の選択された１つとシャシグラウンドとの間の抵抗性
経路が、可能な限り高くなるような測定抵抗へと導く仕
方で、レイアウトされる。この種の構成では、抵抗変化
を高感度で測定することができる。
【００２９】本発明の電気絶縁システム及び方法の好ま
しい実施形態が下位の請求項に記載されており、添付図
面を参照して以下に詳しく説明される。
しい実施形態が下位の請求項に記載されており、添付図
面を参照して以下に詳しく説明される。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１は、直列に電気接続された複
数からなる個々の燃料電池１２（そのうちの２つの完全
な電池だけが示されている）を含む燃料電池スタック１
０の破断断面図を示す。各々の燃料電池１２は、所謂、
ＭＥＡ１４であり、これは、２つの両極性プレート１６
の間に囲まれている。図１から視覚化することができる
ように、スタック端部における両極性プレート１６’以
外の、各々の両極性プレート１６は、２つの隣接する燃
料電池の間に存在する。各両極性プレート１６、１６’
は、中央冷却剤通路１７を有し、該通路を通って液体冷
却剤が流れる。
数からなる個々の燃料電池１２（そのうちの２つの完全
な電池だけが示されている）を含む燃料電池スタック１
０の破断断面図を示す。各々の燃料電池１２は、所謂、
ＭＥＡ１４であり、これは、２つの両極性プレート１６
の間に囲まれている。図１から視覚化することができる
ように、スタック端部における両極性プレート１６’以
外の、各々の両極性プレート１６は、２つの隣接する燃
料電池の間に存在する。各両極性プレート１６、１６’
は、中央冷却剤通路１７を有し、該通路を通って液体冷
却剤が流れる。
【００３１】ここで、図２を参照すると、スタックの第
１の燃料電池の第１の両極性プレート１６’は、浮動電
圧を持っており、この電圧は、例えば、典型的な用途で
は１０Ｖであり得る。この浮動電圧のサイズは、スタッ
クを通過する液体冷却剤の流れ及び冷却剤の電気伝導度
に関連する。なお、本文中で言及された全ての電圧は、
純粋に例を用いて与えられており、本発明の範囲即ち請
求の範囲を制限する任意の態様であると解釈されるべき
ではない。浮動電圧は、リード線２２を介してＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ２０の一方の入力部１８に印加される。Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータの他方の入力部２４は、リード線２
６、接触器２８及びリード線３０を介して、燃料電池ス
タックの最後の両極性プレート１６’に接続される。図
示の実施形態では、この最後の両極性プレート１６’
は、−１７５Ｖの電圧を運ぶ。単純化する目的のため、
燃料電池スタック１０の第１及び最後の両極性プレート
１６’のみが図２では示されている。他の燃料電池の位
置は、連係された冷却剤通路１７を表しているラインに
より象徴されている。従って、この場合におけるＤＣ／
ＤＣコンバータ２０に印加される電位差は、１８５Ｖで
ある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、２つの出力リード
線３２及び３４で２００Ｖの出力電圧を提供するように
設計され、この出力電圧は、パワーインバータモジュー
ル３６に印加され、これは、圧縮空気を燃料電池スタッ
クに供給するコンプレッサ（図示されないが、それ自体
周知されている）を駆動するための電気モーター３８に
パワーを供給する。パワーインバータモジュール３６
は、車輪を駆動するために使用される更なるＡＣモータ
ーにも接続される。パワーインバータモジュール３６及
びモーター３８、並びに、それらに接続された他の電子
機器は、ボックス４０及びグラウンド接続部４２Ａによ
り概略的に示されているように、全て接地されている。
燃料電池スタック１２を概略的に取り囲んでいるハウジ
ング４４Ａも４２Ｂにおいてアース接続され、パワーイ
ンバータモジュール３６のため接地されたハウジング４
０に、リード線４６を介して接続されている。
１の燃料電池の第１の両極性プレート１６’は、浮動電
圧を持っており、この電圧は、例えば、典型的な用途で
は１０Ｖであり得る。この浮動電圧のサイズは、スタッ
クを通過する液体冷却剤の流れ及び冷却剤の電気伝導度
に関連する。なお、本文中で言及された全ての電圧は、
純粋に例を用いて与えられており、本発明の範囲即ち請
求の範囲を制限する任意の態様であると解釈されるべき
ではない。浮動電圧は、リード線２２を介してＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ２０の一方の入力部１８に印加される。Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータの他方の入力部２４は、リード線２
６、接触器２８及びリード線３０を介して、燃料電池ス
タックの最後の両極性プレート１６’に接続される。図
示の実施形態では、この最後の両極性プレート１６’
は、−１７５Ｖの電圧を運ぶ。単純化する目的のため、
燃料電池スタック１０の第１及び最後の両極性プレート
１６’のみが図２では示されている。他の燃料電池の位
置は、連係された冷却剤通路１７を表しているラインに
より象徴されている。従って、この場合におけるＤＣ／
ＤＣコンバータ２０に印加される電位差は、１８５Ｖで
ある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、２つの出力リード
線３２及び３４で２００Ｖの出力電圧を提供するように
設計され、この出力電圧は、パワーインバータモジュー
ル３６に印加され、これは、圧縮空気を燃料電池スタッ
クに供給するコンプレッサ（図示されないが、それ自体
周知されている）を駆動するための電気モーター３８に
パワーを供給する。パワーインバータモジュール３６
は、車輪を駆動するために使用される更なるＡＣモータ
ーにも接続される。パワーインバータモジュール３６及
びモーター３８、並びに、それらに接続された他の電子
機器は、ボックス４０及びグラウンド接続部４２Ａによ
り概略的に示されているように、全て接地されている。
燃料電池スタック１２を概略的に取り囲んでいるハウジ
ング４４Ａも４２Ｂにおいてアース接続され、パワーイ
ンバータモジュール３６のため接地されたハウジング４
０に、リード線４６を介して接続されている。
【００３２】図１の概略図に示されたように、燃料電池
を伴った両極性プレートの各々は、その内部に冷却通路
１７を有する。スタック１２の全ての燃料電池の冷却通
路路１７は、スタックの一方の側部で、スタック入口５
４から液体冷却剤を受け取る分配マニホルド５２へと接
続され、更に、スタックの他方の側部で、両極性プレー
ト１６を通してスタック出口５８に流れる冷却剤を向け
る収集マニホルド５６へと接続されている。スタックの
出口５８は、可撓性ホース６０を介して、本実施形態で
は２つの冷却ファン６６及び６８を備えたラジエータ６
４の入口６２に接続される。ラジエータ６４のマトリッ
クスを通って流れる液体冷却剤は、２つのファン６６及
び６８の作用による、ラジエータ６４のマトリックスを
通過する冷却空気との熱交換により冷却される。ラジエ
ータの出口７０から現れる液体冷却剤は、可撓性ホース
７２を介してポンプ７６の入口７４に向けられる。ポン
プ７６は、液体冷却剤を、出口７８及び更に可撓性ホー
ス８０を介して、スタック入口５４に供給する。図２で
は、４２Ｃは、ポンプ７６の金属ボディのシャシグラウ
ンドへの接続部を表しており、４２Ｄは、ラジエータの
金属マトリックスのシャシグラウンドへの接続部を表し
ている。更に加えて、図１の実施形態では、燃料電池ス
タック１０への入口５４を形成する入口スタブ８４は、
４２Ｅで接地されている。同様に、スタック出口５８を
形成する金属出口スタブ８６も、４２Ｆで接地されてい
る。
を伴った両極性プレートの各々は、その内部に冷却通路
１７を有する。スタック１２の全ての燃料電池の冷却通
路路１７は、スタックの一方の側部で、スタック入口５
４から液体冷却剤を受け取る分配マニホルド５２へと接
続され、更に、スタックの他方の側部で、両極性プレー
ト１６を通してスタック出口５８に流れる冷却剤を向け
る収集マニホルド５６へと接続されている。スタックの
出口５８は、可撓性ホース６０を介して、本実施形態で
は２つの冷却ファン６６及び６８を備えたラジエータ６
４の入口６２に接続される。ラジエータ６４のマトリッ
クスを通って流れる液体冷却剤は、２つのファン６６及
び６８の作用による、ラジエータ６４のマトリックスを
通過する冷却空気との熱交換により冷却される。ラジエ
ータの出口７０から現れる液体冷却剤は、可撓性ホース
７２を介してポンプ７６の入口７４に向けられる。ポン
プ７６は、液体冷却剤を、出口７８及び更に可撓性ホー
ス８０を介して、スタック入口５４に供給する。図２で
は、４２Ｃは、ポンプ７６の金属ボディのシャシグラウ
ンドへの接続部を表しており、４２Ｄは、ラジエータの
金属マトリックスのシャシグラウンドへの接続部を表し
ている。更に加えて、図１の実施形態では、燃料電池ス
タック１０への入口５４を形成する入口スタブ８４は、
４２Ｅで接地されている。同様に、スタック出口５８を
形成する金属出口スタブ８６も、４２Ｆで接地されてい
る。
【００３３】かくして、図２の構成では、燃料電池スタ
ックは、冷却剤通路が、分配マニホルド５２及び収集マ
ニホルド５６の間に並列に接続されている状態で、燃料
電池用の複数の該冷却剤通路１７を含んでいる。冷却回
路は、液体冷却剤をスタック１０及び冷却剤通路１７に
供給するための入口５４と、冷却剤通路を通った流れの
後にスタックから液体冷却剤を除去するための出口５８
と、ホース６０と、液体冷却剤を冷却するための熱交換
器及びポンプ７６にラジエータ出口７０を接続する可撓
性ホース７２により形成される流れラインとして設けら
れたラジエータ６４と、ポンプ７６と、ポンプ７６をス
タック入口８４に接続する可撓性ホース８０と、を含ん
でいる。かくして、冷却剤回路は、可撓性ホース７２、
可撓性ホース８０及び冷却剤回路内の液体冷却剤を循環
させるためのポンプ７６により形成された第１の流れラ
インと、スタック出口５８をラジエータ入口６２に接続
するホース６０により形成された第２の冷却剤流れライ
ンと、を備える。冷却剤回路は、複数の導体要素を含
む。これらは、典型的に複数のプレートから構築され、
とりわけ、冷却剤の流れのための、分配マニホルド５２
及び収集マニホルド５６を画成する、燃料電池スタック
の外側境界壁４４Ａを含んでいる。類似の態様で、プレ
ート構成物は、水素又は合成された水素の豊富なガスを
燃料電池のアノードに供給するための、並びに、空気及
びかくして大気中の酸素を燃料電池のカソードに供給す
るための、更なるマニホルド（図示せず）を画成する。
プレート構成物は、それ自体知られた態様で、燃料電池
スタック１０から離れた、アノード排気ガス及びカソー
ド排気ガスを伝達させるための追加のマニホルドを同様
に画成する。
ックは、冷却剤通路が、分配マニホルド５２及び収集マ
ニホルド５６の間に並列に接続されている状態で、燃料
電池用の複数の該冷却剤通路１７を含んでいる。冷却回
路は、液体冷却剤をスタック１０及び冷却剤通路１７に
供給するための入口５４と、冷却剤通路を通った流れの
後にスタックから液体冷却剤を除去するための出口５８
と、ホース６０と、液体冷却剤を冷却するための熱交換
器及びポンプ７６にラジエータ出口７０を接続する可撓
性ホース７２により形成される流れラインとして設けら
れたラジエータ６４と、ポンプ７６と、ポンプ７６をス
タック入口８４に接続する可撓性ホース８０と、を含ん
でいる。かくして、冷却剤回路は、可撓性ホース７２、
可撓性ホース８０及び冷却剤回路内の液体冷却剤を循環
させるためのポンプ７６により形成された第１の流れラ
インと、スタック出口５８をラジエータ入口６２に接続
するホース６０により形成された第２の冷却剤流れライ
ンと、を備える。冷却剤回路は、複数の導体要素を含
む。これらは、典型的に複数のプレートから構築され、
とりわけ、冷却剤の流れのための、分配マニホルド５２
及び収集マニホルド５６を画成する、燃料電池スタック
の外側境界壁４４Ａを含んでいる。類似の態様で、プレ
ート構成物は、水素又は合成された水素の豊富なガスを
燃料電池のアノードに供給するための、並びに、空気及
びかくして大気中の酸素を燃料電池のカソードに供給す
るための、更なるマニホルド（図示せず）を画成する。
プレート構成物は、それ自体知られた態様で、燃料電池
スタック１０から離れた、アノード排気ガス及びカソー
ド排気ガスを伝達させるための追加のマニホルドを同様
に画成する。
【００３４】本実施形態では、入口スラブ８６及び出口
スラブ８４は、金属構成要素であり、それらは、４２Ｅ
及び４２Ｆで別々に接地されている。それらは、合成密
封要素をそれらの間に介在させてもよいので、必ずしも
燃料電池スタック１０のプレート構成物と直接に電気的
接触する必要はない。
スラブ８４は、金属構成要素であり、それらは、４２Ｅ
及び４２Ｆで別々に接地されている。それらは、合成密
封要素をそれらの間に介在させてもよいので、必ずしも
燃料電池スタック１０のプレート構成物と直接に電気的
接触する必要はない。
【００３５】その上、既に説明したように、ポンプ７６
の導電ボディ、ラジエータ６４、燃料電池のため与える
ことができるハウジング４４、例えばハウジング４０等
の電気システムと連係された任意のハウジングは、全
て、シャシグラウンドに接続される。かくして、本実施
形態では、冷却回路と連係された導体要素の全ては、別
々に接地される。しかし、このことは本質的ではなく、
これらの要素のうち幾つか又は１つだけを接地すること
も可能である。しかし、少なくとも、スタックの冷却剤
入口又は出口に近接した導体要素を接地することが賢明
である。これは、スタックから更に離れた他の導体要素
が低い電気伝導度の冷却剤を介して効果的に接地される
ことを自動的に確実にする。この構成は、本発明の全て
の可能な実施形態に当てはまる。
の導電ボディ、ラジエータ６４、燃料電池のため与える
ことができるハウジング４４、例えばハウジング４０等
の電気システムと連係された任意のハウジングは、全
て、シャシグラウンドに接続される。かくして、本実施
形態では、冷却回路と連係された導体要素の全ては、別
々に接地される。しかし、このことは本質的ではなく、
これらの要素のうち幾つか又は１つだけを接地すること
も可能である。しかし、少なくとも、スタックの冷却剤
入口又は出口に近接した導体要素を接地することが賢明
である。これは、スタックから更に離れた他の導体要素
が低い電気伝導度の冷却剤を介して効果的に接地される
ことを自動的に確実にする。この構成は、本発明の全て
の可能な実施形態に当てはまる。
【００３６】図２の実施形態では、抵抗測定回路９０が
設けられている。この回路は、燃料電池スタックの第１
の燃料電池１２、即ち、スタック入口５４及びスタック
出口５８に最も近い燃料電池に接続されており、その他
方のターミナルでは、４２Ｇで示されたようにシャシグ
ラウンドに接続されている。電流測定回路は、シャシグ
ラウンド４２Ｇ及び第１の燃料電池１２の間の交流電圧
を重ね合わせることにより、印加された交流電圧の結果
として流れる交流電流を測定することにより作動する。
交流電圧の周波数及びかくして交流電流の周波数は、例
えば、おおよそ５０Ｈｚであってもよい。この交流電流
は、燃料電池の作動に影響を与えずに、第１の燃料電池
及びシャシグラウンドの間の抵抗を、次のオームの法則
を使用することによって測定することを可能にする。
設けられている。この回路は、燃料電池スタックの第１
の燃料電池１２、即ち、スタック入口５４及びスタック
出口５８に最も近い燃料電池に接続されており、その他
方のターミナルでは、４２Ｇで示されたようにシャシグ
ラウンドに接続されている。電流測定回路は、シャシグ
ラウンド４２Ｇ及び第１の燃料電池１２の間の交流電圧
を重ね合わせることにより、印加された交流電圧の結果
として流れる交流電流を測定することにより作動する。
交流電圧の周波数及びかくして交流電流の周波数は、例
えば、おおよそ５０Ｈｚであってもよい。この交流電流
は、燃料電池の作動に影響を与えずに、第１の燃料電池
及びシャシグラウンドの間の抵抗を、次のオームの法則
を使用することによって測定することを可能にする。
【００３７】
Ｒ−ＩＳＯ＝交流電流により除算された交流電圧
全てのグラウンド接続部４２Ａ乃至４２Ｇがなされると
ころのシャシグラウンドは、例えば車両のシャシとする
ことができる。回路９０により決定されたときの抵抗値
Ｒ−ＩＳＯは、矢印９２により概略的に示されたよう
に、モニター９４に送られる。このモニターは、測定さ
れた抵抗値と、モニター９２に記憶され又はターミナル
９３を介してモニターに入力された少なくとも１つの所
定の閾値との間の比較をもたらす。例えば、モニター９
４は、測定された抵抗値を、抵抗用の上限閾値及び下限
閾値と比較することができる。測定された抵抗がこれら
の閾値内にある場合、使用されている冷却剤は、正しい
電気伝導度を持っていると仮定される。
ころのシャシグラウンドは、例えば車両のシャシとする
ことができる。回路９０により決定されたときの抵抗値
Ｒ−ＩＳＯは、矢印９２により概略的に示されたよう
に、モニター９４に送られる。このモニターは、測定さ
れた抵抗値と、モニター９２に記憶され又はターミナル
９３を介してモニターに入力された少なくとも１つの所
定の閾値との間の比較をもたらす。例えば、モニター９
４は、測定された抵抗値を、抵抗用の上限閾値及び下限
閾値と比較することができる。測定された抵抗がこれら
の閾値内にある場合、使用されている冷却剤は、正しい
電気伝導度を持っていると仮定される。
【００３８】例えばツール等の物体が、９６で概略示さ
れているように、高電圧電気システムと不適切に接触し
ている場合、ツールが高電圧電気システムと接触してい
る場所に拘わらず、測定抵抗に有意な変化が検出される
であろう。モニター９４は、燃料電池の高電圧側から電
気システムを遮断するため、リード線９８を介して接触
器２８をトリガーするように構成され、かくして、９６
で概略示され且つ４２Ｈでグラウンドと接触されると仮
定されたツールに起因した危険な状況を防止する。
れているように、高電圧電気システムと不適切に接触し
ている場合、ツールが高電圧電気システムと接触してい
る場所に拘わらず、測定抵抗に有意な変化が検出される
であろう。モニター９４は、燃料電池の高電圧側から電
気システムを遮断するため、リード線９８を介して接触
器２８をトリガーするように構成され、かくして、９６
で概略示され且つ４２Ｈでグラウンドと接触されると仮
定されたツールに起因した危険な状況を防止する。
【００３９】その上、燃料電池システム又は電気システ
ムへのアクシデント的損傷の結果として、グラウンドの
欠陥が生じた場合、これは、測定抵抗の変化を生じさ
せ、接触器２８が離され、燃料電池システムの停止へと
導く可能性が高くなる。同様に、例えば燃料電池への損
傷に起因して、又は、可撓性ボース６０、７２若しくは
８０のうち一つがねじれたり、他の仕方で損傷を受ける
ことに起因して、冷却システムが損傷を受けた場合、こ
のことは、抵抗Ｒ−ＩＳＯの測定可能な変化へと導き、
当該変化の厳しさに応じて、本システムは、リード線９
８を介して停止されるか、或いは、リード線１０２を介
してモニター９４にも接続された警告ランプ１００を介
して警告信号を与えることができる。可撓性ホース６
０、７２又は８０は、典型的には絶縁ホースであるが、
補強モール等の金属製構成要素も備えてもよく、これ
は、シャシグラウンドにも接続されなければならない。
グラウンド欠陥がホースの欠陥に起因して生じた場合、
これは、抵抗の変化を引き起こし、モニター９４により
検出される。
ムへのアクシデント的損傷の結果として、グラウンドの
欠陥が生じた場合、これは、測定抵抗の変化を生じさ
せ、接触器２８が離され、燃料電池システムの停止へと
導く可能性が高くなる。同様に、例えば燃料電池への損
傷に起因して、又は、可撓性ボース６０、７２若しくは
８０のうち一つがねじれたり、他の仕方で損傷を受ける
ことに起因して、冷却システムが損傷を受けた場合、こ
のことは、抵抗Ｒ−ＩＳＯの測定可能な変化へと導き、
当該変化の厳しさに応じて、本システムは、リード線９
８を介して停止されるか、或いは、リード線１０２を介
してモニター９４にも接続された警告ランプ１００を介
して警告信号を与えることができる。可撓性ホース６
０、７２又は８０は、典型的には絶縁ホースであるが、
補強モール等の金属製構成要素も備えてもよく、これ
は、シャシグラウンドにも接続されなければならない。
グラウンド欠陥がホースの欠陥に起因して生じた場合、
これは、抵抗の変化を引き起こし、モニター９４により
検出される。
【００４０】図２に示されるように、選択された燃料電
池１２及びシャシグラウンド４２Ｇの間の電位差を測定
するように構成された回路９１が設けられるのが特に好
ましい。Ｖ−ＩＳＯとして示された対応する電位差信号
は、矢印１０４により示されたように、モニター９４に
通される。電圧監視回路は、信号から電気ノイズを消去
するため、ローパスフィルター（図示せず）を含むのが
好ましい。
池１２及びシャシグラウンド４２Ｇの間の電位差を測定
するように構成された回路９１が設けられるのが特に好
ましい。Ｖ−ＩＳＯとして示された対応する電位差信号
は、矢印１０４により示されたように、モニター９４に
通される。電圧監視回路は、信号から電気ノイズを消去
するため、ローパスフィルター（図示せず）を含むのが
好ましい。
【００４１】図３は、本発明の教えに従った燃料電池ス
タック用の電気絶縁システムの更なる例を示している。
同じ参照番号が前の実施形態と関連して使用されたよう
に図３の実施形態の説明に対しても使用されるが、両実
施形態の明確な差異を可能にするため、基本数１００が
加算されている。図１及び図２の実施形態の特徴に与え
られた説明は、同じ最後２桁の番号を持つ参照番号を有
する、図３の構成要素にも適用される。
タック用の電気絶縁システムの更なる例を示している。
同じ参照番号が前の実施形態と関連して使用されたよう
に図３の実施形態の説明に対しても使用されるが、両実
施形態の明確な差異を可能にするため、基本数１００が
加算されている。図１及び図２の実施形態の特徴に与え
られた説明は、同じ最後２桁の番号を持つ参照番号を有
する、図３の構成要素にも適用される。
【００４２】図３の実施形態の燃料電池スタック１１０
は、直列に電気接続された、第１及び第２のサブスタッ
ク１１０Ａ及び１１０Ｂを含むが、これらのサブスタッ
クの冷却剤通路１７の組は並列に接続されている。かく
して、燃料電池スタックの入口１５４は、夫々の入口ス
タブ１８４を介して前記冷却剤通路のサブセットの各々
に冷却剤を供給し、燃料電池スタック出口１５８は、夫
々の出口スタブ１８６を介して前記冷却剤通路セットの
各々から冷却剤を受け取る。これらのサブスタックの各
々の第１の燃料電池１１２Ａ及び１１２Ｂは、金属プレ
ート２０６を介して一緒に電気的に接続され、抵抗監視
回路１９０及び電圧監視回路１９１は、２つの相互接続
された第１の電池１１２Ａ及び１１２Ｂに接続される。
高電圧スタックと共に、サブスタック１１０Ａ及び１１
０Ｂの第１の電池１１２Ａ及び１１２Ｂを接続する金属
プレート２０６は、図１及び図２の実施形態のように、
典型的に０Ｖ及び１０Ｖの間にある電圧を伝達する。こ
のことは、サブスタック１１０Ｂの反対側端部での燃料
電池１１２Ｃは、例えば−１７５Ｖの負の電位を持ち、
その一方で、他のサブスタック１１０Ａの対応する端部
における端部燃料電池１１２Ｄは、例えば、＋１７５Ｖ
の正の電位を持つことを意味する。
は、直列に電気接続された、第１及び第２のサブスタッ
ク１１０Ａ及び１１０Ｂを含むが、これらのサブスタッ
クの冷却剤通路１７の組は並列に接続されている。かく
して、燃料電池スタックの入口１５４は、夫々の入口ス
タブ１８４を介して前記冷却剤通路のサブセットの各々
に冷却剤を供給し、燃料電池スタック出口１５８は、夫
々の出口スタブ１８６を介して前記冷却剤通路セットの
各々から冷却剤を受け取る。これらのサブスタックの各
々の第１の燃料電池１１２Ａ及び１１２Ｂは、金属プレ
ート２０６を介して一緒に電気的に接続され、抵抗監視
回路１９０及び電圧監視回路１９１は、２つの相互接続
された第１の電池１１２Ａ及び１１２Ｂに接続される。
高電圧スタックと共に、サブスタック１１０Ａ及び１１
０Ｂの第１の電池１１２Ａ及び１１２Ｂを接続する金属
プレート２０６は、図１及び図２の実施形態のように、
典型的に０Ｖ及び１０Ｖの間にある電圧を伝達する。こ
のことは、サブスタック１１０Ｂの反対側端部での燃料
電池１１２Ｃは、例えば−１７５Ｖの負の電位を持ち、
その一方で、他のサブスタック１１０Ａの対応する端部
における端部燃料電池１１２Ｄは、例えば、＋１７５Ｖ
の正の電位を持つことを意味する。
【００４３】図３の実施形態の電気システムは、図１の
実施形態に対応しており、同じ態様で接地されている。
同様に、図３の実施形態の燃料電池スタック１１０Ａ及
び１１０Ｂを取り囲んでいるハウジング１４４Ａは、１
４２Ｂで示されたように接地され、個々の入口及び出口
及びスタブ１８４及び１８６は、夫々１４２Ｅ及び１４
２Ｆで示されたように各々接地されている。可撓性分岐
ライン２０８は、スタック入口１５４を入口スタブ１８
４に接続し、可撓性分岐ライン２１０は、液体冷却剤用
のサブスタック出口１８６をシャシスタック出口１５８
に接続する。可撓性ホース１８０は、図２の構成と類似
の態様でポンプ１７６に導く。該ポンプは、ホース１７
２によりラジエータ１６４に接続される。可撓性ホース
１６０は、サブスタックからラジエータ１６４に液体冷
却剤を戻す。欠陥検出は、図２の実施形態と正確に同じ
態様で、本実施形態においても達成される。本実施形態
では、高電圧ライン１２６及び１２２の各々の遮断を可
能にするため、２つの接触器１２８Ａ及び１２８Ｂを設
けている。
実施形態に対応しており、同じ態様で接地されている。
同様に、図３の実施形態の燃料電池スタック１１０Ａ及
び１１０Ｂを取り囲んでいるハウジング１４４Ａは、１
４２Ｂで示されたように接地され、個々の入口及び出口
及びスタブ１８４及び１８６は、夫々１４２Ｅ及び１４
２Ｆで示されたように各々接地されている。可撓性分岐
ライン２０８は、スタック入口１５４を入口スタブ１８
４に接続し、可撓性分岐ライン２１０は、液体冷却剤用
のサブスタック出口１８６をシャシスタック出口１５８
に接続する。可撓性ホース１８０は、図２の構成と類似
の態様でポンプ１７６に導く。該ポンプは、ホース１７
２によりラジエータ１６４に接続される。可撓性ホース
１６０は、サブスタックからラジエータ１６４に液体冷
却剤を戻す。欠陥検出は、図２の実施形態と正確に同じ
態様で、本実施形態においても達成される。本実施形態
では、高電圧ライン１２６及び１２２の各々の遮断を可
能にするため、２つの接触器１２８Ａ及び１２８Ｂを設
けている。
【００４４】図４は、本発明に係る、燃料電池スタック
用の電気絶縁システムの更なる実施形態を示している。
再び、同じ基本的な参照番号が図１と同様に使用される
が、本実施形態と区別することを可能にするように、２
００が加算されている。再び、以前の実施形態の構成要
素に関して与えられた説明は、最後２桁の対応する参照
番号を有する図４の実施形態の構成要素にも適用される
が、他の図面で対応物を持っていない構成要素は、新し
い参照番号を使用して説明されよう。
用の電気絶縁システムの更なる実施形態を示している。
再び、同じ基本的な参照番号が図１と同様に使用される
が、本実施形態と区別することを可能にするように、２
００が加算されている。再び、以前の実施形態の構成要
素に関して与えられた説明は、最後２桁の対応する参照
番号を有する図４の実施形態の構成要素にも適用される
が、他の図面で対応物を持っていない構成要素は、新し
い参照番号を使用して説明されよう。
【００４５】図４の実施形態では、燃料電池スタック２
１０は、個々のサブスタック２１０Ａ、２１０Ｂ、２１
０Ｃ及び２１０Ｄを含む。４つのサブスタックの全ての
燃料電池は、直列に即ち各サブスタック中で相互に電気
接続されており、個々のサブスタックはリード線３１１
を介して一緒に接続されている。回路モニター２９４
は、リード線３１３を介して、サブスタック２１０Ａ及
び２１０Ｂの各々の第１の燃料電池の隣接する両極性プ
レート（図示せず）に接続され、これらの両極性プレー
トは、典型的には０Ｖ及び１０Ｖの間の範囲にある浮動
電位を有する。サブスタック２１０Ｄの最左手側端部に
おける燃料電池は、本実施形態では、−２００Ｖの電位
を有し、その一方で、サブスタック２１０Ａの最右手側
端部における燃料電池は、＋２００Ｖの電位を有する。
液体冷却剤のためのスタック入口は、参照番号２５４に
より示されており、スタック出口は、参照番号２５８に
より示されている。本実施形態では、燃料電池サブスタ
ック２１０Ａ、２１０Ｃ、２１０Ｂ及び２１０Ｄの全て
の冷却通路２１７は、共通のスタック入口２５４及び共
通のスタック出口２５８を介して、並列に、液体冷却剤
が供給されるということが理解できる。
１０は、個々のサブスタック２１０Ａ、２１０Ｂ、２１
０Ｃ及び２１０Ｄを含む。４つのサブスタックの全ての
燃料電池は、直列に即ち各サブスタック中で相互に電気
接続されており、個々のサブスタックはリード線３１１
を介して一緒に接続されている。回路モニター２９４
は、リード線３１３を介して、サブスタック２１０Ａ及
び２１０Ｂの各々の第１の燃料電池の隣接する両極性プ
レート（図示せず）に接続され、これらの両極性プレー
トは、典型的には０Ｖ及び１０Ｖの間の範囲にある浮動
電位を有する。サブスタック２１０Ｄの最左手側端部に
おける燃料電池は、本実施形態では、−２００Ｖの電位
を有し、その一方で、サブスタック２１０Ａの最右手側
端部における燃料電池は、＋２００Ｖの電位を有する。
液体冷却剤のためのスタック入口は、参照番号２５４に
より示されており、スタック出口は、参照番号２５８に
より示されている。本実施形態では、燃料電池サブスタ
ック２１０Ａ、２１０Ｃ、２１０Ｂ及び２１０Ｄの全て
の冷却通路２１７は、共通のスタック入口２５４及び共
通のスタック出口２５８を介して、並列に、液体冷却剤
が供給されるということが理解できる。
【００４６】かくして、本実施形態では、回路モニター
２９０は、スタック入口２５４及びスタック出口２５８
に最も近接した燃料電池に再び接続される。電圧測定回
路２９１の、及び、本実施形態のモニター２９４の抵抗
測定回路２９０の作動態様は、前述した実施形態のもの
と正確に同じである。
２９０は、スタック入口２５４及びスタック出口２５８
に最も近接した燃料電池に再び接続される。電圧測定回
路２９１の、及び、本実施形態のモニター２９４の抵抗
測定回路２９０の作動態様は、前述した実施形態のもの
と正確に同じである。
【００４７】導電性の入口スタブ及び出口スタブが燃料
電池スタック若しくは燃料電池サブスタックに対して使
用される場合、これらはシャシグラウンドに接続される
べきである。しかし、本来は、入口スタブ及び出口スタ
ブを例えば適切なプラスチック等の非導電性材料で作る
ことが好ましい。この理由は、例えばポンプ又はラジエ
ータ等の次の接地要素への抵抗性経路の長さが増加さ
れ、測定された抵抗の実際の値が高くなり、これは、な
された測定の感度を改善するからである。
電池スタック若しくは燃料電池サブスタックに対して使
用される場合、これらはシャシグラウンドに接続される
べきである。しかし、本来は、入口スタブ及び出口スタ
ブを例えば適切なプラスチック等の非導電性材料で作る
ことが好ましい。この理由は、例えばポンプ又はラジエ
ータ等の次の接地要素への抵抗性経路の長さが増加さ
れ、測定された抵抗の実際の値が高くなり、これは、な
された測定の感度を改善するからである。
【００４８】抵抗測定回路１９０、電圧測定回路１９１
及び監視回路１９４を含む、図３の監視システムのため
の等価回路が図５に示されている。図５の回路図では、
ポイント１１２’が、選択された燃料電池１１２Ａ及び
１１２Ｂへの、即ち、これらの燃料電池の接続された両
極性プレートへの監視回路の接続部を表している。抵抗
Ｒcoolantは、第１の燃料電池１１２’及びシャシグラ
ウンド１４２Ｇの間に与えられた他の寄生的な抵抗を表
している。抵抗Ｒ0は、第１の燃料電池１１２Ａ及び１
１２Ｂと、シャシグラウンド１４２Ｇとの間に与えられ
た他の寄生抵抗を表しており、全ての抵抗は並列に配列
されたものとみなされるべきである。かくして、ポイン
ト１１２’とシャシグラウンド１４２Ｇとの間で並列に
接続された抵抗により形成された有効抵抗Ｒ−ＩＳＯが
存在している。図３で示されたような高電圧スタックに
対しては、ポイント１１２’における電圧は、電圧ＶＡ
及びＶＢにより決定され、これらの電圧は、通常は同じ
であるべきであるが、とりわけサブスタック１１０Ａ及
び１１０Ｂの各々の（意図せざる）物理的相違に起因し
て、及び、サブスタックの各々の冷却剤の流れ速度及び
電気伝導度の結果として、実際にはしばしばばらつきが
ある。サブスタック１１０Ａ及び１１０Ｂの各々は、夫
々の接触器１２８Ａ、１２８Ｂを介して、燃料電池スタ
ックの夫々の出力ターミナルに接続されている。
及び監視回路１９４を含む、図３の監視システムのため
の等価回路が図５に示されている。図５の回路図では、
ポイント１１２’が、選択された燃料電池１１２Ａ及び
１１２Ｂへの、即ち、これらの燃料電池の接続された両
極性プレートへの監視回路の接続部を表している。抵抗
Ｒcoolantは、第１の燃料電池１１２’及びシャシグラ
ウンド１４２Ｇの間に与えられた他の寄生的な抵抗を表
している。抵抗Ｒ0は、第１の燃料電池１１２Ａ及び１
１２Ｂと、シャシグラウンド１４２Ｇとの間に与えられ
た他の寄生抵抗を表しており、全ての抵抗は並列に配列
されたものとみなされるべきである。かくして、ポイン
ト１１２’とシャシグラウンド１４２Ｇとの間で並列に
接続された抵抗により形成された有効抵抗Ｒ−ＩＳＯが
存在している。図３で示されたような高電圧スタックに
対しては、ポイント１１２’における電圧は、電圧ＶＡ
及びＶＢにより決定され、これらの電圧は、通常は同じ
であるべきであるが、とりわけサブスタック１１０Ａ及
び１１０Ｂの各々の（意図せざる）物理的相違に起因し
て、及び、サブスタックの各々の冷却剤の流れ速度及び
電気伝導度の結果として、実際にはしばしばばらつきが
ある。サブスタック１１０Ａ及び１１０Ｂの各々は、夫
々の接触器１２８Ａ、１２８Ｂを介して、燃料電池スタ
ックの夫々の出力ターミナルに接続されている。
【００４９】かくして、回路９０は、例えばＡＣ電流注
入及びＡＣ電圧測定により、第１の燃料電池１１２’と
グラウンドとの間の抵抗を測定する。電圧測定回路１９
１は、第１の燃料電池１１２’とグラウンド１４２Ｇと
の間の電位差を測定するが、典型的には、電気ノイズを
無くすため、上述したローパスフィルターを含んでい
る。
入及びＡＣ電圧測定により、第１の燃料電池１１２’と
グラウンドとの間の抵抗を測定する。電圧測定回路１９
１は、第１の燃料電池１１２’とグラウンド１４２Ｇと
の間の電位差を測定するが、典型的には、電気ノイズを
無くすため、上述したローパスフィルターを含んでい
る。
【００５０】電気システムの絶縁の分析を可能にする、
回路モニター１９４に記憶されたアルゴリズムは、例え
ば、次の態様で設定される。５００オーム／ボルトの所
望の欠陥電流の検出が存在すると仮定した場合、この欠
陥電流は、２ｍＡとして表すことができる。電圧モニタ
ーが例えば１０Ｖの大きさの誤差読み取りを示した場
合、抵抗モニターにより生み出された読み取り値、即ち
Ｒ−ＩＳＯは、次式の値以上である場合に許容可能であ
るとみなされる。
回路モニター１９４に記憶されたアルゴリズムは、例え
ば、次の態様で設定される。５００オーム／ボルトの所
望の欠陥電流の検出が存在すると仮定した場合、この欠
陥電流は、２ｍＡとして表すことができる。電圧モニタ
ーが例えば１０Ｖの大きさの誤差読み取りを示した場
合、抵抗モニターにより生み出された読み取り値、即ち
Ｒ−ＩＳＯは、次式の値以上である場合に許容可能であ
るとみなされる。
【００５１】Ｒ−ＩＳＯ＝１０Ｖ／２ｍＡ＝５ｋΩ
即ち、電圧モニター範囲に対するモニター閾値は、この
例の場合、＋１０Ｖ及び−１０Ｖである。電圧がこの範
囲、即ち＋１０Ｖ及び−１０Ｖの間内に留まる限り、本
システムは、５ＫΩより低下しないＲ−ＩＳＯを提供し
ており、受容可能に作動しているとみなされる。
例の場合、＋１０Ｖ及び−１０Ｖである。電圧がこの範
囲、即ち＋１０Ｖ及び−１０Ｖの間内に留まる限り、本
システムは、５ＫΩより低下しないＲ−ＩＳＯを提供し
ており、受容可能に作動しているとみなされる。
【００５２】ここで、接触器１２８Ｂにおいて欠陥が現
れた場合、この効果は、ポイント１１２’における電
圧、いわば１２Ｖを増加させることである。通常では、
本システムは、＋１２Ｖのこの値が許容可能な範囲の外
側にあるので、停止される。しかし、Ｒ−ＩＳＯの測定
値がまだ５ｋΩである場合には、本システムのコントロ
ーラは、例えば、スタックの作動維持を可能にするよう
にプログラムされることができる。これは、欠陥電流Ｉ
−ＩＳＯが、許容可能であるとみなすことができる、１
２Ｖ／５ｋΩ＝２．４ｍＡにまで上がったことを意味す
る。
れた場合、この効果は、ポイント１１２’における電
圧、いわば１２Ｖを増加させることである。通常では、
本システムは、＋１２Ｖのこの値が許容可能な範囲の外
側にあるので、停止される。しかし、Ｒ−ＩＳＯの測定
値がまだ５ｋΩである場合には、本システムのコントロ
ーラは、例えば、スタックの作動維持を可能にするよう
にプログラムされることができる。これは、欠陥電流Ｉ
−ＩＳＯが、許容可能であるとみなすことができる、１
２Ｖ／５ｋΩ＝２．４ｍＡにまで上がったことを意味す
る。
【００５３】そのうちに、冷却剤の抵抗は、典型的に電
解質等の加齢効果のため低下する。この抵抗は、例えば
４ｋΩにまで低下し得る。これは、欠陥電流Ｉ−ＩＳＯ
が１２Ｖ／４ｋΩ＝３ｍＡであり、この値はもはや許容
可能ではないであろうことを意味している。
解質等の加齢効果のため低下する。この抵抗は、例えば
４ｋΩにまで低下し得る。これは、欠陥電流Ｉ−ＩＳＯ
が１２Ｖ／４ｋΩ＝３ｍＡであり、この値はもはや許容
可能ではないであろうことを意味している。
【００５４】しかし、ポイント１１２’における電圧が
まだ１０Ｖの状態（２．５ｍＡの欠陥電流に等価）にお
ける、４ｋΩへの抵抗低下は、まだ耐えることができる
ものとみなすことができる。
まだ１０Ｖの状態（２．５ｍＡの欠陥電流に等価）にお
ける、４ｋΩへの抵抗低下は、まだ耐えることができる
ものとみなすことができる。
【００５５】この例から、特に許容できる欠陥電流値に
関して有する抵抗及び電圧に対する適用性閾値の使用
は、閾値の一つが超えられると直ちに停止されることが
無いように、スタックを作動させることを可能にし、か
くして、実行中の不必要な停止を避けることができるこ
とが理解できる。
関して有する抵抗及び電圧に対する適用性閾値の使用
は、閾値の一つが超えられると直ちに停止されることが
無いように、スタックを作動させることを可能にし、か
くして、実行中の不必要な停止を避けることができるこ
とが理解できる。
【００５６】Ｒ−ＩＳＯが突然５ｋΩより低下して、ポ
イント１１２’における電位差が１０Ｖを超えて上昇す
る場合、これは、Ｒ−ＩＳＯが、冷却剤の劣化に起因し
て減少したのではなく、抵抗Ｒcoolantに並列に接続さ
れた抵抗の他の望ましくない変化に起因して減少したと
いう示唆として受け取ることができる。例えば、１９６
で概略的に示されたツールが電気回路の高電圧要素に接
触していることに起因して生じたものと受け取ることが
できる。いずれの場合にも、警告信号を与えることがで
き、及び／又は、接触器を引き離すか及び／又は燃料電
池スタックを停止させることができる。
イント１１２’における電位差が１０Ｖを超えて上昇す
る場合、これは、Ｒ−ＩＳＯが、冷却剤の劣化に起因し
て減少したのではなく、抵抗Ｒcoolantに並列に接続さ
れた抵抗の他の望ましくない変化に起因して減少したと
いう示唆として受け取ることができる。例えば、１９６
で概略的に示されたツールが電気回路の高電圧要素に接
触していることに起因して生じたものと受け取ることが
できる。いずれの場合にも、警告信号を与えることがで
き、及び／又は、接触器を引き離すか及び／又は燃料電
池スタックを停止させることができる。
【００５７】他方で、電流モニターが、少なくとも初期
に現れたものよりも５ｋΩより大きいことを示した場
合、電気的絶縁が正確に機能していることを意味する。
しかし、チェックとして、電流Ｉ−ＩＳＯは、式Ｉ−Ｉ
ＳＯ＝Ｖ−ＩＳＯ／Ｒ−ＩＳＯを使用して計算すること
ができる。Ｉ−ＩＳＯの値が２ｍＡより大きい場合、再
び、これは、例えばグラウンド欠陥等の欠陥を示してお
り、再度警告を発することができ、接触器を引き離すこ
とができ、そして燃料電池を停止させることができる。
に現れたものよりも５ｋΩより大きいことを示した場
合、電気的絶縁が正確に機能していることを意味する。
しかし、チェックとして、電流Ｉ−ＩＳＯは、式Ｉ−Ｉ
ＳＯ＝Ｖ−ＩＳＯ／Ｒ−ＩＳＯを使用して計算すること
ができる。Ｉ−ＩＳＯの値が２ｍＡより大きい場合、再
び、これは、例えばグラウンド欠陥等の欠陥を示してお
り、再度警告を発することができ、接触器を引き離すこ
とができ、そして燃料電池を停止させることができる。
【００５８】なお、本発明は、特定の閾値に限定される
ものではないことに留意するべきである。適用的な閾値
を使用することは、燃料電池スタックの不必要な停止を
防止することを可能ならしめる。
ものではないことに留意するべきである。適用的な閾値
を使用することは、燃料電池スタックの不必要な停止を
防止することを可能ならしめる。
【００５９】本発明は、ＰＥＭ燃料電池に限定されず、
基本的には、液体冷却剤を利用する全ての既知の燃料電
池で使用することができることに留意するべきである。
更に、回路モニターを、例えば測定抵抗及び測定電位差
の変化に関連した診断情報等の情報を示すディスプレイ
（図示せず）に接続することも可能である。
基本的には、液体冷却剤を利用する全ての既知の燃料電
池で使用することができることに留意するべきである。
更に、回路モニターを、例えば測定抵抗及び測定電位差
の変化に関連した診断情報等の情報を示すディスプレイ
（図示せず）に接続することも可能である。
【図１】図１は、燃料電池スタックの２つの隣接する燃
料電池を通した、破断された断面図である。
料電池を通した、破断された断面図である。
【図２】図２は、冷却剤回路、及び、本図では単一のス
タックの形態にある燃料電池スタックの電力システムを
示す、本発明に係る燃料電池スタックのための絶縁シス
テムの概略図である。
タックの形態にある燃料電池スタックの電力システムを
示す、本発明に係る燃料電池スタックのための絶縁シス
テムの概略図である。
【図３】図３は、図２に類似した概略図であるが、ダブ
ルスタックを組み込んだ、本発明に係る実施形態の図で
ある。
ルスタックを組み込んだ、本発明に係る実施形態の図で
ある。
【図４】図４は、連係した冷却システムを備えた多重ス
タック構成の本発明の別の実施形態に係る概略図であ
る。
タック構成の本発明の別の実施形態に係る概略図であ
る。
【図５】図５は、図３の実施形態に対する等価回路の概
略図である。
略図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ハルトムート・ヒンツ
ドイツ国61476 クローンベルク，アオ
フ・デア・ハイデ ６
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX09
5H027 AA06 CC06 KK51 KK54 MM26
Claims (26)
- 【請求項１】 直列に接続された複数の燃料電池と、限
定された電気伝導度を有する液体冷却剤を使用して作動
中の前記燃料電池を冷却するための冷却回路と、を含む
燃料電池スタックのための、電気絶縁システムであっ
て、 前記燃料電池スタックがシャシグラウンドを有するシャ
シに連係され、前記燃料電池のための複数の冷却剤通路
を備え、該冷却剤通路が一緒に接続されており、 前記
冷却回路は、 前記液体冷却剤を、前記スタック及び前記冷却剤通路に
供給するための入口と、 前記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前記ス
タックから前記液体冷却剤を取り出すための出口と、 前記液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設けら
れた、入口及び出口を有するラジエータと、 前記ラジエータの出口を前記燃料電池スタックの入口に
接続する、第１の冷却剤流れラインと、 前記スタックの出口を前記ラジエータの入口に接続す
る、第２の冷却剤流れラインと、 前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるためのポンプ
と、を備えており、 前記冷却回路は、複数の導体要素を更に備え、該導体要
素のうち少なくとも１つが前記シャシグラウンドに接続
されており、 前記燃料電池の選択された１つと該シャシグラウンドと
の間の抵抗を測定するための測定回路が設けられてい
る、前記電気絶縁システム。 - 【請求項２】 前記冷却剤通路は、並列、直列、並び
に、部分的に並列及び部分的に直列のうちいずれか１つ
の態様で一緒に接続されている、請求項１に記載の電気
絶縁システム。 - 【請求項３】 前記燃料電池スタックは外側境界壁を有
しており、前記複数の導体要素は、前記外側境界壁、前
記ラジエータ及び前記ポンプのうち少なくとも１つであ
る、請求項１に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項４】 前記燃料電池のうち選択された１つは、
前記スタック入口に最も近い燃料電池である、請求項１
に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項５】 前記燃料電池のうち選択された１つは、
前記スタック出口に最も近い燃料電池である、請求項１
に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項６】 両極性プレートが隣接する燃料電池の間
に設けられ、該両極性プレートは該燃料電池を物理的に
分離するが、該燃料電池の間を電気的に接続する、請求
項１に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項７】 前記電気測定回路は、前記両極性プレー
トのうち１つと前記シャシグラウンドとの間の抵抗を測
定するように構成される、請求項６に記載の電気絶縁シ
ステム。 - 【請求項８】 両極性プレートが設けられており、前記
測定回路は、前記スタック入口に最も近い前記燃料電池
の入口側における両極性プレートに接続されている、請
求項２に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項９】 両極性プレートが設けられており、前記
測定回路は、前記スタック出口に最も近い前記燃料電池
の出口側における両極性プレートに接続されている、請
求項３に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項１０】 前記抵抗測定回路は、前記両極性プレ
ートのうち１つと前記シャシグラウンドとの間に交流電
流を差し向け、該交流電流を使用して前記抵抗測定を実
行するように構成される、請求項１に記載の電気絶縁シ
ステム。 - 【請求項１１】 前記燃料電池スタックは、連係された
電気出力システム、少なくとも１つの出力ターミナル、
及び、該出力ターミナルの各々を前記電気出力システム
に接続するための接触器を有し、 前記電気絶縁システムは、前記測定抵抗に対応する値を
受け取り、少なくとも１つの所定の選択された閾値との
比較を実行し、該比較の結果が好ましくない場合、
（ａ）警告を発し、（ｂ）前記接触器を引き離し、及
び、（ｃ） 前記スタックの停止を開始する、各動作の
うち少なくとも１つを実行するようになった、回路モニ
ターを更に含んでいる、請求項１に記載の電気絶縁シス
テム。 - 【請求項１２】 前記燃料電池のうち選択された１つと
前記シャシグラウンドとの間の電位差を測定するための
更なる回路を含む、請求項１に記載の電気絶縁システ
ム。 - 【請求項１３】 前記燃料電池のうち選択された１つと
前記シャシグラウンドとの間の電位差を測定するための
更なる回路を含み、 前記回路モニターは、前記比較が実行されるとき、前記
測定抵抗に加えて前記電位差を考慮するようになったア
ルゴリズムが設けられている、請求項１１に記載の電気
絶縁システム。 - 【請求項１４】 前記アルゴリズムは、ソフトウェアプ
ログラムとして前記モニター内に記憶されている、請求
項１３に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項１５】 前記電位差測定回路は、ローパスフィ
ルターを含んでいる、請求項１２に記載の電気絶縁シス
テム。 - 【請求項１６】 警告装置、欠陥の存在を示すため前記
抵抗測定回路に接続されたディスプレイ、欠陥に関する
情報を表示するため前記抵抗測定回路に接続されたディ
スプレイ、欠陥の存在を示すため前記回路モニターに接
続されたディスプレイ、及び、欠陥に関する情報を表示
するため前記回路モニターに接続されたディスプレイの
うち少なくとも１つを更に含む、請求項１１に記載の電
気絶縁システム。 - 【請求項１７】 前記燃料電池スタックが、該燃料電池
スタックの高電圧出力ターミナルに接続された出力リー
ド線に与えられた少なくとも１つの接触器を更に含み、 前記測定回路及び前記回路モニターの少なくとも１つの
が、危険な欠陥の可能性を示す、好ましくない比較の結
果がもたらされた場合、前記接触器を引き離すようにな
っている、請求項１１に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項１８】 前記燃料電池スタックは、少なくと
も、第１及び第２のサブスタックを含み、該サブスタッ
クの各々は、夫々の組の冷却剤通路を有し、該サブスタ
ックは、電気的に直列接続され、前記サブスタックの前
記組は並列に接続され、これにより、前記燃料電池スタ
ックの入口が、前記冷却剤通路の組の各々に冷却剤を供
給し、該燃料電池スタックの出口が、該冷却剤通路の組
の各々から冷却剤を受け取るようになった、請求項１に
記載の電気絶縁システム。 - 【請求項１９】 前記燃料電池スタックは、前記スタッ
ク入口を形成する前記少なくとも１つの金属製入口スタ
ブと、前記スタック出口を形成する少なくとも１つの金
属製出口スタブとを含み、前記少なくとも１つの金属製
入口スタブと、少なくとも１つの金属製出口スタブと
は、前記シャシグラウンドに接続されている、請求項１
に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項２０】 前記燃料電池スタックは、前記スタッ
ク入口を形成する前記少なくとも１つの非導電性入口ス
タブと、前記スタック出口を形成する少なくとも１つの
非導電性出口スタブとを含む、請求項１に記載の電気絶
縁システム。 - 【請求項２１】 前記スタック入口に接続された前記第
１の冷却剤流れラインの各々の少なくとも一部分と、前
記スタック出口に接続された前記第２の冷却剤流れライ
ンの各々の少なくとも一部分は、非導電性である、請求
項１に記載の電気絶縁システム。 - 【請求項２２】 燃料電池スタックを監視する方法であ
って、 前記燃料電池スタックは、 直列に接続された複数の燃料電池と、 限定された電気伝導度を有する液体冷却剤を使用して作
動中の燃料電池を冷却するための冷却回路と、を含み、 前記燃料電池スタックは、連係された電気出力システム
と、少なくとも１つの出力ターミナルと、該出力ターミ
ナルの各々を前記電気出力システムに接続するための接
触器とを有すると共に、シャシグラウンドを有するシャ
シに連係されており、 更に、前記燃料電池スタックは、該燃料電池のための複
数の冷却剤通路を備え、該冷却剤通路が一緒に接続さ
れ、及び、前記冷却回路は、 前記液体冷却剤を、前記スタック及び前記冷却剤通路に
供給するための入口と、 前記冷却剤が前記冷却剤通路を通って流れた後、前記ス
タックから前記液体冷却剤を取り出すための出口と、 前記液体冷却剤を冷却するための熱交換器として設けら
れた、入口及び出口を有するラジエータと、 前記ラジエータの出口を前記燃料電池スタックの入口に
接続する、第１の冷却剤流れラインと、 前記スタックの出口を前記ラジエータの入口に接続す
る、第２の冷却剤流れラインと、 前記冷却回路で液体冷却剤を循環させるためのポンプ
と、を備えており、 前記冷却回路は、複数の導体要素を更に備え、該導体要
素のうち少なくとも１つが前記シャシグラウンドに接続
されており、 前記方法は、 前記燃料電池の選択された１つと該シャシグラウンドと
の間の抵抗を測定する工程と、 前記測定された抵抗と、少なくとも１つの閾値との間
で、直接若しくは間接的に比較を実行する工程と、 前記比較工程の結果が好ましくない場合、（ａ）警告信
号を発し、（ｂ）前記スタックの前記出力ターミナルを
前記電気システムに接続している前記接触器を引き離
し、及び、（ｃ） 前記燃料電池スタックを停止させ
る、各動作のうち少なくとも１つを開始する工程と、を
含む、前記方法。 - 【請求項２３】 前記選択された燃料電池と、前記シャ
シグラウンドとの間の電位差が測定され、 前記測定された抵抗値及び前記測定された電位差を受け
取るモニターが設けられ、 前記モニターは、前記測定された抵抗値及び前記測定さ
れた電位差に基づいて、前記燃料電池スタックが満足の
いくように作動しているか、又は、作動不調が存在して
いるか否かを判定し、 作動不調が存在している場合には、（ａ） 警告信号を
始動させ、（ｂ） 前記スタックの前記出力ターミナル
を前記電気システムに接続する接触器を引き離し、
（ｃ） 前記燃料電池スタックを停止させる、各動作の
うち少なくとも１つを開始するためのアルゴリズムを含
んでいる、請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記作動不調は、 正しくない冷却剤が使用されたことを示す、測定抵抗の
妥当でない値、 前記冷却剤が使用中に劣化したことを示す、測定抵抗の
妥当でない値、 前記測定電位差の妥当でない値及び前記測定抵抗と前記
測定電位差とから計算された電流値の妥当でない値のう
ち少なくとも１つと組み合わされた測定抵抗の妥当でな
い値の場合であって、この変化が、前記燃料電池スタッ
クが損傷を受けたこと、例えば、前記燃料電池の任意の
一つ内に、別の構成要素内に、又は、前記燃料電池スタ
ックに電気的に接続された外部回路内に、部分的なグラ
ウンド欠陥が存在することを示す、前記測定抵抗の妥当
でない値、 シャシグラウンドへの少なくとも１つの接続部が、欠陥
を有するか又は正しく接続されていないことを示す、測
定抵抗の妥当でない値、 前記測定電位差における変化と組み合わされた前記測定
抵抗、及び、前記測定抵抗及び前記測定電位差から計算
された電流値のうち少なくとも１つの変化であって、該
変化は、例えば、事故に起因するか、或いは、ホースの
ねじれに起因した、冷却剤通路形状の変動を示す、前記
変化、 前記測定電位差と、前記測定抵抗及び前記測定電位差か
ら計算された電流値と、のうち少なくとも１つの変化と
組み合わされた前記測定抵抗の変化であって、該変化
は、グラウンドの欠陥を示す、前記変化、 前記測定電位差と、前記測定抵抗及び前記測定電位差か
ら計算された電流値と、のうち少なくとも１つの変化と
組み合わされた前記測定抵抗の変化であって、該変化
は、例えば、前記燃料電池スタックの環境中に誤って配
置されたか又は置き去りにされたツール等の外部の物体
の存在に起因して、前記燃料電池の電気システムの一部
分についてグラウンド欠陥が発生したか、或いは、該燃
料電池に接続された電気回路の意図せざる抵抗性接続が
発生したかを示している、前記変化、 又は、 前記測定電位差と、前記測定抵抗及び前記測定電位差か
ら計算された電流値と、のうち少なくとも１つの変化と
組み合わされた前記測定抵抗の変化であって、該変化
は、例えば、前記冷却剤と、漏れ等により電気的に接地
された金属製ホース構成要素との間に電気的接触が発生
したことに起因して、可撓性ホースが欠陥を持つに至っ
たことを示す、前記変化のうち任意の一つを含んでい
る、請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記警告信号に応答して、警告装置を
発動させる更なる工程を含む、請求項２２に記載の方
法。 - 【請求項２６】 前記警告信号に応答して、ディスプレ
イを作動させて前記好ましくない比較の原因に関連した
情報を表示させる更なる工程を含む、請求項２２に記載
の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10128504.3 | 2001-06-14 | ||
| DE10128504 | 2001-06-14 | ||
| DE10128836.0 | 2001-06-15 | ||
| DE10128836A DE10128836A1 (de) | 2001-06-14 | 2001-06-15 | Elektrisches Isolationssystem für einen Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003045458A true JP2003045458A (ja) | 2003-02-14 |
| JP2003045458A5 JP2003045458A5 (ja) | 2007-02-22 |
Family
ID=26009512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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