JP2006331808A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池10と、燃料電池10に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、抵抗計の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ20、冷却水ポンプ30、イオン交換樹脂フィルタ40、並びに、燃料電池10およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、抵抗計は、ラジエータ20、冷却水ポンプ30または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定する。
【選択図】 図1
【解決手段】 燃料電池10と、燃料電池10に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、抵抗計の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ20、冷却水ポンプ30、イオン交換樹脂フィルタ40、並びに、燃料電池10およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、抵抗計は、ラジエータ20、冷却水ポンプ30または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定する。
【選択図】 図1
Description
本発明は燃料電池システムに係り、特に、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムに関する。
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。
このような燃料電池システムにおいて、固体高分子タイプの燃料電池は、適正な作動温度が80℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要で、例えば冷却液ポンプを用いて冷却液を燃料電池とラジエータに循環させる液冷式の冷却系を備えている。
この冷却系が故障すると燃料電池を適正な作動温度に維持できなくなり、燃料電池を良好な発電状態に維持できなくなることから、冷却系に故障が生じた場合にはこれを早期に検出し適切な措置を施す必要がある。例えば、特開2003−45458号公報の「燃料電池冷スタックのための電気絶縁システムおよび燃料電池スタックを作動させる方法」では、燃料電池とシャシグラウンド間の抵抗値と電位差の関係を用いて、変化が起きた場合には欠陥が起きたと判断し、警報装置を発動させたり、燃料電池スタックを停止させたりしている。
特開2003−45458号公報
しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術においては、冷却系の欠陥を検出するために、燃料電池とシャシグラウンド間の抵抗値と電位差の関係を用い、変化が起きた場合に欠陥が生じたと判断しており、どの箇所で、或いはどのような要因で欠陥が生じたか不明であり、欠陥が生じた要因および箇所を限定することが難しいことから、燃料電池システムのメンテナンスおよび修理に工数がかかってしまうという事情があった。
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行い得る燃料電池システムを提供することを目的としている。
上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、前記抵抗計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る燃料電池システムでは、冷却水系の系路内に設置された抵抗計で各部品の抵抗値を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定して、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
以下、本発明の燃料電池システムの実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1に係る燃料電池システムの構成図である。なお、同図では、燃料電池10に冷却液を循環供給して燃料電池10を冷却する冷却系のみを示し、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系(水素タンク、圧力制御弁、水素供給流路、エゼクタ、水素循環流路、水素排気流路およびパージ弁等を含む)、並びに、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系(コンプレッサ、空気供給流路、フィルタ、空気排気流路および圧力制御弁等を含む)については、本発明と直接的に関係しないことから、図示および詳細な説明を省略する。
図1において、本実施例の燃料電池システムは、燃料電池10、ラジエータ20、冷却水ポンプ30、イオン交換樹脂フィルタ40、シャシー50およびアース線60を備えて構成されている。
燃料電池10は、燃料ガスである水素が供給される燃料極(アノード)と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極(カソード)とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池10の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
燃料電池10の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン(プロトン)伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
例えば、燃料電池10が固体高分子電解質型の場合、燃料電池10の適正な作動温度が80℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要となる。そこで、冷却系は、冷媒を循環させる冷却液循環流路配管および冷却液ポンプ30を有し、例えば水にエチレングリコール等の凍結防止剤を混入した冷却液を循環させて燃料電池10を冷却し、これを最適な温度に維持する。
冷却系の冷却液循環流路中には、ラジエータ20が設けられている。ラジエータ20は、制御部(図示せず)によって動作制御されるラジエータファン(図示せず)により、ラジエータ出口温度が所望の温度になるように冷却液を温度調整する。また、冷却系は、燃料電池の冷却液出入口近傍の配管について、シャシー50にアース線60でグラウンドされており、漏電が起きた場合でもシャシー50にアースされるようになっている。
本実施例の燃料電池システムは、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、冷却系内の導電率を管理する管理手段とを備えて、管理手段により抵抗計の測定結果に基づき冷却系における欠陥の要因または箇所を特定するものである。
管理手段は、例えばCPUやROM、RAM、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成される制御部内で実行されるプログラムの機能的なまとまりとして実現される。
また、抵抗計は、ラジエータ20、冷却水ポンプ30または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定するように設置されるが、ここでは、抵抗測定の対象部品がゴムホースの場合を例示して、本実施例の燃料電池システムにおける冷却系の欠陥検出方法について説明する。
図2は、対象部品がゴムホースの場合の抵抗計を用いた測定系の構成図である。同図において、バルジ70−1,70−2に対象部品であるゴムホース80が接続され、該ゴムホース80の内部を冷却水が通水する。また、ゴムホース80の内部冷却水を含めた抵抗値を測定するべく、両端のバルジ70―1,70−2には抵抗計90が取り付けられ、抵抗計90の測定結果が管理手段内の抵抗参照部100で参照される構成である。
管理手段の抵抗参照部100では、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値を測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、抵抗計90の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定する。
次に、欠陥が起きたと判断したときの欠陥箇所および欠陥要因の特定方法について、図を参照しながら説明する。
(1)まず、冷却液の誤注入または冷却液の劣化の特定について、図3を参照して説明する。図3は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
例えば、冷却水として一般的なガソリンエンジン車に用いられるLLC(Long Life Coolant;ロングライフクーラント)を用いると、LLCには防錆剤、酸化劣化防止剤等イオン化する薬品が混入されており、導電率が高い状態にある。またエチレングリコールと純水を混合した冷却水を用いたとしても、劣化によりイオンが発生して導電率が上昇する。導電率が高いということは、燃料電池10からの漏電が起きる可能性があり、その場合、出力効率の低下や安全上の問題がある。加えて、イオン交換樹脂フィルタ40でイオンを除去するので、フィルタ寿命を短命化することになってしまう。特に、誤注入などでイオン交換樹脂フィルタ40の寿命を短くするのは避けたい。そこで冷却系内に設置された抵抗計90で監視することにより、上記不具合を回避することができる。
本実施例では、まず抵抗計90により抵抗値を測定する。次に抵抗参照部100で、同一出力時に想定される抵抗値と比較し、抵抗計90による測定値が低い場合には、図3に示すように、導電率が上昇していると判断する。
すなわち、抵抗値をR(Ω)、導電率をS(μS/cm)とするとき、抵抗値Rは導電率Sと逆比例の関係(R=1/S)を持って、図3の如く示される。本実施例では、この関係を用いて、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断する。
(2)次に、系路の閉塞・縮小等の特定について、図4を参照して説明する。図4は、系路が閉塞・縮小したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
本実施例では、まず抵抗計90により抵抗値を測定する。次に抵抗参照部100で、同一出力時に想定される抵抗値と比較し、抵抗計90による測定値が高い場合には、測定箇所の系路断面積が減少して系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
すなわち、抵抗値をR(Ω)、系路断面積をA(mm2)、初期抵抗をR0(Ω)とするとき、抵抗値Rは系路断面積Aと逆比例の関係(R=1/A×R0)を持って、図4の如く示される。本実施例では、この関係を用いて、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、抵抗計90の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
(3)次に、設置された抵抗計90の故障の判断について、図5を参照して説明する。図5は、複数個の抵抗計の内1個の抵抗計が故障したときの抵抗値の推移を説明する説明図である。
冷却系における欠陥箇所を高い精度で特定するためには、ラジエータ20、冷却水ポンプ30または配管類などの欠陥が起きる可能性のある各部品に抵抗計90を設置する構成が望ましい。このように複数個の抵抗計90の測定結果に基づき、冷却系における欠陥の要因または箇所する場合には、抵抗計90の故障をも検出することが可能である。
例えば、図5に示すように、複数個の抵抗計A,B,Cの内の1個の抵抗計Bだけが、同一出力時に想定される抵抗値よりも低い測定値を示す場合には、抵抗計Bの故障であると判断することができる。なお、同一出力時に想定される抵抗値よりも低い測定値を示す場合としては、冷却水の誤注入、劣化も考えられるが、この場合には、複数個の抵抗計A,B,Cそれぞれの測定値が下がるため、計器故障とは区別することができるのである。
すなわち、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90(A,B,C)の想定値を設定し、一の抵抗計(B)の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計(A,C)の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、一の抵抗計(B)の故障であると判断し、全体的に抵抗計90(A,B,C)の測定値が低い場合には冷却水の誤注入または劣化と判断する。
なお、上記(3)の説明においては、冷却系における欠陥箇所の特定の精度を上げるために、複数個の抵抗計を設置する構成としたが、図6に示すように、抵抗計90の一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段(例えばリレースイッチ)91−1〜91−4を介して複数の測定箇所71−1〜71−4と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段91−1〜91−4のオン/オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定する構成としても良い。このように、測定箇所をリレースイッチで切り替えることで、1つの抵抗計90で各箇所の抵抗値を測定することができる。
なお、以上の(1)〜(3)により欠陥箇所および欠陥要因の特定がなされた時には、報知手段を介して運転者にその旨が報知される。報知手段としては、例えば、制御部からの点灯要求に従って運転者にシステムの異常を知らせる警告ランプや、警告メッセージを表示出力する表示パネルなどが考えられるが、表示パネル上の特定マークや特定語を識別表示したり、或いは、その旨の警告音声メッセージを出力したりする構成としても良い。これらに警告メッセージに応じて、それぞれ適切な対応(冷却液交換、ホース交換等)が行われる。
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池10と、燃料電池10に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計90と、抵抗計90の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ20、冷却水ポンプ30、イオン交換樹脂フィルタ40、並びに、燃料電池10およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、燃料電池10の冷却液出入口近傍の配管においてシャシグラウンドがとられ、抵抗計90は、ラジエータ20、冷却水ポンプ30または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定する。このように、冷却水系の系路内に設置された抵抗計で各部品の抵抗値を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、また、欠陥が起きる可能性のより高い箇所の抵抗値を監視しているので、系路内の変化を確実に且つ最小限の監視箇所で把握することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値を測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、抵抗計90の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定するので、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断するので、別に導電率センサ等を設置すること無く、欠陥が生じた要因を特定することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部100において、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90の想定値を設定し、抵抗計90の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、抵抗計90の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断するので、欠陥が生じた箇所、要因を特定でき、過大な工数をかけずに欠陥箇所の修理、メンテナンスを行うことができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部100において、複数個の抵抗計の測定結果に基づき、該抵抗計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する。具体的には、燃料電池10の出力に応じた抵抗計90(A,B,C)の想定値を設定し、一の抵抗計(B)の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計(A,C)の測定値が測定時の燃料電池10の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、一の抵抗計(B)の故障であると判断するので、計器故障を含めた欠陥の箇所、要因を特定することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、抵抗計90の一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段(例えばリレースイッチ)91−1〜91−4を介して複数の測定箇所71−1〜71−4と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段91−1〜91−4のオン/オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定するので、最小限の計器個数で測定系を構成でき、コスト低減を図ることができる。
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段において冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたときには、報知手段を介して運転者にその旨を報知するので、該警告に応じて適切な対応を行うことができ、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
次に、図7は本発明の実施例2に係る燃料電池システムの構成図である。なお、同図では、燃料電池110に冷却液を循環供給して燃料電池110を冷却する冷却系のみを示し、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系、並びに、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系については、本発明と直接的に関係しないことから、図示および詳細な説明を省略する。
図7において、本実施例の燃料電池システムは、燃料電池110、ラジエータ120、冷却水ポンプ130およびイオン交換樹脂フィルタ140を備えて構成されている。各構成要素の機能および作用については実施例1と同様である。
本実施例の燃料電池システムは、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計と、冷却系内の導電率を管理する管理手段とを備えて、管理手段により電位計の測定結果に基づき冷却系における欠陥の要因または箇所を特定するものである。
管理手段は、例えばCPUやROM、RAM、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成される制御部内で実行されるプログラムの機能的なまとまりとして実現される。
また、電位計は、ラジエータ120、冷却水ポンプ130または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定するように設置されるが、ここでは、電位測定の対象部品がゴムホースの場合を例示して、本実施例の燃料電池システムにおける冷却系の欠陥検出方法について説明する。
図8は、対象部品がゴムホースの場合の電位計を用いた測定系の構成図である。同図において、バルジ170−1,170−2に対象部品であるゴムホース180が接続され、該ゴムホース180の内部を冷却水が通水する。また、ゴムホース180前後の電位を測定するべく、両端のバルジ170―1,170−2にはシャシー190との間に電位計200−1,200−2が取り付けられ、これら電位計200−1,200−2の測定結果が管理手段内の電位参照部210で参照され、部品前後の電位差が算出される構成である。
管理手段の電位参照部210では、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計200−1,200−2の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計200−1,200−2の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定する。
次に、欠陥が起きたと判断したときの欠陥箇所および欠陥要因の特定方法について、図を参照しながら説明する。
(1)まず、冷却液の誤注入または冷却液の劣化の特定について、図9を参照して説明する。図9は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
本実施例では、図9に示す関係を用いて、管理手段の抵抗参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計200−1,200−2の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断する。
(2)次に、冷却系内の部品に不具合が生じて系路が閉塞・縮小したときと、燃料電池110が劣化したときの特定について、図10を参照して説明する。図10は、系路が閉塞・縮小したとき、並びに、燃料電池110が劣化したときの電位差の推移を説明する説明図である。
系路に閉塞・縮小が起きた場合には、その発生箇所から系路下流にある箇所の測定に基づく電位差は、同一出力時に想定される電位差よりも低い値になる。例えば図10では、測定箇所Bで閉塞・縮小が発生し、該測定箇所の電位差が低く(B’)なると共に、その系路下流にある測定箇所Cでも電位差が低く(C’)なっている。これに対して、燃料電池110の劣化が起きた場合には、想定される出力での電位差と比較して、測定した電位差は全体的に低くなる。例えば図10では、全ての測定箇所A,B,Cで電位差が低く(A”,B”,C”)なっている。
つまり、本実施例では、管理手段の抵抗参照部210において、燃料電池110の所望の出力を得るために供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく複数の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、燃料電池110の劣化による出力低下が起きていると判断する。
また、管理手段の抵抗参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断する。
(3)次に、冷却系内の部品に不具合が生じて冷却液の誤注入または冷却液の劣化が起きたときと、設置された電位計200−1,200−2の故障の判断について、図11を参照して説明する。図11は、冷却液の誤注入または冷却液の劣化が起きたとき、並びに、複数個の電位計の内1個の電位計が故障したときの電位差の推移を説明する説明図である。
実施例1の(3)と同様に、冷却系における欠陥箇所を高い精度で特定するためには、ラジエータ120、冷却水ポンプ130または配管類などの欠陥が起きる可能性のある各部品に電位計200−1,200−2を設置する構成が望ましい。このように複数個の電位計200−1,200−2の測定結果に基づき、冷却系における欠陥の要因または箇所する場合には、電位計200−1,200−2の故障をも検出することが可能である。
例えば、図11に示すように、複数個の電位計の測定に基づく電位差の内の1個の電位差Bだけが、同一出力時に想定される電位差よりも高い測定値(B’)を示す場合には、電位差Bを導く電位計の故障であると判断することができる。なお、同一出力時に想定される電位差よりも高い測定値を示す場合としては、冷却水の誤注入、劣化も考えられるが、この場合には、複数個の電位計に基づく電位差A,B,Cそれぞれの測定値が上がる(A”,B”,C”)ため、計器故障とは区別することができるのである。
すなわち、管理手段の電位参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値(A,B,C)を設定し、電位計の測定に基づく1個の電位差(B’)のみが測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、該1個の電位差を導く電位計の故障であると判断し、電位計の測定に基づく電位差が全体的に高い場合には冷却水の誤注入または劣化と判断する。
なお、上記(3)の説明においては、冷却系における欠陥箇所の特定の精度を上げるために、複数個の電位計を設置する構成としたが、電位計の一方(測定対象部品に接続する側)の入力端子に、それぞれがスイッチング手段(例えばリレースイッチ)を介して複数の測定箇所と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段のオン/オフ制御により複数箇所の電位を測定する構成としても良い。このように、測定箇所をリレースイッチで切り替えることで、2つの電位計200−1,200−2で各箇所の電位を測定することができる。
なお、以上の(1)〜(3)により欠陥箇所および欠陥要因の特定がなされた時には、報知手段を介して運転者にその旨が報知される。報知手段としては、例えば、制御部からの点灯要求に従って運転者にシステムの異常を知らせる警告ランプや、警告メッセージを表示出力する表示パネルなどが考えられるが、表示パネル上の特定マークや特定語を識別表示したり、或いは、その旨の警告音声メッセージを出力したりする構成としても良い。これらに警告メッセージに応じて、それぞれ適切な対応(冷却液交換、ホース交換等)が行われる。
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池110と、燃料電池110に冷却液を循環供給する冷却系と、冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計200−1,200−2と、電位計200−1,200−2の測定結果に基づき冷却系内の導電率を管理し、冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、を備えて構成し、冷却系には、ラジエータ120、冷却水ポンプ130、イオン交換樹脂フィルタ140、並びに、燃料電池110およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、電位計200−1,200−2は、ラジエータ120、冷却水ポンプ130または配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定する。このように、冷却水系の系路内に設置された電位計で各部品の電位を監視しているので、系路内の何らかの変化を検知することができ、また、欠陥が起きる可能性のより高い箇所の電位を監視しているので、系路内の変化を確実に且つ最小限の監視箇所で把握することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計200−1,200−2の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計200−1,200−2の測定箇所に欠陥が起きたと判断し、冷却系における欠陥箇所および該欠陥の生じた要因を特定するので、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計200−1,200−2の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断するので、別に導電率センサ等を設置すること無く、欠陥が生じた要因を特定することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部210において、燃料電池110の所望の出力を得るために供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく複数の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、燃料電池110の劣化による出力低下が起きていると判断するので、燃料電池110の劣化状況をも把握することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の抵抗参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断するので、欠陥が生じた箇所、要因を特定でき、過大な工数をかけずに欠陥箇所の修理、メンテナンスを行うことができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段の電位参照部210において、燃料電池110の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値(A,B,C)を設定し、電位計の測定に基づく1個の電位差(B’)のみが測定時の燃料電池110の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の燃料電池110の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、該1個の電位差を導く電位計の故障であると判断するので、計器故障を含めた欠陥の箇所、要因を特定することができる。
また、本実施例の燃料電池システムでは、電位計の一方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段(例えばリレースイッチ)を介して複数の測定箇所と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、複数の配線のスイッチング手段のオン/オフ制御により複数箇所の電位を測定するので、最小限の計器個数で測定系を構成でき、コスト低減を図ることができる。
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、管理手段において冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたときには、報知手段を介して運転者にその旨を報知するので、該警告に応じて適切な対応を行うことができ、過大な工数をかけることなくメンテナンスおよび修理を行うことができる。
10,110 燃料電池
20,120 ラジエータ
30,130 冷却水ポンプ
40,140 イオン交換樹脂フィルタ
50,190 シャシー
60 アース線
70―1,70−2,170―1,170−2 バルジ
80,180 ゴムホース
90 抵抗計
100 抵抗参照部
200−1,200−2 電位計
210 電位参照部
20,120 ラジエータ
30,130 冷却水ポンプ
40,140 イオン交換樹脂フィルタ
50,190 シャシー
60 アース線
70―1,70−2,170―1,170−2 バルジ
80,180 ゴムホース
90 抵抗計
100 抵抗参照部
200−1,200−2 電位計
210 電位参照部
Claims (18)
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、
前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後間の抵抗値を測定する抵抗計と、
前記抵抗計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記冷却系は、ラジエータ、冷却水ポンプ、イオン交換樹脂フィルタ、並びに、前記燃料電池およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、前記燃料電池の冷却液出入口近傍の配管においてシャシグラウンドがとられ、
前記抵抗計は、前記ラジエータ、前記冷却水ポンプまたは前記配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後間の抵抗値を測定す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。 - 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値を測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該抵抗計の測定箇所に欠陥が起きたと判断することを特徴とする請求項1または請求項2の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断することを特徴とする請求項1または請求項2の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、前記抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高い場合に、該抵抗計の測定箇所の部品の前後において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断することを特徴とする請求項1または請求項2の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、複数個の抵抗計の測定結果に基づき、該抵抗計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた前記抵抗計の想定値を設定し、一の抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低く、他の抵抗計の測定値が測定時の前記燃料電池の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、前記一の抵抗計の故障であると判断することを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記抵抗計は、一方または他方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段を介して複数の測定箇所と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、前記複数の配線のスイッチング手段のオン/オフ制御により複数箇所の抵抗値を測定することを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環供給する冷却系と、
前記冷却系を構成する部品について、該部品の冷却液循環路における前後の電位を測定する電位計と、
前記電位計の測定結果に基づき前記冷却系内の導電率を管理し、前記冷却系における欠陥の要因または箇所を特定する管理手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記冷却系は、ラジエータ、冷却水ポンプ、イオン交換樹脂フィルタ、並びに、前記燃料電池およびこれら部品をつなぐ配管類を有し、
前記電位計は、前記ラジエータ、前記冷却水ポンプまたは前記配管類などの欠陥が起きる可能性のある部品の前後の電位を測定することを特徴とする請求項9に記載の燃料電池システム。 - 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差を測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して、所定以上の差がある場合に、該電位計の測定箇所に欠陥が起きたと判断することを特徴とする請求項9または請求項10の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、冷却液の誤注入または冷却液の劣化により導電率が悪化したと判断することを特徴とする請求項9または請求項10の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、少なくとも3個以上の電位計の測定結果に基づき、該電位計を含む冷却系における欠陥の要因または箇所を特定することを特徴とする請求項9〜請求項12の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の所望の出力を得るために供給する前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの量に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく全ての電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、前記燃料電池の劣化による出力低下が起きていると判断することを特徴とする請求項9〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく測定対象部品の電位差の内の特定箇所より冷却液循環路において下流にある測定対象部品の電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って低い場合に、該特定箇所において配管類のねじれまたは潰れ或いは該部品の破損により系路の閉塞・縮小等が起きていると判断することを特徴とする請求項9〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段は、前記燃料電池の出力に応じた測定対象部品の電位差の想定値を設定し、前記電位計の測定に基づく1個の電位差のみが測定時の前記燃料電池の出力における想定値と比較して所定以上の差を持って高く、他の測定電位差が測定時の前記燃料電池の出力における想定値とほぼ同一の値である場合に、前記1個の電位差を導く電位計の故障であると判断することを特徴とする請求項9〜請求項15の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記電位計は、一方の入力端子に、それぞれがスイッチング手段を介して複数の測定箇所と電気的に接続/非接続する複数の配線を接続し、前記複数の配線のスイッチング手段のオン/オフ制御により複数箇所の電位を測定することを特徴とする請求項9〜請求項16の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記管理手段において前記冷却系における欠陥の要因または箇所が特定されたとき、運転者にその旨を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項1〜請求項17の何れか1項に記載の燃料電池システム。
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-
2005
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