JP2007012455A - 燃料電池システム及び異常個所推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池スタック100は、単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路201を形成する集電部材を有する燃料電池セパレータを、単位セルと交互に複数積層すると共に、各燃料ガス流路201の入口同士を入口マニホールドで接続しかつ出口同士を出口マニホールドで接続して構成されたモジュールを複数形成し、燃料ガスの流れ方向が、隣接するモジュール間で逆方向になるように、一方のモジュールの出口マニホールドと他方のモジュールの入口マニホールドとを接続し、単位セルの積層方向における両端に通電可能に重ね合わせられた一対の電極板を有している。燃料電池スタック100には、各燃料室の単位セルの出力電圧を検出する電圧センサS1〜Srを有している。これにより各モジュールの状態、即ち、各燃料室30の単位セル15の出力電圧を把握することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、各モジュールの状態を把握することの可能な燃料電池システム及び異常個所推定方法を提供することを目的とする。
(1) 単位セルと、該単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成するセパレータとが交互に複数積層された燃料電池スタックと、
前記単位セル毎の電圧を検知する出力センサと、
前記出力センサの検出値が異常か否かを判断する判断手段と、
該判断によって前記出力センサの検出値が異常と判断された場合、前記出力センサの検出値が異常となった原因個所を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
前記単位セル毎の電圧を検知する出力センサと、
を備えた燃料電池システムにおける異常個所推定方法であって、
前記出力センサの検出値が異常か否かを判断するステップと、
前記出力センサの検出値が異常と判断された場合、その出力センサに対応する単位セルの隣りの単位セルに対応する出力センサの検出値が正常であれば前記出力センサが原因個所であると推定するステップと、
を備えた異常個所推定方法。
請求項6に記載の発明によれば、少なくとも燃料電池スタックに燃料ガスを導入後定常運転前に出力センサの検出値が異常か否かを判断するので、異常な状態で定常運転に入ることを抑制することができる。
集電部材4は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部42が形成されている。凸状部42は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部42の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路40が形成されている。この凸状部42の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部421となっている。また、凸状部42の裏側は溝状の中空部41となっており、中空部41の両端は、閉鎖されている。集電部材4の両端部には、孔48が形成され、セパレータ13を積層した場合に、この孔48によって水素供給路が構成される。
また、中空部41の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口45となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口46となっている。以上のような構成において、空気流路40と中空部41は、交互に平行に配置され、相互に側壁47を挟んで隣接した構成となっている。
また、枠体9の、集電部材4に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓91に沿って形成された凹部が形成され、単位セル15が収納される収納部92が設けられている。
そして、モジュール130−1〜nの積層方向における両端には、電極板が重ねられ、燃料電池スタック100の電極に接続されている。
この実施の形態では、各燃料室30の単位セル15の出力電圧を検出する電圧センサS1〜Srを有している。これにより各モジュールの状態、即ち、各燃料室30の単位セル15の出力電圧を把握することができる。
以上のような燃料電池スタック100の構成によって、燃料電池スタック100に流入した水素ガスは、圧力損失が抑制され、各燃料電池セパレータ13の燃料室30へ均一に水素ガスが供給される。
燃料供給系10は、燃料ボンベである高圧水素タンク11と、燃料ガス供給流路201と、燃料ガス供給流路201に設けられたガス供給弁V1とを備えている。燃料ガス供給流路201の一端は、高圧水素タンク11に接続され、他端は、燃料電池スタック100の導入案内路18aを介して、燃料電池スタック100の燃料供給口171aに接続されている。
燃料電池スタック100では、図3に示されているように、水素通路17aから水素ガスが水素流通経路84aへ流入し、さらに、水素流通経路84aから水素流路301、302へ流入する。水素流路301、302において、燃料極へ水素が供給され、残った水素ガスは、水素流通経路84bから水素通路17bへ流入する。
燃料ガス循環流路203には、水回収タンク21が接続され、その下流側には、循環ポンプ25が接続され、その下流側(吐出口側)に減圧排出路205の一端が接続されている。減圧排出路205の他端は、燃料ガス排出流路204に接続され、排気電磁弁V6の下流側にガスを合流させる構成となっている。また、減圧排出路205には、減圧電磁弁V3が設けられている。
また、排気電磁弁V6を開放することによって、水回収タンク21内の水が、ガス導出路204を介して、燃料ガスとともに排出される。
また、燃料電池スタック100には、既述の通り、単位セル毎の出力電圧を検出するセンサS1〜3が設けられている。
各弁V1〜V6は、電気的に開閉制御可能に構成されている。なお、水回収タンク21は、燃料電池スタック100から、燃料ガスとともに排出された生成水を溜める貯留タンクとして機能する。
燃料電池始動時とは、燃料電池システムのスタートスイッチが押され(イグニッションキーがオンされ)、燃料電池システム1が外部負荷に接続されるまでの期間が当てはまる。
以上のような構成を有する燃料電池システム1は、以下のような動作を行う。図15は、燃料電池システム1の制御動作を示すフローチャートである。以下の制御動作は、図示しない制御部における制御動作として実行される。この制御部は、CPUなどの集積回路により構成される。
このように起動処理が終了した後、定常運転の開始前に、ステップ102で、異常検知処理を実行する。異常検知処理は、図16に示すように、ステップ122で、本処理で使用する各変数を初期化し、ステップ124で、単位セルを識別する変数iを1インクリメントし、後述する管理テーブルの変数iに対応する領域を識別する変数Giを1インクリメントする。
ステップ128で、変数iにより識別されるセルiの所定時間内の出力電圧Viを、変数iにより識別されるセルiに対応する電圧センサにより検出する。
即ち、ステップ140で、変数i−1により識別されるセルの出力電圧Vi−1を取り込む。即ち、セルiの隣りのセルi−1の電圧センサの出力電圧Vi−1を取り込む。
電圧センサが異常である場合には、当該セルの出力電圧は正常値を表しているはずであるので、ステップ132に戻って上記処理を実行する。
100 燃料電池スタック
13 燃料電池セパレータ
130−1〜n モジュール
15 単位セル
17a、17b 水素通路
3 集電部材
30 燃料室
32 凸状部
301 水素流路
302 水素流路
4 集電部材
40 空気流路
42 凸状部
43 導入口
44 導出口
8 枠体
9 枠体
171a 燃料供給口
171b 燃料排出口
201 燃料ガス供給流路
203 燃料ガス排出流路
S1〜Sr 電圧センサ
V1 ガス供給弁
V2 循環電磁弁
V3 減圧電磁弁
V4 空気供給弁
V5 減圧用遮断電磁弁
V6 排気電磁弁
Claims (6)
- 単位セルと、該単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成するセパレータとが交互に複数積層された燃料電池スタックと、
前記単位セル毎の電圧を検知する出力センサと、
前記出力センサの検出値が異常か否かを判断する判断手段と、
該判断によって前記出力センサの検出値が異常と判断された場合、前記出力センサの検出値が異常となった原因個所を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記推定手段は、前記異常と判断された出力センサの第1の検出値と、該出力センサに対応する単位セルの隣の単位セルに対応する出力センサの第2の検出値と、に基づいて、前記出力センサの検出値が異常となった原因個所を推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。
- 前記推定手段は、前記第1の検出値と前記第2の検出値とが共に異常の場合には、検出値が異常と判断された出力センサに対応する単位セルが、前記第1の検出値のみが異常の場合には、検出値が異常と判断された出力センサが原因個所であると推定することを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記判断手段は、少なくとも前記燃料電池スタックに燃料ガスを導入後定常運転前に前記判断を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の燃料電池システム。
- 単位セルと、該単位セルの燃料極に接触し燃料ガス流路を形成するセパレータとが交互に複数積層された燃料電池スタックと、
前記単位セル毎の電圧を検知する出力センサと、
を備えた燃料電池システムにおける異常個所推定方法であって、
前記出力センサの検出値が異常か否かを判断するステップと、
前記出力センサの検出値が異常と判断された場合、その出力センサに対応する単位セルの隣りの単位セルに対応する出力センサの検出値が正常であれば前記出力センサが原因個所であると推定するステップと、
を備えた異常個所推定方法。 - 前記出力センサの検出値が異常か否かを判断するステップは、少なくとも前記燃料電池スタックに燃料ガスを導入後定常運転前に実行される請求項5に記載の異常個所推定方法。
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JP2006134744A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Toyota Motor Corp | セル電圧検出装置 |
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