JP2013125710A

JP2013125710A - 燃料電池スタックの検査方法および検査装置

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Publication number: JP2013125710A
Application number: JP2011275117A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Hamada; 成孝浜田; Sachie Harada; 幸江原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-24
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP5783028B2

Abstract

【課題】燃料電池の検査の精度を向上させる技術を提供する。
【解決手段】検査装置は、燃料電池スタックの各単セルについて発電性能の良否を判定する。検査装置の制御部は、燃料電池スタックにテスト発電させて、各単セルのセル電圧を計測する。そして、制御部は、予め準備された閾値マップを用いて、各単セルの積層位置に応じて予め設定されたセル電圧の閾値を取得し、その閾値と、セル電圧の計測値とを用いて、各単セルの発電性能を検証する。
【選択図】図４

Description

この発明は、燃料電池に関する。

燃料電池スタックは、通常、単セルとも呼ばれる発電体が複数積層されたスタック構造を有する（下記特許文献１等）。燃料電池スタックの発電性能を向上させるためには、各単セルごとの発電性能のばらつきが抑制されていることが好ましい。そのため、燃料電池スタックの発電性能の検査では、各単セルごとに発電性能が適切に検証されることが好ましい。しかし、これまで、こうした要求に対する工夫が十分ではなかった。

特開２００９−１４６５７２号公報

本発明は、燃料電池の検査の精度を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
複数の発電体が積層された燃料電池スタックであって、積層方向に沿って設けられたマニホールドを介して前記複数の発電体のそれぞれに反応ガスを分岐流入させる燃料電池スタックの検査方法であって、
（ａ）前記複数の発電体のうちの検査対象となる検査対象発電体を対象とするテスト条件と、性能判定の判定基準と、のうちの少なくとも一方を、前記検査対象発電体が積層されている位置に応じて設定する工程と、
（ｂ）予め設定されたテスト条件に基づいて燃料電池スタックに発電させ、前記検査対象発電体の発電性能を示す値を計測する工程と、
（ｃ）前記発電性能を示す値の計測値と、予め設定された判定基準とを用いて、前記検査対象発電体の発電性能を判定する工程と、を備える、検査方法。
この検査方法によれば、燃料電池スタックの各発電体の発電性能の良否について、各発電体の積層位置に応じた適切な判定をすることができる。従って、燃料電池の検査の精度を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の検査方法であって、前記工程（ｂ）は、前記発電性能を示す値として、検査対象発電体の電圧であるセル電圧を計測する工程であり、前記工程（ｃ）は、前記工程（ａ）において、前記検査対象発電体の積層位置に応じて予め設定された前記セル電圧の閾値を用いて判定を行う工程である、検査方法。
この検査方法によれば、燃料電池スタックの各発電体の積層位置に応じた適切な判定基準により、各発電体の発電性能の良否について判定することができる。従って、燃料電池の検査の精度を向上させることができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２記載の検査方法であって、前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）において、前記テスト条件として、前記検査対象発電体が積層された位置に応じて予め設定された前記反応ガスの供給流量で、前記燃料電池スタックに発電させる工程である、検査方法。
この検査方法によれば、各単セルの発電性能の判定処理において、燃料電池スタックの各発電体の積層位置に応じた適切な反応ガスの供給流量で行ったテスト発電の計測値で判定を行うことができる。従って、燃料電池の検査の精度を向上させることができる。

［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれかに記載の検査方法であって、前記検査対象発電体は、前記マニホールドの上流側に配置された上流側発電体と、前記上流側発電体より下流側に配置された下流側発電体とを含み、前記工程（ａ）は、前記上流側発電体と、前記下流側発電体とで、前記テスト条件と、前記判定基準と、のうちの少なくとも一方を変える、検査方法。
この検査方法によれば、積層位置が異なる上流側発電体と、下流側発電体とについて、それぞれの積層位置に応じた適切な判定処理を実行することができる。

［適用例５］
複数の発電体が積層された燃料電池スタックであって、積層方向に沿って設けられたマニホールドを介して前記複数の発電体のそれぞれに反応ガスを分岐流入させる燃料電池スタックを検査する検査装置であって、前記複数の発電体のうちの検査対象となる検査対象発電体を対象とするテスト条件と、性能判定の判定基準と、のうちの少なくとも一方を、前記検査対象発電体が積層されている位置に応じて設定する制御部と、予め設定されたテスト条件に基づいて燃料電池スタックに発電させ、前記検査対象発電体の発電性能を示す値を計測する計測部と、前記発電性能を示す値の計測値と、予め設定された判定基準とを用いて、前記検査対象発電体の発電性能を判定する発電性能判定部と、を備える、検査装置。
この検査装置であれば、燃料電池スタックの各発電体の発電性能の良否について、各発電体の積層位置に応じた適切な判定処理を実行することができる。従って、燃料電池の検査の精度が向上する。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックの検査方法および検査装置、その検査装置の制御方法および制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池スタックの検査装置の構成を示す概略図。検査対象となる燃料電池スタックの構成を示す概略図。燃料電池スタックの任意の単セルへの反応ガスの分岐流入を説明するための模式図。検査装置による燃料電池スタックの検査処理の処理手順を示す説明図。閾値マップに設定される閾値の決定方法の一例を説明するための説明図。第２実施例の検査装置が実行する燃料電池スタックの検査処理の処理手順を示す説明図。テスト発電の発電条件の決定方法の一例を説明するための説明図。第３実施例Ａとしての燃料電池スタックの検査方法を説明するための模式図。第３実施例Ｂとしての燃料電池スタックの検査方法を説明するための模式図。第３実施例Ｃとしての燃料電池スタックの検査方法を説明するための模式図。

A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池スタックの検査装置の構成を示す概略図である。この検査装置１００は、燃料電池スタック１０にテスト発電させ、そのときの各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧を計測し、その計測値を用いて、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否を判定し、その結果を報知する。

検査装置１００の検査対処となる燃料電池スタック１０は、固体高分子形燃料電池であり、発電体である複数の単セルＣ₁〜Ｃ_n（ｎは任意の自然数）が積層されたスタック構造を有する。燃料電池スタック１０の具体的な構成については後述する。検査装置１００は、制御部１１０と、カソードガス供給部１２０と、アノードガス供給部１３０と、冷媒循環制御部１４０と、セル電圧計測部１５０と、報知部１６０とを備える。

制御部１１０は、主記憶装置と中央処理装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成することができる。制御部１１０は、カソードガス供給部１２０やアノードガス供給部１３０、冷媒循環制御部１４０を制御するとともに、セル電圧計測部１５０の計測結果を受信して、燃料電池スタック１０の発電性能についての検査処理を実行する。その処理手順については後述する。

カソードガス供給部１２０は、エアコンプレッサやバルブが設けられた配管（図示せず）を備え、制御部１１０から指令された流量の空気（酸素）を、カソードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。アノードガス供給部１３０は、水素タンクと、逆止弁やレギュレータが設けられた配管とを備え、制御部１１０から指令された流量の水素を、アノードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。なお、図１では、燃料電池スタック１０の反応ガスの排出系統についての図示は省略してある。

冷媒循環制御部１４０は、燃料電池スタック１０に冷媒を循環供給する。制御部１１０は、冷媒循環制御部１４０を制御して、燃料電池スタック１０における冷媒の循環流量を調整することにより、テスト発電中における燃料電池スタック１０の温度を制御する。なお、制御部１１０は、冷媒循環制御部１４０が備える温度検出部（図示せず）が計測する冷媒の温度によって、燃料電池スタック１０の運転温度を検出することが可能である。

セル電圧計測部１５０は、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nと電気的に接続されており、各単セルＣ₁〜Ｃ_nごとのセル電圧を計測し、その計測結果を制御部１１０に出力する。報知部１６０は、例えば、ディスプレイ装置によって構成することができ、制御部１１０による検査結果をユーザに報知する。

図２（Ａ），（Ｂ）は、検査対象となる燃料電池スタック１０の構成を示す概略図である。図２（Ａ）は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層方向を紙面上下方向として、燃料電池スタック１０を見たときの概略図である。なお、図２（Ａ）では、各単セルＣ₁〜Ｃ_nは、符号の数字の順序で紙面上側から順に配置されている。また、図２（Ａ）には、燃料電池スタック１０における反応ガスの流れを矢印によって図示してある。

燃料電池スタック１０は、単セルＣ₁〜Ｃ_nに加え、さらに、単セルＣ₁〜Ｃ_nを積層方向に狭持する第１と第２のエンドプレート１１，１２と、第１と第２のエンドプレート１１，１２を介して単セルＣ₁〜Ｃ_nに締結力を付与する締結部材１３とを備えている。ここで、図２（Ａ）の紙面上側に配置された第１のエンドプレート１１には、反応ガスおよび冷媒のための配管が接続する配管接続部が設けられている（図示せず）。また、第１のエンドプレート１１および各単セルＣ₁〜Ｃ_nには、反応ガスおよび冷媒のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６を構成する、積層方向に沿った貫通孔が設けられている（破線で図示）。

図２（Ｂ）は、燃料電池スタック１０を第１のエンドプレート１１側から積層方向沿って見たときの単セルＣ₁〜Ｃ_nを示す概略図である。なお、図２（Ｂ）では、第１のエンドプレート１１および締結部材１３を、便宜上、破線で図示してある。また、図２（Ｂ）には、各単セルＣ₁〜Ｃ_nにおいて、発電反応が行われる領域を一点鎖線で図示してある。なお、以下では、この領域を「発電領域」と呼ぶ。

本実施例では、水素供給用マニホールドＭ１と、反応に用いられなかった水素を含む排ガスを排出する水素排出用マニホールドＭ２とは、発電領域を挟んで互いに対角する位置に設けられている。同様に、酸素供給用マニホールドＭ３と、反応に用いられなかった酸素を含む排ガスを排出する酸素排出用マニホールドＭ４とは、発電領域を挟んで互いに対角する位置に設けられている。なお、水素供給用マニホールドＭ１と酸素供給用マニホールドＭ３とはそれぞれ、発電領域を挟んで互いに反対側に設けられている。

冷媒供給用マニホールドＭ５は、酸素供給用マニホールドＭ３と水素排出用マニホールドＭ２との間に設けられている。一方、冷媒排出用マニホールドＭ６は水素供給用マニホールドＭ１と酸素排出用マニホールドＭ４との間に設けられている。なお、各マニホールドＭ１〜Ｍ６の配列構成は、他の構成であっても良い。

反応ガスである水素と酸素とはそれぞれ、第１のエンドプレート１１側から、供給用マニホールドＭ１，Ｍ３に供給され、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのアノード側及びカソード側へと分岐流入する（図２（Ａ））。そして、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのアノード側及びカソード側のそれぞれの排ガスが、排出用マニホールドＭ２，Ｍ４を介して、第１のエンドプレート１１側から排出される。

図３（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池スタック１０の任意の単セルＣ_N（Ｎは任意の自然数）への反応ガスの分岐流入を説明するための模式図である。図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図２（Ｂ）に示したＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断に相当する部位における単セルＣ_Nの概略断面を図示してある。また、図３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、水素および酸素の流れを示す矢印を図示してある。

ここで、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nは、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質膜１の両側にアノードおよびカソードとして機能する電極２，３が配置された膜電極接合体５を備える。膜電極接合体５の各電極２，３の外側には、導電性を有するガス不透過の板状部材であるセパレータ７ａ，７ｃが配置され、各電極２，３とセパレータ７ａ，７ｃとの間には、反応ガスの流路として機能するガス流路部材６が配置されている。

また、膜電極接合体５の外周には、セパレータ７ａ，７ｃ同士を絶縁するとともに、反応ガスや冷媒などの流体の漏洩を防止するための樹脂シール部８が配置されている。各単セルＣ₁〜Ｃ_Nの各マニホールドＭ１〜Ｍ８は、各セパレータ７ａ，７ｃおよび樹脂シール部８を貫通するように設けられている。

樹脂シール部８には、水素供給用マニホールドＭ１とアノード側のガス流路部材６とを連結するための連通路８２が形成されている（図３（Ａ））。水素供給用マニホールドＭ１の水素は、この連通路８２を介して膜電極接合体５のアノード２に供給される。同様に、樹脂シール部８には、酸素供給用マニホールドＭ３とカソード側のガス流路部材６とを連結するための連通路８３が形成されている（図３（Ｂ））。酸素供給用マニホールドＭ３の酸素は、この連通路８３を介して膜電極接合体５のカソード３に供給される。

なお、樹脂シール部８には、膜電極接合体５のアノード２およびカソード３と、水素および酸素の排出用マニホールドＭ２，Ｍ４のそれぞれを連結する連通路が設けられているが、その図示は省略する。また、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの間には、冷媒用のマニホールドＭ５，Ｍ６同士を連結する冷媒流路が設けられるが、その図示および説明は省略する。

ここで、本発明の発明者は、燃料電池スタック１０に対する反応ガスの供給流量を変化させたときに、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの流量の増減の度合いは、各単セルＣ₁〜Ｃ_nが積層された位置によって異なってくることを見出した。具体的には、第１のエンドプレート１１の近傍に配置された単セルでは、燃料電池スタック１０に対する反応ガスの供給流量が大きくなると、流入するガス量が減少する。逆に、燃料電池スタック１０に対する反応ガスの供給流量が小さくなると、マニホールドＭ１，Ｍ３から当該単セルに分岐流入するガス量は増大する。これは、燃料電池スタック１０に対する反応ガスの供給流量が大きくなると、マニホールドＭ１，Ｍ３の入口近傍における反応ガスの直進性が高くなるためであると推察される。

このように、複数の単セルＣ₁〜Ｃ_nが積層された燃料電池スタック１０では、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置によって、反応ガスの供給流量を含む発電条件が異なってしまう場合がある。そのため、積層位置にかかわらず、一様な判定基準で各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否を判定すると、誤った判定結果が出てしまう可能性がある。そこで、本実施例の検査装置１００では、各単セルの積層位置に応じて予め設定された異なる判定条件によって、各単セルについての発電性能を判定する。具体的には、以下の通りである。

図４は、本実施例の検査装置１００による燃料電池スタック１０の検査処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、制御部１１０は、カソードガス供給部１２０およびアノードガス供給部１３０を制御して、燃料電池スタック１０に対して、反応ガスの供給を開始して、燃料電池スタック１０にテスト発電を開始させる。

このテスト発電の際には、制御部１１０は、燃料電池スタック１０に対して、所定のストイキ比で反応ガスを供給する。ここで、「反応ガスのストイキ比」とは、燃料電池反応における発電量に対して理論的に必要な反応ガスの量（反応ガスの理論的消費量）に対する実際の反応ガスの供給量の比を意味し、反応ガスの供給流量を表すパラメータであると解釈できる。なお、反応ガスのストイキ比には、アノードガスのストイキ比と、カソードガスのストイキ比の両方が含まれるが、以下では、便宜上、両者を区別することなく説明する。

また、ステップＳ１０では、制御部１１０は、冷媒循環制御部１４０を制御して、燃料電池スタック１０の運転温度を所定の温度（例えば、８０℃程度）に維持する。そして、制御部１１０は、燃料電池スタック１０の運転状態が安定したときに、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧を計測する。ステップＳ２０では、制御部１１０は、予め設定された各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の判定処理に用いる閾値を決定するためのマップ（以下、「閾値マップ」と呼ぶ）を取得する。

図５（Ａ），（Ｂ）は、閾値マップに設定される関係の取得方法の一例を説明するための説明図である。閾値マップは、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置と、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否の判定基準となるセル電圧の閾値とを対応付けて設定される。本実施例では、検査処理の実行前に、例えば、以下のように、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置と、セル電圧の閾値との対応関係を取得し、閾値マップに設定しておく。

まず、基準となる単セル（以下、単に「基準セル」と呼ぶ）を準備し、この基準セルについて、反応ガスのストイキ比を変えて、セル電圧を計測する。図５（Ａ）には、計測によって得られる基準セルの発電性能を示す曲線グラフの一例を、横軸を反応ガスのストイキ比とし、縦軸をセル電圧として示してある。

次に、基準セルを所定の積層位置に組み付けた燃料電池スタック１０を準備し、ステップＳ１０において実行するテスト発電のときと同じストイキ比の反応ガスを供給して燃料電池スタック１０に発電させ、基準セルのセル電圧を計測する。この燃料電池スタック１０における基準セルのセル電圧の計測処理を、基準セルの積層位置を変えて繰り返す。

図５（Ｂ）は、上記の計測結果の一例を、横軸を基準セルの積層位置とし、縦軸を基準セルのセル電圧として表したグラフである。なお、横軸における基準セルの積層位置を表す数字は、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nの符号に対応しており、燃料電池スタック１０において第１のエンドプレート側から単セルを数えたときの段数を示している。

図５（Ｂ）のグラフでは、基準セルが単セルＣ₁〜Ｃ₃の位置に積層配置されているときには、基準セルのセル電圧はｖ１が計測され、基準セルが単セルＣ₄〜Ｃ_nの位置に積層配置されているときには、基準セルのセル電圧はｖ２が計測されたことが示されている。この例では、図５（Ａ）のグラフから、単セルＣ₁〜Ｃ₃に流入する反応ガスの流量に対する単セルＣ₄〜Ｃ_nに流入する反応ガスの流量の比は、ａ₁：ａ₂であったと推定することができる。

閾値マップには、そうした積層位置に応じた反応ガスの流入量の差が反映された閾値が取得できる関係を設定する。具体的に、図５の例では、１〜３段目までの積層位置に対しては、セル電圧ｖ１に基づく第１の閾値ｔｈ１が取得でき、４段目以降の積層位置に対しては、セル電圧ｖ２に基づく第２の閾値ｔｈ２が取得できる関係を閾値マップに設定する（ｔｈ１＜ｔｈ２）。

ステップＳ３０（図４）では、制御部１１０は、閾値マップを用いて、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に対応する閾値を取得し、その閾値と、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧の計測値とを用いて、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否を判定する。図５で説明した例に即して説明すると、単セルＣ₁〜Ｃ₃については、セル電圧の計測値が第１の閾値ｔｈ１より低い場合に、単セルＣ₄〜Ｃ_nについては、セル電圧の計測値が第２の閾値ｔｈ２より低い場合に否定的な判定をする。ステップＳ４０では、制御部１１０は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nごとの発電性能の判定結果を報知部１６０によって報知させる。

以上のように、第１実施例の検査装置１００では、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nについて、その積層位置に応じて判定基準を変えて発電性能を検証する。従って、燃料電池スタック１０の発電性能について、より精度の高い検査結果を得ることができる。

B．第２実施例：
図６は本発明の第２実施例としての検査装置が実行する燃料電池スタック１０の検査処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、第２実施例の検査装置の構成は、第１実施例の検査装置１００と同様である（図１）。

ここで、上記の第１実施例の検査装置１００では、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて判定基準を設定して、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能を検証していた。これに対して、第２実施例の検査装置では、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて、テスト発電における発電条件を設定して、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能を検証する。ステップＳ１１０では、制御部１１０は、燃料電池スタック１０のテスト発電の際の発電条件を設定する。

図７（Ａ），（Ｂ）は、ステップＳ１１０におけるテスト発電の発電条件の決定方法の一例を説明するための説明図である。図７（Ａ）には、図５（Ｂ）と同様なグラフを図示してあり、図７（Ｂ）には、図２（Ａ）と同様な燃料電池スタック１０の模式図を図示してある。

まず、図５で説明したのと同様な基準セルを準備する。そして、基準セルの積層位置を変えた燃料電池スタック１０を用いて、それぞれの積層位置で基準セルが所定の電圧ｖｓ（以下、「基準電圧ｖｓ」とも呼ぶ）を出力できる反応ガスのストイキ比を求める。これによって得られた、基準セルの積層位置ごとの、基準電圧ｖｓを得るための反応ガスのストイキ比を、単セルの積層位置に応じた発電条件として決定する。

ここで、図７（Ａ）のグラフには、ストイキ比Ａのときに、単セルＣ₁〜Ｃ₃が基準電圧ｖｓを出力し、ストイキ比Ｂのときに単セルＣ₄〜Ｃ_nが基準電圧ｖｓを出力したときの計測結果の一例を示してある。この例の場合には、図７（Ｂ）に示すように、単セルＣ₁〜Ｃ₃を対象とするテスト発電の発電条件（第１の発電条件）として、反応ガスのストイキ比をストイキ比Ａに設定する。また、単セルＣ₄〜Ｃ_nを対象とするテスト発電の発電条件（第２の発電条件）として、反応ガスのストイキ比をストイキ比Ｂに設定する。

ステップＳ１２０では、制御部１１０は、ステップＳ１１０で得られた発電条件でのテスト発電を実行して、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧を計測する。即ち、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で設定された発電条件の数に応じた回数のテスト発電が実行されることになる。図７で説明した例では、第１と第２の発電条件による第１と第２のテスト発電が実行される。

ステップＳ１３０では、基準電圧ｖｓに基づいて予め設定されている閾値と、各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧とを用いて、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否を判定する。なお、この判定処理で用いられる各単セルＣ₁〜Ｃ_nのセル電圧は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に対応する発電条件で実行されたテスト発電において計測された値である。

即ち、図７で説明した例では、単セルＣ₁〜Ｃ₃については、第１のテスト発電の際に計測されたセル電圧であり、単セルＣ₄〜Ｃ_nについては、第２のテスト発電の際に計測されたセル電圧である。ステップＳ１４０では、制御部１１０は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nごとの発電性能の判定結果を報知部１６０によって報知させる。

以上のように、第２実施例の検査装置では、燃料電池スタック１０の各単セルＣ₁〜Ｃ_nについて、その積層位置に応じて発電条件を変えて発電性能を検証する。従って、燃料電池スタック１０の発電性能について、第１実施例と同様に、精度の高い検査結果を得ることができる。

C．第３実施例：
以下では、第３実施例としての３種類の検査方法をそれぞれ、第３実施例Ａ〜第３実施例Ｃとして説明する。なお、以下の説明では、第３実施例Ａ〜第３実施例Ｃのいずれについても、図５で説明したのと同様な、単セルＣ₁〜Ｃ₃における反応ガスの流入量が、単セルＣ₄〜Ｃ_nにおける反応ガスの流入量より少なくなってしまう燃料電池スタック１０を例にとって説明する。

C1．第３実施例Ａ：
図８は、第３実施例Ａとしての燃料電池スタック１０の検査方法を説明するための模式図である。図８は、第１のエンドプレート１１と１段目の単セルＣ₁〜Ｃ_nとの間に、ダミーセルｄＣ₁〜ｄＣ₃が介挿されている点以外は、図２（Ａ）とほぼ同じである。この第３実施例Ａでは、テスト条件として、検査対象である各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置を変えてテスト発電を行う。

上述したとおり、燃料電池スタック１０では、反応ガスの流入量が減少してしまう単セルＣ₁〜Ｃ₃の積層位置（第１のエンドプレート１１から３段目までの位置）では、マニホールドＭ１，Ｍ３における反応ガスの直進性が著しく高いものと推察される。そこで、図８に示すように、第１のエンドプレートと１段目の単セルＣ₁との間に、単セルＣ₁〜Ｃ₃と同様な構成を有するダミーセルｄＣ₁〜ｄＣ₃を介挿する。

これによって、マニホールドＭ１，Ｍ３の入口近傍よりも直進性が緩和された反応ガスを単セルＣ₁〜Ｃ₃に到達させることができる。従って、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量を均一化させることができ、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電条件を整えた上で、その発電性能の検証が可能となり、燃料電池スタック１０の発電性能の検査精度を向上させることができる。

C2．第３実施例Ｂ：
図９は、第３実施例Ｂとしての燃料電池スタック１０の検査方法を説明するための模式図である。図９は、第１のエンドプレート１１に変えて、第１のエンドプレート１１よりも厚みが大きいテスト用エンドプレート１１ｔが設けられている点以外は、図２（Ａ）とほぼ同じである。

この第３実施例Ｂでは、テスト条件として、検査対象である各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置を変えてテスト発電を行う。具体的には、第３実施例Ｂでは、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量を均一化させるために、燃料電池スタック１０に、第１のエンドプレート１１に換えて、テスト用エンドプレート１１ｔを取り付ける。

このテスト用エンドプレート１１は、反応ガスの流入量が減少する単セルＣ₁〜Ｃ₃の厚みに相当する分の厚みを増している点以外は、第１のエンドプレート１１とほぼ同様な構成である。燃料電池スタック１０にテスト用エンドプレート１１ｔを取り付けることにより、マニホールドＭ１，Ｍ３の入口（配管接続部）から１段目の単セルＣ₁までの間の距離を増大させることができ、直進性が緩和された反応ガスを単セルＣ₁〜Ｃ₃に到達させることができる。従って、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量を均一化させることができ、第３実施例Ａと同様に、燃料電池スタック１０の発電性能の検査精度を向上させることができる。

C3．第３実施例Ｃ：
図１０は、第３実施例Ｃとしての燃料電池スタック１０の検査方法を説明するための模式図である。図１０は、反応ガスの流入量が低減してしまう単セルＣ₁〜Ｃ₃を、第１のエンドプレート１１側から、燃料電池スタック１０の積層方向に沿って見たときの、図２（Ｂ）と同様な概略図である。

この第３実施例Ｃでは、単セルＣ₁〜Ｃ₃のテスト条件として、それぞれの反応ガスの圧力損失を変更する。具体的には、第３実施例Ｃでは、マニホールドＭ１，Ｍ３を構成する、各単セルＣ₁〜Ｃ₃の貫通孔の開口面積を調整するための調整板５０を配置した上で、燃料電池スタック１０の発電性能の検査を実行する。

調整板５０は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置において、マニホールドＭ１，Ｍ３における反応ガスの流れを阻害して、その直進性を緩和させる流速調整壁として機能する。即ち、調整板５０によって、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量が不均一になることを抑制することができる。

従って、第３実施例Ｃの検査方法によれば、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量を均一化させることができ、第３実施例Ｂと同様に、燃料電池スタック１０の発電性能の検査精度を向上させることができる。なお、調整板５０を配置された部位におけるマニホールドＭ１，Ｍ３の開口面積は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nに分岐流入する反応ガスの量が均一化されるように調整されることが望ましい。

D．変形例：
本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、上記実施例において、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能を示す値として、セル電圧以外の他のパラメータが計測されるものとしても良い。また、閾値以外の判定基準を用いて、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の良否が判定されるものとしても良い。さらに、以下のような変形も可能である。

D1．変形例１：
上記実施例では、検査装置１００の検査対象となる燃料電池スタック１０は、固体高分子形燃料電池であった。しかし、燃料電池スタック１０は、固体高分子形燃料電池でなくとも良く、他の種々のタイプの燃料電池であるものとしても良い。検査対象となる燃料電池スタック１０は、複数の発電体が積層され、積層方向に沿って設けられたマニホールドを介して各発電体に反応ガスを分岐流入させる構成を有していれば良い。

D2．変形例２：
上記第１実施例では、マニホールドＭ１，Ｍ３の上流側に位置する単セルＣ₁〜Ｃ₃と、その下流側に位置する単セルＣ₃〜Ｃ_nとで、発電性能の判定基準であるセル電圧の閾値として、第１と第２の閾値ｔｈ１，ｔｈ２を用いていた。しかし、各単セルＣ₁〜Ｃ_nの発電性能の判定基準であるセル電圧の閾値は、さらに複数の閾値が、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて設定されるものとしても良い。例えば、セル電圧の閾値は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nごとに異なる値が設定されるものとしても良い。

D3．変形例３：
上記第２実施例では、テスト発電の発電条件として、マニホールドＭ１，Ｍ３の上流側に位置する単セルＣ₁〜Ｃ₃のための第１の発電条件と、その下流側に位置する単セルＣ₃〜Ｃ_nのための第２の発電条件とを設定して、各発電条件でのテスト発電を実行していた。しかし、テスト発電の発電条件は、さらに複数の条件が、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて設定されるものとしても良い。例えば、テスト発電の発電条件は、各単セルＣ₁〜Ｃ_nを対象とするｎ種類の発電条件が設定されるものとしても良い。

D4．変形例４：
上記第１実施例では、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて、判定処理における判定基準を設定し、上記第２実施例では、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて、テスト発電における発電条件を設定していた。しかし、検査装置では、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて判定処理における判定基準を設定するとともに、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じてテスト発電における発電条件を設定するものとしても良い。

D5．変形例５：
上記第２実施例では、単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じて、異なる反応ガスのストイキ比でテスト発電したときのセル電圧の計測値を用いて判定を実行していた。しかし、テスト発電の発電条件としては、反応ガスのストイキ比以外に、他の発電条件が設定されるものとしても良い。単セルＣ₁〜Ｃ_nの積層位置に応じたテスト発電の発電条件としては、例えば、燃料電池１０の運転温度が設定されるものとしても良い。例えば、積層方向の端部近傍の単セルについては、第１の運転温度で発電を行ったときのセル電圧で判定をし、積層方向の中央近傍の単セルについては、第１の運転温度より低い第２の運転温度で発電を行ったときのセル電圧で判定を行うものとしても良い。

１…電解質膜
２…アノード
３…カソード
５…膜電極接合体
６…ガス流路部材
７ａ，７ｃ…セパレータ
８…樹脂シール部
１０…燃料電池スタック
１１…第１のエンドプレート
１１ｔ…テスト用エンドプレート
１２…第２のエンドプレート
１３…締結部材
５０…調整板
８２…連通路
８３…連通路
１００…検査装置
１１０…制御部
１２０…カソードガス供給部
１３０…アノードガス供給部
１４０…冷媒循環制御部
１５０…セル電圧計測部
１６０…報知部
Ｃ₁〜Ｃ_n…単セル
Ｍ１…水素供給用マニホールド
Ｍ２…水素排出用マニホールド
Ｍ３…酸素供給用マニホールド
Ｍ４…酸素排出用マニホールド
Ｍ５…冷媒供給用マニホールド
Ｍ６…冷媒排出用マニホールド
ｄＣ₁〜ｄＣ₃…ダミーセル

Claims

複数の発電体が積層された燃料電池スタックであって、積層方向に沿って設けられたマニホールドを介して前記複数の発電体のそれぞれに反応ガスを分岐流入させる燃料電池スタックの検査方法であって、
（ａ）前記複数の発電体のうちの検査対象となる検査対象発電体を対象とするテスト条件と、性能判定の判定基準と、のうちの少なくとも一方を、前記検査対象発電体が積層されている位置に応じて設定する工程と、
（ｂ）予め設定されたテスト条件に基づいて燃料電池スタックに発電させ、前記検査対象発電体の発電性能を示す値を計測する工程と、
（ｃ）前記発電性能を示す値の計測値と、予め設定された判定基準とを用いて、前記検査対象発電体の発電性能を判定する工程と、
を備える、検査方法。
請求項１記載の検査方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記発電性能を示す値として、検査対象発電体の電圧であるセル電圧を計測する工程であり、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ａ）において、前記検査対象発電体の積層位置に応じて予め設定された前記セル電圧の閾値を用いて判定を行う工程である、検査方法。
請求項１または請求項２記載の検査方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）において、前記テスト条件として、前記検査対象発電体が積層された位置に応じて予め設定された前記反応ガスの供給流量で、前記燃料電池スタックに発電させる工程である、検査方法。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の検査方法であって、
前記検査対象発電体は、前記マニホールドの上流側に配置された上流側発電体と、前記上流側発電体より下流側に配置された下流側発電体とを含み、
前記工程（ａ）は、前記上流側発電体と、前記下流側発電体とで、前記テスト条件と、前記判定基準と、のうちの少なくとも一方を変える、検査方法。
複数の発電体が積層された燃料電池スタックであって、積層方向に沿って設けられたマニホールドを介して前記複数の発電体のそれぞれに反応ガスを分岐流入させる燃料電池スタックを検査する検査装置であって、
前記複数の発電体のうちの検査対象となる検査対象発電体を対象とするテスト条件と、性能判定の判定基準と、のうちの少なくとも一方を、前記検査対象発電体が積層されている位置に応じて設定する制御部と、
予め設定されたテスト条件に基づいて燃料電池スタックに発電させ、前記検査対象発電体の発電性能を示す値を計測する計測部と、
前記発電性能を示す値の計測値と、予め設定された判定基準とを用いて、前記検査対象発電体の発電性能を判定する発電性能判定部と、
を備える、検査装置。