JP2021136102A - 燃料電池スタックの誤組検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池スタックが適切に製造されたものであるかどうかを外観によらず判定できる燃料電池スタックの誤組検査方法を提供すること。【解決手段】誤組検査方法は、発電セルとダミーセルとを正規発電位置及び正規ダミー位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組の有無を検査する。誤組検査方法は、ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおけるアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力差を測定することにより、ワークは、ダミーＭＥＡと発電セパレータとが組み付けられた第１異常セルを含む第３誤組状態であるか否かを判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池スタックの誤組検査方法に関する。より詳しくは、発電セルとダミーセルとを所定の正規位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法に関する。
燃料電池スタックは、膜電極構造体（ＭＥＡ）とセパレータとを組み合わせて構成される燃料電池セルを、複数枚積層することによって製造される。また近年では、発電機能を有する複数枚の発電セルだけでなく、発電機能を有さない複数枚のダミーセルを備える燃料電池スタックも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このようなダミーセルを備える燃料電池スタックは、その機能を適切に発揮させるためには、発電セルとダミーセルとを予め定められた正規位置に積層する必要がある。特許文献１に記載の発明では、ダミーセルの外観を発電セルの外観と異ならせることにより、発電セルとダミーセルとがそれぞれ正規位置に積層されているかどうかを目視によって容易に確認できるようにしている。
特開２０１５−６９７３７号公報
しかしながら特許文献１に示された技術のように、発電セルとダミーセルとで異なった外観にするためには、手間がかかるおそれがある。またダミーセルを、発電セルのＭＥＡと異なる機能を有するダミーＭＥＡと、セパレータと異なる機能を有するダミーセパレータとを組み合わせることによって製造した場合、発電セルとダミーセルとで外観を変えたとしても、これら発電セルやダミーセルが適切に組み付けられたものであるかどうかまで外観の相違から判定することはできない。すなわち、発電セルのＭＥＡとダミーセルのダミーセパレータとが組み付けられる場合や、ダミーセルのダミーＭＥＡと発電セルのセパレータとが組み付けられる場合もあり得るが、特許文献１に示された技術では、このような誤組を目視によって確認することは困難である。
本発明は、燃料電池スタックが適切に製造されたものであるかどうかを外観によらず判定できる燃料電池スタックの誤組検査方法を提供することを目的とする。
（１）本発明に係る誤組検査方法は、発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なる機能を有するダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規発電位置及び正規ダミー位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にガスを供給した場合における前記ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にガスを供給した場合における各セルのセル電圧、並びに、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にガスを供給しかつ前記ワークの電極に外部から電圧を印加した場合における各セルのセル電圧の少なくとも何れかを測定し、前記測定の結果に基づいて、前記ワークは、前記発電セルが前記正規ダミー位置に積層されている第１誤組状態、前記ダミーセルが前記正規発電位置に積層されている第２誤組状態、前記ダミーＭＥＡと前記発電セパレータとが組み付けられた第１異常セルを含む第３誤組状態、及び、前記発電ＭＥＡと前記ダミーセパレータとが組み付けられた第２異常セルを含む第４誤組状態の何れかであるか否かを判定することを特徴とする。
（２）この場合、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記第１又は第２誤組状態であるか否かを判定することが好ましい。
（３）この場合、前記ダミーＭＥＡは、前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有し、前記ダミーセパレータは、前記アノード極にガスを供給する機能を有さないことが好ましい。
（４）この場合、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおける前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の圧力差を測定することにより、前記ワークは前記第３誤組状態であるか否かを判定することが好ましい。
（５）この場合、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともに前記電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記第４誤組状態であるか否かを判定することが好ましい。
（６）この場合、前記ワークは前記第３誤組状態ではないと判定した後、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給することが好ましい。
（７）本発明に係る誤組検査方法は、発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なる機能を有するダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規発電位置及び正規ダミー位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークにおいて前記発電セルが前記正規ダミー位置に積層されているか否か、又は前記ダミーセルが前記正規発電位置に積層されているか否かを判定することを特徴とする。
（８）本発明に係る誤組検査方法は、発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なり前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なり前記アノード極にガスを供給する機能を有さないダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおける前記ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力差を測定することにより、前記ワークは前記ダミーＭＥＡと前記発電セパレータとが組み付けられた第１異常セルを含むか否かを判定することを特徴とする。
（９）本発明に係る誤組検査方法は、発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なり前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なり前記アノード極にガスを供給する機能を有さないダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともに前記ワークの電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記発電ＭＥＡと前記ダミーセパレータが組み付けられた第２異常セルを含むか否かを判定することを特徴とする。
（１）本発明では、ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にガスを供給した場合におけるアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力、アノードガス導入部及びカソードガス導入部にガスを供給した場合における各セルのセル電圧、並びにアノードガス導入部及びカソードガス導入部にガスを供給しかつワークの電極に外部から電圧を印加した場合における各セルのセル電圧の少なくとも何れかを測定し、この測定の結果に基づいて、ワークは、第１誤組状態、第２誤組状態、第３誤組状態、及び第４誤組状態の何れかであるか否かを判定する。これにより、ワークが燃料電池スタックとして適切に製造されたものであるかどうかをワークの外観によらず判定することができる。
（２）ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給すると、発電セルは発電することによってセル電圧が発生するのに対し、ダミーセルはセル電圧が発生しない。本発明ではこれを利用すべく、ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークにおいて発電セルが正規ダミー位置に積層されているか否か、すなわちワークは第１誤組状態であるか否か、又はワークにおいてダミーセルが正規発電位置に積層されているか否か、すなわちワークは第２誤組状態であるか否かを判定する。これにより、ワークの外観によらず第１誤組状態又は第２誤組状態であるか否かを判定することができる。
（３）本発明において、ダミーＭＥＡは、アノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、ダミーセパレータは、アノード極にガスを供給する機能を有さない。本発明では、このようなダミーＭＥＡ及びダミーセパレータを用いることにより、ワークが第３誤組状態である場合や第４誤組状態である場合と、それ以外の状態である場合とで、圧力やセル電圧の測定の結果に差を設けることができる。よって本発明によれば、ワークの外観によらず第３誤組状態や第４誤組状態であるか否かを判定することができる。
（４）ダミーセルに用いられるダミーＭＥＡは、発電ＭＥＡと異なりアノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、またダミーセパレータは、発電セパレータと異なりアノード極にガスを供給する機能を有さない。このためワークを構成する複数のセルの中に、ダミーＭＥＡと発電セパレータとを組み付けることによって製造された第１異常セルが存在する場合、すなわちワークが第３誤組状態である場合、この第１異常セルにおいてアノードガス流路とカソードガス流路とが短絡してしまう。このため、アノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給すると、第１異常セルにおいてガスが混ざり合ってしまい、アノードガス流路とカソードガス流路との間の圧力差が小さくなる。本発明では、これを利用することにより、ワークが第３誤組状態であるか否かを、外観によらず判定することができる。
（５）ダミーセルに用いられるダミーＭＥＡは、発電ＭＥＡと異なりアノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、またダミーセパレータは、発電セパレータと異なりアノード極にガスを供給する機能を有さない。したがってワークを構成する複数のセルの中に発電ＭＥＡとダミーセパレータとを組み付けることによって製造された第２異常セルが存在する場合、すなわちワークが第４誤組状態である場合、ワークのアノードガス導入部にアノードガスを供給しても、第２異常セルの発電ＭＥＡのアノード極にアノードガスが供給されることはない。また発電ＭＥＡのアノード極にアノードガスが存在しない場合、発電ＭＥＡのアノード極にアノードガスが存在する場合よりも抵抗が大きくなる。したがってこのような第２異常セルを含むワークの電極に外部から電圧を印加した場合、発電セルのセル電圧と、ダミーセルのセル電圧と、第２異常セルのセル電圧とに差が生じる。本発明ではこれを利用すべく、アノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークが第４誤組状態であるか否かを、外観によらず判定することができる。
（６）上述のようにワークが第３誤組状態である場合、ワークに含まれる第１異常セルにおいてアノードガス流路とカソードガス流路とが短絡してしまう。そこで本発明では、ワークは第３誤組状態ではないと判定した後、すなわちワークのアノードガス流路とカソードガス流路とは短絡していないと判定した後、アノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給する。これにより、検査中にアノードガスとカソードガスとが混ざってしまうのを防止することができる。
（７）本発明では、ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークにおいて発電セルが正規ダミー位置に積層されているか否か又はダミーセルが正規発電位置に積層されているか否かを判定する。これにより、ワークの外観によらず発電セル及びダミーセルが適切な位置に積層されているか否かを判定することができる。
ところでクロスリークチェックと呼称される検査では、ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路にそれぞれアノードガス及びカソードガスを封入したときにおけるセル電圧の変化を監視することにより、発電セルのアノード極側からカソード極側へのアノードガスのリークの有無を判定する。本発明によれば、このようなクロスリークチェックを流用することにより、リークの有無だけでなく誤組の有無も判定することができる。
（８）本発明では、ワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおけるアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力差を測定する。これにより、ワークに上述のような第１異常セルが含まれているかどうかを、外観によらず判定することができる。
（９）本発明では、アノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークに第２異常セルが含まれているかどうかを、外観によらず判定することができる。
ところで組み立てられた燃料電池スタックの出力を向上するエージング工程では、ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部から電圧を印加する場合がある。本発明によれば、このようなエージング工程を流用することにより、第２異常セルが含まれているかどうかを判定しつつ、第２異常セルが含まれていない場合にはその出力を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの積層構造を示す斜視図である。 発電セルの積層構造を示す分解斜視図である。 発電ＭＥＡの積層構造を示す分解斜視図である。 ダミーセルの積層構造を示す分解斜視図である。 ダミーＭＥＡの積層構造を示す分解斜視図である。 燃料電池スタックの誤組検査方法の具体的な手順を示すフローチャートである。 圧検工程の具体的な手順を示すフローチャートである。 第３誤組状態ではないワークにおける各流路の圧力の変化を示す図である。 第３誤組状態であるワークにおける各流路の圧力の変化を示す図である。 クロスリークチェック工程の具体的な手順を示すフローチャートである。 エージング工程の具体的な手順を示すフローチャートである。 エージング工程で用いる回路の構成を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１の誤組検査方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、燃料電池スタック１の積層構造を示す斜視図である。
燃料電池スタック１は、単位燃料電池を構成する複数の板状の発電セル２とこの発電セル２と似た外観を備える複数の板状のダミーセル３とを積層方向（図１中、左右方向）に沿って積層した積層体４と、この積層体４の積層方向両端に設けられたターミナルプレート５１ａ，５１ｂと、これらターミナルプレート５１ａ，５１ｂの積層方向両端に設けられたインシュレータ５２ａ，５２ｂと、これらインシュレータ５２ａ，５２ｂの積層方向両端に設けられたエンドプレート５３ａ，５３ｂと、を備える。燃料電池スタック１は、エンドプレート５３ａ，５３ｂを端板として、これらエンドプレート５３ａ，５３ｂによって積層体４と、ターミナルプレート５１ａ，５１ｂと、インシュレータ５２ａ，５２ｂとを挟み込んだ状態で図示しない筐体に収容される。
エンドプレート５３ａには、積層体４の酸化剤ガス供給流路と連通する酸化剤ガス導入部５４ａと、積層体４の酸化剤ガス排出流路と連通する酸化剤ガス排出部５４ｂと、積層体４の燃料ガス供給流路と連通する燃料ガス導入部５５ａと、積層体４の燃料ガス排出流路と連通する燃料ガス排出部５５ｂと、が設けられている。
燃料電池スタック１によって発電させる場合、酸化剤ガス導入部５４ａには、含酸素の酸化剤ガス（例えば、空気）をカソードガスとして供給し、燃料ガス導入部５５ａには、水素ガスをアノードガスとして供給する。
積層体４は、複数枚の発電セル２と複数枚のダミーセル３とを、それぞれ所定の正規位置に積層することによって製造される。なお本実施形態では、積層体４のうちエンドプレート５３ｂ側の１枚又は数枚をダミーセル３とし、積層体４のうちエンドプレート５３ａ側の１枚又は数枚をダミーセル３とし、残りを全て発電セル２とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。ダミーセル３を設ける位置は積層体４の両端に限らない。また以下では、発電セル２の正規位置、すなわち発電セル２を積層すべき位置を正規発電位置といい、ダミーセル３の正規位置、すなわちダミーセル３を積層すべき位置を正規ダミー位置という。
図２Ａは、発電セル２の積層構造を示す分解斜視図である。発電セル２は、例えば２枚の板状の発電ＭＥＡ２１，２１と、これら発電ＭＥＡ２１，２１の両面に設けられた３枚の板状の発電セパレータ２２，２２，２２と、を組み付けることによって製造される。なお本実施形態では、１つの発電セル２を２枚の発電ＭＥＡ２１，２１と３枚の発電セパレータ２２，２２，２２とによって構成した場合について説明するが、発電ＭＥＡ２１の数や発電セパレータ２２の数はこれに限らない。
図２Ｂは、発電ＭＥＡ２１の積層構造を示す分解斜視図である。発電ＭＥＡ２１は、板状の固体高分子電解質膜であるＰＥＭ２１１と、ＰＥＭ２１１の一方側の面であるアノード電極に設けられたアノードカーボンペーパ２１２と、ＰＥＭ２１１の他方側の面であるカソード電極に設けられたカソードカーボンペーパ２１３と、これらアノードカーボンペーパ２１２とＰＥＭ２１１とカソードカーボンペーパ２１３とを積層した状態で保持する樹脂枠２１４と、を備える。ＰＥＭ２１１は、例えば水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜であり、陽イオンを通過させる機能を有する。発電ＭＥＡ２１は、アノード電極を構成するアノードカーボンペーパ２１２と、カソード電極を構成するカソードカーボンペーパ２１３との間でガスを透過させる機能を有しない。
図２Ａに戻り、発電セパレータ２２は、酸化剤ガス供給流路１１の一部を構成する酸化剤ガス連通孔２２１と、酸化剤ガス排出流路１２の一部を構成する酸化剤ガス連通孔２２２と、燃料ガス供給流路１３の一部を構成する燃料ガス連通孔２２３と、燃料ガス排出流路１４の一部を構成する燃料ガス連通孔２２４と、発電ＭＥＡ２１のカソード電極に対し図２Ａ中矢印２２５に示すような流路に沿って酸化剤ガス供給流路１１を通流するガスの一部を供給する酸化剤ガス供給流路（図示せず）と、発電ＭＥＡ２１のアノード電極に対し図２Ａ中矢印２２６に示すような流路に沿って燃料ガス供給流路１３を通流するガスの一部を供給する燃料ガス供給流路（図示せず）と、を備える。発電セパレータ２２の酸化剤ガス連通孔２２１から発電ＭＥＡ２１のカソード電極に供給されたガスは、酸化剤ガス連通孔２２２を介して酸化剤ガス排出流路１２に流入する。また発電セパレータ２２の燃料ガス連通孔２２３から発電ＭＥＡ２１のアノード電極に供給されたガスは、燃料ガス連通孔２２４を介して燃料ガス排出流路１４に流入する。
図３Ａは、ダミーセル３の積層構造を示す分解斜視図である。ダミーセル３は、例えば２枚の板状のダミーＭＥＡ３１，３１と、これらダミーＭＥＡ３１，３１の両面に設けられた３枚の板状のダミーセパレータ３２，３２，３２と、を組み付けることによって製造される。これらダミーＭＥＡ３１，３１とダミーセパレータ３２，３２，３２とを組み付けることによって製造された後のダミーセル３の外観は、発電セル２の外観とほぼ同じである。またダミーセル３は、発電セル２と異なる機能を備える。
図３Ｂは、ダミーＭＥＡ３１の積層構造を示す分解斜視図である。ダミーＭＥＡ３１は、板状のダミーカーボンペーパ３１１と、ダミーカーボンペーパ３１１の一方側の面に設けられたダミーアノードカーボンペーパ３１２と、ダミーカーボンペーパ３１１の他方側の面に設けられたダミーカソードカーボンペーパ３１３と、これらダミーカーボンペーパ３１１，３１２，３１３を積層した状態で保持する樹脂枠３１４と、を備える。ダミーＭＥＡ３１は、上述の発電ＭＥＡ２１とほぼ同じ板厚である。以下では、ダミーＭＥＡ３１のうちダミーアノードカーボンペーパ３１２側の面をアノード極といい、ダミーカソードカーボンペーパ３１３側の面をカソード極という。またダミーＭＥＡ３１は、発電ＭＥＡ２１と異なり、アノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有する。
図３Ａに戻り、ダミーセパレータ３２は、酸化剤ガス供給流路１１の一部を構成する酸化剤ガス連通孔３２１と、酸化剤ガス排出流路１２の一部を構成する酸化剤ガス連通孔３２２と、燃料ガス供給流路１３の一部を構成する燃料ガス連通孔３２３と、燃料ガス排出流路１４の一部を構成する燃料ガス連通孔３２４と、ダミーＭＥＡ３１のカソード極に対し図３Ａ中矢印３２５に示すような流路に沿って酸化剤ガス供給流路１１を通流するガスの一部を供給する酸化剤ガス供給流路（図示せず）と、を備える。ダミーセパレータ３２の酸化剤ガス連通孔３２１からダミーＭＥＡ３１のカソード極に供給されたガスは、酸化剤ガス連通孔３２２を介して酸化剤ガス排出流路１２に流入する。ダミーセパレータ３２は、発電セパレータ２２と異なり、燃料ガス供給流路１３を通流するガスの一部をダミーＭＥＡ３１のアノード極に供給する機能を有さない。すなわち、ダミーセル３において、燃料ガス供給流路１３と連通する燃料ガス連通孔３２３は、燃料ガス排出流路１４と連通する燃料ガス連通孔３２４と連通していない。
次に、以上のような積層構造を備える燃料電池スタック１の誤組検査方法の具体的な手順について図４〜図９を参照しながら説明する。
図４は、燃料電池スタック１の誤組検査方法の具体的な手順を示すフローチャートである。上述のように燃料電池スタック１の積層体４は、外観が似ている発電セル２とダミーセル３とを積層することによって製造され、また発電セル２を構成する発電ＭＥＡ２１及び発電セパレータ２２の外観は、それぞれダミーセル３を構成するダミーＭＥＡ３１及びダミーセパレータ３２の外観とも似ている。このため、所定のスタック製造工程を経て燃料電池スタック１の積層体４として製造されるワークは、様々な態様の誤組が想定される。
図４に示す誤組検査方法では、スタック製造工程を経て製造されたワークが、第１〜第４誤組状態の何れかであるか否かを判定する。第１誤組状態とは、発電セル２が正規ダミー位置に積層されている状態をいう。第２誤組状態とは、ダミーセル３が正規発電位置に積層されている状態をいう。第３誤組状態とは、ダミーＭＥＡ３１と発電セパレータ２２とを組み付けることによって製造された第１異常セルが正規発電位置又は正規ダミー位置に積層されている状態をいう。また第４誤組状態とは、発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とを組み付けることによって製造された第２異常セルが正規発電位置又は正規ダミー位置に積層されている状態をいう。
図４に示す誤組検査方法は、圧検工程（Ｓ１）と、クロスリークチェック工程（Ｓ２）と、エージング工程（Ｓ３）と、を備える。
図５は、圧検工程の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにＳ１１では、作業者は、燃料電池スタック１の製造工程を経て製造されたワークの酸化剤ガス導入部５４ａ及び燃料ガス導入部５５ａにそれぞれ異なる圧力の不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給する。なお本実施形態では、酸化剤ガス導入部５４ａに供給する不活性ガスの圧力を燃料ガス導入部５５ａに供給する不活性ガスの圧力よりも低くした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これにより、ワークの酸化剤ガス流路内の圧力は、燃料ガス流路内の圧力よりも低くなる。
Ｓ１２では、作業者は、不活性ガスの供給を開始してから所定時間が経過した後、不活性ガスの供給を停止するとともに、酸化剤ガス排出部５４ｂ及び燃料ガス排出部５５ｂを封止する。これにより、ワークの酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路内にそれぞれ圧力の異なる不活性ガスが封入される。
次にＳ１３では、作業者は、圧力センサを用いることによって、不活性ガスを封入してから所定時間が経過した後におけるワークの酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路内の圧力を測定する。
Ｓ１４では、作業者は、酸化剤ガス流路と燃料ガス流路との圧力差が所定値以下であるか否かを判定する。Ｓ１４における判定結果がＹＥＳである場合、作業者は、ワークは第３誤組状態であると判定し（Ｓ１５）、図４の誤組検査方法を終了する。またＳ１４における判定結果がＮＯである場合、作業者は、ワークは第３誤組状態ではないと判定し、図４のクロスリークチェック工程（Ｓ２）に移る。以上のように、第３誤組状態であると判定したワークに対しては、クロスリークチェック工程及びエージング工程を行わないようにし、第３誤組状態でないと判定したワークに対してのみ、クロスリークチェック工程及びエージング工程を行うようにすることが好ましい。
図６Ａは、第３誤組状態ではないワークにおける各流路の圧力の変化を示す図であり、図６Ｂは、第３誤組状態であるワークにおける各流路の圧力の変化を示す図である。図６Ａに示すように、第３誤組状態ではないワークの酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路内にそれぞれ圧力の異なる不活性ガスを供給した場合、所定時間経過後も各流路内の圧力差は維持される。
これに対しワークが第３誤組状態である場合、すなわちワークを構成する複数のセルの一部が、ダミーＭＥＡ３１と発電セパレータ２２とを組み付けることによって製造された第１異常セルである場合、この第１異常セルのダミーＭＥＡ３１において高圧側の極（上記の例ではアノード極）に供給された不活性ガスの一部が低圧側の極（上記の例ではカソード極）へ透過する。すなわち、第３誤組状態のワークの酸化剤ガス流路と燃料ガス流路とは、第１異常セルにおいて短絡する。このため図６Ｂに示すように、第３誤組状態であるワークの酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の圧力差は、所定時間が経過するとほぼ０になる。
図７は、クロスリークチェック工程の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにＳ２１では、作業者は、セル電圧センサを用いることによってワークを構成する各セルのセル電圧の測定を開始する。ここでセル電圧は、正規発電位置に積層されているセルだけでなく、正規ダミー位置に積層されているセルについても測定する。
Ｓ２２では、作業者は、圧検工程を経て第３誤組状態ではないと判定されたワークの酸化剤ガス導入部５４ａ及び燃料ガス導入部５５ａにそれぞれ空気及び水素ガスを供給する。
Ｓ２３では、作業者は、空気及び水素ガスの供給を開始してから所定時間が経過した後、空気及び水素ガスの供給を停止するとともに、酸化剤ガス排出部５４ｂ及び燃料ガス排出部５５ｂを封止する。これにより、ワークの酸化剤ガス流路内には空気が封入され、燃料ガス流路内には水素ガスが封入される。
Ｓ２４では、作業者は、空気及び水素ガスを封入してから所定時間が経過した後、各セルのセル電圧の測定を終了する。
Ｓ２５では、作業者は、正規ダミー位置に積層されたセルのセル電圧は０近傍に設定された閾値以下であるか否かを判定する。正規ダミー位置に積層されるべきダミーセル３は発電セル２と異なり発電機能を有しない。このためＳ２５における判定結果がＮＯである場合、作業者は、ワークは第１誤組状態であると判定し（Ｓ２６）、より具体的には正規ダミー位置に発電セル２が積層されていると判定し、図４の誤組検査方法を終了する。またＳ２５における判定結果がＹＥＳである場合、作業者はＳ２７に移る。
Ｓ２７では、作業者は、正規発電位置に積層されたセルのセル電圧は上記閾値以上であるか否かを判定する。正規発電位置に積層されるべき発電セル２は、カソード極に空気を供給しアノード極に水素ガスを供給すると発電し、セル電圧が所定値まで上昇する。これに対し、ダミーセル３は上述のように発電機能を有さない。また発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とを組み付けることによって製造される第２異常セルは、発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが供給されないため、発電機能を有さない。このためＳ２７の判定結果がＮＯである場合、作業者は、ワークは第２誤組状態又は第４誤組状態の何れかであると判定し（Ｓ２８）、より具体的には正規発電位置にダミーセル３又は第２異常セルが積層されていると判定し、図４の誤組検査方法を終了する。またＳ２７における判定結果がＹＥＳである場合、作業者は、図４のエージング工程（Ｓ３）に移る。
図８は、エージング工程の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにＳ３１では、作業者は、図９に示すように、ワークＷの正極及び負極に外部直流電源８を接続する。
Ｓ３２では、作業者は、セル電圧センサを用いることによってワークを構成する各セルのセル電圧の測定を開始する。ここでセル電圧は、正規発電位置に積層されているセルだけでなく、正規ダミー位置に積層されているセルについても測定する。
Ｓ３３では、作業者は、図７のクロスリークチェック工程を経たワークの酸化剤ガス導入部５４ａ及び燃料ガス導入部５５ａにそれぞれ加湿した不活性ガス（例えば、窒素ガス）及び加湿した水素ガスを供給する。
Ｓ３４では、作業者は、ワークに不活性ガス及び水素ガスを供給しながら外部直流電源８の電圧を所定の範囲内で予め定められたパターンに従って変化させることにより、ワークに含まれる発電セル２の発電ＭＥＡ２１を活性化させる。
Ｓ３５では、作業者は、正規ダミー位置に積層されたセルのセル電圧は０近傍に設定された閾値以下であるか否かを判定する。正規ダミー位置に積層されるべきダミーセル３のダミーＭＥＡ３１は、発電ＭＥＡ２１と異なり固体高分子電解質膜を備えない。このため正規ダミー位置にダミーセル３が積層されている場合、上述のように外部直流電源８によって電圧を印加し、電流を流してもセル電圧は０近傍に維持される。
これに対し第２異常セルは、発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とを組み付けることによって製造されたものであるため、上述のように燃料ガス導入部５５ａに水素ガスを供給しても、第２異常セルの発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが供給されることはない。また発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在しない場合、発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在する場合よりも電気抵抗が大きくなる。このため、このような第２異常セルが正規ダミー位置に積層されている場合、そのセル電圧は上記閾値を超えて変化する。このためＳ３５の判定結果がＮＯである場合、作業者は、ワークは第４誤組状態であると判定し（Ｓ３６）、より具体的には正規ダミー位置に第２異常セルが積層されていると判定し、図４の誤組検査方法を終了する。
またＳ３５における判定結果がＹＥＳである場合、作業者は、ワークは適切に組み立てられていると判定し（Ｓ３７）、所定時間にわたり発電セル２の発電ＭＥＡ２１の活性化を継続した後（Ｓ３８）、図４の誤組検査方法を終了する。
以上のように、図４に示す誤組検査方法では、燃料電池スタック１として製造されたワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにガスを供給した場合及び／又はワークの電極に外部直流電源８から電圧を印加した場合における、ワークの燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の圧力及び／又は各セルのセル電圧を測定し、これら測定の結果に基づいて、ワークは、発電セル２が正規ダミー位置に積層されている第１誤組状態、ダミーセル３が正規発電位置に積層されている第２誤組状態、ダミーＭＥＡ３１と発電セパレータ２２とが組み付けられた第１異常セルを含む第３誤組状態、及び、発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とが組み付けられた第２異常セルを含む第４誤組状態の何れかであるか否かを判定する。
本実施形態に係る誤組検査方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）誤組検査方法では、ワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにガスを供給した場合における燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の圧力、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにガスを供給した場合における各セルのセル電圧、並びに燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにガスを供給しかつワークの電極に外部から電圧を印加した場合における各セルのセル電圧の少なくとも何れかを測定し、これら測定の結果に基づいて、ワークは、第１誤組状態、第２誤組状態、第３誤組状態、及び第４誤組状態の何れかであるか否かを判定する。これにより、ワークが燃料電池スタック１として適切に製造されたものであるかどうかをワークの外観によらず判定することができる。
（２）ワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び酸化剤ガスを供給すると、発電セル２は発電することによってセル電圧が発生するのに対し、ダミーセル３はセル電圧が発生しない。クロスリークチェック工程ではこれを利用すべく、ワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び空気を供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークにおいて発電セルが正規ダミー位置に積層されているか否か、すなわちワークは第１誤組状態であるか否か、又はワークにおいてダミーセルが正規発電位置に積層されているか否か、すなわちワークは第２誤組状態であるか否かを判定する。これにより、ワークの外観によらず第１誤組状態又は第２誤組状態であるか否かを判定することができる。
（３）ダミーＭＥＡ３１は、アノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、ダミーセパレータ３２は、アノード極にガスを供給する機能を有さない。誤組検査方法では、このようなダミーＭＥＡ３１及びダミーセパレータ３２を用いることにより、ワークが第３誤組状態である場合や第４誤組状態である場合と、それ以外の状態である場合とで、圧力やセル電圧の測定の結果に差を設けることができる。よって誤組検査方法によれば、ワークの外観によらず第３誤組状態や第４誤組状態であるか否かを判定することができる。
（４）ダミーセル３に用いられるダミーＭＥＡ３１は、発電ＭＥＡ２１と異なりアノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、またダミーセパレータ３２は、発電セパレータ２２と異なりアノード極にガスを供給する機能を有さない。このためワークを構成する複数のセルの中に、ダミーＭＥＡ３１と発電セパレータ２２とを組み付けることによって製造された第１異常セルが存在する場合、すなわちワークが第３誤組状態である場合、この第１異常セルにおいて酸化剤ガス流路と燃料ガス流路とが短絡してしまう。このため、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ異なる圧力の不活性ガスを供給すると、第１異常セルにおいてガスが混ざり合ってしまい、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差が小さくなる。圧検工程では、これを利用することにより、ワークが第３誤組状態であるか否かを、外観によらず判定することができる。
（５）ワークを構成する複数のセルの中に発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とを組み付けることによって製造された第２異常セルが存在する場合、すなわちワークが第４誤組状態である場合、ワークの燃料ガス導入部５５ａに水素ガスを供給しても、第２異常セルの発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが供給されることはない。また発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在しない場合、発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在する場合よりも抵抗が大きくなる。したがってこのような第２異常セルを含むワークの電極に外部から電圧を印加した場合、発電セル２のセル電圧と、ダミーセル３のセル電圧と、第２異常セルのセル電圧とに差が生じる。エージング工程ではこれを利用すべく、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部直流電源８から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークが第４誤組状態であるか否かを、外観によらず判定することができる。
（６）上述のようにワークが第３誤組状態である場合、ワークに含まれる第１異常セルにおいて燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが短絡してしまう。そこで誤組検査方法では、圧検工程においてワークは第３誤組状態ではないと判定した後、すなわちワークの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは短絡していないと判定した後、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び空気を供給する。これにより、検査中に水素ガスと空気とが混ざってしまうのを防止することができる。
（７）ワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び酸化剤ガスを供給すると、発電セル２１は発電することによってセル電圧が発生するのに対し、ダミーセル３はセル電圧が発生しない。クロスリークチェック工程ではこれを利用すべく、ワークの燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び空気を供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークにおいて発電セル２が正規ダミー位置に積層されているか否か又はダミーセル３が正規発電位置に積層されているか否かを判定する。これにより、ワークの外観によらず発電セル２及びダミーセル３が適切な位置に積層されているか否かを判定することができる。
ところでクロスリークチェックと呼称される検査では、ワークの燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路にそれぞれ水素ガス及び空気を封入したときにおけるセル電圧の変化を監視することにより、発電セル２のアノード極側からカソード極側への水素ガスのリークの有無を判定する。誤組検査方法によれば、このようなクロスリークチェックを流用することにより、リークの有無だけでなく誤組の有無も判定することができる。
（８）ダミーセル３に用いられるダミーＭＥＡ３１は、発電ＭＥＡ２１と異なりアノード極とカソード極との間でガスを透過させる機能を有し、またダミーセパレータ３２は、発電セパレータ２２と異なりアノード極にガスを供給する機能を有さない。このためワークを構成する複数のセルの中に、ダミーＭＥＡ３１と発電セパレータ２２とを組み付けることによって製造された第１異常セルが存在する場合、この第１異常セルにおいて燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが短絡してしまう。このため、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ異なる圧力の不活性ガスを供給すると、第１異常セルにおいてガスが混ざり合ってしまい、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差が小さくなる。圧検工程では、これを利用することにより、ワークに上述のような第１異常セルが含まれているかどうかを、外観によらず判定することができる。
（９）ワークを構成する複数のセルの中に発電ＭＥＡ２１とダミーセパレータ３２とを組み付けることによって製造された第２異常セルが存在する場合、ワークの燃料ガス導入部５５ａに水素ガスを供給しても、第２異常セルの発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが供給されることはない。また発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在しない場合、発電ＭＥＡ２１のアノード極に水素ガスが存在する場合よりも抵抗が大きくなる。したがってこのような第２異常セルを含むワークの電極に外部直流電源から電圧を印加した場合、発電セル２のセル電圧と、ダミーセル３のセル電圧と、第２異常セルのセル電圧とに差が生じる。エージング工程ではこれを利用すべく、燃料ガス導入部５５ａ及び酸化剤ガス導入部５４ａにそれぞれ水素ガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部直流電源８から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、ワークに第２異常セルが含まれているかどうかを、外観によらず判定することができる。
ところで組み立てられた燃料電池スタックの出力を向上するエージング工程では、ワークの燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路にそれぞれ水素ガス及び不活性ガスを供給するとともにワークの電極に外部直流電源８から電圧を印加する場合がある。誤組検査方法によれば、このようなエージング工程を流用することにより、第２異常セルが含まれているかどうかを判定しつつ、第２異常セルが含まれていない場合にはその出力を向上させることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
１…燃料電池スタック
１１…酸化剤ガス供給流路（カソードガス流路）
１２…酸化剤ガス排出流路（カソードガス流路）
１３…燃料ガス供給流路（アノードガス流路）
１４…燃料ガス排出流路（アノードガス流路）
２…発電セル
２１…発電ＭＥＡ
２１４…樹脂枠
２２…発電セパレータ
３…ダミーセル
４…積層体
５３ａ，５３ｂ…エンドプレート
５４ａ…酸化剤ガス導入部
５４ｂ…酸化剤ガス排出部
５５ａ…燃料ガス導入部
５５ｂ…燃料ガス排出部

Claims (9)

  1. 発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なる機能を有するダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規発電位置及び正規ダミー位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、
    複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にガスを供給した場合における前記ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にガスを供給した場合における各セルのセル電圧、並びに、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にガスを供給しかつ前記ワークの電極に外部から電圧を印加した場合における各セルのセル電圧の少なくとも何れかを測定し、
    前記測定の結果に基づいて、前記ワークは、前記発電セルが前記正規ダミー位置に積層されている第１誤組状態、前記ダミーセルが前記正規発電位置に積層されている第２誤組状態、前記ダミーＭＥＡと前記発電セパレータとが組み付けられた第１異常セルを含む第３誤組状態、及び、前記発電ＭＥＡと前記ダミーセパレータとが組み付けられた第２異常セルを含む第４誤組状態の何れかであるか否かを判定する燃料電池スタック。
  2. 前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記第１又は第２誤組状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの誤組検査方法。
  3. 前記ダミーＭＥＡは、前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有し、
    前記ダミーセパレータは、前記アノード極にガスを供給する機能を有さないことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタックの誤組検査方法。
  4. 前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおける前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の圧力差を測定することにより、前記ワークは前記第３誤組状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタックの誤組検査方法。
  5. 前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともに前記電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記第４誤組状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池スタックの誤組検査方法。
  6. 前記ワークは前記第３誤組状態ではないと判定した後、前記アノードガス導入部及び前記カソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給することを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の燃料電池スタックの誤組検査方法。
  7. 発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なる機能を有するダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規発電位置及び正規ダミー位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、
    複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及びカソードガスを供給したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークにおいて前記発電セルが前記正規ダミー位置に積層されているか否か、又は前記ダミーセルが前記正規発電位置に積層されているか否かを判定することを特徴とする燃料電池スタックの誤組検査方法。
  8. 発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なり前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なり前記アノード極にガスを供給する機能を有さないダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、
    複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれ異なる圧力のガスを供給したときにおける前記ワークのアノードガス流路及びカソードガス流路の圧力差を測定することにより、前記ワークは前記ダミーＭＥＡと前記発電セパレータとが組み付けられた第１異常セルを含むか否かを判定することを特徴とする燃料電池スタックの誤組検査方法。
  9. 発電ＭＥＡと当該発電ＭＥＡのアノード極及びカソード極にガスを供給する流路を有する発電セパレータとを組み付けて製造される発電セルと、前記発電ＭＥＡと異なり前記アノード極と前記カソード極との間でガスを透過させる機能を有するダミーＭＥＡと前記発電セパレータと異なり前記アノード極にガスを供給する機能を有さないダミーセパレータとを組み付けて製造されるダミーセルとを、所定の正規位置に積層して製造される燃料電池スタックの誤組検査方法であって、
    複数のセルの積層体であるワークのアノードガス導入部及びカソードガス導入部にそれぞれアノードガス及び不活性ガスを供給するとともに前記ワークの電極に外部から電圧を印加したときにおける各セルのセル電圧を測定することにより、前記ワークは前記発電ＭＥＡと前記ダミーセパレータとが組み付けられた第２異常セルを含むか否かを判定することを特徴とする燃料電池スタックの誤組検査方法。
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