JP6627722B2 - 燃料電池の接続検査方法 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池の接続検査方法に関する。

近年、燃料ガスと酸化ガスを混合することによって発電する燃料電池を用いたシステムが開発されている。この燃料電池システムに用いられるＦＣ（Fuel Cell）スタックと呼ばれる燃料電池は、セルを積層することにより構成される。セルは、固体高分子電解質膜に触媒を塗ったＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）をセパレーターではさんで構成されている。１つのセルが発生させる電圧は１ボルト程度であり、ＦＣスタックは、セルを数百枚積層させることにより、数百ボルトの電圧を発生させる。ＦＣスタックは、組み立てられ、試運転が行われた後、発電検査が行われる。

かかる発電検査は、まず、ＦＣスタックと発電検査システムとを電気的に接続する。発電検査システムには、放電装置が備えられている。次に、ＦＣスタックに燃料ガス、酸化ガス、冷却水を送り込み、ＦＣスタックを発電させる。発電検査システムは、ＦＣスタックを発電させ、放電装置を起動したうえで、ＦＣスタックの出力や短絡の有無などを検査する。

かかる発電検査においては、ＦＣスタックを発電させる前に、ＦＣスタックと発電検査システムとの接続が確実に行われている必要がある。このような接続が確実に行われていることを検査する手段として、発電検査システムのケーブルをＦＣスタックに接続した状態で、ＦＣスタックの正極と負極との間に電圧計を接続し、試運転後の残留電圧を測定する方法が提案されている。

また、特許文献１には、ＦＣスタックを発電させる前にＦＣスタックの電気的な接続状況を検査する方法が提案されている。特許文献１によれば、ＦＣスタックの正極と負極との間に直流安定化電源を接続してＦＣスタックの外部から電圧をかけ、セルモニタとの接続を検査する。

特開２０１６−１０３３４９号公報

しかしながら、試運転後の残留電圧を測定する方法は、工程内での放置時間や放置環境によるばらつきが大きく、電気的には正常に接続されているにも拘らず、電圧を検出することができず、接続不良と誤検出してしまう場合がある。

また、特許文献１に記載されている方法は、発電検査システムに対して直流安定化電源を接続し、セルモニタの値を観察したうえで、接続の良否を判定し、さらに直流安定化電源の接続を解除する必要がある。そのため、より簡易な検査方法が求められる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、外部環境やＦＣスタックの状態の影響を受けることなく、簡易に接続検査する方法を提供するものである。

本発明に係る燃料電池の接続検査方法は、燃料ガスと酸化ガスとを反応させることによって発電する燃料電池と、所定の電流において前記燃料電池の放電を行う放電装置と、前記燃料電池の電圧値をモニタするセルモニタと、をそれぞれ接続し、前記燃料電池を発電させると共に前記放電装置を放電させることにより発電検査を行う発電検査システムにおいて、前記燃料電池を前記放電装置に接続する際の、燃料電池の接続検査方法であって、前記燃料電池と前記放電装置とを接続し、前記燃料電池と前記セルモニタとを接続し、前記セルモニタの正極側と、前記放電装置の正極側との間に第１の抵抗値を測定する第１の抵抗測定器を接続し、前記セルモニタの負極側と、前記放電装置の負極側との間に第２の抵抗値を測定する第２の抵抗測定器を接続し、前記第１の抵抗値及び第２の抵抗値がゼロの場合は、前記燃料電池と前記放電装置とが正しく接続されていると判定するものである。

このような方法により、燃料電池の放置環境や、残留電圧によらず、放電装置側とセルモニタ側の正極同士あるいは負極同士の抵抗値を測定することができる。

本発明により、外部環境やＦＣスタックの状態の影響を受けることなく、簡易に接続検査する方法を提供するものである。

実施の形態にかかる発電検査システム１の構成を説明するための図である。 実施の形態にかかる燃料電池の接続検査方向を示すフローチャートである。

実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる発電検査システム１の構成を説明するための図である。

まず、発電検査システム１の検査対象であるＦＣスタック１０について説明する。ＦＣスタック１０は、燃料ガスと酸化ガスとを反応させることによって発電する燃料電池である。ＦＣスタック１０は、セル１１、集電体１２、集電体１３、コネクタ１４〜コネクタ１７を備える。

ＦＣスタックは、図示しない燃料ガス供給装置から燃料ガスを受け、セル１１の内部に燃料ガスを通過させる。燃料ガスは、例えば水素である。また、ＦＣスタックは、図示しないエア供給装置から圧縮された空気を受け、セル１１の内部に圧縮空気を通過させる。セル１１は、供給された燃料ガス及び圧縮空気を反応させることにより発電する。１つのセルが発生させる電圧は１ボルト程度である。ＦＣスタック１０は、セル１１が数百枚積層されている。したがって、ＦＣスタック１０は、数百ボルトの電圧を発生させることができる。ＦＣスタック１０は、複数のセル１１が電気的に直列接続されており、セル１１が発電した電圧を、集電体１２及び集電体１３を介して外部に出力する。

さらに、ＦＣスタックは、図示しない冷却水供給装置から冷却水を受け、セル１１の内部に冷却水を通過させる。セル１１は発電する際に熱を発生させる。そのため、セル１１の内部に冷却水を通過させることにより、セル１１の温度を所定の範囲に保ち、発電効率を維持している。

集電体１２は、電気的に直列接続された複数のセル１１の、正極側端部に接続されている。また、集電体１２は、コネクタ１４、コネクタ１５に接続されている。集電体１３は、電気的に直列接続された複数のセル１１の、負極側端部に接続されている。また、集電体１３は、コネクタ１６、コネクタ１７に接続されている。

コネクタ１４は、集電体１２に接続されており、ＦＣスタックの正極側の電極として、ＦＣスタックの外部の端子と接続する。コネクタ１６は、集電体１３に接続されており、ＦＣスタックの負極側の電極として、ＦＣスタックの外部の端子と接続する。コネクタ１５は、集電体１２に接続されており、ＦＣスタックの正極側の電極として、セルモニタと接続する。コネクタ１６は、集電体１３に接続されており、ＦＣスタックの負極側の電極として、セルモニタと接続する。

続いて、発電検査システム１について説明する。発電検査システム１は、組み立てられたＦＣスタック１０の出力や短絡等を検査する装置である。発電検査システム１は、放電装置２０、放電ケーブル２１、放電ケーブル２２、コネクタ２３、コネクタ２４、セルモニタ３０、セルモニタケーブル３１、セルモニタケーブル３２、コネクタ３３、コネクタ３４、抵抗測定器４０、抵抗測定器５０を備える。

次に、発電検査システム１の各構成要素の詳細及び各部の接続関係について説明する。

放電装置２０は、接続されたＦＣスタック１０に対して所定の負荷放電をさせる装置である。例えば、放電装置２０は、ＦＣスタック１０が接続された後、ＦＣスタック１０に所定の電流を放電させると共に、ＦＣスタックが出力する電圧の変化をモニタする。放電装置２０は、ＦＣスタック１０の正極側に、放電ケーブル２１及びコネクタ２３を介して接続されている。また、放電装置２０は、ＦＣスタック１０の負極側に、放電ケーブル２２及びコネクタ２４を介して接続されている。

セルモニタ３０は、ＦＣスタック１０の内部抵抗値及びセルの電圧値をモニタする。セルモニタ３０がモニタする内部抵抗値及びセルの電圧値に基づき、ＦＣスタック１０の発電効率等を観察することができる。セルモニタ３０は、ＦＣスタックの正極側に、セルモニタケーブル３１及びコネクタ３３を介して接続されている。また、セルモニタ３０は、ＦＣスタックの負極側に、セルモニタケーブル３２及びコネクタ３４を介して接続されている。

また、セルモニタ３０は、コネクタ３３がコネクタ１５に接続されたことを判定する手段を備えている。具体例を挙げると、セルモニタケーブル３１は、電気的に開放された配線を２本有している。一方、コネクタ１５は、セルモニタケーブル３１が有する電気的に開放された配線を短絡させるように、配線された端子を有している。これにより、コネクタ３３と、コネクタ１５とが接続されたときは、セルモニタケーブル３１の、電気的に開放された配線が短絡する。セルモニタ３０はかかる配線が開放された状態か短絡された状態かをモニタすることにより、コネクタ３３がコネクタ１５に接続されたことを判定する。セルモニタ３０は、同様に、コネクタ３４がコネクタ１７に接続されたことを判定する手段を備えている。

抵抗測定器４０は、放電ケーブル２１とセルモニタケーブル３１の間の抵抗値を測定する。抵抗測定器４０は、接点４１及び接点４２を介して、放電ケーブル２１とセルモニタケーブル３１の間に接続されている。抵抗測定器５０は、放電ケーブル２２とセルモニタケーブル３２の間の抵抗値を測定する。抵抗測定器５０は、接点５１及び接点５２を介して、放電ケーブル２２とセルモニタケーブル３２の間に接続されている。

抵抗測定器４０は、接点４１から放電ケーブル２１、コネクタ２３、コネクタ１４、集電体１２、コネクタ１５、コネクタ３３、セルモニタケーブル３１、そして、接点４２まで電気的に接続された状態に応じた抵抗値が測定される。すなわち、ＦＣスタック１０の正極側の出力端子であるコネクタ１４と、コネクタ２３とが接続されており、同時に、ＦＣスタック１０の正極側のセルモニタ用端子であるコネクタ１５と、コネクタ３３とが接続されているときは、抵抗測定器４０が測定する抵抗値は、ゼロである。そして、これらのコネクタのうちいずれかが接続されていないときは、抵抗測定器４０が測定する抵抗値は、無限大である。尚、ここでいう抵抗値がゼロである、とは、完全なゼロから、略ゼロの状態までを含めている。つまり、ケーブルなどの持つ内部抵抗によって生じる僅かな抵抗値は略ゼロに含めている。抵抗値ゼロに関する定義は、後述においても同様である。

同様に、抵抗測定器５０は、接点５１から放電ケーブル２２、コネクタ２４、コネクタ１６、集電体１３、コネクタ１７、コネクタ３４、セルモニタケーブル３２、そして、接点５２まで電気的に接続された状態に応じた抵抗値が測定される。すなわち、ＦＣスタック１０の負極側の出力端子であるコネクタ１６と、コネクタ２４とが接続されており、同時に、ＦＣスタック１０の負極側のセルモニタ用端子であるコネクタ１７と、コネクタ３４とが接続されているときは、抵抗測定器５０が測定する抵抗値は、ゼロである。そして、これらのコネクタのうちいずれかが接続されていないときは、抵抗測定器５０が測定する抵抗値は、無限大である。

このように、ＦＣスタックの出力端子に接続したケーブルと、ＦＣスタックのセルモニタ用端子に接続したケーブルとを接続した場合の抵抗値を測定することにより、ケーブルが接続されているか否かを知ることができる。

次に、図２を参照しながら、発電検査システム１における燃料電池の接続検査方法について説明する。図２は、実施の形態にかかる燃料電池の接続検査方向を示すフローチャートである。

まず、組み立てられたＦＣスタック１０は、発電検査システム１の所定の位置に設置される（ステップＳ１０１）。

続いて、放電ケーブル２１及び放電ケーブル２２を、ＦＣスタック１０に接続する（ステップＳ１０２）。具体的には、図１を参照しながら説明したように、コネクタ２３とコネクタ１４とを接続する。同様に、コネクタ２４とコネクタ１６とを接続する。

続いて、セルモニタケーブル３１及びセルモニタケーブル３２を、ＦＣスタック１０に接続する（ステップＳ１０３）。具体的には、図１を参照しながら説明したように、コネクタ３３とコネクタ１５とを接続する。同様に、コネクタ３４とコネクタ１７とを接続する。

次に、発電検査システム１は、セルモニタケーブル３１及びセルモニタケーブル３２がＦＣスタック１０に接続されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。かかる判定は、図１を参照しながら説明した、セルモニタ３０が備える接続検査手段により行われる。セルモニタケーブル３１又はセルモニタケーブル３２が接続されていないと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、作業者は、コネクタ３３又はコネクタ３４の接続作業を再度行う（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０４において、セルモニタケーブル３１及びセルモニタケーブル３２が接続されていると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、発電検査システム１は、放電ケーブル２１及び放電ケーブル２２がＦＣスタック１０に接続されているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。すなわち、発電検査システム１は、抵抗測定器４０及び抵抗測定器５０が測定する抵抗値がゼロであるか否かをモニタすることにより、放電ケーブル２１及び放電ケーブル２２がＦＣスタック１０に接続されているか否かを判定する。放電ケーブル２１又は放電ケーブル２２が接続されていないと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、作業者は、放電ケーブル２１又は放電ケーブル２２の接続作業を再度行う（ステップＳ１０２）。

一方、放電ケーブル２１及び放電ケーブル２２が接続されていると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、発電検査システム１は、ケーブルの接続検査作業を終了し、発電検査工程を開始する（ステップＳ１０６）。

以上に説明した方法により、燃料電池の放置環境や、残留電圧によらず、放電装置側とセルモニタ側の正極同士あるいは負極同士の抵抗値を測定することができる。そして、外部環境やＦＣスタックの状態の影響を受けることなく、簡易に燃料電池の接続検査をすることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 発電検査システム
１０ ＦＣスタック
２０ 放電装置
３０ セルモニタ
４０、５０ 抵抗測定器

Claims (1)

1. 燃料ガスと酸化ガスとを反応させることによって発電する燃料電池と、所定の電流において前記燃料電池の放電を行う放電装置と、前記燃料電池の電圧値をモニタするセルモニタと、をそれぞれ接続し、
   前記燃料電池を発電させると共に前記放電装置を放電させることにより発電検査を行う発電検査システムにおいて、
   前記燃料電池を前記放電装置に接続する際の、燃料電池の接続検査方法であって、
   前記燃料電池と前記放電装置とを接続し、
   前記燃料電池と前記セルモニタとを接続し、
   前記セルモニタの正極側と、前記放電装置の正極側との間に第１の抵抗値を測定する第１の抵抗測定器を接続し、
   前記セルモニタの負極側と、前記放電装置の負極側との間に第２の抵抗値を測定する第２の抵抗測定器を接続し、
   前記第１の抵抗値及び第２の抵抗値がゼロの場合は、前記燃料電池と前記放電装置とが正しく接続されていると判定する、
   燃料電池の接続検査方法。

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