JP7041716B2

JP7041716B2 - 電解質膜の短絡検査方法及び電解質膜の短絡検査装置

Info

Publication number: JP7041716B2
Application number: JP2020109469A
Authority: JP
Inventors: 弘晃川西; 弘幸山岸
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2040-06-25
Also published as: US11594743B2; US20210408565A1; JP2022006899A; CN113848505B; CN113848505A

Description

本発明は、電解質膜の短絡検査方法及び電解質膜の短絡検査装置に関する。

固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を示す固体高分子からなる電解質膜が一組の電極触媒層で挟持された電解質膜部材を備える。例えば、特許文献１には、電解質膜部材に通電することにより電解質膜に短絡部位が存在するか否かを検査する電解質膜の短絡検査方法及びその装置が開示されている。

特許文献１の電解質膜の短絡検査装置は、一方の電極触媒層に電気的に接続する複数の第１測定端子部と、他方の電極触媒層に電気的に接続する第２測定端子部とを有する。複数の第１測定端子は、互いに電気的に絶縁した状態で格子状に配置されている。そして、特許文献１の電解質膜の短絡検査方法では、複数の第１測定端子部と第２測定端子との間に電圧を印加し、電解質膜部材のうち複数の第１測定端子部に対向する部位（複数の分割部位）に流れる電流を測定している。

特開２０１８－１６０３７１号公報

上述したような従来技術では、電解質膜部材を面方向に分割した複数の分割部位（電解質膜部材のうち複数の第１測定端子部に対応する部位）にピンホール等の短絡部位が存在する場合、電解質膜に当該短絡部位が存在しているか否かを精度よく検出することができる。しかしながら、電解質膜部材のうち互いに隣接する分割部位の間（電解質膜部材のうち互いに隣接する第１測定端子部の間の絶縁部分に対向する部位）に短絡部位が存在する場合、当該短絡部位を流れた電流は、複数の第１測定端子部に拡散して流れる。そのため、このような短絡部位を精度よく検出することができないおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、電解質膜部材における互いに隣接する分割部位の間に短絡部位が存在している場合であっても、電解質膜に当該短絡部位が存在しているか否かを精度よく検出することができる電解質膜の短絡検査方法及び電解質膜の短絡検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、固体高分子からなる電解質膜を有する電解質膜部材に通電することにより前記電解質膜に短絡部位が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査方法であって、前記電解質膜部材の両面に配置された一組の測定端子部を介して、当該電解質膜部材を面方向に分割した複数の分割部位に通電する通電工程と、前記複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得する処理を、互いに位置が異なる複数の前記限定範囲の各々について行う取得工程と、前記取得工程で取得された複数の前記限定範囲の前記通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定工程と、を含む、電解質膜の短絡検査方法である。

本発明の他の態様は、固体高分子からなる電解質膜を有する電解質膜部材に通電することにより前記電解質膜に短絡部位が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査装置であって、前記電解質膜部材を挟持するための第１測定端子部及び第２測定端子部と、前記第１測定端子部と前記第２測定端子部との間に通電を行うための電源と、前記電解質膜部材の通電状態を取得する取得部と、前記取得部で取得された通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定部と、を備え、前記第１測定端子部は、互いに電気的に絶縁した状態で複数配置され、前記取得部は、前記電解質膜部材のうち複数の前記第１測定端子部に対向する複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得する、電解質膜の短絡検査装置である。

本発明によれば、電解質膜部材の複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得している。そのため、電解質膜部材のうち互いに隣接する分割部位の間に短絡部位が存在している場合であっても、当該短絡部位の周囲の分割部位を含む限定範囲の通電状態に基づいて電解質膜に当該短絡部位が存在しているか否かを精度よく検出することができる。

本発明の一実施形態に係る電解質膜の短絡検査装置の要部概略斜視図である。図１の短絡検査装置の要部概略一部断面構成図である。本発明の一実施形態に係る電解質膜の短絡検査方法を説明するフローチャートである。図３の取得工程を説明するフローチャートである。特定工程の第１説明図である。特定工程の第２説明図である。図７Ａは、判定工程の第１説明図であり、図７Ｂは、判定工程の第２説明図である。図８Ａは、判定工程の第３説明図であり、図８Ｂは、判定工程の第４説明図である。ノイズが除去される前の測定電圧と測定電圧からノイズが除去された電圧を示すグラフである。合成範囲の大きさと合成電圧との関係を示すグラフである。変形例に係る判定工程の説明図である。測定位置と合成抵抗値との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る電解質膜の短絡検査方法及び電解質膜の短絡検査装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る電解質膜１６の短絡検査装置１０（以下、単に「短絡検査装置１０」という。）は、電解質膜部材１２に通電することにより電解質膜１６に短絡部位Ｓ（図７Ａ等参照）が存在しているか否かを検査するためのものである。ここで、短絡部位Ｓとは、異常電流が流れるような（品質に影響を与えるような）ピンホール等をいう。換言すれば、短絡検査装置１０は、電解質膜１６の膜厚を評価するためのものである。

まず、電解質膜部材１２について説明する。本実施形態において、電解質膜部材１２は、発電セル（燃料電池）を形成する電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ１４）である。電解質膜部材１２は、長方形状（四角形状）に形成されている。電解質膜部材１２は、電解質膜１６と、電解質膜１６の一方の面に設けられた第１電極１８と、電解質膜１６の他方の面に設けられた第２電極２０とを有する。

電解質膜１６は、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。電解質膜１６は、プロトン伝導性を示す固体高分子からなる。この種の固体高分子の好適な例としてはパーフルオロスルホン酸が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。また、電解質膜１６は、例えば、イオン伝導性を有する高分子溶液を原材料として膜状に成形することで得られる。

第１電極１８は、アノード電極及びカソード電極のいずれか一方を構成する。第２電極２０は、アノード電極及びカソード電極のいずれか他方を構成する。図２において、第１電極１８は、電解質膜１６の一方の面に接合される第１電極触媒層２２と、第１電極触媒層２２に積層される第１ガス拡散層２４とを有する。第２電極２０は、電解質膜１６の他方の面に接合される第２電極触媒層２６と、第２電極触媒層２６に積層される第２ガス拡散層２８とを有する。

第１電極触媒層２２は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層２４の表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層２６は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層２８の表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層２４及び第２ガス拡散層２８は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。

図１及び図２に示すように、電解質膜１６、第１電極１８及び第２電極２０のそれぞれは、長方形状（四角形状）に形成されている。電解質膜１６の平面寸法は、第１電極１８（第１電極触媒層２２）及び第２電極２０（第２電極触媒層２６）のそれぞれの平面寸法よりも一回り大きく形成されている。すなわち、電解質膜１６のうち第１電極１８及び第２電極２０よりも外方に突出した部分は、枠状（四角環状）に延在している。第１電極１８の平面寸法は、第２電極２０の平面寸法と同一である。ただし、電解質膜１６、第１電極１８及び第２電極２０のそれぞれの形状及び大きさは、適宜設定可能である。

電解質膜部材１２は、ＭＥＡ１４ではなく、膜・触媒層接合体（ＣＣＭ）であってもよい。ＣＣＭは、電解質膜１６、第１電極触媒層２２及び第２電極触媒層２６から構成される。つまり、ＣＣＭは、第１ガス拡散層２４及び第２ガス拡散層２８を有していない。

次に、短絡検査装置１０について説明する。図１及び図２に示すように、短絡検査装置１０は、下型３０と上型３２とを備える。下型３０は、固定型である。上型３２は、下型３０に対して近接及び離間することができるように配置された昇降可能な可動型である。

下型３０のうち上型３２を指向する面（上面）には、第１絶縁膜３４を介して複数の第１測定端子部３６が設けられている。第１絶縁膜３４は、長方形状に形成されている。複数の第１測定端子部３６は、第１絶縁膜３４の長辺方向（矢印Ｘ方向）と第１絶縁膜３４の短辺方向（矢印Ｙ方向）とのそれぞれに複数並んでいる（図５参照）。換言すれば、複数の第１測定端子部３６は、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に格子状に配列されている。

互いに隣接する第１測定端子部３６は、離間している。換言すれば、互いに隣接する第１測定端子部３６の間には、第１絶縁膜３４が介在されている。そのため、複数の第１測定端子部３６は、互いに電気的に絶縁されている。複数の第１測定端子部３６は、第１電極１８に直接的に接触可能なように表面が露出した状態で第１絶縁膜３４に埋設されている（図２参照）。各第１測定端子部３６は、第１電極１８に対して電気的に接続する。各第１測定端子部３６は、四角形状に形成された金属板である。各第１測定端子部３６は、四角形状に限定されず、円形状、多角形状（四角形状以外）であってもよい。

上型３２のうち下型３０を指向する面（下面）には、第２絶縁膜３８を介して第２測定端子部４０が設けられている。第２測定端子部４０は、連続した一枚の金属板として構成される。第２測定端子部４０の平面寸法は、第２電極２０の平面寸法と同一である。ただし、第２測定端子部４０の平面寸法は、第２電極２０の平面寸法よりも大きくても小さくてもよい。上型３２は、ロッド４２を介して図示しない昇降機構（例えば、シリンダ等）に付設されており、当該昇降機構の作用下に昇降する。上型３２には、昇降をガイドする複数本のガイドロッドが設けられてもよい。

短絡検査装置１０は、電源４４と、電源４４の負極と各第１測定端子部３６とを互いに電気的に接続する第１導線部４６と、電源４４の正極と第２測定端子部４０とを互いに電気的に接続する第２導線部４８と、第１導線部４６に設けられた測定部５０と、制御部５２とをさらに備える。

電源４４は、直流電源である。図２において、第１導線部４６は、各第１測定端子部３６に電気的に接続された複数本の分岐導線部４６ａと、これら分岐導線部４６ａと電源４４の負極とを互いに電気的に接続する接続導線部４６ｂとを含む。各分岐導線部４６ａには、抵抗５４が設けられている。接続導線部４６ｂは、アースに接続されている。

測定部５０は、電解質膜部材１２を面方向に分割した複数の分割部位７２（電解質膜部材１２のうち複数の第１測定端子部３６に対向する部位）の通電状態を測定する（図５参照）。具体的に、測定部５０は、電解質膜部材１２の各分割部位７２の電圧を測定する。換言すれば、測定部５０は、各分岐導線部４６ａに設けられた複数の電圧計５６を有する。各電圧計５６は、抵抗５４に対して並列に配置されるように分岐導線部４６ａに設けられる。各電圧計５６の出力信号は、ケーブル５８を介して制御部５２に入力される。

測定部５０は、電圧を測定する例に限定されない。測定部５０は、電解質膜部材１２の各分割部位７２に流れる電流（第１測定端子部３６に流れる電流）を測定してもよいし、電解質膜部材１２の各分割部位７２の抵抗を測定してもよい。

制御部５２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）を含んで構成されている。ＥＣＵは、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器等の入力装置、並びに時計部としてのタイマ等を有している。ＥＣＵは、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）として機能する。また、制御部５２には、図示しないディスプレイが接続されている。

制御部５２は、機能実現部として、特定取得部６０（取得部）、通電制御部６２、合成電圧算出部６４、合成抵抗算出部６６、判定部６８及び記憶部７０を有する。

特定取得部６０は、複数の分割部位７２の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位７２を含む複数の限定範囲７４のうちの１つを特定する（図５参照）。通電制御部６２は、電源４４のオンオフを制御する。合成電圧算出部６４は、複数の電圧計５６により測定された電圧値に基づいて限定範囲７４の合成電圧値を算出する。合成抵抗算出部６６は、合成電圧算出部６４により算出された合成電圧値に基づいて合成抵抗値を算出する。判定部６８は、合成抵抗値に基づいて電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在しているか否かを判定する。

次に、電解質膜１６の短絡検査方法（以下、単に「短絡検査方法」という。）について説明する。短絡検査方法は、配置工程、当接工程、通電工程、取得工程、判定工程を含む。

まず、図１及び図２に示すように、配置工程（図３のステップＳ１）において、予め作製された電解質膜部材１２を下型３０に設けられた複数の第１測定端子部３６に配置する。この際、電解質膜部材１２の第１電極１８は、複数の第１測定端子部３６のそれぞれに接触する。電解質膜部材１２の第２電極２０は、上型３２に設けられた第２測定端子部４０に対向する。

続いて、当接工程（ステップＳ２）において、ロッド４２を動作させて上型３２を下型３０に向かって変位させることにより、第２測定端子部４０を第２電極２０に当接させる。これにより、電解質膜部材１２は、複数の第１測定端子部３６と第２測定端子部４０とによって挟持される。換言すれば、電解質膜部材１２の第１電極１８は、複数の第１測定端子部３６によって上方に向かって押圧される。また、電解質膜部材１２の第２電極２０は、第２測定端子部４０によって下方に押圧される。

その後、通電工程（ステップＳ３）において、通電制御部６２は、電解質膜部材１２に対して通電を開始する。すなわち、電源４４から直流電流を供給することにより、第１測定端子部３６と第２測定端子部４０との間に通電がなされる。この際、下型３０と上型３２との間には所定の隙間が形成されるため、下型３０及び上型３２に電流が流れることはない。

ここで、第１電極１８及び第２電極２０のそれぞれは導電体であり、電解質膜１６は誘電体である。電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在している場合、電源４４から第２測定端子部４０に供給された電流は、第２電極２０、電解質膜１６の短絡部位Ｓ及び第１測定端子部３６へと流れる。通電工程では、全ての分割部位７２の電圧値を複数の電圧計５６で測定し、その測定された電圧値を記憶部７０に記憶しておく。全ての電圧値を記憶部７０に記憶した後、通電制御部６２は、電源４４をオフにする。

続いて、取得工程（ステップＳ４）では、図５に示すように、電解質膜部材１２の複数の限定範囲７４の通電状態を取得する。最も近接する限定範囲７４同士は、分割部位７２の１つ分だけ電解質膜部材１２の面方向（矢印Ｘ方向又は矢印Ｙ方向）にずれて位置する。

具体的に、取得工程では、図４に示すように、特定工程、合成電圧算出工程、合成抵抗算出工程が複数回繰り返される。

すなわち、特定工程（ステップＳ１０）では、特定取得部６０が複数の限定範囲７４の１つを特定するとともに特定された限定範囲７４の通電状態を取得する。限定範囲７４の大きさは、後述するように予め設定されている。特定工程では、特定取得部６０が、前回特定された限定範囲７４を分割部位７２の１つ分だけ面方向（矢印Ｘ方向又は矢印Ｙ方向）に移動させた位置にある限定範囲７４を特定する。

つまり、例えば、図５に示すように、１回目の特定工程において、特定取得部６０は、複数の分割部位７２のうち角（例えば、矢印Ｘ１方向及び矢印Ｙ１方向の角）に位置する分割部位７２（以下、「分割部位７２ａ」という。）を含む限定範囲７４ａを特定した場合、２回目の特定工程では、当該限定範囲７４ａを矢印Ｘ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４ｂを特定する。そして、特定取得部６０は、前回特定された限定範囲７４を矢印Ｘ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４を特定する処理を、矢印Ｘ２方向の端に位置する分割部位７２を含む限定範囲７４ｃが特定されるまで続ける。

続いて、例えば、図６において、特定取得部６０は、図５の限定範囲７４ａを矢印Ｙ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４ｄを特定した後、当該限定範囲７４ｄを矢印Ｘ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４ｅを特定する。そして、特定取得部６０は、前回特定された限定範囲７４を矢印Ｘ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４を特定する処理を、矢印Ｘ２方向の端に位置する分割部位７２を含む限定範囲７４ｆが特定されるまで続ける。このような特定工程は、矢印Ｘ２方向及び矢印Ｙ２方向の角に位置する分割部位７２ａを含む限定範囲７４が特定されるまで続けられる。

特定工程において、限定範囲７４を特定する順番は適宜変更可能である。特定工程では、例えば、図５の限定範囲７４ｃを特定した後、当該限定範囲７４ｃを矢印Ｙ２方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４ｆを特定してもよい。この場合、前回特定された限定範囲７４を矢印Ｘ１方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４を特定する処理を、矢印Ｘ１方向の端に位置する分割部位７２を含む限定範囲７４が特定されるまで続ける。

また、特定工程では、前回特定された限定範囲７４を矢印Ｙ方向に分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４を特定する処理を、矢印Ｙ方向の一端から他端まで行うようにしてもよい。

また、特定工程において、特定取得部６０は、限定範囲７４を特定する毎に特定された限定範囲７４が含む各分割部位７２の電圧値を記憶部７０から取得する。

合成電圧算出工程（ステップＳ１１）では、合成電圧算出部６４が、特定工程で取得された電圧値を合成することにより限定範囲７４の合成電圧値を算出する。

合成抵抗算出工程（ステップＳ１２）では、合成抵抗算出部６６が、合成電圧算出部６４により算出された合成電圧値に基づいて限定範囲７４の合成抵抗値を算出する。算出された合成抵抗値は、記憶部７０に記憶される。

その後、制御部５２は、全ての限定範囲７４において合成抵抗値が算出されたか否か（全ての限定範囲７４を特定したか否か）を判定する（ステップＳ１３）。全ての限定範囲７４において合成抵抗値が算出されていないと制御部５２が判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、特定工程、合成電圧算出工程及び合成抵抗算出工程が再び行われる。全ての限定範囲７４において合成抵抗値が算出されたと制御部５２が判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、判定工程（図３のステップＳ５）が行われる。

判定工程において、判定部６８は、取得工程で取得された複数の限定範囲７４の通電状態に基づいて電解質膜１６に短絡部位Ｓ（図７Ａ参照）が存在するか否かを判定する。具体的に、判定部６８は、複数の限定範囲７４の合成抵抗値のうち最も低い合成抵抗値が抵抗閾値Ｒ０（図１２参照）よりも低い場合に、最も低い合成抵抗値を有する限定範囲７４に短絡部位Ｓが存在していると判定する。この際、判定部６８は、最も低い合成抵抗値を含む限定範囲７４の中心付近に短絡部位Ｓが存在すると判定する。また、判定部６８は、複数の限定範囲７４の合成抵抗値のうち最も低い合成抵抗値が抵抗閾値Ｒ０以上である場合に、電解質膜１６の全体に短絡部位Ｓは存在しないと判定する。

図７Ａに示すように、例えば、電解質膜１６のうち互いに隣接する分割部位７２の間に短絡部位Ｓ（以下、「短絡部位Ｓａ」ということがある。）が１つだけ存在していたとする。この場合、電源４４から第２測定端子部４０に供給された電流は、短絡部位Ｓａを介して短絡部位Ｓａの周囲に位置する複数の第１測定端子部３６（例えば、図７Ａにおいてハッチングで示した部分に位置する第１測定端子部３６）に流れる。この際、短絡部位Ｓａに近い第１測定端子部３６ほどより大きな電流が流れる。

そうすると、図７Ａに示す限定範囲７４ｇの合成抵抗値は、当該限定範囲７４ｇを分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４（例えば、図７Ｂに示す限定範囲７４ｈ）の合成抵抗値よりも低くなる。つまり、限定範囲７４ｇは、複数の限定範囲７４の中で最も低い合成抵抗値を有する。そのため、判定部６８は、当該限定範囲７４ｇの中心付近に短絡部位Ｓａが存在していると判定する。

また、図８Ａに示すように、例えば、電解質膜１６の角に位置する分割部位７２ａと当該分割部位７２ａに隣接する分割部位７２との間に短絡部位Ｓ（以下、「短絡部位Ｓｂ」ということがある。）が１つだけ存在していたとする。この場合、電源４４から第２測定端子部４０に供給された電流は、短絡部位Ｓｂから内方（矢印Ｘ２方向及び矢印Ｙ２方向）に向かって広がる（例えば、図８Ａにおいてハッチングで示した部分に位置する第１測定端子部３６に流れる）。

そうすると、図８Ａに示す限定範囲７４ｉの合成抵抗値は、当該限定範囲７４ｉを分割部位７２の１つ分だけ移動させた位置にある限定範囲７４（例えば、図８Ｂに示す限定範囲７４ｊ）の合成抵抗値よりも低くなる。つまり、限定範囲７４ｉは、複数の限定範囲７４の中で最も低い合成抵抗値を有する。このような場合、判定部６８は、当該限定範囲７４の中心よりも分割部位７２ａ寄りの位置に短絡部位Ｓｂが存在していると判定する。

判定工程において、電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在していると判定された場合、当該電解質膜１６を含む電解質膜部材１２は廃棄される。判定工程において、電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在していないと判定された場合、当該電解質膜１６を含む電解質膜部材１２は、燃料電池の製造に用いられる。判定工程の後、一連の動作フローが終了する。

次に、上述した限定範囲７４の大きさの設定について説明する。限定範囲７４の大きさを設定する場合、予め特定された短絡部位Ｓを有する電解質膜部材１２を準備する。そして、この電解質膜部材１２に短絡検査装置１０を用いて通電するとともに当該短絡部位Ｓの周辺の分割部位７２の電圧値を電圧計５６により測定する。そうすると、電圧計５６で測定された電圧値（測定電圧値）は、図９の仮想線Ｌ１のように示される。ここで、電解質膜１６のうち短絡部位Ｓが存在していない箇所は、電解質膜１６に含まれている水分等によって微弱な電流が流れる。そのため、図９に示すように、測定電圧には、電解質膜１６の水分量等に応じたノイズ電圧が含まれる。

続いて、測定電圧値のうちバックグラウンド電圧閾値Ｖ０よりも低いものの平均値をバックグラウンド電圧（ノイズ電圧）として算出し、複数の分割部位７２のそれぞれの電圧値からバックグラウンド電圧を差し引いた電圧値（補正電圧値）を算出する。補正電圧値は、図９の実線Ｌ２のように示される。

その後、補正電圧値（図９の実線Ｌ２の電圧値）を合成する数を増やしながら合成電圧値を算出し、当該合成電圧値の変化量が所定値以下となった時の合成範囲（複数の分割部位７２の範囲）を限定範囲７４とする。ここで、所定値は、補正電圧値の合成数をそれ以上増やしても合成電圧値に大きな変化がないような値に設定される。

図１０は、合成範囲の大きさ（合成する電圧値の数）と合成電圧値との関係を示したグラフである。補正電圧値に基づいて算出された合成電圧値は、図１０の実線Ｌ３のように示される。この場合、限定範囲７４の大きさ（限定範囲７４に含まれる分割部位７２の数）は、合成範囲Ａ１となる。

一方、測定電圧値（ノイズが除去される前の電圧値）に基づいて算出された合成電圧値は、図１０の仮想線Ｌ４のように示される。この場合、限定範囲７４の大きさ（限定範囲７４に含まれる分割部位７２の数）は、合成範囲Ａ２となる。合成範囲Ａ１は、合成範囲Ａ２よりも小さい。このように、補正電圧値に基づいて限定範囲７４の大きさを設定することにより、限定範囲７４を適切な大きさにすることができる。

合成範囲が狭すぎる場合、合成電圧値が一定になる手前で限定範囲７４（合成範囲）を設定することとなる。この場合、合成電圧値の立ち上がり方が短絡部位Ｓによって異なるため、測定にばらつきが生じるおそれがある。また、合成範囲が広すぎると、一つの限定範囲７４の中に複数の短絡部位Ｓが存在している場合に、これら短絡部位Ｓの電圧値を合成してしまい、誤検出するおそれがある。

本実施形態に係る電解質膜１６の短絡検査方法及び短絡検査装置１０は、以下の効果を奏する。

短絡検査方法は、第１測定端子部３６と第２測定端子部４０とを介して、電解質膜部材１２を面方向に分割した複数の分割部位７２に通電する通電工程と、複数の分割部位７２の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位７２を含む限定範囲７４の通電状態を取得する処理を、互いに位置が異なる複数の限定範囲７４の各々について行う取得工程と、取得工程で取得された複数の限定範囲７４の通電状態に基づいて電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在しているか否かを判定する判定工程と、を含む。

このような方法によれば、電解質膜部材１２の複数の分割部位７２の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位７２を含む限定範囲７４の通電状態を取得している。そのため、電解質膜部材１２のうち互いに隣接する分割部位７２の間に短絡部位Ｓが存在している場合であっても、当該短絡部位Ｓの周囲の分割部位７２を含む限定範囲７４の通電状態に基づいて電解質膜１６に当該短絡部位Ｓが存在しているか否かを精度よく検出することができる。

複数の限定範囲７４のうち最も近接する限定範囲７４同士は、複数の分割部位７２の１つ分だけ面方向にずれて位置する。

この場合、電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在しているか否かをより精度よく検出することができる。

取得工程では、複数の限定範囲７４の１つを特定するとともに特定された限定範囲７４の通電状態を取得する特定工程が複数回行われる。特定工程では、前回特定された限定範囲７４を複数の分割部位７２の１つ分だけ面方向に移動させた位置にある限定範囲７４を特定する。

このような方法によれば、複数の限定範囲７４の通電状態を効率的に取得することができる。

取得工程では、特定工程で特定された限定範囲７４に含まれる複数の分割部位７２のそれぞれの電圧値を取得する。取得工程は、複数の限定範囲７４のそれぞれに含まれる複数の分割部位７２の電圧値を合成した合成電圧値を算出する合成電圧算出工程を含む。判定工程では、合成電圧値に基づいて電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在しているか否かを判定する。

このような方法によれば、限定範囲７４の通電状態を精度よく測定できる。

取得工程は、合成電圧値に基づいて複数の限定範囲７４のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含む。判定工程では、複数の限定範囲７４の合成抵抗値のうち最も低い合成抵抗値が抵抗閾値Ｒ０よりも低い場合に、最も低い合成抵抗値を有する限定範囲７４の中心付近に短絡部位Ｓが存在していると判定する。

このような方法によれば、互いに隣接する分割部位７２の間に短絡部位Ｓが存在する場合であっても、当該短絡部位Ｓを精度よく検出することができる。

取得工程では、合成電圧値に基づいて複数の限定範囲７４のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含む。判定工程では、抵抗閾値Ｒ０よりも低い合成抵抗値を有する限定範囲７４に短絡部位Ｓが存在していると判定する。

このような方法によれば、電解質膜１６に複数の短絡部位Ｓが存在する場合であっても、これら短絡部位Ｓを精度よく検出することができる。

限定範囲７４の大きさは、第１測定端子部３６と第２測定端子部４０とを介して電解質膜部材１２に通電した際に、複数の分割部位７２のそれぞれの電圧値のうちバックグラウンド電圧閾値Ｖ０以下のものの平均値をバックグラウンド電圧として算出し、複数の分割部位７２のそれぞれの電圧値からバックグラウンド電圧を差し引いた補正電圧値に基づいて設定されている。

この場合、短絡部位Ｓの判定を行うにあたりノイズとなる電圧を除去して限定範囲７４の範囲（合成範囲）を設定できるため、短絡部位Ｓの測定精度を向上させることができる。

限定範囲７４の大きさは、予め特定された短絡部位Ｓの周辺に位置する複数の分割部位７２のそれぞれの電圧値を測定し、これら電圧値を合成する数を増やしながら合成電圧値を算出した際に、当該合成電圧値の変化量が所定値以下になった時の複数の分割部位７２の範囲に設定されている。

この場合、短絡部位Ｓの判定に効果的な限定範囲７４の範囲（合成範囲）を設定されるため、短絡部位Ｓの測定精度を一層向上させることができる。

短絡検査装置１０は、電解質膜部材１２を挟持するための第１測定端子部３６及び第２測定端子部４０と、第１測定端子部３６と第２測定端子部４０との間に通電を行うための電源４４と、前記電解質膜部材１２の通電状態を取得する特定取得部６０と、特定取得部６０で取得された通電状態に基づいて電解質膜１６に短絡部位Ｓが存在しているか否かを判定する判定部６８と、を備える。第１測定端子部３６は、互いに電気的に絶縁した状態で複数配置され、特定取得部６０は、電解質膜部材１２のうち複数の第１測定端子部３６に対向する複数の分割部位７２の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位７２を含む限定範囲７４の通電状態を測定する。

このような構成によれば、電解質膜部材１２の複数の分割部位７２の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位７２を含む限定範囲７４の通電状態を取得している。そのため、電解質膜部材１２における互いに隣接する分割部位７２の間に短絡部位Ｓが存在している場合であっても、当該短絡部位Ｓの周囲の分割部位７２を含む複数の限定範囲７４の通電状態に基づいて電解質膜１６に当該短絡部位Ｓが存在しているか否かを精度よく検出することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

電解質膜部材１２は、ロール・ツー・ロール方式により搬送されたものであってもよい。この場合、電解質膜１６の短絡部位Ｓの箇所をトリミングで切除する必要がある。つまり、図１１に示すように、電解質膜１６に複数の短絡部位Ｓが存在していた場合、これら短絡部位Ｓは、短絡検査の後で切除されることになる。

図１１に示すように、このような電解質膜部材１２において、電解質膜部材１２のうち互いに隣接する分割部位７２の間に複数の短絡部位Ｓ（短絡部位Ｓｃと短絡部位Ｓｄ）が存在していたとする。そうすると、短絡部位Ｓｃの周辺においては、限定範囲７４ｋの合成抵抗値が最も低くなり、短絡部位Ｓｄの周辺においては、限定範囲７４ｌの合成抵抗値が最も低くなる。

この場合、図１２に示すように、判定工程において、判定部６８は、各限定範囲７４ｋ、７４ｌの合成抵抗値が抵抗閾値Ｒ０よりも低いか否かを判定し、抵抗閾値Ｒ０よりも低い合成抵抗値を有する複数の限定範囲７４ｋ、７４ｌのそれぞれに短絡部位Ｓｃ、Ｓｄが存在していると判定する。この際、判定部６８は、短絡部位Ｓｃ、Ｓｄが存在していると判定された複数の限定範囲７４のうち、抵抗閾値Ｒ０に最も近い合成抵抗値を有する限定範囲７４（境界に位置する限定範囲７４）の間に位置する限定範囲７４において、最も小さい合成抵抗値を有する限定範囲７４ｋ、７４ｌの中心付近に短絡部位Ｓｃ、Ｓｄが存在していると判定する。また、判定部６８は、抵抗閾値Ｒ０以上の合成抵抗値を有する限定範囲７４については、短絡部位Ｓが存在していないと判定する。

上述した実施形態において、取得工程は、電解質膜部材１２に通電した状態で行われてもよい。この場合、特定工程において、特定取得部６０は、複数の限定範囲７４の１つを特定するとともに特定された限定範囲７４に対応する電圧計５６の電圧値を取得する。

上述した実施形態では、特定工程において、複数の限定範囲７４を１つずつ特定し、特定した限定範囲７４に含まれる複数の分割部位７２の電圧値を取得しているが、この例に限定されない。例えば、取得工程では、全ての限定範囲７４において、各限定範囲７４に含まれる複数の分割部位７２の電圧値を一度に取得してもよい。

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記実施形態は、固体高分子からなる電解質膜（１６）を有する電解質膜部材（１２）に通電することにより前記電解質膜に短絡部位（Ｓ）が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査方法であって、前記電解質膜部材の両面に配置された一組の測定端子部（３６、４０）を介して、当該電解質膜部材を面方向に分割した複数の分割部位（７２）に通電する通電工程と、前記複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲（７４）の通電状態を取得する処理を、互いに位置が異なる複数の前記限定範囲の各々について行う取得工程と、前記取得工程で取得された複数の前記限定範囲の前記通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定工程と、を含む、電解質膜の短絡検査方法を開示している。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、複数の前記限定範囲のうち最も近接する限定範囲同士は、前記複数の分割部位の１つ分だけ前記面方向にずれて位置してもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記取得工程では、複数の前記限定範囲の１つを特定するとともに特定された前記限定範囲の通電状態を取得する特定工程が複数回行われ、前記特定工程では、前回特定された前記限定範囲を前記複数の分割部位の１つ分だけ前記面方向に移動させた位置にある限定範囲を特定してもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記特定工程では、特定された前記限定範囲に含まれる前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値を取得し、前記取得工程は、複数の前記限定範囲のそれぞれに含まれる前記複数の分割部位の電圧値を合成した合成電圧値を算出する合成電圧算出工程を含み、前記判定工程では、前記合成電圧値に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定してもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記取得工程は、前記合成電圧値に基づいて複数の前記限定範囲のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含み、前記判定工程では、複数の前記限定範囲の前記合成抵抗値のうち最も低い合成抵抗値が抵抗閾値（Ｒ０）よりも低い場合に、前記最も低い合成抵抗値を有する前記限定範囲の中心付近に前記短絡部位が存在していると判定してもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記取得工程では、前記合成電圧値に基づいて複数の前記限定範囲のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含み、前記判定工程では、抵抗閾値よりも低い合成抵抗値を有する限定範囲に前記短絡部位が存在していると判定してもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記限定範囲の大きさは、前記一組の測定端子部を介して前記電解質膜部材に通電した際に、前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値のうちバックグラウンド電圧閾値（Ｖ０）以下のものの平均値をバックグラウンド電圧として算出し、前記複数の分割部位のそれぞれの前記電圧値から前記バックグラウンド電圧を差し引いた補正電圧値に基づいて設定されてもよい。

上記の電解質膜の短絡検査方法において、前記限定範囲の大きさは、予め特定された短絡部位の周辺に位置する前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値を測定し、これら電圧値を合成する数を増やしながら合成電圧値を算出した際に、当該合成電圧値の変化量が所定値以下になった時の前記複数の分割部位の範囲に設定されてもよい。

上記実施形態は、固体高分子からなる電解質膜を有する電解質膜部材に通電することにより前記電解質膜に短絡部位が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査装置（１０）であって、前記電解質膜部材を挟持するための第１測定端子部（３６）及び第２測定端子部（４０）と、前記第１測定端子部と前記第２測定端子部との間に通電を行うための電源（４４）と、前記電解質膜部材の通電状態を取得する取得部（６０）と、前記取得部で取得された通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定部（６８）と、を備え、前記第１測定端子部は、互いに電気的に絶縁した状態で複数配置され、前記取得部は、前記電解質膜部材のうち複数の前記第１測定端子部に対向する複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得する、電解質膜の短絡検査装置を開示している。

１０…短絡検査装置１２…電解質膜部材
１６…電解質膜３６…第１測定端子部
４０…第２測定端子部４４…電源
５０…測定部６８…判定部
７２…分割部位７４…限定範囲
Ｒ０…抵抗閾値Ｓ…短絡部位
Ｖ０…バックグラウンド電圧閾値

Claims

固体高分子からなる電解質膜を有する電解質膜部材に通電することにより前記電解質膜に短絡部位が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査方法であって、
前記電解質膜部材の両面に配置された一組の測定端子部を介して、当該電解質膜部材を面方向に分割した複数の分割部位に通電する通電工程と、
前記複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得する処理を、互いに位置が異なる複数の前記限定範囲の各々について行う取得工程と、
前記取得工程で取得された複数の前記限定範囲の前記通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定工程と、を含む、電解質膜の短絡検査方法。
請求項１記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
複数の前記限定範囲のうち最も近接する限定範囲同士は、前記複数の分割部位の１つ分だけ前記面方向にずれて位置する、電解質膜の短絡検査方法。
請求項２記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記取得工程では、複数の前記限定範囲の１つを特定するとともに特定された前記限定範囲の通電状態を取得する特定工程が複数回行われ、
前記特定工程では、前回特定された前記限定範囲を前記複数の分割部位の１つ分だけ前記面方向に移動させた位置にある限定範囲を特定する、電解質膜の短絡検査方法。
請求項３記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記特定工程では、特定された前記限定範囲に含まれる前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値を取得し、
前記取得工程は、複数の前記限定範囲のそれぞれに含まれる前記複数の分割部位の電圧値を合成した合成電圧値を算出する合成電圧算出工程を含み、
前記判定工程では、前記合成電圧値に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する、電解質膜の短絡検査方法。
請求項４記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記取得工程は、前記合成電圧値に基づいて複数の前記限定範囲のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含み、
前記判定工程では、複数の前記限定範囲の前記合成抵抗値のうち最も低い合成抵抗値が抵抗閾値よりも低い場合に、前記最も低い合成抵抗値を有する前記限定範囲の中心付近に前記短絡部位が存在していると判定する、電解質膜の短絡検査方法。
請求項４記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記取得工程では、前記合成電圧値に基づいて複数の前記限定範囲のそれぞれの合成抵抗値を算出する合成抵抗算出工程を含み、
前記判定工程では、抵抗閾値よりも低い合成抵抗値を有する限定範囲に前記短絡部位が存在していると判定する、電解質膜の短絡検査方法。
請求項１～６のいずれか１項に記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記限定範囲の大きさは、前記一組の測定端子部を介して前記電解質膜部材に通電した際に、前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値のうちバックグラウンド電圧閾値以下のものの平均値をバックグラウンド電圧として算出し、前記複数の分割部位のそれぞれの前記電圧値から前記バックグラウンド電圧を差し引いた補正電圧値に基づいて設定されている、電解質膜の短絡検査方法。
請求項７記載の電解質膜の短絡検査方法であって、
前記限定範囲の大きさは、予め特定された短絡部位の周辺に位置する前記複数の分割部位のそれぞれの電圧値を測定し、これら電圧値を合成する数を増やしながら合成電圧値を算出した際に、当該合成電圧値の変化量が所定値以下になった時の前記複数の分割部位の範囲に設定されている、電解質膜の短絡検査方法。
固体高分子からなる電解質膜を有する電解質膜部材に通電することにより前記電解質膜に短絡部位が存在しているか否かを検査する電解質膜の短絡検査装置であって、
前記電解質膜部材を挟持するための第１測定端子部及び第２測定端子部と、
前記第１測定端子部と前記第２測定端子部との間に通電を行うための電源と、
前記電解質膜部材の通電状態を取得する取得部と、
前記取得部で取得された通電状態に基づいて前記電解質膜に前記短絡部位が存在しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記第１測定端子部は、互いに電気的に絶縁した状態で複数配置され、
前記取得部は、前記電解質膜部材のうち複数の前記第１測定端子部に対向する複数の分割部位の全体範囲よりも小さい範囲で互いに隣接する分割部位を含む限定範囲の通電状態を取得する、電解質膜の短絡検査装置。