WO2007034959A1 - 燃料電池の性能評価装置 - Google Patents

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WO2007034959A1
WO2007034959A1 PCT/JP2006/319018 JP2006319018W WO2007034959A1 WO 2007034959 A1 WO2007034959 A1 WO 2007034959A1 JP 2006319018 W JP2006319018 W JP 2006319018W WO 2007034959 A1 WO2007034959 A1 WO 2007034959A1
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WO
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fuel cell
cell module
casing
tested
fuel
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PCT/JP2006/319018
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English (en)
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Inventor
Kazuhiro Watanabe
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell performance evaluation apparatus and a fuel cell performance evaluation method implemented using the performance evaluation apparatus.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-164236 or FIG. 8 discloses a conventional performance evaluation apparatus for a fuel cell stack.
  • the test of a fuel cell is carried out by comparing the temperature, humidity, pressure, and flow rate of hydrogen, air, and cooling water supplied to the fuel cell to be tested with the temperature, humidity of hydrogen, air, and cooling water during actual operation. , Close to the pressure and flow rate. In that case, since it takes time to heat and humidify the power generation performance test for each fuel cell module, as shown in Fig. 8, 200 to 400 modules are stacked on the B temple where 200 to 400 modules are manufactured. Stack up 200 to 400 modules and evaluate the performance.
  • the laminated body 1 of 200 to 400 modules is supplied with calorie temperature, humidified air, and hydrogen from each air and hydrogen supply device 2, and hot water is supplied, and the potential of each module is adjusted. It is detected and input to the data processor 4 (PC) via the multi-channel relay panel 3 to determine whether the power generation performance of each module is normal or not.
  • PC data processor 4
  • the hydrogen and air supply device 2 is a facility for 200 to 400 modules and is a large-sized heating and humidifying device.
  • a large-capacity discharge facility 5 is connected.
  • Patent Document 1 JP 2000-164236 A
  • 200-400 modules have been tested together to test and evaluate the performance of 200-400 modules.
  • the test is not performed until the test is completed, and after each fuel cell module is manufactured, the time interval until the quality of the module is judged is long (for example, 12 to 36 hours).
  • An object of the present invention is to reduce the time interval from the production of a fuel cell module to the determination of pass / fail of the module, as compared with the conventional case where 200 to 400 modules are collectively tested.
  • the object is to provide a performance evaluation apparatus and a fuel cell performance evaluation method.
  • the present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
  • a transport device that sequentially transports a plurality of fuel cell modules along a predetermined transport path
  • An inspection device that inspects the performance of the fuel cell module that is located on the transfer path and is transferred by the transfer device
  • a fuel cell performance evaluation apparatus comprising:
  • the inspection device includes a sensor that detects an electrical characteristic of the fuel cell module to which the reaction gas is supplied.
  • a recording means for recording the identification information read by the reading means on the recording medium in association with the inspection result by the inspection device
  • the fuel cell performance evaluation apparatus according to (1) or (2).
  • the transport path includes a plurality of transports downstream of the inspection apparatus position or the transport direction from the inspection apparatus. Including the route part,
  • the fuel cell performance evaluation apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the fuel cell module is transported on a transport path portion selected according to an inspection result of the inspection device among a plurality of transport path portions.
  • a manufacturing apparatus for manufacturing a fuel cell module by integrating a separator and a membrane electrode assembly is provided upstream of the transporting direction of the inspection apparatus in the transport path.
  • the fuel cell performance evaluation apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the fuel cell module manufactured by the manufacturing apparatus is transported as a plurality of fuel cell modules.
  • the first and second plates and at least one of the first and second plates sandwiching the fuel cell module to be tested are placed in the test position.
  • a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the fuel cell module to be tested from the outside of the casing formed on the second plate, and a fuel gas discharge port for circulating the fuel gas from the fuel cell module to the outside of the casing;
  • a loading / unloading device for loading the tested fuel cell module into the testing position and unloading the tested fuel cell module from the testing position;
  • a potential detector installed outside the casing and electrically connected to the first and second plates
  • the apparatus When the electric potential detector detects that the power generation performance of the tested fuel cell module is defective, the apparatus further includes an ejector that ejects the defective fuel cell module and a discharge chute for discharge. (7) The fuel cell performance evaluation apparatus according to (7).
  • the fuel cell module to be tested is a single module, the internal air is heated, Bring it to the test position in the wet casing,
  • the fuel cell module in the test position is sandwiched between the first and second plates,
  • Fuel gas is supplied to the fuel cell module at the test position through the fuel gas supply port and the fuel cell module power is discharged through the fuel gas discharge port, and the fuel cell module at the test position is discharged into the casing through the air supply port. And air is discharged from the fuel cell module through the air discharge port into the casing to generate power,
  • the potential of the first and second plates is detected and the detected potential signal is sent to the potential detection device outside the casing to send the fuel cell at the test position. Evaluate whether the module potential is normal,
  • the inspection time is shortened as follows.
  • the time interval between the production of a fuel cell module and the determination of pass / fail of the module is the conventional time interval for the fuel cell module when 200-400 modules are tested together after waiting for 200-400 modules to be assembled. Compared to the time interval from the manufacture to the pass / fail judgment of the module, it is shortened. As a result, defect investigation and countermeasures can be implemented immediately after the defective module is detected.
  • the heat capacity of the non-inspection object (heat capacity for one module) is smaller than the heat capacity when 200 to 400 modules are combined, and the fuel cell module Heating time is shortened.
  • the air in the casing is used as the supply air to the fuel cell, and the fuel Since the air from the battery is discharged into the casing, the heating and humidification time of the supply air is shortened as the exhaust gas is heated and humidified.
  • the inspection device is miniaturized and simplified as follows. .
  • the heat capacity of the object to be tested is smaller than when testing 200 to 400 modules together, and the heating equipment has one module. It only needs to have the capacity and ability to heat.
  • the humidification equipment should have the capacity and capacity to humidify one module, compared to the case where 200 to 400 modules are tested together. As a result, hydrogen and air heating facilities and humidification facilities are reduced in size and simplified.
  • the air in the casing is used as the supply air to the fuel cell, and the air from the fuel cell is discharged into the casing, so the air from the outside is supplied to the fuel cell and the air from the fuel cell is discharged.
  • the air heating equipment and humidification equipment require a small capacity. This also makes the air heating and humidification equipment smaller and simpler.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell performance evaluation apparatus of the present invention (an apparatus for performing a fuel cell performance evaluation method of the present invention).
  • FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell module to be tested with the first and second plates of the fuel cell performance evaluation apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel cell performance evaluation apparatus of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a fuel cell performance evaluation apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a side view of a fuel cell stack in which a fuel cell module whose performance has been tested by the fuel cell performance evaluation method of the present invention is incorporated.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack of FIG.
  • FIG. 7 is a front view of the fuel cell stack of FIG. 5 at the separator site.
  • FIG. 8 is a perspective view of a conventional fuel cell performance evaluation apparatus.
  • the fuel cell to be inspected using the performance evaluation apparatus and performance evaluation method of the present invention is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 10.
  • the fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell automobile. However, it may be used for other than automobiles.
  • the solid polymer electrolyte fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly.
  • the membrane-electrode assembly 19 includes an electrolyte membrane U that also has ion exchange membrane force, an electrode (anode, fuel electrode) 14 that is disposed on one surface of the electrolyte membrane n, and a catalyst layer that is disposed on the other surface of the electrolyte membrane. Electrode (force sword, air electrode) 17. Between the membrane electrode assembly 19 and the separator 18, diffusion layers 13 and 16 are provided on the anode side and the force sword side, respectively.
  • Membrane electrode assembly 19 and separator 18 are stacked to form cell 10, cell 19 is stacked to form a cell stack, and terminal 20, insulator 21, and end plate 22 are disposed at both ends of the cell stack in the cell stacking direction.
  • a stack 23 is formed by applying a spring load in the cell stacking direction to the cell stack by fixing it with fastening members (for example, tension plates 24), bolts and nuts 25 that extend in the cell stacking direction outside the cell stack. .
  • the separator 18 is formed with a fuel gas flow path 27 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 14, and the sword 17 is supplied with oxidizing gas (oxygen, usually air).
  • An oxidizing gas passage 28 is formed for this purpose.
  • the separator 18 is also formed with a refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water).
  • Separator 18 has no In the electric region, a fuel gas manifold 30, an oxidizing gas manifold 31, and a refrigerant manifold 29 are formed.
  • the fuel gas manifold 30 communicates with the fuel gas passage 27, the oxidizing gas manifold 31 communicates with the oxidizing gas passage 28, and the refrigerant manifold 29 communicates with the refrigerant passage 26.
  • the first seal member 32 is made of, for example, an adhesive seal (seal adhesive), and the second liner member 33 is made of, for example, a rubber seal material such as silicone rubber, fluorine rubber, or EPDM (ethylene propylene rubber). .
  • both the first seal member 32 and the second seal member 33 may be made of an adhesive sealant or a rubber seal material.
  • the single cell 10 when the single cell 10 is manufactured, it is sent to the fuel cell performance evaluation device 50 for each single cell 10 to show normal power generation performance. It is inspected and evaluated.
  • the fuel cell performance evaluation apparatus 50 includes a casing 51, a first plate (first pressing plate) 52 and a second plate (second pressing plate) 53, a driving device 54 for the first plate 52, and The driving device 55 for the second plate 53, the air supply port 56 and the air discharge port 57 formed in the first plate 52 (the generated water is also discharged from the air discharge port 57), and the second plate
  • the fuel gas supply port 58 and the fuel gas discharge port 59 formed in 53 and the fuel cell module to be tested are connected to the test position 60 (fuel cell module 1 in the casing 50).
  • a loading device 61 that loads 00 into a position where the power generation performance is tested and inspected for normality), and a unloading device 62 that carries the tested fuel cell module out of the casing 50 from the testing position 60; And an electric potential inspection device 63 for evaluating the electric potential of the first and second plates 52 and 53.
  • the potentials of the first and second plates 52 and 53 are the same as the potential of the separator 18 in contact with the first and second plates 52 and 53.
  • 1, 2, and 4 A indicates the loading of the fuel cell module 100, B indicates the unloading of the fuel cell module 100 that has passed the inspection, and C indicates the fuel cell that has not passed the inspection (NG). Shows module 100 popping and unloading. 1 to 4 show a case where there are:! Fuel cell modules 100 at the test position 60.
  • the fuel cell performance evaluation device 50 is responsible for ejecting the defective fuel cell module.
  • An ejector 64 and a payout chute 65 for payout may be further provided.
  • the casing 51 has a space partitioned from the outside of the casing inside the casing, and the air in the space is heated and humidified.
  • the interior space of the casing does not have to be completely sealed, and the inlet 66 to the casing of the fuel cell module 100 to be tested and the outlet 67 of the casing force may be open. Alternatively, doors may be provided at the inlet 66 and the outlet 67 and may be opened when the fuel cell module 100 to be tested passes.
  • the first plate 52 and the second plate 53 are disposed in the casing 51, and the fuel cell module 100 to be tested (if the single cell forms one module, the tenor 10 and the module 100 Is the test position 60, the fuel cell module 100 to be tested is inserted into the play 52, 53f ⁇ .
  • the first plate 52f or the first plate 52 is moved toward and away from the fuel cell module 100 to be tested by the motor unit 54, and the second plate 53 is driven by the second plate 53.
  • the fuel cell module 100 to be tested is approached and separated.
  • the drive units 54 and 55 may be arranged inside the casing 51 or outside the casing.
  • the driving devices 54 and 55 may be composed of an air cylinder or a mechanism (such as a ball screw) that converts the motor and motor rotation into linear motion.
  • one of the first plate 52 and the second plate 53 may be fixed. In that case, a driving device for the fixed plate is unnecessary.
  • the transport direction of the fuel cell module 100 to be tested is the horizontal direction
  • the moving direction of the first plate 52 and the second plate 53 is the vertical direction.
  • the air supply port 56 and the air discharge port 57 are formed in the first plate 52.
  • the air supply port 56 pressurizes and supplies the air in the casing 51 to the fuel cell module 100 to be tested by the compressor 73.
  • the supplied air flows through the oxidizing gas passage 28, and the air discharge port 57 Then, the air from the fuel cell module 100 is discharged into the casing 51 and the generated water generated during power generation by the fuel cell module is discharged. Therefore, the heated and humidified air force fuel in the casing 51 is circulated through the oxidizing gas passage 27 in the fuel cell module 100 to heat and humidify the fuel cell module 100.
  • the fuel gas supply port 58 and the fuel gas discharge port 59 are formed in the second plate 53.
  • the fuel gas supply port 58 supplies the fuel gas from the fuel gas source (hydrogen source) 69 outside the casing 51 to the fuel cell module 100 to be tested, and the supplied fuel gas flows through the fuel gas flow path 27.
  • the fuel gas discharge port 59 circulates the fuel gas from the fuel cell module 100 outside the casing 51. The fuel gas is heated from the outside of the casing 51, and is humidified as necessary.
  • the supply of fuel gas from the fuel gas source 69 is switched to the supply of nitrogen from the nitrogen source 70 by the switching valves 71 and 72, and the fuel gas flows. It is desirable to purge the path. This is to prevent mixing of hydrogen and air in the casing.
  • the carry-in device 61 and the carry-out device 62 are constituted by conveyors, for example, roller conveyers.
  • the carry-in device 61 carries the fuel cell module 100 to be tested from the outside of the casing to the test position 60 in the casing, and positions the fuel cell module 100 to be tested for the positioning stopper 68 at a normal position.
  • the positioned fuel cell module 100 is sandwiched between the first plate 52 and the second plate 53, and the test is executed. When the test is completed, the first plate 52 and the second plate 53 release the fuel cell module 100.
  • Carrying out The device 62 takes the tested fuel cell module 100 out of the casing from the test position 60.
  • the potential inspection device 63 is installed outside the casing 51 and is electrically connected to the first and second plates 52 and 53.
  • the potential detection device 63 measures the potential of the first and second plates 52 and 53 and evaluates whether or not the power generation performance is normal. When a unit cell exhibits a voltage of approximately 1 volt and is stable for a specified time, the unit cell is evaluated as having normal power generation performance.
  • the potential detection device 63 is composed of a personal computer, for example.
  • the wiring connecting the first and second plates 52 and 53 and the potential detecting device 63 is not installed because a conventional large-sized relay panel with 200 to 400 channels is unnecessary.
  • the fuel gas (hydrogen or hydrogen-containing gas) is supplied to the fuel cell module 100 at the test position 60 through the fuel gas supply port 58, and the fuel gas is caused to flow to the fuel gas flow path 27 of the fuel cell module 100.
  • Fuel gas is discharged from the fuel cell module 100 through the fuel gas discharge port 59, and air in the casing is supplied to the fuel cell module 100 at the test position 60 through the air supply port 56, and the air is supplied to the fuel cell module 1 00 is flowed into the oxidizing gas flow path 28, and the air is discharged from the fuel cell module 100 through the air discharge port 57 into the casing 51, and the fuel cell module 100 executes power generation, and
  • the supply of fuel gas from the fuel gas source 69 is switched to the supply of nitrogen from the nitrogen source 70 by the switching valves 71 and 72, and the fuel gas is supplied. It is desirable to purge the flow path through which the gas flows. This is to prevent mixing of hydrogen and air in the casing.
  • step (2) The method for evaluating the performance of the fuel cell of the present invention, when detecting that the power generation performance of the fuel cell module 100 in which the potential inspection device 63 was tested in step (2) is poor, E) 'After the step (2), the defective fuel cell module 100 is ejected by the ejector (dispensing tool) 64 to the dispensing shot 65.
  • the defective product is automatically paid out.
  • the inspection can be performed immediately after the module is manufactured, and the inspection time is shortened.
  • each module unit is In order to determine whether the fuel cell module 100 is acceptable or not, the time interval until the fuel cell module 100 is judged as good or bad is waited until the conventional manufacturing is completed. 200-400 This is shorter than the time interval from the production of a fuel cell module to the pass / fail judgment of the module when testing the entire module. As a result, failure investigation and countermeasures can be implemented immediately after the defective module is detected.
  • the heat capacity of the rejected object (heat capacity of one module) is smaller than the heat capacity when the 200 to 400 modules are combined, Fuel cell module heating time is shortened.
  • the air in the casing is used as the supply air to the fuel cell, and the air from the fuel cell is discharged into the casing, so that the exhaust gas is heated and humidified.
  • Heating and humidification time of supply air is shortened.
  • the plurality of fuel cell modules 100 that are performance evaluation targets are sequentially transported to the inspection position, and the transported fuel cells are conveyed. Therefore, even when there are a large number of fuel cell modules 100 to be evaluated, it is possible to perform a quick evaluation, and in particular, a part of stack 23 that is less than the entire stack. This is effective when evaluation is performed for each cell.
  • the inspection apparatus 50 is reduced in size and simplified as follows.
  • the fuel cell module 100 is carried into the test position 60 as a single unit and tested, compared to the case where 200 to 400 modules are tested together (conventional case), the object to be inspected (single module 100) The heat capacity is reduced, and the heating equipment should have the capacity and capacity to heat one module 100.
  • the humidification facility may have a capacity and capacity capable of humidifying one module 100. As a result, hydrogen and air heating facilities and humidification facilities are reduced in size and simplified.
  • the air in the casing 51 is used as supply air to the fuel cell module 100 to be tested, and the air from the fuel cell module 100 is discharged into the casing 51. Can be used for the temperature and humidity of the next supply air.
  • the air from the outside is supplied to the fuel cell and the air from the fuel cell is discharged to the outside.
  • the air heating equipment and the humidification equipment need only have a small capacity. This also makes the air heating and humidification equipment smaller and simpler than the heating and humidification equipment of the conventional gas supply device (Fig. 8).
  • the defective module is automatically discharged from the line of the normal module.
  • the fuel gas containing hydrogen is supplied and discharged from one surface (surface on the first plate 52 side) of the fuel cell module 100, and the other surface (second plate 5).
  • an oxidizing gas for example, air
  • the embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the supply and discharge of both the reaction gas of the fuel gas and the oxidant gas may be integrated from one side of the fuel cell module 100, or the supply of each reaction gas may be integrated on one side. Even if the discharge is concentrated on the other side, it is good.
  • the first and second plates 52 and 53 sandwiching the fuel cell module 100 are not essential components, but supply ports for supplying the reaction gas to the fuel cell module 100 (eg, fuel gas supply port 58, air supply) Any configuration can be used as long as the port 56) supports the fuel cell module 100 so that it can be connected to the reaction gas supply port of the fuel cell module 100 (for example, the fuel gas manifold 30). Also good.
  • the support device may be a base that supports the fuel cell module 100 from below in the direction of gravity, or may be configured such that the end of the plate surface of the fuel cell module 100 is clamped by a clip-shaped member.
  • the transport device bears the function of supporting the transport device (transport means) 61 and 62 for transporting the module 100, which is different from the support device.
  • the embodiment is not limited thereto. Les.
  • humidification in the performance evaluation apparatus 50 may be omitted.
  • the force examples in which both the fuel gas containing hydrogen and the oxidant gas containing oxygen are supplied to the fuel cell module 100 as reaction gases are not limited thereto. Absent. For example, when evaluating by generating electricity as a hydrogen concentration cell that generates electricity according to the difference in hydrogen concentration between the electrodes, evaluation may be performed by supplying only fuel gas without supplying oxidant gas. Further, if the power sword electrode 17 of the fuel cell module 100 is communicated with the atmosphere at the time of evaluation, the evaluation may be performed by supplying only the fuel gas without actively supplying the oxidant gas. In addition, in the case of evaluating as a so-called dead-end type fuel cell that supplies fuel gas but does not discharge it, the configuration related to reaction gas discharge may be omitted.
  • the predetermined transport path refers to a path for transporting the fuel cell module 100 so as to pass a detection position (test position) 60 for inspecting the fuel cell module 100.
  • the detection position (test position) 60 includes a supply port (for example, the fuel gas supply port 58 and the air supply port 56) for supplying the reaction gas to the fuel cell module 100.
  • the transport devices 61 and 62 for continuously transporting the plurality of fuel cell modules 100 include, for example, a fuel cell placed on the transport device 61 and 62 by moving a belt.
  • the detection device for detecting the fuel cell module 100 diagnoses the performance based on the potential which is a kind of electrical characteristics of the fuel cell module 100.
  • the type of performance and the diagnostic method are not limited.
  • the evaluation may be based on other electrical characteristics such as current and resistance.
  • performance related to power generation such as pressure loss, strength, and sealability of the gas flow path may be diagnosed.
  • the inside of the cell instead of supplying the reactive gas, the inside of the cell may be pressurized with another fluid such as nitrogen, and the sealing property may be evaluated from the change in pressure.
  • the performance is evaluated for each single cell.
  • the performance of the fuel cell module 100 that is a part of a stack and includes a plurality of cells may be evaluated.
  • the performance inspection apparatus 63 sequentially transports the plurality of fuel cell modules 100, which are performance evaluation targets, to the inspection position (test position) 60 and is transported.
  • Any configuration may be used as long as it is a configuration for inspecting a fuel cell. According to such a configuration, even when the number of fuel cell modules 100 to be evaluated is large, it is possible to perform a quick evaluation, and in particular, evaluation is performed for each of the cells 10 that constitute the stack 23, not the entire stack. It is effective when performing.
  • the fuel cell module 100 is classified into two types, that is, a non-defective product and a defective product according to the inspection result.
  • Whether it is a non-defective product or a defective product is classified according to whether the inspected performance satisfies a predetermined condition (for example, whether it is within tolerance).
  • a predetermined condition for example, whether it is within tolerance.
  • the performance of the detection target is a voltage
  • a predetermined range for example, 0.6 V or more
  • the type of fuel cell module 100 is different from the non-defective product or the defective product.
  • non-defective products within the tolerance range can be gnoleated (for example, those with similar voltage and gas flow path pressure loss) can be grouped together.
  • fuel cell modules with similar characteristics can be used. Since the fuel cells can be stacked to form a stack, the performance is more stable than the fuel cell stack in which the characteristics of the fuel cell module 100 are not uniform.
  • the force illustrating the ejector 64 as a configuration for classifying defective products of the fuel cell module 100 is as follows. Since the fuel cell module 100 whose performance does not meet the predetermined condition (tolerance) cannot be used as it is as it is, it can be separated from the fuel cell module 100 that satisfies the condition. ,. For this reason, a plurality of transport paths 62 and 65 connected to different locations are set in the transport path downstream from the inspection device 50, and selectively selected on any one of the transport paths according to the inspection result. It is preferable to transport to different places. In the above embodiment, the non-defective product and the defective product are transported separately in different transport paths 62 and 65. However, the fuel cell groups grouped from other viewpoints may be transported through different transport paths. good.
  • the fuel cell module 100 to be inspected is recorded with identification information capable of identifying individual fuel cells. More specifically, a plurality of fuel cell modules 100 provided with different identification information may be inspected, and the inspection result and the identification information of the fuel cell module 100 may be recorded in association with each other.
  • the identification information on the fuel cell module 100 it is recorded on the surface of the fuel cell module 100 (such as the surface of the separator 18) as an optically readable character or design (for example, a two-dimensional code). And a method of recording identification information on a recording medium (for example, an IC chip) integrated with the fuel cell module 100.
  • the performance evaluation device 50 (for example, the potential inspection device 63) reads the identification information, associates it with the inspection result of the fuel cell module 100, and records its own recording medium (magnetic disk, IC memory, etc.). It is preferable to record in the above. Further, the performance evaluation device 50 may be configured to record the inspection result of the fuel cell module 100 in the fuel cell module itself. More specifically, a recording medium (IC memory or the like) that can be written to each fuel cell module 100 may be provided, and a test result may be written on the recording medium. It can also be used as a configuration that records the inspection results as symbols and symbols (for example, two-dimensional codes). According to the configuration, it is possible to easily obtain what characteristics (inspection result) each fuel cell module 100 has after the inspection.
  • the first manufacturing device (fuel cell module manufacturing device) 200 for manufacturing the fuel cell module 100 by integrating the separator 18 and the membrane electrode assembly 19 and the fuel cell module 100 are stacked and stacked.
  • the manufacturing apparatus such as the second manufacturing apparatus (stacking apparatus) 300 and the performance evaluation apparatus 50 described above may be provided on the same line. More specifically, a first manufacturing apparatus 200 is provided on the upstream side of the test position 60 in the conveyance path described above, and a plurality of fuel cell modules continuously manufactured by the first manufacturing apparatus 200 are provided. Even if the fuel cell module 100 is inspected by the transport device 61 to the evaluation device 50 at the test position 60 in sequence, the evaluation device 50 can perform the inspection.
  • a second manufacturing device (stacking device) 300 is provided on the downstream side of the evaluation device 50 in the conveyance path, and the fuel cell module 100 classified according to the inspection result of the evaluation device 50 is used as the classification result.
  • stacking may be performed by stacking and fastening in the second manufacturing apparatus 300.
  • fuel cell modules having similar characteristics may be classified, and fuel cell modules having similar characteristics may be stacked.
  • the fuel cell modules 100 having different characteristics may be stacked so as to be in a predetermined position (order) in the stack.
  • the powerful configuration enables consistent and prompt processing from manufacturing to evaluation.

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Abstract

本発明の燃料電池の性能検査装置５０は、ケーシング５１と、燃料電池モジュールを挟む第１、第２のプレート５２、５３と、ケーシング内のエアを燃料電池モジュールに供給するエア供給ポート５６およびエアをケーシング内に排出するエア排出ポート５７と、燃料ガスを燃料電池モジュールに供給する燃料ガス供給ポート５８および燃料ガスをケーシングの外部に循環させる燃料ガス排出ポート５９と、燃料電池モジュールを単体で試験位置６０に搬入、搬出する搬入、搬出装置６１、６２と、第１、第２のプレートと電気的に接続された電位検査装置６３と、を備えている。これによって、燃料電池モジュール１００の作製からそのモジュールの良否判定が出るまでの時間間隔を短縮できる。燃料電池の性能検査装置５０は、不良燃料電池モジュールをエジェクトするエジェクタ６４と払出しのための払出しシュート６５を、さらに備えていてもよい。

Description

明 細 書
燃料電池の性能評価装置
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池の性能評価装置と該性能評価装置を用いて実施する燃料電 池の性能評価方法に関する。
背景技術
[0002] 燃料電池は燃料電池スタックに組み立てられる前に所望の発電性能を発揮できる か否かを検査され確認される。特開 2000— 164236号公報、または図 8は、従来の 燃料電池スタックの性能評価装置を開示している。
[0003] 従来、燃料電池の試験は、試験される燃料電池に供給する水素、エア、冷却水の 温度、湿度、圧力、流量を、実際の運転時の水素、エア、冷却水の温度、湿度、圧力 、流量に近づけて行う。その場合、燃料電池モジュールを 1モジュールづっ発電性能 試験すると加温、加湿に時間力 Sかかるため、図 8に示すように、 200〜400モジユー ノレ作製された B寺に、 200〜400モジユーノレを重ねてスタックとし、 200〜400モジユー ルをまとめて性能評価してレ、る。
[0004] 図 8では、 200〜400モジユーノレの積層体 1にエア、水素の各供給装置 2から、カロ 温、加湿されたエア、水素を供給するとともに、温水を供給し、各モジュールの電位を 検出しそれをマルチチャンネルリレー盤 3を介してデータ処理装置 4 (パソコン）に入 力し、各モジュールの発電性能が正常か否力、を判断している。
[0005] 上記試験装置における、水素、エアの供給装置 2は、 200〜400モジユーノレに対 応する設備となっており、大型の加温、加湿装置となっている。また、モジュール積層 体 1には検查後電位が残るので、大容量の放電設備 5が接続されてレ、る。
特許文献 1 :特開 2000— 164236号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 従来の燃料電池の性能評価にはつぎの課題があった。
従来は 200〜400モジュールまとめて試験し性能評価するため、 200〜400モジュ ールまとまるまで試験が行われず、各燃料電池モジュールが作製された後、そのモ ジュールの良否判定が出るまでの時間間隔が長レ、（たとえば、 12〜36時間）。
[0007] 本発明の目的は、燃料電池モジュールの作製からそのモジュールの良否判定が出 るまでの時間間隔を、従来の 200〜400モジュールまとめて試験する場合に比べて 、短縮できる、燃料電池の性能評価装置と燃料電池の性能評価方法を提供すること にある。
課題を解決するための手段
[0008] 上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである
(1) 所定の搬送経路に沿って複数の燃料電池モジュールを順次に搬送する搬送 装置と、
搬送経路上に位置し、搬送装置によって搬送された燃料電池モジュールの性能を 検査する検査装置と
を具備する燃料電池の性能評価装置。
[0009] (2) 搬送経路上に位置し、搬送装置により搬送された燃料電池モジュールのガス 流路に反応ガスを供給するガス供給手段をさらに有し、
検查装置は、反応ガスが供給される燃料電池モジュールの電気的特性を検出する センサを含む（1)に記載の燃料電池の性能評価装置。
[0010] (3) 搬送装置により搬送される複数の燃料電池モジュールは、互いに異なる識別 情報がそれぞれ付与されており、
識別情報を読み取る読み取り手段と、
読み取り手段により読み取られた識別情報と、検査装置による検査結果とを対応づ けて記録媒体に記録する記録手段と
を具備する（1)または (2)に記載の燃料電池の性能評価装置。
[0011] (4) 検査装置による検査結果に応じて、検査した燃料電池モジュールを複数のグ ループに種別する種別手段を具備する（1)〜（3)に記載の燃料電池の性能評価装 置。
[0012] (5) 搬送経路は、検査装置位置か該検査装置より搬送方向の下流に複数の搬送 経路部分を含み、
燃料電池モジュールは、複数の搬送経路部分のうち検査装置の検査結果に応じて 選択された搬送経路部分にて搬送される（1)〜（4)に記載の燃料電池の性能評価 装置。
[0013] (6) 搬送経路のうち、検查装置の搬送方向の上流には、セパレータと膜電極アツセ ンブリを一体化して燃料電池モジュールを製造する製造装置が設けられており、 搬送装置は、製造装置にて製造された燃料電池モジュールを複数の燃料電池モ ジュールとして搬送する（1)〜（5)に記載の燃料電池の性能評価装置。
[0014] (7) 内部のエアが加温、加湿されたケーシングと、
ケーシング内に配置され、試験される燃料電池モジュールが試験位置にある時に 該試験される燃料電池モジュールを挟む第 1、第 2のプレート、および第 1、第 2のプ レートの少なくとも一方を試験位置にある試験される燃料電池モジュールに対して進 退させる駆動装置と、
第 1のプレートに形成されケーシング内のエアを試験される燃料電池モジュールに 供給するエア供給ポートおよび燃料電池モジュールからのエアをケーシング内に排 出するエア排出ポートと、
第 2のプレートに形成されケーシングの外部から燃料ガスを試験される燃料電池モ ジュールに供給する燃料ガス供給ポートおよび燃料電池モジュールからの燃料ガス をケーシングの外部に循環させる燃料ガス排出ポートと、
試験される燃料電池モジュールを単体で試験位置に搬入し試験された燃料電池モ ジュールを試験位置から搬出する搬入、搬出装置と、
ケーシングの外部に設置され、第 1、第 2のプレートと電気的に接続された電位検 查装置と、
を備えた燃料電池の性能評価装置。
[0015] (8) 電位検查装置が試験された燃料電池モジュールの発電性能が不良であること を検知した時に、その不良燃料電池モジュールをェジヱタトするェジヱクタと払出しの ための払出しシュートを、さらに備えた（7)に記載の燃料電池の性能評価装置。
[0016] (9) 試験される燃料電池モジュールを、モジュール単体で、内部のエアが加温、カロ 湿されたケーシング内の試験位置に搬入し、
試験位置にある燃料電池モジュールを第 1、第 2のプレートで挟み、
試験位置にある燃料電池モジュールに燃料ガス供給ポートを通して燃料ガスを供 給し該燃料電池モジュール力 燃料ガス排出ポートを通して燃料ガスを排出すると 共に、試験位置にある燃料電池モジュールにエア供給ポートを通してケーシング内 のエアを供給し該燃料電池モジュールからエア排出ポートを通してエアをケーシング 内に排出して、発電させ、
試験位置にある燃料電池モジュールが発電している時の、第 1、第 2のプレートの 電位を検出し検出した電位の信号をケーシング外の電位検查装置に送って試験位 置にある燃料電池モジュールの電位が正常であるか否かを評価する、
燃料電池の性能評価方法。
[0017] (10) 電位検查装置が試験された燃料電池モジュールの発電性能が不良であるこ とを検知した時に、その不良燃料電池モジュールを払出しユートへェジェタトする、 ( 9)に記載の燃料電池の性能評価方法。
発明の効果
[0018] 上記（1)〜（7)の燃料電池の性能評価装置、または（9)の燃料電池の性能評価方 法によれば、つぎの通り、検查時間が短縮される。
燃料電池モジュールを単体で試験位置に搬入し試験し、試験された燃料電池モジュ ールを搬出するので、燃料電池モジュールは作製された後、モジュール単体毎に検 查され合否を判定されていくため、燃料電池モジュールの作製からそのモジュール の良否判定が出るまでの時間間隔が、従来の、作製された後 200〜400モジュール まとまるまで待って 200〜400モジュールまとめて試験する場合の燃料電池モジユー ルの作製からそのモジュールの良否判定が出るまでの時間間隔に比べて、短縮され る。その結果、不具合調査、対策が不良モジュール検出後すぐに実施できる。
また、燃料電池モジュールは単体毎に加温、加湿するので、否検査物の熱容量（モ ジュール 1個分の熱容量）は、 200〜400モジュールまとめた場合の熱容量に比べて 小さくなり、燃料電池モジュール加熱時間が短くなる。
また、エアについては、ケーシング内のエアを燃料電池への供給エアに用い、燃料 電池からのエアをケーシング内に排出するので、排出ガスが加温、加湿されている分 、供給エアの加温、加湿時間が短くなる。
[0019] 上記（1)〜（7)の燃料電池の性能評価装置、または（9)の燃料電池の性能評価方 法によれば、つぎの通り、検查装置が小型化、簡素化される。
燃料電池モジュールを単体で試験位置に搬入し試験するので、 200〜400モジユー ルまとめて試験する場合に比べて、被検查対象物の熱容量が小さくなり、加温設備 は、 1つのモジュールをカ卩温できる容量、能力をもてばよい。同様に、加湿設備も、 2 00〜400モジュールまとめて試験する場合に比べて、加湿設備は、 1つのモジユー ルを加湿できる容量、能力をもてばよレ、。これによつて、水素、エアの加温設備、加湿 設備は小型化、簡素化される。
また、エアについては、ケーシング内のエアを燃料電池への供給エアに用レ、、燃料 電池からのエアをケーシング内に排出するので、外部からのエアを燃料電池に供給 し燃料電池からのエアを外部に排出する場合に比べて、エアの加温設備、加湿設備 が小容量のもので済む。これによつても、エアの加温設備、加湿設備は小型化、簡素 化される。
また、 1回の検査で 1つのモジュールを検査すればよいので、 200〜400モジユーノレ まとめて検査する場合に比べて、 200〜400モジュールのどのモジュールの信号を 選択するかのリレー盤や、検査直後に残る電圧の放電装置等が、不要になり、検査 の電気設備が大幅に簡素化される。
[0020] 上記（8)の燃料電池の性能評価装置、または（10)の燃料電池の性能評価方法に よれば、不良モジュールを検出した時にその不良モジュールを正常モジュールのラ インからェジヱタトするようにしたので、不良モジュールの払出しを自動化できる。 図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の燃料電池の性能評価装置 (本発明の燃料電池の性能評価方法を実 施する装置）の斜視図である。
[図 2]本発明の燃料電池の性能評価装置の第 1、第 2のプレートと試験される燃料電 池モジュールの斜視図である。
[図 3]本発明の燃料電池の性能評価装置の断面図である。 [図 4]本発明の燃料電池の性能評価装置の平面図である。
[図 5]本発明の燃料電池の性能評価方法で性能検査された燃料電池モジュールが 組み込まれた燃料電池スタックの側面図である。
[図 6]図 5の燃料電池スタックの一部の断面図である。
[図 7]図 5の燃料電池スタックのセパレータ部位での正面図である。
[図 8]従来の燃料電池の性能評価装置の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下に、本発明の燃料電池の性能評価装置および燃料電池の性能評価方法を図
1〜図 7を参照して説明する。
本発明の性能評価装置および性能評価方法を用いて検査される燃料電池は、たと えば固体高分子電解質型燃料電池 10である。燃料電池 10は、たとえば燃料電池自 動車に搭載される。ただし、 自動車以外に用いられてもよい。
[0023] 固体高分子電解質型燃料電池 10は、図 5〜図 7に示すように、膜電極アッセンプリ
(MEA： Membrane-Electrode Assembly ) 19とセパレータ 18とを重ねて構成される。 膜—電極アッセンプリ 19は、イオン交換膜力もなる電解質膜 Uとこの電解質膜 n の一面に配置された触媒層力 なる電極 (アノード、燃料極） 14および電解質膜の他 面に配置された触媒層からなる電極 (力ソード、空気極） 17とからなる。膜電極アツセ ンブリ 19とセパレータ 18との間には、アノード側、力ソード側にそれぞれ拡散層 13、 16が設けられる。
膜電極アッセンブリ 19とセパレータ 18を重ねてセル 10を構成し、セル 19を積層して セル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル 20、インシユレータ 21、エンドプレート 22を配置し、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部 材（たとえば、テンションプレート 24)、ボルト'ナット 25にて固定して、セル積層体に セル積層方向にばね荷重をかけ、スタック 23を構成する。
[0024] セパレータ 18には、発電領域において、アノード 14に燃料ガス（水素）を供給する ための燃料ガス流路 27が形成され、力ソード 17に酸化ガス (酸素、通常は空気）を供 給するための酸化ガス流路 28が形成されている。また、セパレータ 18には冷媒 (通 常、冷却水）を流すための冷媒流路 26も形成されている。セパレータ 18には、非発 電領域において、燃料ガスマ二ホールド 30、酸化ガスマ二ホールド 31、冷媒マニホ 一ルド 29が形成されてレ、る。燃料ガスマ二ホールド 30は燃料ガス流路 27と連通して おり、酸化ガスマ二ホールド 31は酸化ガス流路 28と連通しており、冷媒マニホールド 29は冷媒流路 26と連通してレ、る。
[0025] 各種流体は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル 19の MEAを 挟む 2つのセパレータ 18間は、第 1のシール部材 32によってシールされており、隣 接するセル 19同士の間は、第 2のシール部材 33によってシールされている。
第 1のシール部材 32は、たとえば接着剤シール (シール接着剤）からなり、第 2のシ 一ノレ部材 33は、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、 EPDM (エチレンプロピレン ジェンゴム）等のゴムシール材からなる。ただし、第 1のシール部材 32、第 2のシール 部材 33とも、接着剤シール剤、またはゴムシール材から構成されてもよい。
[0026] 各セル 19の、アノード 14側では、水素を水素イオン (プロトン）と電子に変換する電 離反応が行われ、水素イオンは電解質膜 11中を力ソード 17側に移動し、力ソード 17 側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りの MEAのアノードで生成した電子がセパ レータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外 部回路を通して他端のセルの力ソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって 発電が行われる。
アノード側： H→2H+ + 2e—
力ソード側： 2H+ + 2e— + (l/2) 0→H 〇
[0027] 図 1〜図 4に示すように、単セル 10は、製造されると、各単セル 10毎に、燃料電池 の性能評価装置 50に送られて、正常な発電性能を発揮するか否かを検査され評価 される。
燃料電池の性能評価装置 50は、ケーシング 51と、第 1のプレート（第 1の押圧板） 52 および第 2のプレート（第 2の押圧板） 53と、第 1のプレート 52の駆動装置 54および 第 2のプレート 53の駆動装置 55と、第 1のプレート 52に形成されたエア供給ポート 5 6およびエア排出ポート 57 (エア排出ポート 57から生成水も排出される）と、第 2のプ レート 53に形成された燃料ガス供給ポート 58および燃料ガス排出ポート 59と、試験 される燃料電池モジュールをケーシング 50内の試験位置 60 (燃料電池モジュール 1 00を発電させ発電性能が正常か否かの試験、検査が実施される位置）に搬入する 搬入装置 61と、試験された燃料電池モジュールを試験位置 60からケーシング 50外 に搬出する搬出装置 62と、第 1、第 2のプレート 52、 53の電位を評価する電位検査 装置 63と、を備えている。第 1、第 2のプレート 52、 53の電位は、第 1、第 2のプレート 52、 53が接触するセパレータ 18の電位と同電位である。図 1、図 2、図 4において、 Aは燃料電池モジュール 100の搬入を示し、 Bは検查合格品の燃料電池モジュール 100の搬出を示し、 Cは検查不合格品（NG)の燃料電池モジュール 100のはね出し と搬出を示す。また、図 1〜図 4は、試験位置 60に燃料電池モジュール 100が:!枚あ る場合を示す。
[0028] 燃料電池の性能評価装置 50は、電位検查装置 63が試験された燃料電池モジユー ルの発電性能が不良であることを検知した時に、その不良燃料電池モジュールをェ ジヱタトする（払出す）ェジヱクタ（払出具） 64と払出しのための払出しシュート 65を、 さらに備えていてもよい。
[0029] 各構成要素をさらに詳しく説明すると以下のとおりである。
ケーシング 51は、ケーシング内部に、ケーシング外から区画された空間を有し、該空 間のエアは、加温、加湿されている。ケーシング内部空間は、完全密閉されていなく てもよく、試験される燃料電池モジュール 100のケーシングへの入口 66、ケーシング 力 の出口 67は開放していてもよレ、。あるいは、入口 66、出口 67に扉が設けられて いて、試験される燃料電池モジュール 100が通る時に開くようにしてもよい。
[0030] 第 1のプレート 52と第 2のプレート 53は、ケーシング 51内に配置されており、試験さ れる燃料電池モジュール 100 (1セルで 1モジュールを形成する場合は、セノレ 10とモ ジュール 100とは同じになる）が試験位置 60にある時に該試験される燃料電池モジ ユーノレ 100をプレー卜 52、 53f^ こ挟む。第 1のプレー卜 52fま第 1のプレー卜 52の馬区動 装置 54によって試験される燃料電池モジュール 100に接近、離反され、第 2のプレ ート 53は第 2のプレート 53の駆動装置 55によって試験される燃料電池モジュール 1 00に接近、離反される。駆動装置 54、 55はケーシング 51内に配置されても、または ケーシング外に配置されてもよレ、。駆動装置 54、 55は、エアシリンダ、またはモータ とモータの回転を直進動に転換する機構 (ボールスクリュウ等）から構成されてもよい ただし、第 1のプレート 52と第 2のプレート 53の一方は固定であってもよぐその場合 は、固定のプレートの駆動装置は不要である。
また、試験される燃料電池モジュール 100の搬送方向が水平方向である場合は、第 1のプレート 52と第 2のプレート 53の移動方向は、鉛直方向である。
[0031] エア供給ポート 56およびエア排出ポート 57は、第 1のプレート 52に形成される。ェ ァ供給ポート 56は、ケーシング 51内のエアを試験される燃料電池モジュール 100に コンプレッサ 73にて加圧して供給し、供給されたエアは酸化ガス流路 28を流れ、ェ ァ排出ポート 57は、燃料電池モジュール 100からのエアをケーシング 51内に排出す るとともに燃料電池モジュールで発電の際生成された生成水を排出する。したがって 、ケーシング 51内の加温、加湿されているエア力 燃料電池モジュール 100の内部 の酸化ガス流路 27を循環し、燃料電池モジュール 100をカ卩温、加湿する。
[0032] 燃料ガス供給ポート 58および燃料ガス排出ポート 59は、第 2のプレート 53に形成さ れる。燃料ガス供給ポート 58は、ケーシング 51の外部の燃料ガス源 (水素源） 69から の燃料ガスを試験される燃料電池モジュール 100に供給し、供給された燃料ガスは 燃料ガス流路 27を流れ、燃料ガス排出ポート 59は、燃料電池モジュール 100からの 燃料ガスをケーシング 51の外部に循環させる。ケーシング 51の外部から燃料ガスは 、加温されており、必要に応じて加湿されている。
各燃料電池モジュール 100の試験終了毎に、燃料ガス源 69からの燃料ガスの供給 を、窒素源 70からの窒素の供給に、切替え弁 71、 72により切り替えて、切替え、燃 料ガスが流れる流路をパージすることが望ましい。これは、ケーシング内での水素と エアの混合を防止するためである。
[0033] 搬入装置 61と搬出装置 62は、コンベアからなり、たとえばローラコンベアからなる。
搬入装置 61は、試験される燃料電池モジュール 100をケーシング外からケーシング 内の試験位置 60に搬入し、位置決めストッパ 68が試験される燃料電池モジュール 1 00を正規の位置に位置決めする。位置決めされた燃料電池モジュール 100は第 1 のプレート 52と第 2のプレート 53とで挟まれ、試験が実行される。試験が終了した時 、第 1のプレート 52と第 2のプレート 53が燃料電池モジュール 100を解放する。搬出 装置 62は試験された燃料電池モジュール 100を試験位置 60からケーシング外に搬 出する。
[0034] 電位検査装置 63は、ケーシング 51の外部に設置され、第 1、第 2のプレート 52、 5 3と電気的に接続されている。電位検查装置 63は、第 1、第 2のプレート 52、 53の電 位を測定し、発電性能が正常であるか否力、を評価する。単位電池が約 1ボルトの電 圧を示しかつその電圧が所定時間にわたって安定している時には、その単位電池は 発電性能が正常であると評価する。電位検查装置 63は、たとえばパソコンからなる。 第 1、第 2のプレート 52、 53と電位検查装置 63とを結ぶ配線には、従来のような 200 〜400チャンネルの大型リレー盤は不要であるため設置されていない。
[0035] 上記性能評価装置 50を使用して実施される、本発明の燃料電池の性能評価方法 は、
(ィ)試験される燃料電池モジュール 100を、搬入装置 61により、モジュール単体で、 内部のエアが加温、加湿されたケーシング 51内の試験位置 60に搬入する工程と、 (口）駆動装置 54、 55を作動させて試験位置 60にある燃料電池モジュール 100を第 1、第 2のプレート 52、 53で挟む工程と、
(ハ）試験位置 60にある燃料電池モジュール 100に燃料ガス供給ポート 58を通して 燃料ガス (水素、または水素含有ガス）を供給し、燃料ガスを燃料電池モジュール 10 0の燃料ガス流路 27に流し、燃料電池モジュール 100から燃料ガス排出ポート 59を 通して燃料ガスを排出すると共に、試験位置 60にある燃料電池モジュール 100にェ ァ供給ポート 56を通してケーシング内のエアを供給し、エアを燃料電池モジュール 1 00の酸化ガス流路 28に流し、燃料電池モジュール 100からエア排出ポート 57を通 してエアをケーシング 51内に排出して、燃料電池モジュール 100に発電を実行させ る工程と、
(ュ)試験位置 60にある燃料電池モジュール 100が発電している時の、第 1、第 2の プレート 52、 53の電位（燃料電池モジュール 100を構成するセル 10のセパレータ 18 の電位と同じ）を検出し、検出した電位の信号をケーシング 51の外部の電位検查装 置 63に（200〜400チャンネルリレータ盤を介さずに直接）送って試験位置にある燃 料電池モジュール 100の電位が正常（単セル当たりの電圧が約 1ボルト（たとえば、 約 0· 6ボルト以上）で、かつ電圧が安定していること）であるか否かを評価する工程と 、そして、
(ホ)評価で正常と判断されると、第 1、第 2のプレート 52、 53による燃料電池モジユー ノレ 100の挟み込みを解除して（第 1、第 2のプレート 52、 53を燃料電池モジュール 10 0から後退させて）、搬出装置 62により、正常品燃料電池モジュール 100を試験位置 60からケーシング 51外に搬出する工程と、
を有する。
上記工程は、工程 (ィ）、 （口）、（八）、（二）、（ホ）の順で実行される。
[0036] 各燃料電池モジュール 100の試験終了毎に、燃料ガス源 69からの燃料ガスの供 給を、窒素源 70からの窒素の供給に、切替え弁 71、 72により切り替えて、切替え、 燃料ガスが流れる流路をパージすることが望ましい。これは、ケーシング内での水素 とエアの混合を防止するためである。
[0037] 本発明の燃料電池の性能評価方法は、工程 (二）におレ、て電位検査装置 63が試 験された燃料電池モジュール 100の発電性能が不良であることを検知した時に、 (ホ） 'その不良燃料電池モジュール 100を、ェジェクタ（払出具） 64により、払出しシ ユート 65へェジヱタトする、工程を、工程（二）の後に有する。
この不良品の払出しは自動で行われる。
[0038] つぎに、本発明の性能評価装置 50と本発明の性能評価方法の作用、効果を説明 する。
[0039] 〔検査時間の短縮効果〕
燃料電池の性能評価装置 50、または燃料電池の性能評価方法によれば、以下の 説明の通り、検查をモジュール作製後すぐに行うことができ、かつ、その検查時間も 短縮される。
[0040] 燃料電池モジュール 100を単体（単モジュール）で試験位置 60に搬入し、試験し、 試験された燃料電池モジュール 100を搬出するので、燃料電池モジュール 100は作 製された後、モジュール単体毎に、順次、検査され合否を判定されていくため、燃料 電池モジュール 100の作製力もそのモジュール 100の良否判定が出るまでの時間間 隔カ 従来の、作製された後 200〜400モジユーノレまとまるまで待って 200〜400モ ジュールまとめて試験する場合の燃料電池モジュールの作製からそのモジュールの 良否判定が出るまでの時間間隔に比べて、短縮される。その結果、不具合調査、対 策が不良モジュール検出後すぐに実施できる。
[0041] また、燃料電池モジュールは単体毎に加温、加湿するので、否検查物の熱容量（ モジュール 1個分の熱容量）は、 200〜400モジュールまとめた場合の熱容量に比べ て小さくなり、燃料電池モジュール加熱時間が短くなる。
[0042] また、エアについては、ケーシング内のエアを燃料電池への供給エアに用レ、、燃料 電池からのエアをケーシング内に排出するので、排出ガスが加温、加湿されている分
、供給エアの加温、加湿時間が短くなる。
[0043] 以上説明したように、本発明に係る性能評価装置 50によれば、性能の評価対象で ある複数の燃料電池モジュール 100を、順次、検查位置まで搬送し、搬送された燃 料電池を、順次、検査しているため、評価対象となる燃料電池モジュール 100の数が 多い場合でも、迅速に評価を行うことが可能となり、特に、スタック全体ではなぐスタ ック 23を構成する一部のセル毎に評価を行う場合に有効である。
[0044] 〔検査装置の簡素化効果〕
本発明の燃料電池の性能評価装置 50、または燃料電池の性能評価方法によれば 、以下の通り、検査装置 50が小型化、簡素化される。
[0045] 燃料電池モジュール 100を単体で試験位置 60に搬入し試験するので、 200〜40 0モジュールまとめて試験する場合 (従来の場合）に比べて、被検査対象物（単モジ ユール 100)の熱容量が小さくなり、加温設備は、 1つのモジュール 100を加温できる 容量、能力をもてばよレ、。同様に、加湿設備も、 200〜400モジュールまとめて試験 する場合（従来の場合）に比べて、加湿設備は、 1つのモジュール 100を加湿できる 容量、能力をもてばよい。これによつて、水素、エアの加温設備、加湿設備は小型化 、簡素化される。
[0046] また、エアについては、ケーシング 51内のエアを試験される燃料電池モジュール 1 00への供給エアに用レ、、燃料電池モジュール 100からのエアをケーシング 51内に 排出するので、排出エアの持つ温度、湿度をつぎの供給エアの温度、湿度に利用で き、その結果、外部からのエアを燃料電池に供給し燃料電池からのエアを外部に排 出する場合 (従来の場合）に比べて、エアの加温設備、加湿設備が小容量のもので 済む。これによつても、エアの加温設備、加湿設備は、従来のガス供給装置（図 8)の 加温設備、加湿設備に比べて、小型化、簡素化される。
[0047] また、 1回の検査で 1つの燃料電池モジュール 100を検查すればよいので、 200〜 400モジュールまとめて検查する場合（従来の場合）に比べて、 200〜400モジユー ルのどのモジュールの信号を選択するかのリレー盤 7 (図 8)や、検查直後に残る電圧 の放電装置 5 (図 8)等が、不要になり、検査の電気設備が大幅に簡素化される。
[0048] また、不良モジュールを検出した時にその不良モジュールを正常モジュールのライ ンからェジヱタトするようにすれば、不良モジュールの払出しを自動化できる。
[0049] ぐ他の実施形態 >
以上この発明の一実施形態について説明したが、上述した構成は一例に過ぎず、 本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変更を上記実施形態にカ卩えることができ る。変形例としては例えば以下のような構成がある。
[0050] 上述した実施形態では、燃料電池モジュール 100のうち一方の面（第 1のプレート 5 2側の面）から水素を含む燃料ガスを供給および排出し、他方の面（第 2のプレート 5 3側の面)から酸素を含む酸化剤ガス (例えば、エア）を供給および排出したが、本発 明の実施例はこれに限らない。例えば、燃料電池モジュール 100の一方の面から、 燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方の反応ガスの供給および排出を集約しても行って も良いし、各反応ガスの供給を一方の面に集約し、排出を他方面に集約しても良レ、。
[0051] また、燃料電池モジュール 100を挟持する第 1および第 2のプレート 52、 53は必須 の構成ではなぐ反応ガスを燃料電池モジュール 100に供給する供給ポート（例えば 燃料ガス供給ポート 58、エア供給ポート 56)が、燃料電池モジュール 100の反応ガ スの供給口（例えば燃料ガスマ二ホールド 30)に接続できるよう、燃料電池モジユー ル 100を支持する構成 (支持装置）であれば如何なる構成であっても良レ、。この支持 装置としては、燃料電池モジュール 100を重力方向下方から支持する台でも良いし、 燃料電池モジュール 100の板面の端部を、クリップ状の部材で挟持する構成でも良 いし、燃料電池モジュール 100の重力方向上方から、負圧や磁力にて（ただし、燃料 電池モジュール 100が磁性体である場合)支持する構成でも良レ、。また、燃料電池 モジュール 100を搬送する搬送装置 (搬送手段） 61、 62と、支持装置とは別体では なぐ支持する機能を搬送装置が担う構成としても良い。
[0052] くわえて、上記実施形態では、反応ガス (燃料ガスや酸化剤ガス）を燃料電池モジ ユール 100へ供給する前に積極的に加湿する構成を示したが、実施例はこれに限ら なレ、。例えば、加湿されていない反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池モジュ ール 100の性能を評価する場合や、燃料電池モジュール 100が乾燥気味での使用 状況を想定して性能を評価する場合には、性能評価装置 50での加湿は省略しても 良い。
[0053] さらに、上記実施形態では、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとの両 方を、反応ガスとして燃料電池モジュール 100へ供給するようにした力 実施例はこ れに限らない。例えば、極間の水素濃度差に応じて発電する水素濃淡電池として発 電させて評価する場合には、酸化剤ガスを供給することなく燃料ガスのみを供給して 評価しても良い。また、評価時に燃料電池モジュール 100の力ソード極 17を大気と 連通させておけば、酸化剤ガスは積極的に供給することなく燃料ガスのみを供給して 評価しても良い。その他、燃料ガスについて供給は行うが排出は行わない、いわゆる デッドエンド型燃料電池としての評価を行う場合には、反応ガスの排出に係る構成を 省略しても良い。
[0054] また、上記実施形態では、燃料電池モジュール 100を搬送する搬送装置 (搬送手 段） 61、 62として、ローラコンベアを有するコンベアを例示した力 あらかじめ定めら れた所定の搬送経路に沿って、複数の燃料電池モジュール 100を順次に搬送でき る構成であれば、搬送装置は如何なるものであっても良い。ここで、所定の搬送経路 とは、燃料電池モジュール 100を検査する検查位置 (試験位置） 60を通過するように 燃料電池モジュール 100を搬送する経路をいう。上記実施形態においては、検查位 置 (試験位置） 60は、反応ガスを燃料電池モジュール 100に供給する供給ポート（例 えば燃料ガス供給ポート 58、エア供給ポート 56)が、燃料電池モジュール 100の反 応ガスの供給口（例えば燃料ガスマ二ホールド 30、エアマ二ホールド 31)に接続可 能な位置に相当する。なお、複数の燃料電池モジュール 100を連続的に搬送する搬 送装置 61、 62としては、例えば、ベルトを動かすことによりそれに載せられた燃料電 池モジュール 100を搬送するベルトコンベアや、燃料電池モジュール 100を支持して 搬送するロボットアーム、重力を利用して上方から下方に燃料電池モジュール 100を 搬送する搬送路の他、以上説明した各搬送装置の組み合わせであっても良い。
[0055] また、上記実施形態では、燃料電池モジュール 100を検查する検查装置（電位検 查装置 63)は、燃料電池モジュール 100の電気的特性の一種である電位に基づき 性能を診断したが、燃料電池の発電に寄与する性能であれば、その性能の種類や 診断方法は問わない。例えば、電流や、抵抗などの他の電気的特性に基づき評価し ても良い。また、ガス流路の圧力損失や、強度、シール性などの発電に係る性能を診 断しても良い。ここで、シール性の診断には、反応ガスの供給に変えて、窒素などの 他の流体でセル内を加圧して、その圧力変化からシール性を評価しても良い。
また、上記実施形態では、単一のセル毎に性能を評価したが、スタックを構成する一 部の、複数のセルを組にした燃料電池モジュール 100の性能を評価しても良い。
[0056] 以上説明したように、本実施形態に係る性能検査装置 63としては、性能の評価対 象である複数の燃料電池モジュール 100を順次に検査位置 (試験位置） 60まで搬送 し、搬送された燃料電池を検査する構成であれば如何なる構成であっても良い。か 力る構成によれば、評価対象となる燃料電池モジュール 100の数が多い場合でも、 迅速な評価が可能となり、特に、スタック全体ではなぐスタック 23を構成する一部の セル 10毎に評価を行う場合に有効である。
[0057] 上述した実施形態では、検査結果に応じて燃料電池モジュール 100を良品と不良 品との 2種類に種別したがこの点について説明を補足すると次の通りである。良品か 不良品かは、検査した性能が、所定の条件を満たすか否力 (例えば、公差内か否力） によって種別される。上記実施形態では、検查対象の性能が電圧であったため、電 圧が所定の範囲内（例えば 0. 6V以上）であるか否かに基づいて種別された力 検 查対象の性能が、電流や、抵抗、ガス流路の圧損など他の性能であれば種別の条 件も異なることは言うまでもなレ、。なお、燃料電池モジュール 100の種別は、良品か 不良品とは別の観点力、ら行っても良レ、。例えば、公差の範囲内にある良品群のうち、 互いに特性が似たもの同士をグノレープ化 (例えば電圧やガス流路の圧損が近いもの 同士をグループ化）しても良レ、。このようにしておけば、特性が似た燃料電池モジュ ール同士を積層してスタック化する事が可能となるので、燃料電池モジュール 100の 特性が揃えられていない燃料電池スタックに比べて性能が安定したものとなる。
[0058] また、上記実施形態では、燃料電池モジュール 100の不良品を種別する構成とし てェジヱクタ 64を例示した力 この点について説明を補足すると次の通りである。性 能があらかじめ定められた条件 (公差）を満たさなかった燃料電池モジュール 100は 、そのままでは発電装置として利用できないため、条件を満たした燃料電池モジユー ノレ 100とは分けておく方力 S望ましレ、。このため、検查装置 50より下流の搬送経路には 、互いに異なる箇所に接続された複数の搬送経路 62、 65を設定し、検査結果に応 じて選択的にいずれかの搬送経路にて、異なる箇所に搬送することが好ましい。なお 、上記実施形態では良品と不良品とを互いに異なる搬送経路 62、 65に分けて搬送 したが、他の観点からグループ化された燃料電池群をそれぞれ別の搬送経路で搬 送する構成としても良い。
[0059] 別の様態として、検査対象となる燃料電池モジュール 100には、個々の燃料電池を 識別可能な識別情報が記録されている方が好ましい。より具体的には、互いに異な る識別情報が付与された複数の燃料電池モジュール 100をそれぞれ検査し、検査結 果と燃料電池モジュール 100の識別情報とを対応づけて記録する構成としても良い 。ここで、燃料電池モジュール 100への識別情報の記録方法としては、燃料電池モ ジュール 100の表面（セパレータ 18の表面など）に光学的に読み取り可能な文字や 図柄 (例えば 2次元コード）として記録する方法や、燃料電池モジュール 100に一体 ィ匕された記録媒体 (例えば ICチップ）に識別情報を記録する方法などがある。この構 成の下、性能評価装置 50 (例えば電位検査装置 63)は、識別情報を読み出し、当該 燃料電池モジュール 100の検查結果と対応づけて、 自身の記録媒体 (磁気ディスク、 ICメモリなど）に記録する構成が好ましい。また、性能評価装置 50は、燃料電池モジ ユール 100の検查結果を、当該燃料電池モジュール自体に記録する構成としても良 レ、。より具体的には、個々の燃料電池モジュール 100に書き込み可能な記録媒体 (I Cメモリなど）を設けておき、当該記録媒体に検査結果を書き込む構成としても良いし 、燃料電池モジュール 100の表面に文字や図柄（例えば 2次元コード）として検查結 果を記録する構成としても良レヽ。 力かる構成によれば、検査後に、どの燃料電池モジュール 100が、どのような特性（ 検査結果）を有するかを容易に取得することができる。
別の観点から、セパレータ 18と膜電極アッセンブリ 19を一体化して燃料電池モジュ ール 100を製造する第 1の製造装置 (燃料電池モジュール製造装置) 200や、燃料 電池モジュール 100を積層しスタック化する第 2の製造装置 (スタック化装置） 300な どの製造装置と、以上説明した性能評価装置 50とを同じライン上に設けてもよい。さ らに詳述すると、上述した搬送経路のうち試験位置 60より上流側に第 1の製造装置 2 00を設け、当該第 1の製造装置 200で連続的に製造された複数の燃料電池モジュ ール 100を順次に搬送装置 61にて試験位置 60にある評価装置 50まで搬送し、それ らの燃料電池モジュール 100の検查を評価装置 50が実施しても良レ、。また、搬送経 路のうち評価装置 50より下流側に第 2の製造装置 (スタック化装置） 300を設け、評 価装置 50の検查結果に応じて種別された燃料電池モジュール 100を、種別結果に 基づいて、当該第 2の製造装置 300で積層および締結してスタック化しても良い。こ こで、種別結果に基づいてスタック化する場合には、例えば特性の近似する燃料電 池モジュール同士を種別し、特性の近似する燃料電池モジュール同士をスタックィ匕 しても良い。これとは別に、特性が異なる燃料電池モジュール 100がスタック内の所 定の位置 (順序）となるようにスタック化しても良い。力かる構成によれば製造から評価 までの処理を一貫して速やかに実施することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の搬送経路に沿って複数の燃料電池モジュールを順次に搬送する搬送装置 と、
前記搬送経路上に位置し、前記搬送装置によって搬送された燃料電池モジュール の性能を検査する検査装置と
を具備する燃料電池の性能評価装置。
[2] 前記搬送経路上に位置し、前記搬送装置により搬送された前記燃料電池モジユー ルのガス流路に反応ガスを供給するガス供給手段をさらに有し、
前記検査装置は、反応ガスが供給される前記燃料電池モジュールの電気的特性を 検出するセンサを含む
請求項 1に記載の燃料電池の性能評価装置。
[3] 前記搬送装置により搬送される複数の燃料電池モジュールは、互いに異なる識別 情報がそれぞれ付与されており、
前記識別情報を読み取る読み取り手段と、
前記読み取り手段により読み取られた識別情報と、前記検査装置による検査結果と を対応づけて記録媒体に記録する記録手段と
を具備する請求項 1または 2に記載の燃料電池の性能評価装置。
[4] 前記検查装置による検查結果に応じて、検査した燃料電池モジュールを複数のグ ループに種別する種別手段を具備する請求項:!〜 3に記載の燃料電池の性能評価 装置。
[5] 前記搬送経路は、前記検査装置位置か該検查装置より搬送方向の下流に複数の 搬送経路部分を含み、
前記燃料電池モジュールは、前記複数の搬送経路部分のうち前記検査装置の検 查結果に応じて選択された搬送経路部分にて搬送される
請求項:!〜 4に記載の燃料電池の性能評価装置。
[6] 前記搬送経路のうち、前記検査装置の搬送方向の上流には、セパレータと膜電極 アッセンプリを一体化して燃料電池モジュールを製造する製造装置が設けられており 前記搬送装置は、製造装置にて製造された燃料電池モジュールを前記複数の燃 料電池モジュールとして搬送する
請求項:!〜 5に記載の燃料電池の性能評価装置。
[7] 内部のエアが加温、加湿されたケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、試験される燃料電池モジュールが試験位置にある 時に該試験される燃料電池モジュールを挟む第 1、第 2のプレート、および前記第 1、 第 2のプレートの少なくとも一方を試験位置にある試験される燃料電池モジュールに 対して進退させる駆動装置と、
前記第 1のプレートに形成され前記ケーシング内のエアを試験される燃料電池モジ ユールに供給するエア供給ポートおよび燃料電池モジュールからのエアを前記ケー シング内に排出するエア排出ポートと、
前記第 2のプレートに形成され前記ケーシングの外部から燃料ガスを試験される燃 料電池モジュールに供給する燃料ガス供給ポートおよび燃料電池モジュールからの 燃料ガスを前記ケーシングの外部に循環させる燃料ガス排出ポートと、
試験される燃料電池モジュールを単体で前記試験位置に搬入し試験された燃料 電池モジュールを前記試験位置力 搬出する搬入、搬出装置と、
前記ケーシングの外部に設置され、第 1、第 2のプレートと電気的に接続された電 位検査装置と、
を備えた燃料電池の性能評価装置。
[8] 前記電位検査装置が試験された燃料電池モジュールの発電性能が不良であること を検知した時に、その不良燃料電池モジュールをェジェタトするェジェクタと払出しの ための払出しシュートを、さらに備えた請求項 7に記載の燃料電池の性能評価装置。
[9] 試験される燃料電池モジュールを、モジュール単体で、内部のエアが加温、加湿さ れたケ一シング内の試験位置に搬入し、
試験位置にある燃料電池モジュールを第 1、第 2のプレートで挟み、
試験位置にある燃料電池モジュールに燃料ガス供給ポートを通して燃料ガスを供 給し該燃料電池モジュール力 燃料ガス排出ポートを通して燃料ガスを排出すると 共に、試験位置にある燃料電池モジュールにエア供給ポートを通してケーシング内 のエアを供給し該燃料電池モジュールからエア排出ポートを通してエアをケーシング 内に排出して、発電させ、
試験位置にある燃料電池モジュールが発電している時の、第 1、第 2のプレートの 電位を検出し検出した電位の信号をケーシング外の電位検查装置に送って試験位 置にある燃料電池モジュールの電位が正常であるか否かを評価する、
燃料電池の性能評価方法。
前記電位検查装置が試験された燃料電池モジュールの発電性能が不良であること を検知した時に、その不良燃料電池モジュールを払出しユートへェジェタトする、請 求項 9に記載の燃料電池の性能評価方法。
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