JP2013118140A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素と水素とを電気化学反応させて電気エネルギを出力する電池セル10aを複数積層して構成した燃料電池1と、複数の電池セル10aのうち、少なくとも1つの電池セル10aに対して電池セル10aの積層方向に隣接配置され、当該隣接配置された電池セル10aにおける少なくとも二箇所を流れる電流の差に相関する物理量を検出する電流差検出装置100と、電流差検出装置100の検出値に応じて燃料電池1の状態を診断する状態診断手段と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明の第1実施形態について図1〜図5に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る電流差検出装置100を適用した燃料電池システムの全体構成図であり、図2は、本実施形態に係る燃料電池1の斜視図である。この燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。
(正極側)2H++1/2O2+2e−→H2O
燃料電池1から出力される電気エネルギは、燃料電池全体として出力される電流(総電流)を検出する電流センサ11によって計測される。電流センサ11の検出信号は、後述する制御装置50に入力されている。
次に、本発明の第2実施形態について図6〜図8に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて燃料電池1の過湿潤状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
次に、本発明の第3実施形態について図9〜図11に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて燃料電池1の水素不足状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第1、第2実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
次に、本発明の第4実施形態について図12〜図14に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて冷却水の温度が低いことによって燃料電池1が充分に昇温していない温度不足状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第1〜第3実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
次に、本発明の第5実施形態について図15〜図17に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて冷却水の流量不足によって燃料電池1が過剰に昇温した温度過剰状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第1〜第4実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
10a セル
100 電流差検出装置(物理量検出手段)
101 導電部
102 検出部
103 磁気センサ
104 集磁体
105 電圧センサ
50 制御装置
50a 状態診断手段
X1〜X7 上流側箇所
Y1〜Y7 下流側箇所
Claims (14)
- 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する電池セル(10a)を複数積層して構成した燃料電池(1)と、
前記複数の電池セル(10a)のうち、少なくとも1つの電池セル(10a)に対して前記電池セル(10a)の積層方向に隣接配置され、当該隣接配置された前記電池セル(10a)における少なくとも二箇所を流れる電流の差に相関する物理量を検出する物理量検出手段(100)と、
前記物理量検出手段(100)の検出値に応じて前記燃料電池(1)の状態を診断する状態診断手段(50a)と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記物理量検出手段(100)は、
前記電池セル(10a)の積層方向に沿って電流を流すための複数の導電部(101)と、
前記複数の導電部(101)のうち、一対の導電部を流れる電流の差に相関する物理量を検出する単一の検出部(102)と、
を有して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記検出部(102)は、前記一対の導電部に電流が流れた際に前記一対の導電部の周囲に形成される磁界の磁束密度を前記物理量として検出する磁気センサ(103)を有して構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記検出部(102)は、前記一対の導電部それぞれを囲むように配置され、前記一対の導電部の周囲に形成される磁束を前記磁気センサ(103)に集める集磁体(104)を有して構成されていることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記検出部(102)は、前記一対の導電部における電位差を前記物理量として検出する電圧センサ(105)で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記一対の導電部は、前記複数の導電部(101)のうち、互いに隣接して配置された導電部であることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値を所定の基準閾値と比較し、その比較結果に応じて前記燃料電池(1)の状態を診断することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記酸化剤ガス流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所(X1、X6、X7)を流れる電流を、前記上流側箇所(X1、X6、X7)よりも前記酸化剤ガス流れ下流側に位置する下流側箇所(Y1、Y6、Y7)を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値が、前記基準閾値を構成する第1閾値以上となる場合に、前記燃料電池(1)の内部が乾燥した乾燥状態と診断することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。 - 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記酸化剤ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所(Y2、Y6)を流れる電流から前記下流側箇所(Y2、Y6)よりも前記酸化剤ガス流れ上流側に位置する上流側箇所(X2、X6)を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値が、前記基準閾値を構成する第2閾値以下となる場合に、前記燃料電池(1)の内部が過剰に湿潤した過湿潤状態と診断することを特徴とする請求項7または8に記載の燃料電池システム。 - 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所(Y3)を流れる電流を、前記下流側箇所(Y3)よりも前記燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所(X3)を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値が、前記基準閾値を構成する第3閾値以上となる場合に、前記燃料電池(1)への前記燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所(Y3)を流れる電流を、前記下流側箇所(Y3)よりも前記燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所(X3)を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値の増加度合いが、前記基準閾値を構成する第4閾値以上となる場合に、前記燃料電池(1)への前記燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記冷却水流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所(Y5)を流れる電流から前記下流側箇所(Y5)よりも前記冷却水流れ上流側に位置する上流側箇所(X5)を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値が、前記基準閾値を構成する第6閾値以下となる場合に、前記冷却水の流量不足によって前記燃料電池(1)が過剰に昇温した温度過剰状態であると診断することを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記複数の電池セル(10a)それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、
前記物理量検出手段(100)は、前記冷却水流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所(X4)を流れる電流を、前記上流側箇所(X4)よりも前記冷却水流れ下流側に位置する下流側箇所(Y4)を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段(50a)は、前記物理量検出手段(100)の検出値が、前記基準閾値を構成する第5閾値以上となる場合に、前記冷却水の温度が低いことによって前記燃料電池(1)が充分に昇温していない温度不足状態であると診断することを特徴とする請求項7ないし12のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記状態診断手段(50a)は、前記燃料電池(1)全体を流れる総電流の増加に応じて、前記基準閾値を増加させることを特徴とする請求項7ないし13のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
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