(57)【要約】【課題】セルコネクタの接続検査方法において、燃料電池スタックへのセルコネクタの誤組付けを正確に検出することができる技術を提供する。【解決手段】導電性のセパレータを有する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、燃料電池セルの電圧を検出するセルコネクタとの接続状態を検査するセルコネクタ接続検査方法は、二以上の予め定められた数の燃料電池セルで構成されるチャネルごとに１つの割合でセルコネクタがセパレータに取り付けられた燃料電池スタックを準備し、検査用コネクタを、準備した燃料電池スタックの燃料電池セルのそれぞれのセパレータに取り付け、セルコネクタと検査用コネクタとの導通を検査することによって、セルコネクタの接続先に対応する燃料電池セルにセルコネクタが接続されているか否かを検査する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のセパレータを有する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの電圧を検出するセルコネクタとの接続状態を検査するセルコネクタ接続検査方法であって、
前記セルコネクタが、二以上の予め定められた数の前記燃料電池セルで構成されるチャネルごとに１つの割合で前記セパレータに取り付けられた前記燃料電池スタックを準備し、
検査用コネクタを、前記準備した前記燃料電池スタックの前記燃料電池セルのそれぞれの前記セパレータに取り付け、
前記セルコネクタと前記検査用コネクタとの導通を検査することによって、前記セルコネクタの接続先に対応する前記燃料電池セルに前記セルコネクタが接続されているか否かを検査する
セルコネクタ接続検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックのセルコネクタの接続検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを搭載した燃料電池車両が知られている。このような燃料電池車両には、燃料電池スタックの発電状態を監視するために車両用の電圧検出装置が搭載される。そのため、燃料電池スタックの各セルには、電圧を測定するためのコネクタが必要となる。例えば、特許文献１には、燃料電池セルの発電状態を検出するために用いられる電圧測定用のコネクタが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧測定用のコネクタは、燃料電池全体の発電状態の監視を効率良く行うために、複数の燃料電池セルを１チャネルとした所定の間隔ごとに接続されることがある。燃料電池セルのコネクタが誤った位置の燃料電池セルに接続される不具合（以下、「誤組付け」とも呼ぶ）が発生すると、燃料電池セルの電圧を正常に検出できず、燃料電池の制御の効率が低下する。誤組付けは、車両用の電圧検出装置と各燃料電池セルとを接続した状態で印加した電圧値から検出することが考えられるが、燃料電池セルの発電能力の個体差によって、正確に検出できない虞がある。そのため、車両用の電圧検出装置に用いられる電圧測定用のコネクタの誤組付けを正確に検出したいとの要請があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、導電性のセパレータを有する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、前記燃料電池セルの電圧を検出するセルコネクタとの接続状態を検査するセルコネクタ接続検査方法が提供される。このセルコネクタ接続検査方法は、前記セルコネクタが、二以上の予め定められた数の前記燃料電池セルで構成されるチャネルごとに１つの割合で前記セパレータに取り付けられた前記燃料電池スタックを準備し、検査用コネクタを、前記準備した前記燃料電池スタックの前記燃料電池セルのそれぞれの前記セパレータに取り付け、前記セルコネクタと前記検査用コネクタとの導通を検査することによって、前記セルコネクタの接続先に対応する前記燃料電池セルに前記セルコネクタが接続されているか否かを検査する。この形態のセルコネクタ接続検査方法によれば、誤組付けによって発生する燃料電池セル間の電位差を検出することによって誤組付けの有無を判定する。他方、適正にセルコネクタが接続されている場合に電位差は発生しない。すなわち、電位差の有無から誤組付けの有無を検出することによって、燃料電池セルの発電能力の個体差による検出精度への影響を小さくすることができ、セルコネクタ５０の誤組付けを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池とセルコネクタ接続検査装置とを示す説明図。
【図２】燃料電池セルの構成を模式的に表す分解斜視図。
【図３】セルコネクタが誤組付けされた状態の燃料電池を表す説明図。
【図４】燃料電池スタックの各チャネルの電圧値を表すグラフ。
【図５】セルコネクタ接続検査方法を表す工程図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
はじめに、図１および図２を用いて、セルコネクタの接続対象である燃料電池１００の構成を説明する。図１は、燃料電池１００とセルコネクタ接続検査装置９０との概略構成を示す説明図である。燃料電池１００は、反応ガスとして、水素を含有する燃料ガス（具体的には、水素）と、酸素を含有する酸化ガス（具体的には、空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、燃料電池スタック２０Ｓの両端に一対のエンドプレート４０ａ、４０ｂを配置して構成され、燃料電池スタック２０Ｓとエンドプレート４０ａ、４０ｂとの間には、図示しない絶縁板を介在させてターミナルプレート３０ａ，３０ｂが配置される。
【０００９】
燃料電池スタック２０Ｓは、複数の燃料電池セル２０を積層することによって構成される。以下、燃料電池セル２０を単に「セル２０」とも呼ぶ。本実施形態では、燃料電池スタック２０Ｓは、２００枚のセル２０を積層されるが、積層する枚数は、必要な燃料電池１００の出力電力に応じて適宜定めてよい。各セル２０によって発電された電力は、ターミナルプレート３０ａ，３０ｂによって集電されて、昇圧回路やインバータなどの必要な回路を介して外部の負荷へと出力される。
【００１０】
図２は、燃料電池セル２０の構成を模式的に表す分解斜視図である。発電領域となる膜電極ガス拡散層接合体２２を備えた樹脂フレーム２８の両面に、一対のガスセパレータである第一セパレータ２４と、第二セパレータ２６とをそれぞれ配置することにより一枚のセル２０が構成される。
【００１１】
膜電極ガス拡散層接合体２２は、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体（ＭＥＡ）のアノード側およびカソード側のそれぞれの表面上に、ガス透過性および電子伝導性を有するガス拡散層を配置して構成される。膜電極ガス拡散層接合体２２を、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）２２とも呼ぶ。アノードガス（水素）およびカソードガス（空気）の供給時にガスを十分に拡散可能であれば、ガス拡散層は備えられなくてもよい。
【００１２】
樹脂フレーム２８は、絶縁材料からなる熱可塑性樹脂を用いて枠状に成形され、その中央に設けられた開口部にＭＥＧＡ２２を保持する。樹脂フレーム２８は、第一セパレータ２４および第二セパレータ２６と接することにより、カソード側流路およびアノード側流路のガスシール性を確保する。
【００１３】
第一セパレータ２４と、第二セパレータ２６とは、ＭＥＧＡ２２内のガス拡散層に接するように樹脂フレーム２８の両面にそれぞれ貼付される導電性を有する金属製の薄板である。第一セパレータ２４は、カソード側のガス拡散層との間にカソード側流路ＣＦを形成し、第二セパレータ２６は、アノード側のガス拡散層との間にアノード側流路ＡＦを形成する。
【００１４】
各セパレータ２４，２６および樹脂フレーム２８の外周近傍には、マニホールド孔１２ａ，１２ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂが設けられている。マニホールド孔１２ａ，１２ｂは、アノード側流路ＡＦを介して水素ガスの給排を行なう流路を形成する。マニホールド孔１７ａ，１７ｂは、カソード側流路ＣＦを介して酸化ガスの給排を行なう流路を形成する。また、マニホールド孔１６ａ，１６ｂは、セル２０間に形成される冷媒流路との間で冷媒の給排を行なう流路を形成する。マニホールド孔１２ａ，１２ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂは、セル２０の積層方向に沿って互いに重なる位置に配置される。これにより、燃料電池スタック２０Ｓには、各セル２０の各セパレータ２４，２６および樹脂フレーム２８を、セル２０の積層方向に貫通するガスの流路が形成される。
【００１５】
本実施形態において、第一セパレータ２４の端部には、セルコネクタ５０を取り付けるための第一取付部２４ａと、検査用コネクタ６０を取り付けるための第二取付部２４ｂと、が備えられる。セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とは、外部からセル２０に電気的に接続するための端子を備える部品である。セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とは、先端の接続部で各取付部２４ａ，２４ｂを挟み込むことにより第一セパレータ２４と接続される。樹脂フレーム２８は、各取付部２４ａ、２４ｂに対応する位置に、凹部２８ａ，２８ｂをそれぞれ備える。同様に、第二セパレータ２６は、各取付部２４ａ、２４ｂに対応する位置に、凹部２６ａ，２６ｂをそれぞれ備える。樹脂フレーム２８の凹部２８ａと、第二セパレータ２６の凹部２６ａとは、セル２０を形成したときに第一取付部２４ａと積層方向において重なり、セルコネクタ５０を第一セパレータ２４に取付けるための空間を形成する。同様に、樹脂フレーム２８の凹部２８ｂと、第二セパレータ２６の凹部２６ｂとは、セル２０を形成したときに第二取付部２４ｂと積層方向において重なり、検査用コネクタ６０を第一セパレータ２４に取り付けるための空間を形成する。このようにすることで、セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とは、セル２０のうち第一セパレータ２４にのみ電気的に接続される。
【００１６】
本実施形態において、セルコネクタ５０は、後述するセルコネクタ接続検査装置９０のほか、燃料電池車両内の電圧検出装置と燃料電池１００とを電気的に接続するために用いられる。本実施形態において、燃料電池車両の電圧検出装置は、二以上の予め定められた数のセル２０で構成されるチャネルごとに燃料電池１００の発電電圧を検出する。したがって、セルコネクタ５０は、このチャネルごとに１つの割合で取り付けられる。本実施形態において、一つのチャネルは２枚のセル２０によって構成される。すなわち、セルコネクタ５０は、２枚のセル２０ごとの第一セパレータ２４に接続される。各チャネルを、説明の便宜のため、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨｎ（ｎは自然数）と表す。
【００１７】
本実施形態において、検査用コネクタ６０は、後述するセルコネクタ接続検査装置９０のほか、燃料電池１００の発電検査装置と燃料電池１００とを電気的に接続するために用いられる。発電検査装置とは、燃料電池１００の製造工程において、車両搭載前の燃料電池１００の各セル２０の発電能力を検査する装置である。本実施形態において、発電検査装置は、すべてのセル２０の発電電圧を検出する。したがって、検査用コネクタ６０は、図１に示すように燃料電池１００のすべてのセル２０の第一セパレータ２４に取り付けられる。
【００１８】
次に、図１を用いて本実施形態のセルコネクタ接続検査装置９０の詳細について説明する。セルコネクタ接続検査装置９０を、以下、単に「検査装置９０」とも呼ぶ。検査装置９０は、セルコネクタ５０と燃料電池１００の燃料電池スタック２０Ｓとの接続状態を検査する装置である。「セルコネクタ５０と燃料電池１００の燃料電池スタック２０Ｓとの接続状態」とは、セルコネクタ５０が適正な接続先のセル２０に接続されているか否か、すなわちセルコネクタ５０の誤組付けの有無の状態のことを表す。図１に示されるセルコネクタ５０は誤組付けなく各セル２０に取り付けられた状態を示している。検査装置９０は、セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とに着脱可能なケーブルと、各ケーブルに配置される電圧センサＶ１〜Ｖｎと、判定部７０と、ＣＰＵおよびメモリとによって構成される。検査装置９０は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが読み込むことによって判定部７０の機能を発現する。
【００１９】
検査装置９０は、セルコネクタ５０と、検査用コネクタ６０とにケーブルを接続して、燃料電池１００のチャネルごとに閉回路を形成する。このとき、検査装置９０の接続先となるセルコネクタ５０は、実際に燃料電池１００に取り付けられた各セルコネクタ５０である。換言すれば、セルコネクタ５０が誤組付けされた場合には、検査装置９０は誤組付けされたセルコネクタ５０に接続される。他方、検査装置９０の接続先となる検査用コネクタ６０は、セルコネクタ５０の接続先に対応するセル２０に取り付けられた検査用コネクタ６０である。「セルコネクタ５０の接続先に対応するセル２０」とは、セルコネクタ５０の接続先として誤組付けとはならない適正なセル２０のことをいう。すなわち、検査装置９０は、セルコネクタ５０が誤組付けされたか否かに関わらず、セルコネクタ５０の接続先として適正なセル２０の検査用コネクタ６０に接続される。検査装置９０は、すべての検査用コネクタ６０と接続されてもよく、この場合において、検査装置９０は、セルコネクタ５０の接続先に対応するセル２０に接続された検査用コネクタ６０を介して閉回路を形成すればよい。
【００２０】
電圧センサＶ１〜Ｖｎは、燃料電池１００の各チャネルの電圧を検出する。検出された電圧は、判定部７０に出力される。図１には、検査装置９０によって検出される電圧値の一例としての電圧値Ｖｘが模式的に示されている。図１に示したセル２０Ｘは、セルコネクタ５０の接続先に対応するチャネルＣＨ２のセル２０の一例であり、セル２０Ｘに取り付けられたセルコネクタ５０をセルコネクタ５０Ｘとし、セル２０Ｘに取り付けられた検査用コネクタ６０を検査用コネクタ６０Ｘとする。
【００２１】
電圧値Ｖｘは、チャネルＣＨ２のセルコネクタ５０Ｘと、検査用コネクタ６０Ｘとを、セル２０Ｘの第一セパレータ２４を介して電流を流した場合に電圧センサＶ２によって検出される電圧値である。セルコネクタ５０Ｘと検査用コネクタ６０Ｘとは、セル２０Ｘの第一セパレータ２４に接続されることにより電位差を有しない。そのため、電圧センサＶ２によって検出される電圧値Ｖｘはほぼゼロである。
【００２２】
次に、図３および図４を用いて、検査装置９０によるセルコネクタ５０の誤組付けの検出方法について説明する。図３は、セルコネクタ５０が誤組付けされた状態の燃料電池１００を表す説明図である。より具体的には、セルコネクタ５０が、その接続先に対応するセル２０Ｘではなく、セル２０Ｘに隣接し、セル２０Ｘよりも燃料電池１００の負極側であるセル２０Ｙに接続された状態を表している。セル２０Ｙに接続されたセルコネクタ５０をセルコネクタ５０Ｙとする。
【００２３】
このとき、電圧センサＶ２によって検出される電圧値Ｖｙは、チャネルＣＨ２のセルコネクタ５０Ｙと、検査用コネクタ６０Ｘとを介して電流を流した場合に電圧センサＶ２によって検出される電圧値である。セルコネクタ５０Ｙは、検査用コネクタ６０Ｘを接続されたセル２０Ｘに対して負極側のセル２０Ｙに接続されることにより、セル２０Ｘの膜電極接合体（ＭＥＡ）を介して電流が流れる。すなわち、電圧値Ｖｙは、一枚のセル２０Ｘの発電能力に相当する電位差である。
【００２４】
図４は、セルコネクタ５０が誤組付けされた状態の燃料電池１００のチャネルＣＨごとの電圧値を表すグラフである。図４では、一例として図３に示したセルコネクタ５０を誤組付けされた状態の燃料電池１００の各チャネルから検出される電圧値を表している。上述したように、チャネルＣＨ２は誤組付けされたセルコネクタ５０Ｙによりセル２０Ｘ分の電位差（電圧値Ｖｙ）が発生するため、電圧センサＶ２によって電圧値Ｖｙを検出する。他方、それ以外のチャネルＣＨでは、適正にセルコネクタ５０が接続されていることにより、各電圧センサから検出される電圧値はほぼゼロである。本実施形態では、電圧値Ｖｙ未満となる任意の値を閾値ＶＬとして設定する。検査装置９０の判定部７０は、各電圧センサＶ１〜Ｖｎによって検出した電圧値が閾値ＶＬより大きいか否かによって、セルコネクタ５０が誤組付けされているか否かを判定する。このように、検査装置９０は、セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０との導通を検査することによって、セルコネクタ５０の誤組付けの有無を検査する。
【００２５】
次に、図５を用いて本実施形態のセルコネクタ接続検査方法の各工程について説明する。図５は、本実施形態のセルコネクタ接続検査方法を表す工程図である。本工程は、燃料電池スタック２０Ｓにエンドプレート４０ａ，４０ｂと、ターミナルプレート３０ａ，３０ｂとを締結して燃料電池１００が完成した時点から開始する。
【００２６】
まず、チャネル数に応じた数のセルコネクタ５０を燃料電池１００に取り付け、セルコネクタ５０を取り付けられた状態の燃料電池１００を準備する（工程Ｓ１０）。チャネル数は、車両用の電圧検出装置で検出するセル２０の枚数に応じて決定してよい。本実施形態では、上述したように１チャネルを２セルとするので２００枚のセル２０に対し、１００個のセルコネクタ５０を準備する。
【００２７】
次に、セル２０の枚数分の検査用コネクタ６０を準備し、セルコネクタ５０を取り付けられた燃料電池１００に取り付ける（工程Ｓ２０）。検査用コネクタ６０は、本実施形態において、燃料電池１００の製造工程上において各セル２０の発電状態を検出するためにすべてのセル２０分、すなわち２００個を準備する。検査用コネクタ６０の数は、セル２０の数と同数には限定されず、少なくともセルコネクタ５０の接続先に対応するセル２０の数以上の数、すなわちチャネル数以上の数を準備されればよい。本実施形態では、検査用コネクタ６０を各セル２０に取付けた後、検査用コネクタ６０に発電検査装置を接続し、各検査用コネクタ６０間の電圧値を検出して各セル２０の発電能力を検査する。発電検査装置は、発電能力の検査を終えると燃料電池１００から取り外される。
【００２８】
セルコネクタ接続検査装置９０をセルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とに接続する（工程Ｓ３０）。より具体的には、検査装置９０のケーブルをセルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とに組み付けることによって、検査装置９０と燃料電池スタック２０Ｓの各チャネルＣＨとを電気的に接続する。このとき、各検査用コネクタ６０間の電圧計測等によって検査用コネクタ６０と検査装置９０との接続検査が実行されてもよい。
【００２９】
検査装置９０は、セルコネクタ５０の誤組付けの検出を開始する（工程Ｓ４０）。検査装置９０は、例えば作業者による検査開始ボタンの押し下げによって誤組付けの検出を開始する。検査装置９０は、セルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とを介してセル２０に電流を流し、電圧センサＶ１〜Ｖｎによって各チャネルの電圧値を検出する。検出した電圧値は判定部７０に出力される。
【００３０】
判定部７０は、取得したチャネルごとの電圧値と、上述した閾値ＶＬとを比較して、セルコネクタ５０に誤組付けがあるか否かを判定する（工程Ｓ４２）。取得したいずれかの電圧値が閾値ＶＬよりも大きい場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、判定部７０は誤組付けありと判定する（工程Ｓ４３）。より具体的には、電圧値が閾値ＶＬよりも大きいチャネルに対応するセル２０に接続されたセルコネクタ５０に誤組付けがあると判断して作業者に通知する。この場合、作業者は、誤組付けされたセルコネクタ５０を、適正なセル２０に付け替えて（工程Ｓ４６）、すべての工程は終了する。他方、取得したすべての電圧値が閾値ＶＬ以下である場合（Ｓ４２：ＮＯ）、判定部７０は誤組付け無しと判定し（工程Ｓ４４）、すべての工程は終了する。本実施形態のセルコネクタの接続検査方法が終了した後、燃料電池１００は、検査用コネクタ６０をすべて取り外されて燃料電池車両に搭載される。
【００３１】
以上のように、本実施形態のセルコネクタの接続検査方法によれば、誤組付けによって発生するセル２０間の電位差を検出することによって誤組付けの有無を判定する。適正にセルコネクタ５０が接続されている場合に電位差は発生しない。すなわち、電位差の有無から誤組付けの有無を検出することによって、各セル２０の発電能力の個体差による検出精度への影響を小さくすることができ、セルコネクタ５０の誤組付けを正確に検出することができる。また、セルコネクタの接続検査とは別工程として用いられる車両用の電圧検出装置と、発電検査装置とに用いられるセルコネクタ５０と検査用コネクタ６０とを利用する事により、部品点数の増加を抑制しつつ簡易な方法によって誤組付けを検出することができる。
【００３２】
Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態では、燃料電池１００の一つのチャネルは２枚のセル２０によって構成されるが、各チャネルを構成するセル２０の数は２枚でなく３枚以上の任意の枚数でもよく、燃料電池１００を搭載する燃料電池車両の電圧検出装置に応じて適宜に定めてよい。この場合において、セルコネクタ５０は、各チャネルに一つずつ取付けられるとともに、閾値ＶＬは、各チャネルのセル２０の枚数に応じて予測される電位差に基づいて設定してよい。そのほか、一つのチャネル内のセル２０の枚数が３枚以上である場合、閾値ＶＬを、セル２０の一枚あたりで発生する電位差の倍数ごとに段階的に複数で設定し、各チャネル内での誤組付けのずれ量を、検出される電位差から導き出されるセル２０の枚数によって検出してもよい。
【００３３】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１２ａ，１２ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ…マニホールド孔、２０…燃料電池セル、２０Ｓ…燃料電池スタック、２２…膜電極ガス拡散層接合体、２４…第一セパレータ、２４ａ…第一取付部、２４ｂ…第二取付部、２６…第二セパレータ、２６ａ，２６ｂ…凹部、２８…樹脂フレーム、２８ａ，２８ｂ…凹部、３０ａ，３０ｂ…ターミナルプレート、４０ａ，４０ｂ…エンドプレート、５０…セルコネクタ、６０…検査用コネクタ、７０…判定部、９０…セルコネクタ接続検査装置、１００…燃料電池、Ｖ１〜Ｖｎ…電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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