(57)【要約】【課題】燃料電池の冷却用配管の接続状態を検査する。【解決手段】冷却液によって冷却される燃料電池と、燃料電池から排出された冷却液を冷却するラジエータと、ラジエータによって冷却された冷却液を燃料電池へ送り出すポンプと、を環状に連結する配管の接続状態検査方法であって、冷却液の流路を、ラジエータを迂回するバイパス配管側に切り替え、冷却液の温度が外気温度よりも高くなるまで燃料電池を発電させた後、冷却液の流路をラジエータ側に切り替え、燃料電池に設けられた冷却液の排出用のマニホールドを流れる冷却液の温度である第１温度と、ラジエータから排出される冷却液の温度である第２温度と、の差の絶対値が予め定められた閾値未満の場合に、接続状態が不良であると判定し、閾値以上の場合に、接続状態が良であると判定する、検査方法。【選択図】図３
2019087356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液によって冷却される燃料電池と、前記燃料電池から排出された前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータによって冷却された前記冷却液を前記燃料電池へ送り出すポンプと、を環状に連結する配管の接続状態を検査する方法であって、
前記冷却液の流路を、前記ラジエータを迂回するバイパス配管側に切り替え、前記冷却液の温度が外気温度よりも高くなるまで前記燃料電池を発電させた後、前記冷却液の流路を前記ラジエータ側に切り替え、
前記燃料電池に設けられた前記冷却液の排出用のマニホールドを流れる前記冷却液の温度である第１温度と、前記ラジエータから排出される前記冷却液の温度である第２温度と、の差の絶対値が予め定められた閾値未満の場合に、前記接続状態が不良であると判定し、前記閾値以上の場合に、前記接続状態が良であると判定する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池を冷却する冷却液が流れる配管の接続状態を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却液によって冷却される燃料電池と、燃料電池から排出された冷却液を冷却するラジエータと、ラジエータによって冷却された冷却液を燃料電池へ送り出すポンプと、を配管によって環状に連結し、燃料電池を冷却するシステムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１６１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池に設けられた冷却液排出用のマニホールドに接続されるべき配管と、燃料電池に設けられた冷却液供給用のマニホールドに接続されるべき配管と、が互いに取り違えられて燃料電池に接続されてしまう場合があり、このような誤まった接続を検出する方法が求められていた。また、接続が誤まっている場合には、冷却液排出用のマニホールドを流れる冷却液温度は、実際の燃料電池の温度を反映せず、実際の燃料電池の温度よりも低くなるおそれがある。そのため、冷却液排出用のマニホールドを流れる冷却液温度によって燃料電池の乾燥状態を判断してシステムを制御する場合に、不具合が生じるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、冷却液によって冷却される燃料電池と、前記燃料電池から排出された前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータによって冷却された前記冷却液を前記燃料電池へ送り出すポンプと、を環状に連結する配管の接続状態検査方法が提供される。この検査方法は；前記冷却液の流路を、前記ラジエータを迂回するバイパス配管側に切り替え、前記冷却液の温度が外気温度よりも高くなるまで前記燃料電池を発電させた後、前記冷却液の流路を前記ラジエータ側に切り替え；前記燃料電池に設けられた前記冷却液の排出用のマニホールドを流れる前記冷却液の温度である第１温度と、前記ラジエータから排出される前記冷却液の温度である第２温度と、の差の絶対値が予め定められた閾値未満の場合に、前記接続状態が不良であると判定し、前記閾値以上の場合に、前記接続状態が良であると判定する、検査方法である。
【０００７】
この形態によれば、配管の接続状態が良の場合、燃料電池に設けられた冷却液排出用の
マニホールドには、燃料電池を冷却した後の冷却液が流れるため、第１温度は第２温度よりも高い。接続状態が不良の場合、冷却液排出用のマニホールドには、ラジエータによって冷却され、燃料電池を冷却する前の冷却液が流れるため、第１温度と第２温度との差の絶対値が閾値未満となる。そのため、第１温度と第２温度との差の絶対値が閾値未満であるか否かを判定することにより、配管の接続状態の良／不良を検査することができる。
【０００８】
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の冷却用配管の検査装置、配管検査方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態としての燃料電池システムの概略構造を示す構成図。
【図２】配管の接続状態が不良である場合の燃料電池システム。
【図３】配管の接続状態の検査方法を示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
・実施形態
図１は、一実施形態としての燃料電池システム１の概略構造を示す構成図である。燃料電池システム１は、車両に搭載され、パワースイッチのＯＮ操作によって起動し、ＯＦＦ操作によって停止する。
【００１１】
燃料電池システム１は、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池１０と、燃料電池１０を冷却する冷却部２０と、制御部９０と、を備える。燃料電池システム１は、さらに、燃料電池１０に対しアノードガスの供給及び排出を行うアノードガス供給排出部と、燃料電池１０に対しカソードガスの供給と排出とを行うカソードガス供給排出部と、を備える。アノードガス供給排出部及びカソードガス供給排出部については、図示及び説明を省略する。
【００１２】
燃料電池１０は、複数枚の燃料電池セルが積層されたスタック構造を有する。各セルは、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有する。アノードに水素を含むアノードガスが接触し、カソードに外気中の酸素を含むカソードガスが接触することにより、両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する。起電力の発生に伴い、燃料電池１０の温度は上昇し、例えば、５０℃〜９０℃に達する。温度の上昇した燃料電池１０は、冷却部２０により供給される冷却液によって冷却される。燃料電池１０には、冷却液排出用の第１マニホールド１１と、冷却液供給用の第２マニホールド１２とが設けられている。第２マニホールド１２は、燃料電池１０に冷却液を供給するために設けられたマニホールドである。第１マニホールド１１は、燃料電池１０から冷却液を排出するために設けられたマニホールドである。
【００１３】
冷却部２０は、配管３０と、ラジエータ５０と、ポンプ６０と、を備える。ラジエータ５０は、ラジエータ５０に冷却液が流入する流入口５１と、冷却液が排出される排出口５２と、を備える。ラジエータ５０は、流入口５１から流入した冷却液を放熱し、冷却液の温度を外気温度まで低下させることが可能である。ラジエータ５０には、ラジエータファン５３が設けられている。ラジエータ５０からの放熱は、ラジエータファン５３から送られる風によって促進される。
【００１４】
配管３０は、燃料電池１０とラジエータ５０とポンプ６０とを環状に連結する。配管３０は、ラジエータ５０の流入口５１と接続される第１配管３１と、ラジエータ５０の排出口５２と接続される第２配管３２と、バイパス配管３３と、を備える。図１に示す燃料電池システム１では、第１配管３１は第１マニホールド１１と接続されており、第２配管３２は第２マニホールド１２と接続されている。バイパス配管３３は、第１配管３１と第２配管３２とに接続されている。第１配管３１とバイパス配管３３との接続箇所には、切替弁４０が設けられている。切替弁４０は、冷却液の流路をラジエータ５０側とバイパス配管３３側とに切り替える。切替弁４０をラジエータ５０側に切り替えるとは、ラジエータ５０側に流れる冷却液の流量を、バイパス配管３３側に流れる冷却液の流量よりも多くすることである。切替弁４０をバイパス配管３３側に切り替えるとは、バイパス配管３３側に流れる冷却液の流量を、ラジエータ５０側に流れる冷却液の流量よりも多くすることである。バイパス配管３３側に冷却液を流し、ラジエータ５０側の第１配管３１に冷却液を流さないように切替弁４０を調整することで、冷却液はラジエータ５０を迂回（バイパス）する。
【００１５】
ポンプ６０は、第２配管３２に設けられている。ポンプ６０は、ラジエータ５０によって冷却された冷却液を燃料電池１０へ送り出し、冷却液を配管３０内に循環させる。
【００１６】
第１温度センサ７１は、第１マニホールド１１を流れる冷却液の温度である、第１温度Ｔ１を検出するセンサである。本実施形態では、第１温度センサ７１は第１マニホールド１１に設けられている。第２温度センサ７２は、ラジエータ５０から排出される冷却液の温度である、第２温度Ｔ２を検出するセンサである。本実施形態では、第２温度センサ７２はラジエータ５０の排出口５２に設けられている。第１温度センサ７１と第２温度センサ７２の検出結果は、制御部９０へ送信される。
【００１７】
制御部９０は、ＣＰＵとメモリ９１とを備えるコンピュータとして構成されており、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御部９０は、発電要求を受けて、燃料電池システム１の各構成部を制御し、燃料電池１０から出力電流を出力する。燃料電池システム１には、燃料電池システム１の外部（周囲）の温度である外気温度を検出する外気センサ５が設けられており、制御部９０には、外気センサ５の検出結果が送信される。制御部９０は、第１温度センサ７１の検出した第１温度Ｔ１がメモリ９１に記憶された乾燥温度Ｔｃよりも高い場合に、切替弁４０をラジエータ５０側に切り替える。乾燥温度Ｔｃは、燃料電池１０の備えるセルの性能低下が懸念される程度にセルが乾燥している場合の温度であり、実験やシミュレーションにより求めることができる。
【００１８】
図１に示す燃料電池システム１では、第１配管３１は、ラジエータ５０の流入口５１と第１マニホールド１１とを接続し、第２配管３２は、ラジエータ５０の排出口５２と第２マニホールド１２とを接続している。このような接続状態を、「配管３０の接続状態が良」と呼ぶ。配管３０の接続状態が良である場合には、第１マニホールド１１には燃料電池１０を冷却した後の冷却液が流れるので、第１温度Ｔ１は、燃料電池１０の温度を反映する。そのため、第１温度Ｔ１が乾燥温度Ｔｃ以下となるように切替弁４０を制御することで、乾燥によるセルの劣化を抑制することができる。
【００１９】
図２は、配管３０の接続状態が不良である場合の燃料電池システム１を示す。図２に示す燃料電池システム１では、第１配管３１は、ラジエータ５０の流入口５１と第２マニホールド１２とを接続し、第２配管３２は、ラジエータ５０の排出口５２と第１マニホールド１１とを接続している。このような接続状態を、「配管３０の接続状態が不良」と呼ぶ。配管３０の接続状態が不良である場合には、第１マニホールド１１には燃料電池１０を冷却する前の冷却液が流れるので、第１温度Ｔ１は、燃料電池１０の温度を反映した値ではない。配管３０の接続状態が不良である場合には、第１温度Ｔ１は、燃料電池１０が発電している場合の温度よりも低くなることが想定される。そのため、燃料電池１０の温度が乾燥温度Ｔｃよりも高い場合であっても、第１温度Ｔ１が乾燥温度Ｔｃ以下となるおそれがある。したがって、接続状態が不良の場合、実際にセルが乾燥していても、冷却部２０によるセルの冷却が促進されず、セルが劣化するという不具合が生じるおそれがある。また、燃料電池システム１において、セル電圧が低下した場合に燃料電池１０の出力電流を制限する制御が行われる場合がある。セルの劣化に伴いセル電圧は低下するので、接続状態が不良の場合には、燃料電池１０の出力電流が制限されるという不具合が生じるおそれがある。
【００２０】
図３は、配管３０の接続状態の検査方法を示す工程図である。この検査は、ラジエータ５０と燃料電池１０とが配管３０によって接続された後に行われ、例えば、燃料電池システム１の製造過程や、燃料電池１０が交換された後や、配管３０を流れる冷却液が交換された後に行われる。検査の開始時には、燃料電池１０は発電していない。
【００２１】
まず、制御部９０は、切替弁４０をラジエータ５０側に切り替え、ポンプ６０を駆動する（ステップＳ５）。こうすることにより、冷却液の循環が開始する。本実施形態では、制御部９０は、ラジエータ５０側に冷却液を流し、バイパス配管３３側に冷却液を流さないように、切替弁４０を制御する。
【００２２】
次に、制御部９０は、接続状態が良であるか、接続状態が不良の疑いがあるか、を判定する、第１判定を行う（ステップＳ７）。制御部９０は、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２を取得し、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が、メモリ９１に記憶された閾値Ｔｄ未満であるか否かを判定する。閾値Ｔｄは、配管３０の接続状態が良である場合の温度差（Ｔ１−Ｔ２）の下限値である。閾値Ｔｄは、配管３０の接続状態を不良とした場合の温度差（Ｔ１−Ｔ２）を、実験やシミュレーションにより算出することで求められる。閾値Ｔｄは、例えば、５℃以下、３℃以下、１℃以下の温度である。
【００２３】
温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ以上である場合には（ステップＳ７、ＮＯ）、制御部９０は配管３０の接続状態が良であると判定し（ステップＳ６０）、検査を終了する。
【００２４】
温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ未満である場合には（ステップＳ７、ＹＥＳ）、接続状態が不良である疑いがある。このように判定するのは、燃料電池１０が長期間（例えば２日間）発電していない場合には、接続状態が良であっても、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２の温度は外気温度にほぼ等しくなるので、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ未満となる可能性があるためである。
【００２５】
次に、制御部９０は、切替弁４０をバイパス配管３３側にし、燃料電池１０の発電を開始する（ステップＳ１０）。燃料電池１０が発電し、冷却液がラジエータ５０をバイパスすることで、配管３０内の冷却液の温度が上昇する。本実施形態では、制御部９０は、バイパス配管３３側に冷却液を流し、ラジエータ５０側に冷却液を流さないように、切替弁４０を制御する。ステップＳ１０は、本検査のためだけに行われなくともよく、燃料電池１０の暖気運転を兼ねて行われてもよい。
【００２６】
次に、制御部９０は、外気センサ５から外気温度を取得し、冷却液の温度が外気温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０を行うのは、冷却液の温度が外気温度よりも高い場合には、発電した燃料電池１０によって冷却液が十分に温められたと考えられるためである。本実施形態では、冷却液の温度は、第１温度センサ７１から取得した第１温度Ｔ１を用いる。冷却液の温度が外気温度以下である場合には（ステップS２０、ＮＯ）、冷却液の温度が外気温度よりも大きくなるまで切替弁４０をバイパス配管３３側にし、冷却液を循環させる。
【００２７】
冷却液の温度が外気温度よりも高い場合（ステップＳ２０、ＹＥＳ）、制御部９０は、切替弁４０をラジエータ５０側に切り替える（ステップＳ３０）。本実施形態では、制御部９０は、ラジエータ５０側に冷却液を流し、バイパス配管３３側に冷却液を流さないように、切替弁４０を制御する。ステップＳ３０が行われることにより、ラジエータ５０によって冷却された冷却液は、第２配管３２内を流れて燃料電池１０へ供給される。
【００２８】
次に、制御部９０は、接続状態が良であるか、接続状態が不良であるか、を判定する第２判定を行う（ステップＳ４０）。制御部９０は、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２を取得し、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ未満であるか否かを判定する。第２判定は、ステップＳ３０が行われた後、メモリ９１に記憶された時間ｔｓが経過してから行われることが好ましい。時間ｔｓは、切替弁４０をバイパス配管３３側からラジエータ５０側に切り替えてから、冷却液が配管３０内を十分に循環する時間である。時間ｔｓは、実験やシミュレーションにより求めることができる。時間ｔｓは、例えば、２０秒以上、３０秒以上、５０秒以上である。接続状態が不良である場合には、図２に示したように、第１マニホールド１１には燃料電池１０を冷却する前の冷却液が流れる。そのため、第１温度Ｔ１は第２温度Ｔ２とほぼ同じ値となり、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値は閾値Ｔｄ未満となる。接続状態が良である場合には、図１に示したように、１１には燃料電池１０を冷却した後の冷却液が流れるので、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値は閾値Ｔｄ以上となる。
【００２９】
制御部９０は、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ未満である場合には（ステップＳ４０、ＹＥＳ）、接続状態が不良であると判定する（ステップＳ５０）。制御部９０は、温度差（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が閾値Ｔｄ以上である場合には（ステップＳ４０、ＮＯ）、接続状態が良であると判定する。なお、制御部９０は、報知装置（図示しない）に信号を出力し、判定の結果を報知してもよい。以上のようにして、配管３０の接続状態の検査が行われる。
【００３０】
この形態によれば、配管３０の接続状態が良の場合、燃料電池１０に設けられた冷却液排出用の第１マニホールド１１には、燃料電池１０の備えるセルを冷却した後の冷却液が流れるため、第１温度Ｔ１は第２温度Ｔ２よりも高い。接続状態が不良の場合、冷却液排出用の第１マニホールド１１には、ラジエータ５０によって冷却され、燃料電池１０を冷却する前の冷却液が流れるため、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値が閾値Ｔｄ未満となる。そのため、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値が閾値Ｔｄ未満であるか否かを判定することにより、配管３０の接続状態の良／不良を検査することができる。したがって、配管３０の実際の接続状態を目視等によって確認せずとも、接続状態の良／不良を簡易に検査することができる。
【００３１】
また、本形態によれば、第１温度Ｔ１は燃料電池１０の温度を反映した値となるため、第１温度Ｔ１に応じてセルが乾燥しているか否かを判定して燃料電池システム１を制御する場合に、冷却液排出用の第１マニホールド１１を流れる温度によって燃料電池１０の乾燥状態を判断してシステムを制御する場合に生じる不具合、例えばセルの劣化を抑制することができる。また、セルの劣化に起因したセル電圧の低下による、燃料電池１０の出力電流制限を抑制することができる。
【００３２】
上記形態では、燃料電池１０を発電させる前に切替弁４０をラジエータ５０側に切り替えて（ステップＳ５）、第１判定を行うことで（ステップＳ７）、接続状態が良であるか、接続状態が不良である疑いがあるか、を判定する。そのため、接続状態が良である場合には第２判定以降を省略することができる。したがって、接続状態が良である場合に、接続状態の検査にかかる時間を短くすることができる。
【００３３】
・他の実施形態
上記実施形態において、制御部９０はステップＳ５及びステップＳ７を省略してもよい。すなわち、第１判定が行われなくともよい。この場合には、制御部９０は、ステップＳ１０において、ポンプ６０を駆動させて、第２判定以降を行うことによって接続状態の良／不良を判定してもよい。
【００３４】
上記実施形態において、第１温度センサ７１は、冷却液排出用の第１マニホールド１１に設けられているが、第１マニホールド１１に接続された配管３０の第１マニホールド１１側に接続されてもよい。また、上記実施形態において第２温度センサ７２はラジエータ５０の排出口５２に設けられているが、ラジエータ５０に接続された配管３０（第２配管３２）の排出口５２側に接続されてもよい。
【００３５】
上記実施形態では、ステップＳ２０において、冷却液の温度として、第１温度センサ７１から取得した第１温度Ｔ１を用いている。これに対し、バイパス配管３３を流れる冷却液の温度を測定する温度センサや、切替弁４０を流れる冷却液の温度を測定する温度センサを設け、当該温度センサから冷却液の温度を取得してもよい。
【００３６】
切替弁４０は、バイパス配管３３に設けられていてもよい。
【００３７】
上記実施形態において、制御部９０は、ステップＳ５、ステップＳ３０においてラジエータ５０側の冷却液の流量がバイパス配管３３側より多くなれば、バイパス配管３３側に冷却液を流してもよい。また、制御部９０は、ステップＳ１０において、バイパス配管３３側の冷却液の流量がラジエータ５０側より多くなれば、ラジエータ５０側に冷却液を流してもよい。
【００３８】
燃料電池システム１は、車両に搭載されなくともよく、定置型としてもよい。
【００３９】
本開示は、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、他の実施形態中の技術的特徴は、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】
【００４０】
１…燃料電池システム
５…外気センサ
１０…燃料電池
１１…第１マニホールド
１２…第２マニホールド
２０…冷却部
３０…配管
３１…第１配管
３２…第２配管
３３…バイパス配管
４０…切替弁
５０…ラジエータ
５１…流入口
５２…排出口
５３…ラジエータファン
６０…ポンプ
７１…第１温度センサ
７２…第２温度センサ
９０…制御部
９１…メモリ
Ｔ１…第１温度
Ｔ２…第２温度
Ｔｃ…乾燥温度
Ｔｄ…閾値
ｔｓ…時間
【図１】
2019087356.tif 000003
【図２】
2019087356.tif 000004
【図３】
2019087356.tif 000005