(57)【要約】【課題】  燃料電池スタックやそれを構成するセルの経時的な状態変化を簡易に且つ確実に監視又は診断できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システム１は、エンドプレート１１，１２間に保持された燃料電池スタック１３を有する燃料電池１０を備える。締結部２０は、隔壁１４に接続された板状部材２１にばねユニット２２が設置されたものである。燃料電池スタック１３は、締結部２０によってエンドプレート１１側へ押し付けられて締結される。台座１５の周囲には位置センサ２３が設置されている。演算制御部３０では、位置センサ２３からの位置検出信号に基づいて燃料電池スタック１３の変位が算出され、それに基づいて燃料電池スタック１３の締結度合いの判定等を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルが積層されて成る燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに所定の荷重を印加して該燃料電池スタックを締結する締結部と、
前記燃料電池スタックの積層方向における変位を検出する変位検出部と、
前記検出された変位に基づいて、前記燃料電池スタックの締結度合いを判定する演算制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
複数の燃料電池セルが積層されて成る燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに所定の荷重を印加して該燃料電池スタックを締結する締結部と、
前記燃料電池スタックの積層方向における変位を検出する変位検出部と、
前記検出された変位に基づいて、前記燃料電池セル及び／又は前記燃料電池スタックの性能低下状態を判定する演算制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項３】
複数の燃料電池セルが積層されて成る燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに所定の荷重を印加して該燃料電池スタックを締結する締結部と、
前記燃料電池スタックの積層方向における変位を異なる複数の部位で検出する変位検出部と、
前記異なる複数の部位で測定された変位の差異に基づいて、前記燃料電池セルの幾何学的配置の変化を判定する演算制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項４】
前記変位検出部は前記燃料電池スタック及び／又は前記締結部に設けられた少なくとも一つの位置センサを有するものである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記演算制御部は、前記燃料電池スタックの初期の締結荷重が緩み始める位置を判定するものである、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記演算制御部は、前記燃料電池セルの水平度合いを判定又は検知するものである、
請求項１又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記演算制御部は、予め取得された前記燃料電池スタックの積層方向における変位と該燃料電池スタックの締結度合いとの関係と、前記検出された変位とに基づいて、前記判定を行うものである、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記演算制御部は、予め取得された前記燃料電池スタックの積層方向における変位と前記燃料電池セル及び／又は該燃料電池スタックの性能低下状態との関係と、前記検出された変位とに基づいて、前記判定を行うものである、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池スタックが固体高分子型燃料電池を構成するものであり、
前記演算制御部は、前記性能低下状態として、前記燃料電池セルに備わるＭＥＡの劣化又は損傷を判定するものである、
請求項２記載に燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学反応による発電方式を用いた燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから脚光を浴びている。燃料電池としては、種々のタイプのものが開発されており、それらのなかでは、電解質の散逸・保持等の問題がなく、常温で起動し且つ起動時間が極めて早い等の利点を有する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cells ）が特に注目され、自動車用途（燃料電池自動車用）にも採用されている。
【０００３】
ＰＥＦＣは、ポリエチレン等で形成された固体高分子電解質膜が二枚のガス拡散電極で挟持された状態で一体に接合されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とセパレータから成るセルが少なくとも１つ以上積層されたスタックを備えている。このガス拡散電極の一方をアノード（水素極）として反応ガスの１つである水素又は水素リッチの改質ガスを供給し、他方のガス拡散電極をカソード（酸素極）としてもう一つの反応ガスである酸化ガス（酸素又は空気）を供給する。これにより、アノード表面でプロトン（水素イオン）と電子が生成する水素分子分解反応を生じ、カソード表面で水が生成される酸素とプロトンの結合反応を生じる。また、燃料電池スタックは、その積層方向の両端に設けられたエンドプレートに挟持され、さらに、エンドプレートの少なくとも一方が弾性体（通常はばね）によって他方のエンドプレート側に押し付けられることによって締結されている。
【０００４】
ところで、燃料電池システムを適正な状態で運転する上で、このような構成を有する燃料電池スタックの状態、より具体的には、その締結状態、セルを構成するＭＥＡの電気化学的な状態、更にはセル又はスタック全体の幾何学的な配置状態、等が正常であるか否かを監視・診断することが重要である。そのような状態監視の一例として、特許文献１には、燃料電池スタックの積層方向の長さの変位量を検出する変位検出手段と、スタックの温度検出手段とを備えており、その長さの変位量及びスタック温度に基づいて固体高分子電解質膜の乾燥状態を判断する燃料電池システムが記載されている。このシステムは、所定の運転温度において十分に加湿された状態であること望まれる固体高分子膜の乾燥状態を検知し、膨潤状態でシステムを起動することを企図したものである。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、燃料電池スタックに対して状態監視・診断を行った方がよい項目は、固体高分子膜の乾燥状態に限られない。例えば、本発明者の知見によれば、燃料電池スタックをばね等で積層方向に押し付けて締結するような構造では、固体高分子膜の含水率のみならず、個々のセルに機械的な力が常時印加されることに起因してスタック全体の寸法形状の変化つまり変形が生じ得る。さらに、そのような変形は、セルにダメージを与え得る外力に起因するので、セルひいては燃料電池スタックの電気的・化学的特性に影響を及ぼす。これに対し、上記従来の燃料電池システムでは、運転起動時の最適な制御を実現すべく固体高分子膜の乾燥状態を間接的に感知するのみであり、燃料電池スタックの経時的な種々の状態変化を監視・診断することはできない。
【０００６】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックやそれを構成するセルの経時的な状態変化を簡易に且つ確実に監視又は診断できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による燃料電池システムは、複数の燃料電池セルが積層されて成る燃料電池スタックと、その燃料電池スタックに所定の荷重を印加して燃料電池スタックを締結する締結部と、燃料電池スタックの積層方向における変位を検出する変位検出部と、検出された変位に基づいて、燃料電池スタックの締結度合いを判定する演算制御部とを備える。
【０００８】
このように構成された燃料電池システムでは、締結部によって所定の荷重が燃料電池スタックに印加されることにより燃料電池スタックが一体に締結保持される。具体的には、締結部としては、複数の燃料電池セルが積層された集合体が積層方向の両端に設けられたエンドプレートで挟持され、そのエンドプレートの少なくとも一方の外部から所定荷重が印加されるように設けられたものが挙げられる。
【０００９】
このような締結状態により、燃料電池セルには応力が継続的に作用し、クリープ（時間の経過と共に進行する材料変形）が生じ得る。その結果、燃料電池スタック全体がその積層方向に圧縮されるような変位が生じる。この燃料電池スタックの変位が増大すると、例えば締結部がばね等の弾性体によって燃料電池スタックに荷重を印加するような機構の場合、締結荷重がその初期値に比して有意に低下する傾向にある。クリープが更に進展して変位が更に増大すると、燃料電池スタックを保持できない程度に荷重維持が困難となってしまい、燃料電池スタックが緩んで場合によっては脱落することも懸念される。
【００１０】
よって、演算制御部において、変位検出部で検出された燃料電池スタックの積層方向の変位に基づいてその時点における燃料電池スタックの締結度合いを判定でき、不都合な締結緩みが発生しそうな状態であるか否かを把握することができる。また、経時的にそのような締結度合いの監視を続けることにより、燃料電池スタックを保持できなくなるような不都合な締結緩みの発生を的確に予測できる。よって、かかる締結緩みが生じる前に、追加荷重を印加したり、燃料電池スタックを組みつけし直したりといった対策を講じることができる。そのためには、演算制御部が、燃料電池スタックの初期の締結荷重が緩み始める位置を判定するものであると好適である。
【００１１】
なお、燃料電池スタックの締結度合い（状態）を判定する方法として、荷重センサによって締結荷重を直接測定することも考えられる。しかし、本発明者の知見によれば、締結部がばね等の弾性体を有しておりその押付力によって燃料電池スタックに所定の荷重を印加するような場合、クリープによる変位が変化しているにもかかわらず、荷重測定値が変化しない領域が生じ得る。そのため、荷重センサによって締結度合いを監視する方法では、正確な判定を行うことが難しいという潜在的な問題を有している。
【００１２】
或いは、本発明による燃料電池システムは、演算制御部が、検出された変位に基づいて、燃料電池セル及び／又は燃料電池スタックの性能低下状態を判定するものであっても好ましい。
【００１３】
燃料電池セルに応力が加わってクリープが生じるような状態になると、燃料電池セルを構成するＭＥＡに局所的な劣化又は損傷が発生し、例えば電極の損傷によってマイクロショート等に起因する性能低下が生じ得る。そこで、演算制御部において、変位検出部で検出された燃料電池スタックの変位実測値から、燃料電池セルひいては燃料電池スタックの性能低下状態を判定することが可能となる。また、かかる性能低下状態の監視を経時的に実施することにより、燃料電池として要求される所望の性能が得られなくなってしまうであろう時期を的確に予測できる。よって、そのような不都合な程度まで性能が低下してしまうことを未然に防止する対策を講じ得る。
【００１４】
この場合、燃料電池スタックがＰＥＦＣを構成するものであり、演算制御部は、性能低下状態として、燃料電池セルに備わるＭＥＡの劣化又は損傷を判定するものであると一層好ましい。
【００１５】
或いは、本発明による燃料電池システムは、複数の燃料電池セルが積層されて成る燃料電池スタックと、その燃料電池スタックに所定の荷重を印加して燃料電池スタックを締結する締結部と、燃料電池スタックの積層方向における変位を異なる複数の部位で検出する変位検出部と、それら異なる複数の部位で測定された変位の差異に基づいて、燃料電池セルの幾何学的配置の変化を判定する演算制御部とを備えてもよい。
【００１６】
通常、燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルが、それらの延在面（すなわち積層面）が積層方向に対して垂直又は略垂直となるように積層されて形成されている。よって、燃料電池セルが正規の積層状態からある程度ずれてしまうと（例えば、積層面が初期の水平状態から傾いてずれてしまうと）、燃料電池スタック内に供給された燃料ガスが外部へ漏出してしまうおそれがある。
【００１７】
燃料電池セルに継続的に応力が作用して生じるクリープが、燃料電池セルの全体に均一に生じるのではなく局所的に偏って生じるような場合には、燃料電池セル同士の積層面が水平方向（初期の積層方向）に対して傾いてしまうことがある。こうなると、燃料電池スタック全体が圧縮方向に変位し得るので、上述の如く外部へのガス漏出が懸念される。そこで、複数の変位検出部によって異なる複数の部位における変位を検出し、それらの変位の実測値の差異を算出することにより、その時点での燃料電池セル全体の幾何学的配置を検知できる。これにより、燃料電池セルの初期の積層状態における幾何学的配置からの変化が判定され、外部へのガス漏出を未然に防止することができる。
【００１８】
ここで、「幾何学的配置の変化」としては、上述した初期の積層方向からの傾斜（つまり燃料電池セルの水平度合い）、その傾斜方向、局所的な湾曲や凹凸の発生、その湾曲や凹凸の度合い、等の言わば形状変化に起因する状態変化が挙げられる。これらのなかでも、上述したように、燃料電池セルの水平度合いは、燃料ガスの外部への漏出（リーク）と深く関わる因子である。その意味において、演算制御部が、燃料電池セルの水平度合いを判定又は検知するものであると好適である。
【００１９】
より具体的には、変位検出部は燃料電池スタック及び／又は締結部に設けられた少なくとも一つの位置センサ（変位センサ）を有するものであると好ましい。いずれの場合においても、燃料電池スタックと締結部との相対的な位置の変化すなわち変位が検出される。
【００２０】
より具体的には、演算制御部は、予め取得された燃料電池スタックの積層方向における変位と、燃料電池スタックの締結度合い、又は、燃料電池セル若しくは燃料電池スタックの性能低下状態との関係と、検出された変位（変位実測値）とに基づいて、種々の判定を行うものであると好ましい。こうすれば、燃料電池スタックの締結度合いや、燃料電池セル又は燃料電池スタックの性能低下状態を一層的確に判定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの変位を検出し、それに基づいて、燃料電池スタックやそれを構成するセルの経時的な状態変化を簡易に且つ確実に監視又は診断することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００２３】
図１は、本発明による燃料電池システムの好適な一実施形態を模式的に示す平面図である。燃料電池システム１は、例えば、燃料電池自動車等に搭載される車載システムであり、エンドプレート１１，１２間に保持されるように設けられ且つ締結部２０によって締結された燃料電池スタック１３を有する燃料電池１０を備えている。燃料電池スタック１３は、ＭＥＡ、及び炭素材料や金属材料で形成されたセパレータから成る燃料電池セルが複数積層されたものである。燃料電池スタック１３は、エンドプレート１１に一方端部が固定された隔壁１４を挟んで二つ併設されており、これらは直流接続されている。
【００２４】
締結部２０は、隔壁１４におけるエンドプレート１２側の他方端部に接続された板状部材２１にばねユニット２２，２２が設置されたものである。ばねユニット２２，２２は、エンドプレート１２の外側面に設けられた台座１５，１５のそれぞれに、ばね２２ａ，２２ａの各先端部が当接するように設けられている。ばね２２ａ，２２ａは圧縮ばねであり、ばねユニット２２，２２によってエンドプレート１２がエンドプレート１１側へ押し付けられ、これにより燃料電池スタック１３，１３がエンドプレート１１，１２に挟持された状態で締結・保持される。なお、ばね２２ａ，２２ａの材質や形態は特に制限されず、その材質としては、例えば、材質としては鉄系・銅系ばね、非鉄金属ばね等の金属ばね、樹脂ばね、ゴムばね、流体ばね等の非金属ばねが挙げられる。また、その形態としては、皿ばね、スプリングばね、板ばね等が挙げられる。
【００２５】
さらに、エンドプレート１２の外側面１２ａにおける台座１５の周囲には位置センサ２３，２３（変位検出部）が設置されている。各位置センサ２３は、隔壁１４の側壁面に対向するように設けられており、その隔壁１４の側壁面が、燃料電池スタック１３のセル積層方向において、位置センサ２３のエンドプレート１２に対する位置を測量するための基準となるゲージの機能を果している。また、これら位置センサ２３，２３には、演算制御部３０が接続されており、位置センサ２３，２３で測定された位置情報又は変位情報が演算制御部３０に入力されるようになっている。ここで、図２（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図１におけるII−II線に沿う断面の要部を示す図であり、位置センサ２３の配置数及び配置場所が異なる種々の例を示すものである。
【００２６】
図２（Ａ）は、燃料電池スタック１３，１３のそれぞれに位置センサ２３が一つずつ設けられた形態（図１に対応する）を示す。また、図２（Ｂ）は、各燃料電池スタック１３に応じて位置センサ２３が二つ対向配置された形態を示す。さらに、図２（Ｃ）〜（Ｅ）は、各燃料電池スタック１３に応じて位置センサ２３が四つ配置された形態を示し、それぞれ配置パターンが異なっている。
【００２７】
ここで、図３は、燃料電池スタック１３が締結されている状態を示す平面図であり、図１における一部を示すものである。燃料電池システム１では、ばねユニット２２に備わるばね２２ａの押付力に応じた所定の荷重が、エンドプレート１２側から燃料電池スタック１３に対してその積層方向に印加される。その荷重によって燃料電池スタック１３の締結状態が保持されると共に、燃料電池スタック１３を構成する燃料電池セルには、印加される荷重に応じた応力が継続的に作用する。これにより、燃料電池セルには、その燃料電池セルが図示矢印Ｘ方向に圧縮されるような応力が作用し、クリープが進展し得る。
【００２８】
個々の燃料電池セルにクリープが生じると、燃料電池スタック１３全体がその積層方向に圧縮されるような変位が引き起こされる。それに伴ってばね２２ａは伸長されつつも、ばね２２ａと台座１５との当接が維持され、その押付力によって燃料電池スタック１３の締結状態は一定期間維持され得る。ただし、クリープが更に進展すると、燃料電池スタック１３の初期状態からの変位（図３に示す距離Ｄ）が過度に大きくなるおそれがあり、やがて燃料電池スタック１３の締結が不都合に緩んでしまい、燃料電池スタック１３を保持し難くなる。
【００２９】
この際、燃料電池システム１では、燃料電池スタック１３の締結部２０に対する相対的な位置が位置センサ２３によって継続的に測定され、その測定値信号が演算制御部３０へ連続的に又は断続的に送出される。演算制御部３０では、位置センサ２３からの測定値信号に基づいて、燃料電池スタック１３の初期状態からの変位Ｄが算出される。こうして、位置センサ２３によって燃料電池スタック１３の変位Ｄが検知される。
【００３０】
ここで、図４は、燃料電池スタック１３の変位と位置センサ２３の測定信号値との関係（図中、実線Ｌ１で表される関係）の一例を示すグラフである。また、同図には、参考として、ばね２２ａに皿ばねを用いたとき、ばねユニット２２によって燃料電池スタック１３に印加される荷重を荷重センサで測定したときのその荷重センサの測定信号値と、燃料電池スタック１３の変位との関係を示すグラフを破線Ｌ２で示す。
【００３１】
図４に示される実線Ｌ１より、燃料電池スタック１３の変位と位置センサ２３の測定信号値とは、直線的で良好な相関関係を示す傾向にある。よって、燃料電池システム１によれば、位置センサ１３によって燃料電池スタック１３の変位Ｄを正確に算出することが可能となる。一方、図４に示される破線Ｌ２より、荷重センサの測定信号値と燃料電池スタック１３の変位とは、直線的な相関関係にない。つまり、燃料電池スタック１３の変位が変化しても荷重が略一定となる範囲が存在する。この場合、そのような範囲では、荷重センサによって荷重を実測しても、燃料電池スタック１３の変位を正確に算出することは極めて困難である。
【００３２】
また、演算制御部３０には、予め取得された燃料電池スタック１３の締結度合いと変位との関係、具体的には、変位が増大すれば燃料電池スタック１３と締結部２０との締結度合いが変化して締結緩みが増大する傾向にあり、燃料電池スタック１３に特有なその関係が記憶又は入力されている。そして、その関係と変位Ｄの実測値とから、その時点での燃料電池スタック１３の締結度合いが判定される。
【００３３】
このとき、燃料電池システム１によれば、上述したように燃料電池スタック１３の変位を正確に検知できるので、その時点での燃料電池スタック１３と締結部２０との締結度合いを正確に判定できる。また、そのような判定を経時的に実施することにより、締結度合いを常時監視でき、締結度合い低下の進行状況、逆に言えば、締結緩みの進展状況を把握して、燃料電池スタック１３に不都合な締結緩みが発生してしまう位置又は時期をも予測できる。よて、燃料電池スタック１３が万一脱落してしまうおそれがあるような過度の締結緩みが生じることを事前に把握することができる。したがって、そのような締結緩みが生じる前に、追加荷重を印加したり、燃料電池スタック１３を締結し直したり、組み付けし直したりといった対策を講じることが可能となる。
【００３４】
また、演算制御部３０には、予め取得された燃料電池セル及び燃料電池スタック１３の性能低下状態と変位との関係、具体的には、変位が増大すれば燃料電池セル及び燃料電池スタック１３の出力が低下する等の性能低下が増大する傾向にあり、燃料電池スタック１３に特有なその関係も記憶又は入力されている。そして、その関係と変位Ｄの実測値とから、その時点での燃料電池セル及び燃料電池スタック１３の性能低下状態が判定される。
【００３５】
燃料電池セル及び燃料電池スタック１３の性能低下に関し、より具体的には、燃料電池スタック１３を構成する燃料電池セルに応力が加わってクリープが生じるとき、燃料電池セルを構成するＭＥＡが局所的に損傷しているおそれがある。例えばＭＥＡの電極の損傷に起因してマイクロショート等の不都合な電気的な事象が生じ、その結果、燃料電池セルひいては燃料電池１０の性能低下が生じ得る。ここで、図５は、燃料電池スタック１３の変位とＭＥＡのダメージ（損傷度合として例えば電気特性の劣化を数値化したもの）との関係を模式的に示すグラフ（図示実線Ｌ３）である。このように、クリープ量の増大に応じてＭＥＡのダメージも増大する傾向にある。
【００３６】
この場合にも、燃料電池システム１によれば、上述したように燃料電池スタック１３の変位を正確に検知できるので、ＭＥＡの劣化若しくは損傷の有無又はそれらの程度を正確に判定することができる。よって、このようなＭＥＡの劣化又は損傷に起因する燃料電池セルひいては燃料電池スタック１３の性能低下状態の判定を行うことが可能となる。また、かかる性能低下状態の判定を経時的に実施することにより、燃料電池１０に要求される性能を下回ってしまうような事態の発生の有無及びその時期を予測判断することができ、事前の対策を適宜講じることが可能となる。
【００３７】
さらに、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように位置センサ２３を複数設けた場合には、各位置センサ２３での変位検出信号が演算制御部３０に独立に送出され、演算制御部３０では、各位置センサ２３が設置された部位での各変位Ｄが算出される。燃料電池スタック１３が燃料電池セルの積層面において圧縮方向（図３に示す矢印Ｘ方向）に均一に変位するようなクリープが生じている場合、エンドプレート１２は初期の水平度を維持し得るので、各変位Ｄに実質的な差異は生じない。一方、燃料電池セルの積層面においてクリープが局所的に偏在して生じた場合、その積層面が初期の水平度を維持できなくなり、これにより燃料電池スタック１３へ供給された燃料ガスが、積層状態の異常が生じた部位から外部へ漏出するおそれがある。
【００３８】
そこで、演算制御部３０において、複数の位置センサ２３からの出力に基づいて算出された各変位Ｄ間の差異を求めることにより、その時点での燃料電池セルの水平方向に対する傾斜つまり水平度（水平度合い）を判定又は検知することができる。或いは、燃料電池セルの初期の水平度からのずれ、すなわち水平度の相対的な変化を算出することも可能である。そして、例えば、燃料ガスの外部への漏出が懸念されるような燃料電池セルの水平度を予め把握しておき、演算制御部３０において、そのような事前取得データと、燃料電池セルの水平度の実測値とを比較することにより、燃料電池スタック１３の状態監視が可能となり、また、それを経時的に実施することにより、外部へのガス漏出が懸念されるような不都合な状態変化を事前に予測してそのようなガス漏出を未然に防止することができる。
【００３９】
また、位置センサ２３が複数設けられている場合には、燃料電池セルの傾斜方向を判定することも可能となり、燃料電池セルの積層面内における変位の偏在部位を特定し易くなる。さらに、位置センサ２３の設置数によっては、燃料電池セルの積層面内における局所的な湾曲や凹凸の発生、その湾曲や凹凸の度合い等を把握し易くなる利点がある。なお、位置センサ２３による変位測定から判定・検知されるこれらの項目は、燃料電池セルの形状変化に起因する幾何学的配置の変化の一つである。
【００４０】
図６は、本発明による燃料電池システムの好適な他の実施形態を模式的に示す平面図である。燃料電池システム２は、位置センサ２３，２３の代わりに、隔壁１４におけるエンドプレート１２と板状部材２１との間の部位に位置センサ４３，４３（変位検出部）が設置され、その各々に対向するように、台座１５と隔壁１４との間にゲージ４１が設けられたこと以外は、図１に示す燃料電池システム１と同様に構成されたものである。また、位置センサ４３，４３は演算制御部３０に接続されている。さらに、ゲージ４１は、燃料電池スタック１３のセル積層方向において、位置センサ４３のエンドプレート１２に対する位置を測量するための基準とされる。
【００４１】
このように構成された燃料電池システム２によっても、位置センサ４３で測定された位置検知信号から燃料電池スタック１３の変位Ｄが算出され、その変位Ｄに基づいて、上述したのと同様にして、その時点での燃料電池スタック１３の締結度合いの判定、燃料電池セル及び燃料電池スタック１３の性能低下状態の判定、及びそれらの経時的な監視、並びに、不都合な状況が生じるか否かといった予測を実現できる。また、各燃料電池スタック１３に対して位置センサ４３を複数設置することにより、各位置センサ４３からの出力に基づいて算出された各変位Ｄ間の差異を求め、燃料電池セルの幾何学的配置の変化の判定、及び、その経時的な監視、並びに、それらの結果に基づく例えばガス漏出の発生予測及び事前防止が可能となる。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、位置センサ２３，４３を締結部２０の板状部材２１に対向して設置し、板状部材２１に対する位置センサ２３，４３の相対的な位置を検出し、その経時的な変化から燃料電池スタック１３の変位Ｄを算出するようにしてもよい。また、燃料電池システム１，２において、位置センサ２３，４３と荷重センサとを併用し、荷重センサからの荷重測定値を演算制御部３０においてデータ処理しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明による燃料電池システムによれば、締結部からの継続的な荷重印加によって引き起こされる燃料電池スタックの変位を測定し、その結果に基づいて、ＭＥＡ、燃料電池セル、及び燃料電池スタックに対する種々の判定及び状態監視が可能となり、不具合の発生を事前に予測且つ防止できる。よって、燃料電池自動車、燃料電池発電設備等の燃料電池システムを備える機器、動機、設備等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による燃料電池システムの好適な一実施形態を模式的に示す平面図  である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図１におけるII−II線に沿う断面の要部            を示す図である。
【図３】燃料電池スタック１３が締結されている状態を示す平面図である。
【図４】燃料電池スタック１３の変位と位置センサ１３の測定信号値との関係の一            例を示すグラフである。
【図５】燃料電池スタック１３の変位とＭＥＡのダメージとの関係を模式的に示す            グラフである。
【図６】本発明による燃料電池システムの好適な他の実施形態を模式的に示す平面            図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２…燃料電池システム、１０…燃料電池、１１，１２…エンドプレート、１２ａ…外側面、１３…燃料電池スタック、１４…隔壁、１５…台座、２０…締結部、２１…板状部材、２２…ばねユニット、２３，４３…位置センサ（変位検出部）、３０…演算制御部、４１…ゲージ、Ｄ…変位。
【図１】
2005317359.tif 000003
【図２】
2005317359.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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