JP2002298890A - Defective cell detection method for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質の一方の面
に燃料極を、他方の面に空気極をそれぞれ圧着して単位
セルを構成し、その単位セルの複数個を積層したリン酸
型燃料電池や固体高分子型燃料電池などの燃料電池の不
良セル検出方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid type in which a unit cell is formed by pressing a fuel electrode on one side of an electrolyte and an air electrode on the other side, and a plurality of the unit cells are laminated. The present invention relates to a method for detecting a defective cell of a fuel cell such as a fuel cell or a polymer electrolyte fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池の性能低下の原因としては、
電極のガス拡散性の低下に起因するもの、発電部分
(電解質)からのガスのリーク(クロスリーク)に起因
するもの、触媒の劣化に起因するもの、電解質の抵
抗増大に起因するもの、などに大別される。これらの劣
化要因を判別する方法として、従来、開回路電圧を測定
する方法とか、酸素利用率試験、水素利用率試験、負荷
変動試験などがあった。2. Description of the Related Art The cause of performance deterioration of a fuel cell is as follows.
Some are caused by a decrease in gas diffusivity of the electrode, some are caused by gas leakage (cross leak) from the power generation part (electrolyte), some are caused by catalyst deterioration, and some are caused by increase in electrolyte resistance. It is roughly divided. Conventionally, methods for determining these deterioration factors include a method of measuring an open circuit voltage, an oxygen utilization test, a hydrogen utilization test, and a load fluctuation test.
【0003】ところが、単位セルの劣化では、前述した
劣化の要因が複合化していることが多く、主要な劣化が
何であるかを判別しづらい問題があった。殊に、単位セ
ルの発電部分でクロスリークを引き起こしている場合、
そのまま継続して運転すると、空気極での反応熱などに
起因してクロスリークがさらに悪化し、触媒の劣化に波
及するなど重大なトラブルを引き起こすことが多く、ク
ロスリークを引き起こしている単位セルまたはそれを含
んだサブスタックの有無の判別は非常に重要である。However, in the case of unit cell deterioration, the above-mentioned causes of deterioration are often compounded, and it is difficult to determine what the main deterioration is. In particular, when a cross leak occurs in the power generation part of the unit cell,
If the operation is continued as it is, the cross leak is further deteriorated due to the reaction heat at the air electrode, etc., and often causes serious troubles such as spreading to the deterioration of the catalyst. It is very important to determine the presence or absence of a substack that includes it.
【0004】このようなクロスリークを判別する方法と
しては、前述方法のうち、開回路電圧を測定する方法が
比較的有効であり、従来は、この開回路電圧を測定する
方法を採用している。As a method of determining such a cross leak, a method of measuring an open circuit voltage among the above-mentioned methods is relatively effective. Conventionally, a method of measuring the open circuit voltage is employed. .
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、開回路
電圧を測定する方法では、単位セルが高電圧に曝される
ため、特に高温状態においては、単位セルを劣化させて
しまう欠点があった。また、開回路電圧を測定する方法
では、単位セルの周辺部やあまり反応に影響の無い部分
からのリークをもクロスリークを引き起こしているもの
と判別してしまう欠点があった。However, the method of measuring the open circuit voltage has a drawback that the unit cell is deteriorated particularly in a high temperature state since the unit cell is exposed to a high voltage. Further, the method of measuring the open circuit voltage has a drawback that a leak from the peripheral portion of the unit cell or a portion that does not significantly affect the reaction is determined as causing cross leak.
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項1および請求項3に係る発明
は、単位セルにダメージを与えることなく、発電部分か
らクロスリークを引き起こしている単位セルまたはサブ
スタックを精度良く検出できるようにすることを目的と
し、請求項2に係る発明は、燃料極のガス拡散性の低下
をも検出できるようにすることを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and the invention according to claims 1 and 3 causes a cross leak from a power generation portion without damaging a unit cell. It is an object of the present invention to enable a unit cell or a sub-stack to be accurately detected, and an object of the invention according to claim 2 to be able to detect a decrease in gas diffusivity of an anode.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
上述のような目的を達成するために、電解質の一方の面
に燃料極を、他方の面に空気極をそれぞれ圧着して単位
セルを構成し、前記単位セルの複数個を積層した燃料電
池の不良セル検出方法であって、前記燃料極に供給する
燃料ガス中にヘリウムガスを添加し、前記ヘリウムガス
を添加する前と添加した後それぞれでの前記単位セル、
または、前記単位セルの複数個から成るサブスタックそ
れぞれの電圧を測定し、その電圧の低下度合いから、発
電部分からクロスリークを引き起こしている単位セルま
たはサブスタックを検出することを特徴としている。The invention according to claim 1 is
In order to achieve the above object, a fuel cell is formed by pressing a fuel electrode on one surface of an electrolyte and an air electrode on the other surface to form a unit cell, and a plurality of the unit cells are stacked. A defective cell detection method, wherein helium gas is added to the fuel gas supplied to the fuel electrode, and the unit cells before and after the addition of the helium gas,
Alternatively, a voltage of each of the sub-stacks including a plurality of the unit cells is measured, and a unit cell or a sub-stack which causes a cross leak from the power generation part is detected from a degree of the voltage drop.
【0008】また、請求項2に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、請求項1に記載の燃料電池の
不良セル検出方法において、空気極中にリークしてきた
ヘリウムガスの濃度を測定し、測定濃度と電圧の低下度
合いとから、クロスリークの度合いを検出するものであ
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a defective cell of a fuel cell according to the first aspect, wherein the concentration of helium gas leaking into the air electrode is attained. Is measured, and the degree of cross leak is detected from the measured density and the degree of voltage decrease.
【0009】また、請求項3に係る発明は、前述のよう
な目的を達成するために、電解質の一方の面に燃料極
を、他方の面に空気極をそれぞれ圧着して単位セルを構
成し、前記単位セルの複数個を積層した燃料電池の不良
セル検出方法であって、前記空気極に供給する空気中に
ヘリウムガスを添加し、前記ヘリウムガスを添加する前
と添加した後それぞれでの前記単位セル、または、前記
単位セルの複数個から成るサブスタックそれぞれの電圧
を測定するとともに、前記燃料極中にリークしてきたヘ
リウムガスの濃度を測定し、測定濃度と電圧の低下度合
いとから、発電部分からクロスリークを引き起こしてい
る単位セルまたはサブスタックを検出することを特徴と
している。According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a unit cell is formed by pressing a fuel electrode on one surface of an electrolyte and an air electrode on the other surface. A method for detecting a defective cell of a fuel cell in which a plurality of the unit cells are stacked, wherein helium gas is added to air supplied to the air electrode, and before and after the helium gas is added, respectively. The unit cell, or, while measuring the voltage of each of the sub-stack composed of a plurality of unit cells, measure the concentration of helium gas that has leaked into the fuel electrode, from the measured concentration and the degree of decrease in voltage, It is characterized by detecting a unit cell or a substack causing a cross leak from a power generation part.
【0010】[0010]
【作用】請求項1に係る発明の燃料電池の不良セル検出
方法の構成によれば、不活性で拡散性が良いヘリウムガ
スを燃料極に供給される燃料ガスに添加することによ
り、クロスリークを引き起こしている単位セルまたはサ
ブスタックでは、拡散性が良いヘリウムガスが空気極側
に拡散して空気極での電極反応が阻害され、正常なセル
と比較して電圧の低下度合いが大きくなると推定される
ことに着目し、電圧の低下度合いに基づいて、発電部分
からクロスリークを引き起こしている単位セルまたはサ
ブスタックを検出することができる。According to the configuration of the method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the first aspect of the present invention, helium gas, which is inert and has good diffusibility, is added to the fuel gas supplied to the fuel electrode to reduce cross leak. In the causing unit cell or sub-stack, it is estimated that helium gas with good diffusibility diffuses to the air electrode side, impeding the electrode reaction at the air electrode, and the degree of voltage drop is larger than that of a normal cell. Focusing on this fact, it is possible to detect a unit cell or a sub-stack causing a cross leak from the power generation part based on the degree of voltage drop.
【0011】また、請求項2に係る発明の燃料電池の不
良セル検出方法の構成によれば、クロスリークが原因で
は無く、燃料極のガスの拡散性が低下した単位セルまた
はサブスタックでは、クロスリークが起こりにくいにも
かかわらず、ヘリウムガスの添加前後での電圧の低下度
合いが大きくなることに着目し、空気極中にリークして
きたヘリウムガスの濃度を測定し、測定濃度と電圧の低
下度合いとから、その原因がクロスリークか燃料極のガ
スの拡散性の低下かを判別することができる。詳述すれ
ば、電圧の低下度合いが大きく、かつ、リークしてきた
ヘリウムガスの濃度が高ければ、発電部分からクロスリ
ークを引き起こしている単位セルまたはサブスタックで
あると判別し、一方、電圧の低下度合いが大きくても、
リークしてきたヘリウムガスの濃度が低ければ、燃料極
のガスの拡散性が低下している単位セルまたはサブスタ
ックであると判別することができる。Further, according to the configuration of the method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the second aspect of the present invention, the unit cell or the sub-stack in which the gas diffusion property of the fuel electrode is reduced is not caused by the cross leak. Focusing on the fact that the voltage drop before and after the addition of helium gas increases despite the fact that the leak is unlikely to occur, measure the concentration of helium gas that has leaked into the air electrode. Thus, it can be determined whether the cause is a cross leak or a decrease in gas diffusivity at the fuel electrode. More specifically, if the degree of voltage drop is large and the concentration of leaked helium gas is high, it is determined that the unit cell or substack is causing a cross leak from the power generation part, while the voltage drop is low. Even if the degree is large,
If the concentration of the leaked helium gas is low, it can be determined that the unit cell or the sub-stack has a low gas diffusion property of the fuel electrode.
【0012】また、請求項3に係る発明の燃料電池の不
良セル検出方法の構成によれば、不活性で拡散性が良い
ヘリウムガスを空気極に供給する空気中に添加すること
により、発電部分からクロスリークを引き起こしている
単位セルまたはサブスタックでは、拡散性が良いヘリウ
ムガスが空気極側から燃料極側へリークすることで燃料
極での電極反応が阻害され、正常なセルと比較して電圧
の低下度合いが大きくなると推定されることに着目し、
燃料極中にリークしてきたヘリウムガスの濃度を測定す
ることと併せて、電圧の低下度合いが大きく、かつ、リ
ークしてきたヘリウムガスの濃度が高い場合に、発電部
分からクロスリークを引き起こしている単位セルまたは
サブスタックであると判別し、発電部分からクロスリー
クを引き起こしている単位セルまたはサブスタックを検
出することができる。Further, according to the configuration of the method for detecting defective cells of a fuel cell according to the third aspect of the present invention, helium gas which is inert and has good diffusibility is added to the air supplied to the air electrode, so that the power generation portion In a unit cell or sub-stack that causes cross-leak from, helium gas with good diffusibility leaks from the air electrode side to the fuel electrode side, impeding the electrode reaction at the fuel electrode, and comparing with a normal cell. Focusing on the fact that the degree of voltage drop is estimated to be large,
A unit that causes cross-leak from the power generation part when the degree of voltage drop is large and the concentration of leaked helium gas is high, in addition to measuring the concentration of helium gas leaked into the fuel electrode It is possible to determine that the cell or the substack is a cell or a substack, and to detect a unit cell or a substack causing a cross leak from the power generation portion.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料電池
の不良セル検出方法の実施対象の燃料電池を示すブロッ
ク図であり、燃料電池1が、多数個の単位セル2を積層
して構成されている。Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell to which a method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the present invention is applied. The fuel cell 1 is configured by stacking a large number of unit cells 2.
【0014】各単位セル2に、燃料ガスとして改質器3
で製造された改質ガス(水素リッチガス)が供給される
ようになっている。改質器3に原燃料供給管4が接続さ
れ、天然ガスやメタノールなどの原燃料を改質して改質
ガスを製造するようになっている。Each unit cell 2 contains a reformer 3 as a fuel gas.
The reformed gas (hydrogen-rich gas) produced in the above is supplied. A raw fuel supply pipe 4 is connected to the reformer 3 to reform a raw fuel such as natural gas or methanol to produce a reformed gas.
【0015】単位セル2は、図2の要部の概略構成図に
示すように、電解質5の一方の面に燃料極6が圧着され
るとともに、他方の面に空気極7が圧着され、燃料極6
および空気極7それぞれの電解質5とは反対側の面にセ
パレータ8を設けて構成されている。The unit cell 2 has a fuel electrode 6 crimped on one surface of an electrolyte 5 and an air electrode 7 crimped on the other surface, as shown in a schematic configuration diagram of a main part of FIG. Pole 6
A separator 8 is provided on the surface of the air electrode 7 opposite to the electrolyte 5.
【0016】本発明方法の第1実施例について説明すれ
ば、上述のような燃料電池1に対して、燃料極6に供給
する燃料ガス中にヘリウムガス(He)を添加し、ヘリ
ウムガスを添加する前と添加した後それぞれでの単位セ
ル2…それぞれの電圧を測定し、その電圧の低下度合い
から、発電部分からクロスリークを引き起こしている単
位セル2を検出する。また、空気排ガス中のヘリウムガ
スの濃度を測定することによって、空気極7中にリーク
してきたヘリウムガスの濃度を測定する。このヘリウム
ガスの濃度の測定は、燃料極6中から排出される空気排
ガスをサンプリングしてガスクロマトグラフィー分析な
どにより行う。To explain the first embodiment of the method of the present invention, helium gas (He) is added to the fuel cell 1 as described above, and helium gas is added to the fuel gas supplied to the anode 6. Before and after the addition, the voltage of each unit cell 2... Is measured, and the unit cell 2 causing the cross leak from the power generation part is detected from the degree of the voltage drop. The concentration of helium gas leaked into the air electrode 7 is measured by measuring the concentration of helium gas in the air exhaust gas. The measurement of the helium gas concentration is performed by sampling air exhaust gas discharged from the fuel electrode 6 and performing gas chromatography analysis or the like.
【0017】以上の構成により、電圧の低下度合いとヘ
リウムガスの測定濃度とから、クロスリークの度合いを
検出し、電圧の低下度合いが大きく、かつ、リークして
きたヘリウムガスの濃度が高い場合には、発電部分から
クロスリークを引き起こしている単位セル2であると判
別できる。With the above configuration, the degree of cross leak is detected from the degree of voltage drop and the measured concentration of helium gas. If the degree of voltage drop is large and the concentration of leaked helium gas is high, It can be determined that the unit cell 2 causes a cross leak from the power generation part.
【0018】一方、電圧の低下度合いが大きくても、リ
ークしてきたヘリウムガスの濃度が低い場合には、燃料
極6のガスの拡散性が低下していると判別できる。この
場合、燃料電池1に加湿水蒸気を供給する加湿器(図示
せず)の温度を調整することにより電解質5との境界部
の電解質膜の乾燥度合いを調整し、燃料極6のガスの拡
散性を改善することができる。On the other hand, even if the degree of the voltage drop is large, when the concentration of the leaked helium gas is low, it can be determined that the gas diffusivity of the fuel electrode 6 is lowered. In this case, by adjusting the temperature of a humidifier (not shown) for supplying humidified steam to the fuel cell 1, the degree of drying of the electrolyte membrane at the boundary with the electrolyte 5 is adjusted, and the gas diffusivity of the fuel electrode 6 is adjusted. Can be improved.
【0019】次に、本発明方法の第2実施例について説
明する。空気極7に供給する空気中にヘリウムガスを添
加し、ヘリウムガスを添加する前と添加した後それぞれ
での単位セル2それぞれの電圧を測定するとともに、燃
料排ガス中のヘリウムガスの濃度を測定することによっ
て、燃料極6中にリークしてきたヘリウムガスの濃度を
測定し、測定濃度と電圧の低下度合いとから、前述第1
実施例と同様に、発電部分からクロスリークを引き起こ
している単位セルを検出する。Next, a second embodiment of the method of the present invention will be described. The helium gas is added to the air supplied to the air electrode 7, the voltage of each unit cell 2 is measured before and after the helium gas is added, and the concentration of the helium gas in the fuel exhaust gas is measured. Thus, the concentration of the helium gas leaked into the fuel electrode 6 is measured, and the first concentration is determined based on the measured concentration and the degree of voltage decrease.
As in the embodiment, a unit cell causing a cross leak is detected from the power generation part.
【0020】この第2実施例による場合、第1実施例の
場合に比べて、クロスリークや燃料極6のガスの拡散性
の低下があった場合の電圧の低下度合いが小さいが、劣
化の原因が空気極7でのクロスリークにあることを判断
する上では有効である。In the case of the second embodiment, the degree of voltage drop in the case of cross leakage or a decrease in gas diffusivity of the fuel electrode 6 is smaller than in the case of the first embodiment. Is effective in determining that there is a cross leak at the air electrode 7.
【0021】次に、上記第1実施例による具体実験例に
ついて説明する。320個の単位セル2を用いたリン酸型
燃料電池において、燃料極6に供給する燃料ガス中に約
5%分のヘリウムガス(He)を添加し、ヘリウムガス
を添加する前と添加した後それぞれのサブスタック電圧
(単位セル8個の電圧)を測定したところ、図3の各サ
ブスタックの電圧とヘリウムガス添加前後の電圧変化の
グラフに示す結果が得られた。Next, a specific experimental example according to the first embodiment will be described. In a phosphoric acid fuel cell using 320 unit cells 2, about 5% of helium gas (He) is added to the fuel gas supplied to the anode 6, before and after the helium gas is added. When the voltage of each sub-stack (voltage of eight unit cells) was measured, the results shown in the graph of the voltage of each sub-stack and the voltage change before and after the addition of helium gas in FIG. 3 were obtained.
【0022】上記結果から、No.36 のサブスタックで、
電圧の低下度合いが他のサブスタックよりも大きいこと
が明らかである。また、このとき、空気極7から排出さ
れる空気排ガス中のヘリウムガスの濃度を測定したとこ
ろ、空気排ガス中のヘリウムガスの濃度が5000ppm であ
り、No.36 のサブスタックにおいて、発電部分からクロ
スリークを引き起こしていることを検出した。このNo.3
6 のサブスタックを分解したところ、クロスリークを生
じていたことを確認でき、本発明方法が、発電部分から
クロスリークを引き起こしている不良セルを検出する上
で非常に有効であることを確認できた。From the above results, in the No. 36 sub-stack,
It is clear that the voltage drop is greater than the other sub-stacks. At this time, when the concentration of helium gas in the air exhaust gas discharged from the air electrode 7 was measured, the concentration of the helium gas in the air exhaust gas was 5,000 ppm. The leak was detected. This No.3
When the sub-stack of Fig. 6 was disassembled, it was confirmed that a cross leak had occurred, and it was confirmed that the method of the present invention was extremely effective in detecting a defective cell causing a cross leak from the power generation part. Was.
【0023】本発明方法は、単位セル2ごとに電圧を計
測して単位セル2の性能劣化を評価する場合に限らず、
例えば、単位セル2の5〜8個を一単位としたサブスタ
ックごとに電圧を計測し、サブスタックで性能劣化を評
価するように構成するものでも良い。The method of the present invention is not limited to the case where the voltage is measured for each unit cell 2 and the performance degradation of the unit cell 2 is evaluated.
For example, a configuration may be adopted in which a voltage is measured for each sub-stack in which 5 to 8 unit cells 2 are defined as one unit, and performance degradation is evaluated in the sub-stack.
【0024】本発明方法は、通常、燃料電池1のセル電
圧の変化をモニターしているため、その電圧が低下した
ときに行えば良い。また、例えば、フィルターやイオン
交換樹脂膜の交換時期に同時に併せて行うようにしても
良い。The method of the present invention usually monitors a change in the cell voltage of the fuel cell 1, and may be performed when the voltage drops. Further, for example, it may be performed simultaneously with the replacement time of the filter or the ion exchange resin membrane.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に係る発明の燃料電池の不良セル検出方法によれば、
不活性で拡散性が良いヘリウムガスを燃料極に供給され
る燃料ガスに添加し、そのヘリウムガスの添加前後での
電圧の低下度合いに基づいて、発電部分からクロスリー
クを引き起こしている単位セルまたはサブスタックを検
出するから、従来の開回路電圧を測定する方法における
ような高電圧に起因する劣化といった単位セルにダメー
ジを与えることなく、発電部分からクロスリークを引き
起こしている単位セルまたはサブスタックを精度良く検
出できる。しかも、この検出方法は、不活性ヘリウムガ
スを添加するから、通常の運転中に行うことができ、起
動停止に時間がかかる燃料電池に対して、運転を継続し
たままで不良セルを検出でき、極めて有効である。As is apparent from the above description, according to the method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the first aspect of the present invention,
Helium gas that is inert and has good diffusibility is added to the fuel gas supplied to the fuel electrode, and based on the degree of voltage drop before and after the addition of the helium gas, a unit cell or a unit cell that causes cross leak from the power generation part Since the sub-stack is detected, the unit cell or sub-stack that causes a cross leak from the power generation part can be removed without damaging the unit cell such as deterioration due to high voltage as in the conventional method of measuring the open circuit voltage. It can be detected with high accuracy. Moreover, this detection method can be performed during normal operation because the inert helium gas is added, and for a fuel cell that takes a long time to start and stop, a defective cell can be detected while the operation is continued, Extremely effective.
【0026】また、請求項2に係る発明の燃料電池の不
良セル検出方法によれば、ヘリウムガスの添加前後での
電圧の測定に加えて、空気極中にリークしてきたヘリウ
ムガスの濃度を測定し、クロスリークの有無を直接的に
確認するから、発電部分からクロスリークを引き起こし
ている単位セルまたはサブスタックのみならず、クロス
リークでは無くて燃料極のガスの拡散性が低下している
単位セルまたはサブスタックをも検出でき、極めて有用
である。燃料極のガスの拡散性が低下した単位セルまた
はサブスタックであれば、例えば、固体高分子型燃料電
池では、燃料極に加湿水蒸気を供給する加湿器に対し
て、その加湿器の温度を調整することにより、電解質膜
の乾燥の度合いを調整して単位セルまたはサブスタック
の電圧の低下を改善でき、不良セルと誤判断して交換す
るといったことを回避でき、経済性を向上できる。According to the method for detecting defective cells of a fuel cell according to the second aspect of the present invention, in addition to measuring the voltage before and after the addition of helium gas, the concentration of helium gas leaking into the air electrode is measured. However, since the presence or absence of cross leak is directly checked, not only the unit cell or sub-stack causing cross leak from the power generation part, but also the unit where not the cross leak but the gas diffusion property of the fuel electrode is reduced Cells or substacks can also be detected, which is extremely useful. In the case of a unit cell or sub-stack in which the gas diffusion property of the anode is reduced, for example, in a polymer electrolyte fuel cell, the temperature of the humidifier is adjusted with respect to the humidifier that supplies humidified steam to the anode. By doing so, the degree of drying of the electrolyte membrane can be adjusted to reduce the voltage drop of the unit cell or sub-stack, and it can be avoided that the cell is erroneously determined to be a defective cell and replaced, thereby improving economical efficiency.
【0027】また、請求項3に係る発明の燃料電池の不
良セル検出方法によれば、不活性で拡散性が良いヘリウ
ムガスを空気極に供給される空気に添加し、そのヘリウ
ムガスの添加前後での電圧の低下度合いに基づいて、発
電部分からクロスリークを引き起こしている単位セルま
たはサブスタックを検出するから、従来の開回路電圧を
測定する方法におけるような高電圧に起因する劣化とい
った単位セルまたはサブスタックにダメージを与えるこ
となく、発電部分からクロスリークを引き起こしている
単位セルまたはサブスタックを精度良く検出できる。し
かも、この検出方法は、不活性ヘリウムガスを添加する
から、通常の運転中に行うことができ、起動停止に時間
がかかる燃料電池に対して、運転を継続したままで不良
セルを検出でき、極めて有効である。According to the method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the third aspect of the present invention, helium gas which is inert and has good diffusibility is added to the air supplied to the air electrode, and before and after the addition of the helium gas. Unit cells or sub-stacks that cause cross-leak from the power generation part based on the degree of voltage drop in the unit cell, so that unit cells such as deterioration due to high voltage as in the conventional method of measuring open circuit voltage Alternatively, it is possible to accurately detect a unit cell or a sub stack causing a cross leak from a power generation portion without damaging the sub stack. Moreover, this detection method can be performed during normal operation because the inert helium gas is added, and for a fuel cell that takes a long time to start and stop, a defective cell can be detected while the operation is continued, Extremely effective.
【図1】本発明に係る燃料電池の不良セル検出方法の実
施対象の燃料電池を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell to which a method for detecting a defective cell of a fuel cell according to the present invention is applied.
【図2】燃料電池の要部の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of a fuel cell.
【図3】各単位セル(サブスタック)の電圧とヘリウム
ガス添加前後の電圧変化を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a voltage of each unit cell (sub-stack) and a voltage change before and after helium gas addition.
1…燃料電池発電システム 2…単位セル 5…電解質 6…燃料極 7…空気極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell power generation system 2 ... Unit cell 5 ... Electrolyte 6 ... Fuel electrode 7 ... Air electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 修 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA04 AA06 KK31 KK54 MM04 MM09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Osamu Yamazaki 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi F-term in Osaka Gas Co., Ltd. (reference) 5H027 AA04 AA06 KK31 KK54 MM04 MM09
Claims (3)
に空気極をそれぞれ圧着して単位セルを構成し、前記単
位セルの複数個を積層した燃料電池の不良セル検出方法
であって、 前記燃料極に供給する燃料ガス中にヘリウムガスを添加
し、前記ヘリウムガスを添加する前と添加した後それぞ
れでの前記単位セル、または、前記単位セルの複数個か
ら成るサブスタックそれぞれの電圧を測定し、その電圧
の低下度合いから、発電部分からクロスリークを引き起
こしている単位セルまたはサブスタックを検出すること
を特徴とする燃料電池の不良セル検出方法。1. A method for detecting a defective cell of a fuel cell, comprising forming a unit cell by pressing a fuel electrode on one surface of an electrolyte and an air electrode on the other surface thereof, and laminating a plurality of the unit cells. A helium gas is added to the fuel gas supplied to the fuel electrode, and the unit cells before and after the helium gas is added, or each of the sub-stacks each including a plurality of the unit cells. A method for detecting a defective cell of a fuel cell, comprising measuring a voltage and detecting a unit cell or a sub-stack causing a cross leak from a power generation part based on a degree of decrease in the voltage.
出方法において、 空気極中にリークしてきたヘリウムガスの濃度を測定
し、測定濃度と電圧の低下度合いとから、クロスリーク
の度合いを検出するものである燃料電池の不良セル検出
方法。2. The method for detecting a defective cell of a fuel cell according to claim 1, wherein the concentration of helium gas leaking into the air electrode is measured, and the degree of cross leak is determined from the measured concentration and the degree of decrease in voltage. A method for detecting a defective cell of a fuel cell to be detected.
に空気極をそれぞれ圧着して単位セルを構成し、前記単
位セルの複数個を積層した燃料電池の不良セル検出方法
であって、 前記空気極に供給する空気中にヘリウムガスを添加し、
前記ヘリウムガスを添加する前と添加した後それぞれで
の前記単位セル、または、前記単位セルの複数個から成
るサブスタックそれぞれの電圧を測定するとともに、前
記燃料極中にリークしてきたヘリウムガスの濃度を測定
し、測定濃度と電圧の低下度合いとから、発電部分から
クロスリークを引き起こしている単位セルまたはサブス
タックを検出することを特徴とする燃料電池の不良セル
検出方法。3. A method for detecting a defective cell in a fuel cell, comprising forming a unit cell by pressing a fuel electrode on one surface of an electrolyte and an air electrode on the other surface thereof, and laminating a plurality of the unit cells. Helium gas is added to the air supplied to the air electrode,
The voltage of the unit cell before and after the addition of the helium gas, or the voltage of each of the sub-stacks composed of a plurality of the unit cells, and the concentration of the helium gas leaked into the fuel electrode A method for detecting a defective cell of a fuel cell, comprising: detecting a unit cell or a sub-stack causing a cross leak from a power generation portion from a measured concentration and a degree of voltage decrease.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001099852A JP2002298890A (en) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | Defective cell detection method for fuel cell |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005251482A (en) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Toyota Motor Corp | Fuel cell performance analysis method |
JP2006351396A (en) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
WO2007018035A1 (en) | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for repairing electrolyte film thereof |
US7829233B2 (en) | 2005-08-09 | 2010-11-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and method for judging fuel gas leak in a fuel cell system |
JP2011028965A (en) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Method for inspecting fuel cell stack |
JP2012511800A (en) * | 2008-12-11 | 2012-05-24 | インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for inspecting sealing of fuel cell laminate |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001099852A patent/JP2002298890A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005251482A (en) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Toyota Motor Corp | Fuel cell performance analysis method |
JP2006351396A (en) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
WO2007018035A1 (en) | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for repairing electrolyte film thereof |
US7829233B2 (en) | 2005-08-09 | 2010-11-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and method for judging fuel gas leak in a fuel cell system |
US8580442B2 (en) | 2005-08-09 | 2013-11-12 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method of repairing electrolyte membrane thereof |
JP2012511800A (en) * | 2008-12-11 | 2012-05-24 | インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for inspecting sealing of fuel cell laminate |
JP2011028965A (en) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Method for inspecting fuel cell stack |
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