燃料电池的检査方法及制造方法
【专利说明】燃料电池的检査方法及制造方法
[0001]本申请主张基于在2014年10月27日提出申请的申请编号2014-218182号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池。
【背景技术】
[0003]作为包含离聚物的燃料电池的检查方法，已知有如下的手法。首先，在定期检修时测定燃料电池的最大输出。在测定的值为规定值的60%以下的情况下，对燃料电池实施热处理(加热处理)。在热处理后，若最大输出变得大于规定值的60%，则判断为继续使用没有问题。这样判断是因为推定出在热处理前最大输出值为规定值的60%以下的理由是离聚物的膨润。能够这样推定是因为离聚物的膨润通过热处理会恢复(JP2013-122815)。
【发明内容】
[0004]在上述在先技术的情况下，并未考虑过渡性的运转条件下的输出的检查。本发明立足于上述在先技术，以实现过渡性的运转条件下的输出的检查为解决课题。
[0005]本发明用于解决上述课题，能够作为以下的方式实现。
[0006]根据本发明的一方式，提供一种检查燃料电池的方法。该方法包括:上升工序，使电流密度以规定速度以上的速度上升；及判定工序，将电流密度达到规定电流密度以上时的电压值即第一电压值与作为判定基准的第二电压值进行比较，从而判定所述燃料电池是正常还是异常。根据该方式，能够检查过渡性的运转条件。这是因为，基于第一电压值的判定反映了过渡性的运转条件。反映过渡性的运转条件是因为，第一电压值是使电流密度以规定速度以上的速度上升且到达了规定电流密度以上时的电压值。
[0007]在上述方式中，可以的是，所述第二电压值是从所述上升工序完成起经过规定时间后的单电池电压，在所述判定工序中，在所述第二电压值与所述第一电压值之差即电压差为基准值以上的情况下，判定为异常。根据该方式，即使不考虑由燃料电池的个体差引起的变动也能够判定。
[0008]在上述方式中，可以的是，在所述判定工序中，在所述电压差为所述基准值以上的情况下判定为第一异常，在所述第二电压值小于规定值的情况下判定为与所述第一异常不同的第二异常。根据该方式，能够区别第一异常与第二异常。
[0009]在上述方式中，可以的是，所述第二电压值是预先确定的固定值，在所述判定工序中，在所述第一电压值小于所述第二电压值的情况下，判定为异常。根据该方式，检查时间缩短。
[0010]在上述方式中，可以的是，所述规定速度为0.5A/(cm2.sec)。
[0011]在上述方式中，可以的是，所述上升完成时的电流密度是该燃料电池的使用范围内的最大输出时的电流密度。根据该方式，能够检查成为最大输出的情况。
[0012]在上述方式中，可以的是，所述上升开始前的电流密度为0.2A/cm2以下。根据该方式，能够检查从0.2A/cm2以下起电流密度上升的情况。
[0013]本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，在所述判定工序中，在所述电压差小于所述基准值的情况下所述第二电压值为阈值以上时判定为正常。或者，能够以包含上述的检查方法的燃料电池的制造方法、用于实现上述的检查方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的存储介质等方式实现。
【附图说明】
[0014]图1是发电检查系统的概略结构图。
[0015]图2是检查处理的工序图。
[0016]图3是表示通过检查处理而单电池电压和电流密度变化的情况的坐标图。
[0017]图4是表示输出与每单位面积的阳离子污染量之间的关系的坐标图。
[0018]图5是表示燃料电池的电压-电流特性的坐标图。
[0019]图6是表示使电流密度上升下降的情况的坐标图。
[0020]图7是表示单电池电压和电流密度变化的情况的坐标图(比较例)。
[0021 ]图8是表示单电池电压和电流密度变化的情况的坐标图(比较例)。
[0022]图9是表示燃料电池的制造方法的工序图。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了发电检查系统100的概略结构。发电检查系统100是检查机动车用的燃料电池组的系统。发电检查系统100具备中间板10、单电池监测器20、数据收集系统30。燃料电池组具有将多个单电池FC层叠的堆叠结构。单电池FC具有发电体和夹住该发电体的隔板。发电体包括MEA (膜电极接合体)。MEA通过阴极电极、电解质膜、阳极电极接合而构成。
[0024]中间板10配置在单电池FC彼此之间。由多个单电池FC和多个中间板10构成的层叠体被沿图1的空心箭头所示的方向施加载荷而紧固。
[0025]单电池监测器20是测定各单电池FC的单电池电压的装置。单电池监测器20经由单电池监测器线缆22而与多个中间板10分别连接。
[0026]数据收集系统30经由动力线缆(power cable) 24而与单电池监测器20连接。数据收集系统30取得通过单电池监测器20测定到的各单电池FC的单电池电压。数据收集系统30与上述的层叠体形成闭回路40。数据收集系统30通过内置的回路，控制在闭回路40中流动的电流值。
[0027]发电检查系统100具备用于向多个单电池FC供给氢的燃料气体供给系统(未图示)、用于向多个单电池FC供给空气的氧化剂气体供给系统(未图示)、及用于使冷却水向多个中间板10流动的冷却水供给系统(未图示)。供给的空气的相对湿度被控制成规定值。规定值是用于再现不对空气进行加湿地向阴极供给的运转(无加湿运转)的值。
[0028]图9是表示燃料电池的制造方法的工序图。首先，制造多个单电池FC(步骤S103)。接下来，实施检查处理(S107)。接下来，使用在检查处理中检查合格的单电池FC来制造燃料电池组(S200)。然后，使用制造出的燃料电池组来制造燃料电池(S300)。图2是检查处理的工序图。检查处理为了检查各单电池FC，由数据收集系统30执行。在检查处理时，供给必要量的氢、空气、冷却水。
[0029]图3是表示通过检查处理而单电池FC的单电池电压和电流密度变化的情况的坐标图。以下，参照图3，说明检查处理。
[0030]首先，将各单电池FC的电流密度控制成规定值Jl (步骤S110)。规定值Jl是用于实现生成水少的运转的电流密度，在本实施方式中为0.05A/cm2以上且0.2A/cm2以下的任意的值。电流密度的控制通过控制在闭回路40中流动的电流值来实现。电流密度的算出通过将在闭回路40中流动的电流值除以各单电池FC的发电区域的面积值来实现。该面积值预先向数据收集系统30输入。
[0031]接下来，使电流密度上升至最大值J2(步骤S120)。最大值J2是燃料电池的最大输出时的电流密度，在本实施方式中为2.0A/cm2以上且3.0A/cm2以下。上升速度设定为
0.5A/(cm2.sec)。图3示出了从tl时刻起电流密度的上升开始且在t2时刻处电流密度的上升结束的情况。当电流密度上升时，根据单电池FC的电压-电流特性，如图3所示，单电池电压下降。
[0032]接下来，在电流密度达到最大值J2起经过规定时间之后(t3时刻)，取得各单电池FC的单电池电压V3 (步骤S130)。规定时间是O秒至10秒的任意的时间，在本实施方式中米用5秒。
[0033]图3示出了在正常的情况下取得电压V3a、在阳离子污染的情况下取得电压V3b、在其他的异常的情况下取得V3c的情况。
[0034]阳离子污染是指电解质膜包含的磺酸基因阳离子而受毒的现象。阳离子是例如铁、铝、镍、铈、钴等的阳离子。这些阳离子混入电解质膜的原因多种多样。例如，在制造工序中作为异物而混入，或者在发电时从其他的构件溶出而混入。铁、铝、镍有时在制造工序中混入或从辅机部件、隔板溶出而混入。铈、钴有时从防氧化剂(自由基淬灭剂)溶出而混入。磺酸基因阳离子而受毒后，质子传导的阻力增大，尤其是干燥时输出下降。
[0035]在步骤S130之后，将电流密度维持为最大值J2而经过了规定时间之后(t4时刻)，取得各单电池FC的单电池电压V4(步骤S140)。作为规定时间，在本实施方式中采用10分钟。图3示出了在正常的情况及阳离子污染的情况下取得电压V4a、在其他的异常的情况下取得V4c的情况。
[0036]接下来，针对各单电池FC，判定单电池电压V4与单电池电压V3之差(以下称为“电压差AV”)是否小于阈值Vtl (步骤S150)。在存在电压差AV为阈值Vtl以上的单电池FC的情况下(步骤S150为“否”)，判定为该单电池FC是发生了阳离子污染的不合格品(步骤 S160)。
[0037]在前述的阳离子污染的情况下，电压差AV是(电压V4a_电压V3b)，为阈值Vtl以上。相对于此，在正常的情况下，电压差AV为(电压V4a_电压V3a)，在其他的异常的情况下，电压差AV为(电压V4c_电压V3c)，都小于阈值Vt I。
[0038]图4是表示燃料电池的输出(W)与MEA的每单位面积的阳离子污染量(μ g/cm2)之间的关系的坐标图。图5是表示燃料电池的电压-电流特性的坐标图。以下，使用这两个坐标图，说明阳离子污染的影响。
[0039]图4所示的坐标图示出了稳态时的情况的特性和过渡时的情况的特性。稳态时是将电流密度控制为恒定的期间。过渡时是如作为检查处理的步骤S120说明的那样电流密度刚上升之后。这些特性是电流密度高的情况(1.2A/cm2以上的规定值)下的特性
[0040]如图4所示，在稳态时的情况下，即使阳离子污染量增大，输出也几乎不下降。相对于此，在过渡时的情况下，当阳离子污染量增大时，输出大幅下降。
[0041]另一方面，图5所示的坐标图示出了阳离子污染量小于基准值的合格品的情况的特性和阳离子污染量为基准值以上的不合格品的情况的特性。在不合格品的情况下，示出了湿润状态及干燥状态时。湿润状态是构成MEA的电解质膜包含的水分量达到良好的质子传导用的量的状态。反之，干燥状态是该水分量少于良好的质子传导用的量的状态。
[0042]如图5所示，在电流密度低的情况下，无论是哪种情况几乎都没有差别。另一方面，当电流密