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公開番号2025109452
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-25
出願番号2024003352
出願日2024-01-12
発明の名称燃料電池モジュール
出願人株式会社豊田自動織機,トヨタ自動車株式会社
代理人インフォート弁理士法人
主分類H01M 8/04664 20160101AFI20250717BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池モジュールの動作状況によらず燃料電池セルのクロスリーク異常の有無を判定できる構成を提供する。
【解決手段】燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを含む燃料電池と、上位システムから与えられる指令に基づいて燃料電池の状態を制御する制御部とを備える。燃料電池の停止を指示する指令を受信したときに、制御部は、燃料電池を停止するための停止シーケンスを開始すると共に、停止シーケンスの中で燃料電池セルのクロスリーク異常の有無を判定する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
複数の燃料電池セルを含む燃料電池と、
上位システムから与えられる指令に基づいて前記燃料電池の状態を制御する制御部と、を備え、
前記燃料電池の停止を指示する前記指令を受信したときに、前記制御部は、前記燃料電池を停止するための停止シーケンスを開始すると共に、前記停止シーケンスの中で前記燃料電池セルのクロスリーク異常の有無を判定する
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
前記燃料電池に供給されるアノードガスの圧力を検知する圧力センサをさらに備え、
前記制御部は、前記停止シーケンスにおいて、
前記燃料電池のカソードを封止し、
前記燃料電池の出力電圧を所定の閾値以下にまで低下させ、
前記アノードガスの圧力を規定値まで上昇させ、
前記圧力センサにより検知される前記アノードガスの圧力の低下速度に基づいて、前記クロスリーク異常の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記燃料電池の出力を昇圧または降圧して負荷に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記制御部は、前記停止シーケンスにおいて、前記負荷を動作させて前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記負荷に電力を供給させることで、前記燃料電池の出力電圧を前記閾値以下にまで低下させる
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに係わり、特に、発電機に利用される燃料電池モジュールに係わる。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池モジュールは、電解質を介して水素と酸素とを電気化学的に反応させることで電力を生成する。例えば、外部負荷からの要求に応じて、燃料電池に供給する水素および／またはエアの量を調整することで、外部負荷が必要とする電力が生成される。
【０００３】
燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層させたセルスタックにより構成される。各燃料電池セルは、電解質膜が一対の電極により挟持されてなる膜／電極接合体と、それを両側から挟み込む一対のセパレータとから構成される。そして、カソード側のセパレータを介して供給されるエア（すなわち、空気）と、アノード側のセパレータを介して供給される水素ガスとの酸化還元反応により発電する。なお、以下の記載では、各セル内の電解質膜を「セル膜」と呼ぶことがある。また、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池を「ＦＣ（Fuel Cell）スタック」と呼ぶことがある。
【０００４】
このようなＦＣスタックにおいては、セル膜に穴が開く「穴開き」またはセル膜が裂ける「膜裂け」などの故障が生じると、アノードとカソードとの間でのクロスリークが増大するクロスリーク異常が発生する。ここで、クロスリークは、非発電中に、アノードとカソードとの間でセル膜を介してガス成分が双方向に浸透する現象である。そして、クロスリーク異常が発生すると、セル電圧が低下することがある。このため、クロスリーク異常の発生の有無を検知する方法が提案されている。一例として、複数の燃料電池セルの各々のセル電圧に基づいて、所定時間におけるセル電圧の低下幅が閾値以上である場合にクロスリーク異常が発生したと判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１４－１９２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、セル電圧（または、他のパラメータ）を測定することで、クロスリーク異常を検知することができる。ただし、この測定は、ＦＣスタックが停止しているときに行うことは出来ない。また、ＦＣスタックが発電している期間も、この測定を行うことは困難である。このため、１つの実施形態として、ＦＣスタックがアイドル状態である期間内にセル電圧（または、他のパラメータ）を測定してクロスリーク異常の有無を判定する手順が考えられる。
【０００７】
しかし、ＦＣスタックが起動された後、アイドル状態を通過することなくＦＣスタックが停止することがある。例えば、発電機として燃料電池モジュールが利用される場合、ＦＣスタックが常に電力を発電して負荷に供給する状態が続くような、アイドル状態が生じない運転状況が想定される。そして、このようなケースでは、クロスリーク異常の有無を判定できないおそれがある。
【０００８】
本発明の１つの側面に係わる目的は、燃料電池モジュールの動作状況によらず燃料電池セルのクロスリーク異常の有無を判定できる構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様に係わる燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを含む燃料電池と、上位システムから与えられる指令に基づいて前記燃料電池の状態を制御する制御部とを備える。そして、前記燃料電池の停止を指示する前記指令を受信したときに、前記制御部は、前記燃料電池を停止するための停止シーケンスを開始すると共に、前記停止シーケンスの中で前記燃料電池セルのクロスリーク異常の有無を判定する。
【００１０】
この構成によれば、燃料電池モジュールの使用形態によらず、その停止時にクロスリーク異常の有無が判定される。したがって、燃料電池セルの電解質膜の破損を早期に発見できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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