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KR101639170B1 - 연료 전지의 제조 방법 - Google Patents

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KR101639170B1
KR101639170B1 KR1020157001211A KR20157001211A KR101639170B1 KR 101639170 B1 KR101639170 B1 KR 101639170B1 KR 1020157001211 A KR1020157001211 A KR 1020157001211A KR 20157001211 A KR20157001211 A KR 20157001211A KR 101639170 B1 KR101639170 B1 KR 101639170B1
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pressure loss
monitoring cell
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슈야 가와하라
아키토 가와스미
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

감시용 셀의 발전 성능을 규정하기 위해, 복수의 통상 셀과, 수소 가스의 압력 손실이 통상 셀보다 큰 감시용 셀을 갖는 연료 전지를 구비하는 연료 전지의 제조 방법은, (a) 감시용 셀의 전압 범위의 상한 전압을 정하는 공정과, (b) 감시용 셀의 전압 범위의 하한 전압을 정하는 공정과, (c) 상한 전압 및 하한 전압에 기초하여, 감시용 셀에 있어서의 수소 가스의 압력 손실의 범위의 상한값 및 하한값을 정하는 공정과, (d) 감시용 셀에 있어서의 수소 가스의 압력 손실이, 압력 손실의 범위에 들어가도록, 감시용 셀을 제조하는 공정을 구비한다.

Description

연료 전지의 제조 방법{FUEL CELL MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 연료 전지의 제조 방법, 연료 전지 및 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
복수의 셀이 적층되어 구성된 연료 전지가 알려져 있다. 연료 전지는, 산소와 수소의 공급을 받아, 전기 화학 반응에 의해 발전한다. 이로 인해, 영하 환경하에 있어서의 난기 운전 시에 있어서, 연료 전지에의 수소의 공급이 부족해진 경우에는, 연료 전지의 발전 성능이 저하된다. 또한, 고온 운전 시에 있어서 연료 전지 내의 전해질막이 극도로 건조된 경우에도, 연료 전지의 발전 성능은 저하된다.
수소 결핍 등의 연료 전지의 이상을 검지하는 기술로서는, 예를 들어 하기의 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 이상 시에 있어서의 전압 변화가, 통상의 셀보다도 민감한 셀, 즉, 통상의 셀보다도 빨리 발전 성능이 저하되는 셀(이하, 감시용 셀이라고도 함)을 연료 전지에 설치하고, 이 감시용 셀의 전압을 감시함으로써, 연료 전지의 이상을 검지한다.
일본 특허 공표 제2002-520778호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-048609호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-170229호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-338921호 공보
그러나, 상기한 특허문헌에는, 감시용 셀의 발전 성능을, 통상 셀에 대해 어느 정도 낮은 성능으로 규정하면 되는지에 대해, 고려되어 있지 않다고 하는 과제가 있었다. 또한, 감시용 셀의 발전 성능이 통상 셀의 발전 성능에 대해 충분히 낮지 않으면, 감시 대상으로서 충분히 기능하지 않는 것과 같은 과제가 있었다. 또한, 감시용 셀의 발전 성능이 지나치게 낮으면, 이상 시에 있어서, 감시용 셀의 전압이 0V 이하의 부전압으로 되어 버려, 감시용 셀이 열화되어 버리는 것과 같은 과제가 있었다. 그 밖에, 종래의 연료 전지 시스템에 있어서는, 그 소형화나, 저비용화, 자원 절약화, 제조의 용이화, 사용 편의성의 향상 등이 요망되고 있었다.
본 발명은 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 복수의 통상 셀과, 수소 가스의 압력 손실이 상기 통상 셀보다 큰 감시용 셀을 갖는 연료 전지의 제조 방법이 제공된다. 이 연료 전지의 제조 방법은, (a) 상기 감시용 셀의 전압 범위의 상한 전압을 정하는 공정과, (b) 상기 감시용 셀의 전압 범위의 하한 전압을 정하는 공정과, (c) 상기 상한 전압 및 상기 하한 전압에 기초하여, 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실의 범위의 상한값 및 하한값을 정하는 공정과, (d) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실이, 상기 압력 손실의 범위에 들어가도록, 상기 감시용 셀을 제조하는 공정을 구비한다. 이 형태에 따르면, 감시용 셀의 전압을, 하한 전압 이상, 상한 전압 이하의 전압 범위에 들어가게 할 수 있으므로, 상한 전압 및 하한 전압을 적절한 값으로 정하면, 감시용 셀을 감시부의 감시 대상으로서 유효하게 기능시키거나, 감시용 셀이 이상 시에 있어서 부전압으로 되는 것을 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 공정 (a)는, (a1) 상기 복수의 통상 셀의 각각의 전압을 측정하고, 상기 복수의 통상 셀의 평균 전압을 구하는 공정과, (a2) 상기 평균 전압으로부터 소정의 값을 감한 값을, 상기 전압 범위의 상기 상한 전압으로서 정하는 공정을 포함해도 된다. 이 형태에 따르면, 감시용 셀의 전압은, 통상 셀의 평균 전압보다 낮아지므로, 감시용 셀을 감시부의 감시 대상으로서 유효하게 기능시킬 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 공정 (a2)는, (a2-1) 상기 복수의 통상 셀의 전압의 표준 편차를 구하는 공정과, (a2-2) 상기 표준 편차를 3배한 값을 상기 소정의 값으로서 정하는 공정을 포함해도 된다. 이 형태에 따르면, 감시용 셀의 전압은, 거의 모든 통상 셀의 전압보다도 낮아지므로, 감시용 셀을 감시부의 감시 대상으로서 더욱 유효하게 기능시킬 수 있다.
(4) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 공정 (b)는, (b1) 소정의 조건하에 있어서의 상기 통상 셀의 전압의 강하 속도를 구하는 공정과, (b2) 상기 전압의 강하 속도에 기초하여, 상기 감시용 셀의 전압을 감시하는 감시부의 감시 주기의 동안에 강하하는 상기 통상 셀의 전압의 강하 폭을 구하는 공정과, (b3) 상기 전압의 강하 폭을, 상기 하한 전압으로서 정하는 공정을 포함해도 된다. 이 형태에 따르면, 소정의 조건하에 있어서 감시용 셀의 전압이 강하한 경우라도, 감시용 셀이 부전압으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이 이유에 대해 설명한다. 감시부는, 감시용 셀의 전압을 감시 주기마다 감시한다. 소정의 조건하에 있어서, 감시용 셀의 전압이 강하하면, 감시부는, 감시용 셀의 전압의 강하를 검지한다. 감시부가 감시용 셀의 전압의 강하를 검지하면, 연료 전지의 출력 전류가 제한되고, 감시용 셀의 전압의 강하가 억제된다. 즉, 감시용 셀의 전압은, 최대라도, 감시 주기의 동안밖에 강하하지 않기 때문이다. 또한, 소정의 조건하에는, 예를 들어, 영하 환경하에 있어서의 난기 운전 시나, 90℃ 이상의 고온 환경하에 있어서의 고온 운전 시 등이 포함된다.
(5) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 공정 (b1)은, 복수의 조건하에 대응하는 복수의 전압의 강하 속도를 구하는 공정을 포함하고, 상기 공정 (b2)는, 상기 복수의 조건하에 대응하는 복수의 전압의 강하 폭을 구하는 공정을 포함하고, 상기 공정 (b3)은, 상기 복수의 전압의 강하 폭을, 복수의 하한 전압으로서 정하는 공정을 포함하고, 상기 공정 (c)는, 상기 복수의 하한 전압에 기초하여, 상기 압력 손실의 범위의 상한값의 후보를 복수 구하고, 상기 복수의 상한값의 후보 중, 가장 작은 상한값의 후보를, 상기 압력 손실의 범위의 상한값으로서 정하는 공정을 포함해도 된다. 이 형태에 따르면, 복수의 조건하 중 어느 조건하에 있어서도, 감시용 셀이 부전압으로 되는 것을 억제할 수 있다.
(6) 상기 형태의 연료 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 공정 (c)는, (c1) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실과, 상기 감시용 셀의 전압의 관계를 구하는 공정과, (c2) 상기 관계에 기초하여, 상기 전압 범위에 대응하는 상기 압력 손실의 범위를 정하는 공정을 포함해도 된다. 이 형태에 따르면, 감시용 셀의 전압을 상한 전압으로부터 하한 전압까지의 전압 범위에 들어가게 하기 위한, 감시용 셀에 있어서의 수소 가스의 압력 손실의 범위를 정할 수 있다.
(7) 본 발명의 다른 형태에 따르면, 연료 전지가 제공된다. 연료 전지는, 복수의 통상 셀과, 수소 가스의 압력 손실이 상기 통상 셀보다 큰 감시용 셀을 구비하고, 상기 감시용 셀의 전압은, 상기 복수의 통상 셀의 평균 전압으로부터 소정의 값을 감한 값 이하이다. 이 형태에 따르면, 감시용 셀의 전압은, 통상 셀의 평균 전압보다 낮아지므로, 감시용 셀을 감시부의 감시 대상으로서 유효하게 기능시킬 수 있다.
(8) 상기 형태의 연료 전지에 있어서, 상기 감시용 셀의 전압은, 상기 감시용 셀의 전압을 감시하는 감시부의 감시 주기의 동안에 강하하는 상기 통상 셀의 전압의 강하 폭 이상의 값이어도 된다. 이 형태에 따르면, 소정의 조건하에 있어서 감시용 셀의 전압이 강하한 경우라도, 감시용 셀이 부전압으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이 이유에 대해 설명한다. 감시부는, 감시용 셀의 전압을 감시 주기마다 감시하고 있고, 감시용 셀의 전압이 강하하면, 감시부는, 감시용 셀의 전압의 강하를 검지한다. 감시부가 감시용 셀의 전압의 강하를 검지하면, 연료 전지의 출력 전류는 제한되고, 감시용 셀의 전압의 강하가 억제된다. 즉, 감시용 셀의 전압은, 최대라도, 감시용 셀의 감시 주기의 동안밖에 강하하지 않기 때문이다.
(9) 본 발명의 다른 형태에 따르면, 연료 전지 시스템이 제공된다. 연료 전지 시스템은, 상기 형태의 연료 전지와, 상기 감시용 셀의 전압을 감시하는 감시부를 구비한다.
본 발명은 상기 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지나 연료 전지 시스템의 설계 방법, 이들 설계 방법에 의해 제조·설계된 연료 전지, 연료 전지 시스템 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 통상 셀의 단면 구성을 도시하는 설명도이다.
도 3은 연료 전지에 있어서, 감시용 셀의 애노드에 있어서의 압력 손실이, 통상 셀의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 크게 되어 있는 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 연료 전지의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.
도 5는 각 셀에 있어서의 전류 밀도와 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 감시용 셀의 통상 셀에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차와, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 7은 복수의 통상 셀의 전압의 분포를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 8은 온도와, 평균 전압 Vm 및 전압 Vm2의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 9는 급속 난기 운전의 경과 시간과 셀의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 10은 감시용 셀의 통상 셀에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차와 급속 난기 운전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다.
도 11은 변형예에 있어서의 연료 전지(10b)의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
다음으로, 본 발명의 실시의 형태를 실시 형태에 기초하여 이하의 순서로 설명한다.
A. 실시 형태:
A-1. 연료 전지 시스템의 개략 구성:
A-2. 연료 전지의 개략 구성:
A-3. 연료 전지의 제조 방법:
A-4. 압력 손실을 조정하기 위한 다른 수단:
B. 변형예:
A. 실시 형태:
A-1. 연료 전지 시스템의 개략 구성:
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 시스템(100)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다. 연료 전지 시스템(100)은, 차량에 탑재되어 있고, 전기 화학 반응에 의해 발전을 행하는 연료 전지(10)와, 연료 전지(10)에의 연료 가스의 공급 및 연료 전지(10)로부터의 연료 가스의 배출을 담당하는 연료 가스계 기기(60)와, 연료 전지(10)에의 산화 가스의 공급 및 연료 전지(10)로부터의 산화 가스의 배출을 담당하는 산화 가스계 기기(70)와, 연료 전지(10)의 냉각을 담당하는 냉각계 기기(80)와, 연료 전지 시스템(100)의 전체를 제어하는 제어 유닛(90)을 구비하고 있다.
연료 전지(10)는, 고체 고분자형 연료 전지이며, 복수의 셀이 적층됨으로써 구성되어 있다. 연료 전지(10)는, 연료 가스로서의 수소 가스 및 산화 가스로서의 공기가 공급되면, 전기 화학 반응에 의한 발전을 행한다.
본 실시 형태에서는, 연료 전지(10)는, 통상의 발전 성능을 갖는 복수의 통상 셀(12)과, 통상 셀(12)보다도 발전 성능이 저하되기 쉬운 감시용 셀(14)을 구비하고 있다. 구체적으로는, 감시용 셀(14)의 애노드에 공급되는 수소 가스의 압력 손실은, 통상 셀의 애노드에 공급되는 수소 가스의 압력 손실보다도 크게 되어 있다. 이로 인해, 감시용 셀(14)은, 통상 셀(12)보다도 수소 가스의 결핍 상태에 빠지기 쉽고, 발전 성능이 저하되기 쉬운 구성으로 되어 있다. 또한, 감시용 셀(14)은, 제어 유닛(90) 내의 감시부(92)의 감시 대상으로 되어 있다. 감시용 셀(14)의 상세에 대해서는 후술한다.
연료 가스계 기기(60)는, 수소 탱크(61)와, 셧 밸브(62)와, 레귤레이터(63)와, 기액 분리기(66)와, 순환 펌프(68)와, 퍼지 밸브(69)와, 배관(64, 65, 67a, 67b)을 구비하고 있다.
수소 탱크(61)에 저장된 수소 가스는, 배관(64)을 통해 연료 전지(10)의 애노드에 연료 가스로서 공급된다. 셧 밸브(62) 및 레귤레이터(63)는, 수소 가스의 압력 및 수소 가스의 연료 전지(10)에의 공급량을 조정한다.
애노드로부터의 배기 가스(이하, 애노드 오프 가스라고도 함)는, 배관(65)을 통해 기액 분리기(66)로 유도된다. 기액 분리기(66)는, 애노드 오프 가스에 포함되는 물과, 발전에서 소비되지 않은 수소 가스를 분리한다. 기액 분리기(66)에 의해 분리된 수소 가스는, 배관(67a), 순환 펌프(68) 및 배관(64)을 통해, 연료 전지(10)에 순환한다.
기액 분리기(66)와 순환 펌프(68) 사이로부터는, 배관(67b)이 분기하고 있고, 이 배관(67b)에는, 퍼지 밸브(69)가 설치되어 있다. 퍼지 밸브(69)는, 통상 시에는 폐쇄되어 있고, 상술한 애노드 오프 가스는, 연료 전지(10)에 순환한다. 단, 애노드 오프 가스에 포함되는 질소 가스나 수증기 등의 불순물 농도가 상승하면, 퍼지 밸브(69)가 소정의 타이밍에 개방되고, 애노드 오프 가스는, 배관(67b)을 통해 희석기(76)로 유도됨과 함께, 연료 전지 시스템(100)의 외부로 배출된다. 이 결과, 질소 가스나 수증기 등의 불순물이 애노드측으로부터 제거되어, 애노드측의 불순물 농도의 상승이 억제된다.
산화 가스계 기기(70)는, 에어 클리너(71)와, 에어 컴프레서(72)와, 희석기(76)와, 배관(73, 74, 77)을 구비하고 있다. 에어 클리너(71)로부터 흡입된 공기는, 에어 컴프레서(72)에 의해 압축되고, 배관(73)을 통해 연료 전지(10)의 캐소드에 산화 가스로서 공급된다. 캐소드로부터의 배기 가스(이하, 캐소드 오프 가스라고도 함)는, 배관(74)을 통해 희석기(76)로 유도된다.
희석기(76)는, 캐소드 오프 가스와, 상술한 소정의 타이밍에 희석기(76)에 도입되는 애노드 오프 가스를 혼합함으로써, 애노드 오프 가스에 포함되는 수소의 농도를 희석한다. 희석기(76)로부터 배출된 배출 가스는, 배관(77)을 통해, 연료 전지 시스템(100)의 계외로 배출된다.
냉각계 기기(80)는, 라디에이터(81)와, 순환 펌프(82)와, 배관(83, 84)을 구비하고 있다. 배관(83, 84)은, 연료 전지(10)와 라디에이터(81)에 접속되어 있다. 배관(83, 84)의 내부를 흐르는 냉각수는, 순환 펌프(82)의 압력에 의해, 연료 전지(10)와 라디에이터(81)를 순환한다. 이로 인해, 연료 전지(10)의 전기 화학 반응에 수반하여 발생하는 열은, 순환하는 냉각수에 의해 흡수되고, 이 냉각수에 의해 흡수된 열이, 라디에이터(81)에 의해 방열된다. 이 결과, 연료 전지(10)의 온도는, 적절한 온도로 유지된다.
제어 유닛(90)은, 내부에 CPU나, RAM, ROM 등을 구비하는 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있고, ROM에 기억된 프로그램을 RAM에 전개하여 실행한다. 제어 유닛(90)은, 연료 전지 시스템(100)을 제어하는 제어부(91)와, 감시용 셀(14)의 전압을 감시하는 감시부(92)를 구비하고 있다.
제어부(91)는, 차량으로부터의 출력 요구(95)나, 감시용 셀(14)의 전압 상태에 기초하여, 레귤레이터(63)나, 에어 컴프레서(72), 퍼지 밸브(69) 등에 구동 신호를 출력함으로써, 연료 전지 시스템(100)을 제어한다. 감시부(92)는, 감시용 셀(14)의 전압을 감시 주기 T마다 감시하고 있다. 감시용 셀(14)이 수소 결핍 상태로 되고, 감시용 셀(14)의 전압이 강하하면, 감시부(92)는, 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 검지한다. 감시부(92)가 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 검지하면, 제어부(91)는, 연료 전지(10)의 출력 전류에 제한을 걸어, 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 억제한다.
A-2. 연료 전지의 개략 구성:
도 2는 통상 셀(12)의 단면 구성을 도시하는 설명도이다. 통상 셀(12)은, 전해질막(21)과, 전해질막(21)의 양면에 형성된 애노드(22a), 캐소드(22b)와, 애노드(22a) 및 캐소드(22b)를 양측으로부터 끼움 지지하는 가스 확산층(24a, 24b)과, 가스 확산층(24a, 24b)을 양측으로부터 끼움 지지하는 세퍼레이터(26a, 26b)를 구비하고 있다. 또한, 감시용 셀(14)의 구성은, 압력 손실을 크게 하기 위한 수단이 실시되어 있는 점을 제외하고, 통상 셀(12)의 구성과 거의 동일하다. 압력 손실을 크게 하기 위한 수단에 대해서는 후술한다.
전해질막(21)은, 습윤 상태에 있어서 프로톤 전도성을 나타내는 고체 고분자에 의해 형성되어 있다. 애노드(22a) 및 캐소드(22b)는, 도전성을 갖는 담체 상에 촉매가 담지된 전극이다. 본 실시 형태에서는, 애노드(22a) 및 캐소드(22b)는, 백금 촉매를 담지한 카본 입자와, 전해질막(21)을 구성하는 고분자 전해질과 동질의 전해질을 구비하고 있다.
가스 확산층(24a, 24b)은, 전기 화학 반응에 제공되는 가스의 유로로서 기능함과 함께, 집전을 행하기 위한 부재로서도 기능한다. 가스 확산층(24a, 24b)은, 가스 투과성을 갖는 도전성 부재, 예를 들어, 카본 페이퍼나 카본 클로스, 혹은 금속 메쉬나 발포 금속 등에 의해 형성할 수 있다.
세퍼레이터(26a, 26b)는, 가스 불투과의 도전성 부재, 예를 들어, 압축 카본이나 스테인리스강에 의해 형성되어 있다. 세퍼레이터(26a, 26b)의 각각의 표면에는, 소정의 요철 형상이 형성되어 있다. 이 요철 형상에 의해, 세퍼레이터(26a)와 가스 확산층(24a) 사이에는, 연료 가스로서의 수소 가스가 흐르는 연료 가스 유로(27)가 형성된다. 마찬가지로, 세퍼레이터(26b)와 가스 확산층(24b) 사이에는, 산화 가스로서의 산소가 흐르는 산화 가스 유로(28)가 형성된다.
또한, 세퍼레이터(26a)의 연료 가스 유로(27)와는 반대의 면과, 세퍼레이터(26b)의 산화 가스 유로(28)와는 반대의 면에는, 도시하고 있지 않은 단면에 있어서, 홈이 형성되어 있다. 이 홈은, 통상 셀(12)의 온도를 조절하기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 유로로서 기능한다.
도 3은 연료 전지(10)에 있어서, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실이, 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 크게 되어 있는 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 연료 전지(10)는, 복수의 통상 셀(12)과, 감시용 셀(14)과, 수소 가스 공급 매니폴드(29a)와, 수소 가스 배출 매니폴드(29b)와, 분배기(29c)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 수소 가스 공급 매니폴드(29a) 중, 감시용 셀(14)에 대해 수소 가스를 공급하는 공급부(29a1)는, 통상 셀(12)에 수소 가스를 공급하는 부분에 비해 좁게 되어 있다. 이로 인해, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실은, 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 크게 되어 있다. 또한, 압력 손실을 크게 하기 위한 다른 수단에 대해서는 후술한다.
A-3. 연료 전지의 제조 방법:
도 4는 연료 전지(10)의 제조 공정을 나타내는 공정도이다. 공정 S100에서는, 복수의 통상 셀(12)을 제조한다. 공정 S110에서는, 감시용 셀(14)의 전압 범위의 상한 전압 V1을 정한다. 구체적으로는, 우선, 복수의 통상 셀(12)의 각각의 전압을 측정하고, 복수의 통상 셀(12)의 평균 전압 Vm을 구한다. 그리고, 평균 전압 Vm으로부터 소정의 값을 감한 값을, 전압 범위의 상한 전압 V1로서 정한다.
공정 S120에서는, 감시용 셀(14)의 전압 범위의 하한 전압 V2를 정한다. 구체적으로는, 우선, 소정의 조건하에 있어서의 통상 셀(12)의 전압의 강하 속도를 구한다. 그리고, 전압의 강하 속도에 기초하여, 감시용 셀(14)의 전압을 감시하는 감시부(92)의 감시 주기 T의 동안에 강하하는 통상 셀(12)의 전압의 강하 폭을 구하고, 이 전압의 강하 폭을, 하한 전압 V2로서 정한다.
공정 S130에서는, 상한 전압 V1 및 하한 전압 V2에 기초하여, 감시용 셀(14)에 있어서의 수소 가스의 압력 손실의 범위의 상한값 및 하한값을 정한다. 즉, 감시용 셀(14)의 전압이 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2 사이에 들어가기 위한, 감시용 셀(14)에 있어서의 수소 가스의 압력 손실의 범위의 상한값 및 하한값을 정한다.
공정 S140에서는, 감시용 셀(14)에 있어서의 수소 가스의 압력 손실이, 공정 S130에 있어서 정한 압력 손실의 범위인 상한값으로부터 하한값까지의 사이에 들어가도록, 감시용 셀(14)을 제조한다. 공정 S150에서는, 복수의 통상 셀(12) 및 감시용 셀(14)을 적층하여, 연료 전지(10)를 제조한다.
이상의 제조 방법에 의해 제조된 연료 전지(10)에 따르면, 감시용 셀(14)의 전압은, 복수의 통상 셀(12)의 평균 전압으로부터 소정의 값을 감한 값 이하로 되므로, 감시용 셀(14)을 감시부(92)의 감시 대상으로서 유효하게 기능시킬 수 있다. 또한, 이 연료 전지(10)에 따르면, 소정의 조건하에 있어서 감시용 셀(14)의 전압이 강하한 경우라도, 감시용 셀(14)이 부전압으로 되는 것을 억제할 수 있다.
이하에서는, 이러한 제조 방법을 채용하는 이유에 대해, 감시용 셀(14)의 바람직한 성능과 함께 설명한다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지(10)에의 수소 가스의 공급이 부족한 수소 결핍 시에 있어서, 감시용 셀(14)이 통상 셀(12)보다도 예민하게 반응, 즉, 감시용 셀(14)의 전압이 통상 셀(12)의 전압보다도 먼저 저하되도록, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실을, 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 크게 한다.
여기서, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실과, 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실의 차(이하, 단순히 압력 손실차라고도 함)가 지나치게 작으면, 감시용 셀(14)의 수소 결핍 시에 있어서의 반응(전압 강하)이, 통상 셀(12)의 수소 결핍 시에 있어서의 반응과 동일한 정도로 되고, 감시용 셀(14)이 센서로서 기능하지 않을 우려가 있다.
한편, 압력 손실차가 지나치게 크면, 영하 환경하에 있어서의 난기 운전 시의 수소 결핍 상태의 경우나, 90℃ 이상의 고온 운전 시에, 셀 내의 전해질막(21)이 과잉으로 건조된 상태(이하, 드라이 업이라고도 함)로 된 경우에 있어서, 감시용 셀(14)의 전압이 지나치게 저하되어 0V 이하(부전압)로 되고, 감시용 셀(14)이 열화되어 버릴 우려가 있다. 특히, 드라이 업 시에 감시용 셀(14)이 부전압으로 되는 현상은, 고온 운전 시에 수소 결핍 상태로 된 경우에 발생하기 쉽다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 상술한 사태를 피하기 위해, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차가, 어느 범위에 들어가 있으면 되는지에 대해 검토한다. 이하에서는, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차의 검토에 앞서, 감시용 셀(14)의 전압의 바람직한 범위에 대해 검토한다.
도 5는 각 셀에 있어서의 전류 밀도와 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 5에는, 복수의 통상 셀(12)의 각각의 전압을 측정함으로써 얻어진 통상 셀(12)의 평균 전압 Vm이 나타내어져 있다. 평균 전압 Vm의 하측에는, 전압 Vm2가 나타내어져 있다. 이 전압 Vm2는, 복수의 통상 셀(12)의 전압의 표준 편차 σ를 구하고, 이 표준 편차 σ를 3배한 값인 3σ를, 평균 전압 Vm으로부터 차감함으로써 얻어진다. 또한, 이 도 5에는, 수소 결핍 시나 드라이 업 시 등에 있어서의 셀의 전압 강하 폭 Vth가 나타내어져 있다.
이 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 셀의 전압은, 전류 밀도가 커짐에 따라 저하된다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지(10)의 최대 부하 발전 시에 있어서의 셀의 전압에 착안하고, 이 최대 부하 발전 시에 있어서의 전압 Vm2를 상한 전압 V1로서 정한다. 그리고, 전압 강하 폭 Vth를 하한 전압 V2로서 정한다.
이때, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압은, 상한 전압 V1 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 감시용 셀(14)의 전압과 통상 셀(12)의 전압의 차가 명확해짐과 함께, 감시용 셀(14)의 전압이, 거의 모든 통상 셀(12)의 전압보다도 낮은 상태로 되어 있을 가능성이 높아지므로, 감시용 셀(14)을 감시부(92)의 감시 대상으로서 유효하게 기능시키는 것이 가능해진다.
한편, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압은, 하한 전압 V2 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 수소 결핍 시나 드라이 업 시 등의 이상 시에 있어서, 감시용 셀(14)의 전압이 강하한 경우라도, 감시용 셀(14)의 전압이 0V 이하(부전압)로 되어 버리는 것을 억제할 수 있고, 감시용 셀(14)의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
이상의 내용으로부터, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압은, 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2의 범위에 들어가는 것이 바람직하다.
다음으로, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차를 어느 범위에 들어가게 하면, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압을, 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2의 범위에 들어가게 할 수 있는지에 대해 검토한다. 또한, 상한 전압 V1이나 하한 전압 V2(＝전압 강하 폭 Vth)를 구하는 방법의 상세에 대해서는 후술한다.
도 6은 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차와, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 6에는, 복수의 통상 셀(12)의 평균 전압 Vm과, 상한 전압 V1과, 하한 전압 V2(＝전압 강하 폭 Vth)가 나타내어져 있다. 또한, 이 도 6에 나타내어진 각 점은, 애노드에 있어서의 압력 손실차가 다른 감시용 셀(14)의 전압을 측정함으로써 얻어진 데이터이다. 곡선 S1은, 이들 데이터를 원활하게 연결한 선이다. 이 도 6에 나타내는 바와 같이, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차가 커질수록, 감시용 셀(14)의 전압은 저하된다.
여기서, 상한 전압 V1과 곡선 S1의 교점에 있어서의 압력 손실차를 P1로서 정하고, 하한 전압 V2와 곡선 S1의 교점에 있어서의 압력 손실차를 P2로서 정한다. 그렇게 하면, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차를, P1 내지 P2의 범위에 들어가게 하면, 최대 부하 발전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압이, 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2의 범위에 들어가는 것을 이해할 수 있다.
즉, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차를, P1 내지 P2의 범위에 들어가도록 조정하면, 감시용 셀(14)의 전압을, 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2의 범위에 들어가게 할 수 있고, 감시용 셀(14)의 성능을 최적의 것으로 할 수 있다. 또한, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차를 조정하는 방법에 대해서는 후술한다.
다음으로, 상한 전압 V1을 구하는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 복수의 통상 셀(12)의 전압의 분포를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 7은 복수의 통상 셀(12)의 전압을 동일한 동작 조건에서 측정하고, 0.05V마다 전압을 구획하여 통상 셀(12)의 수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 이 도 7에 나타내는 바와 같이, 복수의 통상 셀(12)의 전압을 측정하면, 전압의 분포는, 거의 정규 분포로 된다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 통상 셀(12)의 전압의 표준 편차 σ를 산출한다. 그리고, 복수의 통상 셀(12)의 전압의 평균 전압 Vm으로부터 3σ를 감한 값 Vm2를 상한 전압 V1로서 정한다. 이 도 7에 나타내는 바와 같이, 상한 전압 V1보다도 작은 전압의 통상 셀(12)은 거의 존재하지 않는다. 따라서, 감시용 셀(14)의 전압을, 상한 전압 V1 이하로 하면, 감시용 셀(14)이 감시부(92)의 감시 대상으로서 유효하게 기능하는 것을 이해할 수 있다.
도 8은 온도와, 평균 전압 Vm 및 전압 Vm2의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 8에 나타내는 바와 같이, 평균 전압 Vm과 전압 Vm2의 차, 즉, 각 셀의 전압의 편차는, 온도에 따라 크게 다르다. 구체적으로는, 저온 영역과 고온 영역에 있어서 각 셀의 전압의 편차가 크게 되어 있다. 따라서, 상한 전압 V1(＝전압 Vm2) 및 P1은, 각 셀의 전압의 편차가 가장 커지는 온도 조건에 있어서 구하는 것이 바람직하다.
다음으로, 하한 전압 V2에 대응하는 전압 강하 폭 Vth를 구하는 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전압 강하 폭 Vth에는, 급속 난기 운전의 수소 결핍 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1과, 고온 운전의 드라이 업 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2의 2종류가 포함된다.
도 9는 급속 난기 운전의 경과 시간과, 셀의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 9에 나타내는 바와 같이, 0℃ 이하의 영하 환경하에 있어서, 급속 난기 운전이 행해진 경우에는, 각 셀은, 수소 결핍 상태로 되기 쉽고, 전압이 저하된다. 전압이 저하되어 0V 이하의 부전압으로 되면, 셀이 열화될 우려가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 9에 나타내는 곡선 S2의 기울기에 기초하여 전압 강하 속도 [dV/dt]를 구함과 함께, 이 전압 강하 속도에, 감시부(92)의 감시 주기 T를 곱함으로써, 감시 주기 T의 동안에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1을 구한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전압 강하 폭 Vth1은, 전압이 강하하는 경우를 정(正)의 값으로서 규정한다.
여기서, 전압 강하 폭 Vth1로서, 전압 강하 속도에 감시 주기 T를 곱한 값을 채용한 이유에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 감시부(92)는, 감시용 셀(14)의 전압을 감시 주기 T마다 감시하고 있다. 이로 인해, 급속 난기 운전이 행해져 감시용 셀(14)이 수소 결핍 상태로 되고, 감시용 셀(14)의 전압이 강하하면, 감시부(92)는, 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 검지한다. 감시부(92)가 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 검지하면, 제어부(91)는, 연료 전지(10)의 출력 전류에 제한을 걸어, 감시용 셀(14)의 전압의 강하를 억제한다. 즉, 감시용 셀(14)의 전압은, 최대라도, 감시 주기 T의 동안밖에 강하하지 않기 때문이다.
도 10은 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 애노드에 있어서의 압력 손실차와, 급속 난기 운전 시에 있어서의 감시용 셀(14)의 전압의 관계를 그래프 형식으로 나타내는 설명도이다. 이 도 10에는, 수소 결핍 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1이 나타내어져 있다. 그리고, 곡선 S3과, 전압 강하 폭 Vth1의 교점에 있어서의 압력 손실차를 P2h로서 정한다. 이 P2h는, 감시용 셀(14)이 수소 결핍 시에 부전압으로 되어 버리는 것을 억제할 수 있는 상한의 압력 손실차이다.
다음으로, 드라이 업 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2를 구한다. 드라이 업 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2를 구하는 방법은, 도 9에 나타낸 수소 결핍 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1을 구하는 방법과 동일하다. 즉, 드라이 업 시에 있어서 전압이 강하하는 경우의 기울기에 기초하여 전압 강하 속도 [dV/dt]를 구함과 함께, 이 전압 강하 속도에, 감시부(92)의 감시 주기 T를 곱함으로써, 감시 주기 T의 동안에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2를 구하면 된다. 그리고, 도 10과 마찬가지로 하여, 전압 강하 폭 Vth2로부터, P2d를 구하면 된다. 단, 이 경우에는, 도 10의 종축은, 「고온 시의 최대 부하 운전 시의 셀 전압」으로 된다. 이 P2d는, 감시용 셀(14)이 드라이 업 시에 부전압으로 되어 버리는 것을 억제할 수 있는 상한의 압력 손실차이다.
그리고, P2h(수소 결핍 시)와, P2d(드라이 업 시) 중 작은 쪽을, 압력 손실차의 상한인 P2로서 정하고, 감시용 셀(14)의 통상 셀(12)에 대한 압력 손실차를 P2 이하로 하면 된다.
이와 같이 하면, 수소 결핍 시에 있어서 감시용 셀(14)의 전압이 강하한 경우라도, 드라이 업 시에 있어서 감시용 셀(14)의 전압이 강하한 경우라도, 감시용 셀(14)이 부전압으로 되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
A-4. 압력 손실을 조정하기 위한 다른 수단:
이하에서는, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실을 조정하고, 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 크게 하기 위한 그 밖의 수단에 대해 설명한다. 상기한 수단이나 이하에 나타내는 수단을 단독으로 또는 조합하여 실시함으로써, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실을, P1 내지 P2의 범위에 들어가도록 할 수 있다.
수단 1. 매니폴드 근방에 대해 실시하는 수단:
·수소 가스 공급 매니폴드(29a) 중, 감시용 셀(14)에 대해 수소 가스를 공급하는 부분에, 수소 가스의 저항으로 되는 판을 삽입한다. 구체적으로는, 예를 들어 감시용 셀(14) 내에 설치되어 있는 실링 플레이트의 길이를 변경함으로써, 수소 가스의 공급구의 개구 면적을 작게 한다. 또한, 실링 플레이트는, 셀 내의 가스 유로를 밀봉하기 위한 부재이며, 세퍼레이터 상에 설치되어 있다.
·수소 가스 공급 매니폴드(29a) 중, 감시용 셀(14)에 대해 수소 가스를 공급하는 부분의 단면적을, 감시용 셀(14)에 근접함에 따라 작게 한다.
수단 2. 세퍼레이터 근방에 대해 실시하는 수단:
·감시용 셀(14) 내에 설치되어 있는 실링 플레이트의 표면에 아이오노머나 고무 코트를 도포함으로써, 실링 플레이트의 두께를 변경하고, 수소 가스의 공급구의 개구 면적을 작게 한다.
·감시용 셀(14) 내에 설치되어 있는 실링 플레이트에 대해 친수화 처리를 행한다.
·감시용 셀(14) 내에 설치되어 있는 실링 플레이트 상의 고무량을 변경한다.
·감시용 셀(14) 내에 설치되어 있는 실링 플레이트의 유로의 형상을 변경한다.
·감시용 셀(14) 내의 가스 유로의 폭을 변경한다. 구체적으로는, 예를 들어 가스 유로의 폭을 크게 함으로써, 전해질막과 촉매 전극이 접합된 막 전극 접합체를, 가스 유로에 파고들어가게 한다.
·감시용 셀(14) 내의 가스 유로에 아이오노머를 도포하여, 가스 유로의 단면적을 작게 한다.
수단 3. 가스 확산층·촉매층의 근방에 대해 실시하는 수단:
·감시용 셀(14)의 촉매층에 있어서의 아이오노머의 팽윤도를 크게 함으로써, 촉매층의 다공도를 작게 한다. 또한, 고온 운전 시에 감시용 셀(14)이 드라이 업 상태로 되기 쉽게 하기 위해, 카본에 대한 아이오노머의 중량비(I/C)를 낮추는 것이 바람직하다.
·감시용 셀(14)의 애노드의 다공질층(MPL:Micro Porous Layer)의 재료로서, 찌부러지기 쉬운 성질의 재료를 채용한다. 또한, 다공질층은, 가스 확산층의 표면에 형성되는 층이며, 가스 확산층보다도 미세한 구멍을 갖고 있다.
·감시용 셀(14)의 가스 확산층을 수소 가스 유로에 휘어들어가게 한다. 구체적으로는, 예를 들어 가스 확산층의 재료로서 굽힘 강성이 작은 재료를 채용하거나, 수소 가스 유로의 폭을 크게 함으로써 가스 확산층을 수소 가스 유로에 휘어들어가기 쉽게 한다. 또한, 가스 확산층에 포함되는 탄소 섬유는, 롤 형태 시에 있어서 롤 길이 방향으로 배향되기 쉬우므로, 가스 확산층의 롤 길이 방향에 있어서의 굽힘 강성의 쪽이, 롤 폭 방향에 있어서의 굽힘 강성보다도 크다. 따라서, 가스 확산층을 수소 가스 유로에 휘어들어가기 쉽게 하기 위해서는, 가스 확산층의 롤 방향도 고려하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 감시용 셀(14)의 전압이, 상한 전압 V1 내지 하한 전압 V2의 범위에 들어가도록, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실을 조정하므로, 감시용 셀(14)을 감시부(92)의 감시 대상으로서 유효하게 기능시키면서, 수소 결핍 시나 드라이 업 시의 전압 강하에 의한 감시용 셀(14)의 부전압화를 억제하는 것이 가능해진다.
B. 변형예:
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태나 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
B1. 변형예 1:
도 11은 변형예에 있어서의 연료 전지(10b)의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 3에 도시한 실시 형태에 있어서의 연료 전지(10)와의 차이는, 감시용 셀(14)이 3개 설치되어 있는 점뿐이며, 다른 구성은 동일하다. 이와 같이, 감시용 셀(14)은 2개 이상이어도 된다.
B2. 변형예 2:
상기 실시 형태에서는, 감시용 셀(14)의 애노드에 있어서의 압력 손실이 통상 셀(12)의 애노드에 있어서의 압력 손실보다도 커지도록 조정하고 있다. 그러나, 감시용 셀(14)의 캐소드에 있어서의 압력 손실이 통상 셀(12)의 캐소드에 있어서의 압력 손실보다도 커지도록 조정해도 된다.
B3. 변형예 3:
상기 실시 형태에서는, 상한 전압 V1을 정할 때에, 3σ를 평균 전압 Vm으로부터 감하고 있다. 그러나, 2σ나 σ, 평균 전압 Vm의 5％ 등의 소정의 값을 평균 전압 Vm으로부터 감해도 된다.
B4. 변형예 4:
상기 실시 형태에서는, 하한 전압 V2를 구하기 위해, 수소 결핍 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1과, 드라이 업 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2의 2개를 구하고 있다. 즉, 상기 실시 형태에서는, 2개의 조건하에 대응하는 2개의 전압 강하 속도를 구하고, 2개의 조건하에 대응하는 2개의 전압 강하 폭을 구하고 있다. 그러나, 다른 조건하에 있어서의 전압 강하 속도 및 전압 강하 폭을 더 구해도 되고, 또한, 1개의 조건하에 있어서의 전압 강하 속도 및 전압 강하 폭만을 구해도 된다. 예를 들어, 수소 결핍 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth1만을 구해도 되고, 드라이 업 시에 있어서의 전압 강하 폭 Vth2만을 구해도 된다.
B5. 변형예 5:
상기 실시 형태에서는, 도 9에 있어서, 감시용 셀(14)의 전압 강하 속도는, 통상 셀(12)의 전압 강하 속도와 거의 동등하다고 추정하고, 통상 셀(12)을 사용하여 전압 강하 폭 Vth1을 구하고 있다. 그러나, 통상 셀(12) 대신에, 감시용 셀(14)에 가까운 구조의 테스트용 셀을 사용하여, 전압 강하 폭 Vth를 구해도 된다.
B6. 변형예 6:
상기 실시 형태에서는, 도 6 및 도 10의 횡축으로서, 감시용 셀(14)과 통상 셀(12)의 압력 손실차를 채용하고 있다. 그러나, 도 6 및 도 10의 횡축으로서, 감시용 셀(14)의 압력 손실의 값을 채용해도 된다.
B7. 변형예 7:
상기 실시 형태에서는, 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템(100)에 대해 설명하고 있다. 그러나, 상기 실시 형태의 연료 전지 시스템(100)은, 차량 이외의 이동체에 탑재되어도 되고, 또한, 설치형이어도 된다.
B8. 변형예 8:
상기 실시 형태에 있어서 소프트웨어로 실현되고 있는 기능의 일부를 하드웨어로 실현해도 되고, 혹은, 하드웨어로 실현되고 있는 기능의 일부를 소프트웨어로 실현해도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히 대체나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수의 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.
10 : 연료 전지
10b : 연료 전지
12 : 통상 셀
14 : 감시용 셀
21 : 전해질막
22a : 애노드
22b : 캐소드
24a : 가스 확산층
24b : 가스 확산층
26a : 세퍼레이터
26b : 세퍼레이터
27 : 연료 가스 유로
28 : 산화 가스 유로
29a : 수소 가스 공급 매니폴드
29a1 : 공급부
29b : 수소 가스 배출 매니폴드
29c : 분배기
60 : 연료 가스계 기기
61 : 수소 탱크
62 : 셧 밸브
63 : 레귤레이터
64 : 배관
65 : 배관
66 : 기액 분리기
67a : 배관
67b : 배관
68 : 순환 펌프
69 : 퍼지 밸브
70 : 산화 가스계 기기
71 : 에어 클리너
72 : 에어 컴프레서
73 : 배관
74 : 배관
76 : 희석기
77 : 배관
80 : 냉각계 기기
81 : 라디에이터
82 : 순환 펌프
83 : 배관
90 : 제어 유닛
91 : 제어부
92 : 감시부
95 : 출력 요구
100 : 연료 전지 시스템

Claims (9)

  1. 복수의 통상 셀과, 수소 가스의 압력 손실이 상기 통상 셀보다 큰 감시용 셀을 갖는 연료 전지의 제조 방법이며,
    (a) 상기 감시용 셀의 전압 범위의 상한 전압을 정하는 공정과,
    (b) 상기 감시용 셀의 전압 범위의 하한 전압을 정하는 공정과,
    (c) 상기 상한 전압 및 상기 하한 전압에 기초하여, 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실의 범위의 상한값 및 하한값을 정하는 공정과,
    (d) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실이, 상기 압력 손실의 범위에 들어가도록, 상기 감시용 셀을 제조하는 공정을 구비하는, 연료 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 (a)는,
    (a1) 상기 복수의 통상 셀의 각각의 전압을 측정하고, 상기 복수의 통상 셀의 평균 전압을 구하는 공정과,
    (a2) 상기 평균 전압으로부터 소정의 값을 감한 값을, 상기 전압 범위의 상기 상한 전압으로서 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공정 (a2)는,
    (a2-1) 상기 복수의 통상 셀의 전압의 표준 편차를 구하는 공정과,
    (a2-2) 상기 표준 편차를 3배한 값을 상기 소정의 값으로서 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (b)는,
    (b1) 소정의 조건하에 있어서의 상기 통상 셀의 전압의 강하 속도를 구하는 공정과,
    (b2) 상기 전압의 강하 속도에 기초하여, 상기 감시용 셀의 전압을 감시하는 감시부의 감시 주기의 동안에 강하하는 상기 통상 셀의 전압의 강하 폭을 구하는 공정과,
    (b3) 상기 전압의 강하 폭을, 상기 하한 전압으로서 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공정 (b1)은, 복수의 조건하에 대응하는 복수의 전압의 강하 속도를 구하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 (b2)는, 상기 복수의 조건하에 대응하는 복수의 전압의 강하 폭을 구하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 (b3)은, 상기 복수의 전압의 강하 폭을, 복수의 하한 전압으로서 정하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 (c)는, 상기 복수의 하한 전압에 기초하여, 상기 압력 손실의 범위의 상한값의 후보를 복수 구하고, 상기 복수의 상한값의 후보 중, 가장 작은 상한값의 후보를, 상기 압력 손실의 범위의 상한값으로서 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (c)는,
    (c1) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실과, 상기 감시용 셀의 전압의 관계를 구하는 공정과,
    (c2) 상기 관계에 기초하여, 상기 전압 범위에 대응하는 상기 압력 손실의 범위를 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 공정 (c)는,
    (c1) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실과, 상기 감시용 셀의 전압의 관계를 구하는 공정과,
    (c2) 상기 관계에 기초하여, 상기 전압 범위에 대응하는 상기 압력 손실의 범위를 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 공정 (c)는,
    (c1) 상기 감시용 셀에 있어서의 상기 수소 가스의 압력 손실과, 상기 감시용 셀의 전압의 관계를 구하는 공정과,
    (c2) 상기 관계에 기초하여, 상기 전압 범위에 대응하는 상기 압력 손실의 범위를 정하는 공정을 포함하는, 연료 전지의 제조 방법.
  9. 삭제
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