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公開番号2025115285
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-06
出願番号2024009758
出願日2024-01-25
発明の名称燃料電池システム
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250730BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池の運転停止後に、燃料ガスの漏れを精度よく検知する。
【解決手段】燃料電池システムは、アノード流路の圧力およびカソード流路の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサにより検出されたアノード流路の圧力およびカソード流路の圧力に基づいて、アノード流路からの燃料ガスのガス漏れを検知するECUを備える。ECUは、燃料電池の運転停止後に、アノード流路の圧力およびカソード流路の圧力をそれぞれ所定値に保った状態でアノード流路を燃料ガス給排部から遮断かつカソード流路を酸化剤ガス給排部から遮断した流路遮断状態となるように燃料ガス給排部および酸化剤ガス給排部を制御し、さらに、流路遮断状態からのアノード流路の圧力の変化量とカソード流路の圧力の変化量とに基づいて、燃料ガスの漏れを検知する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
複数の発電セルを積層してなるセル積層体を有するとともに、前記セル積層体の内部に燃料ガスが流れるアノード流路および酸化剤ガスが流れるカソード流路が設けられた燃料電池スタックと、
前記アノード流路に燃料ガスを供給および前記アノード流路から燃料ガスを排出する燃料ガス給排部と、
前記カソード流路に酸化剤ガスを供給および前記カソード流路から酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス給排部と、
前記アノード流路の圧力および前記カソード流路の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により検出された前記アノード流路の圧力および前記カソード流路の圧力に基づいて、前記アノード流路からの燃料ガスの漏れを検知する漏れ検知部と、を備え、
前記漏れ検知部は、燃料電池の運転停止後に、前記アノード流路の圧力および前記カソード流路の圧力をそれぞれ所定値に保った状態で前記アノード流路を前記燃料ガス給排部から遮断かつ前記カソード流路を前記酸化剤ガス給排部から遮断した流路遮断状態となるように前記燃料ガス給排部および前記酸化剤ガス給排部を制御し、さらに、前記流路遮断状態からの前記アノード流路の圧力の変化量または変化率と前記カソード流路の圧力の変化量または変化率とに基づいて、燃料ガスの漏れを検知することを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記漏れ検知部は、前記流路遮断状態からの前記カソード流路の圧力の変化量または変化率に対する前記アノード流路の圧力の変化量または変化率に基づいて、前記アノード流路で漏れが生じているか否かを判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記アノード流路に隔壁を介して隣接する冷媒流路に冷却媒体を供給および前記冷媒流路から冷却媒体を排出する冷却媒体給排部をさらに備え、
前記漏れ検知部は、前記流路遮断状態からの時間経過に伴う前記アノード流路の圧力の低下の程度が前記カソード流路の圧力の低下の程度よりも大きいとき、前記アノード流路から前記セル積層体の外部にまたは前記アノード流路から前記冷媒流路に、燃料ガスの漏れが生じていると判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記セル積層体の外部における燃料ガスを検知するガス検知部をさらに備え、
前記漏れ検知部は、前記流路遮断状態からの時間経過に伴う前記アノード流路の圧力の低下の程度が前記カソード流路の圧力の低下の程度よりも大きい状態で、前記ガス検知部により燃料ガスが検知されるとき、前記アノード流路から前記セル積層体の外部に燃料ガスの漏れが生じていると判定し、前記ガス検知部により燃料ガスが検出されないとき、前記アノード流路から前記冷媒流路に燃料ガスの漏れが生じていると判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記漏れ検知部は、前記燃料電池の運転停止後に、前記アノード流路の圧力および前記カソード流路の圧力を前記所定値まで同時に上昇させるように前記燃料ガス給排部および前記酸化剤ガス給排部を制御することを特徴とする燃料電池システム。

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。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギの効率化に貢献する燃料電池に関する技術開発が行われている。この種の燃料電池システムに関する技術として、燃料電池の運転停止後に、水素を含む燃料ガスの漏れを検出するようにした燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の燃料電池システムでは、燃料ガスの保圧対象範囲における燃料ガスの圧力を検出し、圧力の低下速度が設定速度以上のとき、保圧対象範囲からのガス漏れが発生したと判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－１８１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の燃料電池システムのように燃料ガスの圧力検出値を用いるだけでは、ガス漏れを精度よく検知することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である燃料電池システムは、複数の発電セルを積層してなるセル積層体を有するとともに、セル積層体の内部に燃料ガスが流れるアノード流路および酸化剤ガスが流れるカソード流路が設けられた燃料電池スタックと、アノード流路に燃料ガスを供給およびアノード流路から燃料ガスを排出する燃料ガス給排部と、カソード流路に酸化剤ガスを供給およびカソード流路から酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス給排部と、アノード流路の圧力およびカソード流路の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部により検出されたアノード流路の圧力およびカソード流路の圧力に基づいて、アノード流路からの燃料ガスの漏れを検知する漏れ検知部と、を備える。漏れ検知部は、燃料電池の運転停止後に、アノード流路の圧力およびカソード流路の圧力をそれぞれ所定値に保った状態でアノード流路を燃料ガス給排部から遮断かつカソード流路を酸化剤ガス給排部から遮断した流路遮断状態となるように燃料ガス給排部および酸化剤ガス給排部を制御し、さらに、流路遮断状態からのアノード流路の圧力の変化量または変化率とカソード流路の圧力の変化量または変化率とに基づいて、燃料ガスの漏れを検知する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料ガスの漏れを精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を概略的に示す図。
図１の燃料電池システムに含まれる燃料電池スタックの全体構成を概略的に示す斜視図。
図２の燃料電池スタックに含まれるセル積層体の要部断面図。
図２の燃料電池スタックに含まれる電極アッセンブリの概略構成を示す斜視図。
図２の燃料電池スタックに含まれるセパレータの後面図。
図５のIV-IV線に沿った断面図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御構成を示すブロック図。
図７のＥＣＵで実行される処理の一例を示すフローチャート。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムによる動作の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１～図９を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム２００の要部構成を概略的に示すブロック図である。燃料電池システム２００は、例えば車両に搭載され、車両駆動用の電力を発生する。図１に示すように、燃料電池システム２００は、複数の発電セルを積層して構成された燃料電池スタック１００と、燃料ガス給排部２１０と、酸化剤ガス給排部２２０と、冷却媒体給排部２３０とを有する。燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれアノードガスおよびカソードガスと呼ぶこともある。
【０００９】
燃料ガス給排部２１０は、高圧の燃料ガスが貯留されたタンク２１１と、燃料ガスを吐出するインジェクタ２１２と、エジェクタ２１３とを有する。タンク２１１内の燃料ガスは、インジェクタ２１２、エジェクタ２１３および供給管路２１０ａを介して燃料電池スタック１００に供給される。燃料ガスは、水素を含むアノードガス（例えば水素ガス）である。燃料電池スタック１００からは、排出管路２１０ｂを介して、燃料ガス（燃料排ガス）が排出される。
【００１０】
排出管路２１０ｂには気液分離器２１４が介装され、気液分離器２１４で、燃料排ガスに含まれる水分が燃料排ガスから分離される。分離された水分は、ドレン管路２１０ｃを介して排出される。エジェクタ２１３では、インジェクタ２１２から吐出された燃料ガスの流れによって負圧が生じる。この負圧により、気液分離器２１４で水分が分離された後の燃料排ガスが循環管路２１０ｄを介して吸引され、インジェクタ２１２から吐出された燃料ガスに合流する。燃料排ガスの一部はエジェクタ２１３に還流せずに、パージ管路２１０ｅを介して排出される。
（【００１１】以降は省略されています）

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