特許 7581164 短絡検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-01

(45)【発行日】2024-11-12

(54)【発明の名称】短絡検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20241105BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20241105BHJP

   H01M 8/1004 20160101ALI20241105BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

H01M8/10 101

H01M8/1004

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021147552

(22)【出願日】2021-09-10

(65)【公開番号】P2023040519

(43)【公開日】2023-03-23

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】和田 優介

(72)【発明者】

【氏名】小嶌 眞也

(72)【発明者】

【氏名】川西 弘晃

(72)【発明者】

【氏名】西口 怜

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２２１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２７００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２００２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２７８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１５１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２９８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６０３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／５２

Ｇ０１Ｒ １／０６

Ｇ０１Ｒ ３１／２６

Ｇ０１Ｒ ３１／００

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体高分子からなる電解質膜を含む燃料電池の膜電極接合体の前記電解質膜に短絡部位が存在するか否かを検出する短絡検出装置であって、
基台に固定された下型と、
昇降機によって、前記下型に向かって接近する方向に移動する、又は、前記下型から離間する方向に移動する上型と、
前記下型に設けられ、前記膜電極接合体の第１の面に接触する１又は複数の第１電極と、
前記上型に設けられ、前記膜電極接合体の第２の面に接触する複数の第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値を測定する電流測定部と、
前記第１電極と前記第２電極とにより前記膜電極接合体を押圧した状態で、前記電流測定部において測定された前記電流の値に基づいて、前記電解質膜の前記短絡部位が存在するか否かを判定する短絡判定部と、
を備え、
複数の前記第２電極のそれぞれは、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に伸縮可能なプローブであり、
前記プローブは、本体と、前記第２の面に接触する端子と、前記電源に接続される抵抗と、前記端子と前記抵抗との間に設けられる導電性の樹脂部材と、を有し、
前記端子、前記抵抗及び前記樹脂部材は、前記本体内に収容され、
前記端子は、前記抵抗に対して、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に相対移動可能に設けられ、
前記樹脂部材は、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧するときに、前記抵抗と前記端子とに接触した状態で設けられ、
前記抵抗に、前記電源と前記第２電極とを繋ぐ配線が接続される、短絡検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の短絡検出装置であって、
前記樹脂部材は球体である、短絡検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、短絡検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、短絡検出装置が開示されている。この短絡検出装置は、第１電極と第２電極とを有する。第１電極を膜電極接合体のアノード電極側の面に当接させ、第２電極を膜電極接合体のカソード電極側の面に当接させた状態で、短絡検出装置は、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する。短絡検出装置は、第１電極と第２電極との間に流れる電流の大きさに基づいて、膜電極接合体において短絡している部位を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１６０３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示された短絡検出装置の第１電極の膜電極接合体のアノード電極側の面と当接する面は、平面状に形成されている。第２電極の膜電極接合体のカソード電極側の面と当接する面も、平面状に形成されている。そのため、第１電極及び第２電極のそれぞれから膜電極接合体に作用する荷重が、膜電極接合体の部位によって偏りが生じるおそれがある。これにより、膜電極接合体の部位によって印加される電圧の大きさに偏りが生じるおそれがあり、短絡検出装置は、膜電極接合体において短絡している部位を正確に検出できないことがある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様は、固体高分子からなる電解質膜を含む燃料電池の膜電極接合体の前記電解質膜に短絡部位が存在するか否かを検出する短絡検出装置であって、前記膜電極接合体の第１の面に接触する１又は複数の第１電極と、前記膜電極接合体の第２の面に接触する複数の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値を測定する電流測定部と、前記第１電極と前記第２電極とにより前記膜電極接合体を押圧した状態で、前記電流測定部において測定された前記電流の値に基づいて、前記電解質膜の前記短絡部位が存在するか否かを判定する短絡判定部と、を備え、複数の前記第２電極のそれぞれは、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に伸縮可能なプローブであり、前記プローブは、前記第２の面に接触する端子と、電源に接続される抵抗と、前記端子と前記抵抗との間に設けられる導電性の樹脂部材と、を有し、前記端子は、前記抵抗に対して、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に相対移動可能に設けられ、前記樹脂部材は、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧するときに、前記抵抗と前記端子とに接触した状態で設けられる。

【発明の効果】

【0007】

本発明により、短絡検出装置は、膜電極接合体において短絡している部位を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】短絡検出装置の模式図である。

【図2】短絡検出装置の下型及び上型の斜視図である。

【図3】膜電極接合体の模式図である。

【図4】第２電極の模式断面図である。

【図5】比較例の短絡検出装置の下型及び上型の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
図１は、短絡検出装置１０の模式図である。図２は、短絡検出装置１０の下型１２及び上型１４の斜視図である。短絡検出装置１０は、燃料電池の膜電極接合体１６において後述する電解質膜１８が短絡している部位を検出する装置である。膜電極接合体１６は、シート状に形成される。

【0010】

図３は、膜電極接合体１６の模式図である。膜電極接合体１６は、電解質膜１８、電極触媒層２０、及びガス拡散層２２を有する。電解質膜１８は、固体高分子膜であり、誘電性を有する。電極触媒層２０は、白金を担持したカーボンブラック等により形成される。電極触媒層２０は、電解質膜１８の両面にそれぞれ張り合わされる。ガス拡散層２２は、カーボンペーパにより形成される。ガス拡散層２２は、電解質膜１８の両面のそれぞれに、電極触媒層２０の外側から張り付けられる。電極触媒層２０及びガス拡散層２２は、導電性を有する。

【0011】

図１に示すように、短絡検出装置１０は、下型１２、上型１４、電流測定部２４、及び制御部２６を有する。下型１２は、不図示の基台等に固定される。上型１４は、下型１２の上方に設けられる。上型１４は、不図示の昇降機のロッド１３に取り付けられる。昇降機が駆動することにより、上型１４は下型１２に向かって接近する方向に移動し、又、上型１４は下型１２から離間する方向に移動する。

【0012】

下型１２の上面１２１には、複数の第１電極２８が設けられる。複数の第１電極２８は、マトリックス状に配列される。下型１２の上面１２１と複数の第１電極２８との間には絶縁体３０が設けられる。絶縁体３０は、互いに隣り合う２つの第１電極２８の間にも設けられる。下型１２の上面１２１の第１電極２８の上に、膜電極接合体１６が載せられる。第１電極２８の膜電極接合体１６と接触する面２８１（以下、第１接触面２８１と称する）は平面状に形成されている。

【0013】

上型１４の下面１４１には、複数の第２電極３２が設けられる。複数の第２電極３２は、マトリックス状に配置される。第２電極３２の個数は、第１電極２８の個数と同数である。それぞれの第２電極３２は、それぞれの第１電極２８と対になって設けられる。上型１４の下面１４１と複数の第２電極３２との間には絶縁体３４が設けられる。

【0014】

上型１４が下型１２に向かって移動すると、第１電極２８と第２電極３２とにより膜電極接合体１６が挟まれる。この状態で、第１電極２８は膜電極接合体１６の第１の面１６１に接触し、第２電極３２は膜電極接合体１６の第２の面１６２に接触する。なお、膜電極接合体１６の第１の面１６１側はアノードであり、膜電極接合体１６の第２の面１６２側はカソードである。

【0015】

それぞれの第１電極２８は、直流の電源３６の負極に第１配線３８を介して接続される。それぞれの第２電極３２は、電源３６の正極に第２配線４０を介して接続される。電源３６とそれぞれの第１電極２８との間には電流測定部２４が設けられる。それぞれの電流測定部２４は、第１電極２８と第２電極３２とのそれぞれの組に対応付けられて設けられる。第１電極２８と、第１電極２８に対応する第２電極３２との間に電流が流れると、第１電極２８と第２電極３２との組に対応する電流測定部２４により電流が測定される。

【0016】

制御部２６は、演算部３７及び記憶部３９を有する。演算部３７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサである。演算部３７は、短絡判定部４１を有する。記憶部３９に記憶されているプログラムが演算部３７によって実行されることによって、短絡判定部４１が実現される。短絡判定部４１の少なくとも一部が、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の集積回路によって実現されてもよい。短絡判定部４１の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。

【0017】

記憶部３９は、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等である。揮発性メモリは、プロセッサのワーキングメモリとして使用され、処理又は演算に必要なデータ等を一時的に記憶する。不揮発性メモリは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等である。不揮発性メモリは、保存用のメモリとして使用され、プログラム、テーブル、マップ等を記憶する。記憶部３９の少なくとも一部が、上述したようなプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。

【0018】

短絡判定部４１は、それぞれの電流測定部２４が測定した電流に基づき、電解質膜１８が短絡している部位が存在するか否かを判定する。また、電解質膜１８が短絡している部位が存在する場合には、短絡判定部４１は、それぞれの電流測定部２４が測定した電流に基づき、電解質膜１８が短絡している部位の位置を特定する。

【0019】

第１電極２８と第２電極３２とにより膜電極接合体１６が挟まれた状態で、第１電極２８と第２電極３２との間に電圧を印加すると、第１電極２８と第２電極３２との間に電流が流れ始める。前述のように、電解質膜１８は誘電性を有し、電極触媒層２０及びガス拡散層２２は導電性を有する。そのため、第１電極２８と第２電極３２との間に電圧を印加した直後には、第１電極２８と第２電極３２との間を流れる電流は大きい。その後、時間の経過とともに、第１電極２８と第２電極３２との間を流れる電流は小さくなる。

【0020】

しかし、電解質膜１８が短絡している部位が存在する場合には、電解質膜１８が短絡している部位において膜電極接合体１６に接触する第１電極２８と第２電極３２との間を流れる電流は、時間が経過しても小さくならない。これにより、短絡判定部４１は、それぞれの電流測定部２４が測定した電流に基づき、電解質膜１８が短絡している部位の位置を特定することが可能となる。

【0021】

図４は、第２電極３２の模式断面図である。それぞれの第２電極３２は、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する方向に伸縮可能なプローブ４２である。プローブ４２は、本体４４、チップ抵抗４８、端子５０、及び樹脂部材５２を有する。

【0022】

本体４４内に、チップ抵抗４８、端子５０、及び樹脂部材５２が収容される。チップ抵抗４８には、図１に示す第２配線４０が接続される。端子５０は、チップ抵抗４８に対して、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する方向に移動可能に設けられている。端子５０の先端の面３２１（以下、第２接触面３２１と称する）は、球面状に形成される。第１電極２８と第２電極３２とにより膜電極接合体１６が挟まれた状態で、第２接触面３２１は、膜電極接合体１６の第２の面１６２に当接する。樹脂部材５２は、弾性変形可能な樹脂により形成されている。樹脂部材５２は、導電性を有する。樹脂部材５２は、球体である。樹脂部材５２は、端子５０とチップ抵抗４８との間に配置される。第２電極３２が膜電極接合体１６の第２の面１６２を押圧する場合に、樹脂部材５２は、端子５０の基端５０１とチップ抵抗４８とに接触した状態で弾性変形する。

【0023】

本実施形態では、下型１２に複数の第１電極２８が設けられる。これに代えて、本実施形態で下型１２に複数の第１電極２８が設けられている領域に、１枚の板状の第１電極２８が設けられてもよい。

【0024】

［作用効果］
図５は、比較例の短絡検出装置１０の下型１２及び上型１４の斜視図である。比較例の短絡検出装置１０では、第２電極６０の構成が、本実施形態の短絡検出装置１０の第２電極３２の構成と異なる。図５において、図２と同じ符号を付した部材の構成は、本実施形態の各符号に対応する部材の構成と同じである。比較例の短絡検出装置１０の第２電極６０は１枚の板状に形成される。第２電極６０の膜電極接合体１６と接触する面６０１（以下、第２接触面６０１と称する）は平面状に形成される。

【0025】

膜電極接合体１６の最も外側に位置するガス拡散層２２は、カーボンペーパにより形成される。カーボンペーパは炭素繊維により形成された不織布であり、カーボンペーパの厚さはカーボンペーパの部位によって不均一である。そのため、カーボンペーパを材料とする膜電極接合体１６の厚さは、膜電極接合体１６の部位によって不均一である。

【0026】

比較例の短絡検出装置１０では、第１電極２８の第１接触面２８１及び第２電極６０の第２接触面６０１がともに平面状に形成される。そのため、第１接触面２８１及び第２接触面６０１のそれぞれと、膜電極接合体１６とは面接触する。比較例の短絡検出装置１０では、第１接触面２８１及び第２接触面６０１のそれぞれと、膜電極接合体１６との間に作用する圧力は、膜電極接合体１６の部位によって不均一となる。これにより、第１接触面２８１及び第２接触面６０１のそれぞれと、膜電極接合体１６とが接触する位置において、膜電極接合体１６の第１の面１６１と第２の面１６２との間に印加される電圧は、膜電極接合体１６の部位によって不均一となる。この場合、短絡検出装置１０は、電解質膜１８が短絡している部位を高精度に検出できない。

【0027】

本実施形態の短絡検出装置１０では、上型１４が複数の第２電極３２を有する。複数の第２電極３２のそれぞれは、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する方向に伸縮可能なプローブ４２である。プローブ４２は、端子５０、チップ抵抗４８、及び樹脂部材５２を有する。端子５０は、チップ抵抗４８に対して、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する方向に相対移動可能に設けられる。樹脂部材５２は、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧するときに、チップ抵抗４８と端子５０とに接触した状態で設けられる。

【0028】

これにより、本実施形態の短絡検出装置１０では、膜電極接合体１６の第２の面１６２の形状に応じて、端子５０が伸縮する。そのため、膜電極接合体１６と第１接触面２８１及び第２接触面３２１のそれぞれとが接触する位置において、膜電極接合体１６と第１接触面２８１及び第２接触面３２１のそれぞれとの間に作用する圧力は、膜電極接合体１６の全域で略均一となる。この場合、それぞれの第１電極２８と、それぞれの第１電極２８に対応する第２電極３２とにより挟まれた部分において、膜電極接合体１６の第１の面１６１と第２の面１６２との間に印加される電圧は、膜電極接合体１６の全域で略均一となる。よって、短絡検出装置１０は、電解質膜１８が短絡している部位を高精度に検出できる。

【0029】

また、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する状態で、樹脂部材５２はチップ抵抗４８と端子５０とに接触する。これにより、樹脂部材５２は端子５０を膜電極接合体１６に向かって付勢する。そのため、それぞれの第２電極３２の端子５０の第２接触面３２１が、膜電極接合体１６の第２の面１６２に確実に接触する。この場合、それぞれの第１電極２８と、それぞれの第１電極２８に対応する第２電極３２とにより挟まれた部分において、膜電極接合体１６の第１の面１６１と第２の面１６２との間に印加される電圧は、膜電極接合体１６の全域で略均一となる。よって、短絡検出装置１０は、電解質膜１８が短絡している部位を高精度に検出できる。

【0030】

本実施形態の短絡検出装置１０では、第２電極３２の端子５０の第２接触面３２１は、球面状に形成される。これにより、膜電極接合体１６と第２接触面３２１とは点接触する。そのため、第１接触面２８１及び第２接触面３２１のそれぞれと、膜電極接合体１６とが接触する位置において、第１接触面２８１及び第２接触面３２１のそれぞれと、膜電極接合体１６との間に作用する圧力は、膜電極接合体１６の全域で略均一となる。この場合、それぞれの第１電極２８と、それぞれの第１電極２８に対応する第２電極３２とにより挟まれた部分において、膜電極接合体１６の第１の面１６１と第２の面１６２との間に印加される電圧は、膜電極接合体１６の全域で略均一となる。よって、短絡検出装置１０は、電解質膜１８が短絡している部位を高精度に検出できる。

【0031】

本実施形態の短絡検出装置１０では、第２電極３２は樹脂部材５２を有する。第２電極３２の樹脂部材５２に代えて、不図示のコイルバネが用いられてもよい。しかし、第２電極３２が膜電極接合体１６を押圧する方向において、コイルバネの長さに比べて、樹脂部材５２の長さは短い。そのため、コイルバネが用いられる場合に比べて、樹脂部材５２が用いられる場合には、第２電極３２を小型化できる。

【0032】

本実施形態の短絡検出装置１０では、樹脂部材５２は球体である。樹脂部材５２が第２電極３２の本体４４内部に挿入される場合、樹脂部材５２の向きを調整する必要がない。そのため、第２電極３２の組み立てを容易にできる。

【0033】

本実施形態の短絡検出装置１０では、第２電極３２はチップ抵抗４８を有する。第２電極３２に抵抗が内蔵されているため、それぞれの第１電極２８と、それぞれの第１電極２８に対応する第２電極３２との間に印加する電圧が安定する。よって、短絡検出装置１０は、電解質膜１８が短絡している部位を高精度に検出できる。また、チップ抵抗４８により電圧を減衰できる。

【0034】

〔実施形態から得られる発明〕
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

【0035】

固体高分子からなる電解質膜（１８）を含む燃料電池の膜電極接合体（１６）の前記電解質膜に短絡部位が存在するか否かを検出する短絡検出装置（１０）であって、前記膜電極接合体の第１の面（１６１）に接触する１又は複数の第１電極（２８）と、前記膜電極接合体の第２の面（１６２）に接触する複数の第２電極（３２）と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源（３６）と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の値を測定する電流測定部（２４）と、前記第１電極と前記第２電極とにより前記膜電極接合体を押圧した状態で、前記電流測定部において測定された前記電流の値に基づいて、前記電解質膜の前記短絡部位が存在するか否かを判定する短絡判定部（４１）と、を備え、複数の前記第２電極のそれぞれは、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に伸縮可能なプローブ（４２）であり、前記プローブは、前記第２の面に接触する端子（５０）と、電源に接続される抵抗（４８）と、前記端子と前記抵抗との間に設けられる導電性の樹脂部材（５２）と、を有し、前記端子は、前記抵抗に対して、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧する方向に相対移動可能に設けられ、前記樹脂部材は、前記第２電極が前記膜電極接合体を押圧するときに、前記抵抗と前記端子とに接触した状態で設けられる。これにより、短絡検出装置は、電解質膜が短絡している部位を高精度に検出できる。

【0036】

上記の短絡検出装置であって、前記樹脂部材は球体であってもよい。これにより、第２電極の組み立てを容易にできる。

【符号の説明】

【0037】

１０…短絡検出装置 １６…膜電極接合体
１８…電解質膜 ２４…電流測定部
２８…第１電極 ３２…第２電極
３６…電源 ４１…短絡判定部
４２…プローブ ４８…チップ抵抗（抵抗）
５０…端子 ５２…樹脂部材
１６１…第１の面 １６２…第２の面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】