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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
und ein Diagnoseverfahren. Genauer gesagt betrifft die Erfindung
eine Verbesserung einer Technologie zum Prüfen bzw. Feststellen, ob eine
Anormalität
bei einer Brennstoffzelle vorliegt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine
Brennstoffzelle (beispielsweise eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle)
wird typischerweise durch Zusammenstapeln einer Mehrzahl von Zellen
(Leistungserzeugungszellen) gebildet, welche zwischen Separatoren
ein Elektrolyt zu liegen haben. Üblicherweise
ist bei einer derartigen Brennstoffzelle, welche aus diesen Zellstapelkörpern gebildet
ist, eine Zellüberwachungseinrichtung
bereitgestellt, um die Spannung in der Zelle (d.h. die Zellspannung)
zu messen, so daß der
Leistungserzeugungsstatus, wie beispielsweise eine Fluktuation der
Zellspannung während
der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle, überwacht werden kann. Genauer
gesagt wird eine Technologie beschrieben, welche die Erfassung der
Stromverteilung während
der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle durch einen in der
Zelle bereitgestellten magnetischen Sensor ermöglicht (siehe hierzu beispielsweise
die japanische Patentanmeldung Nr.
JP-A-2005-123162 ).
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Jedoch
gibt es, selbst wenn es wie vorstehend beschrieben ein Meßgerät gibt,
um die Stromverteilung während
der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle zu erfassen, kein Messgerät bzw. Mittel,
um die Verteilung von Wasser in einer Elektrolytmembran festzustellen,
wenn kein Strom in der Zelle erzeugt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt daher eine Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
sowie ein Diagnoseverfahren bereit, welche dazu geeignet sind, die
Verteilung von Wasser in einer Elektrolytmembran festzustellen,
wenn keine Leistung in der Brennstoffzelle erzeugt wird.
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Es
gibt unterschiedliche Technologien zum Überwachen des Status einer
Brennstoffzelle, während
die Brennstoffzelle Leistung erzeugt, von denen einige Fluktuationen
bei der Zellspannung unter Verwendung einer Zellüberwachungseinrichtung (Spannungssensor)
wie vorstehend beschrieben überwachen,
und andere, welche die Leistungserzeugungsverteilung unter Verwendung
eines Magnetliniensensors bzw. Feldliniensensors überwachen,
der an einem Außenumfangsabschnitt
eines Brennstoffzellenstapels vorgesehen ist. Der vorgenannte Spannungssensor
ist nicht dazu geeignet, die Leistungserzeugungsverteilung in der
Ebene (in-plane power generating distribution) einer Elektrode zu
messen, da er die Durchschnittsspannung der gesamten Zelle überwacht,
so daß,
wenn eine Anormalität
in einem Abschnitt der Zelle auftritt, diese nicht erfaßt werden kann.
Diesbezüglich
wird, bei Verwendung eines Spannungssensors, selbst dann, wenn eine
Anormalität
auftritt (d.h. wenn die Stromdichte abnimmt), bei einem Ebenen-Abschnitt
der Zellen, diese oft durch andere Abschnitte, welche normal funktionieren,
ausgeglichen (d.h. die Stromdichte nimmt zu). Als Ergebnis ist die
Durchschnittszellspannung nicht anormal, so daß eine Anormalität, bei der
ein örtliches
Problem vorliegt, unerkannt bleiben kann.
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Auf
der anderen Seite kann der später
genannte Magnetfeldsensor die Leistungserzeugungsverteilung (Stromdichte)
des gesamten Brennstoffzellenstapels kontaktfrei messen. Daher ist
es, selbst wenn eine Zelle mit einer Leistungserzeugungsverteilung,
welche von einer Leistungserzeugungsverteilung einer anderen Zelle
unterschiedlich ist, in einem Stapel gestapelt ist, unter Verwendung
der Störung,
welche in den Magnetkraftlinien bzw. Feldlinien erzeugt wird, die
sich durch den Stapel erstrecken, möglich zu erfassen, ob eine
anormale Zelle vorliegt. Da die Leistung des Magnetfeldsensors zur
Erfassung einer anormalen Zelle jedoch gering ist, ist es möglich, daß eine an
eine anormale Zelle angrenzende Zelle irrtümlich als anormal erfaßt wird.
In wenigen Fällen
kann es auch vorkommen, daß die
Anormalität überhaupt
nicht erfaßt
wird. Diesbezüglich
ist, wenn beispielsweise eine Anormalität in einer bestimmten Zelle
auftritt, wobei diese Anormalität
die Leistungserzeugungsverteilung der angrenzenden Zellen derart
betrifft, selbst wenn eine Zelle normal funktioniert, deren Leistungserzeugungsverteilung
verglichen mit ihrer normalen Leistungserzeugungsverteilung unterschiedlich.
Als ein Ergebnis kann eine angrenzende normale Zelle irrtümlich als
anormal erfaßt
werden. Umgekehrt kann es auch vorkommen, daß, wenn die Anormalität gering
ist, diese nicht erfaßt
werden kann, da diese durch die Leistungserzeugungsverteilung angrenzender
normaler Zellen kompensiert werden kann, welche die Änderungen
in den Feldlinien verringern. Da dieses Verfahren darüber hinaus
eine Anormalität
basierend auf der Leistungserzeugungsverteilung des gesamten Stapels
feststellt, nicht jedoch auf einer Zelle, ist es nicht möglich, in
zufriedenstellender Weise eine anormal funktionierende Zelle zu
erfassen.
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Davon
ausgehend ist es möglich,
daß eine Art
reversible Anormalität
oder ein Zustand während eines
instationären
Wechsels bzw. einer instationären
Veränderung,
beispielsweise einer Temperaturänderung
bei der Leistungserzeugungsverteilung, einer Ansammlung von erzeugtem
Wasser in einem bestimmten Gebiet, oder einem vorübergehenden bzw.
instationären
Unterschied beim Leistungserzeugungsstatus einer jeden Zelle während einer
Veränderung
der Last irrtümlich
als Anormalität
einer Zelle erfaßt
wird, da eine Ausgabe von all den Sensoren erhalten wird, wenn Leistung
in der Brennstoffzelle erzeugt wird.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung,
welche eine Brennstoffzelle, bei der eine Mehrzahl von Leistungserzeugungszellen
zusammengestapelt ist, diagnostiziert bzw. überprüft, und wel che dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie
eine Spannungsversorgungseinrichtung zum Anlegen einer Spannung
von außen
an die Zelle aufweist, sowie eine Magnetfelderfassungseinrichtung
zum Messen eines Magnetfeldes in oder um die Brennstoffzelle, wenn
die externe Spannung angelegt wird; und eine Diagnosevorrichtung
zum Diagnostizieren des Zustands der Brennstoffzelle anhand der
Meßergebnisse
des magnetischen Feldes.
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Gemäß dem ersten
Aspekt wird durch Anlegen einer externen Spannung ein Magnetfeld
(Feldlinien) in oder um die Brennstoffzelle erzeugt, wenn keine
Leistung in der Brennstoffzelle erzeugt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt
kein Effekt einer instationären
Veränderung
existiert, welche auftritt, wenn beispielsweise Leistung erzeugt
wird. Wenn eine anormale Zelle im Brennstoffzellenstapel vorliegt, wird
das Magnetfeld (Feldlinien) durch diese beeinflußt und gestört. Als Ergebnis kann das Vorliegen
einer anormalen Zelle durch Erfassen der Störung im Magnetfeld (Feldlinien)
erfaßt
werden, wodurch die Brennstoffzelle diagnostiziert werden kann.
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Falls
ferner eine große
Menge von in der Zelle produziertem Wasser die Strömung oder
Diffusion von Reaktionsgas stört,
tritt beispielsweise eine Elektrolyse von Wasser in dem Abschnitt
auf, wo eine große
Menge von Wasser vorhanden ist, was zu einer Stromverteilung führt, die
von der Stromverteilung in anderen Abschnitten unterschiedlich ist.
Oder, falls ein Katalysator in einer MEA (Membran-Elektrolyt-Anordnung)
sich verschlechtert, kann der Strom beispielsweise nicht einfach
durch den Abschnitt strömen,
so daß die
Stromverteilung darin endet, daß diese
unterschiedlich von der Stromverteilung anderer Abschnitte ist.
Gemäß dem ersten
Aspekt kann das Magnetfeld, welches als Resultat davon beeinflußt und gestört wurde,
erfaßt
werden, und die Position, an der die Stromverteilung unterschiedlich
ist, kann ebenfalls basierend auf den Meßergebnissen erfaßt werden.
Demgemäß kann eine
Ebenenverteilung des Stromes in der Leistungserzeugungszelle basierend
auf diesen Erfassungsergebnissen diagnostiziert werden, und ferner
kann die Verteilung von Wasser in der Elektrolytmembran nach der
Leistungserzeugung basierend auf diesen Ergebnissen diagnostiziert
werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
kann die Spannungsversorgungseinrichtung ein Magnetfeld in oder um
die Brennstoffzelle erzeugen, durch Anlegen einer externen Spannung
einer Zellüberwachungseinrichtung,
welche den Leistungserzeugungsstatus der Brennstoffzelle durch Messen
der Zellspannung der Leistungserzeugungszellen mißt. In diesem
Fall wird eine Brennstoffzelle verwendet, die vorab mit einer Zellüberwachungseinrichtung
zur Erfassung des Leistungserzeugungsstatus der Brennstoffzelle
bereitgestellt wurde, und diese existierende Zellüberwachungseinrichtung
wird auch als Einrichtung zum Anlegen der externen Spannung verwendet,
d.h. als externe Spannungsanlegeeinrichtung. Zusätzlich kann, in Abhängigkeit
von der Struktur, eine Zellüberwachungseinrichtung
für jede
der Mehrzahl der gestapelten Leistungserzeugungszellen bereitgestellt werden.
In diesem Fall kann ein Magnetfeld für jede Zelle durch Anlegen
einer Spannung an jede Zelle erzeugt werden, so daß der Ort
einer Anormalität
präziser
erfaßt
werden kann. Natürlich
ist in einem derartigen Fall eine äußere Ausrüstung zum Anlegen einer Spannung
nicht notwendig.
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Gemäß dem ersten
Aspekt kann die Diagnoseeinrichtung eine Ebenenverteilung des Stroms
in den Leistungserzeugungszellen diagnostizieren. Demgemäß kann die
Verteilung des Wassers in einer Elektrolytmembran der Brennstoffzelle,
während
die Brennstoffzelle keine Leistung erzeugt, basierend auf den Diagnoseergebnissen
der Ebenenverteilung des Stroms in den Leistungserzeugungszellen
diagnostiziert werden.
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Ferner
kann die Spannungsanlegeeinrichtung eine externe Spannung an die
Brennstoffzelle anlegen, während
Separatoren der Mehrzahl der Leistungserzeugungszellen kurzgeschlossen
sind. Üblicherweise
sammeln sich während
der fortgesetzten Leistungserzeugung der Brennstoffzelle Oxide an der
Oberfläche
des Elektrolytkatalysators, welche den Kontakt zwischen dem Reaktionsgas
und dem Elektrodenkatalysator stören.
Als ein Ergebnis nimmt die Leistungserzeugungsleistung (Ausgangsleistung)
schrittweise ab. Wenn auf der anderen Seite die Separatoren kurzgeschlossen
werden, während Brenngas
in den Zellen vorhanden ist, reinigt die Reduktionsreaktion der
Oxide die Katalysator(ober)fläche
und reaktiviert diese, wodurch die Leistungserzeugungs leistung wieder
hergestellt wird. Wenn ein Magnetfeld (Feldlinien) in der Brennstoffzelle
durch Anlegen einer externen Spannung an die Brennstoffzelle erzeugt
wird, während
die Separatoren der Mehrzahl von Leistungserzeugungszellen kurzgeschlossen
sind, wird eine Reduktionsreaktion ähnlich der vorstehend beschriebenen
induziert, wodurch es möglich
wird, die Katalysatorfläche
gleichzeitig mit der Erfassung einer Anormalität bezüglich der Zellen zu reaktivieren.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Diagnoseverfahren
für eine
Brennstoffzelle, bei der eine Mehrzahl von Leistungserzeugungszellen
zusammengestapelt ist, welches die Schritte Anlegen einer Spannung
an die Brennstoffzelle von außen
aufweist; Erfassen eines Magnetfeldes in oder um die Zelle, wenn
die externe Spannung angelegt ist; und Diagnostizieren des Status
der Brennstoffzelle anhand der Meßergebnisse des Magnetfeldes.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung kann die externe Spannung an die Brennstoffzelle von
einer Zellüberwachungseinrichtung
angelegt werden, welche den Leistungserzeugungsstatus der Brennstoffzelle
durch Erfassen der Zellspannung der Leistungserzeugungszellen bestimmt.
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In
diesem Fall kann die externe Spannung an die Brennstoffzelle angelegt
werden, während
die Separatoren der Mehrzahl von Leistungserzeugungszellen kurzgeschlossen
sind.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Vorstehende sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden anhand der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden,
um gleiche Elemente darzustellen; dabei zeigt:
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1 eine
perspektivische Explosionszeichnung einer beispielhaften Struktur
einer Leistungserzeugungszelle, welche eine Brennstoffzelle bildet;
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2 eine
perspektivische Darstellung, welche eine beispielhafte Anordnung
eines Brennstoffzellenstapels zeigt;
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3 eine
schematische Darstellung, die einen Querschnitt der Leistungserzeugungszelle
darstellt, um das Prinzip des Diagnoseverfahrens zu illustrieren,
welches durch die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung angewandt
wird;
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4 eine
Darstellung, die eine Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei eine Mehrzahl von gestapelten
Zellen von der Seite gezeigt wird;
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5 ein
Flußdiagramm,
das ein Beispiel einer Routine des Brennstoffzellen-Diagnoseverfahrens
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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In
der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung
detaillierter unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben.
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Die 1 bis 5 zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
einer Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung sowie eines Diagnoseverfahrens
gemäß der Erfindung.
Die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 der Erfindung
ist eine Diagnosevorrichtung zum Diagnostizieren einer Brennstoffzelle 1, welche
aus einer Mehrzahl von Leistungserzeugungszellen (nachfolgend einfach
als „Zellen" bezeichnet) 2 gebildet
wird. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Magnetfeld
in oder um die Brennstoffzelle 1 gemessen, wenn eine externe Spannung
angelegt ist, und der Status der Brennstoffzelle 1 wird
anhand dieser Meßergebnisse
diagnostiziert.
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Bei
den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
wird zunächst
die allgemeine Struktur der Zellen 2, welche die Brennstoffzelle 1 bilden,
sowie die allgemeine Struktur eines Zellstapels 3, der
durch eine Mehrzahl von gestapelten Zellen 2 gebildet wird,
beschrieben. Dann wird die Struktur bzw. Anordnung zum Anlegen einer
externen Spannung und Diagnostizieren des Zustands in der Brennstoffzelle 1 beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der allgemeinen Struktur einer der
Zellen 2 der Brennstoffzelle 1 dieser beispielhaften
Ausführungsform.
Eine Mehrzahl der Zellen 2, welche wie in der Zeichnung
dargestellt strukturiert sind, werden in Serie zusammengestapelt,
um einen Zellstapelkörper 3 (siehe 2)
zu bilden. Der durch diesen Zellstapelkörper 3 gebildete Brennstoffzellenstapel
und dergleichen wird dann auch durch eine in Stapelrichtung aufgebrachte
Last gebunden, während
beispielsweise beide Enden des Stapels zwischen einem Paar Endplatten 8 angeordnet
sind, und Halteteile, die aus Spannplatten 9 ausgebildet
sind, werden dann derart angeordnet, um diese Endplatten 8 zusammenzuhalten
(siehe 2).
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Im übrigen kann
die Brennstoffzelle 1, die durch einen derartigen Brennstoffzellenstapel
und dergleichen gebildet wird, beispielsweise als Onboard-Leistungserzeugungssystem
für ein
Brennstoffzellenfahrzeug (FCHV – Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug)
verwendet werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das bedeutet, die Brennstoffzelle 1 kann
auch als Leistungserzeugungssystem verwendet werden, das beispielsweise
in unterschiedlichen Typen mobiler Körper (beispielsweise Seefahrzeugen
und Luftfahrzeugen) oder einem automatisierbaren Körper (beispielsweise
einem Roboter oder dergleichen) angebracht ist, und kann auch als
stationäres
Leistungserzeugungssystem verwendet werden.
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Die
Zelle 2 enthält
ein Elektrolyt (ein bestimmtes Beispiel hiervon ist eine Membran-Elektroden-Anordnung,
nachfolgend kurz als „MEA" bezeichnet) 30,
sowie ein Paar Separatoren 20 (welche nachfolgend durch
die Bezugszeichen 20a und 20b in 1 dargestellt
werden), die die MEA zwischen diesen halten, und dergleichen (siehe 1).
Die MEA 30 und die Separatoren 20a und 20b bestehen jeweils
aus einer im allgemeinen rechteckigen flachen bzw. plattenartigen
Form. Darüber
hinaus ist die MEA 30 derart ausgebildet, daß deren äußere Form kleiner
als die Außenformen
der Separatoren 20a und 20b ist.
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Die
MEA 30 enthält
eine Polymer-Elektrolytmembran, bestehend aus einer Ionenaustauschmembran
aus einem Polymermaterial (nachfolgend einfach als „Elektrolyt" bezeichnet) 31,
sowie ein Paar Elektroden (eine Anodenseiten-Diffusionselektrode
sowie eine Kathodenseiten-Diffusionselektrode) 32a und 32b,
welche die Elektrolytmembran 31 von beiden Seiten umschließen (siehe 1).
Die Elektrolytmembran 31 ist größer ausgebildet als die Elektroden 32a und 32b.
Die Elektroden 32a und 32b sind beispielsweise
durch ein Heißpreßverfahren
mit der Elektrolytmembran 31 an Positionen verbunden, so daß die peripheren
Randabschnitte 33 der Elektrolytmembran 31 unbedeckt
bleiben.
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Die
Elektroden 32a und 32b, die einen Teil der MEA 30 ausbilden,
bestehen beispielsweise aus einem porösen Kohlenstoffmaterial (Diffusionsschichten),
welches einen Katalysator, beispielsweise Platin, trägt, der
an der Oberfläche
anhaftet. Wasserstoffgas wird als Brenngas (ein Reaktionsgas) einer
der Elektroden (der Anode) 32a zugeführt, während Oxidationsgas (ein Reaktionsgas),
beispielsweise Luft oder ein Oxidationsmittel der anderen Elektrode
(der Kathode) 32b zugeführt
wird. Eine elektromotive Kraft wird dann in der Zelle 2 durch
elektrochemische Reaktion erzeugt, welche zwischen diesen beiden
Typen von Reaktionsgasen in der MEA 30 stattfindet.
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Die
Separatoren 20 (20a und 20b) bestehen aus
einem gasundurchlässigen
leitfähigen
Material, beispielsweise Carbon, einem harten leitfähigem Harz
oder einen Metall, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl. Die
Substrate der Separatoren 20 (20a und 20b)
in dieser beispielhaften Ausführungsform
bestehen aus einem plattenförmigen
Metall (d.h. einem Metallseparator), und eine hochkorrosionsbeständige Membran
(beispielsweise eine Membran, welche durch Goldplattierung ausgebildet
wird) ist auf der Oberfläche
der Substrate ausgebildet, welche am nächsten zu den Elektroden 32a und 32b liegt.
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Zudem
sind rillenförmige
Flußpfade,
welche durch eine Mehrzahl von konkaven Abschnitten ausgebildet
werden, auf beiden Seiten der Separatoren 20a und 20b ausgebildet.
Diese Flußpfade
können durch
Preßformen
im Fall der Separatoren 20a und 20b dieser beispielhaften
Ausführungsform
ausgebildet werden, bei denen die Substrate beispielsweise aus plattenförmigem Metall
ausgebildet sind. Die rillenförmigen
Flußpfade,
welche auf diese Weise ausgebildet werden, bilden einen Gasflußpfad 34 für das Oxidationsgas,
einen Gasflußpfad 35 für das Wasserstoffgas
oder einen sogenannten Kühlmittelflußpfad 36.
Genauer gesagt sind eine Mehrzahl von Gasflußpfaden für das Wasserstoffgas an der
Innenseite, d.h. der am nächsten
an der Elektrode 32a gelegenen Seite des Separators 20a ausgebildet,
während
eine Mehrzahl von Kühlmittelflußpfaden 36 auf der
Rückseite
(d.h. der Außenfläche) des
Separators 20a ausgebildet ist (siehe 1).
Auf ähnliche
Weise ist eine Mehrzahl von Gasflußpfaden 34 für das Oxidationsgas
an der Innenfläche
ausgebildet, d.h. der am nächsten
zur Elektrode 32b gelegenen Seite des Separators 20b,
während
eine Mehrzahl von Kühlmittelflußpfaden
an der Rückseite
(d.h. an der Außenfläche) des
Separators 20b ausgebildet ist (siehe 1).
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
ist die Struktur beispielsweise derart, daß bei zwei benachbarten Zellen 2 beide
Kühlmittelflußpfade 36 zusammentreffen,
wenn die Außenfläche des
Separators 20a einer Zelle 2 mit der Außenfläche des
Separators 20b der angrenzenden Zelle 2 zusammenpassen,
um dadruch einen einzelnen Kühlmittelflußpfad 36 auszubilden,
der einen Querschnitt hat, welcher beispielsweise rechteckig oder
wabenförmig
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, sind die Separatoren 20a und 20b ferner
derart ausgebildet, daß zumindest
die konkaven und konvexen Formen zum Ausbilden der Fluidflußpfade umgekehrt
auf den Front- und Rückflächen ausgebildet
sind. Genauer gesagt dient beim Separator 20a die Rückfläche in konvexer
Form (konvexe Rippe), die den Gasflußpfad 35 für das Wasserstoffgas
bildet, als konkave Fläche
(konkave Rille), die den Kühlmittelflußpfad 36 bildet,
und die Rückfläche in konkaver
Form (konkave Rille), die den Gasflußpfad 35 bildet, dient
als konvexe Form (konvexe Rippe), die den Kühlmittelflußpfad 36 bildet. Darüber hinaus
dient beim Separator 20b die Rückfläche in konvexer Form (konvexe
Rippe), die den Gasflußpfad 34 für das Oxidationsgas bildet,
als konkave Form (konkave Rille), die den Kühlmittelflußpfad 36 bildet, und
die Rückfläche in konkaver
Form (konkave Rille), die den Gasflußpfad 34 bildet, dient
als konvexe Form (konvexe Rippe), die den Kühlmittelflußpfad 36 bildet.
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Ferner
sind ein Oxidationsgas-Einlaßseitenkrümmer 15a,
ein Wasserstoffgas-Auslaßseitenkrümmer 16b,
sowie ein Kühlmittel-Auslaßseitenkrümmer 17b in
der Nähe
des Endabschnitts in Längsrichtung
der Separatoren 20a und 20b ausgebildet (d.h.
im Fall der beispielhaften Ausführungsform
in der Nähe
des einen Endabschnitts, welcher auf der linken Seite in 1 gezeigt
ist). Bei dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Krümmer 15a, 16b und 17b beispielsweise
durch im allgemeinen rechtwinklige oder trapezoide Öffnungen
ausgebildet, die in den Separatoren 20a und 20b ausgebildet
sind (siehe 1). Ferner sind ein Oxidationsgas-Auslaßseitenkrümmer 15a,
ein Wasserstoffgas-Einlaßseitenkrümmer 16a sowie
ein Kühlmittel-Einlaßseitenkrümmer 17a am
Endabschnitt auf der Seite der Separatoren 20a und 20b ausgebildet, die
den Krümmern 15a, 16b und 17b gegenüberliegt. In
dieser beispielhaften Ausführungsform
sind diese Krümmer 15b, 16a und 17a ebenfalls
durch im wesentlichen rechteckige oder trapezoide Öffnungen ausgebildet
(siehe 1). Im übrigen
werden in 2 und dergleichen die Bezugszeichen
der Krümmer
ohne die jeweils angefügten
Buchstaben a und b dargestellt.
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Von
den vorstehend beschriebenen Krümmern
sind der Wasserstoffgas-Einlaßseitenkrümmer 16a sowie
der Auslaßseitenkrümmer 16b des
Separators 20a zum Gasflußpfad 35 für das Wasserstoffgas
jeweils über
eine Einlaßseiten-Verbindungsleitung 61 sowie
eine Auslaßseiten-Verbindungsleitung 62 geöffnet, welche
rillenförmig
im Separator 20a ausgebildet sind. Auf ähnliche Weise sind der Oxidationsgas-Einlaßseitenkrümmer 15a und
der Oxidationsgas-Auslaßseitenkrümmer 15b des
Separators 20b jeweils zum Gasflußpfad 34 für das Oxidationsgas über eine
Einlaßseiten-Verbindungsleitung 63 sowie
eine Auslaßseiten-Verbindungsleitung 64 offen, welche
rillenförmig
im Separator 20b ausgebildet sind (siehe 1).
Darüber
hinaus sind der Kühlmittel-Einlaßseitenkrümmer 17a und
der Auslaßseitenkrümmer 17b der
Separatoren 20a und 20b zum Kühlmittelflußpfad 36 jeweils über eine
Einlaßseiten-Verbindungsleitung 65 sowie
eine Auslaßseiten-Verbindungsleitung 66 offen,
welche rillenförmig in
den Separatoren 20a und 20b ausgebildet sind. Die
insoweit beschriebene Struktur der Separatoren 20a und 20b ermöglicht die
Zufuhr von Oxidationsgas, Wasserstoffgas und Kühlmittel Zelle 2.
Ein spezifisches Beispiel wird nun angeführt. Wenn die Zellen 2 gestapelt
werden, strömt
Wasserstoffgas beispielsweise vom Einlaßseitenkrümmer 16a des Separators 20a in
den Gasflußpfad 35 durch
die Verbindungsleitung 61. Nachdem es zur Erzeugung von Leistung
in der MEA 30 gedient hat, strömt das Wasserstoffgas dann
durch die Verbindungsleitung 62 und den Auslaßseitenkrümmer 16b aus.
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Ein
erstes Dichtungselement 13a sowie ein zweites Dichtungselement 13b sind
jeweils aus einer Mehrzahl von Teilen ausgebildet (beispielsweise
vier kleinen rechtwinkligen Rahmenkörpern und einem großen Rahmenkörper, der
einen Fluidflußpfad
bildet) (siehe 1). Von diesen ist das erste
Dichtungsteil 13a zwischen der MEA 30 und dem
Separator 20a bereitgestellt. Genauer gesagt ist das erste Dichtungsteil 13a derart
bereitgestellt, daß ein
Abschnitt davon zwischen dem peripheren Randabschnitt 33 des
Elektrolytteils 31 sowie einem Abschnitt des Separators 20a,
der den Gasflußpfad 35 umgibt,
eingefügt
ist. Auch das zweite Dichtungsteil 13b ist zwischen der
MEA 30 und dem Separator 20b bereitgestellt. Genauer
gesagt ist das zweite Dichtungsteil 13b derart bereitgestellt,
daß ein
Abschnitt davon zwischen dem peripheren Randabschnitt 33 des
Elektrolytteils 31 und einem Abschnitt des Separators 20,
welcher den Gasflußpfad 34 umgibt,
eingefügt
ist.
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Zudem
ist ein drittes Dichtungsteil 13c, das aus einer Mehrzahl
von Teilen (beispielsweise vier kleinen rechteckigen Rahmenkörpern und
einem großen
Rahmenkörper,
der einen Fluidflußpfad
bildet) ausgebildet ist, zwischen dem Separator 20a und dem
Separator 20b benachbarter Zellen 2 bereitgestellt
(siehe 1). Dieses dritte Dichtungsteil 13c ist zwischen
einem Abschnitt des Separators 20b um den Kühlmit telflußpfad 36 und
einem Abschnitt des Separators 20a um den Kühlmittelflußpfad 36 dazwischenliegend
bereitgestellt, und stellt eine Dichtung zwischen diesen bereit.
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Die
ersten bis dritten Dichtungsteile 13a bis 13c können jeweils
aus einem elastischen Körper
(einer Dichtung) bestehen, welche durch physikalisches in Kontakt
bringen angrenzender Teile Fluid dichtet, oder aus einem Klebstoff
oder dergleichen, der durch chemische Bindung mit dem benachbarten
Teil anhaftet. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist jedes Dichtungselement 13a bis 13c beispielsweise ein
Teil, welches eine physikalische Dichtung unter Verwendung von Elastizität bereitstellt.
Alternativ jedoch kann jedes Dichtungsteil 13a bis 13c auch
ein Teil sein, welches eine Dichtung aufgrund chemischer Bindung
bereitstellt, beispielsweise ein Klebstoff, wie vorstehend beschrieben.
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Ein
rahmenförmiges
Teil 40 ist ein Teil, das beispielsweise aus Harz besteht,
und zusammen mit der MEA 30 zwischen den Separatoren 20a und 20b angeordnet
ist (nachfolgend wird dieses rahmenförmige Teil auch als „Harzrahmen" bezeichnet). Bei dieser
beispielhaften Ausführungsform
ist der Harzrahmen 40, der eine dünne Rahmenform hat, beispielsweise
zwischen den Separatoren 20a und 20b angeordnet
und umgibt zumindest einen Abschnitt sandwichartig, beispielsweise
den Abschnitt entlang des peripheren Randbereichs 33 der
MEA 30 von vorne nach hinten. Der Harzrahmen 40,
der auf diese Art und Weise bereitgestellt ist, dient 1) als Spacer bzw.
Abstandhalter zwischen den Separatoren 20 (20a und 20b),
der die Klemmkraft unterstützt,
2) als Isolierelement, und 3) als Versteifungselement, welches die
Festigkeit der Separatoren 20 (20a und 20b) verstärkt.
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Nachfolgend
wird eine einfache Beschreibung der Struktur der Brennstoffzelle 1 gegeben
(siehe 2). Die Brennstoffzelle 1 dieser beispielhaften Ausführungsform
enthält
einen Zellstapelkörper 3, bei
dem eine Mehrzahl von Zellen 2 zusammengestapelt ist. Eine
Sammelplatte mit einem Ausgangsanschluß, eine Isolierplatte sowie
eine Endplatte 8 sind dann der Reihe nach an der Außenseite
derjenigen Zellen 2 angeordnet, die an beiden Enden des Zellstapelkörpers 3 angeordnet
sind (siehe 2). Ferner sind Spannplatten 9,
welche den Zellstapelkörper 3 und
dergleichen in einem gestapelten Zustand binden, unter Spannung
stehend jeweils zwischen den Endplatten 8 bereitgestellt,
zum Beispiel ist ein Paar Spannplatten 9 beiden Seiten
des Stapels gegenüberliegend
angeordnet (siehe 2). Die Spannplatten 9 sind
mit den Endplatten 8 verbunden und halten eine vorbestimmte
Klemmkraft (d.h. eine Kompressionslast) in Stapelrichtung auf den Zellstapelkörper 3 aufgebracht.
Ferner ist eine nicht dargestellte Isolierschicht zum Vermeiden
eines elektrischen Leckflusses und von Funkenbildung an der Innenfläche der
Spannplatten 9 ausgebildet (d.h. der Fläche, welche dem Zellstapelkörper 3 gegenüberliegt).
Diese Isolierschicht wird beispielsweise durch ein Isolierband ausgebildet,
das an der Innenseite der Spannplatten anhaftet, oder eine auf die
Oberfläche
aufgebrachte Harzbeschichtung, um die Fläche abzudecken, oder dergleichen.
Im übrigen
sind ein Paar plattenförmiger
Teile 12 ausgebildet, welche ein elastisches Modul, das
beispielsweise aus einer Spiralfeder besteht, und das eine Klemmkraft
(d.h. eine Kompressionslast) auf den Brennstoffzellenstapel aufbringt,
dazwischen sandwichartig einklemmen (siehe 2).
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Um
fortzufahren, wird nachfolgend eine Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 zum
Diagnostizieren des Zustands der Brennstoffzelle 1 durch Anlegen
einer externen Spannung, sowie ein Diagnoseverfahren unter Verwendung
dieser Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 beschrieben
(siehe 3 bis 5).
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Diese
Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 mißt das magnetische
Feld in oder um die Brennstoffzelle 1, während eine
externe Spannung angelegt wird, und diagnostiziert den Zustand der
Brennstoffzelle 1 anhand des Meßergebnisses. Die nachfolgende
Beschreibung basiert auf dem Prinzip des Diagnoseverfahrens unter
Verwendung der externen Spannung und des Magnetfeldes, welches durch
die externe Spannung erzeugt wird (siehe 3).
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Wenn
eine externe Spannung an die Separatoren 20 (20a und 20b)
angelegt wird, welche einen Teil einer einzelne Zelle 2 bilden,
so daß Strom
in Richtung vom Separater 20b zum Separator 20a fließt, wird
ein Magnetfeld (magnetische Feldlinien) in und um die Zelle 2 erzeugt
(siehe die Doppelpunkt-Strich-Linie in 3). Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform
wird das Magnetfeld (die magnetischen Feldlinien) unter Verwendung
eines Feldliniensensors 52 ermittelt, und der Zustand der
Zelle 2 oder der Brennstoffzelle 1 mit der Zelle 2 wird
basierend auf dem Meßergebnis
ermittelt.
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Hierbei
sind Beispiele anormaler Zustände, welche
in der Zelle 2 auftreten können, wie folgt. Das bedeutet,
wenn eine große
Menge an Wasser in der Brennstoffzelle 2 produziert wird,
die den Fluß oder die
Diffusion des Reaktionsgases (Brenngas oder Oxidationsgas) stört bzw.
unterbricht, tritt eine Elektrolyse von Wasser in dem Abschnitt
auf, wo eine große
Menge an Wasser vorhanden ist, was in einer Stromverteilung resultiert,
welche unterschiedlich von der Stromverteilung in anderen Abschnitten
ist. Oder, falls ein Abschnitt eines Katalysators, wie beispielsweise
Platin (genauer gesagt, eine poröse
Diffusionsschicht aus Kohlenstoff, welche beispielsweise den Katalysator
trägt),
die an der Oberfläche
der Elektroden 32a und 32b, die einen Teil der
MEA 30 bilden, beispielsweise durch Abnutzung verloren
gegangen ist, ist der Strom nicht mehr in der Lage, leicht durch
diesen Abschnitt zu strömen,
so daß die Stromverteilung
darin endet, daß sie
unterschiedlich von der Stromverteilung anderer Abschnitte ist.
Falls eine derartige Anormalität
in der Brennstoffzelle 1 auftritt, mißt die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
beispielsweise, daß das
Magnetfeld als ein Ergebnis davon beeinflußt und gestört worden ist, und kann den
Zustand der Brennstoffzelle 1 oder der Zelle 2,
welche einen Teil dieser Brennstoffzelle 1 bildet, basierend
auf dem Meßergebnis
diagnostizieren.
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Der
Zeitpunkt, zu dem die Diagnose unter Verwendung der Art von Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 ausgeführt wird,
ist nicht auf einen bestimmten Zeitpunkt festgelegt, es ist jedoch
vorzuziehen, daß die
Diagnose dann ausgeführt
wird, wenn diese nicht durch einen instationären Zustand, während Strom
in der Zelle erzeugt wird, beeinflußt wird. Beispielsweise ermöglicht die
Durchführung
der Diagnose nach der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle
(d.h. nachdem die Brennstoffzelle gestoppt wurde), daß die Brennstoffzelle 1 ohne
den instationären
Zustand, bei dem Strom in der Brennstoffzelle erzeugt wird, diagnostiziert
wird, wodurch der instationäre
Zustand die Diagnose nicht beeinflußt. Gemäß der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50,
die eine externe Spannung zur Erzeugung eines Magnetfeldes anlegt,
dieses Magnetfeld mißt
und dann eine Diagnose basierend auf den gemessenen Ergebnissen
auf diese Art und Weise ausführt,
kann eine Diagnose selbst dann durchgeführt werden, wenn keine Leistung
in der Brennstoffzelle erzeugt wird.
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Darüber hinaus
ist diese Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung ebenfalls dazu geeignet,
die Ebenenverteilung (in-plane distribution) des Stroms in der Leistungserzeugungszelle
durch Messen des Magnetfeldes wie vorstehend beschrieben zu diagnostizieren.
Als ein Ergebnis kann, falls eine große Menge von produziertem Wasser
den Strom oder die Diffusion von Reaktionsgas in der Zelle 2 unterbricht, wie
vorstehend beschrieben, beispielsweise die Verteilung von Wasser
in der Elektrolytmembran 31 basierend auf den Diagnoseergebnissen
der Ebenenverteilung des Stroms diagnostiziert werden. Insbesondere
kann die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 dieser
beispielhaften Ausführungsform
eine Diagnose durchführen,
wenn keine Leistung erzeugt wird, beispielsweise wenn die Leistungserzeugung beendet
wurde, so daß eine
Diagnose der Wasserverteilung in der Elektrolytmembran 31 nach
Leistungserzeugung nun möglich
ist, was vorher nicht möglich
war.
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Die
genaue Konstruktion dieser Art von Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
ist nicht auf eine Bestimmte festgelegt. Jedoch wird bei dieser beispielhaften
Ausführungform
als Einrichtung zum Anlegen der externen Spannung eine Zellüberwachungseinrichtung 51 zum Überwachen
der Spannung einer jeden Zelle 2 dazu verwendet (siehe 4).
Die Zellüberwachungseinrichtung 51 ist
eine Vorrichtung, die dazu verwendet wird, um den Leistungserzeugungsstatus
durch Überwachen
der Spannung (Zellspannung) der Zelle 2 zu ermitteln. Wenn
vorab zur Erfassung des Leistungserzeugungsstatus bereitgestellt,
kann die existierende Zellüberwachungseinrichtung 51 in
dieser beispielhaften Ausführungsform
jedoch auch als Spannungsanlegevorrichtung verwendet werden, was
die Notwendigkeit für
zusätzliche
neue externe Ausrüstung
umgeht. Falls eine Zellüberwachungseinrichtung
für eine
jeder der Mehrzahl der gestapelten Zellen 2 bereitgestellt
ist, kann zusätzlich
der Ort der Anormalität,
beispielsweise wo die Anor malität
in der Stapelanordnung aufgetreten ist, genauer festgestellt werden,
da diese Zellüberwachungseinrichtungen 51 Magnetfelder
durch Anlegen einer Spannung an jede Zelle 2 erzeugen können (siehe 4).
In diesem Fall ist es möglich,
bezüglich
jeder Zelle 2 durch sequentielles Anlegen einer Spannung
von einem Anschluß der Zellüberwachungseinrichtung 51,
der der Zelle 2 entspricht, festzustellen, ob eine Anormalität aufgetreten ist.
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Zudem
wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform der Feldliniensensor
bzw. Magnetfeldsensor 52, der um den Zellstapelkörper 3 angeordnet
ist, als Beispiel einer Einrichtung zum Erfassen des Magnetfeldes
(Feldlinien) verwendet (siehe 4). Falls
eine Zellüberwachungseinrichtung 51 für jede der
Mehrzahl der gestapelten Zellen 2 bereitgestellt ist, ist
vorzugsweise auch ein Feldliniensensor 52 für jede der
Zellen 2 bereitgestellt (siehe 4). Als
Ergebnis kann das Magnetfeld (Feldlinien) in jeder Zelle 2 erzeugt
werden und individuell erfaßt
werden.
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Ein
Beispiel einer Diagnoseroutine, welche durch die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 der
vorstehend beschriebenen Struktur ausgeführt wird, wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm
beschrieben (siehe 5).
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Wenn
eine Diagnose ausgeführt
wird, wird zunächst
ein jeder Separator der Mehrzahl der Zellen 2 kurzgeschlossen,
nachdem die Brennstoffzelle 1 mit der Leistungserzeugung
aufgehört
hat (d.h. nachdem der Betrieb der Brennstoffzelle 1 gestoppt
wurde) (siehe Schritt S1). Wenn eine Zellüberwachungseinrichtung 51 für jede Zelle 2 bereitgestellt
ist, können
die Separatoren 20 der Zelle 2 unter Verwendung
beispielsweise einer Substratschaltung bzw. Trägerschaltung (substrate circuit)
(nicht dargestellt), die in jeder Zellüberwachungseinrichtung 51 bereitgestellt
ist, kurzgeschlossen werden. Im übrigen
werden zur Vermeidung eines übermäßigen Stromflusses
unmittelbar während
des Kurzschlusses die Separatoren 20 vorzugsweise kurzgeschlossen,
nachdem beispielsweise die Zellen 2 betrieben werden, wenn
ein luftstöchiometrischen
Verhältnis
von normaler oder weniger als der Potenzialdifferenz zwischen den
positiven und negativen Polen zufriedenstellend verringert wurde.
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Anschließend wird
die externe Spannung an die Brennstoffzelle 1 unter Verwendung
der Zellüberwachungseinrichtung 51 angelegt
(Schritt S2). Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird beispielsweise
die Spannung sequentiell vom Anschluß einer jeden Zellüberwachungseinrichtung 51,
die in jeder Zelle 2 bereitgestellt ist, angelegt.
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Nachfolgend,
mißt der
Feldliniensensor 52 dann das Magnetfeld (Feldlinien), welches
durch die angelegte Spannung erzeugt wird (Schritt S3). Sofern eine
anormale Zelle 2 in der Brennstoffzelle 1 vorliegt,
wird dieses Magnetfeld (Feldlinien) im Ergebnis gestört. Die
anormale Zelle 2 kann dadurch durch Erfassen dieser Störung erfaßt werden.
Als ein Ergebnis kann die Brennstoffzelle 1 anhand der
Erfassungsergebnisse diagnostiziert werden (Schritt S4).
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Wie
insoweit beschrieben, kann die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung
dieser Ausführungsform
effektiv die Brennstoffzelle 1 diagnostizieren. Das bedeutet,
mit lediglich einer Zellüberwachungseinrichtung
(Spannungssensor) war es bis jetzt nicht möglich, die Ebenenleistungserzeugungsverteilung einer
Elektrode zu erfassen, da diese die Durchschnittsspannung der gesamten
Zelle mißt.
Selbst wenn eine Anormalität
in einem Abschnitt der Zellen auftritt, ist es nicht möglich, diese
zu erfassen, und mit lediglich einem einzigen Magnetfeldsensor kann die
Zelle, welche benachbart zur anormalen Zelle liegt, auch irrtümlich als
anormal erfasst werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
wird jedoch Spannung aktiv von außen angelegt, und eine anormale
Zelle kann, basierend auf dem Meßergebnis des Magnetfeldes
(Feldlinien), welches durch die angelegte Spannung erzeugt wird,
genauer erfaßt
werden.
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Wenn
ferner eine Zellüberwachungseinrichtung 51 für jede Zelle 2 bereitgestellt
ist, kann ein Magnetfeld für
jede Zelle 2 durch Anlagen der Spannung an jede Zelle 2 unter
Verwendung dieser Zellüberwachungseinrichtungen 51 erzeugt
werden. Als Ergebnis ist es auch möglich, die Position der Anormalität genauer
festzustellen, beispielsweise wo die Anormalität in Stapelrichtung auftritt.
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Da
diese Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 zudem ein
Magnetfeld durch Anlegen einer externen Spannung erzeugt und eine
Diagnose basierend auf den Ergebnissen dieses Magnetfelds wie vorstehend
beschrieben durchführt,
kann eine Diagnose auch dann ausgeführt werden, wenn die Brennstoffzelle 1 keine
Leistung erzeugt, beispielsweise nach deren Leistungserzeugung (d.h.
nachdem der Betrieb der Brennstoffzelle 1 gestoppt wurde).
Daher kann, falls eine große
Menge von produziertem Wasser in der Zelle 2 vorhanden
ist, beispielsweise die Wasserverteilung in der Elektrolytmembran 31 nach Leistungserzeugung
basierend auf den Diagnoseergebnissen der Ebenenverteilung des Stroms
diagnostiziert werden. Daher kann nunmehr eine Diagnose nach der
Leistungserzeugung durchgeführt
werden, was bisher nicht möglich
war.
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Darüber hinaus
werden bei dieser beispielhaften Ausführungsform, welche die Zellüberwachungseinrichtung 51 verwendet,
die Zellüberwachungseinrichtungen 51 als
Spannungsüberwachungseinrichtungen
verwendet, wenn Leistung normal erzeugt wird. Wenn keine Leistung
erzeugt wird, können
diese Zellüberwachungseinrichtungen 51 als Einrichtungen
zum Anlegen von Leistung verwendet werden. Als ein Ergebnis kann
die Zahl der Teile verringert werden, und die Schaltungskonfiguration kann
vereinfacht werden.
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Zudem
kann die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 50 dieser
beispielhaften Ausführungsform
die Zellen 2 auch reaktivieren, während die Diagnose ausgeführt wird.
Das bedeutet, während
kontinuierlich Leistung in der Brennstoffzelle erzeugt wird, sammeln
sich Oxide an der Fläche
des Elektrodenkatalysators an, welche schrittweise die Leistungserzeugungsleistung
(Ausgabeleistung) verringern. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
werden jedoch, wenn Magnetfelder (Feldlinien) in den Zellen 2 durch
Anlegen der externen Spannung erzeugt werden, die Separatoren 20 kurzgeschlossen,
und eine Reduktionsreaktion wird induziert, wodurch es möglich ist,
die Katalysatorfläche
zur selben Zeit zu reaktivieren, während eine Anormalitätserfassung
bezüglich
der Zellen 2 durchgeführt
wird.
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Im übrigen ist
die vorstehend diskutierte beispielhafte Ausführungsform lediglich eine bevorzugte beispielhafte
Ausführungsform
der Erfindung. Die Erfindung ist auf keinen Fall auf diese beispielhafte Ausführungsform
beschränkt.
Im Gegenteil, unterschiedliche Veränderungen können ausgeführt werden, ohne vom Umfang
der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist bei der vorstehenden
beispielhaften Ausführungsform
ein Fall beschrieben, bei dem die Zellüberwachungsvorrichtungen 51,
die für
eine jede der Mehrzahl von gestapelten Zellen 2 bereitgestellt
sind, als Spannungsversorgungseinrichtung verwendet werden, aber
dies ist lediglich ein bevorzugtes Beispiel. Die Erfindung kann
auch bei einem Fall angewendet werden, bei dem die Zahl der verwendeten
Zellüberwachungseinrichtungen 51 kleiner als
die Zahl der gestapelten Zellen ist. Das bedeutet, im Hinblick auf
die Erfassung des Leistungserzeugungsstatus durch Erfassen des Magnetfeldes
(Feldlinien) der Leistungserzeugungszellen 2 kann gesagt werden,
daß es
besser ist, mehr Zellüberwachungseinrichtungen 51 zu
haben (d.h. es ist vorzuziehen, eine Zahl von Zellüberwachungseinrichtungen 51 zu haben,
die näher
an der Zahl der gestapelten Zellen liegt). Jedoch können einige
Strukturen bzw. Konstruktionen auch weniger Zellüberwachungseinrichtungen haben,
um die Größe und die
Kosten zu verringern. Selbst in diesen Fällen ist es immer noch möglich, eine
Spannung unter Verwendung der Zellüberwachungseinrichtung 51 extern
anzulegen und ein Magnetfeld in oder um die Brennstoffzelle 1 zu
erzeugen. Demgemäß kann die
Störung
des Magnetfeldes durch den Feldliniensensor 52 erfaßt werden, und
die Brennstoffzelle kann dann natürlich basierend auf diesen
Ergebnissen diagnostiziert werden. Beispielsweise ist ein Diagnoseverfahren
auch möglich,
bei dem die Zahl der Zellüberwachungseinrichtungen 51 kleiner
als die Zahl der gestapelten Zellen ist, wobei eine Mehrzahl der
angrenzenden Zellen 2 als ein Block betrachtet wird, und
ein Magnetfeld (Feldlinien) für
jeden Block unter Verwendung dieser Zellüberwachungseinrichtung 51 erzeugt
wird.
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Auf ähnliche
Weise kann die Erfindung auch für
einen Fall verwendet werden, bei dem die Zahl der Feldliniensensoren 52 kleiner
als die Zahl der gestapelten Zellen ist. Beispielsweise ist ein
Diagnoseverfahren auch möglich,
bei dem eine Mehrzahl von benachbarten Zellen als ein Block betrachtet
wird, und das Magnetfeld (Feldlinien) für jeden Block unter Verwendung
dieser Feldliniensensoren 52 gemessen wird.
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Auf
diese Weise ist es nicht notwendig, daß ein Paar Sensoren, bestehend
aus einer Zellüberwachungseinrichtung 51 und
einem Feldliniensensor 52, für eine jede der Zellen 2 bereitgestellt
werden muß.
Selbst im Extremfall, bei dem nur ein Paar dieser Sensoren bereitgestellt
ist, ist es immer noch möglich,
das Magnetfeld zu messen, während
das einzelne Paar von Sensoren in Zellstapelrichtung bewegt wird,
und eine Diagnose basierend auf diesem Ergebnis durchzuführen. Alternativ
ist es auch möglich,
eine Mehrzahl von Sensorenpaaren, welche geringer als die Zahl der
gestapelten Zellen ist, an Stellen entlang bestimmter Abschnitte
anzuordnen, an denen eine Erfassung gewünscht ist (beispielsweise an
Abschnitten, wo ein Auftreten von Anormalitäten wahrscheinlich ist), wodurch
die Zahl der Sensoren letztendlich reduziert werden kann.
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Darüber hinaus
kann, im Hinblick auf eine weitere kompakte Ausgestaltung des Sensorenpaares
der magnetische Feldliniensensor 52 beispielsweise integral
mit einem Anschlußabschnitt
der Zellüberwachungseinrichtung 51 ausgebildet
sein.
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Im übrigen wird
bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform
die Zellüberwachungseinrichtung 51 als
bevorzugtes Beispiel für die
Einrichtung zur Anlegung der externen Spannung dargestellt, welche
die Notwendigkeit für
externe Ausrüstung
umgeht. Jedoch verhindert dies nicht, daß eine andere Vorrichtung oder
Ausrüstung
als die Zellüberwachungseinrichtung 51 als
externe Spannungsanlegeeinrichtung verrwendet wird. Das bedeutet,
es ist natürlich
auch möglich,
eine Spannung unter Verwendung einer anderen Vorrichtung oder Ausrüstung extern
anzulegen.
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Gemäß der beispielhaften
Ausführungsform der
Erfindung wird die Verteilung von Wasser in der Elektrolytmembran
selbst dann diagnostizierbar, wenn keine Leistung erzeugt wird,
beispielsweise nach der Leistungserzeugung.
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Obgleich
die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die
beispielhaften Ausführungsformen
oder Konstruktionen beschränkt
ist. Im Gegenteil, es ist beab sichtigt, daß die Erfindung zahlreiche
Modifikationen und äquivalente
Ausführungsformen
abdeckt. Darüber
hinaus sind, während
die unterschiedlichen Elemente der beispielhaften Ausführungsformen
in unterschiedlichen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt wurden,
die lediglich beispielhafter Natur sind, andere Kombinationen und
Konfigurationen denkbar, einschließlich mehr, weniger oder lediglich einem
einzelnen Element, und gelten als zum Umfang der Erfindung gehörig.