燃料电池堆由多个单电池堆叠构成，其内部具有供冷却水流动的冷却水流路。如果冷却水流路中存在气泡，则会导致燃料电池堆冷却效率降低（即气泡周围的单电池不被充分冷却），进而使得电堆温度升高并造成其输出电压降低。
然而，造成电堆温度升高以及输出电压降低的原因多种多样，如何确定就是由冷却水流路中存在的气泡造成的呢？为此，丰田提出了两种准确判定冷却水流路中是否气泡存在的方法：一是计算所有单电池平均输出电压与指定单电池输出电压之间的差值，判断差值是否大于第一阈值；若差值大于第一阈值，则进一步判断位于电堆垂直方向最上侧单电池与被指定单电池间的任一单电池的输出电压值是否满足对应条件，即其输出电压值是否在前述两部分单电池的输出电压之间，若位于两者输出电压之间，则可判定冷却水路径中存在气泡（JP2019040818A）；二是设置第一检测器和第二检测器，两个检测器分别检测两个不同指定部位的输出电压、温度或者阻抗，通过比较两个检测器所测得的值，来确定冷却水路径中是否存在气泡（JP2019040819A）。
当判断出冷却流路中确实存在气泡后，可通过增加或者减小循环泵的旋转速度来排出冷却水流路中存在的气泡。但是，气泡产生的原因一直未受到足够的重视。为此，丰田提出了一种用于确认竖直堆叠电堆中气泡产生原因以及采取相应处理措施的方法：通过设置原因确定单元来确认气泡产生是否是由从反应气体流路中泄漏出的反应气体造成的；若为反应气体泄漏造成的，则不执行气泡排出处理并通过警告装置发出警告；反之，则执行气泡排出处理（JP2019129141A）。
下面分别对上述专利所公开的技术方案进行介绍。
01——JP2019040818A-燃料电池系统
在现有技术中，针对单电池水平堆叠而成的燃料电池电堆（系统），已经提出了许多准确检测其冷却水流路中是否存在气泡的技术手段。但是，当电堆是由竖直堆叠的单电池构成时，并无相应准确判定电堆冷却水流路中是否存在气泡的方法。基于此，丰田提出了一种即使在此种情况下也能够准确检测气泡是否存在的方法。
如图所示，在燃料电池系统中，单电池的层叠方向为竖直方向，其中单电池10-1位于电堆的最上侧，单电池10-n位于最下侧。此外，燃料电池系统设置有冷却系统，通过循环泵供给冷却水对燃料电池堆进行冷却；还设有单电池监控器用来检测每个单电池的输出电压；控制装置与单电池监控器连接，根据各单电池的输出电压特性，判断电堆的冷却水流动路径中是否存在气泡。
当气泡进入到电堆冷却水流动路径时，气泡垂直上升并停留在单电池10-1的附近（通常位于10-1~10-4附近或者10-1~10-4之间，具体取决于气泡的大小）。由于气泡的存在，气泡周围的单电池不能被有效冷却，会造成其温度上升。当温度升高时，会使得电解质膜越来越干燥，进而影响单电池的发电性能，使得气泡周围的单电池输出电压低于其他部位单电池的输出电压；此外，靠近电堆端部的单电池（如10-1、10-2、10-3）可以通过与外部进行热交换而实现良好的散热效果。另一方面，由于其他部位的单电池周围无气泡，并且冷却水的热辐射效应逐渐增强，因此单电池10-4之后（垂直方向以下）的其他单电池输出电压逐渐恢复。
因此，可通过单元监视器获取每个单电池的输出电压，并选定具有最低输出电压的单电池单元（如上图所示单电池10-4），然后计算所有单电池平均输出电压与指定单电池输出电压之间的差值，判断差值是否大于第一阈值；若差值大于第一阈值，则进一步单电池10-1与被指定单电池（如10-4）间的任一单电池的输出电压值是否满足对应条件，即其输出电压值是否在前述两部分单电池的输出电压之间，若位于两者输出电压之间，则可判定冷却水路径中存在气泡。
02——JP2019040819A-燃料电池系统
在现有技术中，检测由单电池水平堆叠构成的燃料电池堆中冷却水流路中是否存在气泡，可通过输出电压的特性来判断。因此，有人提出可在每个单电池处设置电压传感器，然而若每个单电池都配置传感器，会造成配置过于复杂。虽然通过减少电压传感器数量可以简化配置，但是当中心堆叠部位存在气泡时，在靠近中心的多个单电池输出电压下降幅度不大时，系统判定气泡是否存在的准确度会降低。另一方面，当电堆为竖直堆叠的单电池构成时，上述检测方法的准确度不高，因此需要一种准确检验其冷却水流路中是否存在气泡的方法。基于此，丰田提出了一种可准确检测电堆冷却水流路中是否存在气泡的方法，该方法既能减少检测传感器的数量、又能适应由单电池竖直堆叠而成的电堆结构。
燃料电池系统设置有第一检测单元、第二检测单元以及控制装置。其中第一检测单元用于检测单电池10-4的输出电压（也可用于检测其温度、阻抗）；第二检测单元用于检测单电池10-n/2的输出电压（也可用于检测其温度、阻抗），并将检测到的输出电压作为代表电压。控制装置基于两个检测单元的检测结果，对电堆冷却水流路中是否存在气泡进行高精度判定。若代表电压与第一检测单元检测出的单电池10-4的输出电压之间的差值大于第一阈值，则控制装置判定气泡存在；反之，则无。
当第一检测单元和第二检测单元检测对应指定部位的单电池温度时，若单电池10-4的温度和代表温度之间的差值大于第二阈值时，则控制装置判定气泡存在；反之，则无。检测阻抗时，同理。
03——JP2019129141A-燃料电池系统
JP2019129141A提出了一种燃料电池系统，该系统能够确认冷却水流动路径中气泡产生的原因以及采取相应的应对措施，具体包括气泡判定处理、原因判定条件确认处理、原因判定处理、气泡排出处理/不处理、警告处理。
1、气泡判定处理：首先应判定冷却水流动路径中是否存在气泡，判定采用的原理可参考正文第（一）部分，JP2019040818A中所描述的方式，即计算所有单电池平均输出电压与指定单电池输出电压之间的差值，判断差值是否大于第一阈值；若差值大于第一阈值，则进一步判断位于电堆垂直方向最上侧单电池与被指定单电池间的任一单电池的输出电压值是否满足对应条件，即其输出电压值是否在前述两部分单电池的输出电压之间，若位于两者输出电压之间，则可判定冷却水路径中存在气泡；
2、原因判定条件确认处理：在燃料电池系统点火开关关闭的情况下，基于水温传感器和外部空气温度传感器的检测结果，来确定冷却水温度是否已达到外部空气温度；在冷却水温度达到外部空气温度后，确认电堆的电压是否为零，若等于零，则原因判定条件成立；若上述任一条件不满足，则原因判定条件不成立；
3、原因判定处理：在原因判定条件确认处理成立之后，通过控制罐阀、压力调节阀以及喷射阀，将预定量的燃料气体供应到燃料电池气体通道中。经过预定时间后，基于水压传感器的检测结果，判断冷却水通道中的压力增加量是否超过阈值A1（阈值A1是用于确定是否存在泄漏的值，并预先存储在控制装置的ROM中），若没有超过阈值则说明冷却水通道中产生的气泡不是由反应气体泄漏造成的，此时可通过移除装置执行气泡排出处理，即通过增加或减小循环泵的旋转速度将冷却水流动路径中的气泡排出；反之，若压力增加量超过阈值，则说明气泡产生是由于反应气体泄漏造成的，此时不执行气泡排出处理，并由警告装置发出警告。
