JP2006179300A - 燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサ板と、セルとの間に、防水用板部を配置した構成の燃料電池の電流測定装置に対して、防水用板部での回り込み電流による測定誤差を低減する。
【解決手段】電流センサ板２１を制御する電流測定制御部に対して、以下の処理を実行させる。セルが発電していない場合に、防水用板部２２の各電流センサに対応する領域に所定の大きさの電流を流す旨の指示信号を、電流測定制御部の演算部から電流供給部に対して、出力する。そして、防水用板部の各領域に電流を印加したときの各電流センサの測定値と、印加された電流量とを、測定した電流と回り込み電流との関係式に代入して、この関係式から面抵抗対積層方向抵抗比を算出する。続いて、セルが発電している場合に、各電流センサにより測定された測定値と、算出された面抵抗対積層方向抵抗比とに基づいて、セルの各測定領域における電流量を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システムに関するものである。

従来、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセルが複数積層された燃料電池の局所電流を測定する電流測定装置がある。このような電流測定装置としては、例えば、板状の母材に設けられ、燃料電池の電極面内の各測定位置に対応して配置される複数の柱状部と、これらの柱状部を流れる電流を測定する電流センサとを有する構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。

この電流測定装置では、柱状部が設けられた板部（以下、電流センサ板と呼ぶ）が、電解質、電極、セパレータからなるセル同士の間であって、そのセル同士を電気的に接続させるように、配置され、柱状部に流れる電流量を電流センサで測定することで、燃料電池の局所電流を測定するようになっている。
特開２００４−１５２５０１号公報

ところで、通常、セパレータには、冷却水路を構成する溝が、電解質および電極側の面と反対側の面に設けられている。このため、上記した燃料電池の電流測定装置を用いた場合、電流センサ板は、セパレータの冷却水路溝が形成されている面と接することになる。電流センサ板が水に浸ると、測定誤差が生じるため、柱状部を防水する必要がある。

そこで、柱状部を防水する方法として、図１２に示すように、セパレータ１３と電流センサ板２１との間に、導電性の板からなる防水用板部２２を配置することが考えられる。なお、図１２は、セパレータ１３と電流センサ板２１との間に防水用板部２２を配置した場合のセル１１、防水用板部２２および電流センサ板２１（柱状部２１１）の断面図である。燃料極、電解質、空気極を構成するＭＥＡ（Membrane Electrode assembly）１２とセパレータ１３によってセル１１が構成されている。

しかし、この場合、セル面内の各領域での発電電流が、隣のセルに向かって（図中左から右の方向）、柱状部２１１を流れる際に、図１２中の矢印で示すように、防水用板部２２の面方向（図中上下方向）にも電流（以下では、回り込み電流と呼ぶ）が流れてしまう。

このため、電流センサで測定したセル１１の局所電流値に誤差が生じてしまう。例えば、セルの一領域で５Ａ発電していても、防水用板部２２で横方向（面方向）に電流が回り込むため、その領域に対応する柱状部２１１に流れる電流の値は、４Ａとなってしまう。

なお、回り込み電流の大きさは、防水用板部２２の面方向における電気抵抗（以下、面抵抗と呼ぶ）と、図１２に示されるように、左側から順に配置されたセル１１、防水用板部２２、電流センサ板２１、防水用板部２２、セル１１の積層方向における電気抵抗（以下、積層方向抵抗と呼ぶ）との比によって決まる。この積層方向抵抗とは、セパレータ１３と防水用板部２２との接触抵抗、防水用板部２２の厚さ方向の電気抵抗、防水用板部２２と電流センサ板２１との接触抵抗、柱状部２１１の電気抵抗を合わせたものである。

しかし、積層方向抵抗の真の大きさは、燃料電池の構造上、直接実測できないので、積層方向抵抗と、面抵抗とを実測して、回り込み電流を考慮した補正を、電流センサの測定値に対して行うことができない。

本発明は、上記点に鑑み、電流センサ板２１と、セル１１との間に、防水用板部２２を配置した構成の燃料電池の電流測定装置に対して、防水用板部２２での回り込み電流による測定誤差を低減することができる燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセル（１１）が複数積層された燃料電池（１０）における第１のセル（１１ａ）と第２のセル（１１ｂ）との間であって、第１のセル（１１ａ）の各測定領域に配置される複数の導電性の柱状部（２１１）と、柱状部（２１１）において、第１のセル（１１ａ）から第２のセル（１１ｂ）に向かって流れる電流を測定する電流センサ（２１４）と、柱状部（２１１）と第１のセル（１１ａ）との間に配置される導電性の第１の板部（２２ｂ）と、柱状部（２１１）と第２のセル（１１ｂ）との間に配置される導電性の第２の板部（２２ｃ）とを備えてなる燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システムであって、以下の手段を有することを特徴としている。

すなわち、燃料電池が発電していない場合に、第１の板部（２２ｂ）から第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加する電流印加手段に対して、第１の板部（２２ｂ）の柱状部（２１１）に対応する領域（４１〜４４）に、所定量の電流を印加する旨の指示信号を出力する出力手段（５１）と、電流印加手段により、電流を印加した場合に、電流センサ（２１４）で測定された第１の測定電流量を入力する手段（５２）と、電流印加手段によって印加された電流量と、第１の測定電流量とに基づいて、第１のセル（１１ａ）、第１の板部（２２ｂ）、柱状部（２１１）、第２の板部（２２ｃ）および第２のセル（１１ｂ）の積層方向における積層方向電気抵抗と、第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗との比を算出する第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、燃料電池が発電している場合に、電流センサ（２１４）で測定された第２の測定電流量を入力する手段（７１）と、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）により算出された比と、第２の測定電流量とに基づいて、第１のセル（１１ａ）の各測定領域（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ）における電流量を算出する第２の算出手段（７３、７４）とを有することを特徴としている。

回り込み電流の大きさは、第１および第２の板部、柱状部の積層方向における電気抵抗と、第１の板部の面方向における電気抵抗との比によって、決まる。すなわち、この比が求まれば、電流センサの実測値に対して、回り込み電流量を考慮した補正を行うことができる。

そこで、本発明のように、第１および第２の板部、柱状部の積層方向における電気抵抗と、第１の板部の面方向における電気抵抗との比を算出し、その後、燃料電池の発電時に電流センサが測定した第２の測定電流量と、その比とに基づいて、セルの局所電流量を算出することで、回り込み電流による測定誤差を抑制することができる。この結果、燃料電池のセルにおける局所電流の測定精度を向上させることができる。

また、出力手段では、請求項２に示すように、例えば、第１の板部（２２ｂ）の各柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）に対して、１つの領域（４１）にのみ他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、もしくは、すべての領域（４１〜４４）に同じ大きさの電流を印加するように、電流印加手段に対して、指示信号を出力させることができる。

また、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）では、請求項３に示すように、例えば、面方向電気抵抗、積層方向電気抵抗、電流センサおよび第１のセルを表した電気回路から、キルヒホッフの法則に基づいて表される関係式に、電流印加手段により印加された電流量と、第１の測定電流量とを代入することで、積層方向電気抵抗と、面方向電気抵抗との比を算出することができる。

また、第２に算出手段（７３、７４）では、請求項４に示すように、例えば、関係式に、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）によって算出された積層方向電気抵抗と面方向電気抵抗との比と、第２の測定電流量とを代入することで、第１のセル（１１ａ）の各測定領域（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ）における電流量を算出することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における電流測定装置が配置されている燃料電池スタックの斜視図を示す。また、図２に図１中の電流測定装置の分解斜視図を示す。なお、本実施形態の電流測定装置の使用状態は、図１２に示す使用状態と同様である。また、図２では、図１２と同様の構成部に、図１２と同一の符号を付している。

図１に示すように、電流測定装置２０は、複数のセル１１が積層された燃料電池スタック１０のセル１１間に配置される。また、電流測定装置２０は、電流測定制御部（ＥＣＵ）３０に測定結果を出力するようになっている。

セル１１は、図１２に示すように、ＭＥＡ１２とセパレータ１３により構成されている。 本実施形態では、図１２に示すように、電流センサ板２１よりも左側のセル１１ａから、電流センサ板２１よりも右側のセル１１ｂに向かって電流が流れる。なお、図１２中の左側のセル１１ａが本発明の第１のセルに相当し、図１２中の右側のセル１１ｂが本発明の第２のセルに相当する。

そして、図１２中の左側のセル１１ａでは、ＭＥＡ１２中の図示しない空気極側の面に対して、電流センサ板２１が電気的に接続され、図１２中の右側のセル１１ｂでは、ＭＥＡ１２中の図示しない燃料極側の面に対して、電流センサ板２１が電気的に接続されている。

図２に示すように、電流測定装置２０は、電流センサ板２１と、防水用板部２２とを備えている。電流センサ板２１は、防水用板部２２を介して、セル１１と電気的に接続される。

ここで、図３に、電流センサ板２１の斜視図を示し、図４に電流センサ板２１の部分拡大図を示す。電流センサ板２１は、図３に示すように、母材となる板状部材２１０と、板状部材２１０に設けられた複数の柱状部２１１とを有している。

板状部材２１０は、導電体で構成されており、例えば、カーボン材で板状部材２１０を構成することができる。柱状部２１１は、例えば、直方体であり、導電体で構成されている。例えば、カーボン材で柱状部２１１を構成することができる。

柱状部２１１は、例えば、板状部材２１０の一面にロの字状の溝２１２を形成することで、板状部材２１０の一面側に設けられる。柱状部２１１の板状部材２１０に対する位置は、セル１１の電流測定領域に対応する位置である。柱状部２１１の数と位置は、任意に設定可能である。

また、図４に示すように、溝２１２には、柱状部２１１を囲むようにして、鉄心２１３が配置され、鉄心２１３の両端部間に、ホール素子２１４が配置されている。この鉄心２１３とホール素子２１４とが、本発明の電流センサに相当する。本実施形態では、柱状部２１１に電流が流れたときに発生する磁界をホール素子２１４で検出することで、柱状部２１１に流れる電流を測定するようになっている。ホール素子２１４の検出結果が電流測定制御部３０に出力されるようになっている。

なお、ホール素子２１４に限らす、ＭＲ素子、ＭＩ素子等の他の磁気センサを用いることもできる。また、磁気センサを利用して、柱状部２１１を流れる電流を間接的に測定する他に、柱状部２１１を流れる電流を直接測定しても良い。

防水用板部２２は、セパレータ１３の冷却水路を流れる水と、電流センサ板２１とを遮断し、電流センサ板２１を防水するためのものである。防水用板部２２は、水を通さない材料で構成されており、薄い板形状となっている。また、防水用板部２２は、全体が導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。なお、本明細書中の板部とは、薄く平らなものを意味し、膜形状の物も含む意味である。

また、防水用板部２２は、図２に示すように、本実施形態では、２枚であり、電流センサ板２１を挟むように、配置されている。言い換えると、図１２に示すように、１枚の防水用板部２２（以下では、第１の防水用板部２２ｂと呼ぶ）が、図１２中の左側のセル１１ａと電流センサ板２１との間に配置され、もう１枚の防水用板部２２（以下では、第２の防水用板部２２ｃと呼ぶ）が、図１２中の右側のセル１１ｂと電流センサ板２１との間に配置されている。

第１の防水用板部２２ｂは、図１２中の左側のセル１１ａと柱状部２１１とを電気的に接続し、第２の防水用板部２２ｃは、図１２中の右側のセル１１ｂと柱状部２１１とを電気的に接続している。

本実施形態では、第１の防水用板部２２ｂと第２の防水用板部および第２の防水用板部２２は、それぞれ２２ｃとは、同様の構成となっている。防水用板部２２には、図１２に示すように、セパレータ１３と接する面２２ａに、冷却水路を構成する溝２３が設けられている。これらの第１の防水用板部２２ｂ、第２の防水用板部２２ｃがそれぞれ、本発明の第１の板部、第２の板部に相当する。

電流測定制御部３０は、図１に示すように、電流センサとしてのホール素子２１４から柱状部２１１を流れる電流の測定結果が入力されるようになっている。

また、電流測定制御部３０は、後述するように、電流センサの測定結果を補正して、回り込み電流を除いたセルの各測定領域における発電電流量を算出する補正処理や、その際に使用される補正値を算出するために必要なデータを取得する補正値算出用データ取得処理や、その取得したデータから補正値を算出する補正値算出処理を実行するとこである。

電流測定制御部３０は、図示しないが、演算部と、入力部と、出力部と、メモリ部と、Ａ／Ｄ変換部と、電流供給部とを有している。電流供給部は、電流センサ板２１に対して、後述する印加電流を供給するものである。なお、電流測定制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路により構成されている。

次に、電流測定制御部３０が実行する各制御について説明する。以下では、説明の便宜上、セル１１における電流の測定箇所を４カ所とした場合を例として説明する。

まず、図５、６に、セル１１の各測定領域で発電電流が発生した場合の防水用板部２２で生じる回り込み電流を説明するための図を示す。図５は、第１の防水用板部２２ｂの正面図である。第１の防水用板部２２ｂには、セル１１の４つの測定箇所に対応する領域４１、４２、４３、４４に、セル１１から電流が流れる。

このとき、例えば、４つの領域４１、４２、４３、４４のうち、１つの領域４１を流れる電流が、残りの３つの領域４２、４３、４４を流れる電流よりも大きい場合、図５に示すように、その１つの領域４１から残りの３つの領域に対して、回り込み電流が流れる。

図６は、第１の防水用板部２２ｂと電流センサ板２１とを、図１２で説明した面抵抗Ｒｓｓ、積層方向抵抗Ｒを用いて表した模式図である。図６中の破線で示す部分が、図５の第１の防水用板部２２ｂである。

また、第１の防水用板部２２ｂと電流センサ板２１とは、図６のように、表されることから、セル１１と、第１の防水用板部２２ｂと、電流センサ板２１とを、図７に示す等価回路によって表すことができる。

図６、７において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４は、それぞれ各領域４１、４２、４３、４４における積層方向抵抗である。また、Ｒ_ｓｓ１、Ｒ_ｓｓ２、Ｒ_ｓｓ３、Ｒ_ｓｓ４、Ｒ_ｓｓ１１、Ｒ_ｓｓ２２は、第１の防水用板部２２ｂにおける各領域４１〜４４間の面抵抗である。

図７に示すように、セル１１の各測定領域１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆから、発電電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４が第１の防水用板部２２ｂ、電流センサ板２１を介して、隣のセル１１に向かって流れる。

このとき、例えば、セル１１ａの領域１１ｃでの発電電流Ｉ_１は、図６、７に示すように、第１の防水用板部２２ｂの領域４１に流れた後、領域４１から各領域４２、４３、４４との間の面抵抗Ｒ_ｓｓ１、Ｒ_ｓｓ２、Ｒ_ｓｓ１１を流れる電流（回り込み電流）と、積層方向抵抗Ｒ_１を流れる電流とに別れる。

そして、積層方向抵抗Ｒ１を流れる電流が、測定値Ｉ_ｐｐ１として、電流センサによって測定される。同様に、他の各領域４２、４３、４４における積層方向抵抗Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４を流れる電流が測定値Ｉ_ｐｐ２、Ｉ_ｐｐ３、Ｉ_ｐｐ４として、各電流センサによって測定される。

また、各領域４１〜４４における積層方向抵抗Ｒ_１〜Ｒ_４を流れる電流の合計が、負荷を流れる電流Ｉ_ｌｏａｄとなる。

したがって、図７に示す等価回路とキルヒホッフの第１法則、第２法則とから、以下の式（測定された電流と回り込み電流の関係式）が導き出される。なお、Ｅは、セルの出力電圧である。また、キルヒホッフの第１法則とは、分岐点に流れ込む電流の総和は、流れ出る電流の総和に等しいことをいい、キルヒホッフの第２法則とは、電源電圧の代数和は、抵抗と電流の積の代数和に等しいことをいう。
Ｉ_ｌｏａｄ＝Ｉ_ｐｐ１＋Ｉ_ｐｐ２＋Ｉ_ｐｐ３＋Ｉ_ｐｐ４
Ｉ_ｐｐ１＝Ｉ_１−｛（Ｅ／Ｒ_１）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ１）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ２）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ１１）｝
Ｉ_ｐｐ２＝Ｉ_２−｛（Ｅ／Ｒ_２）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ１）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ３）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ２２）｝
Ｉ_ｐｐ３＝Ｉ_３−｛（Ｅ／Ｒ_３）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ２）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ４）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ２２）｝
Ｉ_ｐｐ４＝Ｉ_４−｛（Ｅ／Ｒ_４）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ３）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ４）＋（Ｅ／Ｒ_ｓｓ１１）｝
図８に、電流測定制御部３０が実行する補正値算出用データ取得処理のフローチャートを示す。また、図９に、電流測定制御部３０が実行する補正値算出処理のフローチャートを示す。また、図１０に、電流測定制御部３０が実行する補正処理のフローチャートを示す。

補正値算出用データ取得処理、補正値算出処理は、セルが発電していない場合に実行される。一方、補正処理は、セルが発電している場合に実行される。

補正値算出用データ取得処理では、図８に示すように、まず、ステップ５１で、第１の防水用板部２２ｂの各電流センサに対応する領域４１〜４４に所定の大きさの電流を流す旨の指示信号が、電流測定制御部３０の演算部から電流供給部に対して、出力される。この電流供給部が本発明の電流印加手段に相当する。

このとき、第１の防水用板部２２ｂの各電流センサに対応する領域４１〜４４に、相対値で、ひとつの領域が１、残りのすべての領域が０の電流が、印加されるようにする。

ここで、図１１に、このときの電流印加パターンを示す。例えば、電流センサが４個の場合、各領域に印加する電流パターンを図１１（ａ）〜（ｅ）に示すパターンとする。すなわち、領域４１：領域４２：領域４３：領域４４＝１：０：０：０、０：１：０：０、０：０：１：０、０：０：０：１、１：１：１：１の５パターンとする。相対値１を例えば１Ａとし、相対値０を例えば０Ａとする。

ステップ５２では、各パターンで電流を印加したときの各電流センサの測定値が、電流センサから入力部に入力される。

そして、ステップ５３では、印加した電流の印加電流値と、ステップ５２で入力された電流測定値とが、メモリ部に書き込まれ、記憶される。なお、各電流センサの出力が、入力部を経てＡ／Ｄ変換部で、Ａ／Ｄ変換され、その変換後のものがメモリ部に記憶される。

このようにして、補正値算出用データ取得処理が実行され、補正値算出用データとしての印加電流値と測定値とが取得される。その後、以下の補正値算出処理が実行される
補正値算出処理では、図９に示すように、ステップ６１で、印加電流値と、その印加電流値に対応する電流測定値とが、メモリ部から読み出される。

ステップ６２では、演算部で、上記した測定した電流と回り込み電流との関係式（等価回路とキルヒホッフの法則とから導き出された式）に、メモリ部から読み出した印加電流値が代入される。

具体的には、この関係式は、行列で表現される。例えば、電流センサが４個の場合は、１５×１５の行列になる。そして、１列目から４列目までが印加電流、５列目から８列目までが測定電流、９列目から１４列目が防水用板部２２の面内を流れる電流、１５列目が負荷を流れる電流となる。この場合は１行目から５行目はキルヒホッフの第１法則、６行目から１５行目はキルヒホッフの第２法則となる。

ステップ６３では、上記した関係式において、面抵抗対積層方向抵抗比が１：１に設定される。

そして、ステップ６４では、印加電流値と面抵抗対積層方向抵抗比とが代入された関係式から、各電流センサが測定するであろう電流値が算出される。

ステップ６５では、電流センサの実測値と、ステップ６４での算出値とが比較され、実測値が算出値以上であるか否かが判定される。この電流センサの実測値と算出値は、印加電流の相対値が１である領域に対応する電流センサの実測値と算出値である。実測値が算出値以上であれば、ＹＥＳと判定され、ステップ６６に進み、そうでなければ、ＮＯと判定され、ステップ６７に進む。

ステップ６７では、面抵抗対積層方向抵抗比の面抵抗が０．１増加される。例えば、Ｒ_ｓｓ：Ｒ＝１：１から、Ｒ_ｓｓ：Ｒ＝１．１：１に変更される。その後、再び、ステップ６４、６５が実行される。

ステップ６６では、実測値が算出値以上のときの面抵抗対積層方向抵抗比が、メモリ部に書き込まれる。なお、ステップ６２〜６７が本発明の第１の算出手段に相当する。

このようにして、補正値算出処理が実行され、補正値としての面抵抗対積層方向抵抗比が算出される。

次に、補正処理を説明する。図１０に示すように、ステップ７１では、セル発電時における各電流センサの測定値が、各電流センサから入力部に入力される。

ステップ７２では、メモリ部から面抵抗対積層方向抵抗比が読み出される。そして、ステップ７３では、演算部で、上記した測定した電流と回り込み電流との関係式に、入力された測定値と面抵抗対積層方向抵抗比とが代入される。

ステップ７４では、各値が代入された関係式から、セル１１の各測定領域１１ａ〜１１ｄにおける発電電流量が算出される。これらのステップ７３、７４が本発明の第２の算出手段に相当する。

このように、補正処理が実行され、セル１１の各測定領域１１ａ〜１１ｄにおける発電電流量が推定される。なお、本実施形態では、セル１１の電流測定箇所が４カ所（電流センサが４個）の場合を例として説明したが、測定箇所が何カ所であっても、本実施形態と同様の方法により、セルの各測定領域における局所電流を推定することができる。

電流測定制御部３０で推定された結果は、発電復帰処理に使用される。例えば、その結果に基づいて、電流測定制御部３０から直接、もしくは、燃料電池システムの制御部を介して、水素供給量調整手段、水素圧力調整手段、空気供給量調整手段に対して、作動指示信号が出力される。

これにより、水素出口付近の発電状態が悪ければ、水素流量を上げたり、水素圧力変化を加えたり、エア出口付近の発電が悪ければ、エア流量を調整したりすることで、燃料電池の発電状態が良好な状態に維持される。

以上説明したように、本実施形態では、電流測定装置２０が、柱状部２１１と、ホール素子２１４と、第１の防水用板部２２ｂ、第２の防水用板部２２ｃとを備えている。そして、このような構成の電流測定装置２０に用いられる電流測定制御部３０が、以下の機能を有している。

すなわち、電流測定制御部３０は、セル１１が発電していない場合に実行する、防水用板部２２の各電流センサに対応する領域４１〜４４に所定の大きさの電流を流す旨の指示信号を、電流測定制御部３０の演算部から電流供給部に対して、出力する機能（ステップ５１）と、各パターンで電流を印加したときの各電流センサの測定値が入力される機能（ステップ５２）と、電流測定制御部３０から印加された電流量と、このときの各電流センサの測定値とを、測定した電流と回り込み電流との関係式に代入して、この関係式から面抵抗対積層方向抵抗比を算出する機能（ステップ６２〜６７）とを有している。

また、電流測定制御部３０は、セル１１が発電している場合に、各電流センサの測定値が、各電流センサから入力される機能（ステップ７１）と、入力された測定値と、算出された面抵抗対積層方向抵抗比とに基づいて、セル１１の各測定領域における電流量を算出する機能（ステップ７３、７４）とを有している。

電流センサの測定値は、セルの測定領域における発電電流の値ではなく、その発電電流が回り込み電流の影響を受けた値である。また、回り込み電流の大きさは、面抵抗と積層方向抵抗との比によって、決まる。

そこで、本実施形態のように、あらかじめ、セルが発電していないときに、面抵抗対積層方向抵抗比を算出し、その後、燃料電池の発電時における電流センサの測定値と、その比とに基づいて、セル１１の各測定領域１１ｃ〜１１ｆにおける発電電流量を算出する。これにより、回り込み電流による測定誤差を抑制することができる。この結果、燃料電池のセル１１における局所電流の測定精度を向上させることができる。

（他の実施形態）
（１）上記した実施形態では、図８に示す補正値算出用データ取得処理において、印加電流の大きさを、相対値１を例えば１Ａとし、相対値０を例えば０Ａとする場合を例として説明したが、相対値０の方の電流値を０Ａ以外にすることもできる。すなわち、相対値１と０とは、一方の電流値が大きく（Ｈ）、他方の電流値が小さい（Ｌ）関係であればよい。したがって、印加する電流値は、任意に設定することができる。

（２）上記した実施形態では、図８に示す補正値算出用データ取得処理において、印加電流パターンを、測定箇所の数（４）に１を加えた５つとする場合を例として説明したが、印加電流パターンの数は、任意に設定することができる。例えば、すべての測定箇所に、相対値１の電流を印加するパターン１つのみとすることもできる。この場合によっても、ある程度の補正が可能となる。なお、補正精度の向上の観点では、印加電流パターンの数を多くすることが好ましい。

（３）上記した実施形態では、図８に示す補正値算出用データ取得処理において、防水用板部２２への印加電流を、電流測定制御部３０から供給する場合を例として説明したが、他の電流供給手段により、印加電流を供給することもできる。

例えば、電流測定制御部３０の出力部から、図示しない外部電源に対して、防水用板部２２の所定領域に、電流を印加する旨の指示信号を出力させる。これにより、外部電源から防水用板部２２へ印加電流を供給することもできる。

本発明の第１実施形態における電流測定装置が配置されている燃料電池スタックの斜視図である。 図１中の電流測定装置の分解斜視図である。 図２中の電流センサ板２１の斜視図である。 図３の電流センサ板２１の部分拡大図である。 第１の防水用板部２２ｂの正面図である。 電流センサ板２１、防水用板部２２の電気的構成を示す模式図である セル１１、電流センサ板２１、防水用板部２２の電気的構成を表した等価回路図である。 電流測定制御部３０が実行する補正値算出用データ取得処理のフローチャートである。 電流測定制御部が実行する補正値算出処理のフローチャートである。 電流測定制御部が実行する補正処理のフローチャートである。 図８の電流測定制御部３０が実行する補正値算出用データ取得処理において、防水用板部２２に印加する電流印加パターンを示す図である。 本発明者が検討した電流測定装置２０の断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池スタック、１１…セル、１１ａ〜１１ｄ…セルの電流測定箇所、
２０…電流測定装置、２１…電流センサ板、２２…防水用板部、２３…冷却水路溝、
２１１…柱状部、２１３…鉄心、２１４…ホール素子、
４１、４２、４３、４４…防水用板部２２のうちセル１１の電流測定箇所に対応する領域。

Claims (4)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセル（１１）が複数積層された燃料電池（１０）における第１のセル（１１ａ）と第２のセル（１１ｂ）との間であって、前記第１のセル（１１ａ）の各測定領域に配置される複数の導電性の柱状部（２１１）と、
   前記柱状部（２１１）において、前記第１のセル（１１ａ）から前記第２のセル（１１ｂ）に向かって流れる電流を測定する電流センサ（２１４）と、
   前記柱状部（２１１）と前記第１のセル（１１ａ）との間に配置される導電性の第１の板部（２２ｂ）と、
   前記柱状部（２１１）と前記第２のセル（１１ｂ）との間に配置される導電性の第２の板部（２２ｃ）とを備えてなる燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システムであって、
   前記燃料電池が発電していない場合に、前記第１の板部（２２ｂ）から前記第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加する電流印加手段に対して、前記第１の板部（２２ｂ）の前記柱状部（２１１）に対応する領域（４１〜４４）に、所定量の電流を印加する旨の指示信号を出力する出力手段（５１）と、
   前記電流印加手段により、電流を印加した場合に、前記電流センサ（２１４）で測定された第１の測定電流量を入力する手段（５２）と、
   前記電流印加手段によって印加された電流量と、前記第１の測定電流量とに基づいて、前記第１のセル（１１ａ）、前記第１の板部（２２ｂ）、前記柱状部（２１１）、前記第２の板部（２２ｃ）および前記第２のセル（１１ｂ）の積層方向における積層方向電気抵抗と、前記第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗との比を算出する第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、
   前記燃料電池が発電している場合に、前記電流センサ（２１４）で測定された第２の測定電流量を入力する手段（７１）と、
   前記第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）により算出された前記比と、前記第２の測定電流量とに基づいて、前記第１のセル（１１ａ）の各測定領域（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ）における電流量を算出する第２の算出手段（７３、７４）とを有することを特徴とする燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システム。
2. 前記出力手段は、前記第１の板部（２２ｂ）の各柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）に対して、１つの領域（４１）にのみ他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、もしくは、すべての領域（４１〜４４）に同じ大きさの電流を印加するように、前記電流印加手段に対して、指示信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システム。
3. 前記第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）は、前記面方向電気抵抗、前記積層方向電気抵抗、前記電流センサおよび前記第１のセルを表した電気回路から、キルヒホッフの法則に基づいて表される関係式に、前記電流印加手段により印加された電流量と、前記第１の測定電流量とを代入することで、前記積層方向電気抵抗と、前記面方向電気抵抗との比を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システム。
4. 前記第２に算出手段（７３、７４）は、前記関係式に、前記第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）によって算出された前記積層方向電気抵抗と前記面方向電気抵抗との比と、前記第２の測定電流量とを代入することで、前記第１のセル（１１ａ）の各測定領域（１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ）における電流量を算出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の電流測定装置に用いられる電流量推定システム。

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