JP5002893B2 - Fuel cell current measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、電気エネルギーを放出するセルを有する燃料電池の局所電流を測定する電流測定装置に関するものである。 The present invention relates to a current measuring device for measuring a local current of a fuel cell having a cell that emits electric energy.
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）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a current measuring device that measures a local current of a fuel cell in which a plurality of cells that generate electrical energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked. As such a current measuring device, for example, a plurality of columnar parts provided on a plate-shaped base material and arranged corresponding to each measurement position in the electrode surface of the fuel cell, and currents flowing through these columnar parts There exists a thing of the structure which has a current sensor which measures (for example, refer patent document 1).
この電流測定装置では、柱状部が設けられた板部（以下、局所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。
ところで、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ものがある。このようなセパレータ構造の燃料電池に対して、上記した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。この場合、電流センサ板が水に浸ってしまい、測定誤差が生じる。このため、柱状部を防水する必要がある。 By the way, some separators are provided with grooves constituting cooling water passages on the surface opposite to the surfaces on the electrolyte and electrode sides. When the above-described current measuring device is used for the fuel cell having such a separator structure, the current sensor plate comes into contact with the surface of the separator where the cooling water channel groove is formed. In this case, the current sensor plate is immersed in water, resulting in a measurement error. For this reason, it is necessary to waterproof the columnar part.
そこで、柱状部を防水する方法として、図１４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１４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。
Therefore, as a method of waterproofing the columnar portion, it is conceivable to arrange a
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１４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。
However, in this case, as indicated by the arrows in FIG. 14, when the generated current in each region in the cell plane flows through the
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。
For this reason, an error occurs in the local current value of the
また、この回り込み電流の大きさは、常に、一定でない。これは、以下の理由による。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１４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。
Also, the magnitude of this sneak current is not always constant. This is due to the following reason. The magnitude of the sneak current is defined by the electrical resistance (hereinafter referred to as surface resistance) in the surface direction of the
そして、燃料電池の運転により、燃料電池の温度が変化したり、劣化したりするため、
セパレータ１３と電流センサ板２１との締結状態が変化する。これにより、積層方向抵抗の値が変化し、回り込み電流の大きさが変化してしまう。
And because the temperature of the fuel cell changes or deteriorates due to the operation of the fuel cell,
The fastening state between the
このため、固定された補正値により、電流センサの測定値に対して、回り込み電流を考慮した補正を行うだけでは、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。
For this reason, an error occurs in the local current value of the
なお、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。 Since the true magnitude of the stacking direction resistance cannot be directly measured due to the structure of the fuel cell, the stacking direction resistance and the sheet resistance are actually measured, and the correction considering the sneak current is used as the measured value of the current sensor. I can't do it.
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おいて、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ことができる電流測定装置を提供することを目的とする。
In view of the above points, the present invention provides a fuel cell current measurement device having a structure in which a
上記目的を達成するため、請求項１、７、８に記載の発明では、第１の板部（２２ｂ）と、第２の板部（２２ｃ）と、発電判定手段（３１）と、出力手段（５１）と、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、第２の算出手段（７３、７４）とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the first, seventh and eighth aspects of the invention, the first plate portion (22b), the second plate portion (22c), the power generation determination means (31), and the output means (51), first calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67), and second calculation means (73, 74).
ここで、第１の板部（２２ｂ）は、導電性および防水性を有するものであり、柱状部（２１１）と第１のセル（１１ａ）との間に配置される。第２の板部（２２ｃ）は、導電性および防水性を有するものであり、柱状部（２１１）と第２のセル（１１ｂ）との間に配置される。 Here, the first plate part (22b) has conductivity and waterproofness, and is disposed between the columnar part (211) and the first cell (11a). The second plate portion (22c) has conductivity and waterproofness, and is disposed between the columnar portion (211) and the second cell (11b).
また、発電判定手段（３１）は、燃料電池（１０）が発電しているか否かを判定する。出力手段（５１）は、発電判定手段（３１）が発電していないと判定した場合に、第１の板部（２２ｂ）の複数の柱状部（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）のみに他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれに同じ大きさの電流を印加するという電流印加パターンとなるように、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、指示信号を出力する。 The power generation determination means (31) determines whether or not the fuel cell (10) is generating power. When the output means (51) determines that the power generation determination means (31) is not generating power, the output means (51) corresponds to the plurality of regions (41, 42) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). 43, 44), a larger current is applied to only one region (41) than the other regions (42, 43, 44), and each of the other regions (42, 43, 44) has the same magnitude. in so that such a current application pattern of applying a difference in current, relative to the current applying means for applying a current between the second plate portion from the first plate portion (22b) (22c), an instruction signal Output.
また、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）は、仮定条件と第１の関係と第２の関係とを用いて、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の測定電流量と、電流印加手段によって印加された電流量とに基づいて、積層方向電気抵抗と面方向電気抵抗との比を算出する。
ここで、仮定条件とは、電流印加パターンで第１の板部（２２ｂ）から第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加した場合、１つの領域（４１）から他の領域（４２、４３、４４）に向けて、第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れ、他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれからは第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れないというものである。
第１の関係とは、第１の板部（２２ｂ）の複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれから第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（Ｒ１〜Ｒ４）を流れる電流（Ｉｐｐ１〜Ｉｐｐ４）の合計と、第１の板部（２２ｂ）の複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれに印加される電流の合計とが等しいという関係である。
第２の関係とは、第１の板部（２２ｂ）の複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のうち、１つの領域（４１）に印加される電流（Ｉ１）は、１つの領域（４１）と他の領域（４２〜４４）との間の第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗（Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ１１）を流れる電流と１つの領域（４１）から積層方向電気抵抗（Ｒ１）を流れる電流（Ｉｐｐ１）との和に等しいという関係である。
In addition, the first calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67) uses the assumption condition, the first relation, and the second relation and applies current by the current application means. Based on the first measured current amount measured by the current sensor (214) and the current amount applied by the current application means, the ratio between the stacking direction electrical resistance and the surface direction electrical resistance is calculated.
Here, the assumed condition is that when a current is applied between the first plate portion (22b) and the second plate portion (22c) in a current application pattern, one region (41) to another region (42) , 43, 44), current flows in the surface direction of the first plate portion (22b), and the surface direction of the first plate portion (22b) from each of the other regions (42, 43, 44). The current does not flow through.
The first relationship refers to the first cell (11a), the first cell from each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). Current flowing in the stacking direction electric resistance (R 1 to R 4 ) in the stacking direction of the first plate portion (22b), the columnar portion (211), the second plate portion (22c), and the second cell (11b) (I pp1 to I pp4 ) and the sum of the current applied to each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b), Are equal.
The second relationship is applied to one region (41) among the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). Current (I 1 ) is a surface electric resistance (R ss1 , R ss2 ) in the surface direction of the first plate portion (22b) between one region (41) and the other region (42 to 44). R ss11 ) and the current (I pp1 ) flowing from one region (41) through the stacking direction electric resistance (R 1 ).
そして、第２の算出手段（７３、７４）は、第１、第２の関係を用いて、発電判定手段（３１）が発電していると判定した場合に、電流センサ（２１４）で測定された第２の測定電流量と、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）により算出された比とに基づいて、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ものである。 The second calculating means (73, 74) is measured by the current sensor (214) when it is determined that the power generation determining means (31) is generating power using the first and second relationships. a second measured current amount, based on the calculated ratio by the first calculating means (62,63,64,65,66,67), each measurement area of the first cell (11a) (11c , 11d, 11e, and 11f).
このように、燃料電池が発電していない場合に、所定の大きさの電流を第１の板部から柱状部に印加し、そのときの柱状部に流れる電流を測定することで、第１の板部に印加した電流の大きさと、電流センサによる測定電圧値との関係を求めることができる。すなわち、第１の板部に印加された電流の大きさと回り込み電流の大きさとの関係を求めることができる。 In this way, when the fuel cell is not generating power, a first current is applied from the first plate portion to the columnar portion, and the current flowing through the columnar portion at that time is measured, whereby the first The relationship between the magnitude of the current applied to the plate portion and the voltage value measured by the current sensor can be obtained. That is, the relationship between the magnitude of the current applied to the first plate portion and the magnitude of the sneak current can be obtained.
そして、本発明のように、この求めた関係と、燃料電池が発電している場合での電流センサの実測値とに基づいて、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。 Then, as in the present invention, the measurement error due to the sneak current is suppressed by calculating the current amount based on the obtained relationship and the measured value of the current sensor when the fuel cell is generating power. be able to. As a result, the measurement accuracy of the local current in the fuel cell can be improved.
なお、請求項７、８に記載の発明においては、第２の算出手段（７３、７４）が、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）が算出した上記比と、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場合、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）が算出した上記比であれば、いつ算出されたものであってもかまわない。 In the inventions according to claims 7 and 8, the second calculation means (73, 74) is the ratio calculated by the first calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67). When calculating the current amount in each measurement region (11c, 11d, 11e, 11f) of the first cell (11a) based on the second measurement current amount, the first calculation means (62, 63, If it is the said ratio calculated by 64, 65, 66, 67), it may be calculated anytime.
しかし、請求項１に記載の発明のように、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）は、第１、第２の関係を用いて、燃料電池（１０）が発電を開始する直前の燃料電池（１０）が発電していない状態の際に、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、上記比を算出し、
第２の算出手段（７３、７４）は、第１、第２の関係を用いて、第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）によって算出された上記比と第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ことが好ましい。
However , as in the first aspect of the invention , the first calculating means (62, 63, 64, 65, 66, 67) uses the first and second relationships to determine whether the fuel cell (10) The ratio is calculated based on the amount of current applied by the current applying means and the first measured current amount when the fuel cell (10) immediately before starting power generation is not generating power,
The second calculation means (73, 74) uses the first and second relationships to calculate the second ratio and the second ratio calculated by the first calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67). It is preferable to calculate the current amount in each measurement region (11c, 11d, 11e, 11f) of the first cell (11a) based on the measured current amount.
燃料電池の運転時では、燃料電池が発電している状態と発電していない状態とが交互に存在する場合がある。この場合、発電していない状態が複数回存在するが、このうち、燃料電池の状態が、発電している場合の状態に最も近いのは、その発電が開始する直前だからである。 During operation of the fuel cell, a state where the fuel cell is generating power and a state where it is not generating power may exist alternately. In this case, there is a state where power is not generated a plurality of times. Among these, the state of the fuel cell is closest to the state where power is generated because it is immediately before the start of power generation.
したがって、請求項２に記載の発明によれば、燃料電池の運転時において、回り込み電流量が少しずつ変化していても、こ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。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。 Therefore, according to the second aspect of the present invention, even when the amount of sneak current changes little by little during operation of the fuel cell, measurement errors due to this sneak current can be reduced. As a result, the measurement accuracy of the local current in the fuel cell can be improved.
なお、ここでいう「燃料電池（１０）が発電を開始する直前の燃料電池（１０）が発電していない状態の際」とは、燃料電池が発電している状態と発電していない状態とが交互に存在する場合において、燃料電池が発電している状態と、その前の時期における燃料電池が発電している状態との間の燃料電池が発電していない状態のときを意味する。 Here, “when the fuel cell (10) immediately before the fuel cell (10) starts generating power” is in a state where the fuel cell (10) is not generating power ”means a state where the fuel cell is generating power and a state where the fuel cell (10) is not generating power. Means that the fuel cell is not generating power between the state in which the fuel cell is generating power and the state in which the fuel cell is generating power at the previous time.
また、発電判定手段（３１）の判定の仕方に関して、以下のように、発電判定手段（３１）は判定することができる。 Moreover, regarding the method of determination by the power generation determination means (31), the power generation determination means (31) can determine as follows.
例えば、請求項３に示すように、燃料電池（１０）の総出力電流が０の場合や、請求項４に示すように、セル（１１）の出力電流が０の場合や、請求項５に示すように、燃料電池（１０）の総出力電圧の大きさが理論起電力の大きさの場合に、発電判定手段（３１）は、燃料電池（１０）は発電していないと判断することができる。
For example, as shown in
また、請求項６に示すように、燃料電池（１０）が車両に搭載されている場合では、発電判定手段（３１）は、車両のアクセルから加速指示信号が入力されない場合に、発電判定手段（３１）は、燃料電池（１０）は発電していないと判断することができる。 Further, as shown in claim 6, when the fuel cell (10) is mounted on the vehicle, the power generation determination means (31) is configured to generate power generation determination means (if the acceleration instruction signal is not input from the accelerator of the vehicle). 31) can determine that the fuel cell (10) is not generating power.
また、請求項７に示すように、燃料電池（１０）の総出力電流が０の場合、セル（１１）の出力電流が０の場合、燃料電池（１０）の総出力電圧の大きさが理論起電力の大きさの場合、燃料電池（１０）が車両に搭載されているときでは、車両のアクセルから加速指示信号が入力されない場合のうちの少なくとも２以上の場合に、発電判定手段（３１）は、燃料電池（１０）は発電していないと判断することができる。 Further, as shown in claim 7, when the total output current of the fuel cell (10) is 0, the output current of the cell (11) is 0, the magnitude of the total output voltage of the fuel cell (10) is theoretically. In the case of the magnitude of the electromotive force, when the fuel cell (10) is mounted on the vehicle, the power generation determination means (31) in at least two cases when the acceleration instruction signal is not input from the accelerator of the vehicle. It can be determined that the fuel cell (10) is not generating power.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
（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１４に示す使用状態と同様である。また、図２では、図１４と同様の構成部に、図１４と同一の符号を付している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a perspective view of a fuel cell stack in which the current measuring device according to the first embodiment of the present invention is arranged. FIG. 2 is an exploded perspective view of the current measuring device in FIG. Note that the usage state of the current measurement device of the present embodiment is the same as the usage state shown in FIG. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 14 are attached to the same components as those in FIG. 14.
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。
As shown in FIG. 1, the
セル１１は、図１４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１４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１４中の左側のセル１１ａが本発明の第１のセルに相当し、図１４中の右側のセル１１ｂが本発明の第２のセルに相当する。
As shown in FIG. 14, the
そして、図１４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１４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。
In the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
Here, FIG. 3 shows a perspective view of the
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。
The plate-
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。
The
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。
As shown in FIG. 4, an
なお、ホール素子２１４に限らず、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。
The present invention is not limited to the
防水用板部２２は、セパレータ１３の冷却水路１３ａ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。
The
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１４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１４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１４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。
Further, as shown in FIG. 2, the
第１の防水用板部２２ｂは、図１４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１４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。
The first
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２２ｃとは、同様の構成となっている。防水用板部２２には、図１４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。
In this embodiment, the first
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。
As shown in FIG. 1, the current
また、電流測定制御部３０は、後述する局所電流値演算処理を実行するようになっている。この局所電流値演算処理は、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から構成される。
In addition, the current
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。
Although not illustrated, the current
次に、電流測定制御部３０が実行する局所電流値演算処理について説明する。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。
Next, local current value calculation processing executed by the current
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。
First, FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining a sneak current generated in the
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。
At this time, for example, when the current flowing through one of the four
図６は、第１の防水用板部２２ｂと電流センサ板２１とを、図１４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。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the first
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。
Further, since the first
図６、７において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４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、Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ３、Ｒｓｓ４、Ｒｓｓ１１、Ｒｓｓ２２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。
6 and 7, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the stacking direction resistances in the
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Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４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。
As shown in FIG. 7, the generated currents I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 from the measurement regions 11 c, 11 d, 11 e, and 11 f of the
このとき、例えば、セル１１ａの領域１１ｃでの発電電流Ｉ１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Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ１１を流れる電流（回り込み電流）と、積層方向抵抗Ｒ１を流れる電流とに別れる。
In this case, for example, the generated current I 1 in the region 11c of the
そして、積層方向抵抗Ｒ１を流れる電流が、測定値Ｉｐｐ１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Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を流れる電流が測定値Ｉｐｐ２、Ｉｐｐ３、Ｉｐｐ４として、各電流センサによって測定される。
Then, the current flowing through the stacking direction resistance R1 is measured by the current sensor as the measured value Ipp1 . Similarly, currents flowing in the stacking direction resistances R 2 , R 3 , R 4 in the
また、各領域４１〜４４における積層方向抵抗Ｒ１〜Ｒ４を流れる電流の合計が、負荷を流れる電流Ｉｌｏａｄとなる。
In addition, the sum of the currents flowing through the stacking direction resistances R 1 to R 4 in the
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。
Ｉｌｏａｄ＝Ｉｐｐ１＋Ｉｐｐ２＋Ｉｐｐ３＋Ｉｐｐ４
Ｉ １ ＝（Ｅ／Ｒ １ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ１ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ２ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ１１ ）
Ｉ ２ ＝（Ｅ／Ｒ ２ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ１ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ３ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ２２ ）
Ｉ ３ ＝（Ｅ／Ｒ ３ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ２ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ４ ）＋（Ｅ／Ｒ ｓｓ２２ ）
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が実行する局所電流値演算処理のフローチャートを示す。この局所電流値演算処理は、燃料電池の運転時に、所定の周期で実行される。
Therefore, from the equivalent circuit shown in FIG. 7 and Kirchhoff's first law and second law, the following expression (relational expression of measured current and sneak current) is derived. E is the output voltage of the cell. Kirchhoff's first law means that the sum of the currents flowing into the branch point is equal to the sum of the currents that flow out. Kirchhoff's second law is that the algebraic sum of the power supply voltages Equivalent to algebraic sum.
I load = I pp1 + I pp2 + I pp3 + I pp4
I 1 = (E / R 1 ) + (E / R ss1) + (E / R ss2) + (E / R ss11)
I 2 = (E / R 2 ) + (E / R ss1 ) + (E / R ss3 ) + (E / R ss22 )
I 3 = (E / R 3 ) + (E / R ss2 ) + (E / R ss4 ) + (E / R ss22 )
I 4 = (E / R 4 ) + (E / R ss3 ) + (E / R ss4 ) + (E / R ss11 )
FIG. 8 shows a flowchart of local current value calculation processing executed by the current
図８に示すように、ステップ３１では、燃料電池の出力が０（発電していない）か否かが判定される。例えば、電流測定制御部３０の入力部に電流センサ板２１の電流センサから入力される電流センサの測定値が０であるか否かが判定される。
As shown in FIG. 8, in
なお、燃料電池の出力が０か否かの判定方法としては、その他に、燃料電池スタックの総出力電流を測定し、その測定値が０か否かを判定したり、燃料電池スタックの総出力電圧を測定し、その測定値が、理論起電力（ＯＣＶ）であるか否かを判定したりする方法を採用することができる。また、燃料電池が車両に搭載されている場合では、アクセルから加速指示信号が入力されていないか否か、すなわち、アクセルペダルが踏まれていないか否かを判定する方法を採用することもできる。 In addition, as a method for determining whether or not the output of the fuel cell is 0, the total output current of the fuel cell stack is measured to determine whether or not the measured value is 0, or the total output of the fuel cell stack is determined. A method of measuring a voltage and determining whether or not the measured value is an theoretical electromotive force (OCV) can be employed. Further, when the fuel cell is mounted on the vehicle, a method of determining whether or not an acceleration instruction signal is input from the accelerator, that is, whether or not the accelerator pedal is stepped on can be adopted. .
また、燃料電池の出力が０か否かの判定方法として、上記した４つの方法を、２以上組み合わせた方法を採用することもできる。例えば、セルの出力電流が０で、かつ、燃料電池スタックの総出力電流が０の場合に、燃料電池の出力が０であると判定させることができる。また、例えば、セルの出力電流が０で、かつ、燃料電池スタックの総出力電流が０で、かつ、燃料電池スタックの総出力電圧が理論起電力（ＯＣＶ）で、かつ、アクセルペダルが踏まれていない場合に、燃料電池の出力が０であると判定させることもできる。 Further, as a method for determining whether or not the output of the fuel cell is 0, a method in which two or more of the above four methods are combined may be employed. For example, when the output current of the cell is 0 and the total output current of the fuel cell stack is 0, it can be determined that the output of the fuel cell is 0. Further, for example, the output current of the cell is 0, the total output current of the fuel cell stack is 0, the total output voltage of the fuel cell stack is the theoretical electromotive force (OCV), and the accelerator pedal is depressed. If not, it can be determined that the output of the fuel cell is zero.
そして、燃料電池の出力が０であると判定された場合（ＹＥＳの場合）、ステップ５０に進み、出力が０でないと判定された場合（ＮＯの場合）、ステップ７０に進む。 When it is determined that the output of the fuel cell is 0 (in the case of YES), the process proceeds to step 50, and when it is determined that the output is not 0 (in the case of NO), the process proceeds to step 70.
ステップ５０では、後述する補正値算出用データの取得処理が実行される。続いて、ステップ６０で、後述する補正値算出処理が実行される。その後、ステップ３１に戻る。一方、ステップ７０では、後述する測定および補正処理が実行される。
In
ここで、図９に、補正値算出処理が実行されるタイミングを示す。図９は、燃料電池の運転時における時間変化に伴う出力の変化を示している。図９に示すように、燃料電池の運転時では、出力が０よりも大きな場合と、出力が０の場合とが交互に繰り返される。出力が０の場合としては、例えば、燃料電池の運転開始直後や、燃料電池が車両に搭載されている場合では、アクセルペダルが戻されたときなどがある。 Here, FIG. 9 shows the timing at which the correction value calculation process is executed. FIG. 9 shows a change in output accompanying a change in time during operation of the fuel cell. As shown in FIG. 9, during operation of the fuel cell, the case where the output is larger than 0 and the case where the output is 0 are alternately repeated. Examples of the case where the output is 0 include immediately after the start of operation of the fuel cell, when the fuel cell is mounted on the vehicle, and when the accelerator pedal is returned.
図９に示すように、燃料電池の出力が０になる度に、補正値算出処理が実行される。また、局所電流値演算処理は所定周期で実行されるため、燃料電池の出力が０の状態が長く続く場合では、図９に示すように、補正値算出処理が複数回実行される。 As shown in FIG. 9, the correction value calculation process is executed every time the output of the fuel cell becomes zero. In addition, since the local current value calculation process is executed at a predetermined cycle, when the output of the fuel cell continues to be zero for a long time, the correction value calculation process is executed a plurality of times as shown in FIG.
次に、上記したステップ５０の補正値算出用データ取得処理、ステップ６０の補正値算出処理、ステップ７０の補正処理のそれぞれについて説明する。
Next, the correction value calculation data acquisition process in
図１０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１１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１２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。
FIG. 10 shows a flowchart of correction value calculation data acquisition processing executed by the current
補正値算出用データ取得処理では、図１０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。
In the correction value calculation data acquisition process, as shown in FIG. 10, first, in
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。
At this time, currents of 1 in one area and 0 in all remaining areas are applied to the
ここで、図１３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１３（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。
Here, FIG. 13 shows a current application pattern at this time. For example, when there are four current sensors, the current patterns applied to each region are the patterns shown in FIGS. That is, region 41: region 42: region 43:
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。
In
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。
In
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１１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。
In this way, the correction value calculation data acquisition process is executed, and the applied current value and the measurement value as the correction value calculation data are acquired. Thereafter, the following correction value calculation process is executed. In the correction value calculation process, as shown in FIG. 11, in step 61, the applied current value and the current measurement value corresponding to the applied current value are obtained from the memory unit. Read out.
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。
In
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。
Specifically, this relational expression is represented by a matrix. For example, when there are four current sensors, the matrix is 15 × 15. The first to fourth rows are applied currents, the fifth to eighth rows are measured currents, the ninth to fourteenth rows are the current flowing in the surface of the
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。
In
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。
In
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。
In
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、Ｒｓｓ：Ｒ＝１：１から、Ｒｓｓ：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。
In
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。
In
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。 In this way, the correction value calculation process is executed, and the sheet resistance to stacking direction resistance ratio as the correction value is calculated.
次に、補正処理を説明する。図１２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。
Next, the correction process will be described. As shown in FIG. 12, in
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。
In
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。
In
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。
In this way, the correction process is executed, and the amount of generated current in each
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。
The result estimated by the current
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。 Thus, if the power generation state near the hydrogen outlet is bad, the hydrogen flow rate is increased, the hydrogen pressure change is applied, or if the power generation near the air outlet is bad, the air flow rate is adjusted. Is maintained in good condition.
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。
As described above, in the present embodiment, the
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。
In other words, the current
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。
In addition, when the
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。 The measured value of the current sensor is not the value of the generated current in the measurement region of the cell, but the value of the generated current affected by the sneak current. The magnitude of the sneak current is determined by the ratio between the sheet resistance and the stacking direction resistance.
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。
Therefore, as in this embodiment, when the cell is not generating power in advance, the sheet resistance vs. stacking direction resistance ratio is calculated, and then the measured value of the current sensor during power generation of the fuel cell and the ratio are calculated. Based on this, the amount of generated current in each measurement region 11c to 11f of the
また、本実施形態では、燃料電池の出力が０の場合に、常に、電流測定制御部３０が補正値算出処理（ステップ６１〜６７）を実行するようにしている。このため、電流測定制御部３０が実行する補正処理（ステップ７１〜７４）では、燃料電池１０が発電を開始する直前の燃料電池１０が発電していない状態の際に、電流測定制御部３０によって印加された電流量と、測定された第１の測定電流量とから、補正値算出処理で算出された面抵抗対積層方向抵抗比に基づいて、セル１１の各測定領域１１ｃ〜１１ｆにおける発電電流量を算出している。
In this embodiment, when the output of the fuel cell is 0, the current
ここで、燃料電池の運転時では、図９に示すように、燃料電池が発電している状態と発電していない状態とが交互に存在する場合がある。この場合、発電していない状態が複数回存在するが、このうち、燃料電池の状態が、発電している場合の状態に最も近いのは、その発電が開始する直前の時期における燃料電池が発電していない状態のときである。 Here, when the fuel cell is in operation, as shown in FIG. 9, a state where the fuel cell is generating power and a state where it is not generating power may exist alternately. In this case, there is a state where there is no power generation a plurality of times. Among these, the state of the fuel cell is closest to the state when the power generation is occurring. It is when not in the state.
したがって、本実施形態によれば、燃料電池の運転時において、回り込み電流量が少しずつ変化していても、こ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。この結果、燃料電池１０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。
Therefore, according to this embodiment, even when the amount of sneak current changes little by little during operation of the fuel cell, measurement errors due to this sneak current can be reduced. As a result, the measurement accuracy of the local current in the
（他の実施形態）
（１）上記した実施形態では、図１０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。
(Other embodiments)
(1) In the embodiment described above, in the correction value calculation data acquisition process shown in FIG. 10, the magnitude of the applied current is described as an example in which the
（２）上記した実施形態では、図１０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。 (2) In the above-described embodiment, the correction value calculation data acquisition process illustrated in FIG. 10 has been described as an example in which the applied current pattern is five, which is obtained by adding 1 to the number of measurement locations (4). The number of applied current patterns can be set arbitrarily. For example, it is possible to use only one pattern in which a current having a relative value of 1 is applied to all measurement locations. Even in this case, a certain amount of correction is possible. From the viewpoint of improving correction accuracy, it is preferable to increase the number of applied current patterns.
（３）上記した実施形態では、図１０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。
(3) In the above embodiment, in the correction value calculation data acquisition process illustrated in FIG. 10, the case where the applied current to the
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。
For example, the output unit of the current
（４）上記した実施形態では、燃料電池の出力が０の場合に、常に、電流測定制御部３０が補正値算出処理を実行する場合を例として説明したが、燃料電池の運転時において、出力が０の場合が複数回ある場合では、少なくとも１回、補正値算出処理を実行させることもできる。
(4) In the above-described embodiment, the case where the current
また、燃料電池が運転していない場合に、補正値算出処理を実行させ、燃料電池が運転している場合に、補正処理を実行させることもできる。 Further, the correction value calculation process can be executed when the fuel cell is not operating, and the correction process can be executed when the fuel cell is operating.
このようにしても、補正値を全く変更しない場合と比較して、補正精度を向上させることができる。なお、より精度を高めるという観点では、第１実施形態のように、出力が０の場合に、常に、電流測定制御部３０に補正値算出処理を実行させることが好ましい。
Even if it does in this way, compared with the case where a correction value is not changed at all, a correction precision can be improved. From the viewpoint of increasing accuracy, it is preferable that the current
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。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
211 ... Columnar part, 213 ... Iron core, 214 ... Hall element,
41, 42, 43, 44... Region corresponding to the current measurement location of the
Claims (8)
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）とを備えてなる燃料電池の電流測定装置において、
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および防水性を有する第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および防水性を有する第２の板部（２２ｃ）と、
前記燃料電池（１０）が発電しているか否かを判定する発電判定手段（３１）と、
前記発電判定手段（３１）が発電していないと判定した場合に、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（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）のみに他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれに同じ大きさの電流を印加するという電流印加パターンとなるように、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、指示信号を出力する出力手段（５１）と、
前記電流印加パターンで前記第１の板部（２２ｂ）から前記第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加した場合、前記１つの領域（４１）から前記他の領域（４２、４３、４４）に向けて、前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れ、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれからは前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れないという仮定条件と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれから前記第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（Ｒ１〜Ｒ４）を流れる電流（Ｉｐｐ１〜Ｉｐｐ４）の合計と、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれに印加される電流の合計とが等しいという第１の関係と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のうち、１つの領域（４１）に印加される電流（Ｉ１）は、前記１つの領域（４１）と他の領域（４２〜４４）との間の前記第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗（Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ１１）を流れる電流と前記１つの領域（４１）から前記積層方向電気抵抗（Ｒ１）を流れる電流（Ｉｐｐ１）との和に等しいという第２の関係とを用いて、
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の測定電流量と、前記電流印加手段によって印加された電流量とに基づいて、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第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、
前記第１、第２の関係を用いて、前記発電判定手段（３１）が発電していると判定した場合に、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）とを有し、
前記第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）は、前記第１、第２の関係を用いて、前記燃料電池（１０）が発電を開始する直前の前記燃料電池（１０）が発電していない状態の際に、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、前記比を算出し、
前記第２の算出手段（７３、７４）は、前記第１、第２の関係を用いて、前記第１の算出手段によって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ようになっていることを特徴とする燃料電池の電流測定装置。 Between the first cell (11a) and the second cell (11b) in the fuel cell (10) in which a plurality of cells (11) for generating electric energy by the electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas are stacked. A plurality of conductive columnar portions (211) disposed in each measurement region of the first cell (11a);
In the current measuring device for a fuel cell, the columnar portion (211) includes a current sensor (214) that measures a current flowing from the first cell (11a) toward the second cell (11b). ,
A conductive and waterproof first plate (22b) disposed between the columnar part (211) and the first cell (11a);
A conductive and waterproof second plate (22c) disposed between the columnar part (211) and the second cell (11b);
Power generation determination means (31) for determining whether or not the fuel cell (10) is generating power;
When the power generation determination means (31) determines that power is not generated, a plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ), A larger current is applied to only one region (41) than the other regions (42, 43, 44), and the same current is applied to each of the other regions (42, 43, 44). in so that such a current application pattern of applying, with respect to the current applying means for applying a current between the first plate portion from said (22b) a second plate portion (22c), and outputs an instruction signal Output means (51);
When a current is applied between the first plate portion (22b) and the second plate portion (22c) in the current application pattern, the one region (41) to the other region (42, 43, 44), a current flows in the surface direction of the first plate portion (22b), and the surface direction of the first plate portion (22b) from each of the other regions (42, 43, 44). The assumption that no current flows in
The first cell (11a), the first plate from each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). Current flowing in the stacking direction electric resistance (R 1 to R 4 ) in the stacking direction of the section (22b), the columnar section (211), the second plate section (22c), and the second cell (11b) (I pp1 to Ipp4 ) and current applied to each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). A first relationship that the sum is equal;
The current (I 1 ) applied to one region (41) among the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ) Is a surface direction electric resistance (R ss1 , R ss2 , R ss11 ) in the surface direction of the first plate portion (22b) between the one region (41) and the other regions (42 to 44). And a second relationship that is equal to the sum of the current flowing through the stacking direction electric resistance (R 1 ) from the one region (41) (I pp1 ), and
When a current is applied by the current application unit, the stacking direction electric current is determined based on the first measured current amount measured by the current sensor (214) and the current amount applied by the current application unit. First calculating means (62, 63, 64, 65, 66, 67) for calculating a ratio of resistance to the electrical resistance in the plane direction;
When it is determined that the power generation determination unit (31) is generating power using the first and second relationships, the second measured current amount measured by the current sensor (214), and the first Based on the ratio calculated by one calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67) in each measurement region (11c, 11d, 11e, 11f) of the first cell (11a) have a second calculating means for calculating an amount of current (73, 74),
The first calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67) uses the first and second relations, and the fuel cell (10) immediately before the fuel cell (10) starts generating power. 10) calculating the ratio based on the amount of current applied by the current application means and the first measured current amount when no power is being generated;
The second calculation means (73, 74) is based on the ratio calculated by the first calculation means and the second measured current amount using the first and second relationships. each measurement area (11c, 11d, 11e, 11f ) fuel cell current measuring device which is characterized that you have made to calculate the amount of current in the first cell (11a).
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）とを備えてなる燃料電池の電流測定装置において、
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および防水性を有する第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および防水性を有する第２の板部（２２ｃ）と、
前記燃料電池（１０）が発電しているか否かを判定する発電判定手段（３１）と、
前記発電判定手段（３１）が発電していないと判定した場合に、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（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）のみに他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれに同じ大きさの電流を印加するという電流印加パターンとなるように、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、指示信号を出力する出力手段（５１）と、
前記電流印加パターンで前記第１の板部（２２ｂ）から前記第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加した場合、前記１つの領域（４１）から前記他の領域（４２、４３、４４）に向けて、前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れ、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれからは前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れないという仮定条件と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれから前記第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（Ｒ１〜Ｒ４）を流れる電流（Ｉｐｐ１〜Ｉｐｐ４）の合計と、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれに印加される電流の合計とが等しいという第１の関係と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のうち、１つの領域（４１）に印加される電流（Ｉ１）は、前記１つの領域（４１）と他の領域（４２〜４４）との間の前記第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗（Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ１１）を流れる電流と前記１つの領域（４１）から前記積層方向電気抵抗（Ｒ１）を流れる電流（Ｉｐｐ１）との和に等しいという第２の関係とを用いて、
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の測定電流量と、前記電流印加手段によって印加された電流量とに基づいて、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第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、
前記第１、第２の関係を用いて、前記発電判定手段（３１）が発電していると判定した場合に、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）とを有し、
前記発電判定手段（３１）は、前記燃料電池（１０）の総出力電圧の大きさが理論起電力の大きさの場合に、前記燃料電池（１０）は発電していないと判断することを特徴とする燃料電池の電流測定装置。 Between the first cell (11a) and the second cell (11b) in the fuel cell (10) in which a plurality of cells (11) for generating electric energy by the electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas are stacked. A plurality of conductive columnar portions (211) disposed in each measurement region of the first cell (11a);
In the current measuring device for a fuel cell, the columnar portion (211) includes a current sensor (214) that measures a current flowing from the first cell (11a) toward the second cell (11b). ,
A conductive and waterproof first plate (22b) disposed between the columnar part (211) and the first cell (11a);
A conductive and waterproof second plate (22c) disposed between the columnar part (211) and the second cell (11b);
Power generation determination means (31) for determining whether or not the fuel cell (10) is generating power;
When the power generation determination means (31) determines that power is not generated, a plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ), A larger current is applied to only one region (41) than the other regions (42, 43, 44), and the same current is applied to each of the other regions (42, 43, 44). in so that such a current application pattern of applying, with respect to the current applying means for applying a current between the first plate portion from said (22b) a second plate portion (22c), and outputs an instruction signal Output means (51);
When a current is applied between the first plate portion (22b) and the second plate portion (22c) in the current application pattern, the one region (41) to the other region (42, 43, 44), a current flows in the surface direction of the first plate portion (22b), and the surface direction of the first plate portion (22b) from each of the other regions (42, 43, 44). The assumption that no current flows in
The first cell (11a), the first plate from each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). Current flowing in the stacking direction electric resistance (R 1 to R 4 ) in the stacking direction of the section (22b), the columnar section (211), the second plate section (22c), and the second cell (11b) (I pp1 to Ipp4 ) and current applied to each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). A first relationship that the sum is equal;
The current (I 1 ) applied to one region (41) among the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ) Is a surface direction electric resistance (R ss1 , R ss2 , R ss11 ) in the surface direction of the first plate portion (22b) between the one region (41) and the other regions (42 to 44). And a second relationship that is equal to the sum of the current flowing through the stacking direction electric resistance (R 1 ) from the one region (41) (I pp1 ), and
When a current is applied by the current application unit, the stacking direction electric current is determined based on the first measured current amount measured by the current sensor (214) and the current amount applied by the current application unit. First calculating means (62, 63, 64, 65, 66, 67) for calculating a ratio of resistance to the electrical resistance in the plane direction;
When it is determined that the power generation determination unit (31) is generating power using the first and second relationships, the second measured current amount measured by the current sensor (214), and the first Based on the ratio calculated by one calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67) in each measurement region (11c, 11d, 11e, 11f) of the first cell (11a) have a second calculating means for calculating an amount of current (73, 74),
The power generation determination means (31) determines that the fuel cell (10) is not generating power when the total output voltage of the fuel cell (10) is equal to the theoretical electromotive force. A fuel cell current measuring device.
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）とを備えてなる燃料電池の電流測定装置において、
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および防水性を有する第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および防水性を有する第２の板部（２２ｃ）と、
前記燃料電池（１０）が発電しているか否かを判定する発電判定手段（３１）と、
前記発電判定手段（３１）が発電していないと判定した場合に、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（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）のみに他の領域（４２、４３、４４）より大きな電流を印加し、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれに同じ大きさの電流を印加するという電流印加パターンとなるように、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、指示信号を出力する出力手段（５１）と、
前記電流印加パターンで前記第１の板部（２２ｂ）から前記第２の板部（２２ｃ）の間に電流を印加した場合、前記１つの領域（４１）から前記他の領域（４２、４３、４４）に向けて、前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れ、前記他の領域（４２、４３、４４）のそれぞれからは前記第１の板部（２２ｂ）の面方向に電流が流れないという仮定条件と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれから前記第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（Ｒ１〜Ｒ４）を流れる電流（Ｉｐｐ１〜Ｉｐｐ４）の合計と、前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のそれぞれに印加される電流の合計とが等しいという第１の関係と、
前記第１の板部（２２ｂ）の前記複数の柱状部（２１１）に対応する複数の領域（４１、４２、４３、４４）のうち、１つの領域（４１）に印加される電流（Ｉ１）は、前記１つの領域（４１）と他の領域（４２〜４４）との間の前記第１の板部（２２ｂ）の面方向における面方向電気抵抗（Ｒｓｓ１、Ｒｓｓ２、Ｒｓｓ１１）を流れる電流と前記１つの領域（４１）から前記積層方向電気抵抗（Ｒ１）を流れる電流（Ｉｐｐ１）との和に等しいという第２の関係とを用いて、
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の測定電流量と、前記電流印加手段によって印加された電流量とに基づいて、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第１の算出手段（６２、６３、６４、６５、６６、６７）と、
前記第１、第２の関係を用いて、前記発電判定手段（３１）が発電していると判定した場合に、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）とを有し、
前記燃料電池（１０）が車両に搭載されている場合では、前記発電判定手段（３１）は、車両のアクセルから加速指示信号が入力されない場合に、前記燃料電池（１０）は発電していないと判断することを特徴とする燃料電池の電流測定装置。 Between the first cell (11a) and the second cell (11b) in the fuel cell (10) in which a plurality of cells (11) for generating electric energy by the electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas are stacked. A plurality of conductive columnar portions (211) disposed in each measurement region of the first cell (11a);
In the current measuring device for a fuel cell, the columnar portion (211) includes a current sensor (214) that measures a current flowing from the first cell (11a) toward the second cell (11b). ,
A conductive and waterproof first plate (22b) disposed between the columnar part (211) and the first cell (11a);
A conductive and waterproof second plate (22c) disposed between the columnar part (211) and the second cell (11b);
Power generation determination means (31) for determining whether or not the fuel cell (10) is generating power;
When the power generation determination means (31) determines that power is not generated, a plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ), A larger current is applied to only one region (41) than the other regions (42, 43, 44), and the same current is applied to each of the other regions (42, 43, 44). in so that such a current application pattern of applying, with respect to the current applying means for applying a current between the first plate portion from said (22b) a second plate portion (22c), and outputs an instruction signal Output means (51);
When a current is applied between the first plate portion (22b) and the second plate portion (22c) in the current application pattern, the one region (41) to the other region (42, 43, 44), a current flows in the surface direction of the first plate portion (22b), and the surface direction of the first plate portion (22b) from each of the other regions (42, 43, 44). The assumption that no current flows in
The first cell (11a), the first plate from each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). Current flowing in the stacking direction electric resistance (R 1 to R 4 ) in the stacking direction of the section (22b), the columnar section (211), the second plate section (22c), and the second cell (11b) (I pp1 to Ipp4 ) and current applied to each of the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). A first relationship that the sum is equal;
The current (I 1 ) applied to one region (41) among the plurality of regions (41, 42, 43, 44) corresponding to the plurality of columnar portions (211) of the first plate portion (22b). ) Is a surface direction electric resistance (R ss1 , R ss2 , R ss11 ) in the surface direction of the first plate portion (22b) between the one region (41) and the other regions (42 to 44). And a second relationship that is equal to the sum of the current flowing through the stacking direction electric resistance (R 1 ) from the one region (41) (I pp1 ), and
When a current is applied by the current application unit, the stacking direction electric current is determined based on the first measured current amount measured by the current sensor (214) and the current amount applied by the current application unit. First calculating means (62, 63, 64, 65, 66, 67) for calculating a ratio of resistance to the electrical resistance in the plane direction;
When it is determined that the power generation determination unit (31) is generating power using the first and second relationships, the second measured current amount measured by the current sensor (214), and the first Based on the ratio calculated by one calculation means (62, 63, 64, 65, 66, 67) in each measurement region (11c, 11d, 11e, 11f) of the first cell (11a) have a second calculating means for calculating an amount of current (73, 74),
When the fuel cell (10) is mounted on a vehicle, the power generation determination means (31) determines that the fuel cell (10) is not generating power when no acceleration instruction signal is input from the vehicle accelerator. the fuel cell of the current measuring device and wherein the determining.
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