JP6167800B2

JP6167800B2 - 電流測定装置

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Publication number: JP6167800B2
Application number: JP2013198709A
Authority: JP
Inventors: 裕司石川; 加藤　育康; 育康加藤; 山本　隆士; 隆士山本; 山田　貴史; 貴史山田; 末松　啓吾; 啓吾末松
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP2015065063A; US9660283B2; US20150084638A1

Description

本発明は、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置に関する。

従来、複数のセルを積層して構成される燃料電池に適用され、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置として、隣り合うセルの間に板状の電流測定部を配設して構成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、電流測定装置として、隣り合うセルのうち一方のセルに電気的に接触する第１電極と、他方のセルに電気的に接触する第２電極と、各電極を電気的に接続する板状の抵抗体とで構成される電流測定部を備えるものが開示されている。

特許第５１４６２２５号

ところで、特許文献１では、電流測定部をセルの積層方向に一対の電極、抵抗体を積層した３層以上の積層体で構成していることから、電流測定部自体のセルの積層方向における厚みが大きくなってしまう。

さらに、特許文献１では、セルの積層方向における厚みが大きい電流測定部を、燃料電池の隣り合うセル間に配設する構成としているので、燃料電池におけるセルの積層方向における厚みが増え、燃料電池の搭載性の悪化や、燃料電池の熱容量が大きくなるといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池におけるセルの積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池の内部を流れる電流を測定可能な電流測定装置を提供することを目的する。

本発明は、電解質膜の両面に電極層を形成してなる膜電極接合体（１１０）、および前記膜電極接合体を狭持する一対のセパレータ（１２０、１３０）を有するセル（１００）を積層配置して構成される燃料電池（１０）に適用され、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置を対象としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、所定の電気抵抗値を有する抵抗部（６１１）、抵抗部を流れる電流により生ずる電位差を取り出すための一対の集電部（６１２、６１３）を有して構成された測定部（６１）と、一対の集電部に接続されて、抵抗部に生ずる電位差を検出する電位差検出手段（６２）と、電位差検出手段にて検出された検出電位差、および抵抗部の電気抵抗値に基づいて、燃料電池の内部を流れる電流を検出する電流検出手段（６３）と、を備え、測定部は、一対のセパレータのうち、一方のセパレータ（１３０）と一体となるように配設されており、一対の集電部は、セルの積層方向に直交する方向から見たとき、抵抗部と重なり合うように配設されていることを特徴としている。

このように、測定部における一対の集電部を、セルの積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部と重なり合うように配設する構成とすることで、測定部をセルの積層方向に積層した一対の電極、抵抗体で構成する従来技術に比べて、測定部自体の厚みが増えることを抑えることができる。

さらに、電流測定装置の測定部をセルの構成要素となるセパレータと一体となるように配設することで、セル間に測定部を配設する従来技術に比べて、燃料電池におけるセルの積層方向の厚みが増えることを抑制可能となる。

従って、本発明によれば、燃料電池におけるセルの積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池の内部を流れる電流を測定可能な電流測定装置を実現することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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の一例を示すものである。

第１実施形態に係る電流測定装置を適用した燃料電池システムの全体構成図である。第１実施形態に係る燃料電池のセルの模式的な分解斜視図である。第１実施形態に係る燃料電池のセルの模式的な断面図である。第１実施形態に係る測定部の模式的な断面図である。第１実施形態に係る測定部の変形例を示す模式的な断面図である。第２実施形態に係る測定部の模式的な断面図である。第２実施形態に係る測定部の変形例を示す模式的な断面図である。第３実施形態に係る測定部の模式的な断面図である。第３実施形態に係る測定部の変形例を示す模式的な断面図である。第４実施形態に係る測定部の模式的な断面図である。第４実施形態に係る測定部の変形例を示す模式的な断面図である。第５実施形態に係る測定部の模式的な断面図である。第５実施形態に係る測定部の変形例を示す模式的な断面図である。他の実施形態（１）に係る燃料電池のセルの模式的な断面図である。他の実施形態（２）に係る燃料電池のセルの模式的な断面図である。他の実施形態（３）に係る燃料電池のセルの模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、各実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。

（第１実施形態）
本実施形態では、電気自動車の一種である燃料電池車両に搭載され、車両の補機類等の電気負荷に電気エネルギを出力する燃料電池システムに対して、本発明の電流測定装置６０を適用した例について説明する。

まず、燃料電池システムについて説明すると、燃料電池システムは、図１に示すように、水素と酸素との電気化学反応を利用して電気エネルギを出力する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、最小単位となる複数のセル１００を、各セル１００が電気的に直列に接続されるように積層した積層構造（スタック構造）を有している。本実施形態では、いわゆる固体高分子型の燃料電池（PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell）を採用している。

各セル１００は、図２に示すように、イオン透過性を有する電解質膜の両面に形成された一対の電極（アノード、カソード）からなる膜電極接合体１１０、膜電極接合体１１０を狭持する一対のセパレータ１２０、１３０等を備えている。

膜電極接合体１１０を構成する電解質膜は、固体高分子材料（例えば、フッ素系樹脂）により形成されたプロトン導電性を有するイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。また、膜電極接合体１１０を構成する一対の電極は、白金または白金と他の金属からなる合金を触媒とする触媒層であり、アノード（水素極）およびカソード（酸素極）として機能する。

膜電極接合体１１０と一対のセパレータ１２０、１３０との間には、ガス拡散層１１１、１１２が設けられている。ガス拡散層１１１、１１２は、ガス拡散性を有する導電性部材（例えば、カーボンクロス）によって形成される。

また、一対のセパレータ１２０、１３０は、各セル１００間を電気的に接続すると共に、隣り合うセル１００の一方を流れる反応ガスが他方へ流入することを遮断する役割を有するもので、導電性を有する板状部材（例えば、カーボンプレート）により形成されている。

ここで、本実施形態では、一対のセパレータ１２０、１３０のうち、膜電極接合体１１０のアノード側に対向するセパレータをアノード側セパレータ１２０とし、膜電極接合体１１０のカソード側に対向するセパレータをカソード側セパレータ１３０とする。

アノード側セパレータ１２０は、アノード側のガス拡散層１１１と対向する面に、プレス成形等により複数の突状部が形成されており、当該突状部によって、燃料ガスが流通する燃料ガス流路１２０ａが形成されている。

また、アノード側セパレータ１２０には、ガス拡散層１１１と対向する面と反対側の面に、セル１００内部から燃料ガスの漏れを防止するためのガスケット１４０が設けられている。

カソード側セパレータ１３０とカソード側のガス拡散層１１２との間には、図３に示すように、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路１３０ａを形成するエキスパンドメタル１３３が配置されている。このエキスパンドメタル１３３は、例えば、千鳥配列の切れ目により多数の穴が形成された金属製の板により構成されている。

カソード側セパレータ１３０には、エキスパンドメタル１３３と対向する面と反対側の面に、セル１００内部から酸化剤ガスの漏れを防止するためのガスケット１４０が設けられている。

また、カソード側セパレータ１３０には、電流測定装置６０の測定部６１が一体となるように構成されている。具体的には、本実施形態のカソード側セパレータ１３０は、一方の板面がガス拡散層１１２を介して膜電極接合体１１０に電気的に接触する第１板状部材１３１、および第１板状部材１３１における他方の板面に電気的に接触する第２板状部材１３２を接合した接合体で構成されている。そして、各板状部材１３１、１３２には、各板状部材１３１、１３２同士を接合する接合部に、電流測定装置６０の測定部６１が配設されている。なお、電流測定装置６０の測定部６１については後述する。

燃料電池１０は、各セル１００に対して反応ガスである燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（空気）が供給されることで、各セル１００内部で生ずる以下の電気化学反応によって、電気エネルギを出力する。

（アノード）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（カソード）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
燃料電池１０から出力される電気エネルギは、燃料電池１０全体として出力される出力電圧を検出する電圧センサ（図示略）、および燃料電池１０全体として出力される出力電流を検出する電流センサ（図示略）によって計測される。

図１に戻り、燃料電池１０のカソード（酸素極）側には、酸化剤ガスである空気を燃料電池１０に供給する空気供給経路２０ａ、および燃料電池１０から排出される未反応空気や電気化学反応により生成された生成水を外部へ排出する空気排出経路２０ｂが接続されている。

空気供給経路２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０へ圧送するための空気ポンプ２１が設けられている。また、空気排出経路２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整する空気調圧弁２３が設けられている。

さらに、空気供給経路２０ａおよび空気排出経路２０ｂには、空気調圧弁２３から流出した空気中の水分を空気ポンプ２１から圧送された空気へ移動させるための加湿器２２が設けられている。

燃料電池１０のアノード（水素極）側には、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給する水素供給経路３０ａ、および燃料電池１０から排出される微量の未反応水素および生成水を外部へ排出する水素排出経路３０ｂが接続されている。

水素供給経路３０ａの最上流部には、高圧水素が充填された水素タンク３１が設けられ、その下流側に燃料電池１０へ供給する水素の圧力を調整する水素調圧弁３２が設けられている。

また、水素排出経路３０ｂには、未反応水素を生成水と共に、外部へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３３が設けられている。なお、セル１００内の電気化学反応では、基本的にアノード側では生成水が生じないが、生成水がカソード側からアノード側へ透過することで、アノード側に生成水が溜まることがある。このため、本実施形態では、水素排出経路３０ｂに電磁弁３３を設けている。

ところで、燃料電池１０は、高い発電効率を発揮させるために、運転中は一定温度（例えば、８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０には、燃料電池１０の温度を調整するための冷却水回路４０が接続されている。この冷却水回路４０には、燃料電池１０に冷却水を循環させる循環ポンプ４１、電動ファン４２を備えるラジエータ４３が設けられている。

さらに、冷却水回路４０には、ラジエータ４３を迂回するように冷却水を流すバイパス流路４４が設けられている。そして、冷却水回路４０におけるラジエータ４３側の流路とバイパス流路４４との合流点には、バイパス流路４４に流れる冷却水の流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。

制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリからなる周知のマイクロコンピュータ、およびその周辺回路により構成されており、入力された信号等に基づいて、燃料電池システムを構成する各種電気式アクチュエータを制御する制御手段である。

制御装置５０の入力側には、前述の電圧センサや電流センサ等に加えて、後述の電流測定装置６０の電流検出回路６３が接続されており、各センサおよび電流検出回路６３の検出信号が入力される。

一方、制御装置５０の出力側には、前述の空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、電磁弁３３、循環ポンプ４１、流路切替弁４５等の各種電気式アクチュエータが接続されている。

次に、本実施形態の電流測定装置６０の詳細について説明する。本実施形態の電流測定装置６０は、各セル１００のうち、電流測定対象となるセル１００（以降、測定対象セル１００と呼ぶ。）の局所部位を流れる局所電流を測定するように構成されている。

電流測定装置６０は、測定対象セル１００のカソード側セパレータ１３０に一体に配設された測定部６１、測定部６１を流れる電流により生ずる電位差を検出する電位差検出回路６２、測定部６１を流れる電流を検出して、制御装置５０へ出力する電流検出回路６３を備える。

測定部６１は、図３に示すように、カソード側セパレータ１３０と一体となるように、カソード側セパレータ１３０を構成する第１、第２板状部材１３１、１３２の接合部に配設されている。本実施形態の測定部６１は、酸化剤ガス流路１３０ａの流路出口側における電流が流れるように、カソード側セパレータ１３０における酸化剤ガス流路１３０ａの流路出口側に対応する部位に配設されている。なお、カソード側セパレータ１３０における測定部６１を配設する位置は、特に酸化剤ガス流路１３０ａの流路出口側に対向する位置に限定されず、酸化剤ガス流路１３０ａに対向する位置であれば、いずれの位置に配設してもよい。

本実施形態の測定部６１は、図４に示すように、各板状部材１３１、１３２に電気的に接触すると共に、予め定めた電気抵抗値を有する抵抗部６１１、および抵抗部６１１に電流が流れた際に生ずる電位差を取り出すための一対の集電部６１２、６１３を有して構成されている。

本実施形態の抵抗部６１１は、各板状部材１３１、１３２の間に、各板状部材１３１、１３２に直接接触するように配設されている。具体的には、抵抗部６１１は、第１板状部材１３１における第２板状部材１３２に対向する部位の表面に形成された板状の第１抵抗体６１１ａ、および第２板状部材１３２における第１抵抗体６１１ａに対向する部位の表面に形成された板状の第２抵抗体６１１ｂにより構成されている。なお、本実施形態の第１、第２抵抗体６１１ａ、６１１ｂは、金属製の薄板材で構成されている。

本実施形態の第１、第２抵抗体６１１ａ、６１２ｂは、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、互いに重なり合わない部位（非重合部）が余分に設けられている。本実施形態では、第１抵抗体６１１ａにおける非重合部が、セル１００の積層方向から見たときに後述する第２集電部６１３と重なり合うように形成されている。そして、第１抵抗体６１１ａは、後述する第２集電部６１３と対向する部位の厚みが、他の部位よりも薄くなるように形成されている。

また、本実施形態では、第２抵抗体６１１ｂにおける非重合部が、セル１００の積層方向から見たときに後述する第１集電部６１２と重なり合うように形成されている。そして、第２抵抗体６１１ｂは、後述する第１集電部６１２と対向する部位の厚みが、他の部位よりも薄くなるように形成されている。なお、第１抵抗体６１１ａおよび第２抵抗体６１１ｂは、カソード側セパレータ１３０を構成する第１、第２板状部材１３１、１３２を接合した際に、一対の集電部６１２、６１３と対向しない部位同士が当接することで１つの抵抗部６１１となる。

一対の集電部６１２、６１３（第１集電部６１２、第２集電部６１３）それぞれは、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部６１１と重なり合うように配設されている。つまり、各集電部６１２、６１３は、セル１００の積層方向に直交する方向において、抵抗部６１１に対して直列に並ぶように配設されている。

さらに、各集電部６１２、６１３は、抵抗部６１１をセル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部６１１における互いに重なり合わない部位に電気的に接続されている。

具体的には、第１集電部６１２は、絶縁性樹脂６１２ａを介して第１板状部材１３１における第２板状部材１３２に対向する表面に形成され、抵抗部６１１（第２抵抗体６１１ｂ）におけるセル１００の積層方向に直交する方向における一端部側に接続されている。

一方、第２集電部６１３は、絶縁性樹脂６１３ａを介して第２板状部材１３２における第１板状部材１３１に対向する表面に形成され、抵抗部６１１（第２抵抗体６１１ｂ）のセル１００の積層方向に直交する方向における他端部側に接続されている。

また、第１集電部６１２と第２板状部材１３２との間には、第１集電部６１２と第２板状部材１３２とが電気的に絶縁されるように、隙間６１２ｂが設けられている。同様に、第２集電部６１３と第１板状部材１３１との間には、第２集電部６１３と第１板状部材１３１とが電気的に絶縁されるように、隙間６１３ｂが設けられている。なお、本実施形態では、絶縁性樹脂６１２ａ、６１３ａおよび隙間６１２ｂ、６１３ｂが、カソード側セパレータ１３０と各集電部６１２、６１３とを絶縁する「絶縁部」を構成している。

一対の集電部６１２、６１３は、導体が絶縁体で被覆された電位検出配線を介して電位差検出回路６２が接続されている。この電位差検出回路６２は、一対の集電部６１２、６１３の電位差を検出して、その検出信号を電流検出回路６３へ出力する回路である。
なお、一対の集電部６１２、６１３の電位差は、抵抗部６１１に電流が流れた際に生ずる電位差であり、本実施形態では、電位差検出回路６２が抵抗部６１１に電流が流れた際に生ずる電位差を検出する電位差検出手段を構成している。

電流検出回路６３は、電位差検出回路６２の検出信号、および抵抗部６１１の電気抵抗値を用いて、演算処理を行うことで、測定対象セル１００の局所部位を流れる局所電流（測定部６１を流れる電流）を検出する電流検出手段である。

次に、電流測定装置６０による電流測定方法について説明する。燃料電池１０に水素および空気が供給されることで、燃料電池１０の発電が開始される。カソード側セパレータ１３０には、第１板状部材１３１側から第２板状部材１３２側へと電流が流れる。そして、電流測定装置６０の測定部６１には、抵抗部６１１の第１抵抗体６１１ａから第２抵抗体６１１ｂへと電流が流れる。

この際、電位差検出回路６２によって、一対の集電部６１２、６１３の電位差を検出する。そして、電流検出回路６３では、電位差検出回路６２で検出した電位差を、および予めメモリに記憶された抵抗部６１１の電気抵抗値で除する演算処理を行うことで、測定部６１に流れる電流値を算出する。その後、電流検出回路６３は、前述の演算処理により算出した電流値を制御装置５０へ出力する。

制御装置５０では、電流検出回路６３からの電流値を測定対象セル１００の局所部位を流れる局所電流として取得する。制御装置５０では、電流測定装置６０から取得した局所電流に基づいて、燃料電池１０の発電状態や、燃料電池１０内部の含水量等を監視し、空気供給量および空気の供給圧、水素の供給圧、冷却水の循環量の制御等を実行する。これにより、燃料電池システムの効率および信頼性を向上させている。

以上説明した本実施形態では、電流測定装置６０の測定部６１における一対の集電部６１２、６１３を、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部６１１と重なり合うように配設する構成としている。これによれば、測定部６１をセル１００の積層方向に積層した一対の電極、抵抗体で構成する従来技術に比べて、測定部６１自体の厚みが増えることを抑えることができる。

また、本実施形態では、電流測定装置６０の測定部６１をセル１００の構成要素となるカソード側セパレータ１３０と一体となるように配設する構成としている。これによれば、セル１００間に測定部６１を配設する従来技術に比べて、燃料電池１０におけるセル１００の積層方向の厚みが増えることを抑制可能となる。

さらに、本実施形態では、カソード側セパレータ１３０に対して、抵抗部６１１を直接的に接触させる構成としている。これによれば、従来技術の如く、一対の電極を介して抵抗体をセル１００に接触させる構成に比べて、測定部６１における接触抵抗のばらつきが、電流の測定精度への影響を抑制できる。

従って、本実施形態によれば、燃料電池１０におけるセル１００の積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池１０の内部を流れる電流を測定可能な電流測定装置６０を実現することができる。この結果、電流測定装置６０を適用することに伴う燃料電池１０の搭載性の悪化や燃料電池１０の熱容量が大きくなってしまうことを抑制できる。

加えて、本実施形態では、一対の集電部６１２、６１３を、抵抗部６１１をセル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部６１１における互いに重なり合わない部位に電気的に接続している。

これによると、抵抗部６１１におけるセル１００の積層方向の異なる２点間の電位差を一対の集電部６１２、６１３で取り出す構成となるので、電流測定装置６０において、燃料電池１０を流れる電流のうち、セル１００の積層方向に流れる電流を測定することができる。

さらに、本実施形態では、各集電部６１２、６１３とカソード側セパレータ１３０との間に、絶縁性樹脂６１２ａ、６１３ａおよび隙間６１２ｂ、６１３ｂを介在させる構成としている。

これによると、各集電部６１２、６１３とカソード側セパレータ１３０との間が絶縁されることで、カソード側セパレータ１３０の電位によって、各集電部６１２、６１３で取り出す電位が変動することを抑えることができる。これにより、電位差検出回路６２における抵抗部６１１に生ずる電位差の検出精度の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、第１集電部６１２と第２板状部材１３２との間、および第２集電部６１３と第１板状部材１３１との間に、隙間６１２ｂ、６１３ｂを設ける例について説明したが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、第１集電部６１２と第２板状部材１３２との間、および第２集電部６１３と第１板状部材１３１との間に、絶縁性樹脂６１２ｃ、６１３ｃを設けるようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態の抵抗部６１１は、図６に示すように、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、互いに重なり合うように配設された板状の第１、第２抵抗体６１１ｃ、６１２ｄにより構成されている。なお、本実施形態の第１、第２抵抗体６１１ｃ、６１１ｄは、金属製の薄板材で構成されている。

また、一対の集電部６１２、６１３は、第１集電部６１２が、第１板状部材１３１に形成された第１抵抗体６１１ｃに電気的に接続され、第２集電部６１３が、第２板状部材１３２に形成された第２抵抗体６１１ｄに電気的に接続されている。

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。そして、本実施形態の電流測定装置６０によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池１０におけるセル１００の積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池１０の内部を流れる電流を測定することができる。

なお、図７に示すように、第１集電部６１２と第２板状部材１３２との間、および第２集電部６１３と第１板状部材１３１との間に設けた隙間６１２ｂ、６１３ｂを、絶縁性樹脂６１２ｃ、６１３ｃに変更してもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態の抵抗部６１１は、図８に示すように、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、その一部が互いに重なり合うように配設された円錐状の第１、第２抵抗体６１１ｅ、６１２ｆにより構成されている。なお、本実施形態の第１、第２抵抗体６１１ｅ、６１１ｆは、金属ブロックで構成されている。

具体的には、本実施形態の第１抵抗体６１１ｅは、その底面側が第２板状部材１３２と対向するように、第１板状部材１３１に配設されている。同様に、本実施形態の第２抵抗体６１１ｆは、その底面側が第１板状部材１３１と対向するように、第２板状部材１３２に配設されている。

その他の構成および作動は、第２実施形態と同様である。そして、本実施形態の電流測定装置６０によれば、第２実施形態と同様に、燃料電池１０におけるセル１００の積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池１０の内部を流れる電流を測定することができる。なお、図９に示すように、第１実施形態の如く、第１集電部６１２を、第２板状部材１３２に形成された第２抵抗体６１１ｆに電気的に接続し、第２集電部６１３を、第１板状部材１３１に形成された第１抵抗体６１１ｅに電気的に接続するようにしてもよい。また、第１、第２抵抗体６１１ｅ、６１１ｆの形状については、円柱、三角柱、三角錐、四角錐等であってもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

前述の第１実施形態では、金属製の薄板材で各抵抗体６１１ａ、６１１ｂを構成しているのに対し、本実施形態では、図１０に示すように、多数の金属粒子からなる導電部材で各抵抗体６１１ｇ、６１１ｈを構成している。

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。そして、本実施形態の電流測定装置６０によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池１０におけるセル１００の積層方向の厚みが増えることを抑制しつつ、燃料電池１０の内部を流れる電流を測定することができる。なお、図１１に示すように、第２実施形態における各抵抗体６１１ｃ、６１１ｄを、多数の金属粒子からなる導電部材に変更してもよい。勿論、第３実施形態における各抵抗体６１１ｅ、６１１ｆを、多数の金属粒子からなる導電部材に変更してもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、図１２に示すように、カソード側セパレータ１３０を構成する第１、第２板状部材１３１、１３２同士を結合した際の結合部自体を抵抗部６１１として機能させている。

具体的には、第１板状部材１３１における第２板状部材１３２に結合する第１結合部６１１ｉ、および第２板状部材１３２における第１板状部材１３１に結合する第２結合部６１１ｊには、表面粗さが大きくなるように表面加工が施されている。なお、本実施形態では、第１板状部材１３１における結合部６１１ｉが第１抵抗体を構成し、第２板状部材１３２における結合部６１１ｊが第２抵抗体を構成している。

また、本実施形態の一対の集電部６１２、６１３は、第１集電部６１２が第２抵抗体を構成する第２結合部６１１ｊに電気的に接続され、第２集電部６１３が第１抵抗体を構成する第１結合部６１１ｉに電気的に接続されている。

特に、本実施形態の構成によれば、カソード側セパレータ１３０の第１、第２板状部材１３１、１３２自体を抵抗部６１１として機能させることで、電流測定装置６０の部品点数を削減できる。これにより、電流測定装置６０をより一層簡素な構成で実現することが可能となる。なお、図１３に示すように、一対の集電部６１２、６１３については、第１集電部６１２を第１結合部６１１ｉに電気的に接続し、第２集電部６１３を第２結合部６１１ｊに電気的に接続するようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、カソード側セパレータ１３０とカソード側のガス拡散層１１２との間に酸化剤ガス流路１３０ａを形成するエキスパンドメタル１３３を配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１４に示すように、エキスパンドメタル１３３を廃し、カソード側セパレータ１３０を構成する第１板状部材１３１に酸化剤ガス流路１３０ａを形成するようにしてもよい。

（２）上述の各実施形態では、カソード側セパレータ１３０を構成する第１板状部材１３１および第２板状部材１３２同士を接合する接合部に電流測定装置６０の測定部６１を配設する例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１５に示すように、カソード側セパレータ１３０における膜電極接合体１１０に対向する部位（第１板状部材１３１）の表面に電流測定装置６０の測定部６１を配設するようにしてもよい。この場合、カソード側セパレータ１３０は、１つの板状部材で構成されていてもよい。

（３）また、例えば、図１６に示すように、カソード側セパレータ１３０における膜電極接合体１１０に対向する部位の反対側部位（第２板状部材１３２）の表面に電流測定装置６０の測定部６１を配設するようにしてもよい。この場合、カソード側セパレータ１３０は、１つの板状部材で構成されていてもよい。

但し、図１６に示す構成において、測定部６１と電位差検出回路６２とを接続する電位検出配線を、ガスケット１４０内部に通す場合、ガスケット１４０のシール性が低下する虞がある。このため、電流測定装置６０の測定部６１は、カソード側セパレータ１３０の内部、または、カソード側セパレータ１３０におけるガス拡散層１１２に対向する部位（第１板状部材１３１）の表面に配設することが望ましい。

（４）上述の各実施形態では、電流測定装置６０の測定部６１をカソード側セパレータ１３０に一体に配設する例について説明したが、これに限定されず、例えば、測定部６１をアノード側セパレータ１２０に配設するようにしてもよい。

（５）上述の各実施形態では、電流測定装置６０の測定部６１をカソード側セパレータ１３０の一箇所に配設する例について説明したが、これに限定されず、複数の箇所に配設してもよい。この場合、測定対象セル１００におけるセル面内の電流分布を検出可能となる。

（６）上述の各実施形態では、抵抗部６１１を、２つの抵抗体で構成する例について説明したが、これに限定されず、単一の抵抗体で構成してもよい。

（７）上述の各実施形態では、一対の集電部６１２、６１３を、セル１００の積層方向に直交する方向において、抵抗部６１１を挟み込むように配設する例について説明したが、これに限定されない。一対の集電部６１２、６１３は、セル１００の積層方向に直交する方向から見たときに、抵抗部６１１と重なり合うように配設されていれば、例えば、各集電部６１２、６１３同士がセル１００の積層方向に並ぶように配設されていてもよい。この場合、一対の集電部６１２、６１３それぞれを、抵抗部６１１のセル１００の積層方向に直交する方向における一端部側だけに接続する構成となる。

（８）上述の各実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムに、本発明の電流測定装置６０を適用する例について説明したが、これに限定されず、他の燃料電池システムに、本発明の電流測定装置６０を適用してもよい。

（９）上述の各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

（１０）上述の各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

（１１）上述の各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

１０燃料電池
１００セル
１２０アノード側セパレータ
１３０カソード側セパレータ
６１測定部
６１１抵抗部
６１２第１集電部
６１３第２集電部
６２電位差検出回路（電位差検出手段）
６３電流検出回路（電流検出手段）

Claims

電解質膜の両面に電極層を形成してなる膜電極接合体（１１０）、および前記膜電極接合体を狭持する一対のセパレータ（１２０、１３０）を有するセル（１００）を積層配置して構成される燃料電池（１０）に適用され、前記燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置であって、
所定の電気抵抗値を有する抵抗部（６１１）、前記抵抗部を流れる電流により生ずる電位差を取り出すための一対の集電部（６１２、６１３）を有して構成された測定部（６１）と、
前記一対の集電部に接続されて、前記抵抗部を流れる電流により生ずる電位差を検出する電位差検出手段（６２）と、
前記電位差検出手段にて検出された検出電位差、および前記抵抗部の電気抵抗値に基づいて、前記燃料電池の内部を流れる電流を検出する電流検出手段（６３）と、を備え、
前記測定部は、前記一対のセパレータのうち、一方のセパレータ（１３０）と一体となるように配設されており、
前記一対の集電部は、前記セルの積層方向に直交する方向から見たとき、前記抵抗部と重なり合うように配設されていることを特徴とする電流測定装置。
前記一対の集電部それぞれは、前記抵抗部を前記セルの積層方向に直交する方向から見たときに、前記抵抗部における互いに重なり合わない部位に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
前記集電部と前記一方のセパレータとの間には、前記集電部を前記一方のセパレータから絶縁する絶縁部（６１２ａ、６１２ｂ、６１３ａ、６１３ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
前記一方のセパレータは、一方の板面が前記膜電極接合体に電気的に接触する第１板状部材（１３１）、および前記第１板状部材における前記一方の板面の反対側の板面に電気的に接触する第２板状部材（１３２）を接合して構成される接合体であり、
前記測定部は、前記第１板状部材と前記第２板状部材との接合部に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流測定装置。
前記測定部は、前記一方のセパレータにおける前記膜電極接合体に対向する表面に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流測定装置。
前記測定部は、前記一方のセパレータにおける前記膜電極接合体に対向する表面の反対側の表面に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流測定装置。