(57)【要約】【課題】発電性能を悪化させることなく、面圧分布を検出することができる積層型電池の面圧分布検出装置を提供する。【解決手段】面圧分布検出装置は、単位セル１０の積層方向に弾性変形可能な内側絶縁部６１と、内側絶縁部６１の一方の側面に複数設けられる第１電極６３と、内側絶縁部６１の他方の側面に複数設けられ、第１電極６３と対向する第２電極６２と、第１電極６３と第１電極側単位セル１０との間に設けられ、第２電極６２と第２電極側単位セル１０との間に設けられる一対の外側絶縁部６４と、積層方向に弾性変形可能に構成され、第１電極６３及び第２電極６２に対して電気絶縁した状態で、第１電極側単位セル１０と第２電極側単位セル１０とを電気的に接続する複数の導電部６５を備える。そして、面圧分布測定部９０は、第１電極６３と第２電極６２との対向距離に応じて変化する静電容量に基づいて積層面圧を算出し、積層面圧分布を求める。【選択図】図３
2010276520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電単位セルが複数積層される積層型電池の積層面圧分布を検出する面圧分布検出装置において、
前記単位セルの積層方向に弾性変形可能な内側絶縁部と、
前記内側絶縁部の一方の積層方向側面に複数設けられる第１電極と、
前記内側絶縁部の他方の積層方向側面に複数設けられ、前記第１電極と対向する前記第２電極と、
前記第１電極と第１電極側単位セルとの間に設けられるとともに、前記第２電極と第２電極側単位セルとの間に設けられる一対の外側絶縁部と、
積層方向に弾性変形可能に構成され、前記第１電極及び前記第２電極に対して電気絶縁した状態で、前記第１電極側単位セルと前記第２電極側単位セルとを電気的に接続する複数の導電部と、
前記第１電極と前記第２電極との対向距離に応じて変化する静電容量に基づいて積層面圧を算出し、積層面圧に基づいて積層面圧分布を求める面圧分布測定部と、
を備えることを特徴とする面圧分布検出装置。
【請求項２】
前記第１電極は、短冊状に形成された電極であって、前記内側絶縁部の一方の積層方向側面に互い平行に配置され、
前記第２電極は、短冊状に形成された電極であって、前記内側絶縁部の他方の積層方向側面に互いに平行に配置されるとともに、前記第１電極に対して直交して交差するように設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の面圧分布検出装置。
【請求項３】
前記導電部は、前記内側絶縁部と前記外側絶縁部とを積層方向に貫通するように形成され、前記第１電極側単位セル及び前記第２電極側単位セルに当接する一対の大径筒部と、前記一対の大径筒部を連結する小径筒部とを備え、積層方向に弾性変形できるように前記小径筒部が接続する前記大径筒部の端面をダイアフラムとして機能させる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面圧分布検出装置。
【請求項４】
前記導電部は、帯状に形成され、両端部に前記外側絶縁部の外側に配置される集電部を備え、積層方向に弾性変形できるように前記外側絶縁部の縁部を跨いで２つ折りにする、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面圧分布検出装置。
【請求項５】
前記内側絶縁部は、対向する前記第１電極と前記第２電極との間に空気室を形成する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の面圧分布検出装置。
【請求項６】
前記内側絶縁部の空気室は、大気に連通するように構成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の面圧分布検出装置。
【請求項７】
前記内側絶縁部の空気室内の圧力を調整する圧力調整装置をさらに備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の面圧分布検出装置。
【請求項８】
対向する前記第１電極と前記第２電極のうち一方の電極が他方の電極領域を内包するように、一方の電極の面圧検出位置における電極面積を他方の電極面積よりも大きくする、
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の面圧分布検出装置。
【請求項９】
前記面圧分布測定部は、前記導電部の両端の電位差に基づいて前記導電部を流れる電流値を算出し、算出された電流値に基づいて積層面内における電流値分布を検出する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の面圧分布検出装置。
【請求項１０】
前記面圧分布測定部は、
複数の前記第１電極から１つの電極を選択する第１電極選択部と、
複数の前記第２電極から１つの電極を選択する第２電極選択部と、
順次選択された前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を算出する静電容量算出部と、を備え、
全面圧検出位置での静電容量に基づいて積層面圧を算出し、積層面圧分布を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の面圧分布検出装置。
【請求項１１】
前記面圧分布測定部は、
複数の前記第１電極から１つの電極を選択する第１電極選択部と、
前記第２電極毎に設けられ、それぞれの前記第２電極と選択された前記第１電極との間の静電容量を同時に算出する静電容量算出部と、を備え、
全面圧検出位置での静電容量に基づいて積層面圧を算出し、積層面圧分布を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の面圧分布検出装置。
【請求項１２】
前記面圧分布測定部は、選択されていない前記第１電極及び前記第２電極に、選択された電極間の電位差と同電位差の電圧を印加する、
ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の面圧分布検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位セルを複数積層した積層型電池の面圧分布検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池やリチウムイオン電池等の積層型電池では、積層面圧が低いと単位セル間や単位セル内の接触抵抗が増加し、内部損失が増大して、発電性能が悪化する。また、電解質膜の面内方向に反応ガスのガス流路を備える燃料電池スタックにおいては、積層面圧が高くなり過ぎるとガス流路が押し潰され、反応ガスの供給量が低下して、発電性能が悪化する。このように積層型電池では、適切な積層面圧を保つことが重要である。
【０００３】
しかしながら、周囲温度や単位セルの膨潤収縮等により積層面圧の分布は変化してしまうので、積層型電池において積層面圧の分布を一様にすることは困難である。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池スタックの一方のエンドプレートに複数のアクチュエータを設け、面圧分布検出装置で検出した面圧分布情報に基づいてアクチュエータを作動させることで、積層面圧の均一化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の面圧分布検出装置は、積層面圧を検出するとともに単位セルで発電された電流を通電するように、面圧分布を検出するシート状のタクタイルセンサをタクタイルセンサよりも面積の大きい２枚の導電性シートで挟み込み、それら導電性シートの縁部を電気的に接合して構成される。このような面圧分布検出装置では、単位セルで発電された電流が導電性シートの縁部に集中して流れるので、発電電流の電流密度が偏って、燃料電池スタックの発電性能が悪化する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、発電性能を悪化させることなく、面圧分布を検出することができる積層型電池の面圧分布検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、発電単位セルが複数積層される積層型電池の積層面圧分布を検出する面圧分布検出装置である。面圧分布検出装置は、単位セルの積層方向に弾性変形可能な内側絶縁部と、内側絶縁部の一方の積層方向側面に複数設けられる第１電極と、内側絶縁部の他方の積層方向側面に複数設けられ、第１電極と対向する第２電極と、第１電極と第１電極側単位セルとの間に設けられるとともに、第２電極と第２電極側単位セルとの間に設けられる一対の外側絶縁部と、を備える。さらに、面圧分布検出装置は、積層方向に弾性変形可能に構成され、第１電極及び第２電極に対して電気絶縁した状態で、第１電極側単位セルと第２電極側単位セルとを電気的に接続する複数の導電部を備える。そして、面圧分布測定部は、第１電極と第２電極との対向距離に応じて変化する静電容量に基づいて積層面圧を算出し、積層面圧に基づいて積層面圧分布を求める。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の面圧分布検出装置は、積層方向に弾性変形可能に構成されて第１電極側単位セルと第２電極側単位セルとを電気的に接続する複数の導電部を備えるので、第１電極側単位セルと第２電極側単位セルとを通過する電流の電流密度の偏りを抑制することができ、電流密度に起因する発電性能の悪化を抑制しつつ、単位セルにおける面圧分布を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両に搭載される燃料電池スタックの概略構成図である。
【図２】燃焼電池システムの概略構成図である。
【図３】燃料電池スタックに備えられる面圧検出部について説明する図である。
【図４】面圧検出部の導電部について説明する図である。
【図５】面圧信号検出回路について説明する図である。
【図６】第２実施形態における面圧検出部の概略構成図である。
【図７】第３実施形態における面圧検出部の概略構成図である。
【図８】第４実施形態における面圧検出部の概略構成図である。
【図９】第５実施形態における面圧検出部の概略構成図である。
【図１０】第６実施形態における面圧信号検出回路の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、車両に搭載される燃料電池スタック１００の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、起電力を生じる固体高分子型燃料電池である単位セル１０を複数積層して構成される。
【００１５】
単位セル１０の積層体の両端には、集電板２０と絶縁板３０が順次設けられる。
【００１６】
集電板２０は、ガス不透過性の導電性部材であって、例えば緻密質カーボンによって形成される。集電板２０には、燃料電池スタック１００で生じた起電力を取り出すための出力端子２１が設けられる。
【００１７】
絶縁板３０は、集電板２０の外側に配置される。絶縁板３０は、絶縁性のゴム等によって形成される。
【００１８】
一方の絶縁板３０の外側にはエンドプレート４０が設けられ、他方の絶縁板３０の外側には可動板５０を介してエンドプレート４０が設けられる。エンドプレート４０と可動板５０との間には、単位セル１０の積層面圧を調整する面圧調整装置が配置される。
【００１９】
エンドプレート４０及び可動板５０は、剛性を備える金属材料や樹脂材料で形成される。エンドプレート４０のうち一方のエンドプレート４０には、各単位セル１０に水素ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス入口４１Ａと、燃料ガスを排出する燃料ガス出口４１Ｂと、各単位セル１０に酸素等の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス入口４２Ａと、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口４２Ｂと、各単位セル１０に冷却水を供給する冷却水入口４３Ａと、冷却水を排出する冷却水出口４３Ｂとが形成される。
【００２０】
燃料電池スタック１００は、積層方向の任意の位置において、２つの単位セル１０の間に面圧検出部６０を備える。面圧検出部６０は、単位セル１０の積層方向に直交する面（積層面）における圧力を検出する。
【００２１】
本実施形態では１つの面圧検出部６０を設けるようにしたが、積層方向に亘って複数の面圧検出部６０を設けるようにしてもよい。また、単位セル１０の間に面圧検出部６０を設けるようにしたが、単位セル１０と集電板２０との間に面圧検出部６０を設けるようにしてもよい。
【００２２】
積層した単位セル１０、集電板２０、絶縁板３０、エンドプレート４０、可動板５０及び面圧検出部６０は、積層面内の四隅の貫通孔にタイロッド７０を挿通し、タイロッド７０の端部にナットを螺合することによって固定される。タイロッド７０は、鋼等の金属材料によって形成される。タイロッド７０は、電気短絡を防止するため、表面に絶縁処理が施される。
【００２３】
図２は、燃焼電池システムの概略構成図である。
【００２４】
燃料電池スタック１００は、エンドプレート４０と可動板５０との間に、複数の面圧調整装置８０を備える。面圧調整装置８０は圧電アクチュエータや油圧シリンダであって積層方向に伸縮する。これら面圧調整装置８０は、コントローラ９０によって制御される。
【００２５】
コントローラ９０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ９０は、面圧検出部６０と信号線で接続し面圧信号を検出する面圧信号検出回路９１と、検出された面圧信号に基づいて積層面圧を演算する面圧演算回路９２とを有する。コントローラは、各面圧検出位置における積層面圧に基づいて面圧分布を算出し、算出された面圧分布に基づいて面圧調整装置８０を駆動して積層面圧を調整する。
【００２６】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、燃料電池スタック１００の面圧検出部６０の構成について説明する。図３（Ａ）は面圧検出部６０の一部縦断面図であり、図３（Ｂ）は面圧検出部６０の分解斜視図である。
【００２７】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す面圧検出部６０は、膜電極接合体（ＭＥＡ）１１とセパレータ１２とから構成される単位セル１０の間に挟まれるシート状部材であって、電極間の静電容量に基づいて圧力を検出する圧力センサである。
【００２８】
面圧検出部６０は、内側絶縁部６１と、行電極６２と、列電極６３と、外側絶縁部６４と、導電部６５と、スペーサ６６とを備える。
【００２９】
内側絶縁部６１は、積層方向に弾性変形可能な電気絶縁材によって、単位セル１０の積層面とほぼ同面積のシート状に形成される。内側絶縁部６１は、エンジニアリングプラスチックシートやフッ素系ゴムシート等から形成される。内側絶縁部６１は、一方の側面に行電極６２を備え、他方の側面に列電極６３を備える。なお、図３（Ｂ）では図を見やすくするために内側絶縁部６１の図示を省略している。
【００３０】
行電極６２は、短冊状に形成された電極であって、内側絶縁部６１の側面に複数設けられる。これら行電極６２は、長手側が水平となるように配置され、鉛直方向に所定間隔をあけて平行に配置される。本実施形態では行電極６２は４つ設けられるが、行電極６２の設置数はこれに限定されるものではない。
【００３１】
列電極６３は、短冊状に形成された電極であって、行電極６２が設けられた内側絶縁部６１の側面とは反対側の側面に複数設けられる。これら列電極６３は、長手側が鉛直となるように配置され、水平方向に所定間隔をあけて平行に配置される。本実施形態では列電極６３は４つ設けられるが、列電極６３の設置数はこれに限定されるものではない。
【００３２】
行電極６２及び列電極６３の外側には、外側絶縁部６４が設けられる。外側絶縁部６４は、電気絶縁材であって、単位セル１０の積層面とほぼ同面積のシート状に形成される。外側絶縁部６４は、行電極６２及び列電極６３と単位セル１０とを電気的に絶縁する。
【００３３】
スペーサ６６は、内側絶縁部６１と外側絶縁部６４の縁部の間に設けられ、内側絶縁部６１と外側絶縁部６４との間隔を調整する。スペーサ６６の厚さは、行電極６２及び列電極６３と等しく設定される。
【００３４】
導電部６５は、面圧検出部６０に隣接する単位セル１０同士を電気的に接続する。導電部６５は、格子状に配置される行電極６２及び列電極６３の隙間を通過するように複数設けられ、外側絶縁部６４及び内側絶縁部６１を積層方向に貫通する。導電部６５は行電極６２及び列電極６３の隙間を縫って配置されるので、導電部６５と行電極６２及び列電極６３とは電気的に絶縁される。単位セル１０で発電された電流は積層面内に複数設けられた導電部６５を通って積層方向に流れるので、積層面内方向の電流分布の偏りが抑制される。
【００３５】
本実施形態では導電部６５は１５個設けられるが、導電部６５の設置数はこれに限定されるものではない。
【００３６】
上記した面圧検出部６０の導電部６５は、積層方向に弾性変形可能に構成される。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を参照して、導電部６５について説明する。
【００３７】
図４（Ａ）に示すように、導電部６５は、棒形状であって、両端に配置される大径筒部６５Ａと、これら大径筒部６５Ａを連結する小径筒部６５Ｂとを備える。
【００３８】
大径筒部６５Ａは、単位セル側が開口しており、反対側に端面６５Ｃを有する。２つの大径筒部６５Ａの端面６５Ｃには、小径筒部６５Ｂが連結する。大径筒部６５Ａと小径筒部６５Ｂとは同心で配置される。
【００３９】
積層面圧ゼロ時の導電部６５の様子を示す図４（Ｂ）及び最大積層面圧時の導電部６５の様子を示す図４（Ｃ）を参照すると、大径筒部６５Ａの深さＤA及び外径ＲA、小径筒部６５Ｂの長さＬBは以下のように設定される。
【００４０】
【数１】
2010276520.tif 000003
【００４１】
【数２】
2010276520.tif 000004
【００４２】
【数３】
2010276520.tif 000005
【００４３】
上記した導電部６５では大径筒部６５Ａと小径筒部６５Ｂの接合境界である端面６５Ｃがダイアフラムとして機能するので、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように導電部６５は積層方向に弾性変形することができる。燃料電池スタック１００において周囲温度や単位セル１０の膨潤収縮等により積層面圧が変化しても、導電部６５は速やかに積層方向に変形するので、内側絶縁部６１や各電極６２、６３の変位を妨げることがない。
【００４４】
また、図４（Ｄ）に示すように、大きな積層面圧が加わってダイアフラムとして機能する端面６５Ｃが塑性変形した場合であっても、行電極６２と列電極６３との間には内側絶縁部６１が介在し、内側絶縁部６１の復元力によって行電極６２及び列電極６３の変形は抑制される。そのため端面６５Ｃが塑性変形しても、積層面圧検出精度が悪化することがない。
【００４５】
なお、導電部６５では、図４（Ａ）に示すように、大径筒部６５Ａと外部に設けられた電圧計９３とが外側絶縁部６４の内部に設けられる信号線９３Ａを介して接続する。電圧計９３は、導電部６５の両端間の電位差Ｖｉを検出する。コントローラ９０は、電圧計９３によって検出された電位差Ｖｉと、導電部６５の形状及び体積抵抗率によって求められる電気抵抗値Ｒとに基づいて導電部６５を流れる電流値Ｉを導電部６５ごとに算出し、面圧検出部６０を通過する発電電流の電流密度を算出する。
【００４６】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して、燃料電池スタック１００における面圧分布検出について説明する。図５（Ａ）は、コントローラ９０に設けられる面圧信号検出回路９１の構成を示す。また、図５（Ｂ）は、面圧信号検出回路９１における静電容量検出回路９１Ｃの構成を示す。
【００４７】
コントローラ９０の面圧信号検出回路９１は、行電極側スイッチ回路９１Ａと、列電極側スイッチ回路９１Ｂと、静電容量検出回路９１Ｃとを備える。
【００４８】
行電極側スイッチ回路９１Ａは、面圧検出部６０の行電極６２毎にスイッチＳｒ１〜Ｓｒ４を有している。スイッチＳｒ１〜Ｓｒ４は、信号線Ｒ１〜Ｒ４を介して各行電極６２に接続する。
【００４９】
列電極側スイッチ回路９１Ｂは、面圧検出部６０の列電極６３毎にスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４を有している。スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４は、信号線Ｃ１〜Ｃ４を介して各列電極６３に接続する。
【００５０】
静電容量検出回路９１Ｃは、行電極側スイッチ回路９１Ａ及び列電極側スイッチ回路９１Ｂによって選択された行電極６２と列電極６３との間の静電容量Ｃｄを検出する。
【００５１】
面圧検出時には、行電極側スイッチ回路９１ＡのスイッチＳｒ１〜Ｓｒ４のいずれか一つをオンにし、その他はオフにするとともに、列電極側スイッチ回路９１ＢのスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のいずれか１つをオンにし、その他をオフにして、１６ヵ所ある面圧検出位置を順次選択する。静電容量検出回路９１Ｃには、選択された行電極６２及び列電極６３において、行電極６２と列電極６３とが対向する位置（面圧検出位置）における行電極信号Ｃｉｎ＋と列電極信号Ｃｉｎ−が入力する。静電容量検出回路９１Ｃは、行電極信号Ｃｉｎ＋と列電極信号Ｃｉｎ−とに基づいて、面圧検出位置を示す位置情報ｒ、ｃを付加して静電容量Ｃｄを出力する。
【００５２】
また、静電容量検出回路９１Ｃは、選択された行電極６２及び列電極６３のうち高電位側と同電位の電圧信号Ｇを、非選択状態にある行電極６２及び列電極６３に出力するように構成されている。つまり、電圧信号Ｇは行電極側スイッチ回路９１Ａと列電極側スイッチ回路９１Ｂへ供給され、オフ状態の行電極６２及び列電極６３に印加される。これによりオン状態の行電極６２、列電極６３とオフ状態の行電極６２、列電極６３との電位差がゼロになり、各信号線間には浮遊静電容量（Stray Capacitor）が形成されないため、静電容量検出回路９１Ｃで検知される静電容量は、オン状態の行電極６２と列電極６３との間に形成される静電容量のみとなる。また同様にオフ状態となっている行電極６２及び列電極６３と接続する信号線においても電位差がゼロになることから浮遊静電容量（Stray Capacitor）が形成されることがない。このような構成とした面圧信号検出回路９１によれば、面圧検出位置における行電極６２と列電極６３の間の静電容量の検出精度を高めることができる。
【００５３】
上記した静電容量検出回路９１Ｃは、図５（Ｂ）に示すように、演算増幅器９１１と、コンデンサ９１２、交流信号源９１３、トランス９１４と、静電容量算出回路９１５とを備える。
【００５４】
演算増幅器９１１の反転入力端子には、行電極側スイッチ回路９１Ａのオン側の信号線が接続する。演算増幅器９１１の非反転入力端子には、行電極側スイッチ回路９１Ａ及び列電極側スイッチ回路９１Ｂのオフ側の信号線が接続する。演算増幅器９１１の出力部と反転入力端子との間には、基準静電容量Ｃｒのコンデンサ９１２が設けられる。
【００５５】
列電極側スイッチ回路９１Ｂのオン側の信号線は、基準電位ＧＮＤに接続されるとともに、交流信号源９１３を介して演算増幅器９１１の非反転入力端子に接続される。
【００５６】
トランス９１４は、演算増幅器９１１の出力に含まれる検出信号Ｖｄと測定交流信号Ｖｏｓｃのうち、検出信号Ｖｄのみを取り出す。
【００５７】
静電容量算出回路９１５は、次式に基づいて、面圧検出位置における行電極６２と列電極６３の間の静電容量Ｃｄを出力する。
【００５８】
【数４】
2010276520.tif 000006
【００５９】
コントローラ９０は、上記のように算出された行電極６２と列電極６３の間の静電容量Ｃｄに基づき、（５）式及び６（式）から面圧検出位置での面圧Ｐを求め、全面圧検出位置における面圧Ｐから積層面における面圧分布を算出する。
【００６０】
【数５】
2010276520.tif 000007
【００６１】
【数６】
2010276520.tif 000008
【００６２】
以上により、第１実施形態の面圧分布検出装置では、下記の効果を得ることができる。
【００６３】
面圧検出部６０は、隣接する単位セル１０同士を電気的に接続するとともに積層方向に弾性変形可能な導電部６５を、行電極６２及び列電極６３とは電気的に絶縁した状態で、単位セル１０の電極面に対応する領域で複数備える。そのため単位セル１０の電極面から面圧検出部６０を介して流れる電流の電流密度の偏りを抑制することができる。したがって、面圧検出部６０は、電流密度に起因する発電性能の悪化を抑制しつつ、燃料電池スタック１００における面圧分布を検出することができる。
【００６４】
導電部６５は、２つの大径筒部６５Ａを小径筒部６５Ｂによって連結して、積層方向に伸縮可能に形成したので、燃料電池スタック１００において周囲温度や単位セル１０の膨潤収縮等により積層面圧が変化しても、内側絶縁部６１や各電極６２、６３の変位を妨げることがなく、面圧検出精度を改善することができる。
【００６５】
導電部６５は、格子状に配置される行電極６２及び列電極６３の隙間を通過し、外側絶縁部６４及び内側絶縁部６１を積層方向に貫通するように設けられるので、面圧検出部６０が大形化するのを回避することができる。
【００６６】
各導電部６５を流れる電流値を外部に設けられた電圧計９３を用いて検出するので、面圧検出部６０において積層面圧分布を検出するだけではなく、発電電流の電流密度分布をリアルタイムに検出することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
第２実施形態における面圧分布検出装置は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、面圧検出部６０の導電部６５の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００６８】
図６（Ａ）は、面圧検出部６０の一部縦断面図である。また、図６（Ｂ）は、面圧検出部６０の分解斜視図である。なお、図６（Ｂ）では図を見やすくするために内側絶縁部６１の図示を省略している。
【００６９】
第１実施形態では導電部６５を面圧検出部６０内を積層方向に貫通させて設けたが、第２実施形態では導電部６５を面圧検出部６０の外側に設ける。
【００７０】
導電部６５は、隣接する単位セル１０を電気的に接続する部材であり、銅やアルミの薄板のように電気導電性と熱伝導性が高い材料によって形成される。導電部６５は、帯状に形成され、一対の外側絶縁部６４の外縁部分を跨ぐように２つ折りにされる。導電部６５の一端側の集電部６５Ｄは行電極６２側の外側絶縁部６４の外側に接続し、他端側の集電部６５Ｄは列電極６３側の外側絶縁部６４の外側に接続する。導電部６５は２つ折りにされて構成されるので、積層方向に弾性変形が可能となる。
【００７１】
導電部６５は、図６（Ｂ）に示す通り、外側絶縁部６４の一端側に４つ設けられ、他端側にも４つ設けられる。これら導電部６５は、それぞれ水平状態で設けられ、鉛直方向に平行となるように配置される。
【００７２】
なお、各導電部６５の集電部６５Ｄの合計面積は、単位セル１０の電極面の面積とほぼ等しくなるように設定される。
【００７３】
以上により、第２実施形態の面圧分布検出装置では、下記の効果を得ることができる。
【００７４】
面圧検出部６０は、一対の外側絶縁部６４の外縁部分を跨ぐように２つ折りにされ、一端側の集電部６５Ｄが行電極６２側の外側絶縁部６４の外側に設置され、他端側の集電部６５Ｄが列電極６３側の外側絶縁部６４の外側に設置される導電部６５を複数備えるので、単位セル１０の取り出し電流の面内方向の電流分布状態を保ちながら積層面圧分布を検出することができる。
【００７５】
また、導電部６５は２つ折りにされることで積層方向に弾性変形が可能となり、燃料電池スタック１００において周囲温度や単位セル１０の膨潤収縮等により積層面圧が変化しても、内側絶縁部６１や各電極６２、６３の変位を妨げることがなく、面圧を感度良く検出することができる。
【００７６】
（第３実施形態）
第３実施形態における面圧分布検出装置は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、面圧検出部６０の内側絶縁部６１の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００７７】
図７（Ａ）は、単位セル側から見た面圧検出部６０の平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における面圧検出部６０のＢ−Ｂ断面図である。
【００７８】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、内側絶縁部６１は、行電極６２と列電極６３との間であって、行電極６２と列電極６３とが対向する位置に空気室６１Ａを備える。空気室６１Ａは、直径ｒの円柱状に形成される。
【００７９】
面圧検出部６０は、外側絶縁部６４の外側に集電層６７を有する。導電部６５は、集電層６７を介して隣接する単位セル１０に電気的に接続する。列電極６３側の集電層６７は、面内方向に延びる溝部６７Ａを形成する。
【００８０】
列電極６３及び列電極６３側の外側絶縁部６４には、内側絶縁部６１の空気室６１Ａと集電層６７の溝部６７Ａとを連通する貫通孔６３Ａ、６４Ａが形成される。
【００８１】
上記の通り、本実施形態の面圧検出部６０では、内側絶縁部６１の空気室６１Ａに外気が自由に出入りすることができるようになっている。
【００８２】
以上により、第３実施形態の面圧分布検出装置では、下記の効果を得ることができる。
【００８３】
面圧検出部６０の内側絶縁部６１は、行電極６２と列電極６３とが対向する位置に空気室６１Ａを備えるので、行電極６２と列電極６３の間の静電容量における誘電率は空気の誘電率が支配的となる。空気の誘電率は真空中の誘電率にほぼ等しく、温度係数が小さいことから、面圧検出部６０の温度環境が大きく変化しても、検出される静電容量の温度依存変動量を低く抑えることができる。したがって、静電容量に基づいて算出される積層面圧の温度依存誤差を低減することができる。
【００８４】
また、内側絶縁部６１の空気室６１Ａは外気と連通するように構成されるので、面圧検出部６０の温度環境が大きく変化しても空気室６１Ａ内の圧力を一定とすることができ、空気室６１Ａ内の圧力変化に起因する面圧検出誤差を低減することができる。
【００８５】
なお、内側絶縁部６１に空気室６１Ａを形成すると、面圧検出部６０の積層方向の剛性が低下してしまう。したがって、面圧検出部６０によって高面圧分布を検出する場合には、図７（Ｃ）に示すように、空気室６１Ａ内に行電極６２と列電極６３とを支持する支持部材６１Ｂを設けて、行電極６２や列電極６３、外側絶縁部６４の曲げ剛性を補強するようにしてもよい。支持部材６１Ｂは、誘電率の温度係数がなるべく小さいものを選ぶことが望ましい。面圧検出部６０においては行電極６２と列電極６３の間の合成誘電率が検出感度に影響するため、温度係数が大きいものを選ぶと、検出される静電容量の温度依存誤差が大きくなるからである。
【００８６】
（第４実施形態）
第４実施形態における面圧分布検出装置は、第３実施形態とほぼ同様の構成であるが、面圧検出部６０の内側絶縁部６１の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する
図８（Ａ）は面圧検出部６０の内側絶縁部６１の斜視図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における内側絶縁部６１のＢ断面を示す。
【００８７】
第３実施形態では内側絶縁部６１の空気室６１Ａを外気に連通するように構成したが、本実施形態では内側絶縁部６１の空気室６１Ａを、図８（Ｂ）に示すように行電極６２と列電極６３との間で密閉するように構成する。
【００８８】
また、内側絶縁部６１は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、隣接する空気室６１Ａ同士を連通させる連通路６１Ｃと、角部に配置される空気室６１Ａの１つと圧力調整装置９４とを接続する接続通路６１Ｄとを備える。
【００８９】
圧力調整装置９４は、空気室６１Ａ内に乾燥空気を供給したり、空気室６１Ａ内の乾燥空気を吸い出したりして、空気室６１Ａ内の圧力を調整する装置である。
【００９０】
以上により、第４実施形態の面圧分布検出装置では下記の効果を得ることができる。
【００９１】
面圧検出部６０では行電極６２と列電極６３との間の絶縁体の変形のしやすさによって面圧検出感度（測定レンジ）が変化する。本実施形態では内側絶縁部６１に形成される空気室６１Ａの圧力を圧力調整装置９４によって調整することができるので、面圧検出部６０での面圧検出感度を変更することが可能となる。このように面圧検出感度を選択できるようになると、面圧検出部６０の適用範囲を拡大する。
【００９２】
また、空気室６１Ａは密閉されるように構成されるので、面圧検出精度の悪化を招く水分や塵等が空気室６１Ａ内に入り込むことを防止することができる。
【００９３】
（第５実施形態）
第５実施形態における面圧分布検出装置は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、面圧検出部６０の行電極６２及び列電極６３の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する
図９（Ａ）は面圧検出部６０の行電極６２と列電極６３とを模式的に示す図である。図９（Ｂ）は、行電極６２に対する列電極６３の配置状態を示す図である。
【００９４】
図９（Ａ）に示すように、面圧検出部６０の行電極６２は、列電極６３と対向する面圧検出位置の形状を直径ｒAの円形に形成する。１つの行電極６２には、４つの円形部が形成される。
【００９５】
一方、列電極６３は、行電極６２と対向する面圧検出位置の形状を直径ｒBの円形に形成する。列電極６３の円形部の直径ｒBは、行電極６２の円形部の直径ｒAよりも小さく設定される。１つの列電極６３には、４つの円形部が形成される。
【００９６】
面圧検出部６０においては、面圧検出部６０の製造時や経時変化によって列電極６３が行電極６２に対して面内方向にずれることがある。本実施形態では、上記のように行電極６２及び列電極６３を構成するので、図９（Ｂ）に示すように列電極６３が行電極６２に対してずれても、面圧検出位置における行電極６２と列電極６３の実質有効検出面積は列電極６３の円形部の面積となり、有効検出面積が大きく変化することがない。
【００９７】
以上により、第５実施形態の面圧分布検出装置では、下記の効果を得ることができる。
【００９８】
面圧検出部６０の列電極６３は、行電極６２と対向する面圧検出位置の形状を行電極６２よりも大面積となるように形成するので、面圧検出位置での面積差分相当の位置決め交差が許容され、行電極６２と列電極６３のずれによる面圧検出精度の悪化を抑制することができる。
【００９９】
（第６実施形態）
第６実施形態における面圧分布検出装置は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、コントローラ９０の面圧信号検出回路９１の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する
図１０は、コントローラ９０の面圧信号検出回路９１の構成を示す図である。
【０１００】
第１実施形態の面圧信号検出回路９１では行電極側スイッチ回路９１Ａと列電極側スイッチ回路９１Ｂとが静電容量検出回路９１Ｃに接続するように構成した。これに対して本実施形態では行電極６２毎に静電容量検出回路９１Ｃを備え、各静電容量検出回路９１Ｃと列電極側スイッチ回路９１Ｂとを接続するように構成する。したがって、各静電容量検出回路９１Ｃには、各行電極６２からの行電極信号Ｃｉｎ＋が常時入力する。
【０１０１】
列電極側スイッチ回路９１Ｂは、列電極６３毎にスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４を有している。スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４がオンになると、列電極信号Ｃｉｎ−が列電極側スイッチ回路９１Ｂから各静電容量検出回路９１Ｃに出力される。スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４がオフになると、交流信号源９１３と同電位の電圧信号Ｇが静電容量検出回路９１Ｃから列電極側スイッチ回路９１Ｂに出力される。
【０１０２】
なお、交流信号源９１３は、４つの静電容量検出回路９１Ｃに共通のものとされる。
【０１０３】
本実施形態では、面圧検出時に、列電極側スイッチ回路９１ＢのスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４の内の１つをオンにし、その他はオフとして、１つの列電極６３内の４つの面圧検出位置における面圧を同時に検出する。そして、オン状態にするスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４を順次変更することで、全面圧検出位置の面圧を検出する。
【０１０４】
以上により、第６実施形態の面圧分布検出装置では、下記の効果を得ることができる。
【０１０５】
本実施形態では行電極６２毎に静電容量検出回路９１Ｃを備えるので、面圧検出時に列電極側スイッチ回路９１ＢのスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４の内の１つをオンにすることで、１つの列電極６３内の４つの面圧検出位置における面圧を同時に検出することができる。これにより、第１実施形態よりも面圧検出速度を高速化でき、面圧分布検出に要する時間を短縮することができる。
【０１０６】
１つの列電極６３の複数位置で静電容量を同時に測定する際には隣接する列電極６３との信号干渉が問題となるが、本実施形態では交流信号源９１３を全静電容量検出回路９１Ｃに共通とするので、列電極６３間が等価的に絶縁されて信号干渉を回避することができる。
【０１０７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１０８】
上記した第１〜第６実施形態では燃料電池の場合について説明したが、本発明における面圧分布検出装置は単位セルを複数積層するリチウムイオン電池等の積層型電池についても適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１００  燃料電池スタック
１０  単位セル
６０  面圧検出部
６１  内側絶縁部
６１Ａ  空気室
６１Ｂ  支持部材
６１Ｃ  連通路
６２  行電極（第２電極）
６３  列電極（第１電極）
６４  外側絶縁部
６５  導電部
６５Ａ  大径筒部
６５Ｂ  小径筒部
６５Ｃ  端面
６５Ｄ  集電部
９０  コントローラ（面圧分布測定部）
９１  面圧信号検出回路
９１Ａ  行電極側スイッチ回路（第２電極選択部）
９１Ｂ  列電極側スイッチ回路（第１電極選択部）
９１Ｃ  静電容量検出回路（静電容量算出部）
９２  面圧演算回路
９３  電圧計
９４  圧力調整装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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