(57)【要約】【課題】板状の抵抗体を有して構成された電流測定部を備える電流測定装置において、電流測定精度を向上させる。【解決手段】電流測定部の抵抗体１２１は、第１スルーホール１０１ａが設けられた入力部１２１ａ、第２スルーホール１０１ｂが設けられた出力部１２１ｂ、および、第１スルーホール１０１ａから第２スルーホール１０１ｂへ向かう電流の経路となる抵抗体本体部１２１ｃを有する。抵抗体本体部１２１ｃ内での電流の流れ方向に対して垂直な方向を電流流れ垂直方向としたとき、抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向の幅を、第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くする。これにより、第１電極１１１内で電流分布のバラツキが発生していても、抵抗体本体部１２１ｃ内では電流分布のバラツキが小さくなる。【選択図】図６
2010080164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル（１０ａ）を積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、
隣合う前記セル（１０ａ）間に配置されて、前記隣合うセル（１０ａ）のうち一方のセルに電気的に接触する第１電極（１１１）、前記隣合うセル（１０ａ）のうち他方のセルに電気的に接触する第２電極（１３１）、および、前記第１電極（１１１）と前記第２電極（１３１）とを電気的に接続するとともに所定の電気抵抗値を有する板状の抵抗体（１２１）を有して構成された電流測定部（１０１）と、
前記第１電極（１１１）と前記抵抗体（１２１）とを接続する第１接続部（１０１ａ）および前記抵抗体（１２１）と前記第２電極（１３１）とを接続する第２接続部（１０１ｂ）間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、
前記電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差、および前記抵抗体（１２１）の電気抵抗値に基づいて、前記セル（１０ａ）を流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、
前記抵抗体（１２１）は、前記第１接続部（１０１ａ）が設けられた入力部（１２１ａ）、前記第２接続部（１０１ｂ）が設けられた出力部（１２１ｂ）、および、前記第１接続部（１０１ａ）から前記第２接続部（１０１ｂ）へ向かう電流の経路となる抵抗体本体部（１２１ｃ）を有し、
前記抵抗体本体部（１２１ｃ）内での電流の流れ方向に対して垂直な方向を電流流れ垂直方向としたとき、
前記抵抗体本体部（１２１ｃ）の電流流れ垂直方向の幅は、前記第１電極（１１１）および前記第２電極（１３１）の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くなっており、
前記第１接続部（１０１ａ）および前記第２接続部（１０１ｂ）は、それぞれ電流流れ垂直方向に並ぶように複数箇所に設けられていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
前記入力部（１２１ａ）および前記出力部（１２１ｂ）の電流流れ垂直方向の幅は、前記抵抗体本体部（１２１ｃ）の電流流れ垂直方向の幅と等しくなっ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。
【請求項３】
前記入力部（１２１ａ）および前記出力部（１２１ｂ）の電流流れ垂直方向の幅は、前記第１電極（１１１）および前記第２電極（１３１）の電流流れ垂直方向の幅と等しくなっ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。
【請求項４】
前記第１電極（１１１）は、第１プリント基板（１１０）に配置されており、
前記第２電極（１３１）は、第２プリント基板（１３０）に配置されており、
前記抵抗体（１２１）は、第３プリント基板（１２０）に配置されており、
前記第１〜第３プリント基板（１１０、１２０、１３０）は、前記第１プリント基板（１１０）と前記第２プリント基板（１３０）との間に前記第３プリント基板（１２０）を挟み込んだ状態で、積層基板として一体に結合され、
前記抵抗体（１２１）と同一厚さのスペーサ（１２４）が、前記抵抗体（１２１）と電気的に遮断された状態で、前記抵抗体（１２１）と並んで前記第３プリント基板（１２０）に配置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。
【請求項５】
前記第１接続部（１０１ａ）と前記電位差検出手段（１０２）とを電気的に接続する配線（１２２）は、前記第１接続部（１０１ａ）のうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１接続部（１０１ａ）に電気的に接続され、
前記第２接続部（１０１ｂ）と前記電位差検出手段（１０２）とを電気的に接続する配線（１２２）は、前記第２接続部（１０１ｂ）のうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２接続部（１０１ｂ）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項６】
前記抵抗体（１２１）は金属箔から構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に、電気エネルギを出力する複数のセルを積層配置して構成された燃料電池に適用されて、この燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置が開示されている。この特許文献１の電流測定装置は、隣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、他方のセルに電気的に接触する第２電極、および、第１電極と第２電極とを電気的に接続する板状の抵抗体を有して構成された電流測定部を備えている。
【０００３】
そして、電流測定部の第１電極と抵抗体とを接続する第１接続部および抵抗体と第２電極とを接続する第２接続部間の電位差を電流測定用電圧センサで検出し、検出された電位差を抵抗体の電気抵抗値で除することによって、燃料電池の内部を流れる電流を測定している。
【０００４】
より詳細には、特許文献１の電流測定部では、第１、第２電極および抵抗体を、それぞれ異なるプリント基板に配置して、それぞれのプリント基板を積層基板として一体に構成し、積層基板に形成された貫通接続用の複数のスルーホールによって、第１接続部および第２接続部を構成している。そして、電流測定用電圧センサは、第１接続部を構成する複数のスルーホールのうちの１つと第２接続部を構成する複数のスルーホールのうちの１つとの間の電位差を測定している。
【特許文献１】特開２００７−２８０６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電流測定装置は、板状の抵抗体内各部を電流が均一に流れない（すなわち、電流分布のバラツキが大きい）場合、あるいは面当たりの状態が悪く局所しか電流が流れない場合などに、正確に電流を測定することができなかった。これは、電位差を測定するために電流測定用電圧センサが接続されたスルーホールに近い部位を、多くの電流が流れる場合と、少ない電流が流れる場合とでは、計測される電位差が変わってしまうからである
本発明は、上記点に鑑み、板状の抵抗体を有して構成された電流測定部を備える電流測定装置において、電流測定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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を電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル（１０ａ）を積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、隣合うセル（１０ａ）間に配置されて、隣合うセル（１０ａ）のうち一方のセルに電気的に接触する第１電極（１１１）、隣合うセル（１０ａ）のうち他方のセルに電気的に接触する第２電極（１３１）、および、第１電極（１１１）と第２電極（１３１）とを電気的に接続するとともに所定の電気抵抗値を有する板状の抵抗体（１２１）を有して構成された電流測定部（１０１）と、第１電極（１１１）と抵抗体（１２１）とを接続する第１接続部（１０１ａ）および抵抗体（１２１）と第２電極（１３１）とを接続する第２接続部（１０１ｂ）間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差、および抵抗体（１２１）の電気抵抗値に基づいて、セル（１０ａ）を流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、抵抗体（１２１）は、第１接続部（１０１ａ）が設けられた入力部（１２１ａ）、第２接続部（１０１ｂ）が設けられた出力部（１２１ｂ）、および、第１接続部（１０１ａ）から第２接続部（１０１ｂ）へ向かう電流の経路となる抵抗体本体部（１２１ｃ）を有し、抵抗体本体部（１２１ｃ）内での電流の流れ方向に対して垂直な方向を電流流れ垂直方向としたとき、抵抗体本体部（１２１ｃ）の電流流れ垂直方向の幅は、第１電極（１１１）および第２電極（１３１）の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くなっており、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）は、それぞれ電流流れ垂直方向に並ぶように複数箇所に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
これによると、抵抗体本体部（１２１ｃ）の電流流れ垂直方向の幅を第１電極（１１１）および第２電極（１３１）の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くして、抵抗体本体部（１２１ｃ）内では電流を狭い領域に集めて流すようにしているため、第１電極（１１１）内で電流分布のバラツキが発生していても、抵抗体本体部（１２１ｃ）内では電流分布のバラツキが小さくなる。したがって、電位差検出手段（１０２）の検出電位差に測定誤差が生じることを抑制できる。そして、電流値検出手段（５１）が、測定誤差の抑制された検出電位差を用いてセル（１０ａ）を流れる電流を検出するので、電流測定装置の電流計測精度を向上させることができる。
【０００８】
なお、本請求項に記載された「電流の流れ方向」とは、実際に抵抗体本体部（１２１ｃ）を流れる電流の向きと完全に一致する方向のみを意味するものではなく、これに均等な方向、物理的に第１接続部（１０１ａ）から第２接続部（１０１ｂ）へ向かう方向のように、電流の向きと均等な方向を含む意味である。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電流測定装置において、入力部（１２１ａ）および出力部（１２１ｂ）の電流流れ垂直方向の幅は、抵抗体本体部（１２１ｃ）の電流流れ垂直方向の幅と等しくなっていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、第１接続部（１０１ａ）が設けられた入力部（１２１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）が設けられた出力部（１２１ｂ）の電流流れ垂直方向の幅を狭くしているため、複数の第１接続部（１０１ａ）をそれぞれ流れる電流が平均化され易くなる（すなわち、電流分布のバラツキが小さくなる）とともに、複数の第２接続部（１０１ｂ）をそれぞれ流れる電流が平均化され易くなる。したがって、電位差検出手段（１０２）による検出電位差の測定誤差がさらに少なくなり、ひいては、電流測定装置の電流計測精度がさらに向上する。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の電流測定装置において、入力部（１２１ａ）および出力部（１２１ｂ）の電流流れ垂直方向の幅は、第１電極（１１１）および第２電極（１３１）の電流流れ垂直方向の幅と等しくなっていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）の大きさ、数、配置等を従来と同じにすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、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において、第１電極（１１１）は、第１プリント基板（１１０）に配置されており、第２電極（１３１）は、第２プリント基板（１３０）に配置されており、抵抗体（１２１）は、第３プリント基板（１２０）に配置されており、第１〜第３プリント基板（１１０、１２０、１３０）は、第１プリント基板（１１０）と第２プリント基板（１３０）との間に第３プリント基板（１２０）を挟み込んだ状態で、積層基板として一体に結合され、抵抗体（１２１）と同一厚さのスペーサ（１２４）が、抵抗体（１２１）と電気的に遮断された状態で、抵抗体（１２１）と並んで第３プリント基板（１２０）に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
これによると、抵抗体（１２１）と同一厚さのスペーサ（１２４）を設けているため、第１〜第３プリント基板（１１０、１２０、１３０）を積層した際に、第１プリント基板（１１０）および第２プリント基板（１３０）に反りが発生することを防止することができ、ひいては第１電極（１１１）および第２電極（１３１）とセル（１０ａ）との面当たり状態を良好にすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電流測定装置において、第１接続部（１０１ａ）と電位差検出手段（１０２）とを電気的に接続する配線（１２２）は、第１接続部（１０１ａ）のうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１接続部（１０１ａ）に電気的に接続され、第２接続部（１０１ｂ）と電位差検出手段（１０２）とを電気的に接続する配線（１２２）は、第２接続部（１０１ｂ）のうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２接続部（１０１ｂ）に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
これによると、複数の第１接続部（１０１ａ）をそれぞれ流れる電流の値にバラツキがあっても、電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１接続部（１０１ａ）では、それらの平均値に近い電流値になり易く、また、複数の第２接続部（１０１ｂ）をそれぞれ流れる電流の値にバラツキがあっても、電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２接続部（１０１ｂ）では、それらの平均値に近い電流値になり易い。したがって、電位差検出手段（１０２）による検出電位差の測定誤差がさらに少なくなり、ひいては、電流測定装置の電流計測精度がさらに向上する。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電流測定装置において、抵抗体（１２１）は金属箔から構成されていることを特徴とする。これによると、電流測定装置の厚みを薄くすることができる。
【００１８】
なお、特許請求の範囲およびこの欄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を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の電流測定装置１００を適用した燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。
【００２１】
まず、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力を発生する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、図示しない車両走行用電動モータ、二次電池、車両用各種補機類等の電気負荷に供給される電気エネルギを出力するもので、本実施形態では、固体高分子電解質型燃料電池を採用している。
【００２２】
より具体的には、燃料電池１０は、基本単位となる燃料電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａという）が複数個、電気的に直列に接続されて構成されたものである。各セル１０ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。
【００２３】
（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
さらに、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電圧を検出する電圧センサ１１、および、燃料電池１０全体として出力される電流を検出する電流センサ１２によって計測される。なお、電圧センサ１１および電流センサ１２の検出信号は、後述する制御装置５０に入力されている。
【００２４】
また、燃料電池１０の空気極（正極）側には、酸化剤ガスである空気（酸素）を燃料電池１０に供給するための空気供給配管２０ａ、並びに、燃料電池１０にて電気化学反応を終えた余剰空気および空気極で生成された生成水を燃料電池１０から外気へ排出するための空気排出配管２０ｂが接続されている。
【００２５】
空気供給配管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に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気排出配管２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。
【００２６】
さらに、空気供給配管２０ａおよび空気排出配管２０ｂには、空気調圧弁２３から流出した空気の有する湿度（水蒸気）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。この加湿器２２は、複数本の中空糸にて構成されており、燃料電池１０へ供給される空気を加湿する機能を果たす。
【００２７】
燃料電池１０の水素極（負極）側には、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給するための水素供給配管３０ａ、水素極側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１０から外気へ排出するための水素排出配管３０ｂが接続されている。さらに、水素供給配管３０ａおよび水素排出配管３０ｂは、水素循環配管３０ｃを介して接続されている。
【００２８】
水素供給配管３０ａの最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給配管３０ａにおける高圧水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給され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。
【００２９】
水素排出配管３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。そこで、本実施形態では、水素排出配管３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。
【００３０】
水素循環配管３０ｃは、水素供給配管３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出配管３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられている。これにより、燃料電池１０から流出した未反応の水素を、燃料電池１０に循環させて再供給している。また、水素循環配管３０ｃには、水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。
【００３１】
ところで、燃料電池１０は発電効率を確保するために運転中一定温度（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を冷却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（熱媒体）を循環させるウォータポンプ４１、電動ファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。
【００３２】
さらに、冷却水回路４０には、冷却水を、ラジエータ４３を迂回するように流すバイパス流路４４が設けられている。冷却水回路４０とバイパス流路４４との合流点には、バイパス流路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。この流路切替弁４５の弁開度が調整されることによって、冷却水回路４０の冷却能力が調整される。
【００３３】
また、冷却水回路４０の燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。なお、この温度センサ４６の検出信号も、制御装置５０に入力される。
【００３４】
制御装置５０は、入力信号に基づいて、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の作動を制御するもので、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て構成されている。
【００３５】
具体的には、制御装置５０の入力側には、上述の電圧センサ１１、電流センサ１２および温度センサ４６の検出信号等の他に、後述する電流測定装置１００の電流検出回路５１から出力される電流信号が入力される。一方、出力側には、上述の空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、電磁弁３４、ウォータポンプ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。
【００３６】
次に、本実施形態の電流測定装置１００の詳細について説明する。電流測定装置１００は、複数の電流測定部１０１が板状部材として一体的に構成された電流測定部集合板１００ａ、各電流測定部１０１の所定部位間の電位差を検出する電流測定用電圧センサ１０２、および、セル１０ａの板面のうち各電流測定部１０１配置箇所に対応する部位の電流を検出して制御装置５０へ出力する電流検出回路５１を備えている。
【００３７】
図２、３により、電流測定部集合板１００ａについて説明する。なお、図２は、燃料電池１０の外観斜視図であり、図３は、電流測定部集合板１００ａの分解斜視図である。図２に示すように、電流測定部集合板１００ａは複数枚設けられており、それぞれ隣合うセル１０ａ間に配置されている。
【００３８】
さらに、図３に示すように、電流測定部集合板１００ａは、配線パターンが形成（プリント）された第１プリント基板１１０、第２プリント基板１３０および第３プリント基板１２０の３枚のプリント基板を有している。そして、これらのプリント基板１１０〜１３０は、絶縁性接着剤を介在させた状態で、ホットプレスによって一体化された積層基板として構成されている。
【００３９】
なお、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０としては、一般的なガラスエポキシ基板を採用できる。また、積層基板として構成された電流測定部集合板１００ａのうち、対向する２辺（図３では、左右両辺）の近傍には、それぞれ積層基板の表裏を貫通する貫通穴が３つ形成されている。これらの貫通穴は、セル１０ａを積層した際に、空気、水素および冷却水を流通させるためのマニホールドとして機能する。
【００４０】
さらに、両側のマニホールドの間には、複数の電流測定部１０１が、直交する二方向にマトリックス状（格子状）に配置されている。より具体的には、本実施形態の電流測定部１０１は、図３に示すように、紙面上下方向に６個、紙面左右方向に７個のマトリックス状に配置されている。
【００４１】
つまり、本実施形態では、電流測定部１０１が、同一の隣合うセル１０ａ間に複数配置されている。これにより、複数個の電流測定部１０１が電流測定部集合板１００ａの板面の全体に渡って配置されることになるので、本実施形態の電流測定装置１００では、セル１０ａの面内における電流密度分布を測定することができる。
【００４２】
電流測定部１０１は、隣合うセル１０ａのうち一方のセル１０ａに電気的に接触する第１電極１１１、隣合うセル１０ａのうち他方のセル１０ａに電気的に接触する第２電極１３１、および、第１電極１１１と第２電極１３１とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する板状の抵抗体１２１を有して構成されている。
【００４３】
従って、第１電極１１１および第２電極１３１は一対の電極として構成されて、板状の電流測定部集合板１００ａの両板面に配置されることになる。具体的には、第１電極１１１は、第１プリント基板１１０における一方のセル１０ａに対向する面（図３の紙面手前側）に配置され、第２電極１３１は、第２プリント基板１３０における他方のセル１０ａに対向する面（図３の紙面奥側）に配置されている。
【００４４】
また、抵抗体１２１は、第３プリント基板１２０のうち第１プリント基板１１０に対向する側（図３の紙面手前側）の面に配置されている。一方、第３プリント基板１２０のうち抵抗体１２１が形成されている側と反対側（図３の紙面奥側）の面には、電流測定用配線１２２が設けられている。
【００４５】
さらに、第３プリント基板１２０の１辺には、電流測定用配線１２２が接続された信号取り出し用のコネクタ１２３が設けられている。なお、図３では、電流測定用配線１２２を破線で囲まれた斜線で示している。また、これらの第１電極１１１、第２電極１３１、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２は、金属箔（具体的には銅箔）にて、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０に配線パターンとして形成されている。
【００４６】
次に、図４、５により、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０の具体的積層態様、並びに、電流測定部１０１を構成する第１電極１１１、第２電極１３１、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２の電気的接続態様を説明する。なお、図４は、電流測定部１０１の断面図であり、図５は、電流測定部１０１における電流の流れを示す説明図である。後述するように、本実施形態では、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂはマトリックス状に配置されるが、図４、図５では、簡略化して理解を容易にするために、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂを各１個または各１列のみ示している。
【００４７】
図４に示すように、第１プリント基板１１０と第３プリント基板１２０の間と、第３プリント基板１２０と第２プリント基板１３０の間には、電気絶縁性を有する絶縁性接着剤１１２、１２４が配置されている。また、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０には、複数の丸孔形状の第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂが設けられている。
【００４８】
この第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂの内周面には、第１、第２電極１１１、１３１等と同様の金属箔から構成される導電体が形成されている。そして、第１スルーホール１０１ａを介して、第１電極１１１、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２が接続され、第２スルーホール１０１ｂを介して、抵抗体１２１、第２電極１３１および電流測定用配線１２２が接続されている。従って、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ本実施形態の第１、第２接続部を構成している。
【００４９】
また、第１電極１１１は抵抗体１２１の一端側に接続され、第２電極１３１は抵抗体１２１の他端側に接続されているため、抵抗体１２１では、図５に示すように、一端側と他端側との間で電流が流れることになる。
【００５０】
そして、図４、５に示すように、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂには、それぞれ電流測定用配線１２２および外部配線を介して、電流測定用電圧センサ１０２が接続されている。電流測定用電圧センサ１０２は、第１スルーホール１０１ａと第２スルーホール１０１ｂとの２点間の電位差を検出して、検出信号を電流検出回路５１に出力する電位差検出手段である。
【００５１】
電流検出回路５１は、電流測定用電圧センサ１０２の検出電位差および第１スルーホール１０１ａおよび第２スルーホール１０１ｂ間の抵抗体１２１の電気抵抗値を用いて、演算処理を行うことで、セル１０ａの面内における各電流測定部１０１に対応する部位に流れる電流を算出する電流値検出手段である。
【００５２】
次に、図６により、第１電極１１１、第２電極１３１、および抵抗体１２１の具体的な構成について説明する。図６は、第１電極１１１、第２電極１３１、および抵抗体１２１の分解図である。
【００５３】
図６に示すように、抵抗体１２１は、第１スルーホール１０１ａが設けられた入力部１２１ａ、第２スルーホール１０１ｂが設けられた出力部１２１ｂ、および、第１スルーホール１０１ａから第２スルーホール１０１ｂへ向かう電流の経路となる抵抗体本体部１２１ｃを有している。
【００５４】
ここで、抵抗体本体部１２１ｃ内では、第１スルーホール１０１ａ側から第２スルーホール１０１ｂ側へ向かって、換言すると、入力部１２１ａ側から出力部１２１ｂ側へ向かって、電流が流れる。この抵抗体本体部１２１ｃ内での電流の流れ方向（以下、単に抵抗体内電流流れ方向という）に対して垂直な方向（図６の紙面左右方向）を電流流れ垂直方向としたとき、抵抗体１２１の電流流れ垂直方向の幅は、第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くなっている。より詳細には、入力部１２１ａおよび出力部１２１ｂの電流流れ垂直方向の幅は、抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向の幅と等しくなっている。
【００５５】
第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂは、抵抗体内電流流れ方向および電流流れ垂直方向にマトリックス状（格子状）に配置されている。そして、第１スルーホール１０１ａと電流測定用電圧センサ１０２とを電気的に接続する電流測定用配線１２２は、複数の第１スルーホール１０１ａのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１スルーホール１０１ａに電気的に接続されている。また、第２スルーホール１０１ｂと電流測定用電圧センサ１０２とを電気的に接続する電流測定用配線１２２は、複数の第２スルーホール１０１ｂのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２スルーホール１０１ｂに電気的に接続されている。
【００５６】
なお、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂの径や数、抵抗体１２１の幅や厚さは、燃料電池１０が発生する電力の最大電流値に基づいて決定される。因みに、抵抗体１２１の幅をさらに小さくしたい場合は、抵抗体１２１の厚さを増やす。
【００５７】
次に、電流測定装置１００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での発電が開始される。電流測定装置１００の各電流測定部１０１では、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極１１１の板面に電流が流れる。
【００５８】
そして、第１電極１１１→第１スルーホール１０１ａ→抵抗体１２１→第２スルーホール１０１ｂ→第２電極１３１の順に電流が流れ、第２電極１３１の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。
【００５９】
このとき、電流測定用電圧センサ１０２によって、第１スルーホール１０１ａと第２スルーホール１０１ｂとの２点間の電位差を測定する。前述の如く、本実施形態では、予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体１２１を用いているので、第１、２スルーホール１０１ａ、１０１ｂ間の抵抗体１２１の電気抵抗値も既知の値となる。
【００６０】
そこで、電流検出回路５１では、電流測定用電圧センサ１０２による検出電位差を、予め既知情報として記憶している第１、２スルーホール１０１ａ、１０１ｂ間の抵抗体１２１の電気抵抗値で除する演算処理を行うことで、抵抗体１２１に流れた電流値を算出する。そして、電流検出回路５１では、上記演算処理によって得られた電流値を、制御装置５０へ出力する。
【００６１】
さらに、制御装置５０では、セル１０ａの面内における電流分布を検出し、検出された電流分布に基づいて燃料電池１０の発電状態を推定し、空気供給量および供給圧、水素供給圧、冷却水循環量の制御等を行う。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。
【００６２】
この際、本実施形態では、抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向の幅を第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くして、抵抗体本体部１２１ｃ内では電流を狭い領域に集めて流すようにしているため、第１電極１１１内で電流分布のバラツキが発生していても、抵抗体本体部１２１ｃ内では電流分布のバラツキが小さくなる。したがって、電流測定用電圧センサ１０２の検出電位差に測定誤差が生じることを抑制できる。そして、電流検出回路５１が、測定誤差の抑制された検出電位差を用いてセル１０ａの各部位を流れる電流を検出するので、電流測定装置１００の電流計測精度を向上させることができ、燃料電池システムの効率および信頼性をより一層向上させることができる。
【００６３】
また、第１スルーホール１０１ａが設けられた入力部１２１ａおよび第２スルーホール１０１ｂが設けられた出力部１２１ｂの電流流れ垂直方向の幅を狭くしているため、複数の第１スルーホール１０１ａをそれぞれ流れる電流が平均化され易くなる（すなわち、電流分布のバラツキが小さくなる）とともに、複数の第２スルーホール１０１ｂをそれぞれ流れる電流が平均化され易くなる。したがって、電流測定用電圧センサ１０２による検出電位差の測定誤差がさらに少なくなり、ひいては、電流測定装置１００の電流計測精度がさらに向上する。
【００６４】
さらに、複数の第１スルーホール１０１ａをそれぞれ流れる電流の値にバラツキがあっても、電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１スルーホール１０１ａでは、それらの平均値に近い電流値になり易く、また、複数の第２スルーホール１０１ｂをそれぞれ流れる電流の値にバラツキがあっても、電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２スルーホール１０１ｂでは、それらの平均値に近い電流値になり易い。そして、本実施形態では、電流測定用配線１２２は、複数の第１スルーホール１０１ａのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１スルーホール１０１ａに電気的に接続されるとともに、複数の第２スルーホール１０１ｂのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２スルーホール１０１ｂに電気的に接続されているため、電流測定用電圧センサ１０２による検出電位差の測定誤差がさらに少なくなり、ひいては、電流測定装置１００の電流計測精度がさらに向上する。
【００６５】
また、第１電極１１１、第２電極１３１、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２は、金属箔から構成されているため、電流測定装置１００の厚みを薄くすることができる。
【００６６】
（第１実施形態の変形例）
図７は上記第１実施形態の第１変型例を示すもので、図７に示すように、抵抗体１２１と同一厚さのスペーサ１２４を、抵抗体１２１と電気的に遮断された状態で、抵抗体１２１の電流流れ垂直方向両側に並べて第３プリント基板１２０に配置してもよい。なお、スペーサ１２４は、抵抗体１２１と同じ金属箔にて形成されている。
【００６７】
これによると、抵抗体１２１と同一厚さのスペーサを設けているため、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０を積層した際に、第１プリント基板１１０および第２プリント基板１３０に反りが発生することを防止することができ、ひいては第１電極１１１および第２電極１３１とセル１０ａとの面当たり状態を良好にすることができる。
【００６８】
また、図８は上記第１実施形態の第２変型例を示すもので、図８に示すように、第３プリント基板１２０上において、電流流れ垂直方向一端側に抵抗体１２１を配置し、電流流れ垂直方向他端側に抵抗体１２１と同一厚さのスペーサ１２４を、抵抗体１２１と電気的に遮断された状態で配置してもよい。なお、スペーサ１２４は、抵抗体１２１と同じ金属箔にて形成されている。これによっても、第１変型例と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図９は第２実施形態に係る電流測定装置における、第１電極１１１、第２電極１３１、および抵抗体１２１の分解図である。本実施形態は、第１電極１１１、第２電極１３１、および抵抗体１２１の具体的構成が変更されており、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
図９に示すように、抵抗体１２１のうち抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向の幅は、第１実施形態と同様に、第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅よりも狭くなっている。また、抵抗体１２１のうち入力部１２１ａおよび出力部１２１ｂの電流流れ垂直方向の幅は、第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅と等しくなっている。
【００７１】
そして、第１、第２スルーホール１０１ａ、１０１ｂは、入力部１２１ａおよび出力部１２１ｂの電流流れ垂直方向の幅全域に渡って、また、第１電極１１１および第２電極１３１の電流流れ垂直方向の幅全域に渡って、電流流れ垂直方向に１列に配置されている。
【００７２】
第１スルーホール１０１ａと電流測定用電圧センサ１０２とを電気的に接続する電流測定用配線１２２は、複数の第１スルーホール１０１ａのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第１スルーホール１０１ａに電気的に接続されている。また、第２スルーホール１０１ｂと電流測定用電圧センサ１０２とを電気的に接続する電流測定用配線１２２は、複数の第２スルーホール１０１ｂのうち電流流れ垂直方向の中央部に位置する第２スルーホール１０１ｂに電気的に接続されている。
【００７３】
これによると、第１スルーホール１０１ａおよび第２スルーホール１０１ｂの大きさ、数、配置等を従来と同じにすることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、抵抗体本体部１２１ｃ内では電流を狭い領域に集めて流すようにしているため、第１電極１１１内で電流分布のバラツキが発生していても、抵抗体本体部１２１ｃ内では電流分布のバラツキが小さくなり、電流測定装置１００の電流計測精度を向上させることができる。
【００７５】
（第２実施形態の変形例）
図１０は上記第２実施形態の第１変型例を示すもので、図１０に示すように、抵抗体１２１と同一厚さのスペーサ１２４を、抵抗体１２１と電気的に遮断された状態で、抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向両側に並べて第３プリント基板１２０に配置してもよい。なお、スペーサ１２４は、抵抗体１２１と同じ金属箔にて形成されている。
【００７６】
これによると、抵抗体１２１と同一厚さのスペーサを設けているため、第１〜第３プリント基板１１０〜１３０を積層した際に、第１プリント基板１１０および第２プリント基板１３０に反りが発生することを防止することができ、ひいては第１電極１１１および第２電極１３１とセル１０ａとの面当たり状態を良好にすることができる。
【００７７】
また、第１変型例の場合、出力側である第２スルーホール１０１ｂにおいては、電流は電流流れ垂直方向中央部のスルーホールに集中する可能性があるため、上記第２実施形態の第２変型例を示す図１１に示すように、出力部１２１ｂの電流流れ垂直方向の幅を抵抗体本体部１２１ｃの電流流れ垂直方向の幅と等しくし、第２スルーホール１０１ｂを、抵抗体内電流流れ方向および電流流れ垂直方向にマトリックス状（格子状）に配置してもよい。
【００７８】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【００７９】
（１）上述の実施形態では、電流測定部集合板１００ａにセル１０ａの面内の全体に渡って配置されるように複数の電流測定部１０１を設けたが、電流測定部１０１は少なくとも１個設けられていればよい。これにより、セル１０ａにおける電流測定部１０１に対応する部位の局所電流を測定することができる。
【００８０】
（２）上述の実施形態では、第１電極１１１、第２電極１３１、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２を銅箔で形成した例を説明したが、例えば、抵抗体１２１のみを、第１、第２電極１１１、１３１よりも抵抗値の大きい材料（例えば、ニッケル箔）で形成してもよい。これにより、第１スルーホール１０１ａと第２スルーホール１０１ｂとの２点間の抵抗体１２１の電位差が大きくなり、電位差を測定しやすくなる。
【００８１】
（３）上述の実施形態では、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２を第３プリント基板１２０に形成した例を説明したが、抵抗体１２１および電流測定用配線１２２をそれぞれ異なるプリント基板に形成してもよい。この場合は、それぞれのプリント基板を第１、第２プリント基板に挟み込んだ状態で積層基板として一体化すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第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。
【図２】第１実施形態の燃料電池の斜視図である。
【図３】第１実施形態の電流測定部集合板の分解斜視図である。
【図４】第１実施形態の電流測定部の断面図である。
【図５】第１実施形態の電流測定部の電流の流れを示す斜視図である。
【図６】第１実施形態における、第１電極、第２電極、および抵抗体の分解図である。
【図７】第１実施形態の第１変型例を示す図である。
【図８】第１実施形態の第２変型例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電流測定装置における、第１電極、第２電極、および抵抗体の分解図である。
【図１０】第２実施形態の第１変型例を示す図である。
【図１１】第２実施形態の第２変型例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０      燃料電池
５１      電流値検出手段
１０ａ    セル
１０１    電流測定部
１０２    電流測定用電圧センサ（電位差検出手段）
１１１    第１電極
１２１    抵抗体
１３１    第２電極
１０１ａ  第１スルーホール（第１接続部）
１０１ｂ  第２スルーホール（第２接続部）
１２１ａ  入力部
１２１ｂ  出力部
１２１ｃ  抵抗体本体部
【図１】
2010080164.tif 000003
【図２】
2010080164.tif 000004
【図３】
2010080164.tif 000005
【図４】
2010080164.tif 000006
【図５】
2010080164.tif 000007
【図６】
2010080164.tif 000008
【図７】
2010080164.tif 000009
【図８】
2010080164.tif 000010
【図９】
2010080164.tif 000011
【図１０】
2010080164.tif 000012
【図１１】
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