(57)【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、測定対象となる前記セル（１０ａ）の各測定対象部位に流れる電流分布を測定する電流分布測定装置であって、
前記測定対象となる前記セル（１０ａ）に隣接して配置され、前記セル（１０ａ）の前記測定対象部位それぞれに対応する部位に第１導電部（２０１）が形成された第１板状部材（２００）と、
前記測定対象となる前記セル（１０ａ）における前記第１板状部材（２００）の反対側に隣接して配置され、前記第１導電部（２０１）と対となるように前記測定対象部位それぞれに対応する部位に第２導電部（３０１）が形成された第２板状部材（３００）と、
前記第１導電部（２０１）それぞれを流れる電流を検出する電流検出手段（５１ａ）と、
前記第１導電部（２０１）および前記第１導電部（２０１）と対になる前記第２導電部（３０１）で構成される一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに対し、異なる周波数の交流電流を供給する交流電流供給手段（６０）と、
前記電流検出手段（５１ａ）の各出力信号から、前記一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに供給した前記交流電流の各周波数に対応する交流成分それぞれを抽出する交流成分抽出手段（５１ｂ）と、
前記交流電流供給手段（６０）にて供給した各周波数の交流電流量に対する前記交流成分抽出手段（５１ｂ）にて抽出した前記周波数それぞれに対応する交流成分の交流電流量の比率、および前記電流検出手段（５１ａ）の出力信号それぞれに含まれる直流成分の直流電流量に基づいて、前記測定対象部位それぞれに流れる電流を演算する電流演算手段（５１ｃ）と、
を備えることを特徴とする電流分布測定装置。
【請求項２】
前記測定対象となる前記セル（１０ａ）の電圧を検出するセル電圧検出手段（１０２）を備え、
前記交流電流供給手段（６０）は、前記交流電流量を調整可能に構成されており、前記セル電圧検出手段（１０２）にて検出された電圧の低下に応じて、前記交流電流量を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電流分布測定装置。
【請求項３】
前記電流分布の測定対象となる前記セル（１０ａ）の電圧を検出するセル電圧検出手段（１０２）と、
前記交流電流供給手段（６０）にて前記一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに各周波数の交流電流を供給した状態における前記セル電圧検出手段（１０２）の出力信号および前記電流検出手段（５１ａ）の出力信号からインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段（５１ｄ）と、を備え、
前記インピーダンス演算手段（５１ｄ）は、前記交流電流供給手段（６０）にて印加した交流電流の各周波数における前記インピーダンスを演算することを特徴とする請求項１に記載の電流分布測定装置。
【請求項４】
前記交流電流供給手段（６０）および前記電流演算手段（５１ａ）は、それぞれ異なる電源ラインから給電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つに記載の電流分布測定装置。
【請求項５】
前記第１板状部材（２００）および前記第２板状部材（３００）は、少なくとも一方がプリント基板の積層体で構成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つに記載の電流分布測定装置。
【請求項６】
前記電流検出手段（５１ａ）の出力信号それぞれが異常であるか否かを判定する出力異常判定手段（Ｓ６０）を備え、
前記出力異常判定手段（Ｓ６０）は、前記交流成分抽出手段（５１ｂ）にて抽出した前記交流電流の各周波数に対応する交流成分の交流電流量が所定の異常基準値以上である場合に、前記電流検出手段（５１ａ）の出力信号が異常であると判定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電流分布測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電流分布測定装置の異常時対応方法であって、
前記出力異常判定手段（Ｓ６０）にて異常と判定された場合に、前記燃料電池（１０）の積層方向の締付荷重を増加させることを特徴とする電流分布測定装置の異常時対応方法。
【請求項８】
請求項６に記載の電流分布測定装置と、
前記燃料電池（１０）の発電状態を制御する発電制御手段（５０）と、を備え、
前記発電制御手段（５０）は、前記出力異常判定手段（Ｓ６０）にて異常と判定された場合に、前記電流分布測定装置の出力に基づく前記燃料電池（１０）の発電状態の制御を禁止することを特徴とする燃料電池システム。
【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分布を測定する電流分布測定装置、およびこれを適用した燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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分布を測定する電流測定装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の電流測定装置は、電流を測定するための電流測定部を、同一の隣り合うセル間に複数個配置し、隣り合うセル間における複数の測定対象部位を流れる電流を測定することで、セル面内に流れる電流分布を測定する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の電流測定装置では、隣り合うセル間における複数の部位に対応して分割された電流測定部を有する構成としているが、セルにおける各電流測定部に対向するセル面は、各電流測定部に対応して分割されていない。
【０００６】
このため、燃料電池のセルの測定対象部位に流れる電流は、隣り合うセル間を流れる際に、セルの積層方向とは異なるセルの面方向にも流れることがある。例えば、セルにおける隣り合う測定対象部位の一方を流れる電流が、セルの面方向に沿って他方の測定対象部位に流れてしまうことがある。
【０００７】
この結果、各電流測定部にて、セルの各測定対象部位に流れる電流を測定しようとしても、他の測定対象部位から流れ込む電流（以下では、回り込み電流と呼ぶ。）の影響を受けてしまうので、セルの各測定対象部位に流れる電流分布を精度よく測定することができないといった問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、燃料電池のセルの各測定対象部位に流れる電流分布を測定する電流分布測定装置において、電流分布の測定精度の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、測定対象となるセル（１０ａ）の各測定対象部位を流れる電流分布を測定する電流分布測定装置であって、測定対象となるセル（１０ａ）に隣接して配置され、セル（１０ａ）の測定対象部位それぞれに対応する部位に第１導電部（２０１）が形成された第１板状部材（２００）と、測定対象となるセル（１０ａ）における第１板状部材（２００）の反対側に隣接して配置され、第１導電部（２０１）と対となるように測定対象部位それぞれに対応する部位に第２導電部（３０１）が形成された第２板状部材（３００）と、第１導電部（２０１）それぞれを流れる電流を検出する電流検出手段（５１ａ）と、第１導電部（２０１）および第１導電部（２０１）と対になる第２導電部（３０１）で構成される一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに対し、異なる周波数の交流電流を供給する交流電流供給手段（６０）と、電流検出手段（５１ａ）の各出力信号から、一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに供給した交流電流の各周波数に対応する交流成分それぞれを抽出する交流成分抽出手段（５１ｂ）と、交流電流供給手段（６０）にて供給した各周波数の交流電流量に対する交流成分抽出手段（５１ｂ）にて抽出した周波数それぞれに対応する交流成分の交流電流量の比率、および電流検出手段（５１ｂ）の出力信号それぞれに含まれる直流成分の直流電流量に基づいて、測定対象部位それぞれに流れる電流を演算する電流演算手段（５１ｃ）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
これによると、一対の導電部（２０１）それぞれに異なる周波数の交流電流を供給し、電流検出手段（５１ａ）の各出力信号から各周波数に対応する交流成分（振幅）を抽出することで、各第１導電部（２０１）における回り込み電流による交流電流量の変化を把握することができる。
【００１１】
ここで、発電時にセル（１０ａ）間を流れる電流（直流電流）における回り込み電流による変化は、一対の導電部（２０１、３０１）に供給した交流電流における回り込み電流による変化と同等に変化すると考えられる。
【００１２】
このため、一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに供給した各周波数の交流電流量に対する電流検出手段（５１ａ）の出力信号から抽出した各周波数に対応する交流成分の交流電流量の比率、および電流検出手段（５１ａ）の出力信号それぞれに含まれる直流成分の直流電流量に基づいて、実際にセル（１０ａ）の各測定対象部位を流れる電流を演算することができる。
【００１３】
従って、セル（１０ａ）の所定の測定対象部位に流れる電流を測定する場合に、他の測定対象部位から流れ込む回り込み電流の影響を補正することができるので、セル（１０ａ）の各測定対象部位に流れる電流分布を精度よく測定することが可能となる。
【００１４】
また、燃料電池（１０）における出力電圧と出力電流の関係には、出力電流が小さい領域では、出力電流が増加したとしても出力電圧にほとんど影響しない。しかし、出力電流が大きい領域では、出力電流の増加に応じて、セル（１０ａ）内における電極の反応抵抗等が増加することで、出力電圧が大きく低下するといった特性がある（図８に示すＩ−Ｖ特性図参照）。このため、燃料電池（１０）の出力電圧が低い場合に、交流電流供給手段から一対の導電部（２０１、３０１）に供給する交流電流量が大きいと、燃料電池（１００）の出力電圧がさらに低下してしまう虞がある。
【００１５】
そこで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、測定対象となるセル（１０ａ）の電圧を検出するセル電圧検出手段（１０２）を備え、交流電流供給手段（６０）は、一対の導電部（２０１、３０１）に供給する交流電流量を調整可能に構成されており、セル電圧検出手段（１０２）にて検出された電圧の低下に応じて、交流電流量を低下させることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、セル電圧検出手段（１０２）にて検出された電圧の低下に応じて、一対の導電部（２０１、３０１）に供給する交流電流量を低下させているので、一対の導電部（２０１、３０１）に交流電流を供給することに起因して、燃料電池（１００）の出力電圧が低下することを抑制可能となる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の電流分布測定装置において、電流分布の測定対象となるセル（１０ａ）の電圧を検出するセル電圧検出手段（１０２）と、交流電流供給手段（６０）にて一対の導電部（２０１、３０１）それぞれに各周波数の交流電流を供給した状態におけるセル電圧検出手段（１０２）の出力信号および電流検出手段（５１ａ）の出力信号からインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段（５１ｄ）と、を備え、インピーダンス演算手段（５１ｄ）は、交流電流供給手段（６０）で印加した交流電流の各周波数におけるインピーダンスを演算することを特徴とする。
【００１８】
これによれば、セル（１０ａ）の局所的なインピーダンスを測定することができるので、例えば、局所的なインピーダンスに基づいて、セル（１０ａ）の局所的な内部水分量を把握することが可能となる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明の如く、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流分布測定装置において、交流電流供給手段（６０）および電流演算手段（５０ａ）を、それぞれ異なる電源ラインから給電する構成としてもよい。
【００２０】
また請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電流分布測定装置において、第１板状部材（２００）および第２板状部材（３００）は、少なくとも一方がプリント基板の積層体で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、電流分布測定装置の厚みを薄くすることができるので、燃料電池（１０）の熱容量の増加を抑制することができる。
【００２２】
ここで、セル（１０ａ）における所定の測定対象部位に他の測定対象部位からの回り込み電流が多い場合には、燃料電池（１０）に何らかの異常が生じていることが考えられる。
【００２３】
そこで、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つに記載の発明において、電流検出手段（５１ａ）の出力信号それぞれが異常であるか否かを判定する出力異常判定手段（Ｓ６０）を備え、出力異常判定手段（Ｓ６０）は、交流成分抽出手段（５１ｂ）にて抽出した交流電流の各周波数に対応する交流成分の交流電流量が所定の異常基準値以上である場合に、電流検出手段（５１ａ）の出力信号が異常であると判定することを特徴とする。
【００２４】
これによれば、電流検出手段（５１ａ）の出力信号が異常であると判定することができるので、燃料電池（１０）の異常を検出することが可能となる。
【００２５】
また、セル（１０ａ）における所定の測定対象部位に他の測定対象部位からの回り込み電流が多くなる要因の１つとして、第１板状部材（２００）とセル（１０ａ）との間の一部の接触不良が考えられる。
【００２６】
そこで、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電流分布測定装置の異常時対応方法であって、出力異常判定手段（Ｓ６０）にて異常と判定された場合に、燃料電池（１０）の積層方向の締付荷重を増加させることを特徴とする。
【００２７】
これによれば、燃料電池（１０）の積層方向の締付荷重を増加させるので、第１板状部材（２００）とセル（１０ａ）との間の一部の接触不良を解消し、電流検出手段（５１ａ）の出力信号の異常状態から復旧させることが可能となる。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明の如く、請求項６に記載の電流分布測定装置と、燃料電池（１０）の発電状態を制御する発電制御手段（５０）と、を備え、発電制御手段（５０）では、出力異常判定手段（Ｓ６０）にて異常と判定された場合に、電流分布測定装置の出力に基づく燃料電池（１０）の発電状態の制御を禁止する構成とすれば、燃料電池（１０）を適切に保護することが可能となる。
【００３２】
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を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る電流分布測定装置の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る第１板状部材の分解斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る第１導電部を説明するための説明図である。
【図５】第１実施形態に係る第２導電部を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態に係る電流分布測定装置の概略構成図である。
【図７】第１実施形態に係る電流分布測定装置の電流の流れを説明するための説明図である。
【図８】燃料電池の出力電圧と出力電流の関係を示すＩ−Ｖ特性図である。
【図９】回り込み電流による電流検出精度への影響を説明するための説明図である。
【図１０】第１実施形態に係る燃料電池システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態に係る電流分布測定装置の概略構成図である。
【図１２】セルの内部水分量と内部抵抗との関係を示す特性図である。
【図１３】セルの等価回路を示す回路図である。
【図１４】図１３の回路に高周波から低周波までの正弦波電流を印加した場合のセルのインピーダンスを複素平面上に表示した特性図である。
【図１５】第３実施形態に係る電流分布測定装置の斜視図である。
【図１６】第３実施形態に係る電流分布測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図１０に基づいて説明する。図１は、本実施形態の電流分布測定装置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。
【００３６】
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や２次電池といった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。
【００３７】
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と記載する。）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。換言すれば、燃料電池１０は、複数のセル１０ａが積層配置されて構成されている。
【００３８】
各セル１０ａは、固体高分子からなる電解質膜の両側面に一対の電極が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０ｂと、この膜電極接合体を狭持する一対のセパレータ１０ｃで構成されている。
【００３９】
一対のセパレータ１０ｃは、カーボン材や導電性金属よりなる板状プレートからなる。つまり、燃料電池１０の発電時には、セル面内をセル１０ａの積層方向に電流が流れると共に、セル１０ａ（セパレータ）の面に沿って電流が流れる（図７における白抜き矢印参照）。
【００４０】
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。
【００４１】
（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の出力信号は、後述する制御装置５０に入力されている。
【００４２】
また、各セル１０ａのうち、セル面内の電流分布の測定対象となるセル１０ａには、電流分布測定装置１００が隣接して配置されている。この電流分布測定装置１００は、隣り合うセル１０ａと電気的に直列に接続されている。なお、電流分布測定装置１００については後述する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。なお、本実施形態では、空気ポンプ２１および空気調圧弁２３によって、所定の流量および圧力の空気を燃料電池１０に供給する酸化剤ガス側のガス供給手段が構成される。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。なお、本実施形態では、この水素調圧弁３２によって、所定の圧力の水素を燃料電池１０に供給する燃料ガス側のガス供給手段が構成される。
【００４８】
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。このため、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。
【００４９】
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おり、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。さらに、水素循環配管３０ｃには、水素流路３０内で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。
【００５０】
ところで、燃料電池１０は発電効率確保の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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、冷却水回路４０の燃料電池１０の出口側付近には、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。
【００５３】
燃料電池システムには、各種制御を行う発電制御手段としての制御装置（ＥＣＵ）５０が設けられている。この制御装置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。
【００５４】
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、後述する電流分布測定装置１００の信号処理回路５１から出力される電流信号、および、車室内に設けられた車両起動スイッチ５０ａの操作信号等が入力される。なお、車両起動スイッチ５０ａは、空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２等の作動開始信号を出力する開始信号出力手段の機能を兼ねる。
【００５５】
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、電流分布測定装置１００の入力側、および音、光、振動等により乗員にシステム異常を警告する警告手段５０ｂ等が接続されている。
【００５６】
次に、本実施形態の電流分布測定装置１００について説明する。電流分布測定装置１００は、主に、第１板状部材２００、第２板状部材３００、電流測定用電圧センサ１０１、セル電圧測定用電圧センサ１０２、信号処理回路５１、発振回路６０を有して構成されている。なお、第１板状部材２００および第２板状部材３００は、セル１０ａと同程度の大きさに構成されている。
【００５７】
まず、図２〜図５により、第１板状部材２００、第２板状部材３００、および電流測定用電圧センサ１０１について説明する。ここで、図２は、本実施形態の電流分布測定装置１００の斜視図であり、図３は、第１板状部材２００の分解斜視図であり、図４は、第１板状部材２００における第１導電部２０１の電流の流れを示す斜視図である。また、図５は、第２板状部材３００を説明する説明図である。
【００５８】
図２に示すように、第１板状部材２００は、電流分布の測定対象となるセル１０ａの一方の面に隣接して配置され、第２板状部材３００は、電流分布の測定対象となるセル１０ａにおける他方の面（第１板状部材２００の反対側）に隣接して配置されている。つまり、第１板状部材２００および第２板状部材３００は、電流分布の測定対象となる一枚のセル１０ａを両側から挟み込むように配置されている。なお、第１板状部材２００は、セル１０ａの積層方向における電流流れ下流側に配置され、第２板状部材３００は、セル１０ａの積層方向における電流流れ上流側に配置されている。
【００５９】
第１板状部材２００および第２板状部材３００には、図２における左右両側に、３つの貫通孔が形成されている。これら貫通孔は、空気、水素、冷却水がそれぞれ通過するマニホールドとして機能する。
【００６０】
第１板状部材２００には、測定対象となるセル１０ａの各測定対象部位に対応する部位に第１導電部２０１が設けられている。また、第２板状部材３００には、セル１０ａを挟んで第１導電部２０１と対となるように、測定対象となるセル１０ａの各測定対象部位に対応する部位に第２導電部３０１が設けられている。なお、第１導電部２０１と、セル１０ａを挟んで第１導電部２０１と対になる第２導電部３０１とで一対の導電部２０１、３０１が構成されている。
【００６１】
本実施形態では、セル面内における電流分布を測定するために、第１導電部２０１と第２導電部３０１とがセル１０ａの板面の全体に分散するように設けられている。具体的には、本実施形態の第１導電部２０１および第２導電部３０１は、直交する二方向にマトリクス状（格子状）に設けられており、例えば、図２に示すように、上下方向に６個、左右方向７個という配列とすることができる。
【００６２】
図３に示すように、本実施形態の第１板状部材２００は、配線パターンが形成された複数のプリント基板２１０〜２３０を積層した板状の積層基板（多層配線基板）として構成されている。なお、各基板２１０〜２３０は、一般的なガラスエポキシ基板を用いることができる。
【００６３】
より具体的には、本実施形態の第１板状部材２００は、第１基板２１０、第２基板２２０、第３基板２３０の３枚のプリント基板が積層されて構成されている。これらの基板２１０〜２３０は、絶縁性接着剤を介在させてホットプレスにより一体化されている。
【００６４】
第１板状部材２００の各第１導電部２０１は、一対の電極部２１１、２３１、これらを接続する電流測定用抵抗体２２１等を有している。一対の電極部２１１、２３１は、第１板状部材２００における両外面に設けられ、第１電極部２１１は第１基板２１０におけるセル１０ａに対向する面（図３の紙面手前側）に設けられており、第２電極部２３１は第３基板２３０におけるセル１０ａに対向する面（図３の紙面奥側）に設けられている。
【００６５】
なお、本実施形態の第３基板２３０における第２電極部２３１が設けられている側の反対側には、図示しない配線を介して、発振回路６０に接続される第１の交流印加部が設けられている。
【００６６】
電流測定用抵抗体２２１は、第１基板２１０と第３基板２３０に挟まれた第２基板２２０に設けられている。本実施形態では、電流測定用抵抗体２２１は、第２基板２２０における第１基板２１０に対向する側（図３の紙面手前側）に設けられている。第２基板２２０における電流測定用抵抗体２２１が設けられている側の反対側（図３の紙面奥側）には電流測定用配線２２２が設けられている。図３では、電流測定用配線２２２を破線で囲まれた斜線で示している。第２基板２２０の１辺には、電流測定用配線２２２が接続された信号取り出し用のコネクタ２２３が設けられている。
【００６７】
電流測定用抵抗体２２１は、電極部２１１、２３１より抵抗値が大きい材料から構成されている。第１電極部２１１、第２電極部２３１、電流測定用抵抗体２２１は、金属箔として構成されており、これらは各基板２１０〜２３０に配線パターンとして形成されている。電極部２１１、２３１と電流測定用配線２２２は、例えば、銅箔にて構成することができ、電流測定用抵抗体２２１は、例えば、ニッケル箔にて構成することができる。
【００６８】
図４に示すように、各基板２１０〜２３０には、第１、第２スルーホール２０１ａ、２０１ｂが設けられている。各スルーホール２０１ａ、２０１ｂの内部には、電極部２１１、２３１と同様の銅箔から構成される導電体が設けられている。
【００６９】
第１スルーホール２０１ａを介して、第１電極部２１１と電流測定用抵抗体２２１が導通し、第２スルーホール２０１ｂを介して、電流測定用抵抗体２２１と第２電極部２３１が導通している。さらに第１、第２スルーホール２０１ａ、２０１ｂを介して電流測定用抵抗体２２１と電流測定用配線２２２が導通している。第１電極部２１１は電流測定用抵抗体２２１の一端側と導通し、第２電極部２３１は電流測定用抵抗体２２１の他端側と導通しているため、電流測定用抵抗体２２１では一端側と他端側との間で電流が流れることとなる。
【００７０】
電流測定用配線２２２は、電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側と導通している。電流測定用配線２２２は、外部の配線と接続され、電流測定用電圧センサ１０１と接続されている。電流測定用電圧センサ１０１は、電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の２点間の電位差を測定し、信号を信号処理回路５１に出力するように構成されている。電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の２点間の抵抗値Ｒは既知であるものとする。
【００７１】
燃料電池１０での発電が行われている場合には、第１板状部材２００の各第１導電部２０１では、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極部２１１の板面に電流が流れる。そして、第１電極部２１１→第１スルーホール２０１ａ→電流測定用抵抗体２２１→第２スルーホール２０１b→第２電極部２３１の順に電流が流れ、第２電極部２３１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。このとき、電流測定用電圧センサ１０１で電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の電位差Ｖを測定する。電流測定用電圧センサ１０１で測定した電流測定用抵抗体２２１の一端側および他端側の電位差Ｖは、信号処理回路５１に出力される。
【００７２】
図５に示すように、本実施形態の第２板状部材３００は、配線パターン（図示略）が形成された２枚のプリント基板３１０、３２０を積層した板状の積層基板として構成されている。これら基板３１０、３２０は、一般的なガラスエポキシ基板を用いることができ、絶縁性接着剤を介在させてホットプレスにより一体化されている。
【００７３】
第２板状部材３００の第２導電部３０１は、第２板状部材３００における両外面に設けられた一対の電極部３１１、３２１を有している。一対の電極部３１１、３２１は、第２板状部材３００における両外面に設けられている。つまり、第２導電部３０１の一対の電極のうち、第１電極部３１１が第１基板３１０におけるセル１０ａに対向する面（図５の紙面奥側）に設けられ、第２電極部３２１が第２基板３２０におけるセル１０ａに対向する面（図５の紙面手前側）に設けられている。
【００７４】
第２導電部３０１における第１電極部３１１および第２電極部３２１は、各基板３１０、３２０を貫通するスルーホール３０１ａの内部に設けられた銅箔から構成される導電体を介して導通している。なお、第１電極部３１１と第２電極部３２１との間を導通させる構成は、スルーホール３０１ａ内の導電体に限らず、他の構成としてもよい。
【００７５】
また、本実施形態の第２板状部材３００の第２基板３２０における第２電極部３２１が設けられている側の反対側には、図示しない配線を介して、発振回路６０に接続される第２の交流印加部が設けられている。
【００７６】
次に、電流分布測定装置１００のセル電圧測定用電圧センサ１０２、発振回路６０、信号処理回路５１について図６、図７に基づいて説明する。図６は、電流分布測定装置の概略を示す概略構成図であり、図７は、電流分布測定装置における電流の流れを説明する説明図である。
【００７７】
セル電圧測定用電圧センサ１０２は、測定対象となるセル１０ａの両面（一対のセパレータ）の電位差（セル電圧）を検出するセル電圧検出手段を構成している。セル電圧測定用電圧センサ１０２の出力信号は、信号処理回路５１に入力されている。
【００７８】
発振回路６０は、第１導電部２０１の交流印加部と第２導電部３０１の交流印加部との間に交流電流を供給する交流電流供給手段である。本実施形態の発振回路６０は、一対の導電部２０１、３０１それぞれに異なる周波数の交流電流を供給するように構成されている。なお、本実施形態の発振回路６０は、交流電流量を調整可能に構成されている。この発振回路６０の交流電流量の調整は、信号処理回路５１にて行う。
【００７９】
ここで、図８の燃料電池１０の出力電圧と出力電流の関係を示すＩ−Ｖ特性図に示すように、燃料電池１０は、出力電流が大きい領域において、出力電流の増加に応じて出力電圧が大きく低下するといった特性がある。つまり、セル１０ａの出力電圧が低下している場合には、発振回路６０にて供給する交流電流量が大きいと、燃料電池１０の出力電圧がさらに低下する虞がある。
【００８０】
そのため、本実施形態では、発振回路６０から供給する交流電流量（振幅）は、セル電圧測定用電圧センサ１０２の出力信号の低下に応じて、発振回路６０にて供給する交流電流量を低下させるように構成されている。
【００８１】
本実施形態の発振回路６０は、燃料電池１０に接続された高電圧出力用ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示略）に電源ラインが接続され、当該高電圧出力用ＤＣ−ＤＣコンバータから給電されている。
【００８２】
信号処理回路５１は、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。信号処理回路５１は、電流測定用電圧センサ１０１の出力信号、セル電圧測定用電圧センサ１０２、発振回路６０にて供給する各周波数の交流電流量等に基づいて、各種演算処理を行い、演算結果を制御装置５０に出力可能に構成されている。
【００８３】
本実施形態の信号処理回路５１は、燃料電池１０に接続された低電圧出力用ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示略）に電源ラインが接続され、当該低電圧出力用ＤＣ−ＤＣコンバータから給電されている。つまり、本実施形態の発振回路６０および信号処理回路５１は、異なる電源ラインから給電されている。
【００８４】
本実施形態の信号処理回路５１では、第１導電部２０１を流れる電流を検出する電流検出処理、電流検出処理にて検出した電流検出値に含まれる交流成分から所定周波数の交流電流量を抽出する交流成分抽出処理、電流検出値を補正して電流値を演算する電流演算処理等を行う。なお、本実施形態では、信号処理回路５１の構成（ハードウェアおよびソフトウェア）のうち、電流検出手段として機能する構成を電流検出部５１ａとし、交流成分抽出手段として機能する構成を交流成分抽出部５１ｂとし、電流演算手段として機能する構成を電流演算部５１ｃとする。
【００８５】
具体的には、電流検出部５１ａでは、電流測定用電圧センサ１０１による測定電位差Ｖと、電流測定用抵抗体２２１の抵抗値Ｒとから、電流測定用抵抗体２２１に流れた電流Ｉ（＝Ｖ／Ｒ）、すなわち第１導電部２０１を流れる電流量を検出する。
【００８６】
また、交流成分抽出部５１ｂでは、第１導電部２０１の電流値に含まれる交流成分と直流成分とを分離すると共に、分離した交流成分から、発振回路６０で供給した交流電流の各周波数に対応する交流成分を抽出する。なお、交流成分抽出部５１ｂでは、発振回路６０で供給した交流電流の各周波数の全てに対応する交流成分を抽出する構成としてもよいが、電流検出部５１ａにて電流値を検出した第１導電部２０１の周囲を囲む第１導電部２０１に供給した交流電流の周波数に対応する交流成分だけを抽出する構成としてもよい。
【００８７】
ここで、交流成分と直流成分は、ＡＣ／ＤＣ分離回路等にて分離することができ、ＡＣ／ＤＣ分離回路で分離した交流成分から各周波数それぞれの交流成分は、バンドパスフィルタ回路等にて抽出することできる。
【００８８】
また、電流演算部５１ｃでは、電流検出部５１ａの各出力信号（電流検出値）に含まる回り込み電流（図７のセル１０ａ内に示す白抜き矢印参照）による影響を補正して、各測定対象部位に流れる電流を演算する。
【００８９】
ここで、回り込み電流による電流検出精度への影響ついて図９に基づいて説明する。図９は、回り込み電流による電流検出精度への影響を説明するための説明図であり、セル１０ａにおける隣接する２つの測定対象部位Ａ、Ｂおよびこれらに対応する各第１導電部２０１Ａ、２０１Ｂの等価回路図である。なお、説明の便宜上、図９では、測定対象部位Ａを流れる電流が、測定対象部位Ｂに回り込むものとしている。また、図９では、セル１０ａのセパレータ１０ｃにおける積層方向の抵抗をＲＡ、ＲＢで示し、面方向の抵抗をＲＣで示している。
【００９０】
図９に示すように、セル１０ａの測定対象部位Ａ、Ｂの膜電極接合体１０ｂを流れる電流ＩＡ、ＩＢ（実際に測定対象部位に流れる電流）は、セル１０ａのセパレータ１０ｃを流れる際に、電流ＩＡの一部ΔＩが、セル１０ａの面方向に流れて電流ＩＢと合流する。つまり、電流ＩＡの一部であるΔＩが回り込み電流となる。
【００９１】
この回り込み電流ΔＩの影響によって、当該測定対象部位Ａに対応する第１導電部２０１Ａにて検出される電流Ｉ´Ａが、実際に測定対象部位Ａにおける膜電極接合体１０ｂを流れる電流値よりも低くなる。
【００９２】
一方、測定対象部位Ｂに対応する第１導電部２０１Ｂにて検出される電流Ｉ´Ｂは、回り込み電流ΔＩの影響によって、実際に測定対象部位Ｂにおける膜電極接合体１０ｂを流れる電流値よりも高くなる。
【００９３】
このように、電流検出部５１ａの出力信号（電流検出値）は、実際に各測定対象部位に流れる（膜電極接合体１０ｂを流れる）電流値から乖離し、電流分布を精度よく測定できないこととなる。
【００９４】
次に、本実施形態の電流演算部５１ｃにて行う演算処理について説明する。本実施形態では、発振回路６０にて一対の導電部２０１、３０１それぞれに固有の周波数の交流電流を供給しているので、交流成分抽出部５１ｂにて抽出した各周波数の交流成分の交流電流量（振幅）に基づいて、各測定対象部位における回り込み電流の影響による交流電流量の変化を把握することができる。
【００９５】
例えば、図９に示す電流ＩＡに第１周波数ｆ１の交流電流を重畳させ、電流ＩＢに第２周波数ｆ２の交流電流を重畳させた場合には、当該測定対象部位Ｂに対応する第１導電部２０１Ｂにて検出される電流Ｉ´Ｂには、回り込み電流ΔＩの影響で、第１周波数ｆ１の交流電流に加えて第２周波数ｆ２の交流電流が含まれる。この場合、測定対象部位Ｂに対応する第１導電部２０１Ｂにて検出される電流Ｉ´Ｂから第１周波数ｆ１に対応する交流電流量と第２周波数ｆ２に対応する交流電流量とを分離して抽出することで、測定対象部位Ａから測定対象部位Ｂへと流れる回り込み電流の影響による交流電流量の変化を把握することができる。
【００９６】
燃料電池１０の発電時にセル１０ａ間を流れる電流（直流電流）における回り込み電流の影響による変化は、一対の導電部２０１、３０１に供給した交流電流における回り込み電流による変化と同等に変化すると考えられる。すなわち、一対の導電部２０１、３０１それぞれに供給した各周波数の交流電流量に対する電流検出部５１ａの出力信号から抽出した各周波数に対応する交流成分の交流電流量の比率は、実際にセル１０ａの各測定対象部位に流れる電流に対する電流検出部５１ａの出力信号それぞれに含まれる直流成分の直流電流量との比率とが同等となると考えられる。
【００９７】
そこで、本実施形態の電流演算部５１ｃでは、まず、一対の導電部２０１、３０１それぞれに供給した各周波数の交流電流量に対する電流検出部５１ａの出力信号から抽出した各周波数に対応する交流成分の交流電流量の比率を演算する。そして、当該演算によって得られた比率、および電流検出部５１ａの出力信号それぞれに含まれる直流成分の直流電流量に基づいて、実際にセル１０ａの各測定対象部位に流れる電流値（回り込み電流の影響を排除した電流値）を演算する。
【００９８】
上記構成に係る本実施形態の燃料電池システムの作動を、図１０のフローチャートにより説明する。図１０に示す制御フローは、車両起動スイッチ５０ａが投入（ＯＮ）されて、燃料電池１０の発電状態となるとスタートする。なお、図１０では、信号処理回路５１および制御装置５０にて行う制御処理を１つのフローチャートで示している。
【００９９】
車両が起動すると、フラグ、タイマ等の初期化処理がなされる（Ｓ１０）。そして、セル電圧測定用電圧センサ１０２にて測定対象となるセル１０ａのセル電圧を検出する（Ｓ２０）。なお、セル電圧測定用電圧センサ１０２にて検出したセル電圧は、信号処理回路５１に出力され、信号処理回路５１の記憶部に記憶される。
【０１００】
次に、セル電圧測定用電圧センサ１０２の出力信号に基づいて、信号処理回路５１にて発振回路６０から各一対の導電部２０１、３０１に供給する交流電流量（振幅）を決定する（Ｓ３０）。Ｓ３０での決定は、予めセル電圧と交流電流量とを関連付けた制御マップに基づいて行うことができる。なお、当該制御マップには、セル電圧の低下に伴い交流電流の電流量が低下するように、セル電圧と交流電流の電流量とが関連付けられている。
【０１０１】
そして、各一対の導電部２０１、３０１それぞれに異なる周波数、かつ、Ｓ３０にて決定した交流電流量（振幅）の交流電流を供給し（Ｓ４０）、第１導電部２０１を流れる電流値を検出する（Ｓ５０）。
【０１０２】
Ｓ５０の電流検出処理では、電流測定用電圧センサ１０１によって、第１スルーホール１０１ａと第２スルーホール１０１ｂとの二点間の電位差を測定する。そして、信号処理回路５１では、電流測定用電圧センサ１０１の出力信号（検出電位差）から、予め設定された抵抗体１２１の抵抗値を除する演算処理を行うことで、抵抗体１２１に流れた電流を検出する。
【０１０３】
次に、Ｓ５０の電流検出処理にて検出された電流検出値が所定の異常基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ６０）。ここで、異常基準値としては、予め設定された基準値に発振回路６０にて供給する交流電流量を加算した値を設定することができる。なお、本実施形態では、Ｓ６０の判定処理が、出力異常判定手段を構成している。
【０１０４】
Ｓ６０の判定処理の結果、電流検出処理にて検出された電流検出値が異常基準値以上でないと判定された場合（Ｓ６０：ＮＯ）には、電流検出処理にて検出された電流検出値から、発振回路６０で供給した交流電流の各周波数に対応する交流成分を抽出する（Ｓ７０）。なお、Ｓ７０の交流成分抽出処理では、電流検出処理にて検出された電流検出値から、直流成分についても抽出する。
【０１０５】
そして、Ｓ４０で一対の導電部２０１、３０１に供給した各周波数の交流電流量に対するＳ７０にて抽出した各周波数に対応する交流成分の交流電流量の比率、およびＳ７０にて抽出した直流成分の直流電流量に基づいて、実際にセル１０ａの各測定対象部位に流れる電流を演算する（Ｓ８０）。
【０１０６】
次に、Ｓ８０にて演算した電流値に基づいて、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の作動状態を決定し、当該作動状態が得られるように制御装置５０から各種電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される（Ｓ１００）。
【０１０７】
そして、燃料電池１０の運転を終了するか否かを判定する（Ｓ１００）。この判定処理では、車両起動スイッチ５０ａがオフされたか否かを判定すればよい。この結果、燃料電池１０の運転を終了すると判定された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）には、各種制御処理を終了する。一方、燃料電池１０の運転を終了しないと判定された場合（Ｓ１００：ＮＯ）には、Ｓ２０の処理に戻る。
【０１０８】
また、上述したＳ６０の判定処理の結果、電流検出処理にて検出された電流検出値が異常基準値以上であると判定された場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）には、警告手段５０ｂによって、電流検出値が異常基準値以上であることを乗員に警告する（Ｓ１１０）。そして、各種制御処理を強制終了する。つまり、Ｓ８０にて演算した電流値に基づいて各種電気式アクチュエータを制御することを禁止することとなる。
【０１０９】
ここで、電流検出処理にて検出された電流検出値が異常基準値以上となる要因、すなわち、回り込み電流が著しく多くなる要因の１つとして、第１、第２板状部材２００、３００とセル１０ａとの間の一部の接触不良が考えられる。
【０１１０】
このため、電流検出処理にて検出された電流検出値が異常基準値以上となる場合の異常時対応方法としては、燃料電池１０での発電を停止した後、燃料電池１０の積層方向の締付荷重を増加させるようにすればよい。
【０１１１】
これによれば、燃料電池（１０）の積層方向の締付荷重を増加させるので、第１、第２板状部材２００、３００とセル１０ａとの間の一部の接触不良を解消し、電流検出処理にて検出された電流検出値の異常状態から復旧することが可能となる。
【０１１２】
以上説明した本実施形態の構成によれば、第１板状部材２００および第２板状部材３００に形成された一対の導電部２０１、３０１それぞれに異なる周波数の交流電流を供給し、電流検出部５１ａの出力信号から各周波数に対応する交流成分（振幅）を抽出することで、各第１導電部２０１における回り込み電流による交流電流量の変化を把握することができる。
【０１１３】
これにより、一対の導電部２０１、３０１それぞれに供給した各周波数の交流電流量に対する電流検出部５１ａの出力信号から抽出した各周波数の交流電流量の比率、および電流検出部５１ａの出力信号それぞれに含まれる直流電流量に基づいて、セル１０ａの各測定対象部位に流れる電流（回り込み電流の影響を排除した電流）を演算することができる。
【０１１４】
従って、セル１０ａにおける所定の測定対象部位に流れる電流を測定する場合に、他の測定対象部位から流れ込む回り込み電流の影響を補正することができるので、セル１０ａの各測定対象部位に電流分布を精度よく測定することが可能となる。
【０１１５】
また、本実施形態では、第１板状部材２００および第２板状部材３００それぞれをプリント基板の積層体で構成しているので、電流分布測定装置１００の厚みを薄くすることができるので、燃料電池１０の熱容量の増加を抑制することができる。なお、第１板状部材２００および第２板状部材３００それぞれをプリント基板の積層体で構成することが好ましいが、第１板状部材２００および第２板状部材３００のうち一方をプリント基板の積層体で構成してもよい。これによっても、電流分布測定装置１００の厚みを薄くすることができる。
【０１１６】
また、本実施形態では、セル電圧測定用電圧センサ１０２の電圧検出値の低下に応じて、一対の導電部２０１、３０１に供給する交流電流量を低下させているので、一対の導電部２０１、３０１に交流電流を供給することに起因して、燃料電池１０の出力電圧が低下することを抑制することが可能となる。
【０１１７】
また、本実施形態では、電流検出部５１ａの出力信号が異常であるか否かを判定することができるので、燃料電池１０の異常を検出することが可能となる。ひいては、燃料電池システムの信頼性の向上を図ることができる。
【０１１８】
さらに、本実施形態では、電流検出部５１ａの電流検出値が異常である場合に、電流分布測定装置１００にて演算した電流値に基づく燃料電池１０の発電状態の制御を禁止しているので、燃料電池１０を適切に保護することが可能となる。
【０１１９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１１〜図１４に基づいて説明する。図１１は、本実施形態に係る電流分布測定装置１００の概略構成図である。なお、図１１は、第１実施形態の図７に対応している。
【０１２０】
本実施形態では、電流分布測定装置１００にてセル１０ａの局所的なインピーダンスを演算するインピーダンス演算部５１ｄを備える点が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違している部分について主に説明する。
【０１２１】
本実施形態の信号処理回路５１は、インピーダンス演算部５１ｄを備えている。このインピーダンス演算部５１ｄは、電流検出部５１ａにて検出した各第１導電部２０１を流れる電流検出値の交流成分と、セル電圧測定用電圧センサ１０２の電圧検出値の交流成分を用いて、セル１０ａの局所的なインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段として機能する。
【０１２２】
次に、セル１０ａの局所的なインピーダンスの測定方法について簡単に説明すると、本実施形態では、発振回路６０にて第１導電部２０１と第２導電部３０１との間に所定周波数の交流電流を供給しているので、電流検出部５１ａの各出力信号（電流検出値）およびセル電圧測定用電圧センサ１０２の各出力信号（電圧検出値）には、所定周波数の正弦波が重畳される。
【０１２３】
このため、信号処理回路５１のインピーダンス演算部５１ｄでは、電流検出部５１ａの出力信号の交流成分と、セル電圧測定用電圧センサ１０２の各出力信号の交流成分を用いて、セル１０ａの局所的なインピーダンスを演算する。
【０１２４】
ここで、図１２は、セル１０ａの内部水分量と内部抵抗との関係を示している。図１２に示すように、セル１０ａの内部水分量と内部抵抗とは相関関係がある。すなわち、セル１０ａ内の水分が不足すると電解質膜の水分量が減少し、電解質膜の導電率が低下する。この結果、電解質膜の抵抗が増大することとなる。従って、電解質膜の抵抗値が第１の所定抵抗値を超えている場合には電解質膜の水分量が不足していると判断することができる。また、水分が過剰になると電極の反応抵抗が増加する。このため、電極の反応抵抗が第２の所定抵抗値を超えている場合には、電解質膜の水分過剰と判断することができる。それら以外の場合には電解質膜の水分量が適正であると判断することができる。
【０１２５】
ところで、セル１０ａの電圧降下は、（１）電気化学反応による反応抵抗、（２）セル１０ａの電解質膜抵抗によって生じる。従って、これらの中から反応抵抗と電解質膜抵抗を測定することで、燃料電池の水分量を検出することが可能となる。
【０１２６】
次に、図１３、図１４に基づいて、反応抵抗と電解質膜抵抗の測定方法について説明する。図１３はセル１０ａの等価回路を示している。図１３の等価回路におけるＲ１は電解質膜の抵抗に相当し、Ｒ２は反応抵抗に相当している。図１３の等価回路に所定の周波数を有する正弦波電流を印加した場合、電流の変化に対して電圧の応答が遅れる。
【０１２７】
図１４は、図１４の回路に高周波から低周波までの正弦波電流を印加した場合のセル１０ａのインピーダンスを複素平面上に表示したものである。印加する正弦波電流の周波数が無限に大きい場合（ω＝∞）のインピーダンスは、図１４におけるＲ１となる。また、正弦波電流の周波数が非常に小さい場合（ω＝０）のインピーダンスは、Ｒ１＋Ｒ２となる。高周波から低周波の間で周波数を変化させたときのインピーダンスは、図１４に示すような半円を描く。
【０１２８】
これらによれば、セル１０ａにおける電解質膜の水分が不足し易い部位（例えば、セル１０ａにおける水素入口部付近）に対応する一対の導電部２０１、３０１に供給する交流電流の周波数を高周波に設定して当該部位のインピーダンスを検出することで、電解質膜の抵抗に相当する抵抗Ｒ１の変化を把握することができる。すなわち、セル１０ａにおける電解質膜の水分が不足し易い部位における電解質膜の水分量が不足しているか否かを判断することができる。
【０１２９】
一方、セル１０ａにおける水分が過剰となり易い部位（例えば、セル１０ａにおける空気出口部付近）に対応する一対の導電部２０１、３０１に供給する交流電流の周波数を低周波に設定して当該部位のインピーダンスを検出することで、電解質膜の抵抗および反応抵抗に相当する抵抗Ｒ１＋Ｒ２の変化を把握することができる。なお、電解質膜の抵抗Ｒ１は、電解質膜の水分量が過剰となってもほとんど変化しないため、実質的には、反応抵抗Ｒ２の変化を把握することができる。すなわち、セル１０ａにおける水分が過剰となり易い部位において、水分量が過剰となり反応抵抗が増大しているか否かを判断することができる。
【０１３０】
以上の構成により、セル１０ａ面内における局所的なインピーダンスを測定することができ、セル１０ａ面内における局所的な内部水分量を把握することができる。また、本実施形態では、セル１０ａ面内の全体で局所インピーダンスを測定することが可能であるため、セル１０ａ面内の内部水分量の分布も把握可能となる。
【０１３１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１５に基づいて説明する。図１５は、本実施形態の電流分布測定装置１００を説明するための説明図である。図１５は、本実施形態の電流分布測定装置１００の斜視図であり、図１６は、本実施形態の電流分布測定装置１００の概略構成図である。なお、図１５は、第１実施形態の図２に対応し、図１６は、第１実施形態の図７に対応している。
【０１３２】
本実施形態の電流分布測定装置１００は、セル１０ａの各測定対象部位に対応する各導電部２０１における電位と基準電位（例えば、グランド）との電位差を検出し、当該電位差に応じて、電流検出部５１ａの各出力信号（電流検出値）を補正する構成としている点が第１、第２実施形態と相違している。以下、第１、第２実施形態と相違している部分について主に説明する。
【０１３３】
まず、本実施形態の電流分布測定装置１００の概略構成を説明する。本実施形態の電流分布測定装置１００は、板状部材２００、電流測定用電圧センサ１０１、電位差測定用電圧センサ１０３、信号処理回路５１等を有して構成されている。板状部材２００は、第１実施形態の第１板状部材２００と同様の構成である。なお、本実施形態の電流分布測定装置１００では、第１実施形態の第２板状部材３００に相当する構成を有していない。
【０１３４】
電位差測定用電圧センサ１０３は、板状部材２００の導電部２０１における電位と、基準電位部６１の基準電位との電位差を、各導電部２０１それぞれで検出する電位差検出手段を構成している。なお、本実施形態の電位差測定用電圧センサ、１０３は、各導電部２０１における第１基板２１０の第１電極２１１における電位と、上述した基準電位との電位差を検出するように構成されている。なお、電位差測定用電圧センサ１０３にて検出した電位差は、信号処理回路５１に出力される。
【０１３５】
また、本実施形態の信号処理回路５１には、電位差測定用電圧センサ１０３の出力信号に応じて、電流検出部５１ａの各出力信号を補正する出力信号補正手段としての電流補正部５１ｅが設けられている。
【０１３６】
次に、本実施形態の電流分布測定装置１００における電流検出部５１ａの出力信号の補正方法について説明する。
【０１３７】
セル１０ａにおけるセパレータ１０ｃを流れる電流（面方向に流れる電流）は、基本的に、電位が高い部位から電位が低い部位へと流れ易いので、セル１０ａにおける各測定対象部位の電位の大小関係によって、セル１０ａの各測定対象部位間における回り込み電流の電流量を把握することができる。
【０１３８】
例えば、測定対象となるセル１０ａにおける所定の測定対象部位に対応する電位が、他の測定対象部位における電位に比較して大きい場合には、所定の測定対象部位から他の測定対象部位へと回り込み電流が流れ易くなると考えられる。
【０１３９】
一方、セル１０ａにおける所定の測定対象部位に対応する電位が、他の測定対象部位における電位に比較して小さい場合には、他の測定対象部位から所定の測定対象部位へと回り込み電流が流れ易くなると考えられる。
【０１４０】
このため、本実施形態の電流補正部５１ｅでは、各導電部２０１のうち、電位差測定用電圧センサ１０３にて検出した電位差が予め設定された基準電位差よりも大きくなる導電部２０１の出力信号（電流検出値）に対して、所定の電流量を増やす補正を行う。なお、電流補正部５１ｅでは、基準電位差に対して電位差が大きいほど補正によって増やす補正量（電流量）を増加させるようになっている。
【０１４１】
また、電流補正部５１ｅでは、各導電部２０１のうち、電位差測定用電圧センサ１０３にて検出した電位差が基準電位差以下となる導電部２０１における出力信号（電流検出値）に対して、所定の電流量を減らす補正を行う。なお、電流補正部５１ｅでは、基準電位差に対して電位差が小さいほど補正よって減らす補正量（電流量）を増加させるようになっている。
【０１４２】
本実施形態の構成では、板状部材２００の各導電部２０１の電位と基準電位（例えば、グランド）との電位差を比較することによって、電流検出部５１ａの出力信号を補正している。このため、セル１０ａにおける所定の測定対象部位に流れる電流を測定する場合に、他の測定対象部位から流れ込む回り込み電流の影響を補正することができ、セル１０ａの各測定対象部位に流れる電流分布を精度よく測定することが可能となる。ここで、基準電位は、グランドだけではなく、例えば、水素極の電位を基準電位としてもよい。
【０１４３】
（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、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１４４】
（１）上記各実施形態の電流分布測定装置１００では、第１板状部材２００に設けた第１導電部２０１の電流測定用抵抗体２２１の抵抗値と、当該抵抗体２２１の両端の電圧値に基づいて各第１導電部２０１を流れる電流値を検出しているが、これに限定されない。第１導電部２０１を流れる電流を検出可能な構成であれば、他の構成を採用することができる。例えば、第１板状部材２００に複数の導電部を設け、当該導電部を通過する電流の磁気を検出することで、導電部２０１を流れる電流値を検出するようにしてもよい。
【０１４５】
（２）上記各実施形態では、制御装置５０と信号処理回路５１とを別体で構成したが、これに限定されず、制御装置５０と信号処理回路５１と一体に構成してもよい。
【０１４６】
（３）上記各実施形態では、一対の導電部２０１、３０１をマトリクス状に配置しているが、これに限定されず、例えば、セル１０ａの面内における空気の入口部付近や水素の出口部付近等といった所望の箇所に配置してもよい。
【０１４７】
（４）上記各実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用した例を説明したが、これに限定されず、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１０    燃料電池
１０ａ  セル
１００  電流分布測定装置
１０２  セル電圧測定用電圧センサ（セル電圧検出手段）
１０３  電位差測定用電圧センサ（電位差検出手段）
２００  第１板状部材
２０１  第１導電部
３００  第２板状部材
３０１  第２導電部
５０    制御装置（発電制御手段）
５１    信号処理回路
５１ａ  電流検出部（電流検出手段）
５１ｂ  交流成分抽出部（交流成分抽出手段）
５１ｃ  電流演算部（電流演算手段）
５１ｄ  インピーダンス演算部（インピーダンス演算手段）
５１ｅ  電流補正部（出力信号補正手段）
６０    発振回路（交流電流供給手段）
Ｓ６０  出力異常判定処理（出力異常判定手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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