(57)【要約】【課題】  燃料電池の起動時に燃料電池の発電状態や燃料の供給状態を正確に診断することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  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を発生させる燃料電池１０と、燃料電池１０内における少なくとも１箇所の局所電流を測定する局所電流測定手段２０１、２０２と、燃料電池１０における局所電流測定手段２０１、２０２で局所電流が測定される部位の近傍の局所温度を測定する局所温度測定手段２０３と、局所電流測定手段２０１、２０２で測定された局所電流と、局所温度測定手段２０３で測定された局所温度とに基づいて、燃料電池１０の起動時における発電状態を診断する診断手段５０とを設ける。【選択図】        図１
2006107866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を発生させる燃料電池（１０）と、
前記燃料電池（１０）内における少なくとも１箇所の局所電流を測定する局所電流測定手段（２０１、２０２）と、
前記燃料電池（１０）における前記局所電流測定手段で局所電流が測定される部位の近傍の局所温度を測定する局所温度測定手段（２０３）と、
前記局所電流測定手段で測定された局所電流と、前記局所温度測定手段で測定された局所温度とに基づいて、前記燃料電池の起動時における発電状態を診断する診断手段（５０）とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記局所電流測定手段（２０１、２０２）は、前記燃料電池において燃料ガス不足が発生しやすい部位を測定するものであり、
前記診断手段（５０）は、前記燃料電池に対する燃料ガスの供給量が適正である場合の前記局所温度測定手段で測定される局所温度と前記局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、前記局所電流測定手段で測定した局所電流が、前記局所温度測定手段（２０３）で測定した局所温度に対応する局所電流値の下限値を下回った場合に、前記燃料電池で燃料ガス不足が発生していると診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記局所電流測定手段（２０１、２０２）は、前記燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、
前記診断手段（５０）は、前記燃料電池の発電状態が適正である場合の前記局所温度測定手段で測定される局所温度と前記局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、
前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、前記燃料電池の発電状態が異常であると診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、前記燃料電池の発電電流を低下させる前記発電電流制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、前記燃料電池に循環する冷却水流量を増加させる冷却水流量制御手段を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記局所電流測定手段（２０１、２０２）は、前記燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、
前記診断手段（５０）は、前記燃料電池の発電状態が適正である場合の前記局所温度測定手段で測定される局所温度と前記局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、前記燃料電池の発電状態が異常であると診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、前記燃料電池の発電電流を増大させる発電電流制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、前記燃料電池に循環する冷却水流量を減少させる冷却水流量制御手段を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記局所電流測定手段（２０１、２０２）は、前記燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、
前記診断手段（５０）は、前記燃料電池の発電状態が適正である場合の前記局所温度測定手段で測定される局所温度と前記局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、前記燃料電池の運転を停止させる際に、前記局所温度測定手段で測定した局所温度が所定温度を上回っており、かつ、前記局所電流測定手段で測定した局所電流が前記局所温度測定手段（２０３）で測定した局所温度に対応する局所電流値の基準範囲内である場合に、前記燃料電池を停止可能であると診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記局所電流測定手段は、前記燃料電池における複数部位の局所電流を測定するものであり、
前記燃料電池の総電流を測定する総電流測定手段（１７）を備え、
前記診断手段（５０）は、前記燃料電池の発電状態が適正である場合の前記燃料電池の総電流と前記燃料電池の複数部位の局所電流それぞれとの関係を予め設定し、前記燃料電池の暖機終了を診断するための基準温度を前記燃料電池の複数部位それぞれに対して設定しておくとともに、
前記局所温度測定手段で測定した前記燃料電池の複数部位における各局所温度が前記基準温度を上回っており、かつ、前記局所電流測定手段で測定した前記燃料電池の複数部位の局所温度のそれぞれが、前記総電流測定手段で測定した総電流に対する基準範囲内である場合に、前記燃料電池の暖機が終了したと診断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記局所温度測定手段で測定した局所温度に基づき、前記局所電流測定手段で測定した局所電流の温度特性を補償する温度補償手段（５０）を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記局所電流測定手段は、前記燃料電池における測定部位の電流によって発生する磁界を測定する磁気センサ（２０２）と、前記燃料電池における測定部位の電流によって発生する磁界をキャンセルする磁界キャンセル手段（２０５、２０６）と含んでいることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記局所電流測定手段は、前記磁気センサに前記温度測定手段が内蔵されていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機、或いは家庭用発電機に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の始動時においては、燃料電池が高効率で動作するため、燃料電池の発熱が小さい。このため、燃料電池の温度が上昇しにくく、発電により発生した水が液滴の状態で燃料電池内部に溜まりやすい。そこで、空気の供給量を発電に必要な空気量よりも大幅に増加させて供給する必要がある。この結果、空気供給機器の動力が増加し、燃料電池システムの効率が低下するため、燃料電池を急速に所定の温度まで昇温させて、燃料電池システムの効率低下を防止する必要がある。
【０００３】
燃料電池を早期に起動、昇温するためには、起動時に発電状態が活性化する部位を早期に確保し、その領域を広げていく必要がある。起動時に発電状態が活性な部位を早期に確保するためには、起動時から発電状態が比較的活性な部位を、熱暴走させることなく、かつ発電不足による発熱不足を発生させること無く、発電電流を増加させつつ昇温させる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、燃料電池を起動する際に、燃料電池において発電状態が活性化しやすい部位の局所電流値を測定し、この測定値に基づいて発電状態を診断することが考えられる。しかしながら、燃料電池の発電状態が適正である場合の局所電流値は温度によって変化するため、燃料電池の発電状態を正確に診断することができないという問題がある。
【０００５】
また、燃料電池の起動時においては、水素流路が空気で置換されてしまうため、水素出口近傍で水素不足が発生する。しかし、燃料電池の温度が低い起動状態においては、水素不足によって発電低下が発生しているのか、あるいは単なる温度低下による発電状態の不活性で発電低下が発生しているのか区別できないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の起動時に燃料電池の発電状態や燃料の供給状態を正確に診断することが可能な燃料電池システム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】
【０００７】
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の電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）内における少なくとも１箇所の局所電流を測定する局所電流測定手段（２０１、２０２）と、燃料電池（１０）における局所電流測定手段で局所電流が測定される部位の近傍の局所温度を測定する局所温度測定手段（２０３）と、局所電流測定手段で測定された局所電流と、局所温度測定手段で測定された局所温度とに基づいて、燃料電池の起動時における発電状態を診断する診断手段（５０）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このように、燃料電池の局所電流と温度を測定することで、起動時に燃料電池の温度が変化した場合にも燃料電池の局所電流に基づいて、燃料電池の発電状態や燃料の供給状態を正確に診断することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、局所電流測定手段（２０１、２０２）は、燃料電池において燃料ガス不足が発生しやすい部位を測定するものであり、診断手段（５０）は、燃料電池に対する燃料ガスの供給量が適正である場合の局所温度測定手段で測定される局所温度と局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、局所電流測定手段で測定した局所電流が、局所温度測定手段（２０３）で測定した局所温度に対応する局所電流値の下限値を下回った場合に、燃料電池で燃料ガス不足が発生していると診断することを特徴としている。これにより、燃料電池の燃料供給状態を正確に診断することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、局所電流測定手段（２０１、２０２）は、燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、診断手段（５０）は、燃料電池の発電状態が適正である場合の局所温度測定手段で測定される局所温度と局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、燃料電池の発電状態が異常であると診断することを特徴としている。これにより、暖機時に燃料電池の発電状態を正確に診断することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、燃料電池の発電電流を低下させる発電電流制御手段を備えることを特徴としている。これにより、燃料電池の発熱量を低下させ、燃料電池が熱暴走することを防止できる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の上限電流値を上回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の上限温度を上回った場合に、燃料電池に循環する冷却水流量を増加させる冷却水流量制御手段を備えることを特徴としている。これにより、燃料電池の温度を低下させ、燃料電池が熱暴走することを防止できる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明では、局所電流測定手段（２０１、２０２）は、燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、診断手段（５０）は、燃料電池の発電状態が適正である場合の局所温度測定手段で測定される局所温度と局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、燃料電池の発電状態が異常であると診断することを特徴としている。これにより、暖機時に燃料電池の発電状態を正確に診断することができる。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明では、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、燃料電池の発電電流を増大させる発電電流制御手段を備えることを特徴としている。これにより、燃料電池の発熱量を増加させ、燃料電池を早期に昇温させることができる。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明では、局所電流測定手段で測定した局所電流が所定の下限電流値を下回った場合、あるいは局所温度測定手段で測定した局所温度が所定の下限温度を下回った場合に、燃料電池に循環する冷却水流量を減少させる冷却水流量制御手段を備えることを特徴としている。これにより、燃料電池の温度を上昇させ、燃料電池を早期に昇温させることができる。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明では、局所電流測定手段（２０１、２０２）は、燃料電池（１０）に燃料ガスと酸化剤ガスを供給開始した場合に、燃料電池における発電電流が平均発電電流よりも大きくなる部位の電流を測定するものであり、診断手段（５０）は、燃料電池の発電状態が適正である場合の局所温度測定手段で測定される局所温度と局所電流測定手段で測定される局所電流との関係を予め設定しておくとともに、燃料電池の運転を停止させる際に、局所温度測定手段で測定した局所温度が所定温度を上回っており、かつ、局所電流測定手段で測定した局所電流が局所温度測定手段（２０３）で測定した局所温度に対応する局所電流値の基準範囲内である場合に、燃料電池を停止可能であると診断することを特徴としている。これにより、燃料電池内部が適正な湿潤状態で燃料電池を停止させることができ、燃料電池を速やかに起動させることができる。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明では、局所電流測定手段は、燃料電池における複数部位の局所電流を測定するものであり、燃料電池の総電流を測定する総電流測定手段（１７）を備え、診断手段（５０）は、燃料電池の発電状態が適正である場合の燃料電池の総電流と燃料電池の複数部位の局所電流それぞれとの関係を予め設定し、燃料電池の暖機終了を診断するための基準温度を燃料電池の複数部位それぞれに対して設定しておくとともに、局所温度測定手段で測定した燃料電池の複数部位における各局所温度が基準温度を上回っており、かつ、局所電流測定手段で測定した燃料電池の複数部位の局所温度のそれぞれが、総電流測定手段で測定した総電流に対する基準範囲内である場合に、燃料電池の暖機が終了したと診断することを特徴としている。これにより、燃料電池全体の発電状態を正確に診断することができ、暖機運転の終了を正確に診断することができる。
【００１８】
また、請求項１１に記載の発明では、局所温度測定手段で測定した局所温度に基づき、局所電流測定手段で測定した局所電流の温度特性を補償する温度補償手段（５０）を備えることを特徴としている。これにより、局所温度測定手段で測定した局所温度に基づいて、燃料電池の発電状態や燃料の供給状態をより正確に診断することが可能となる。
【００１９】
また、請求項１２に記載の発明では、局所電流測定手段は、燃料電池における測定部位の電流によって発生する磁界を測定する磁気センサ（２０２）と、燃料電池における測定部位の電流によって発生する磁界をキャンセルする磁界キャンセル手段（２０５、２０６）と含んでいることを特徴としている。これにより、局所電流測定手段は温度変化の影響を受けにくくなるので、局所温度測定手段で測定した局所温度に基づいて、燃料電池の発電状態や燃料の供給状態をより正確に診断することが可能となる。
【００２０】
また、請求項１３に記載の発明のように、局所電流測定手段は、磁気センサに温度測定手段が内蔵されているようにすることで、温度測定手段を独立して設置するためにスペースが不要となる。
【００２１】
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００２３】
図１は、本実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図であり、図２は電流測定装置２０を装着した燃料電池１０の斜視図であり、図３は燃料電池１０の側面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、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（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０は、車両走行用のモータジェネレータ１１、二次電池１２、補機２２、４２等の電気機器に電力を供給するように構成されている。
【００２５】
本実施形態の燃料電池１０は、固体高分子電解質膜型燃料電池であり、基本単位となるセル１００が多数積層され、且つ電気的に直列接続されている。図３に示すように、セル１００は、電解質膜の両側面に電極が配置されたＭＥＡ（Membrane  Electrode  Assembly：電解質・電極接合体）１１０と、このＭＥＡ１１０を挟持する空気側セパレータ１２０および水素側セパレータ１３０で構成されている。セパレータ１２０、１３０は、カーボン材または導電性金属よりなる板状部材からなる。
【００２６】
図２に示すように、燃料電池１０には空気および水素が供給される。図３に実線で示すように、空気側セパレータ１２０には、空気を流すための空気流路Ａが形成されており、空気流路Ａを介して酸素が各セル１００に対して並列に供給される。また、図３に一点鎖線で示すように、水素側セパレータ１３０には、水素を流すための水素流路Ｂが形成されており、水素流路Ｂを介して水素が各セル１００に対して並列に供給される。電解質膜は湿潤状態にしておく必要があるため、燃料電池１０に供給される空気と水素は、図示しない加湿器により加湿される。
【００２７】
燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。
（水素極側）  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（酸素極側）  ２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
図２に示すように、積層されたセル１００の両端には端子板１０１が配置されている。図２中の斜線で示すように、ある２つのセル１００間に電流測定装置２０が配置されている。電流測定装置２０については後述する。
【００２８】
燃料電池システムには、燃料電池１０の酸素極側に空気（酸化剤ガス）を供給するための空気供給経路２０ａと、燃料電池１０からの空気を排出するための空気排出経路２０ｂと、燃料電池１０の水素極側に水素（燃料ガス）を供給するための水素供給経路３０ａと、燃料電池１０からの未反応水素ガス等を排出するための水素排出経路３０ｂとが設けられている。
【００２９】
空気供給経路２０ａには、空気圧送用の送風機２１が設けられている。この送風機２１は電動モータ２２によって駆動される。空気排出経路２０ｂには、空気排出経路２０ｂを開閉する空気排出経路開閉弁２４が設けられている。燃料電池１０に空気を供給する際には、空気排出経路開閉弁２４を開弁するとともに、電動モータ２２によって送風機２１を駆動する。補機としての電動モータ２２は、インバータ２３を介して二次電池１２と接続されている。送風機２１、電動モータ２２は、後述の制御部５０とともに、本発明の酸化剤ガス供給制御手段に相当している。
【００３０】
空気供給経路２０ａと空気排出経路２０ｂには、加湿器２５が設けられている。この加湿器２５は、燃料電池１０から排出される湿った排気空気に含まれる水分を用いて送風機２１の吐出後の空気を加湿するものであり、これにより、燃料電池１０内の固体高分子電解質膜を水分を含んだ湿潤状態にして、発電運転時における電気化学反応が良好に行われるようにしている。
【００３１】
水素供給経路３０ａには、水素ガスが充填された水素ボンベ３１、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、および水素供給経路３０ａを開閉する水素供給経路開閉弁３３が設けられている。水素排出経路３０ｂには、水素排出経路３０ｂを開閉する水素排出経路開閉弁３４が設けられている。なお、水素ボンベ３１、水素調圧弁３２、水素供給経路開閉弁３３は、後述の制御部５０とともに、本発明の燃料ガス供給制御手段に相当している。
【００３２】
燃料電池１０に水素を供給する際には、水素供給経路開閉弁３３を開弁するとともに、水素調圧弁３２によって所望の水素圧力に調整する。水素排出経路３０ｂは、運転条件に応じて水素排出経路開閉弁３４によって開閉される。水素排出経路３０ｂは、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）、および酸素極から固体高分子電解質膜を通過して混入した窒素、酸素などを排出する。
【００３３】
燃料電池１０は発電に伴い熱を生じる。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０を冷却して作動温度が電気化学反応に適した温度（例えば８０℃程度）となるようにする冷却システム４０〜４４が設けられている。
【００３４】
冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４１、ウォータポンプ４１を駆動する電動モータ４２、ファン４４を備えたラジエータ４３が設けられている。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４３で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ４１による流量制御、およびファン４４による風量制御で、燃料電池１０の冷却量制御を行うことができる。補機としての電動モータ４２は、図示を省略しているが、送風機用電動モータ２２と同様、インバータを介して二次電池１２と接続されている。
【００３５】
燃料電池１０と二次電池１２との間は、双方向に電力を伝達可能なＤＣ−ＤＣコンバータ１３を介して電気的に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、燃料電池１０から二次電池１２、あるいは二次電池１２から燃料電池１０への、電力の流れをコントロールするものである。
【００３６】
燃料電池１０および二次電池１２とモータジェネレータ１１との間にインバータ１４が配置されている。このインバータ１４により、モータジェネレータ１１の機能、すなわち、電動機としての機能と発電機としての機能が切り換えられるようになっている。
【００３７】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とインバータ１４の作動により、例えば、急加速時などに急激に大きな電力が必要になった場合には、燃料電池１０からだけでなく二次電池１２からもモータジェネレータ１１に電力を供給することができる。また、燃料電池１０の発電時に余った電力や、モータジェネレータ１１によって回生された電力を、二次電池１２に蓄えることができる。
【００３８】
燃料電池システムには、各セル１００の電圧を検出するセルモニタ１５と、燃料電池１０の発電電流を検出する電流センサ１７が設けられている。なお、セルモニタ１５は本発明の電圧検出手段に相当し、電流センサ１７は本発明の総電流検出手段に相当している。
【００３９】
燃料電池システムには、制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部５０には、各種負荷からの要求電力信号、セルモニタ１５からの電圧信号、および電流センサ１７からの電流信号が入力される。また、制御部５０は、二次電池１２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、インバータ１４、２３、電動モータ２２、空気排出経路開閉弁２３、水素調圧弁３２、水素供給経路開閉弁３３、水素排出経路開閉弁３４、電動モータ４２、ファン４４等に制御信号を出力するように構成されている。なお、制御部５０は本発明の診断手段に相当している。
【００４０】
図４は電流測定装置２０の斜視図であり、図５は図４の電流測定装置２０の要部の正面図である。
【００４１】
図４および図５に示すように、電流測定装置２０は、導電性金属よりなる板状の導電体２００を備えている。導電体２００はセル１０（図２参照）間に挿入されることにより、導電体２００におけるセル積層方向の一方の端面および他方の端面はセル１０に接触するようになっている。導電体２００の一方の端面には、ロの字状の溝部２００１によって囲まれた直方体の柱状部２００２が形成され、この柱状部２００２の端面もセル１０に接触するようになっている。柱状部２００２には、温度センサ２０３を設置するための凹部２００３が形成されている。なお、図４に示す例では溝部２００１をロの字状とし、柱状部２００２を直方体状としたが、これに限らず、例えば溝部２００１を円状、柱状部２００２を円柱状のような他の形状にすることもできる。
【００４２】
溝部２００１には、柱状部２００２を囲むようにして鉄心２０１が配置され、図５に示すように、鉄心２０１の両端部間に磁気センサとしてのホール素子２０２が配置されている。鉄心２０１と磁気センサ２０２は、局所電流センサを構成している。また、凹部２００３には温度センサ２０４が配置されている。温度センサ２０４は、鉄心２０１とホール素子２０２とからなる局所電流センサの近傍の温度を検出するためのものである。なお、鉄心２０１とホール素子２０２とが本発明の局所電流測定手段に相当し、温度センサ２０３が本発明の局所温度測定手段に相当している。
【００４３】
導電体２００には、溝部２００１を外部とを連通させるように、ホール素子２０２および温度センサ２０３のリード線２０４を外部に取り出すための溝部２００４が形成されている。さらに導電体２００には、空気入口側通路２００５、空気出口側通路２００６、水素入口側通路２００７、水素出口側通路２００８が形成されている。
【００４４】
上記構成において、セル１０における柱状部２００３に対向する部位から放電される局所電流が柱状部２００３に流れると、その電流に比例した磁界が柱状部２００３の周囲に発生する。ホール素子２０２は、局所電流によって発生した磁界を検出し、電圧に変換する。したがって、鉄心２０１の磁界の強さをホール素子２０２にて測定することにより、柱状部２００２を流れる電流、ひいてはセル１０の局所電流を検出することができる。
【００４５】
図６は図３の右側から見た水素側セパレータ１３０の透視図である。図６に示すように、水素側セパレータ１３０は、水素入口部１３１および水素出口部１３２と、水素入口部１３１から水素出口部１３２に向かって水素を流すための水素流路溝１３３とを備えている。
【００４６】
図４で示した局所電流センサ２０１、２０２は、電流測定装置２０において、燃料電池１０の局所電流を測定したい部位に対応する部位に設けられる。本実施形態では、局所電流センサ２０１、２０２は、燃料電池１０内で水素不足が発生しやすい部位に設けられている。具体的には、局所電流センサ２０１、２０２は、電流測定装置２０において、水素出口部１３２近傍（図６で符号Ｃを付して示す部位）に対応する部位に設けられている。
【００４７】
図７は、燃料電池１０の発電状態と燃料電池１０の温度との関係を示している。図７に示すように、燃料電池１０の発電状態と燃料電池１０の温度とは相関関係があり、水素供給量が適正範囲にある場合の燃料電池１０の局所電流値の範囲は温度によって変化する。具体的には、燃料電池１０の温度が高くなるにしたがって、水素供給量が適正範囲にある場合の燃料電池１０の局所電流値が大きくなる。
【００４８】
本実施形態では、燃料電池温度が変化した場合における水素供給状態が適正なときの燃料電池１０の発電特性を測定し、燃料電池温度と、水素供給状態が適正範囲内である場合の適正な局所電流範囲とを関連づけたマップを作成し、これを制御部５０のＲＯＭに格納している。そして、制御部５０は、燃料電池１０の局所電流値が、燃料電池１０の温度で定まる水素供給量が適正範囲である場合の局所電流の下限値を下回っている場合に、燃料電池１０への水素供給量が不足していると診断する。
【００４９】
次に、本実施形態の燃料電池システムの燃料供給制御について図８に基づいて説明する。図８は、制御部５０がＲＯＭ等の格納されたプログラムにしたがって行う燃料供給制御の内容を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、局所電流センサ２０１、２０２にて燃料電池１０の局所電流を測定し（Ｓ１００）、温度センサ２０３で局所電流を測定した部位の近傍の温度を測定する（Ｓ１０１）。次に、測定温度における水素供給量が適正である場合の局所電流値の範囲を、ＲＯＭに格納されたマップから読み込む（Ｓ１０２）。
【００５１】
次に、測定局所電流値が局所電流値の下限値を下回っているか否かを判定する（Ｓ１０３）。この結果、測定局所電流値が下限値を下回っていないと判定された場合には、燃料電池１０への水素供給量が適正であると診断する（Ｓ１０４）。
【００５２】
一方、測定局所電流値が下限値を下回っていると判定された場合には、燃料電池１０への水素供給量が不足していると診断し（Ｓ１０５）、水素調圧弁３２の開度調整等を行うことにより燃料電池１０への水素供給量を増加させる（Ｓ１０６）。
【００５３】
以上のように、水素供給状態が適正なときの燃料電池１０の発電特性を測定して、温度に応じて水素供給状態が適正範囲内である場合の適正な局所電流範囲を予め定めておき、燃料電池内で水素不足が発生しやすい水素出口近傍の温度を局所電流を測定し、測定局所電流値が測定温度に基づく適正範囲を下回った場合に水素供給が不足していると判断することで、燃料電池１０への水素供給状態を正確に診断することができる。これにより、燃料電池１０の起動時に温度が変動して、燃料電池１０の発電状態が変化しても、正確に燃料電池１０に対する水素供給状態を診断することが可能となる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９〜図１１に基づいて説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５５】
図９は図３の右側から見た空気側セパレータ１２０の透視図である。図９に示すように、空気側セパレータ１２０は、空気入口部１２１および空気出口部１２２と、空気入口部１２１から空気出口部１２２に向かって空気を流すための空気流路溝１２３とを備えている。なお、空気流路溝１２３は本発明の酸化剤ガス流路に相当し、空気入口部１２１は本発明の酸化剤ガスの入口部に相当し、空気出口部１２２は本発明の酸化剤ガスの出口部に相当する。
【００５６】
本第２実施形態では、上記図５で示した局所電流センサ２０１、２０２および温度センサ２０３は、暖機を行う際に燃料電池１０内で温度が早期に上昇して発電状態が早期に活性化する部位に設けられている。ここで、「発電状態が早期に活性化する部位」とは、暖機運転時に燃料電池１０の平均発電電流値よりも発電電流値が大きくなる部位である。燃料電池１０内で発電状態が活性化しやすい部位は、水素と空気とが最初に出会う部位であると考えられる。本実施形態では、水素流路溝１３３（図６）と空気流路溝１２３（図９）が対向流になっているので、空気流路溝１２３の中央付近（図９で符号Ｄを付して示す部位）あるいは水素流路溝１３３の中央付近が水素と空気とが最初に出会う部位となる。そこで、本実施形態では、局所電流センサ２０１、２０２および温度センサ２０３を、電流測定装置２０における空気流路溝１２３の中央付近Ｄに対応する部位に設けられている。
【００５７】
図１０は、燃料電池１０の発電状態と燃料電池１０の温度との関係を示している。図１０に示すように、燃料電池１０の発電状態と燃料電池１０の温度とは相関関係があり、燃料電池１０の発電状態の適正範囲は温度によって変化する。具体的には、燃料電池１０の温度が高くなるにしたがって、燃料電池１０の発電状態が適正範囲である場合の局所電流値が大きくなる。
【００５８】
本第２実施形態では、燃料電池温度が変化した場合における燃料電池１０の発電特性を測定し、燃料電池温度と、燃料電池１０の発電状態が適正範囲内である場合の適正な局所電流範囲とを関連づけたマップを作成し、これを制御部５０のＲＯＭに格納している。
【００５９】
燃料電池１０の発電量が測定温度に対する適正範囲を上回った場合には、燃料電池１０の発熱量が大きくなりすぎ、そのまま動作させると急速温度が上昇して熱暴走の恐れがある。一方、燃料電池１０の発電量が測定温度に対する適正範囲を下回った場合には、燃料電池１０の発熱量が小さくなりすぎ、そのまま動作させると発電の活性状態が低下し、暖機に時間がかかる。
【００６０】
このため、本第２実施形態の制御部５０は、燃料電池１０の局所電流値が、燃料電池１０の温度で定まる燃料電池１０の発電状態が適正範囲である場合の局所電流の上限値を上回っている場合に、燃料電池１０の発熱量が過剰であると診断する。そして、燃料電池１０の局所電流値が、燃料電池１０の温度で定まる燃料電池１０の発電状態が適正範囲である場合の局所電流の下限値を下回っている場合に、燃料電池１０の発熱量が不足していると診断する。
【００６１】
次に、本第２実施形態の燃料電池システムの暖機運転時の温度制御について図１１に基づいて説明する。図１１は、制御部５０がＲＯＭ等の格納されたプログラムにしたがって行う温度制御の内容を示すフローチャートである。
【００６２】
まず、局所電流センサ２０１、２０２にて燃料電池１０の局所電流を測定し（Ｓ２００）、温度センサ２０３で局所電流を測定した部位の近傍の温度を測定する（Ｓ２０１）。次に、測定温度における燃料電池１０の発電状態が適正である場合の局所電流値の上限値と下限値を、ＲＯＭに格納されたマップから読み込む（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。
【００６３】
次に、測定局所電流値が上限電流値を上回っているか否か、または、測定温度が上限温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ２０４）。この結果、測定局所電流値が上限値を上回っていると判定された場合、あるいは測定温度が上限温度を上回っていると判定された場合には、燃料電池１０の発電量が過多であると診断する（Ｓ２０５）。
【００６４】
そして、燃料電池１０の温度を低下させる降温制御を行う（Ｓ２０６）。降温制御は、発電電流制御手段および冷却水流量制御手段としての制御部５０が、燃料電池１０の発電電流の低下あるいは冷却水流量の増加の少なくとも一方を行うことで実施できる。燃料電池１０の発電電流低下は、電動モータ１１等に二次電池１２から電力供給したり、燃料電池１０の発電電流が低下するように空気供給量を調整することで実現できる。これは発電制御手段としての制御部５０によって行われる。これにより、燃料電池１０の異常な昇温を抑えることができる。
【００６５】
一方、測定局所電流値が上限値を上回っておらず、測定温度が上限温度を上回っていないと判定された場合には、測定局所電流値が下限電流値を下回っているか否か、または、測定温度が下限温度を下回っているか否かを判定する（Ｓ２０７）。
【００６６】
この結果、測定局所電流値が下限電流値を下回っていると判定された場合、あるいは測定温度が下限温度を下回っていると判定された場合には、燃料電池１０の発電量が不足していると診断する（Ｓ２０８）。
【００６７】
そして、燃料電池１０の温度を上昇させる昇温制御を行う（Ｓ２０９）。昇温制御は、燃料電池１０の発電電流の増加あるいは冷却水流量の減少の少なくとも一方を行うことで実施できる。燃料電池１０の発電電流増加は、燃料電池１０から二次電池１２に電力供給したり、燃料電池１０の発電電流が増加するように空気供給量を調整することで実現できる。これにより、燃料電池１０の昇温を加速させることができ、暖機運転を早期に終了させることができる。
【００６８】
一方、測定局所電流値が下限値を下回っておらず、測定温度が下限温度を下回っていないと判定された場合には、燃料電池１０の発電量が適正であり、かつ、燃料電池１０の温度が適正であると診断する（Ｓ２１０）。
【００６９】
以上のように、燃料電池１０において発電が早期に活性化する部位、例えば空気流路溝１２３の中央付近Ｄに局所電流センサ２０１、２０２と温度センサ２０３を設置し、燃料電池１０が測定温度における適正な発電状態で動作しているかどうかを診断することで、熱暴走や発熱不足を防止しつつ、燃料電池１０の発電を活性化させることが可能となる。これにより、燃料電池１０の起動時に、比較的発電状態が活性な部位を、熱暴走させることなく、かつ発電不足による発熱不足を発生させることなく、燃料電池１０の発電電流を増加させて昇温させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、燃料電池１０の発電が早期に活性化する部位を燃料電池１０におけるガス流路の中央付近としたが、燃料電池１０のガス流路形状により発電状態が最も活性となる部位は異なることから、電流の測定部位は実際に燃料電池１０の電流分布を測定して最も活性となる部位に決定することが望ましい。例えば、水素と空気とが同一方向に並行して流れる場合には、水素と空気が最初に出会う部位は水素入口部１３１近傍（図６参照）と空気入口部１２１近傍（図９参照）であるので、これらの部位が最も活性となる部位となる。
【００７１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１２〜図１５に基づいて説明する。本第３実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７２】
本第３実施形態の電流測定装置２０は、燃料電池１０の異なる部位で電流および温度を測定するように構成されている。
【００７３】
図１２は図３の右側から見た空気側セパレータ１２０の透視図である。図１２に示すように、本第３実施形態では、燃料電池１０で発電状態が早期に活性化する部位である空気流路溝１２３の中央付近Ｄと、燃料電池１０で発電状態が活性化しにくい部位である空気出口１２２の近傍Ｅに対応する部位に局所電流センサ２０１、２０２および温度センサ２０３を設けている。ここで、「燃料電池１０で発電状態が活性化しにくい部位」とは、暖機運転時に燃料電池１０の平均発電電流値よりも発電電流値が小さくなる部位である。本実施形態では、空気流路溝１２３の中央付近Ｄを第１の測定部位とし、空気出口１２２の近傍Ｅを第２の測定部位とする。
【００７４】
図１３は、燃料電池１０の発電状態が適正である場合の局所電流と総電流との関係を示している。図１３に示すように、燃料電池１０の発電状態が適正である場合には、燃料電池１０の局所電流と燃料電池１０の総電流とが比例関係にある。
【００７５】
本実施形態では、発電状態が適正な場合の燃料電池１０の総電流と各測定部位における局所電流を測定し、燃料電池１０の総電流と局所電流とを関連づけたマップを作成して、これを制御部５０のＲＯＭに格納している。そして、制御部５０は、燃料電池１０の総電流に対する局所電流の適正範囲（上限値と下限値）を測定部位毎に設定し、燃料電池１０における複数箇所（本実施形態では２カ所）で測定した局所電流が総電流に対する適正範囲内でなければ、燃料電池１０の暖機運転が終了していないと診断する。
【００７６】
さらに本実施形態では、制御部５０は燃料電池１０の第１の測定部位および第２の測定部位に対する基準温度を設定し、各測定部位における温度が基準温度を超えていれば、燃料電池１０の局所電流値が適正範囲内であることと併せて、燃料電池１０の暖機運転が終了したと診断する。暖機運転時には第１の測定部位は、第２の測定部位より温度が高くなりやすいので、第１の測定部位に対する基準温度（第１の所定温度）は、第２の測定部位に対する基準温度（第２の所定温度）より高く設定されている。
【００７７】
次に、本第３実施形態の燃料電池システムの暖機運転時の終了診断制御について図１４に基づいて説明する。図１４は、制御部５０がＲＯＭ等の格納されたプログラムにしたがって行う暖機終了診断制御の内容を示すフローチャートである。
【００７８】
まず、燃料電池１０の第１の測定部位の局所電流と温度を測定し（Ｓ３００、Ｓ３０１）、燃料電池１０の第２の測定部位の局所電流と温度を測定する（Ｓ３０２、Ｓ３０３）。次に、第１の測定部位と第２の測定部位における燃料電池１０の総電流に対する局所電流値の適正範囲を、ＲＯＭに格納されたマップから読み込む（Ｓ３０４、Ｓ３０５）。
【００７９】
そして、第１の測定部位の局所電流が適正範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。この結果、第１の測定部位の局所電流が適正範囲内でないと判定された場合には、燃料電池１０は暖機運転中であると診断する（Ｓ３０７）。一方、第１の測定部位の局所電流が適正範囲内であると判定された場合には、第２の測定部位の局所電流が適正範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０８）。
【００８０】
この結果、第２の測定部位の局所電流が適正範囲内でないと判定された場合には、燃料電池１０は暖機運転中であると診断する（Ｓ３０９）。一方、第２の測定部位の局所電流が適正範囲内であると判定された場合には、第１の測定部位の温度が適正範囲であるか否か、すなわち第１の測定部位の温度が第１の所定温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ３１０）。
【００８１】
この結果、第１の測定部位の温度が第１の所定温度を上回っていないと判定された場合には、燃料電池１０は暖機運転中であると診断する（Ｓ３１１）。一方、第１の測定部位の温度が第１の所定温度を上回っていると判定された場合には、第２の測定部位の温度が適正範囲であるか否か、すなわち第２の測定部位の温度が第２の所定温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ３１２）。
【００８２】
この結果、第２の測定部位の温度が第２の所定温度を上回っていないと判定された場合には、燃料電池１０は暖機運転中であると診断する（Ｓ３１３）。一方、第２の測定部位の温度が第２の所定温度を上回っていると判定された場合には、燃料電池１０の暖機運転が終了したと診断する（Ｓ３１４）。
【００８３】
以上のように、燃料電池１０の複数箇所における局所電流が総電流に対する適正範囲内であり、かつ、燃料電池１０の複数箇所における温度が基準温度を上回っている場合に、燃料電池１０の暖機運転が終了したと診断することで、暖機運転終了を確実に判断することができる。
【００８４】
また、上述した本実施形態の暖機運転の終了診断において、さらに条件を付加することができる。図１５は、燃料電池１０の発電状態が適正である場合の燃料電池１０の電圧と総電流との関係を示している。図１５中の実線が基準となる電流−電圧特性である。燃料電池１０の電圧と総電流が、図１５に示す電流−電圧特性の関係を満たしていれば、燃料電池１０全体の発電状態が適正であると診断することができる。
【００８５】
本実施形態では、発電状態が適正な場合の燃料電池１０の総電流と電圧を関連づけた電流−電圧特性のマップを作成して、これを制御部５０のＲＯＭに格納する。そして、制御部５０は、電流センサ１７で測定した電流とセルモニタ１５で測定した電圧が図１５中の破線で示す電流−電圧特定の適正範囲内でない場合には、燃料電池１０の暖機運転が終了していないと診断する。
【００８６】
したがって、（１）燃料電池１０の複数箇所における局所電流が総電流に対する適正範囲内であること、（２）燃料電池１０の複数箇所における温度が基準温度を上回っていることに加え、（３）燃料電池１０の総電流と電圧との関係が電流−電圧特性の適正範囲内である場合に、燃料電池１０の暖機運転が終了したと診断する。これにより、燃料電池１０の暖機運転の終了をより正確に診断することが可能となる。
【００８７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１６、図１７に基づいて説明する。本第４実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８８】
燃料電池１０を起動させる際に、燃料電池１０内部に水滴が滞留している場合には、燃料電池１０の円滑な起動が妨げられる。また、燃料電池１０内部が乾燥しすぎている場合には、燃料電池１０の発電状態が活性化するのに時間がかかるため、燃料電池１０の円滑な起動が妨げられる。そこで、本第４実施形態では、燃料電池１０を運転停止する際に、燃料電池１０内部の水分状態を適正にしてから燃料電池１０を停止させる。
【００８９】
本第４実施形態の電流測定装置２０は、上記第２実施形態と同様、局所電流センサ２０１、２０２および温度センサ２０３は、暖機を行う際に燃料電池１０内で温度が早期に上昇して発電状態が早期に活性化する部位である空気流路溝１２３の中央付近（図９で符号Ｄを付して示す部位）に対応する部位に設けられている。
【００９０】
図１６は、燃料電池１０の局所電流値と温度との関係を示している。燃料電池１０内の湿潤状態と局所電流値との間には相関関係があり、燃料電池１０内の水分量が多いほど局所電流値が高くなる。図１６に示すように、燃料電池１０内の湿潤状態が適正である場合の局所電流値の適正範囲は、温度によって変化する。
【００９１】
本第４実施形態では、燃料電池温度が変化した場合における燃料電池１０の発電特性を測定し、燃料電池温度と、燃料電池１０の湿潤状態が適正範囲内である場合の適正な局所電流範囲とを関連づけたマップを作成し、これを制御部５０のＲＯＭに格納している。
【００９２】
本第４実施形態の制御部５０は、燃料電池１０を停止させる際に、燃料電池１０の温度が予め設定した所定温度以上で、かつ、燃料電池１０の局所電流値が、燃料電池１０の温度で定まる燃料電池１０の湿潤状態が適正である場合の局所電流の適正範囲内である場合に、燃料電池１０の停止を許可する。
【００９３】
次に、本第４実施形態の燃料電池システムの運転停止制御について図１７に基づいて説明する。図１７は、制御部５０がＲＯＭ等の格納されたプログラムにしたがって行う運転停止制御の内容を示すフローチャートである。
【００９４】
まず、燃料電池１０の局所電流および温度を測定し（Ｓ４００、Ｓ４０１）、測定温度における局所電流値の適正範囲（上限電流値と下限電流値）を、ＲＯＭに格納されたマップから読み込む（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。
【００９５】
次に、測定温度が適正範囲内であるか否か、すなわち測定温度が所定温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ４０４）。この結果、測定温度が所定温度を上回っていないと判定された場合には、燃料電池１０内に水滴が滞留して湿潤過剰であると診断し（Ｓ４０５）、乾燥制御を行う（Ｓ４０６）。乾燥制御は、冷却水流量制御手段としての制御部５０が、冷却水の流量を減少させて燃料電池１０の温度を上昇させ、燃料電池１０内の水分蒸発を促進することで行う。
【００９６】
一方、測定温度が所定温度を上回っていると判定された場合には、局所電流値が上限電流値を上回っているか否かを判定する（Ｓ４０７）、この結果、局所電流値が上限電流値を上回っていると判定された場合には、燃料電池１０が湿潤過剰であると診断し（Ｓ４０８）、乾燥制御を行う（Ｓ４０９）。乾燥制御は、冷却水流量制御手段あるいは加湿量制御手段としての制御部５０が、冷却水の流量減少または燃料電池１０に供給される空気への加湿量減少のいずれかあるいは双方を行うことで実施できる。
【００９７】
一方、局所電流値が上限電流値を上回っていないと判定された場合には、局所電流値が下限電流値を下回っているか否かを判定する（Ｓ４１０）。この結果、局所電流値が下限電流値を下回っていると判定された場合には、燃料電池１０が湿潤不足であると診断し（Ｓ４１１）、湿潤制御を行う（Ｓ４１２）。湿潤制御は、冷却水流量制御手段としての制御部５０が、冷却水の流量を増加させて燃料電池１０の温度を低下させ、燃料電池１０内の水分蒸発を抑制することで行う。
【００９８】
一方、局所電流値が下限電流値を下回っていないと判定された場合には、燃料電池１０内の乾燥状態（水分状態）が適正であると診断し（Ｓ４１３）、燃料電池１０の停止前処理を終了する（Ｓ４１４）。
【００９９】
以上のように、燃料電池１０において暖機時に早期に発電状態が活性化しやすい部位の局所電流値と温度を測定し、温度が所定温度を上回っており、かつ、燃料電池１０を停止させる際に、燃料電池１０内の湿潤状態に対応する局所電流値が温度を考慮した適正範囲内である場合に、燃料電池１０の停止を許可することで、燃料電池１０内の湿潤状態が適正な状態で燃料電池１０を停止させることができる。これにより、燃料電池１０を次回起動する際に、速やかに起動させることができる。
【０１００】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態の電流測定装置２０では、局所電流センサ２０１、２０２と別個に温度測定手段としての温度センサ２０３を設けたが、温度測定手段を以下の図１８に示すように構成することもできる。図１８は、電流測定装置２０の要部拡大図である。図１８に示す構成では、磁気センサ２０２の内部に温度センサを内蔵している。図１８に示すように、磁気センサ２０２の内部に温度センサを内蔵させることで、電流測定装置２０に温度センサを独立して設置するためにスペースが不要となる。
【０１０１】
また、燃料電池１０内で使用される局所電流センサは、使用環境が−４０℃〜百数十℃と広範な温度範囲で使用されるため、鉄心２０１や磁気センサ２０２の温度特性の影響を受けやすい。このため、制御部５０を、局所電流センサの近傍に配置した温度センサで測定した温度に基づいて、局所電流センサで発生する温度特性を補償する温度補償手段として構成することができる。このような構成により、燃料電池１０の温度が急激に変化する過程においても、正確に局所電流値を測定することが可能になる。
【０１０２】
さらに、図１９、図２０に示す構成でにすることができる。図１９、図２０は、それぞれ電流測定装置２０の要部拡大図である。
【０１０３】
図１９に示す構成では、鉄心２０１に巻き付けられたコイル２０５と、鉄心２０１に発生する磁界をキャンセルする駆動回路２０６が設けられており、局所電流センサがサーボ式の電流センサとして構成されている。駆動回路２０６にはコイル２０５から鉄心２０１に発生する磁界の磁束密度が入力し、駆動回路２０６は鉄心２０１で発生している磁界の磁束密度をゼロにさせる磁界をコイル２０５で発生させるように構成されている。このようなサーボ式の電流センサでは、磁気センサ２０２は磁束密度ゼロを測定することになるので、温度変化の影響を受けにくい。このため、局所電流センサ２０１、２０２の測定値に与える温度変化の影響を極力抑えることができる。なお、コイル２０５と駆動回路２０６が本発明の磁界キャンセル手段に相当している。
【０１０４】
図２０に示す構成では、鉄心２０１を２つのループ２０１ａ、２０１ｂを有する８の字状にして、２つのループ２０１ａ、２０１ｂが合流している部位に磁気センサ２０２を設ける。さらに、一方のループ２０１ｂの一部が導電体２００から露出するようにし、露出した部分に図１９で示したコイル２０５を設ける。コイル２０５は図示しない駆動回路に接続されている。この構成においては、第１のループ２０１ａで発生した磁界を磁気センサ２０２で測定し、コイル２０５により第２のループ２０１ｂで第１のループ２０１ａの磁界をキャンセルさせる磁界を発生させる。図２０の構成によれば、コイル２０５を導電体２００の内部に設ける必要がなく、搭載スペース等の関係からコイル２０５を電流測定装置２０の内部に設けることができない場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態の燃料電池の概念図である。
【図２】燃料電池の斜視図である。
【図３】燃料電池の側面図である。
【図４】電流測定装置の斜視図である。
【図５】電流測定装置の要部の正面図である。
【図６】水素側セパレータの透視図である。
【図７】燃料電池の発電状態と燃料電池の温度との関係を示す特性図である。
【図８】第１実施形態の燃料供給制御の内容を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の空気側セパレータの透視図である。
【図１０】燃料電池の発電状態と燃料電池の温度との関係を示す特性図である。
【図１１】第２実施形態の温度制御の内容を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の空気側セパレータの透視図である。
【図１３】燃料電池の発電状態が適正である場合の局所電流と総電流との関係を示す特性図である。
【図１４】第３実施形態の暖機終了診断制御の内容を示すフローチャートである。
【図１５】燃料電池の発電状態が適正である場合の燃料電池の電圧と総電流との関係を示す特性図である。
【図１６】第４実施形態の燃料電池の局所電流値と温度との関係を示す特性図である。
【図１７】第４実施形態の運転停止制御の内容を示すフローチャートである。
【図１８】電流測定装置の変形例の要部拡大図である。
【図１９】電流測定装置の変形例の要部拡大図である。
【図２０】電流測定装置の変形例の要部拡大図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…燃料電池、１５…セルモニタ、１７…電流センサ、２０…電流測定装置、５０…制御部、２０１…鉄心、２０２…磁気センサ、２０３…温度センサ。
【図１】
2006107866.tif 000003
【図２】
2006107866.tif 000004
【図３】
2006107866.tif 000005
【図４】
2006107866.tif 000006
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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