(57)【要約】【課題】簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池の局所電流を測定可能な局所電流測定装置、および簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池の作動状態を診断可能な燃料電池診断装置を提供する。【解決手段】セル２１の積層方向から見たときに、一部が燃料電池２０の外部に露出するとともに、残余の部位がセル２１の内部で燃料ガス側出口部近傍を含む領域（局所）を囲むように配置された水素側磁性材コア５１、並びに、残余の部位がセル２１の内部で酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域（局所）を囲むように配置された空気側磁性材コア５２を配置する。さらに、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２のうち燃料電池２０の外部に露出した部位で、各磁性材コア５１、５２に形成される磁界の強度を検出する磁気センサ５４ａ、５４ｂにより、各磁性材コア５１、５２に囲まれた領域を流れる局所電流を検出する。【選択図】図２
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【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発電するセル（２１）を複数枚積層した燃料電池（２０）の局所を流れる電流を測定する局所電流測定装置であって、
前記セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部が前記セル（２１）と重合するとともに、前記セル（２１）の所定領域を囲むように配置された磁性材料からなる磁性材コア（５１、５２）と、
前記磁性材コア（５１、５２）に形成される磁界の強さを検出する磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）とを備え、
前記磁性材コア（５１、５２）の一部は前記燃料電池（２０）の外部に露出しており、
前記磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）は、前記磁性材コア（５１、５２）のうち前記燃料電池（２０）の外部に露出した部位を通過する磁束により前記磁界の強さを検出することを特徴とする燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項２】
前記所定領域は、前記セル（２１）から前記燃料ガスを流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む領域であり、
前記磁性材コアとして、前記燃料ガス側出口部近傍を含む領域を囲むように配置される燃料ガス側磁性材コア（５１）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項３】
前記所定領域は、前記セル（２１）から前記酸化剤ガスを流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域であり、
前記磁性材コアとして、前記酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域を囲むように配置される酸化剤ガス側磁性材コア（５２）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項４】
前記磁性材コア（５１、５２）は、前記積層方向から見たときにコの字状に形成されているとともに、前記コの字状の開放端側の２つの先端部（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ）が前記燃料電池（２０）の外部に露出しており、
さらに、前記２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続して、前記２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）のうち一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）と他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）との間の磁束を通過させる磁性材料からなる集磁コア（５３ａ、５３ｂ）を備え、
前記磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）は、前記集磁コア（５３ａ、５３ｂ）に配置されて前記磁界の強さを検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項５】
前記磁性材コア（５１、５２）は、複数設けられており、
前記集磁コア（５３ａ、５３ｂ）は、複数の前記磁性材コア（５１、５２）における前記一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）と前記他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）との間を通過する磁束を集合させて通過させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項６】
前記集磁コア（５３ａ、５３ｂ）は、
前記積層方向に延びて、複数の前記磁性材コア（５１、５２）の前記一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続する第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）、
前記積層方向に延びて、複数の前記磁性材コア（５１、５２）の前記他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続する第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）、
および、前記第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）と前記第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）とを磁気的に接続する第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）を有し、
前記第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）の前記積層方向の幅寸法（Ｗ）は、前記第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）の前記積層方向の長さ寸法（Ｌ１）および前記第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）の前記積層方向の長さ寸法（Ｌ２）よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項７】
前記第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）は複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項８】
前記磁性材コア（５１、５２）と前記集磁コア（５３ａ、５３ｂ）とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項９】
前記磁性材コア（５１、５２）は、前記セル（２１）の積層方向から見たときに環状に形成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つに記載の燃料電池の局所電流測定装置。
【請求項１０】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電するセル（２１）を複数枚積層した燃料電池（２０）の作動状態を診断する燃料電池診断装置であって、
前記磁界の強さを検出する磁界強度検出手段（６６）と、
前記セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部が前記セル（２１）と重合するとともに、前記セル（２１）から前記燃料ガスを流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む第１の領域を囲むように配置された磁性材料からなる燃料ガス側磁性材コア（６１）と、
前記セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部が前記セル（２１）と重合するとともに、前記セル（２１）から前記酸化剤ガスを流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む第２の領域を囲むように配置された磁性材料からなる酸化剤ガス側磁性材コア（６２）と、
前記燃料ガス側磁性材コア（６１）と前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）との間の磁束を通過させる磁性材料からなる連結コア（６３）と、
前記磁界強度検出手段（６６）の検出値に基づいて前記燃料電池（２０）の作動状態を診断する診断手段（４０ｂ）と、を備え、
前記連結コア（６３）は、前記燃料ガス側磁性材コア（６１）からの磁束の向きと、前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）からの磁束の向きとが互いに逆方向となるように、前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれに磁気的に接続されており、
前記磁界強度検出手段（６６）は、前記連結コア（６３）に配置されて前記連結コア（６３）を通過する磁束により前記連結コア（６３）における前記磁界の強さを検出することを特徴とする燃料電池診断装置。
【請求項１１】
前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれは、前記積層方向から見たときに、一部が前記燃料電池（２０）の外部に露出しており、
前記連結コア（６３）は、前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）のうち、前記燃料電池（２０）の外部に露出した部位同士を磁気的に接続して構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池診断装置。
【請求項１２】
前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれは、複数枚の前記セル（２１）に配置されており、
前記積層方向に延びて、複数の前記燃料ガス側磁性材コア（６１）それぞれを磁気的に接続して、前記複数の燃料ガス側磁性材コア（６１）を通過する磁束を集合させて通過させる燃料ガス側集磁コア（６４）と、
前記積層方向に延びて、複数の前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれを磁気的に接続して、前記複数の酸化剤ガス側磁性材コア（６２）を通過する磁束を集合させて通過させる酸化剤ガス側集磁コア（６５）と、を備え、
前記連結コア（６３）は、前記燃料ガス側集磁コア（６４）および前記酸化剤ガス側集磁コア（６５）を介して、前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）のうち、前記燃料電池（２０）の外部に露出した部位同士を磁気的に接続して構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池診断装置。
【請求項１３】
前記燃料ガス側磁性材コア（６１）と前記燃料ガス側集磁コア（６４）とは、電気的に絶縁されており、
前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）と前記酸化剤ガス側集磁コア（６５）とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池診断装置。
【請求項１４】
前記診断手段（４０ｂ）は、
前記磁界強度検出手段（６６）の検出値に基づいて、前記燃料ガス側磁性材コア（６１）および前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における前記磁界の強さの大小を判定し、
前記燃料ガス側磁性材コア（６１）における前記磁界の強さが前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における前記磁界の強さよりも所定の第１基準値を超えて小さいと判定した場合に、前記燃料ガスが不足している状態と診断し、
前記酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における前記磁界の強さが前記燃料ガス側磁性材コア（６１）における前記磁界の強さよりも所定の第２基準値を超えて小さいと判定した場合に、前記酸化剤ガスが不足している状態と診断することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギを出力するセルを複数枚積層した燃料電池の局所を流れる電流を測定する局所電流測定装置、および燃料電池診断装置に関するもので、燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態といった燃料電池の作動状態の検知に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（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セルを複数枚積層することによって構成された燃料電池が知られている。
【０００３】
この種の燃料電池では、一部のセルが、燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはセル内が乾燥したドライアップ状態になってしまうと、当該セルが電気エネルギを出力できなくなってしまうだけでなく、当該セルが電気抵抗となって燃料電池全体としての発電量を著しく低下させてしまう。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、燃料電池の局所を流れる局所電流を磁気センサにて検出する電流測定装置を用いて、燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態といった燃料電池の作動状態を検知する手段が開示されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１の局所電流測定装置は、積層されたセル間に配置される板状の導電体に溝を形成し、この溝に囲まれるように配置されてセルの局所部位に接触する柱状部、および、この柱状部の周囲に発生した磁界の強さを測定する磁気センサを有して構成されている。
【０００６】
また、特許文献２には、発電中の燃料電池の外部に、燃料電池によって生じる磁界の密度を測定する複数の磁界密度測定用のセンサを配置し、これらのセンサの測定値を用いて燃料電池内の電流密度分布を決定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１２３１６２号公報
【特許文献２】特表２００４−５００６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１に記載されているように、燃料電池の局所電流を測定することで、燃料電池の作動状態を検知することが可能となる。しかしながら、特許文献１の局所電流測定装置では、積層されたセル間に配置される導電体の内部、すなわち燃料電池の内部に柱状部および磁気センサを設ける必要があり、磁気センサの出力信号を取り出すための電気配線が複雑化しやすい。
【０００９】
また、特許文献２の方法を用いて、燃料電池内の電流密度分布を決定し、燃料電池内のどの部位の電流密度が相対的に低くなっているかを判断すれば、局所電流を測定することと同様に、燃料電池の作動状態を検知することができる。
【００１０】
しかしながら、複数枚のセルを積層して構成された燃料電池において、一部のセルが燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態になったとしても、燃料電池の外部における磁界変化の差は極めて小さい。このため、燃料電池の作動状態を誤検知してしまうおそれがある。例えば、車両に搭載される燃料電池では他の車載機器の作動によって生じる磁界の影響を受けやすく、特許文献２の方法では燃料電池の作動状態を誤検知しやすい。
【００１１】
上記点に鑑み、本発明は、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池の局所電流を測定可能な局所電流測定装置を提供することを第１の目的とし、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池の作動状態を診断可能な燃料電池診断装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記第１の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発電するセル（２１）を複数枚積層した燃料電池（２０）の局所を流れる電流を測定する局所電流測定装置であって、
セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部がセル（２１）と重合するとともに、セル（２１）の所定領域を囲むように配置された磁性材料からなる磁性材コア（５１、５２）と、磁性材コア（５１、５２）に形成される磁界の強さを検出する磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）とを備え、磁性材コア（５１、５２）の一部は燃料電池（２０）の外部に露出しており、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）は、磁性材コア（５１、５２）のうち燃料電池（２０）の外部に露出した部位を通過する磁束により磁界の強さを検出することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、磁性材コア（５１、５２）によって囲まれた所定領域に電流が流れると、その電流に対応する磁界が磁性材コア（５１、５２）に発生する。従って、発生した磁界の強さを検出する磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）の検出値から、所定領域、すなわち燃料電池（２０）の局所を流れる電流を測定することができる。
【００１４】
この際、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）が、磁性材コア（５１、５２）のうち燃料電池（２０）の外部に露出した部位を通過する磁束により磁界の強さを検出するので、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）を燃料電池（２０）の外部に配置して、その出力を容易に取り出すことができる。従って、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）を積層されたセル（２１）間に配置する場合に対して、局所電流測定装置の構成を簡素な構成とすることができる。
【００１５】
さらに、セル（２１）の積層方向から見たときに、磁性材コア（５１、５２）の少なくとも一部がセル（２１）と重合するように配置されているので、磁性材コア（５１、５２）の全体がセル（２１）の外部に配置されている場合に対して、磁性材コア（５１、５２）に形成される磁界が強くなる。従って、高い精度で燃料電池の局所電流を測定することができる。
【００１６】
その結果、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池（２０）の局所電流を測定可能な局所電流測定装置を提供することができる。なお、本請求項における「所定領域を囲む」とは、所定領域の全周囲を囲むことのみを意味するものではなく、所定領域の一部を囲む意味も含むものである。
【００１７】
さらに、上記特徴を有する燃料電池の局所電流測定装置において、所定領域として、燃料ガス不足状態となった際に電流が変化する領域や酸化剤ガス不足状態となった際に電流が変化する領域等を選定しておくことで、燃料電池の作動状態を簡素な構成で、かつ、高い精度で検知することが可能となる。
【００１８】
具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の燃料電池の局所電流測定装置において、所定領域は、セル（２１）から燃料ガスを流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む領域であり、磁性材コアとして、燃料ガス側出口部近傍を含む領域を囲むように配置される燃料ガス側磁性材コア（５１）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
燃料ガス側出口部近傍の領域では、燃料ガス不足状態となった際に局所電流が低下する。従って、所定領域を燃料ガス側出口部近傍を含む領域とすることで、燃料電池（２０）が燃料ガス不足状態となっていることを検知することができる。
【００２０】
さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の燃料電池の局所電流測定装置において、所定領域は、セル（２１）から酸化剤ガスを流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域であり、磁性材コアとして、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域を囲むように配置される酸化剤ガス側磁性材コア（５２）が設けられていてもよい。
【００２１】
酸化剤ガス側出口部近傍の領域では、酸化剤ガス不足状態となった際に局所電流が低下する。従って、所定領域を酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域とすることで、燃料電池（２０）が酸化剤ガス不足状態となっていることを検知することができる。
【００２２】
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つに記載の燃料電池の局所電流測定装置において、磁性材コア（５１、５２）は、積層方向から見たときにコの字状に形成されているとともに、コの字状の開放端側の２つの先端部（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ）が燃料電池（２０）の外部に露出しており、さらに、２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続して、２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）のうち一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）と他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）との間の磁束を通過させる磁性材料からなる集磁コア（５３ａ、５３ｂ）を備え、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）は、集磁コア（５３ａ、５３ｂ）にて磁界の強さを検出することを特徴とする。
【００２３】
これによれば、２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続する集磁コア（５３ａ、５３ｂ）を任意の形状とすることができ、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）の出力をより一層容易に取り出すことができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の燃料電池の局所電流測定装置において、磁性材コア（５１、５２）は、複数設けられており、集磁コア（５３ａ、５３ｂ）は、複数の磁性材コア（５１、５２）における一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）と他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）との間を通過する磁束を集合させて通過させることを特徴とする。
【００２５】
これによれば、集磁コア（５３ａ、５３ｂ）が、複数の磁性材コア（５１、５２）における２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）間の磁束を集合させて通過させるので、１つの磁性材コア（５１、５２）における２つの先端部（５１ａ…５２ｂ）間の磁束のみを通過させる場合に対して、集磁コア（５３ａ、５３ｂ）を通過する磁束量を増加させることができる。従って、より一層高い精度で燃料電池（２０）の局所電流を測定することができる。
【００２６】
具体的に、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の燃料電池の局所電流測定装置において、集磁コア（５３ａ、５３ｂ）は、積層方向に延びて、複数の磁性材コア（５１、５２）の一方の先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続する第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）、積層方向に延びて、複数の磁性材コア（５１、５２）の他方の先端部（５１ａ…５２ｂ）同士を磁気的に接続する第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）、および、第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）と第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）とを磁気的に接続する第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）を有し、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）の積層方向の幅寸法（Ｗ）は、第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）の積層方向の長さ寸法（Ｌ１）および第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）の前記積層方向の長さ寸法（Ｌ２）よりも短いことを特徴とする。
【００２７】
これによれば、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）の積層方向の幅寸法（Ｗ）が、第１帯状部（５３１ａ、５３１ｂ）および第２帯状部（５３２ａ、５３２ｂ）の積層方向の長さ寸法（Ｌ１、Ｌ２）よりも短くなっているので、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）を通過する磁束量を増加させることができる。
【００２８】
さらに、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の燃料電池の局所電流測定装置において、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）は複数設けられていてもよい。これによれば、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）を通過する磁束を適切に複数に分配して、第３帯状部（５３３ａ、５３３ｂ）にて磁気飽和が生じてしまうことを回避できる。
【００２９】
請求項８に記載の発明では、請求項４ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池の局所電流測定装置において、磁性材コア（５１、５２）と集磁コア（５３ａ、５３ｂ）とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする。これにより、燃料電池（２０）全体として流れる電流が集磁コア（５３ａ、５３ｂ）にて短絡してしまうことを防止できる。
【００３０】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池の局所電流測定装置において、磁性材コア（５１、５２）は、セル（２１）の積層方向から見たときに環状に形成されていることを特徴とする。
【００３１】
これによれば、磁界強度検出手段（５４ａ、５４ｂ）が、磁性材コア（５１、５２）のうち燃料電池（２０）の外部に露出した部位にて、直接、磁性材コア（５１、５２）に形成される磁界の強さを検出することができる。
【００３２】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項１０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発電するセル（２１）を複数枚積層した燃料電池（２０）の作動状態を診断する燃料電池診断装置であって、磁界の強さを検出する磁界強度検出手段（６６）と、セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部がセル（２１）と重合するとともに、セル（２１）から燃料ガスを流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む第１の領域を囲むように配置された磁性材料からなる燃料ガス側磁性材コア（６１）と、セル（２１）の積層方向から見たときに、少なくとも一部がセル（２１）と重合するとともに、セル（２１）から酸化剤ガスを流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む第２の領域を囲むように配置された磁性材料からなる酸化剤ガス側磁性材コア（６２）と、燃料ガス側磁性材コア（６１）と酸化剤ガス側磁性材コア（６２）との間の磁束を通過させる磁性材料からなる連結コア（６３）と、磁界強度検出手段（６６）の検出値に基づいて燃料電池（２０）の作動状態を診断する診断手段（４０ｂ）と、を備え、連結コア（６３）は、燃料ガス側磁性材コア（６１）からの磁束の向きと、酸化剤ガス側磁性材コア（６２）からの磁束の向きとが互いに逆方向となるように、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれに磁気的に接続されており、磁界強度検出手段（６６）は、連結コア（６３）に配置されて連結コア（６３）を通過する磁束により連結コア（６３）における磁界の強さを検出することを特徴とする。
【００３３】
これによると、連結コア（６３）では、燃料ガス側磁性材コア（６１）からの磁束の向きと酸化剤ガス側磁性材コア（６２）からの磁束の向きとが逆方向となるので、連結コア（６３）では、各磁性材コア（６１、６２）からの磁束が互いに打ち消し合うように作用する。
【００３４】
ここで、燃料電池（２０）における一部のセル（２１）が燃料ガス不足状態、または酸化剤ガス不足状態となると、燃料ガス側磁性材コア（６１）に生ずる磁界の強さと酸化剤ガス側磁性材コア（６２）に生ずる磁界の強さに偏りが生ずる。この場合、連結コア（６３）では、各磁性材コア（６１、６２）からの磁束が打ち消されず、各磁性材コア（６１、６２）の差分量となる磁束が通過する。
【００３５】
このため、連結コア（６３）における磁界の強さを磁界強度検出手段（６６）にて検出することで、燃料ガス側磁性材コア（６１）に生ずる磁界の強さと酸化剤ガス側磁性材コア（６２）に生ずる磁界の強さの偏りを検出することができ、磁界強度検出手段（６６）の検出値に基づいて、燃料ガス不足状態または酸化剤ガス不足状態といった燃料電池（２０）の作動状態の診断を行うことが可能となる。
【００３６】
この際、磁界強度検出手段（６６）では、連結コア（６３）における磁界の強さを検出することで、燃料ガス側磁性材コア（６１）に生ずる磁界の強さと酸化剤ガス側磁性材コア（６２）の強さの偏りを検出することができるので、各磁性材コア（６１、６２）に対応して複数の磁界強度検出手段を設ける必要がない。従って、燃料電池診断装置の構成を簡素な構成とすることができる。
【００３７】
さらに、セル（２１）の積層方向から見たときに、磁性材コア（６１、６２）の少なくとも一部がセル（２１）と重合するように配置されているので、各磁性材コア（６１、６２）の全体がセル（２１）の外部に配置されている場合に対して、各磁性材コア（６１、６２）に形成される磁界が強くなる。従って、高い精度で燃料電池の作動状態を診断することができる。
【００３８】
その結果、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池（２０）の作動状態を診断可能な燃料電池診断装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の燃料電池診断装置において、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれは、積層方向から見たときに、一部が燃料電池（２０）の外部に露出しており、連結コア（６３）は、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）のうち、燃料電池（２０）の外部に露出した部位同士を磁気的に接続して構成されていることを特徴とする。
【００４０】
これによると、磁界強度検出手段（６６）では、各磁性材コア（６１、６２）のうち、燃料電池（２０）の外部に露出した部位同士を接続する連結コア（６３）を通過する磁束により磁界の強さを検出するので、磁界強度検出手段（６６）を燃料電池（２０）の外部に配置して、その出力を容易に取り出すことが可能となる。従って、磁界強度検出手段（６６）を積層されたセル（２１）間に配置する場合に比べて、燃料電池診断装置の構成を簡素な構成とすることができる。
【００４１】
また、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の燃料電池診断装置において、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれは、複数枚のセル（２１）に配置されており、積層方向に延びて、複数の燃料ガス側磁性材コア（６１）それぞれを磁気的に接続して、複数の燃料ガス側磁性材コア（６１）を通過する磁束を集合させて通過させる燃料ガス側集磁コア（６４）と、積層方向に延びて、複数の酸化剤ガス側磁性材コア（６２）それぞれを磁気的に接続して、複数の酸化剤ガス側磁性材コア（６２）を通過する磁束を集合させて通過させる酸化剤ガス側集磁コア（６５）と、を備え、連結コア（６３）は、燃料ガス側集磁コア（６４）および酸化剤ガス側集磁コア（６５）を介して、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）のうち、燃料電池（２０）の外部に露出した部位同士を磁気的に接続して構成されていることを特徴とする。
【００４２】
これによると、燃料ガス側集磁コア（６４）が複数の燃料ガス側磁性材コア（６１）間の磁束を集合させて通過させるとともに、酸化剤ガス側集磁コア（６５）が複数の酸化剤ガス側磁性材コア（６２）間の磁束を集合させて通過させるので、連結コア（６３）を通過する磁束量を増加させることができる。従って、より一層高い精度で燃料電池（２０）の作動状態を診断することが可能となる。
【００４３】
また、請求項１３に記載の発明では、請求項１２に記載の燃料電池診断装置において、燃料ガス側磁性材コア（６１）と燃料ガス側集磁コア（６４）とは、電気的に絶縁されており、酸化剤ガス側磁性材コア（６２）と酸化剤ガス側集磁コア（６５）とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする。これにより、燃料電池（２０）全体として流れる電流が各集磁コア（６４、６５）によって短絡してしまうことを防止することができる。
【００４４】
また、請求項１４に記載の発明のように、請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置において、診断手段（４０ｂ）では、磁界強度検出手段（６６）の検出値に基づいて、燃料ガス側磁性材コア（６１）および酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における磁界の強さの大小を判定し、燃料ガス側磁性材コア（６１）における磁界の強さが酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における磁界の強さよりも所定の第１基準値を超えて小さいと判定した場合に、燃料ガスが不足している状態と診断し、酸化剤ガス側磁性材コア（６２）における磁界の強さが燃料ガス側磁性材コア（６１）における磁界の強さよりも所定の第２基準値を超えて小さいと判定した場合に、酸化剤ガスが不足している状態と診断するようにしてもよい。
【００４５】
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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態の局所電流測定装置を適用した燃料電池の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の局所電流測定装置の要部を拡大した斜視図である。
【図３】第１実施形態のセル２１の積層方向断面図である。
【図４】図２のＡ部拡大図である。
【図５】第１実施形態の制御装置における制御処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の局所電流測定装置の要部を拡大した斜視図である。
【図７】第３実施形態の局所電流測定装置の要部を拡大した斜視図である。
【図８】第４実施形態の燃料電池診断装置を適用した燃料電池の全体構成図である。
【図９】第４実施形態の燃料電池診断装置の要部を拡大した斜視図である。
【図１０】図９のＢ部拡大図である。
【図１１】第４実施形態の燃料電池診断装置を積層方向から見た正面図である。
【図１２】第４実施形態の制御装置における制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】第５実施形態の燃料電池診断装置を積層方向から見た正面図である。
【図１４】第６実施形態の燃料電池診断装置の要部を拡大した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
（第１実施形態）
図１〜図５により、本発明に係る局所電流測定装置１０の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の局所電流測定装置１０を適用した燃料電池２０の模式的な全体構成図である。さらに、図１には、局所電流測定装置１０および燃料電池２０の電気的接続関係も図示している。まず、燃料電池２０は、電気自動車の一種である燃料電池車両に搭載されており、車両走行用の電動モータ、二次電池、車両用各種補機類等の電気負荷３０に電力を供給する。
【００４８】
この燃料電池２０は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（空気中の酸素）との電気化学反応を利用して電気エネルギを出力するもので、基本単位となる平板状の燃料電池セル２１（以下、単にセル２１と記載する。）が複数枚積層されて構成されている。これらの複数枚のセル２１は、電気的に直列に接続されている。なお、本実施形態では、燃料電池２０として固体高分子電解質型燃料電池を採用している。
【００４９】
また、直列に接続された複数枚のセル２１の両端側、すなわち燃料電池２０全体としてのセル２１の積層方向両端部には、燃料電池２０から出力された電気エネルギを取り出すための一対の集電板２１ａが配置されている。そして、この集電板２１ａに各種電気負荷３０が接続されている。
【００５０】
さらに、集電板２１ａには、燃料電池２０全体として出力される電圧を検出する電圧センサ３１、および、燃料電池２０全体として出力される電流を検出する電流センサ３２が接続されている。電圧センサ３１および電流センサ３２の検出信号は、後述する制御装置４０に入力される。これらの電圧センサ３１および電流センサ３２は、本実施形態の局所電流測定装置１０を構成するものである。
【００５１】
一対の集電板２１ａの一方には、水素入口、水素出口、空気入口、空気出口、並びに、燃料電池２０を冷却する冷却水の流入口および流出口（いずれも図示せず。）が設けられている。なお、冷却水は、燃料電池２０の内部を流れており、燃料電池２０の発電効率が一定以上となるように、発電中の燃料電池２０の温度を所定温度（本実施形態では、８０℃程度）に維持している。
【００５２】
また、各セル２１の間には、磁性材料（本実施形態では、パーマロイ）からなる磁性材コア５１、５２が配置されている。これらの各磁性材コア５１、５２は、本実施形態の局所電流測定装置１０を構成するものである。
【００５３】
次に、図２〜４を用いて、セル２１の詳細構成および磁性材コア５１、５２のセル２１に対する配置態様等を説明する。なお、図２は、燃料電池２０および局所電流測定装置１０の要部を拡大した斜視図であり、図３は、燃料電池２０のセル２１の積層方向断面図であり、図４は、図２のＡ部をセル２１の積層方向から見た拡大図である。
【００５４】
まず、セル２１の詳細構成を説明する。図３に示すように、セル２１は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）２２および膜電極接合体２２を両側から挟み込む一対のセパレータ２３を有して構成されている。
【００５５】
膜電極接合体２２は、固体高分子膜からなる電解質膜２２１、電解質膜２２１の水素極側の面に密着して配置されたアノード側触媒層２２２ａ、電解質膜２２１の空気極側の面に密着して配置されたカソード側触媒層２２２ｂ、アノード側触媒層２２２ａの外側に配置されたアノード側拡散層２２３ａ、および、カソード側触媒層２２２ｂの外側に配置されたカソード側拡散層２２３ｂによって形成されている。
【００５６】
より詳細には、各触媒層２２２ａ、２２２ｂは、カーボン担体に電気化学反応を促進する触媒（白金等）を担持させたカーボン担持白金触媒等で形成され、各拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）２２３ａ、２２３ｂは、導電体でかつ液体水分保持性能を有するカーボンクロス等で形成されている。
【００５７】
セパレータ２３は、膜電極接合体２２に電気的に接触した状態で、各セル２１同士を区画するとともに、各セル２１における空気流れ、水素流れ、および、冷却水の流れを分離するものである。セパレータ２３は、導電性に優れ、非磁性の金属（例えば、銅、チタン）にて、セル２１の積層方向から見たときに略矩形状に形成されている。
【００５８】
本実施形態では、セパレータ２３として、アノード側拡散層２２３ａの外側に配置される水素極側セパレータ２３ａ、および、カソード側拡散層２２３ｂの外側に配置される空気極側セパレータ２３ｂが設けられている。
【００５９】
アノード側拡散層２２３ａの外側面と水素極側セパレータ２３ａの内側面との間には水素が流れる水素流路２３１が形成されており、カソード側拡散層２２３ｂの外側面と空気極側セパレータ２３ｂの内側面との間には空気が流れる空気流路２３２が形成されている。また、図３に示すように、水素流路２３１における水素の流れ方向と空気流路２３２における空気の流れ方向は互いに対向している。
【００６０】
さらに、水素極側セパレータ２３ａの外側面には、溝部が形成されている。この溝部によって、セル２１が積層された際に、隣接するセル２１の水素極側セパレータ２３ａと空気極側セパレータ２３ｂとの間に、冷却水が流れる冷却水流路２３３が形成されている。
【００６１】
もちろん、溝部を空気極側セパレータ２３ｂの外側面に形成して冷却水流路２３３を形成してもよいし、溝部を水素極側セパレータ２３ａと空気極側セパレータ２３ｂとの双方の外側面に形成して冷却水流路２３３を形成してもよい。
【００６２】
また、図２に示すように、各セル２１のセパレータ２３には、水素流路２３１に水素を流入させる水素入口穴２１１ａ、発電時に消費されなかった未反応の余剰水素および水素流路２３１に浸み出た生成水を水素流路２３１から流出させる水素出口穴２１１ｂが形成されている。水素入口穴２１１ａおよび水素出口穴２１１ｂは、各セル２１の表裏を貫通するように設けられている。
【００６３】
従って、各セル２１が積層されると、水素入口穴２１１ａは各セル２１内の水素流路２３１へ水素を分配する分配空間となる水素用の分配マニホールドを形成し、水素出口穴２１１ｂは各セル２１から流出した余剰水素および生成水を集合させる集合空間となる水素用の集合マニホールドを形成する。
【００６４】
さらに、各セル２１のセパレータ２３には、空気流路２３２に空気を流入させる空気入口穴２１２ａ、発電時に消費されなかった酸素および窒素等を含む余剰空気および生成水を空気流路２３２から流出させる空気出口穴２１２ｂ、並びに、冷却水流路２３３に冷却水を流入させる冷却水流入穴２１３ａ、冷却水流路２３３から冷却水を流出させる冷却水流出穴２１３ｂが形成されている。
【００６５】
これらの空気入口穴２１２ａ、空気出口穴２１２ｂ、冷却水流入穴２１３ａ、冷却水流出穴２１３ｂについても、各セル２１の表裏を貫通するように設けられている。従って、各セル２１が積層されると、水素入口穴２１１ａおよび水素出口穴２１１ｂと同様に、それぞれ空気用の分配マニホールド、空気用の集合マニホールド、冷却水用の分配マニホールド、冷却水用の集合マニホールドを形成する。
【００６６】
次に、磁性材コア５１、５２のセル２１に対する配置態様等を説明する。本実施形態では、磁性材コア５１、５２として、燃料ガス側磁性材コア（水素側磁性材コア）５１および酸化剤ガス側磁性材コア（空気側磁性材コア）５２の２種類が設けられている。双方の磁性材コア５１、５２は、いずれもセル２１の積層方向から見たときに略コの字形状の板状部材で形成されている。
【００６７】
前述の如く、双方の磁性材コア５１、５２は、いずれも各セル２１の間に配置されている。より具体的には、図２に示すように、セル２１の積層方向から見たときに、双方の磁性材コア５１、５２は、コの字状の開放端側の２つの先端部５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂが燃料電池２０の外部に露出した状態で、残余の部位がセル２１と重合するように各セル２１の間の冷却水流路２３３内に配置されている。
【００６８】
さらに、セル２１の積層方向から見たときに、双方の磁性材コア５１、５２のセル２１と重合する部分は、それぞれコの字状の三辺でセル２１の所定領域を囲むように配置されている。換言すると、双方の磁性材コア５１、５２は、所定領域の一部を三方向から囲むように配置されている。
【００６９】
双方の磁性材コア５１、５２のうち、水素側磁性材コア５１については、所定領域としてセル２１から水素を流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む領域（水素出口穴２１１ｂに近接する領域）を囲んでおり、空気側磁性材コア５２については、所定領域としてセル２１から空気を流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域（空気出口穴２１２ｂに近接する領域）を囲んでいる。
【００７０】
なお、前述の如く、本実施形態では、水素流路２３１における水素の流れ方向と空気流路２３２における空気の流れ方向とを互いに対向させることにより、セル２１の積層方向から見たときに、燃料ガス側出口部近傍を含む領域および酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域が互いに重合しないように配置している。
【００７１】
さらに、水素側磁性材コア５１のうち燃料電池２０の外部に露出しているコの字状の開放端側の２つの先端部５１ａ、５１ｂは、一方の先端部５１ａと他方の先端部５１ｂとの間の磁束を通過させる水素側集磁コア５３ａによって磁気的に接続されている。水素側集磁コア５３ａは、磁性材コア５１、５２と同じ材質の磁性材料にて形成されている。
【００７２】
具体的には、水素側集磁コア５３ａは、セル２１の積層方向に延びて、複数の水素側磁性材コア５１の一方の先端部５１ａ同士を磁気的に接続する第１帯状部５３１ａ、セル２１の積層方向に延びて、複数の水素側磁性材コア５１の他方の先端部５１ｂ同士を磁気的に接続する第２帯状部５３２ａ、および、第１帯状部５３１ａと第２帯状部５３２ａとを磁気的に接続する連結する第３帯状部５３３ａを有している。
【００７３】
この第３帯状部５３３ａにおけるセル２１の積層方向の幅寸法Ｗは、第１帯状部５３１ａにおけるセル２１の積層方向の長さ寸法Ｌ１および第２帯状部５３２ａにおけるセル２１の積層方向の長さ寸法Ｌ２よりも短く形成されている。本実施形態では、具体的に、第３帯状部５３３ａの幅寸法Ｗを、１つのセル２１の積層方向の幅寸法と同等以下としている。
【００７４】
つまり、水素側集磁コア５３ａは、セル２１の積層方向に垂直な方向から見たときに、略Ｈの字形状の板状部材で形成されている。従って、水素側集磁コア５３ａでは、複数の水素側磁性材コア５１の一方の先端部５１ａと他方の先端部５１ｂとの間の磁束を、第３帯状部５３３ａに集合させて通過させることができる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、燃料電池２０の外部に配置される水素側集磁コア５３ａの第３帯状部５３３ａに、磁界強度検出手段としての水素側磁気センサ５４ａを配置している。この水素側磁気センサ５４ａは、燃料電池２０の発電中に、水素側磁性材コア５１に形成される磁界の強さを検出するものである。
【００７６】
本実施形態では、具体的に、水素側磁気センサ５４ａとしてホール素子を採用しており、水素側磁性材コア５１の一方の先端部５１ａと他方の先端部５１ｂとの間を通過する磁束により水素側磁性材コア５１に形成される磁界の強さを検出している。なお、この水素側磁気センサ５４ａの検出信号は、制御装置４０に入力される。
【００７７】
また、図４に示すように、複数の水素側磁性材コア５１と水素側集磁コア５３ａとの間には、樹脂フィルム５５ａが介在しており、水素側磁性材コア５１と水素側集磁コア５３ａは、電気的に絶縁されている。
【００７８】
一方、空気側磁性材コア５２のうち燃料電池２０の外部に露出しているコの字状の開放端側の２つの先端部５２ａ、５２ｂについても、水素側磁性材コア５１と全く同様に構成された、空気側集磁コア５３ｂによって磁気的に接続されている。従って、空気側集磁コア５３ｂも、水素側集磁コア５３ａと同様に、第１帯状部５３１ｂ、第２帯状部５３２ｂ、第３帯状部５３３ｂを有し、略Ｈの字状に形成されている。
【００７９】
さらに、空気側集磁コア５３ｂの第３帯状部５３３ｂにも、磁界強度検出手段としての空気側磁気センサ５４ｂを配置している。この空気側磁気センサ５４ｂは、水素側磁気センサ５４ａと同様の構成であり、燃料電池２０の発電中に、空気側磁性材コア５２に形成される磁界の強さを検出するものである。
【００８０】
また、図４に示すように、複数の空気側磁性材コア５２と空気側集磁コア５３ｂとの間にも、樹脂フィルム５５ｂが介在しており、空気側磁性材コア５２と空気側集磁コア５３ｂは、電気的に絶縁されている。
【００８１】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続される各種制御機器の作動を制御するとともに、燃料電池２０の局所電流を測定して、燃料電池２０の作動状態を検知する。
【００８２】
出力側に接続される各種制御機器としては、燃料電池２０の作動状態を表示する表示パネル４１、燃料電池２０へ供給される水素流量を調整する水素流量調整手段、燃料電池２０へ供給される空気流量を調整する空気流量調整手段、および、燃料電池２０へ供給される空気の加湿量を調整する加湿量調整手段を構成する各種アクチュエータ（いずれも図示せず）等がある。
【００８３】
もちろん、水素流量調整手段、空気流量調整手段および加湿量調整手段として、いずれも電気的に制御されるものを採用する必要はなく、純機械的機構によって構成される調整手段を採用してもよい。さらに、このように純機械的機構によって構成される調整手段については、制御装置４０の出力側へ接続する必要もない。
【００８４】
制御装置４０は、上述した出力側に接続される各種制御機器を制御する制御手段および燃料電池２０の局所電流を測定する局所電流測定用の制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、局所電流測定用の制御手段を構成するハードウェアおよびソフトウェアを測定用制御手段４０ａとする。もちろん、測定用制御手段４０ａを制御装置４０に対して別体で構成してもよい。
【００８５】
従って、本実施形態の局所電流測定装置１０は、電圧センサ３１、電流センサ３２、水素側磁性材コア５１、空気側磁性材コア５２、水素側集磁コア５３ａ、空気側集磁コア５３ｂ、水素側磁気センサ５４ａ、空気側磁気センサ５４ｂおよび測定用制御手段４０ａ等から構成されることになる。
【００８６】
次に、上記構成における本実施形態の燃料電池２０および局所電流測定装置１０の作動について説明する。
【００８７】
制御装置４０が、水素流量調整用アクチュエータ、空気流量調整用アクチュエータおよび加湿量調整用アクチュエータの作動を制御して、燃料電池２０に水素および空気が供給されると、各セル２１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。
【００８８】
（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
そして、燃料電池２０から出力された電気エネルギは、集電板２１ａから各種電気負荷３０へ供給される。
【００８９】
この際、制御装置４０では、各種電気負荷３０に要求される電力を出力できるように、水素流量調整手段、空気流量調整手段および加湿量調整手段を構成する各種アクチュエータの作動を制御する。
【００９０】
さらに、制御装置４０では、電圧センサ３１、電流センサ３２、水素側磁気センサ５４ａ、空気側磁気センサ５４ｂから出力された検出信号に基づいて、燃料電池２０の局所電流を測定するとともに、燃料電池２０の燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態といった作動状態を検知する。そして、検知した燃料電池２０の作動状態に応じて表示パネル４１に作動状態を表示する。
【００９１】
ここで、発電中（運転中）の燃料電池２０を流れる電流は、全体としてセル２１の積層方向に沿って流れる。その一方で、セル２１の積層方向から見たときに、セル２１の各部位を流れる電流の大きさが異なっている。つまり、セル２１の積層方向から見たとき、セル２１を流れる電流には電流密度分布が生じている。このため、この電流によって燃料電池２０の外部および内部に磁界が形成される。
【００９２】
より詳細には、全体としてセル２１の積層方向に沿って流れる電流は、燃料電池２０の外部に磁界を形成し、セル２１の所定領域（局所）を流れる電流は、燃料電池２０の内部となる当該所定領域の周囲に、当該所定領域を流れる電流に応じた磁界を形成する。従って、所定領域の周囲に形成される磁界の強さを検出することで、当該所定領域（局所）を流れる局所電流を測定することができる。
【００９３】
前述の如く、本実施形態では、水素側磁性材コア５１によって、所定領域としての燃料ガス側出口部近傍を含む領域（水素出口穴２１１ｂに近接する領域）を囲んでいる。従って、燃料ガス側出口部近傍を含む領域を流れる電流に応じて形成される磁界によって、水素側磁性材コア５１の内部に磁束が通過する。
【００９４】
そして、複数の水素側磁性材コア５１を通過する磁束を、水素側集磁コア５３ａの第３帯状部５３３ａに集合させて、水素側磁気センサ５４ａにて検出している。これにより、複数の水素側集磁コア５３ａに形成される磁界の強さを検出することができる。さらに、制御装置４０が、水素側磁気センサ５４ａの検出値を演算処理することで、燃料ガス側出口部近傍を含む領域を流れる局所電流を測定することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、空気側磁性材コア５２によって、所定領域としての酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域（空気出口穴２１２ｂに近接する領域）を囲んでいる。従って、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域を流れる電流に応じて形成される磁界によって、空気側磁性材コア５２の内部に磁束が通過する。
【００９６】
そして、複数の空気側磁性材コア５２を通過する磁束を、空気側集磁コア５３ｂの第３帯状部５３３ｂに集合させて、空気側磁気センサ５４ｂにて検出している。これにより、複数の空気側集磁コア５３ｂに形成される磁界の強さを検出することができる。さらに、制御装置４０が、空気側磁気センサ５４ｂの検出値を演算処理することで、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域を流れる局所電流を測定することができる。
【００９７】
そこで、本実施形態では、図５のフローチャートに示すように、測定した各局所電流を用いて、燃料電池２０の作動状態の検知している。なお、図５のフローチャートは、制御装置４０が、燃料電池２０に発電させて電気エネルギを出力させるために実行するメインルーチンのサブルーチンとして所定の制御周期毎に実行される。
【００９８】
まず、ステップＳ１では、電圧センサ３１、電流センサ３２、水素側磁気センサ５４ａ、空気側磁気センサ５４ｂの検出信号を読み込む。続くステップＳ２では、燃料電池２０全体としての内部抵抗Ｒが、予め定めた基準内部抵抗ＫＲ以上になっているか否かを判定する。なお、燃料電池２０全体としての内部抵抗Ｒは、電圧センサ３１の検出信号および電流センサ３２の検出信号に基づいて算出される。
【００９９】
ここで、燃料電池２０では、セル２１内が乾燥したドライアップ状態となると、膜電極接合体２２の電解質膜２２１の抵抗が増大するため、燃料電池２０全体の内部抵抗Ｒが増大してしまう。従って、燃料電池２０の内部抵抗Ｒの大きさによって、燃料電池２０がドライアップ状態となっているか否かを判定することができる。
【０１００】
そこで、本実施形態では、ステップＳ２にて、Ｒ≧ＫＲとなっているときは、ドライアップ状態となっているものとして、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、ドライアップ状態であることを表示パネル４１に表示してステップＳ４へ進む。一方、Ｒ≧ＫＲとなっていないときは、ドライアップ状態になっていないものとして、ステップＳ４へ進む。
【０１０１】
ステップＳ４では、水素側磁性材コア５１によって囲まれた燃料ガス側出口部近傍を含む領域の水素側局所電流ＡＨが、基準水素側局所電流ＫＡＨより低くなっているか否かを判定する。なお、水素側局所電流ＡＨは、水素側磁気センサ５４ａの検出信号に基づいて算出される。
【０１０２】
ここで、燃料電池２０に供給される水素流量が不足した状態になると、水素流路２３１へ流入した水素が、水素流路２３１入口側から出口側へ至るまでに消費されてしまい、燃料ガス側出口部近傍を含む領域の水素側局所電流ＡＨが低下してしまう。従って、水素側局所電流ＡＨの大きさによって、燃料電池２０が燃料ガス不足状態となっているか否かを判定することができる。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、ステップＳ４にて、ＡＨ＜ＫＡＨとなっているときは、燃料ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、燃料ガス不足状態であることを表示パネル４１に表示してステップＳ６へ進む。一方、ＡＨ＜ＫＡＨとなっていないときは、燃料ガス不足状態になっていないものとして、ステップＳ６へ進む。
【０１０４】
ステップＳ６では、空気側磁性材コア５２によって囲まれた酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域の空気側局所電流ＡＡｉｒが、基準水素側局所電流ＫＡＡｉｒより低くなっているか否かを判定する。なお、空気側局所電流ＡＡｉｒは、空気側磁気センサ５４ｂの検出信号に基づいて算出される。
【０１０５】
ここで、空気流路２３２内に過剰な生成水が発生すると、空気流路２３２を流通する空気流れによって生成水を空気出口穴２１２ｂから排出することができなくなってしまう。この際、排出できなかった生成水は、空気流路２３２の出口側、すなわち酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域に滞留してしまう。
【０１０６】
このため、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域に空気中の酸素を供給することができなくなって、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域の空気側局所電流ＡＡｉｒが低下してしまう。従って、空気側局所電流ＡＡｉｒの大きさによって、燃料電池２０が酸化剤ガス不足状態となっているか否かを判定することができる。
【０１０７】
さらに、空気流量調整手段によって空気流路２３２内に充分な流量の空気が供給されているにも関わらず、酸化剤ガス不足状態となっていると判定された際には、空気流路２３２に生成水が滞留して酸化剤ガス不足状態となっているフラッディング状態であると判定することもできる。
【０１０８】
そこで、本実施形態では、ステップＳ６にて、ＡＡｉｒ＜ＫＡＡｉｒとなっているときは、酸化剤ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、酸化剤ガス不足状態であることを表示パネル４１に表示してメインルーチンへ戻る。一方、ＡＡｉｒ＜ＫＡＡｉｒとなっていないときは、酸化剤ガス不足状態になっていないものとして、メインルーチンへ戻る。
【０１０９】
本実施形態の局所電流測定装置１０は、以上の如く作動するので、水素側磁気センサ５４ａの検出値から、水素側磁性材コア５１によって囲まれた燃料ガス側出口部近傍を含む領域の水素側局所電流ＡＨを測定することができる。同様に、空気側磁気センサ５４ｂの検出値から、空気側磁性材コア５２によって囲まれた酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域の空気側局所電流ＡＡｉｒを測定することができる。
【０１１０】
この際、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが、それぞれ水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２のうち燃料電池２０の外部に露出した部位を通過する磁束により磁界の強さを検出するので、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂを燃料電池２０の外部に配置して、その出力（検出信号）を配線等を複雑化させることなく容易に取り出すことができる。
【０１１１】
しかも、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが、燃料電池２０の外部に配置された水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂにて磁界の強さを検出している。従って、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂを任意の形状とすることで、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂの出力（検出信号）を、より一層容易に取り出すことができる。
【０１１２】
さらに、本実施形態では、セル２１の積層方向から見たときに、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２の少なくとも一部がセル２１と重合するように配置されているので、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２の全体がセル２１の外部に配置されている場合に対して、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２に形成される磁界を強くすることができる。
【０１１３】
従って、水素側磁気センサ５４ａが、燃料ガス側出口部近傍を含む領域の周囲に発生する磁界の強さを精度良く検出でき、空気側磁気センサ５４ｂが、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域の周囲に発生する磁界の強さを精度良く検出できる。その結果、水素側磁気センサ５４ａの検出値から水素側局所電流ＡＨを精度良く測定することができ、空気側磁気センサ５４ｂの検出値から空気側局所電流ＡＡｉｒを精度良く測定することができる。
【０１１４】
しかも、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂでは、それぞれ複数の水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２を通過する磁束を集合させて通過させている。具体的には、それぞれの集磁コア５３ａ、５３ｂの第１帯状部５３１ａ、５３１ｂおよび第２帯状部５３２ａ、５３２ｂの積層方向の長さ寸法Ｌ１、Ｌ２よりも、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂの幅Ｗを短くすることで、磁束を集合させて通過させている。
【０１１５】
従って、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂを通過する磁束量を増加させることができ、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが、より一層高い精度で磁界の強さを検出することができる。その結果、本実施形態の燃料電池２０の局所電流測定装置によれば、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池２０の局所電流を測定することができる。
【０１１６】
さらに、これらの局所電流から、燃料電池２０の燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態といった作動状態を高い精度で検知できる。このように磁気センサ５４ａ、５４ｂを用いて燃料電池２０の作動状態を高い精度で検知できることは、車両に搭載される燃料電池２０のように、他の車載機器の作動によって燃料電池２０の周囲に強い磁界が生じうる環境に燃料電池２０を適用した際に極めて有効である。
【０１１７】
（第２実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、第１実施形態に対して、セル２１の積層枚数を増加させ、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂの形状を変更した例を説明する。なお、図６は、本実施形態における燃料電池２０および局所電流測定装置１０の要部を拡大した斜視図であり、第１実施形態の図２に対応する図面である。また、図６では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
【０１１８】
具体的には、本実施形態では、セル２１の積層枚数を第１実施形態の３倍程度としている。さらに、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂの第３帯状部５３３ａ、５３３ｂを複数個（具体的には３個）設けている。つまり、水素側集磁コア５３ａおよび空気側集磁コア５３ｂは、セル２１の積層方向に垂直な方向から見たときに、梯子状の板状部材で形成されている。
【０１１９】
なお、これらの複数の第３帯状部５３３ａ、５３３ｂの積層方向の幅寸法Ｗを合計した値は、第１実施形態と同様に、第１、第２帯状部５３１ａ、５３２ａ、５３１ｂ、５３２ｂよりも短い。
【０１２０】
また、それぞれの第３帯状部５３３ａ、５３３ｂには、第１実施形態と同様の水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが１個配置されている。従って、本実施形態の水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂは、それぞれ合計３つ配置されている。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。
【０１２１】
本実施形態では、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂを複数（具体的には３つ）の箇所に設けているので、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂを通過する磁束を複数に分配して、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂにて磁気飽和が生じてしまうことを回避できる。
【０１２２】
従って、水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが所定領域（燃料ガス側出口部近傍を含む領域および酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域）の周囲に形成される磁界（水素側局所電流ＡＨおよび空気側局所電流ＡＡｉｒ）の変化を精度良く測定できる。その結果、第１実施形態と同様に簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池２０の局所電流を測定することができる。
【０１２３】
ところで、第１実施形態の図２では、セル２１が６枚積層された燃料電池２０を図示しており、図６では、セル２１が１８枚積層された燃料電池２０を図示しているが、セル２１の積層枚数は、これに限定されるものではない。特に、車両に適用される燃料電池２０では、４００枚程度のセル２１を積層して燃料電池２０全体として高電圧の電力を出力する必要がある。
【０１２４】
本発明者らの検討によれば、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂおよびこれらに配置される水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂは、積層枚数１０枚に対して１つ設け、かつ、第３帯状部５３３ａ、５３３ｂの幅寸法Ｗを、１つのセル２１の積層方向の幅寸法と同等とすれば、高い精度で燃料電池２０の局所電流を測定でき、さらに、高い精度で燃料電池２０の作動状態を検知できることが判っている。
【０１２５】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、略コの字形状に形成された磁性材コア５１、５２を採用した例を説明したが、本実施形態では、図７に示すように、セル２１の積層方向から見たときに環状に形成された水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２を採用している。なお、図７は、本実施形態における燃料電池２０および局所電流測定装置１０の要部を拡大した斜視図であり、第１実施形態の図２に対応する図面である。
【０１２６】
具体的には、本実施形態の水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２は、セル２１の積層方向から見たときに、略口の字状の板状部材で形成されており、その口の字状の一辺が燃料電池２０の外部に露出した状態で、残余の部位がセル２１と重合するように各セル２１の間に配置されている。なお、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２が囲む所定領域は、第１実施形態と同様である。
【０１２７】
また、それぞれの水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２のうち、燃料電池２０の外部に露出した部位には、第１実施形態と同様の水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂが１個配置されている。従って、本実施形態では、第１、２実施形態の集磁コア５３ａ、５３ｂは廃止されている。
【０１２８】
さらに、本実施形態の水素側磁気センサ５４ａおよび空気側磁気センサ５４ｂは、それぞれ水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２と同数設けられている。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の局所電流測定装置１０においても、第１実施形態と同様に簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池２０の局所電流を測定することができる。
【０１２９】
しかも、本実施形態では、集磁コア５３ａ、５３ｂを廃止できるとともに、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２のうち、燃料電池２０の外部に露出した部位にて、直接、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２に形成される磁界の強さを検出することができるので、より一層、局所電流測定装置１０を簡素な構成とすることができる。
【０１３０】
（第４実施形態）
図８〜図１２により、本発明に係る燃料電池診断装置６０の実施形態を説明する。図８は、本実施形態の燃料電池診断装置６０を適用した燃料電池２０の模式的な全体構成図であり、第１実施形態の図１に対応する図面である。なお、本実施形態では、上述した第１〜第３実施形態と同等または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化して説明する。
【０１３１】
本実施形態の燃料電池診断装置６０は、図８に示すように、各セル２１の間に配置される磁性材からなる磁性材コア６１、６２、電圧センサ３１、電流センサ３２、制御装置４０（燃料電池診断手段４０ｂ）等を備えて構成される。
【０１３２】
まず、本実施形態の磁性材コア６１、６２のセル２１に対する配置等を図９、図１０に基づいて説明する。図９は、本実施形態の燃料電池診断装置６０の要部を拡大した斜視図であり、図１０は、図９のＢ部拡大図である。
【０１３３】
図９に示すように、本実施形態では、磁性材コア６１、６２として、燃料ガス側磁性材コア（水素側磁性材コア）６１および酸化剤ガス側磁性材コア（空気側磁性材コア）６２の２種類が設けられている。水素側磁性材コア６１は、セル２１から水素を流出させる燃料ガス側出口部近傍を含む第１の領域（水素出口穴２１１ｂに近接する領域）を囲むように配置されている。また、空気側磁性材コア６２は、セル２１から空気を流出させる酸化剤ガス側出口部近傍を含む第２の領域（空気出口穴２１２ｂに近接する領域）を囲むように配置されている。
【０１３４】
双方の磁性材コア６１、６２は、いずれもセル２１の積層方向から見たときに略コの字形状の板状部材で形成されている。そして、セル２１の積層方向から見たときに、双方の磁性材コア６１、６２は、コの字状の開放端側の２つの先端部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂが燃料電池２０の外部に露出した状態で、残余の部位がセル２１と重合するように各セル２１の間の冷却水流路２３３内に配置されている。
【０１３５】
そして、水素側磁性材コア６１のセル２１と重合する部分は、セル２１の積層方向から見たときに、コの字状の三辺でセル２１の第１の領域を囲むように配置されている。また、空気側磁性材コア６２のセル２１と重合する部分は、セル２１の積層方向から見たときに、コの字状の三辺でセル２１の第２の領域を囲むように配置されている。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に、セル２１の積層方向から見たときに、第１の領域（燃料ガス側出口部近傍を含む領域）および第２の領域（酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域）が互いに重合しないように双方の磁性材コア６１、６２を配置している。
【０１３６】
具体的には、水素側磁性材コア６１は、コの字状の開放端側の２つの先端部６１ａ、６１ｂのうち、セル２１の縁に沿って延びる縁側先端部６１ａが、セル２１の中央側に位置する中央側先端部６１ｂよりも、燃料電池２０の外側に延在している。換言すれば、中央側先端部６１ｂは、縁側先端部６１ａよりも短い長さとなっている。
【０１３７】
同様に、空気側磁性材コア６２は、コの字状の開放端側の２つの先端部６２ａ、６２ｂのうち、セル２１の縁部に沿って延びる縁側先端部６２ｂが、セル２１の中央側に位置する中央側先端部６２ａよりも、燃料電池２０の外側に延在している。換言すれば、中央側先端部６２ａは、縁側先端部６２ｂよりも短い長さとなっている。
【０１３８】
さらに、複数のセル２１に配置された水素側磁性材コア６１は、その縁側先端部６１ａ同士が第１水素側集磁部６４ａを介して磁気的に接続されるとともに、その中央側先端部６１ｂ同士が第２水素側集磁部６４ｂを介して磁気的に接続されている。
【０１３９】
本実施形態の第１水素側集磁部６４ａおよび第２水素側集磁部６４ｂは、セル２１の積層方向に延び、複数の水素側磁性材コア６１同士を磁気的に接続して、複数の水素側磁性材コア６１を通過する磁束を集合させて通過させる燃料ガス側集磁コア（水素側集磁コア）６４を構成している。なお、第１水素側集磁部６４ａおよび第２水素側集磁部６４ｂそれぞれは、各磁性材コア６１、６２と同じ材質の磁性材料にて形成されている。
【０１４０】
一方、複数のセル２１に配置された空気側磁性材コア６２は、その中央側先端部６２ａ同士が第１空気側集磁部６５ａを介して磁気的に接続されるとともに、その縁側先端部６２ｂ同士が第２空気側集磁部６５ｂを介して磁気的に接続されている。
【０１４１】
本実施形態の第１空気側集磁部６５ａおよび第２空気側集磁部６５ｂは、セル２１の積層方向に延び、複数の空気側磁性材コア６２同士を磁気的に接続して、複数の空気側磁性材コア６２を通過する磁束を集合させて通過させる酸化剤ガス側集磁コア（空気側集磁コア）６５を構成している。なお、第１空気側集磁部６５ａおよび第２空気側集磁部６５ｂそれぞれは、各磁性材コア６１、６２と同じ材質の磁性材料にて形成されている。
【０１４２】
また、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２の各中央側先端部６１ｂ、６２ａは、第２水素側集磁部６４ｂおよび第１空気側集磁部６５ａを介して、連結コア６３に磁気的に接続されている。一方、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２の各縁側先端部６１ａ、６２ｂは、第１水素側集磁部６４ａおよび第２空気側集磁部６５ｂを介して、連結コア６３に磁気的に接続されている。
【０１４３】
この連結コア６３は、第２水素側集磁部６４ｂおよび第１空気側集磁部６５ａ同士を磁気的に接続する第１連結部６３ａと、第１水素側集磁部６４ａおよび第２空気側集磁部６５ｂ同士を磁気的に接続する第２連結部６３ｂとを有して構成されている。
【０１４４】
第１連結部６３ａおよび第２連結部６３ｂは、それぞれＴ字状に形成されており、セル２１の積層方向から見たときに、後述する磁気センサ６６を介して略Ｈ字状となるように磁気的に接続されている。
【０１４５】
そして、第１連結部６３ａおよび第２連結部６３ｂとの間には、磁界強度検出手段としての磁気センサ６６が配置されている。この磁気センサ６６は、燃料電池２０の発電中に、連結コア６３の第１連結部６３ａと第２連結部６３ｂとの間に形成される磁界の強さを検出するものである。本実施形態では、磁気センサ６６としてホール素子を採用している。なお、本実施形態の磁気センサ６６は、第１連結部６３ａから第２連結部６３ｂへと通過する磁束を正として出力するように構成されている。
【０１４６】
ここで、燃料電池２０の発電によってセル２１の積層方向に電流が流れた際に、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２を通過する磁束について、図１１に基づいて説明する。図１１は、燃料電池診断装置６０を積層方向から見た正面図である。
【０１４７】
図１１に示すように、セル２１の積層方向（紙面手前側から奥側に向かう方向）に電流が流れると、水素側磁性材コア６１を図１１に示す一点鎖線上を矢印の方向に磁界強度φ１の磁束が通過する。また、セル２１の積層方向（紙面手前側から奥側に向かう方向）に電流が流れると、空気側磁性材コア６２を図１１に示す二点鎖線上を矢印の方向に磁界強度φ２の磁束が通過する。
【０１４８】
この際、連結コア６３における磁気センサ６６が配置された部位（第１連結部６３ａと第２連結部６３ｂとの間）では、第１連結部６３ａを介して、水素側磁性材コア６１からの磁束が通過すると共に、第２連結部６３ｂを介して、空気側磁性材コア６２からの磁束が通過する。すなわち、連結コア６３は、水素側磁性材コア６１側からの磁束の向きと、空気側磁性材コア６２側からの磁束の向きとが逆方向となるように接続されている。
【０１４９】
このため、連結コア６３では、水素側磁性材コア６１からの磁束と空気側磁性材コア６２からの磁束が互いに打ち消し合うように作用する。従って、磁気センサ６６では、水素側磁性材コア６１側の磁界の強さと空気側磁性材コア６２側の磁界の強さとの偏りΔφ（＝φ１−φ２）を検出することとなる。
【０１５０】
また、図１０に示すように、複数の空気側磁性材コア６２（中央側先端部６２ａ）と第１空気側集磁部６５ａとの間、および複数の空気側磁性材コア６２（縁側先端部６２ｂ）と第２空気側集磁部６５ｂとの間には、樹脂フィルム６７が介在しており、空気側磁性材コア６２と各空気側集磁部６５ａ、６５ｂは、電気的に絶縁されている。同様に、複数の水素側磁性材コア６１（縁側先端部６１ａ）と第１水素側集磁部６４ａとの間、および複数の水素側磁性材コア６１（中央側先端部６１ｂ）と第２水素側集磁部６４ｂとの間には、樹脂フィルム６７が介在しており、水素側磁性材コア６１と各水素側集磁部６４ａ、６４ｂは、電気的に絶縁されている。
【０１５１】
これにより、各磁性材コア６１、６２と各集磁部６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂとを直接接続しても、各磁性材コア６１、６２間で電力がショート（短絡）してしまうことを防止できる。なお、各磁性材コア６１、６２と各集磁コア６４、６５との間に、樹脂フィルム６７以外に空隙等を設けることで、各磁性材コア６１、６２間の短絡を防止してもよい。
【０１５２】
次に、本実施形態の制御装置４０は、出力側に接続される各種制御機器を制御すると共に、磁気センサ６６から出力された出力信号（検出値）に基づいて、燃料電池２０の作動状態を診断する。本実施形態の制御装置４０は、各種制御機器を制御する制御手段、および燃料電池２０の作動状態を診断する診断手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、燃料電池２０の作動状態を診断する診断手段を構成するハードウェアおよびソフトウェアを燃料電池診断手段４０ｂとする（図８参照）。もちろん、燃料電池診断手段４０ｂを制御装置４０に対して別体で構成してもよい。
【０１５３】
従って、本実施形態の燃料電池診断装置６０は、電圧センサ３１、電流センサ３２、水素側磁性材コア６１、空気側磁性材コア６２、連結コア６３、水素側集磁コア６４、空気側集磁コア６５、磁気センサ６６および燃料電池診断手段４０ｂ等から構成されることになる。
【０１５４】
次に、上記構成における本実施形態の燃料電池診断装置６０の作動について図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施形態の制御装置４０（燃料電池診断手段４０ｂ）における制御処理を示すフローチャートである。なお、図１２のフローチャートは、制御装置４０が、燃料電池２０に発電させて電気エネルギを出力させるために実行するメインルーチンのサブルーチンとして所定の制御周期毎に実行される。
【０１５５】
まず、ステップＳ１１では、電圧センサ３１、電流センサ３２、磁気センサ６６の検出信号を読み込む。
【０１５６】
続くステップＳ１２では、燃料電池２０全体としての内部抵抗Ｒが、予め定めた基準内部抵抗ＫＲ以上になっているか否かを判定する。なお、燃料電池２０全体としての内部抵抗Ｒは、第１実施形態と同様に、電圧センサ３１の検出信号および電流センサ３２の検出信号に基づいて算出される。
【０１５７】
そして、ステップＳ１２にて、Ｒ≧ＫＲとなっているときは、ドライアップ状態となっているものとして、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、ドライアップ状態であることを表示パネル４１に表示してステップＳ１４へ進む。一方、Ｒ≧ＫＲとなっていないときは、ドライアップ状態になっていないものとして、ステップＳ１４へ進む。
【０１５８】
ステップＳ１４では、磁気センサ６６の検出値Δφが、予め設定された第１基準値φＨｏよりも小さいか否かを判定する。なお、第１基準値φＨｏは、例えば、燃料電池２０に供給される水素（燃料ガス）の流量を強制的に減少させ、燃料電池２０の作動状態を燃料ガス不足状態とし、その際に検出された磁気センサ６６の検出値に基づいて決定すればよい。
【０１５９】
ここで、燃料電池２０に供給される水素流量が不足した燃料ガス不足状態となると、燃料ガス側出口部近傍を含む領域の水素側局所電流ＡＨが低下してしまう。これに伴って、水素側磁性材コア６１に生ずる磁界の強さと空気側磁性材コア６２に生ずる磁界の強さに偏りが生ずる。つまり、水素側磁性材コア６１に生ずる磁界の強さφ１が小さくなり、磁気センサ６６の検出値Δφ（＝φ１−φ２）が低下する。従って、磁気センサ６６の検出値Δφの大小によって、燃料電池２０が燃料ガス不足状態となっているか否かを判定することができる。
【０１６０】
そこで、本実施形態では、ステップＳ１４にて、Δφ＜φＨｏとなっているとき、すなわち、水素側磁性材コア６１における磁界の強さが空気側磁性材コア６２における磁界の強さよりも第１基準値φＨｏを越えて小さいときは、燃料ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、燃料ガス不足状態であることを表示パネル４１に表示してメインルーチンへ戻る。一方、Δφ＜φＨｏとなっていないときは、燃料ガス不足状態になっていないものとして、ステップＳ１６へ進む。
【０１６１】
ステップＳ１６では、磁気センサ６６の検出値Δφが、予め設定された第２基準値φＡｏよりも大きいか否かを判定する。なお、第２基準値φＡｏは、例えば、燃料電池２０に供給される空気（酸化剤ガス）の流量を強制的に減少させ、燃料電池２０の作動状態を酸化剤ガス不足状態とし、その際に検出された磁気センサ６６の検出値に基づいて決定すればよい。
【０１６２】
ここで、燃料電池２０に供給される空気流量が不足した酸化剤ガス不足状態となると、酸化剤ガス側出口部近傍を含む領域の空気側局所電流ＡＡｉｒが低下してしまう。これに伴って、空気側磁性材コア６２に生ずる磁界の強さφ２が小さくなり、磁気センサ６６の検出値Δφ（＝φ１−φ２）が増大する。従って、磁気センサ６６の検出値Δφの大小によって、燃料電池２０が酸化剤ガス不足状態となっているか否かを判定することができる。
【０１６３】
そこで、本実施形態では、ステップＳ１６にて、Δφ＞φＡｏとなっているときは、酸化剤ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、酸化剤ガス不足状態であることを表示パネル４１に表示してメインルーチンへ戻る。一方、Δφ＞φＡｏとなっていないときは、酸化剤ガス不足状態になっていないものとして、メインルーチンへ戻る。
【０１６４】
以上説明した本実施形態の燃料電池診断装置６０では、水素側磁性材コア６１からの磁束の向きと空気側磁性材コア６２からの磁束の向きとが逆方向となるように、水素側磁性材コア６１と空気側磁性材コア６２とを連結コア６３にて磁気的に接続している。このため、連結コア６３では、水素側磁性材コア６１からの磁束と空気側磁性材コア６２からの磁束が互いに打ち消し合うように作用する。従って、連結コア６３における磁界の強さを検出する磁気センサ６６にて検出することで、水素側磁性材コア６１における磁界の強さと空気側磁性材コア６２における磁界の強さとの偏りを検出することができる。
【０１６５】
そして、燃料電池２０における一部のセル２１が燃料ガス不足状態、または酸化剤ガス不足状態となると、水素側磁性材コア６１に生ずる磁界の強さと空気側磁性材コア６２に生ずる磁界の強さに偏りが生ずるので、磁気センサ６６の検出値に基づいて、燃料ガス不足状態または酸化剤ガス不足状態といった燃料電池２０の作動状態の診断を行うこと可能となる。
【０１６６】
この際、磁気センサ６６では、連結コア６３における磁界の強さを検出することで、各磁性材コア６１、６２に生ずる磁界の強さの偏りを検出することができるので、各磁性材コア６１、６２に対応して複数の磁気センサを設ける必要がない。従って、燃料電池診断装置６０の構成を簡素な構成とすることができる。
【０１６７】
さらに、本実施形態の磁気センサ６６は、各磁性材コア６１、６２のうち、燃料電池２０の外部に露出した部位同士を接続する連結コア６３を通過する磁束により磁界の強さを検出するので、磁気センサ６６を燃料電池２０の外部に配置して、その出力を容易に取り出すことが可能となる。従って、磁気センサ６６を積層されたセル２１間に配置する場合に比べて、燃料電池診断装置６０の構成をより一層簡素な構成とすることができる。
【０１６８】
また、本実施形態では、セル２１の積層方向から見たときに、各磁性材コア６１、６２の少なくとも一部がセル２１と重合するように配置されているので、各磁性材コア６１、６２の全体がセル２１の外部に配置されている場合に対して、各磁性材コア６１、６２に形成される磁界が強くなる。従って、高い精度で燃料電池２０の作動状態を診断することができる。
【０１６９】
さらに、本実施形態では、各集磁コア６４、６５が各磁性材コア６１、６２間の磁束を集合させて通過させるので、連結コア６３を通過する磁束量を増加させることができるので、より一層高い精度で燃料電池２０の作動状態を診断することが可能となる。
【０１７０】
その結果、本実施形態の燃料電池２０の燃料電池診断装置６０によれば、簡素な構成で、かつ、高い精度で燃料電池２０の作動状態の診断を行うことができる。
【０１７１】
なお、本実施形態では、磁気センサ６６を、第１連結部６３ａから第２連結部６３ｂへと通過する磁束を正として出力するように構成しているが、第２連結部６３ｂから第１連結部６３ａへと通過する磁束を正として出力するように構成してもよい。
【０１７２】
この場合には、磁気センサ６６での検出値Δφが空気側磁性材コア６２側の磁界の強さφ２から水素側磁性材コア６１側の磁界の強さφ１を減算した値となる（Δφ＝φ２−φ１）。このため、ステップ１４での判定処理では、磁気センサ６６の検出値Δφが、第１基準値φＨｏよりも大きいか否かを判定し、Δφ＞φＨｏである場合に、燃料ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ１５へ進むようにすればよい。また、ステップ１６での判定処理では、磁気センサ６６の検出値Δφが、第２基準値φＡｏよりも小さいか否かを判定し、Δφ＜φＡｏである場合に、酸化剤ガス不足状態となっているものとして、ステップＳ１７へ進むようにすればよい。
【０１７３】
（第５実施形態）
上述の第４実施形態では、水素側集磁コア６４および空気側集磁コア６５を用いて、複数の各磁性材コア６１、６２を通過する磁束を集合させる構成を採用した例を説明したが、これに限定されない。すなわち、水素側集磁コア６４および空気側集磁コア６５を用いることなく、各磁性材コア６１、６２それぞれに連結コア６３を磁気的に接続し、当該連結コア６３における磁界の強さを磁気センサ６６で検出するようにしてもよい。
【０１７４】
これによれば、水素側集磁コア６４および空気側集磁コア６５といった構成が不要となるので、燃料電池診断装置６０の部品点数を削減して、燃料電池診断装置６０を簡素な構成とすることが可能となる。
【０１７５】
さらに、この場合、水素側集磁コア６４および空気側集磁コア６５といった構成が不要となるので、図１３に示すように、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２の中央側先端部６１ｂ、６２ａをセル２１の積層方向から見た場合にセル２１と重合させ、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２の縁側先端部６１ａ、６２ｂを燃料電池２０の外部に露出させる構成としてもよい。なお、図１３は、本実施形態における燃料電池診断装置６０を積層方向から見た正面図であり、第４実施形態の図１１に対応する図面である。
【０１７６】
これによれば、水素側磁性材コア６１および空気側磁性材コア６２の中央側先端部６１ｂ、６２ａが燃料電池２０の外部に露出しないので、燃料電池診断装置６０の体格の小型化を図ることが可能となる。
【０１７７】
（第６実施形態）
上述の第４実施形態では、水素側集磁コア６４ｂと空気側集磁コア６５ａと連結コア６３の第１連結部６３ａとを別体で構成し、水素側集磁コア６４ａと空気側集磁コア６５ｂと連結コア６３の第２連結部６３ｂとを別体で構成したものを採用した例を説明したがこれに限定されない。すなわち、水素側集磁コア６４ｂと空気側集磁コア６５ａと連結コア６３の第１連結部６３ａとを一体に構成すると共に、水素側集磁コア６４ａと空気側集磁コア６５ｂと連結コア６３の第２連結部６３ｂとを一体に構成してもよい。
【０１７８】
例えば、第４実施形態において、連結コア６３の第１連結部６３ａおよび第２連結部６３ｂにおける各集磁コア６４、６５と接続する両端部を積層方向に延在させ、延在させた部位を、図１４に示すように、各磁性材コア６１、６２の先端部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂに磁気的に接続する構成としてもよい。この場合、連結コア６３の第１連結部６３ａおよび第２連結部６３ｂそれぞれは、セル２１の積層方向から見たときにＴ字形状、セル２１の積層方向に直交する方向から見たときに略Ｈ字形状に形成される。なお、図１４は、本実施形態の燃料電池診断装置６０の要部を拡大した斜視図であり、第４実施形態の図９に対応する図面である。
【０１７９】
（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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【０１８０】
（１）上述の実施形態では、隣接配置されるセル２１間の全てに磁性材コア５１、５２、６１、６２を配置しているが、磁性材コア５１、５２、６１、６２の配置はこれに限定されない。隣接配置されるセル２１間のうち、所定の数のセル２１間毎に磁性材コア５１、５２、６１、６２を配置してもよい。
【０１８１】
また、上述の第１〜第３実施形態では、磁性材コアとして、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２の２種類を設けているが、磁性材コアはこれに限定されない。つまり、水素側磁性材コア５１および空気側磁性材コア５２のいずれか一方のみを設けてもよい。さらに、燃料電池２０の作動状態の変化に応じて、局所電流が変化する領域を囲むように配置される別の磁性材コアを設けてもよい。
【０１８２】
（２）上述の実施形態では、セル２１の積層方向から見たときに、略コの字状や略口の字状の磁性材コア５１、５２、６１、６２を採用した例を説明したが、磁性材コア５１、５２、６１、６２の形状はこれに限定されない。つまり、上述の実施形態のように直線状の部位で所定領域を囲む必要はなく、曲線状の部位で所定領域を囲んでもよい。
【０１８３】
従って、磁性材コア５１、５２、６１、６２の開放端側の２つの先端部を燃料電池２０の外部に露出させる場合は、セル２１の積層方向から見たときに、Ｃの字形状やＶの字形状としてもよい。また、第１〜第３実施形態において、磁性材コア５１、５２を環状に形成する場合は、セル２１の積層方向から見たときに、円形状、楕円形状等としてもよい。
【０１８４】
（３）上述の実施形態では、磁界強度検出手段としてホール素子からなる磁気センサ５４ａ、５４ｂ、６６を採用した例を説明したが、磁気センサ５４ａ、５４ｂ、６６として他の形式の磁気センサを採用してもよい。例えば、磁界強度検出手段として、ＭＩ素子、ＡＭＲ素子、ＭＲ素子、フラックスゲート等を採用してもよい。
【０１８５】
（４）上述の実施形態では、パーマロイで形成された磁性材コア５１、５２、６１、６２、集磁コア５３ａ、５３ｂ、６４、６５、連結コア６３を採用した例を説明したが、磁性材コア５１、５２、６１、６２、集磁コア５３ａ、５３ｂ、６４、６５、連結コア６３として珪素鋼、アモルファス、ミューメタル、パーメンジュール等を採用してもよい。
【０１８６】
（５）上述の第１、第２実施形態では、磁性材コア５１、５２と集磁コア５３ａ、５３ｂとの間に、絶縁部材である樹脂フィルム５５ａ、５５ｂを介在させることによって、各磁性材コア５１、５２同士を電気的に絶縁して、各磁性材コア５１、５２間でセル２１から出力された電力が短絡（ショート）してしまうことを防止しているが、もちろん、樹脂フィルム５５ａ、５５ｂ以外の絶縁物を介在させてもよい。
【０１８７】
さらに、磁性材コア５１、５２と隣接配置されるセル２１との間に樹脂フィルムのような絶縁物を介在させてもよい。これによれば、磁性材コア５１、５２と集磁コア５３ａ、５３ｂとを直接接続しても、各磁性材コア５１、５２間で電力がショートしてしまうことを防止できる。
【０１８８】
（６）上述の実施形態では、制御装置４０が、燃料電池２０の燃料ガス不足状態、酸化剤ガス不足状態あるいはドライアップ状態といった作動状態を検知すると、これを表示パネル４１に表示させているが、もちろん他の制御を行ってもよい。
【０１８９】
例えば、燃料ガス不足状態を検知した場合は、制御装置４０が燃料ガスの供給量を増加させ、酸化剤ガス不足状態を検知した場合は、制御装置４０が酸化剤ガスの供給量を増加させ、さらに、ドライアップ状態を検知した場合は、制御装置４０が加湿量を増加させるように各種アクチュエータの作動を制御してもよい。
【０１９０】
（７）上述の実施形態では、車両に搭載された燃料電池２０に本発明を適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、船舶や飛行機等の移動体に搭載される燃料電池に適用してもよいし、定置型発電装置に搭載された燃料電池に適用してもよい。
【０１９１】
（８）上述の実施形態では、燃料電池２０として固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を採用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、燃料電池２０として、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）等を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１９２】
１０                局所電流測定装置
２０                燃料電池
２１                セル
４０ｂ              燃料電池診断手段（診断手段）
５１                水素側磁性材コア
５１ａ、５１ｂ      先端部
５２                空気側磁性材コア
５２ａ、５２ｂ      先端部
５３ａ              水素側集磁コア
５３ｂ              空気側集磁コア
５３１ａ、５３１ｂ  第１帯状部
５３２ａ、５３２ｂ  第２帯状部
５３３ａ、５３３ｂ  第３帯状部
５４ａ              水素側磁気センサ
５４ｂ              空気側磁気センサ
６０                燃料電池診断装置
６１                水素側磁性材コア（燃料ガス側磁性材コア）
６２                空気側磁性材コア（酸化剤ガス側磁性材コア）
６３                連結コア
６４                水素側集磁コア（燃料ガス側集磁コア）
６５                空気側集磁コア（酸化剤ガス側集磁コア）
６６                磁気センサ（磁界強度検出手段）
【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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