(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構成でセル電流測定用抵抗体から発生する熱を放熱する。【解決手段】燃料電池システムは、複数のセルのうち隣り合う２つのセル１０ａのうち一方のセル１０ａに接触する電極部１２０ａと、前記隣り合う２つのセル１０ａのうち他方のセル１０ａに接触する第２の電極部１２０ｂと、電極部１２０ａ、１２０ｂの間に配置される抵抗体１３１と、抵抗体１３１に生じる電位差Ｖａを測定する電圧センサ１６０と、この測定される電位差と抵抗体１３１の抵抗値とに基づいて２つのセルの間の局所に流れる電流を求める制御部と、抵抗体１３１に接続されて、抵抗体１３１に電流が流れる際に抵抗体１３１に生じる熱を放出する放熱部と、抵抗体１３１からの熱を放熱部に伝達させる接続部とを備える。【選択図】図４
2015103472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）に適用される電流測定装置であって、
前記複数のセルのうち隣り合う２つのセルのうち一方のセルに接触する第１の電極部（１２０ａ）と、前記隣り合う２つのセルのうち前記一方のセル以外の他方のセルに接触する第２の電極部（１２０ｂ）と、
前記第１、第２の電極部の間に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３１）と、
前記第１、第２の電極部の間にて前記抵抗体に電流が流れる際に前記抵抗体に生じる電位差を測定し、この測定される電位差と前記抵抗値とに基づいて前記２つのセルの間の局所に流れる電流を求める測定手段（５０、１６０）と、
前記抵抗体に接続されて、前記抵抗体に電流が流れる際に前記抵抗体に生じる熱を放出する放熱部（１３２ａ、１３２ｂ）と、を備えることを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される少なくとも１つのセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギを発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）に適用される電流測定装置であって、
前記第１、第２の集電板のうち一方の集電板に接触する第１の電極膜（１２０ａ）と、前記一方の集電板に隣り合う前記セルに接触する第２の電極膜（１２０ｂ）と、
前記第１、第２の電極部の間に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３１）と、
前記第１、第２の電極部の間にて前記抵抗体に電流が流れる際に前記抵抗体に生じる電位差を測定し、この測定される電位差と前記抵抗値とに基づいて前記一方の集電板と前記一方の集電板に隣り合う前記セルとの間の局所に流れる電流を求める測定手段（５０、１６０）と、
前記抵抗体に接続されて、前記抵抗体に電流が流れる際に前記抵抗体に生じる熱を放出する放熱部（１３２ａ、１３２ｂ）と、を備えることを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
前記第１、第２の電極部、および前記抵抗体は、積層されており、
前記抵抗体および前記放熱部は、同一層に形成され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】
前記抵抗体および前記放熱部は、離れて配置されており、
前記抵抗体および前記放熱部の間に配置されて前記抵抗体からの熱を前記放熱部に伝達させる伝熱経路を構成する接続部（１３３ａ、１３３ｂ）を備え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】
前記抵抗体側から前記接続部を通して前記放熱部に電流が流れないように前記伝熱経路が構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
【請求項６】
前記接続部は、前記伝熱経路に熱が伝達する方向が前記抵抗体の電流流れ方向に対して交差するように前記伝熱経路が構成されていることにより、前記抵抗体側から前記接続部を通して前記放熱部に電流が流れないように前記伝熱経路が構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電流測定装置。
【請求項７】
前記接続部は、前記伝熱経路に熱が伝達する方向が前記抵抗体の電流流れ方向に対して逆方向になるように前記伝熱経路が構成されていることにより、前記抵抗体側から前記接続部を通して前記放熱部に電流が流れないように前記伝熱経路が構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電流測定装置。
【請求項８】
前記接続部の抵抗値が前記抵抗体の抵抗値よりも大きくなるように構成することにより、前記抵抗体側から前記接続部を通して前記放熱部に電流が流れないように前記接続部が構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電流測定装置。
【請求項９】
前記接続部のうち前記抵抗体に接続される接続ヶ所は、前記抵抗体のうち電流流れ方向の中央部に位置することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項１０】
前記第１、第２の電極部の間には、前記抵抗体としての第１、第２の抵抗体が導通部（１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ）を通して直列接続されており、
前記接続部のうち前記第１、第２の抵抗体のうち一方の抵抗体に接続される接続ヶ所は、前記抵抗体のうち前記導通部側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項１１】
前記第１、第２の集電板の間に並列に複数の前記第１の電極部が配置されており、
前記複数の第１の電極部のうち、いずれか１つの第１の電極部に対して前記抵抗体および前記接続部を介して接続される前記放熱部は、前記複数の第１の電極部のうち前記１つの第１の電極部に隣り合う第１の電極部に対して、前記第１、第２の集電板の並び方向で重なるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項１２】
２つ以上の前記放熱部がそれぞれ前記接続部を介して前記抵抗体に接続されて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、燃料電池を流れる電流を測定する電流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流測定装置では、燃料電池の発電面に対向して複数の溝を有する板状部材と、複数の溝内にそれぞれ収納されて燃料電池の発電面と接続される複数の柱状部と、複数の柱状部に流れる電流を柱状部毎に測定する電流測定手段とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このものにおいて、板状部材において複数の溝にそれぞれ連通する空気通路が設けられており、空気通路を通して複数の溝に空気を供給して複数の柱状部をそれぞれ冷却する。これにより、複数の柱状部の温度上昇を抑制して、電流測定の精度の低下を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２７８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の電流測定装置では、空気通路を通して複数の溝に供給される空気によって複数の柱状部がそれぞれ冷却することができるものの、空気通路や溝など、複数の柱状部を冷却するための冷却構造を板状部材に設けることが必要になる。
【０００６】
本発明者等は、電流測定装置において、燃料電池を構成する２つのセルのうち一方のセルに接触する第１の電極部と、２つのセルのうち他方のセルに接触する第２の電極部と、前記第１、第２の電極部の間に配置されている抵抗体Ｒａと、第１、第２の電極部の間で抵抗体Ｒａに直列に配置されて抵抗体Ｒｂとからなる電流測定体とを備えるものについて特許出願した（特願２０１２−２４１８３９参照）。
【０００７】
本特許出願によれば、抵抗体Ｒａに生じる電位差Ｖａと抵抗体Ｒｂに生じる電位差Ｖｂとを検出し、これら検出される電位差Ｖａ、電位差Ｖｂ、および抵抗体Ｒａ、Ｒｂのそれぞれの温度係数を用いて、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに流れる電流と抵抗体Ｒａ、Ｒｂの温度とを算出することができる。しかし、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに電流が流れることにより、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに発熱が生じる。このため、抵抗体Ｒａ、Ｒｂの温度変化を計測して、この測定される温度変化に基づいて温度変化に起因する電流測定誤差を小さくしたり、上述の特許文献１と同様に、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを冷却する冷却構造が必要になる。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成で、抵抗体の温度上昇を抑制して燃料電池に流れる電流を高精度に測定する電流測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）に適用される電流測定装置であって、
複数のセルのうち隣り合う２つのセルのうち一方のセルに接触する第１の電極部（１２０ａ）と、隣り合う２つのセルのうち一方のセル以外の他方のセルに接触する第２の電極部（１２０ｂ）と、
第１、第２の電極部の間に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３１）と、
第１、第２の電極部の間にて抵抗体に電流が流れる際に抵抗体に生じる電位差を測定し、この測定される電位差と抵抗値とに基づいて２つのセルの間の局所に流れる電流を求める測定手段（５０、１６０）と、
抵抗体に接続されて、抵抗体に電流が流れる際に抵抗体に生じる熱を放出する放熱部（１３２ａ、１３２ｂ）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
以上により、放熱部といった簡素な構成によって抵抗体を冷却することができる。したがって、簡素な構成で、抵抗体の温度上昇を抑制して、燃料電池に流れる電流を高精度に測定する電流測定装置を提供することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される少なくとも１つのセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギを発生して第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）に適用される電流測定装置であって、
第１、第２の集電板のうち一方の集電板に接触する第１の電極膜（１２０ａ）と、一方の集電板に隣り合うセルに接触する第２の電極膜（１２０ｂ）と、
第１、第２の電極部の間に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３１）と、
第１、第２の電極部の間にて抵抗体に電流が流れる際に抵抗体に生じる電位差を測定し、この測定される電位差と抵抗値とに基づいて一方の集電板と一方の集電板に隣り合うセルとの間の局所に流れる電流を求める測定手段（５０、１６０）と、
抵抗体に接続されて、抵抗体に電流が流れる際に抵抗体に生じる熱を放出する放熱部（１３２ａ、１３２ｂ）と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
以上により、放熱部といった簡素な構成によって抵抗体を冷却することができる。したがって、簡素な構成で、抵抗体の温度上昇を抑制して、燃料電池に流れる電流を高精度に測定する電流測定装置を提供することができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１中の燃料電池、電流測定部材、および制御部（ＥＣＵ）の関係を示す模式図である。
【図３】図１中の電流測定部材の正面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】（ａ）は図４中のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図４中のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５中の配線層の寸法を示す図である。
【図７】比較例における配線層の拡大図である。
【図８】第１実施形態の変形例における配線層の拡大図である。
【図９】本発明の第２実施形態における配線層を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における配線層を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における配線層を示す図である。
【図１２】第４実施形態における放熱部の面積と温度上昇の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の本実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システム１を示す模式図で、この燃料電池システム１は例えば電気自動車に適用される。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１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１０を備えている。この燃料電池１０は、図示しない電気負荷や２次電池等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷に相当している。
【００１８】
本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１０ａが集電板１１、１２の間に複数積層され、かつ電気的に直列接続されている。
【００１９】
燃料電池１０の複数のセル１０ａでは、それぞれ、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が発生する。
【００２０】
（負極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（正極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
これにより、上記電気化学反応に伴って、複数のセル１０ａを通して集電板１１、１２の間には電流が流れる。集電板１１、１２のうち一方の集電板は、セル１０ａに対してその面方向に分散化して電流を供給し、他方の集電板は、セル１０ａにその面方向に分散して流れる電流を集める。
【００２１】
図２は、燃料電池１０の斜視図である。図２に示すように、燃料電池１０には、燃料電池１０のセル１０ａの面内の電流分布を測定するために、板状に形成されている電流測定部材１００が設けられている。電流測定部材１００は、複数のセル１０ａのうち隣り合う２つのセル１０ａに挟まれて配置されており、隣り合う２つのセル１０ａと電気的に直列接続されている。
【００２２】
図１の燃料電池システム１には、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素流路３０が設けられている。ここで、空気流路２０における燃料電池１０より上流側を空気供給流路２０ａといい、下流側を空気排出流路２０ｂという。また、水素流路３０における燃料電池１０より上流側を水素供給流路３０ａといい、下流側を水素排出流路３０ｂという。なお、空気は本発明の酸化剤ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当している。
【００２３】
空気供給流路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、空気供給流路２０ａにおける空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられている。また、空気排出流路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。
【００２４】
水素供給流路３０ａの最上流部には、水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給流路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ための水素調圧弁３２が設けられている。
【００２５】
水素排出流路３０ｂには、水素供給流路３０ａにおける水素調圧弁３２の下流側に接続されて閉ループを構成する水素循環流路３０ｃが分岐して設けられており、これにより水素流路３０内で水素を循環させて、未反応の水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。そして、水素循環流路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が設けられている。
【００２６】
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を冷却するための冷却システムが設けられている。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、およびファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。
【００２７】
冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ５２をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路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。また、冷却水経路４０における燃料電池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Ｗｔ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。
【００２８】
燃料電池システム１には、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、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。そして、制御部５０は、温度センサ４６の検出温度、および後述する電圧センサ１６０（図４参照）の検出電圧に基づいてセル１０ａの面内における電流分布を検出し、この検出される電流分布に応じて、空気ポンプ２１、加湿器２２、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５を制御する。
【００２９】
次に、電流測定部材１００について説明する。図３は、電流測定部材１００をセル１０ａの積層方向から視た正面である。図４は、図３中IV−IV断面面である
。
【００３０】
電流測定部材１００は、積層基板から構成されるもので、セル１０ａの面内における電流分布を測定するための複数の電流測定体１１０を構成している。複数の電流測定体１１０は、電流測定部材１００の面方向に分散して配列されている。本実施形態では、（４×７）の電流測定体１１０がマトリクス状に配列されている。複数の電流測定体１１０は、それぞれ、同一の構造を有している。電流測定体１１０は、それぞれ、隣り合う２つのセル１０ａの間の１つの局所の電流を測定可能となっている。そこで、以下、複数の電流測定体１１０のうち１つの電流測定体１１０の構造について説明する。
【００３１】
電流測定体１１０は、電極膜１２０ａ、１２０ｂ、配線層１３０ａ、１３０ｂ、および、導電部１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを備える。
【００３２】
電極膜１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ、銅等の導電性金属からなる薄膜状に形成されている。電極膜１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ、セル１０ａの面方向に平行に形成されている。電極膜１２０ｂは、隣り合う２つのセル１０ａのうちプラス電極側セル１０ａ（すなわち、電流流れ方向上流側のセル１０ａ）に接触している。電極膜１２０ａは、隣り合う２つのセル１０ａのうちマイナス電極側セル１０ａ（すなわち、電流流れ方向下流側のセル１０ａ）に接触している。
【００３３】
配線層１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、銅等の導電性金属からなる薄膜状に形成されている。配線層１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、セル１０ａの面方向に平行に形成されている。配線層１３０ａは、電極膜１２０ａ側に配置されている。配線層１３０ｂは、電極膜１２０ｂ側に配置されている。配線層１３０ａは、導電部１４０ａによって電極膜１２０ａに接続されている。配線層１３０ａは、導電部１４０ｂによって配線層１３０ｂに接続されている。配線層１３０ｂは、導電部１４０ｃによって電極膜１２０ｂに接続されている。
【００３４】
図５（ａ）は図４中Ａ−Ａ断面図である。図６は配線層１３０ａの構造の詳細および寸法を示す図である。
【００３５】
配線層１３０ａは、抵抗体１３１、放熱部１３２ａ、１３２ｂ、および接続部１３３ａ、１３３ｂを備える。抵抗体１３１は、抵抗端子部１３１ａ、１３１ｃ、および抵抗本体１３１ｂから構成されてＨ字状に形成されている。抵抗端子部１３１ａ、抵抗本体１３１ｂ、および抵抗端子部１３１ｃは、それぞれ、紙面垂直方向から視て長方形状に形成されている。紙面垂直方向は、電極膜１２０ａ、１２０ｂが並ぶ積層方向である。図６中の鎖線は、説明の便宜上、抵抗端子部１３１ａ、１３１ｃ、および抵抗本体１３１ｂを区別するために設けられたものである。
【００３６】
抵抗端子部１３１ａおよび抵抗端子部１３１ｃは、平行に配置されている。抵抗端子部１３１ａの長手方向中央部および抵抗端子部１３１ｃの長手方向中央部の間に抵抗本体１３１ｂが配置されている。抵抗本体１３１ｂは、所定の抵抗値を有するものである。抵抗本体１３１ｂは、その長手方向が抵抗端子部１３１ａ（および抵抗端子部１３１ｃ）の長手方向に直交している。抵抗端子部１３１ａには、導電部１４０ｂが接続されている。抵抗端子部１３１ｃには、導電部１４０ａが接続されている。
【００３７】
放熱部１３２ａ、１３２ｂは、それぞれ紙面垂直方向から視て長方形状に形成されている。放熱部１３２ａ、１３２ｂは、それぞれの長手方向が抵抗本体１３１ｂの長手方向に平行になっている。放熱部１３２ａは、抵抗体１３１の短手方向一方側（図示下側）に配置されている。放熱部１３２ｂは、抵抗体１３１の短手方向他方側（図示上側）に配置されている。放熱部１３２ａ、１３２ｂは、抵抗端子部１３１ａおよび抵抗端子部１３１ｃの間に配置されている。短手方向は、長手方向に直交する方向である。
【００３８】
抵抗本体１３１ｂの長手方向一方側と電圧センサ１６０との間には、信号線１５０ａが接続され、抵抗本体１３１ｂの長手方向他方側と電圧センサ１６０との間には信号線１５０ｂが接続されている。
【００３９】
図６に示すように、放熱部１３２ａ、１３２ｂは、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂに対して離して配置されている。接続部１３３ａは、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂと放熱部１３２ａとの間に配置されて、抵抗本体１３１ｂからの熱を放熱部１３２ａに伝える伝熱経路を構成する。
【００４０】
具体的には、接続部１３３ａは、接続経路部１４０および経路端部１４１、１４２を備える。接続経路部１４０は、紙面垂直方向から視て細長い長方形状に形成されて、抵抗本体１３１ｂ（或いは、放熱部１３２ａ）に対して平行になるように配置されている。経路端部１４１は、接続経路部１４０と抵抗本体１３１ｂとを接続している。経路端部１４１は、抵抗本体１３１ｂの電流流れ方向の中央部側に位置する。つまり、接続部１３３ａのうち抵抗本体１３１ｂに接続される接続ヵ所は、抵抗本体１３１ｂの電流流れ方向の中央部側に位置する。経路端部１４２は、接続経路部１４０および放熱部１３２ａの間を接続している。経路端部１４２は、抵抗本体１３１ｂの電流流れ方向の上流側（すなわち、正極側）に位置する。
【００４１】
このことにより、接続部１３３ａのうち接続経路部１４０を熱が伝わる方向（図５中矢印Ｙｄ）は、抵抗本体１３１ｂの電流流れ方向（図５中矢印Ｙｃ）に対して逆方向になる。
【００４２】
ここで、図６に示すように、接続部１３３ａのうち幅方向寸法（Ｌ１）は、抵抗本体１３１ｂのうちの電流流れ方向の寸法（Ｌ３）よりも小さく、かつ放熱部１３２ａのうちの電流流れ方向の寸法（Ｌ２）よりも小さい。
【００４３】
放熱部１３２ｂは、接続部１３３ａと同様に、接続経路部１４０、および経路端部１４１、１４２から構成されている。放熱部１３２ｂは、接続部１３３ａに対して中心線Ｓ１（図６参照）に対して線対称に形成されている。中心線Ｓ１は、放熱部１３２ａ、１３２ｂの間の中間位置において図６中左右方向に延びる仮想線（一点鎖線）である。
【００４４】
図５（ｂ）は図４中Ｂ−Ｂ断面図である。配線層１３０ｂは、配線層１３０ａと同様に、抵抗体１３１、放熱部１３２ａ、１３２ｂ、および接続部１３３ａ、１３３ｂを備える。配線層１３０ｂの抵抗体１３１の抵抗端子部１３１ａには、導電部１４０ｃが接続されている。配線層１３０ｂの抵抗体１３１の抵抗端子部１３１ｃには、導電部１４０ｂが接続されている。
【００４５】
このように構成される電流測定体１１０では、複数の電極膜１２０ａおよび複数の電極膜１２０ｂの間には絶縁層１４９が充填されている。絶縁層１４９としては、エポキシ樹脂等の電気絶縁材料によって構成されている。
【００４６】
本実施形態では、電流測定体１１０、電圧センサ１６０、および制御部５０が本発明の係る電流測定装置を構成している。
【００４７】
次に、電流測定部材１００による電流測定方法について説明する。
【００４８】
まず、燃料電池１０に対する水素および空気の供給が開始されることで、燃料電池１０の複数のセル１０ａで発電が開始される。電流測定部材１００の複数の電流測定体１１０では、電流測定部材１００を挟む２つのセル１０ａのうち電流流れ方向上流側のセル１０ａから電極膜１２０ｂに電流が流れる。
【００４９】
したがって、複数の電流測定体１１０では、電流が電極膜１２０ｂ→導電部１４０ｃ→配線層１３０ｂ→導電部１４０ｂ→配線層１３０ｂ→導電部１４０ｃ→電極膜１２０ａの順に流れる。
【００５０】
このとき、配線層１３０ｂの抵抗体１３１に電流が図５中矢印Ｙａの如く流れる。そして、この電流は導電部１４０ｂを矢印Ｙｂの如く流れ、その電流は、図５中矢印Ｙｃの如く、配線層１３０ａ抵抗体１３１に流れる。
【００５１】
ここで、配線層１３０ａ、１３０ｂの抵抗体１３１に電流が流れる際に抵抗体１３１に熱が発生する。抵抗体１３１からの熱が接続部１３３ａを通して放熱部１３２ａから放熱される。さらに、抵抗体１３１からの熱が接続部１３３ｂを通して放熱部１３２ｂから放熱される。
【００５２】
抵抗体１３１から接続部１３３ａ、１３３ｂの接続経路部１４０に熱が伝達される方向は、抵抗体１３１の電流流れ方向（図５（ａ）、（ｂ）中矢印Ｙａ、Ｙｃ参照）と逆方向になる。このため、抵抗体１３１から接続部１３３ａを通して放熱部１３２ａには電流が流れない。抵抗体１３１から接続部１３３ｂを通して放熱部１３２ｂには電流が流れない。
【００５３】
このように配線層１３０ａの抵抗体１３１に電流が流れることにより、抵抗体１３１に電位差Ｖａが発生する。この発生した電位差Ｖａを電圧センサ１６０が測定する。制御部５０は、配線層１３０ａの抵抗体１３１の抵抗値Ｒａと電位差Ｖａとによって抵抗体１３１に流れる電流Ｉａを求める。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、燃料電池システム１は、複数のセルのうち隣り合う２つのセルのうち一方のセルに接触する電極部１２０ａと、前記隣り合う２つのセルのうち他方のセルに接触する第２の電極部１２０ｂと、電極部１２０ａ、１２０ｂの間に配置されて抵抗体１３１と、抵抗体１３１に生じる電位差Ｖａを測定する電圧センサ１６０と、この測定される電位差と抵抗体１３１の抵抗値とに基づいて２つのセルの間の局所に流れる電流を求める制御部５０と、抵抗体１３１に接続されて、抵抗体１３１に電流が流れる際に抵抗体１３１に生じる熱を放出する放熱部１３２ａ、１３２ｂと、抵抗体１３１からの熱を放熱部１３２ａ、１３２ｂに伝達させる伝熱経路を構成する接続部１３３ａ、１３３ｂとを備える。
【００５５】
したがって、放熱部１３２ａ、１３２ｂおよび接続部１３３ａ、１３３ｂといった簡素な冷却部材によって抵抗体１３１から発生する熱を放熱することができる。
【００５６】
本実施形態では、放熱部１３２ａ、１３２ｂおよび接続部１３３ａ、１３３ｂによって抵抗体１３１から発生する熱を放熱する。したがって、抵抗体１３１の温度上昇を抑制することができる。このため、抵抗体１３１を用いて電流を測定する際に、抵抗体１３１の温度変化に起因する電流測定誤差が小さくなる。これにより、広い範囲の電流を測定することができる。
【００５７】
本実施形態では、電流測定部材１００において、電極部１２０ａ、１２０ｂ、および抵抗体１３１が積層されている。抵抗体１３１および放熱部１３２ａ、１３２ｂは、同一層に形成されている。このため、電流測定部材１００のうち積層方向の寸法を小さくすることができる。積層方向は、電極部１２０ａ、１２０ｂの並ぶ方向である。
【００５８】
本実施形態では、接続部１３３ａ、１３３ｂは、接続経路部１４０に熱が伝達する方向が抵抗体１３１の電流流れ方向に対して逆方向になるように伝熱経路が構成されている。
【００５９】
一方、図７に示すように、抵抗体１３１および放熱部１３２ａ（１３２ｂ）の間にて抵抗体１３１に平行に接続部１３３ａ（１３３ｂ）を配置することも考えられる。この場合、接続部１３３ａ（１３３ｂ）のうち抵抗体１３１に接続される接続ヵ所の電流流れ方向の第１寸法と放熱部１３２ａ（１３２ｂ）の電流流れ方向の第２寸法とが同じになる。これにより、図５の抵抗体１３１に比べて、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂの電流経路の幅寸法が大きくなり、抵抗体１３１の抵抗値が低下する。図７中の鎖線は、説明の便宜上、抵抗体１３１、放熱部１３２ａ、１３２ｂ、および接続部１３３ａ、１３３ｂを区別するための設けたものである。
【００６０】
なお、抵抗体１３１において、抵抗値をＲとし、電流経路の幅寸法をＳとし、電流経路の長さをＬとし、電気抵抗率をρとすると、次の数式１が成立する。
【００６１】
Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ・・・・・・・（数式１）
このため、抵抗体１３１の電流経路の幅寸法が大きくなると抵抗値が小さくなる。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、上述の如く、接続部１３３ａ、１３３ｂは、接続経路部１４０（すなわち、伝熱経路）に熱が伝達する方向が抵抗体１３１の電流流れ方向に対して逆方向になるように伝熱経路が構成されている。これにより、抵抗体１３１側から接続部１３３ａ、１３３ｂを通して放熱部１３２ａ、１３２ｂに電流が流れないようにすることができる。つまり、接続部１３３ａ、１３３ｂおよび放熱部１３２ａ、１３２ｂに起因して抵抗体１３１の抵抗値が低下しない。
【００６３】
上記第１実施形態では、接続部１３３ａ、１３３ｂに熱が伝達する方向が抵抗体１３１の電流流れ方向に対して逆方向になるように接続部１３３ａ、１３３ｂを構成した例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。
【００６４】
すなわち、図８に示すように、接続部１３３ａ、１３３ｂの伝熱経路に熱が伝達する方向が抵抗体１３１の電流流れ方向に対して交差するように接続部１３３ａ、１３３ｂを構成してもよい。この場合も、抵抗体１３１側から接続部１３３ａ、１３３ｂを通して放熱部１３２ａ、１３２ｂに電流が流れないようにすることができる。つまり、接続部１３３ａ、１３３ｂおよび放熱部１３２ａ、１３２ｂに起因して抵抗体１３１の抵抗値が低下しない。
【００６５】
また、本発明の実施にあたり、上述の如く、抵抗体１３１の抵抗値が低下するものの、図７に示すように、抵抗体１３１および放熱部１３２ａ（１３２ｂ）の間にて抵抗体１３１に平行に接続部１３３ａ（１３３ｂ）を配置してもよい。
【００６６】
上記第１実施形態では、接続部１３３ａ、１３３ｂは、接続経路部１４０に熱が伝達する方向を抵抗体１３１の電流流れ方向に対して逆方向になるように伝熱経路が構成して、抵抗体１３１側から接続部１３３ａ、１３３ｂを通して放熱部１３２ａ、１３２ｂに電流が流れないようにした例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。すなわち、接続部１３３ａ、１３３ｂの抵抗値を抵抗体の抵抗値よりも大きくなるように構成することにより、抵抗体１３１側から接続部１３３ａ、１３３ｂを通して放熱部１３２ａ、１３２ｂに電流が流れないようにすることができる。
【００６７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、配線層１３０ａ、１３０ｂにおいて、接続部１３３ａのうち抵抗本体１３１ｂに接続される接続ヶ所を抵抗本体１３１ｂのうち電流流れ方向中央部に配置した例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、配線層１３０ａ、１３０ｂでは、抵抗本体１３１ｂのうち電流流れ方向の導電部１４０ｂ側に接続部１３３ａ、１３３ｂを配置した例について説明する。
【００６８】
図９に本発明の第２実施形態における配線層１３０ａ、１３０ｂを示す図である。
【００６９】
本実施形態では、接続部１３３ａ、１３３ｂが抵抗本体１３１ｂのうち電流流れ方向の導電部１４０ｂ側に位置する。つまり、接続部１３３ａ、１３３ｂのうち抵抗本体１３１ｂに接続される接続ヵ所が抵抗本体１３１ｂのうち電流流れ方向の導電部１４０ｂ側に位置する。これは、導電部１４０ｂは配線層１３０ａ、１３０ｂに跨るように配置されているので、抵抗本体１３１ｂのうち電流流れ方向中央部よりも、抵抗本体１３１ｂのうち導電部１４０ｂ側の方が温度が高くなるためである。このため、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂを効率的に冷却することができる。
【００７０】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、抵抗端子部１３１ａ、１３１ｃの間に放熱部１３２ａ（１３２ｂ）を配置した例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、次のように、放熱部１３２ａを配置した例について説明する。
【００７１】
図１０に本実施形態の電流測定部材１００の３層の拡大図を示す。図１０には、複数の配線層１３０ａのうち隣り合う２つの配線層１３０ａを示す。
【００７２】
複数の配線層１３０ａは、それぞれ、抵抗体１３１、接続部１３３ａ、および放熱部１３２ａを備える。抵抗体１３１は、接続部１３３ａを通して放熱部１３２ａに接続されている。
【００７３】
本実施形態では、上記隣り合う２つの電極膜１２０ａのうち一方の電極膜１２０ａに抵抗体１３１および接続部１３３ａを通して接続される放熱部１３２ａは、上記隣り合う２つの電極膜１２０ａのうち一方の電極膜１２０ａ以外の他方の電極膜１２０ａに対して紙面垂直方向から視て重なるように配置されている。紙面垂直方向は、電極膜１２０ａ、１２０ｂが重なる積層方向である。図１０中、鎖線は、電極膜１２０ａの領域を示している。
【００７４】
以上説明した本実施形態では、上記隣り合う２つの電極膜１２０ａのうち一方の電極膜１２０ａに接続される放熱部１３２ａは、上記隣り合う２つの電極膜１２０ａのうち他方の電極膜１２０ａに対して紙面垂直方向から視て重なるように配置されている。このため、上記隣り合う２つの電極膜１２０ａのうち他方の電極膜１２０ａ側のスペースを有効利用して放熱部１３２ａを配置することができる。したがって、電流測定部材１００の面方向の大きさを小さくすることができる。
【００７５】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、抵抗体１３１の幅方向一方側に１つの放熱部１３２ａを配置し、かつ抵抗体１３１の幅方向他方側に１つの放熱部１３２ｂを配置した例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、抵抗体１３１に２つの放熱部１３２ａと２つの放熱部１３２ｂとを配置する例について説明する。
【００７６】
図１１に本実施形態の配線層１３０ａの拡大図を示す。
【００７７】
２つの放熱部１３２ａは、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂに対して幅方向一方側に配置されている。抵抗本体１３１ｂの幅方向とは、抵抗本体１３１ｂに電流が流れる方向に直交する方向のことである。
【００７８】
２つの放熱部１３２ａは、それぞれ、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂに対して接続部１３３ａを介して接続されている。２つの放熱部１３２ａは、抵抗体１３１の電流流れ方向に並べられている。２つの放熱部１３２ｂは、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂに対して幅方向他方側に配置されている。２つの放熱部１３２ｂは、抵抗体１３１の電流流れ方向に並べられている。２つの放熱部１３２ｂは、それぞれ、抵抗体１３１の抵抗本体１３１ｂに対して接続部１３３ｂを介して接続されている。
【００７９】
以上説明した本実施形態によれば、抵抗体１３１には、２つの放熱部１３２ａおよび２つの放熱部１３２ｂが接続されている。これにより、抵抗体１３１に接続される放熱部（１３２ａ、１３２ｂ）の総面積を増加することができる。
【００８０】
図１２は、放熱部の総面積と温度上昇係数ａとの関係を示すグラフである。
温度上昇係数は、温度変化をΔＴ、抵抗体１３１に流れる電流をＩとして、ΔＴ＝ａ×Ｉ2としたときの係数ａ［℃／Ａ2]である。図１２から温度上昇係数ａが小さいほど、放熱部１３２ａ、１３２ｂの温度が上昇し難いことが分かる。
【００８１】
（他の実施形態）
上記第１〜第４実施形態では、配線層１３０ａ、１３０ｂのそれぞれに、抵抗体１３１を構成した例について説明したが、これに代えて、配線層１３０ａ、１３０ｂのうちいずれか一方に、抵抗体１３１を構成してもよい。
【００８２】
上記第１〜第４実施形態では、配線層１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの抵抗体１３１に対して放熱部１３２ａ、１３２ｂを接続したが、これに代えて、配線層１３０ａ、１３０ｂのうち一方の配線層１３０ａの抵抗体１３１に対して放熱部１３２ａ、１３２ｂを接続してもよい。
【００８３】
上記第１〜第４実施形態では、配線層１３０ａの抵抗体１３１に生じる電位差を電圧センサ１６０によって測定した例について説明したが、これに代えて、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようにしてもよい。
【００８４】
（ａ）配線層１３０ａの抵抗体１３１に生じる電位差と配線層１３０ｂの抵抗体１３１に生じる電位差とを合わせた電位差を１つの電圧センサ１６０によって測定する。例えば、導電部１４０ａ、１４０ｃの間の電位差を１つの電圧センサ１６０によって測定する。
【００８５】
（ｂ）電極膜１２０ａ、１２０ｂの間の電位差を１つの電圧センサ１６０によって測定する。
【００８６】
（ｃ）配線層１３０ｂの抵抗体１３１に生じる電位差を電圧センサ１６０によって測定する。
【００８７】
（ｄ）配線層１３０ａの抵抗体１３１に生じる電位差と配線層１３０ｂの抵抗体１３１に生じる電位差とを電圧センサ１６０によって別々に測定して、この測定された電位差の平均値を用いて電流を算出する。
【００８８】
上記第１〜第４実施形態では、電流測定部材１００において、電流流れ下流側の１層目を複数の電極膜１２０ａによって構成した例について説明したが、これに代えて、複数の電流測定体１１０に対して共通した１枚の電極膜１２０ａを用いて電流測定部材１００を構成してもよい。
【００８９】
上記第１〜第４の実施形態では、電流測定部材１００を隣り合う２つのセル１０ａの間に配置した例について説明したが、これに代えて、集電板１１、１２のうち一方の集電板と、この一方の集電板に隣り合うセル１０ａとの間に電流測定部材１００を配置してもよい。以下、前記一方の集電板に隣り合うセル１０ａを隣り合うセル１０ａという。
【００９０】
この場合、前記一方の集電板および隣り合うセル１０ａのうち、正極側の部材に複数の電極膜１２０ｂが接続され、前記一方の集電板および隣り合うセル１０ａのうち、負極側の部材に複数の電極膜１２０ａが接続されている。
【００９１】
上記第１〜第４の実施形態では、複数のセル１０ａから燃料電池１０を構成した例について説明したが、これに代えて、集電板１１、１２の間に１つのセル１０ａだけを配置して燃料電池１０を構成してもよい。
【００９２】
この場合、集電板１１、１２のうち一方の集電板とセル１０ａとの間に電流測定部材１００を配置することになる。このため、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち、正極側の部材に複数の電極膜１２０ｂが接続され、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち、負極側の部材に複数の電極膜１２０ａが接続されている。
【００９３】
上記第１〜第４の実施形態では、配線層間を接続する導電部として、スルーホールを用いた例について説明したが、これに代えて、レーザービアを用いてもよい。これにより基板の表面において電極部に生じる穴を無くすことができる。
【００９４】
上記第１〜第４の実施形態では、電流測定部材１００において複数の電流測定体１１０をマトリクス状に配列した例について説明したが、電極部１２０ａ、１２０ｂの間の抵抗値が電流測定体１１０毎に同等になるように構成されていれば、複数の電流測定体１１０をマトリックス状にしなくてもよく、また複数の電流測定体１１０を同一の形状にしなくてもよい。
【００９５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１        燃料電池システム
１０      燃料電池
１０ａ    セル
１００    電流測定部材
１１０    電流測定体
１２０ａ、１２０ｂ    電極膜
１３０ａ、１３０ｂ    配線層
１３１    抵抗体
１３２ａ、１３２ｂ    放熱部
１３３ａ、１３３ｂ    接続部
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ    導電部
１４０    伝熱経路部
１４１、１４２    経路端部
１３１ｂ  抵抗本体
１３１ａ、１３１ｃ    抵抗端子部
１５０    電気絶縁層
【図１】
2015103472.tif 000003
【図２】
2015103472.tif 000004
【図３】
2015103472.tif 000005
【図４】
2015103472.tif 000006
【図５】
2015103472.tif 000007
【図６】
2015103472.tif 000008
【図７】
2015103472.tif 000009
【図８】
2015103472.tif 000010
【図９】
2015103472.tif 000011
【図１０】
2015103472.tif 000012
【図１１】
2015103472.tif 000013
【図１２】
2015103472.tif 000014