(57)【要約】【課題】燃料電池１０に流れる電流を電極膜１２０ａ毎に正確に測定する。【解決手段】電流測定部材１００において、電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂは、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように配置されている。このため、電極膜１２０ａ、１２０ｂの並び方向から視て、接続部１４０ａ、１４１ａにおける配線層１３０ａの面方向の重心を配線層１３０ａの面方向中央部にすることができる。よって、接続部１４０ａ、１４１ａにおける配線層１３０ａの面方向の重心を電極膜１２０ａの面方向の重心に一致させることができる。これにより、上記隣り合う２つのセル１０ａの間において、一方のセルから電極膜１２０ａのうち、該当する電極膜１２０ａの周囲の電極膜１２０ａ側に電流が流れ難くなる。【選択図】図４
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【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複数の第１の電極膜（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の電極膜（１２０ｂ）と、
前記第１、第２の電極膜の間に前記第１の電極膜毎に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３５）と、
前記隣り合う２つのセルの間で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前記第１の電極膜毎に測定し、この前記第１の電極膜毎に測定される電位差と前記抵抗値とに基づいて前記隣り合う２つのセルの間の局所に流れる電流を前記第１の電極膜毎に求める電流検出手段（５０、６２）と、
前記第１の電極膜および前記抵抗体の間に前記第１の電極膜毎に設けられている電流流れ経路（１５１ａ、１５１ｂ）と、
前記第１の電極膜毎に前記第１の電極膜および前記電流流れ経路の間を接続する複数の第１の接続部（１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ）と、を備え、
前記第１、第２の電極膜の間には、前記複数の第１接続部、前記電流流れ経路、および前記抵抗体を通して電流が流れるようになっており、
前記電流流れ経路は、前記抵抗体に対して対称になるように配置されてい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複数の第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の電極膜の間に前記第１の電極膜毎に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３５）と、
前記隣り合う２つのセルの間で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前記第１の電極膜毎に測定し、この前記第１の電極膜毎に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前記第１の電極膜毎に求める電流検出手段（５０、６２）と、
前記第１の電極膜および前記抵抗体の間に前記第１の電極膜毎に設けられている電流流れ経路（１５１ａ、１５１ｂ）と、
前記第１の電極膜毎に前記第１の電極膜および前記電流流れ経路の間を接続する複数の第１の接続部（１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ）と、を備え、
前記第１、第２の電極膜の間には、前記複数の第１接続部、前記電流流れ経路、および前記抵抗体を通して電流が流れるようになっており、
前記電流流れ経路は、前記抵抗体に対して対称になるように配置されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
前記第１の電極膜毎に前記抵抗体および前記第２の電極膜の間を接続する第２接続部（１４２）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
【請求項４】
前記電流流れ経路は、前記抵抗体に流れる電流の流れ方向に平行に形成されて、かつ同一方向に電流が流れる経路（１５２ａ、１５２ｂ）を有する特徴とする請求項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】
前記電流検出手段は、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前記第１の電極膜毎に測定する電位差測定手段（６２）を備え、
前記抵抗体と前記電位差測定手段との間に接続されている第１、第２の信号線部（７０ａ、７０ｂ）を備え、
前記電位差測定手段は、前記第１、第２の信号線部を通して前記抵抗体に生じる電位差を測定するものであり、
前記電流流れ経路は、前記抵抗体に流れる電流の流れ方向に対して平行に配置されており、
前記電流流れ経路に流れる電流の方向は、前記抵抗体に流れる電流の流れ方向に対して逆方向になっており、
前記第１、第２の信号線部は、前記電流流れ経路と前記抵抗体との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項６】
前記第１、第２の信号線部は、それぞれ、前記電流流れ経路と前記抵抗体との間の中間に配置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】
前記第１、第２の信号線部は、それぞれ、前記電流流れ経路に対して前記抵抗体側に配置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】
前記複数の第１の電極膜のうち１つの第１の電極膜に接続される前記複数の第１接続部と前記１つの第１の電極膜との間の第１距離は、前記複数の第１の電極膜のうち前記１つの第１の電極膜に隣り合う第１の電極膜に接続される前記複数の第１接続部と前記１つの第１の電極膜との間の第２距離よりも短くなるように前記複数の第１接続部が前記第１の電極膜毎に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の電流測定装置。
【請求項９】
前記第１、第２の集電板の間には、前記第１の電極膜毎に独立した複数の前記第２の電極膜が配置されており、
前記複数の第２の電極膜のうち１つの第２の電極膜に接続される前記第２接続部と前記１つの第２の電極膜との間の第３の距離は、前記複数の第２の電極膜のうち前記１つの第２の電極膜に隣り合う第２の電極膜に接続される前記第２接続部と前記１つの第２の電極膜との間の第４の距離よりも短くなるように前記第２接続部が前記第２の電極膜毎に配置されていることを特徴とする請求項７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、電流測定装置において、複数のセルを積層配置して構成された燃料電池に適用されて、この燃料電池の内部を流れる電流を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このものにおいて、複数のセルのうち隣合う２つのセルのうち一方のセルに電気的に接触する複数の第１の電極膜、２つのセルのうち他方のセルに接触する第２の電極膜、および第１、第２の電極膜の間に第１の電極膜毎に接続されている抵抗体を備えている。そして、第１、第２の電極膜間の電位差を電圧センサで検出し、この検出された電位差を抵抗体の抵抗値で除することによって、燃料電池内を流れる電流を測定している。
【０００４】
ここで、第１、第２の電極膜は、第１の電極膜毎に対向するように配置されている。抵抗体は、第１、第２の電極膜の並び方向に直交する板面を有する薄板部材である。つまり、抵抗体は、第１、第２の電極膜の間に挟まれている。抵抗体と第１の電極膜との間は、第１の接続部によって接続されている。抵抗体と第２の電極膜との間は、第２の接続部によって接続されている。第１、第２の接続部は、それぞれ、抵抗体の面方向中央部から外れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の電流測定装置において、第１の接続部は、上述の如く、抵抗体の面方向中央部から外れている。このため、第１の接続部における抵抗体面方向の重心が第１の電極膜の面方向中央部からはずれてしまう。したがって、一方のセルおよび他方のセルの間において、一方のセルから、複数の第１の電極膜のうち、該当する第１の電極膜の周囲の第１電極膜側に電流が流れ易くなる。前記該当する第１の電極膜とは、燃料電池のセル面方向の電流分布を測定する際に、複数の第１の電極膜のうち、電流が本来流れるべき第１の電極膜のことである。したがって、一方のセルおよび他方のセルの間に流れる電流を第１電極膜毎に正確に測ることができない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、燃料電池に流れる電流を第１電極膜毎に正確に測定できるようにした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】
【０００８】
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複数の第１の電極膜（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の電極膜（１２０ｂ）と、
第１、第２の電極膜の間に第１の電極膜毎に配置されて、所定の抵抗値を有する抵抗体（１３５）と、
隣り合う２つのセルの間で抵抗体に電流が流れる際に抵抗体に生じる電位差を第１の電極膜毎に測定し、この第１の電極膜毎に測定される電位差と抵抗値とに基づいて隣り合う２つのセルの間の局所に流れる電流を第１の電極膜毎に求める電流検出手段（５０、６２）と、
第１の電極膜および抵抗体の間に第１の電極膜毎に設けられている電流流れ経路（１５１ａ、１５１ｂ）と、
第１の電極膜毎に第１の電極膜および電流流れ経路の間を接続する複数の第１の接続部（１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ）と、を備え、
第１、第２の電極膜の間には、複数の第１接続部、電流流れ経路、および抵抗体を通して電流が流れるようになっており、
電流流れ経路は、抵抗体に対して対称になるように配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、電流流れ経路は、抵抗体に対して対称になるように配置されている。このため、複数の第１の接続部の重心を第１の電極膜の面方向の重心に一致させることができる。これにより、一方のセルおよび他方のセルの間において、一方のセルから複数の第１の電極膜のうち、該当する第１の電極膜の周囲の第１電極膜側に電流が流れ難くなる。すなわち、一方のセルから該当する第１の電極膜を通して抵抗体に多くの電流を流すことができる。前記該当する第１の電極膜は、燃料電池のセル面方向の電流分布を測定する際に、複数の第１の電極膜のうち、電流が本来流れるべき第１の電極膜である。このため、燃料電池に流れる電流を第１電極膜毎に正確に測定することができる。
【００１０】
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の電極膜の間に配置されて所定の抵抗値を有する抵抗体（１３５）と、
隣り合う２つのセルの間に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する電位差測定手段（６２）と、
電位差測定手段によって測定される電位差と抵抗値とに基づいて隣り合う２つのセルの間の局所に流れる電流を求める電流検出手段（５０）と、
第１の電極膜および抵抗体の間に設けられている電流流れ経路（１５１ａ、１５１ｂ）と、
第１の電極膜および電流流れ経路の間を接続する複数の第１の接続部（１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ）と、
抵抗体および第２の電極膜の間を接続する第２接続部（１４２）と、を備え、
第１、第２の電極膜の間には、複数の第１接続部、電流流れ経路、抵抗体、および第２接続部を通して電流が流れるようになっており、
電流流れ経路は、抵抗体に対して対称になるように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、電流流れ経路は、抵抗体に対して対称になるように配置されている。このため、複数の第１の接続部の重心を第１の電極膜の面方向の重心に一致させることができる。これにより、一方のセルおよび他方のセルの間において、一方のセルから複数の第１の電極膜のうち、該当する第１の電極膜の周囲の第１電極膜側に電流が流れ難くなる。すなわち、一方のセルから該当する第１の電極膜を通して抵抗体に多くの電流を流すことができる。前記該当する第１の電極膜は、燃料電池のセル面方向の電流分布を測定する際に、複数の第１の電極膜のうち、電流が本来流れるべき第１の電極膜である。このため、燃料電池に流れる電流を第１電極膜毎に正確に測定することができる。
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システム１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】図３中の電流測定部材の部分拡大図である。
【図６】図４中の配線層の図中Ａ矢視図である。
【図７】本発明の第２実施形態における燃料電池システム１の配線層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の本実施形態について図１〜図６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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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６２（図６参照）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。さらに、制御部５０は、信号出力回路６０を制御して燃料電池１０に交流電圧を印加しつつ、セルモニタ６０の検出電圧と、電圧センサ６２（図４参照）の検出電圧とに基づいて各セル１０ａの交流インピーダンスを測定する。交流インピーダンスは各セル１０ａの自己診断に用いられる。セルモニタ６０は、セル１０ａから出力される電圧をセル１０ａ毎に測定する。信号出力回路６１は、燃料電池１０の複数のセル１０ａに交流電圧を出力する。
【００２８】
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断面面であっ
て、図中の外形線の内側は、図示の明確化のために、電流測定部材１００の内部を透視した図を示している。図５は、電流測定部材１００をセル１０ａの積層方向から視た部分拡大図である。
【００２９】
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、上記隣り合う２つのセル１０ａの間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。
【００３０】
図４の電流測定体１１０は、電極膜１２０ａ、１２０ｂ、配線層１３０ａ、１３０ｂ、接続部１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ、１４２、および電気絶縁層１５０を備える。
【００３１】
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１２０ａ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１２０ｂ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。電極膜１２０ｂは、電極膜１２０ａ毎に独立して形成されている。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、接続部１４０ａ、１４１ａによって電極膜１２０ａに接続されている。
【００３２】
図６は、図５中Ａ−Ａ断面図である。配線層１３０ａは、配線部１３１、１３２、１３３、１３４、抵抗体１３５によって略Ｅ字状に形成されている。配線部１３１、１３２は、それぞれ、長手方向に延出する長方形に形成されている。配線部１３３は、配線部１３１、１３２のそれぞれ長手方向一端側に接続されている。配線部１３４は、長手方向に延出する長方形に形成されて、配線部１３１、１３２の間の中間位置に配置されている。抵抗体１３５は、配線部１３４と配線部１３３との間に配置されている。接続部１４０ａは、配線部１３１の長手方向中央部に接続されている。接続部１４１ａは、配線部１３２の長手方向中央部に接続されている。配線部１３３のうち抵抗体１３５側には、接続部１４２が接続されている。接続部１４２は、配線層１３０ａの面方向中央部に位置する。
【００３３】
配線部１３１、１３３には、接続部１４０ａから抵抗体１３５を通して接続部１４２に流れる電流流れ経路１５１ａが形成されている。電流流れ経路１５１ａは、経路部１５２ａ、１５３ａによって略Ｌ字状に形成されている。経路部１５２ａは、配線部１３１から構成されている。経路部１５３ａは、配線部１３３から構成されている。
【００３４】
配線部１３２、１３３には、接続部１４１ａから抵抗体１３５を通して接続部１４２に流れる電流流れ経路１５１ｂが形成されている。電流流れ経路１５１ｂは、経路部１５２ｂ、１５３ｂによって略Ｌ字状に形成されている。経路部１５２ｂは、配線部１３２から構成されている。経路部１５３ｂは、配線部１３３から構成されている。
【００３５】
電流流れ経路１５１ａおよび電流流れ経路１５１ｂは、抵抗体１３５ａを通る中心線Ｓ１を中心線とする線対称に形成されている。中心線Ｓ１は、抵抗体１３５ａの端子１３５ａ、１３５ｂを通過する仮想線である。
【００３６】
図４の配線層１３０ｂは、接続部１４０ｂ、１４１ｂによって電極膜１２０ｂに接続されている。配線層１３０ａと配線層１３０ｂは、接続部１４２によって接続されている。
【００３７】
ここで、電極膜１２０ａ、１２０ｂ、配線層１３０ａ、１３０ｂ、および接続部１４０ａ、１４１ａ、１４０ｂ、１４１ｂ、１４２において、電極膜１２０ａ側（図４中下側）の構成と電極膜１２０ｂ側（図４中上側）の構成とは、中心線Ｓ２を中心線として、線対称になっている。中心線Ｓ２は、電極膜１２０ａ、１２０ｂの間の中間部を通る仮想線である。
【００３８】
ここで、電極膜１２０ａは電極膜１２０ｂに対応し、配線層１３０ａは配線層１３０ｂに対応し、接続部１４０ａは接続部１４０ｂに対応し、接続部１４１ａは接続部１４１ｂに対応する。
【００３９】
接続部１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ、１４２は、複数のスルーホール（層間接続部材）から構成されている。本実施形態の接続部１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂは、例えば、９個のスルーホールから構成されている。接続部１４２は、例えば、３６個のスルーホールから構成されている。
【００４０】
電気絶縁層１５０は、電極膜１２０ａ、１２０ｂの間において、配線層１３０ａ、１３０ｂ、接続部１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ、１４２を囲むように配置されている。本実施形態の電気絶縁層１５０は、エポキシ樹脂等の電気絶縁性樹脂材料からなる。
【００４１】
さらに、電圧センサ６２は、抵抗体１３５の端子１３５ａ、１３５ｂの間の電圧Ｖを求める電圧センサである。電圧センサにより検出される電圧Ｖは、制御部５０に出力される。本実施形態では、端子１３５ａは、正極側端子を示し、端子１３５ｂは負極側端子を示している。
【００４２】
電圧センサ６２と抵抗体１３５の正極端子１３５ａとの間には、信号線部７０ａが接続されている。電圧センサ６２と抵抗体１３５の負極端子１３５ｂとの間には、信号線部７０ｂが接続されている。
【００４３】
信号線部７０ａは、配線部１３１、１３４の間に配置されている。具体的には、信号線部７０ａは、配線部７１ａ、７２ａ、７３ａから略コ字状に形成されている。配線部７２ａは、経路部１５２ａに平行になるように形成されている。配線部７２ａは、抵抗体１３５および経路部１５２ａの間の中間部において、経路部１５２ａに流れる電流の方向に平行になるように形成されている。
【００４４】
信号線部７０ｂは、配線部１３２、１３４の間に配置されている。具体的には、信号線部７０ｂは、配線部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂから略コ字状に形成されている。配線部７２ｂは、経路部１５２ｂに平行になるように形成されている。配線部７１ｂは、抵抗体１３５および経路部１５２ｂの間の中間部において、経路部１５２ｂに流れる電流の方向に平行になるように形成されている。
【００４５】
なお、本実施形態の電流測定部材１００、電圧センサ６２、および制御部５０は、本発明の電流測定装置を構成している。
【００４６】
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。
【００４７】
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において、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１２０ａに電流が流れる。これに加えて、信号出力回路６０は、交流電圧を燃料電池１０の複数のセル１０ａに印加する。このため、直流電流に交流電流が畳重した電流が複数のセル１０ａおよび電流測定部材１００に流れる。
【００４８】
したがって、複数の電流測定体１１０では、電流が電極膜１２０ａ→接続部１４０ａ、１４１ａ→配線層１３０ａ→接続部１４２→配線層１３０ｂ→接続部１４０ｂ、１４１ｂ→電極膜１２０ｂの順に流れる。そして、この電流が電極膜１２０ｂから電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。
【００４９】
配線層１３０ａでは、電流流れ経路１５１ａの経路部１５２ａに流れる電流の向きと信号線部７０ａの配線部７２ａに流れる電流の向きとは、互いに逆向きである。このため、経路部１５１ａに電流が流れる際に発生する磁界と信号線部７０ａの配線部７２ａに電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。経路部１５２ａに流れる電流の向きと抵抗体１３５に流れる電流の向きとは、互いに逆向きである。このため、経路部１５１ａに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界が打ち消し合う。これに加えて、電流流れ経路１５１ｂの経路部１５２ｂに流れる電流の向きと抵抗体１３５に流れる電流の向きとは、互いに逆向きである。このため、経路部１５２ｂに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。
【００５０】
このとき、電圧センサ６２は、抵抗体１３５の両端子１３５ａ、１３５ｂ間の電圧を検出してこの検出電圧を制御部５０に出力する。このことにより、制御部５０は、電圧センサ６２の検出電圧値を抵抗値に除算して抵抗体１３５に流れる電流を電流測定体１１０毎に求める。これにより、制御部５０は、燃料電池１０においてそのセル１０ａの面方向の電流分布を求めることができる。さらに、制御部５０は、セル１０ａの面方向の電流分布とセルモニタ６０の検出電圧とに基づいて各セル１０ａの交流インピーダンスを測定する。
【００５１】
以上説明した本実施形態によれば、電流測定部材１００は、複数の電流測定体１１０を備える。複数の電流測定体１１０において、電極膜１２０ａと電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂとの間は、接続部１４０ａ、１４１ａによって接続されている。電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂは、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように配置されている。つまり、接続部１４０ａ、１４１ａ（１４０ｂ、１４１ｂ）と抵抗体１３５との間の電流流れ経路は、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように配置されている。このため、電極膜１２０ａ、１２０ｂの並び方向から視て、接続部１４０ａ、１４１ａにおける配線層１３０ａの面方向の重心を配線層１３０ａの面方向中央部にすることができる。よって、接続部１４０ａ、１４１ａにおける配線層１３０ａの面方向の重心を電極膜１２０ａの面方向の重心に一致させることができる。これにより、上記隣り合う２つのセル１０ａの間において、一方のセルから電極膜１２０ａのうち、該当する電極膜１２０ａの周囲の電極膜１２０ａ側に電流が流れ難くなる。すなわち、一方のセルから該当する電極膜１２０ａを通して抵抗体１３５に多くの電流を流すことができる。前記該当する電極膜１２０ａは、燃料電池１０のセル１０ａ面方向の電流分布を測定する際に、複数の電極膜１２０ａのうち、電流が本来流れるべき電極膜１２０ａである。このため、燃料電池１０に流れる電流を電極膜１２０ａ毎に正確に測定することができる。以上により、燃料電池１０においてセル１０ａ面方向の電流分布を正確に測定することができる。
【００５２】
本実施形態では、接続部１４２は、配線層１３０ａの面方向中央部に位置する。このため、接続部１４２の面方向の重心と、接続部１４０ａ、１４１ａにおける面方向の重心と、電極膜１２０ａの面方向の重心とをそれぞれ一致させることができる。これにより、上記隣り合う２つのセル１０ａの間において、一方のセルから電極膜１２０ａのうち、該当する電極膜１２０ａの周囲の電極膜１２０ａ側に電流がより一層、流れ難くすることができる。したがって、燃料電池１０においてセル１０ａ面方向の電流分布をより一層正確に測定することができる。
【００５３】
本実施形態では、複数の電極膜１２０ａのうち１つの電極膜１２０ａに接続される接続部１４０ａ、１４１ａと上記１つの電極膜１２０ａとの間の距離Ｌ１は、複数の電極膜１２０ａのうち上記１つの電極膜１２０ａに隣り合う電極膜１２０ａに接続される接続部（以下、隣接接続部１４０ａ、１４１ａという）と上記１つの電極膜１２０ａとの間の距離Ｌ２よりも短くなるように接続部１４０ａ、１４１ａが電極膜１２０ａ毎に配置されている。したがって、上記１つの電極膜１２０ａと隣接接続部１４０ａ、１４１ａとの間で電流を流れ難くすることができる。このため、燃料電池１０に流れる電流を電極膜１２０ａ毎により正確に測定することができる。
【００５４】
本実施形態では、複数の電極膜１２０ｂのうち１つの電極膜１２０ｂに接続される接続部１４２と上記１つの電極膜１２０ｂとの間の距離Ｌ３は、複数の電極膜１２０ｂのうち上記１つの電極膜１２０ｂに隣り合う電極膜１２０ｂに接続される接続部（以下、隣接接続部１４２という）と上記１つの電極膜１２０ｂとの間の距離Ｌ４よりも短くなるように接続部１４２が電極膜１２０ｂ毎に配置されている。したがって、隣接接続部１４２および上記１つの電極膜１２０ｂの間で電流を流れ難くすることができる。このため、燃料電池１０に流れる電流を電極膜１２０ａ毎により正確に測定することができる。
【００５５】
本実施形態では、電流測定部材１００において、配線層１３０ａでは、信号線部７０ａの配線部７２ａ、７２ｂは、電流流れ経路１５２ａ、１５３ａと抵抗体１３５に電流が流れる方向とが平行で、かつ電流流れ経路１５２ａ、１５３ａに電流が流れる方向と抵抗体１３５に電流が流れる方向とが逆方向になるように配置されている。このため、電流流れ経路１５２ａ、１５３ａに電流が流れる際に発生する磁界と信号線部７０ａの配線部７２ａに電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。電流流れ経路１５２ａ、１５３ａに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界が打ち消し合う。そして、電流流れ経路１５２ｂ、１５３ｂに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。したがって、制御部５０が電圧センサ６２の検出電圧値に基づいて電流測定体１１０毎に求めた電流において、インダクタンスの影響を低減することができる。このため、制御部５０において電流の測定精度を向上することができる。
【００５６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、電流流れ経路１５２ａ（１５２ｂ）とが抵抗体１３５に流れる電流の方向とが平行になるようにした例について説明したが、これに代えて、電流流れ経路１５２ａ（１５２ｂ）とが抵抗体１３５に流れる電流の方向とが交差するようにした例について説明する。
【００５７】
図７に本実施形態の燃料電池システム１における配線層１３０ａを示す図である。図７の配線層１３０ａは、図６の配線層１３０ａに代えて用いられる。
【００５８】
本実施形態の配線層１３０ａでは、電流流れ経路１５１ａと抵抗体１３５に流れる電流の方向とが約４５℃で交差している。電流流れ経路１５１ａは、接続部１４０ａから抵抗体１３５を通して接続部１４２に電流が流れる経路を構成する。電流流れ経路１５１ｂと抵抗体１３５に流れる電流の方向とが約４５で交差している。電流流れ経路１５１ｂは、接続部１４１ａから抵抗体１３５を通して接続部１４２に電流が流れる経路を構成する。電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂは、抵抗体１３５の端子１３５ａ、１３５ｂを通過する仮想線Ｓ１を中心線とする線対称に形成されている。本実施形態の接続部１４２は、配線層１３０ａのうち面方向中央部に接続されている。
【００５９】
本実施形態の信号線部７０ａは、配線部７１ａ、７２ａから略Ｌ字状に形成されている。配線部７１ａは、電流流れ経路１５１ａに平行になるように配置されている。配線部７１ａは、配線部７２ａに対して直交するように配置されている。信号線部７０ｂは、配線部７１ｂ、７２ｂから略Ｌ字状になるように形成されている。配線部７１ｂは、配線部７１ａに平行になるように配置されている。配線部７２ｂは、配線部７２ｂに対して直交するように配置されている。
【００６０】
以上説明した本実施形態によれば、電極膜１２０ａと電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂとの間は、接続部１４０ａ、１４１ａによって接続されている。電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂは、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように配置されている。つまり、接続部１４０ａ、１４１ａ（１４０ｂ、１４１ｂ）と抵抗体１３５との間の電流流れ経路は、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように配置されている。このため、電極膜１２０ａ、１２０ｂの並び方向から視て、接続部１４０ａ、１４１ａにおける配線層１３０ａの面方向の重心を電極膜１２０ａの面方向の重心に一致させることができる。よって、上記第１実施形態と同様に、燃料電池１０に流れる電流を電極膜１２０ａ毎に正確に測定することができる。これにより、燃料電池１０においてセル１０ａ面方向の電流分布を正確に測定することができる。
【００６１】
本実施形態では、配線層１３０ａにおいて、電流流れ経路１５１ａに流れる電流の向きと信号線部７０ａの配線部７１ａに流れる電流の向きとは、逆方向になる。このため、電流流れ経路１５１ａに電流が流れる際に発生する磁界と信号線部７０ａの配線部７１ａに電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。電流流れ経路１５１ａに流れる電流の向きと抵抗体１３５に流れる電流の向きとは、交差する関係になる。このため、電流流れ経路１５１ａに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界が打ち消し合う。電流流れ経路１５１ｂに流れる電流の向きと抵抗体１３５に流れる電流の向きとは、交差する関係になる。このため、電流流れ経路１５１ｂに電流が流れる際に発生する磁界と抵抗体１３５に電流が流れる際に発生する磁界とが打ち消し合う。
【００６２】
以上により、制御部５０が電圧センサ６２の検出電圧値に基づいて電流測定体１１０毎に求めた電流のうち、インダクタンスの影響を低減することができる。このため、制御部５０において電流の測定精度を向上することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
上記第１、第２の実施形態では、抵抗体１３５の中心線Ｓ１に対して線対称になるように電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂを配置した例について説明したが、これに代えて、抵抗体１３５の中心点に対して点対称になるように電流流れ経路１５１ａ、１５１ｂを配置してもよい。つまり、接続部１４０ａ、１４１ａ（１４０ｂ、１４１ｂ）と抵抗体１３５との間の電流流れ経路を、抵抗体１３５の中心点に対して点対称になるように配置してもよい。
【００６４】
上記第１、第２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（以下、隣り合うセル１０ａという）との間に電流測定部材１００を配置してもよい。なお、前記一方の集電板に隣り合うセル１０ａを以下、隣り合うセル１０ａという。
【００６５】
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、一方の部材に複数の電極膜１２０ａ（第１の電極膜）が接続され、前記一方の集電板および隣り合うセル１０ａのうち前記一方の部材以外の他方の部材が複数の配線層１２０ｂ（第２の電極膜）に接続されている。
【００６６】
上記第１、第２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。
【００６７】
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。
【００６８】
このため、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち一方の部材に複数の電極膜１２０ａ（第１の電極膜）が接続され、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち一方の部材以外の他の部材に複数の配線層１２０ｂ（第２の電極膜）が接続されている。
【００６９】
上記第１、第２の実施形態では、配線層間を接続する層間接続部材として、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。
【００７０】
上記第１、第２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、電極膜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。
【００７１】
上記第１、第２の実施形態では、電極膜１２０ｂを電流測定体１１０毎に独立する構成と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に対して共通の一枚の電極膜１２０ｂを用いてもよい。つまり、電流測定体１１０毎の電極膜１２０ｂをそれぞれ接続して一体化したものを用いても良い。
【００７２】
上記第１、第２の実施形態では、抵抗体１３５と電極膜１２０ａ（１２０ｂ）との間に接続する第１の接続部として、２つの接続部１４０ａ、１４１ａ（１４０ｂ、１４１ｂ）を用いた例について説明したが、これに代えて、抵抗体１３５と電極膜１２０ａ（１２０ｂ）との間に接続する第１の接続部として、３つ以上の接続部を用いてもよい。
【００７３】
上記第１の実施形態では、電流流れ経路１５１ａの経路部１５２ａと抵抗体１３５との間の中間部に信号線部７０ａの配線部７２ａを配置したが、これに代えて、電流流れ経路１５１ａおよび抵抗体１３５の間において電流流れ経路１５１ａ側に信号線部７０ａ、７０ｂを配置してもよい。これは、電流流れ経路１５１ａに流れる電流値は、抵抗体１３５に流れる電流値よりも小さいので、電流流れ経路１５１ａに発生する磁界は、抵抗体１３５に発生する磁界よりも小さくなる。したがって、電流流れ経路１５１ａ、抵抗体１３５から信号線部７０ａに与えられる磁界の影響を少なくすることができる。
【００７４】
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】
【００７５】
１        燃料電池システム
１０      燃料電池
１０ａ    セル
１１、１２    集電板（第１、第２の集電板）
６２      電圧センサ（電位差検出手段、電流検出手段）
５０      制御部（電流検出手段）
１００    電流測定部材
１１０    電流測定体
１２０ａ  電極膜（第１の電極膜）
１２０ｂ  電極膜（第２の電極膜）
１３５    抵抗体
１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂ    接続部（第１接続部）
１４２    接続部（第２接続部）
１５１ａ、１５１ｂ    電流流れ経路
【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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