(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力するセル（１０ａ）を複数積層して構成した燃料電池（１０）に適用され、前記燃料電池（１０）のインピーダンスを計測するための電流測定手段として用いるために、前記燃料電池（１０）に交流信号を印加している際に前記燃料電池（１０）の内部を流れる電流を測定する電流測定装置であって、
前記セル（１０ａ）に隣接して配置された板状部材（１００ａ）と、
前記板状部材（１００ａ）の両面に配置された一対の電極（１１１、１５１）、予め定められた電気抵抗値を有し前記一対の電極（１１１、１５１）を電気的に接続する抵抗体（１３１、１３２）を含んで構成される電流測定部（１０１）と、
前記抵抗体（１３１、１３２）の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、
前記電位差検出手段（１０２）により検出された電位差、および前記電気抵抗値を用いて前記セル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）と、を備え、
前記抵抗体（１３１、１３２）は、第１接続部（１０１ａ）を介して前記一対の電極（１１１、１５１）における第１電極（１１１）に電気的に接続されると共に、第２接続部（１０１ｂ）を介して前記一対の電極（１１１、１５１）における第２電極（１５１）に電気的に接続されており、
前記電位差検出手段（１０２）は、前記電位差を検知する検知部（１２１、１２２ａ、１２２ｂ、１４１）が、一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）を介して前記抵抗体（１３１、１３２）に接続されており、
前記一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）は、前記第１接続部（１０１ａ）および前記第２接続部（１０１ｂ）に対して別個独立して設けられている電流測定装置であり、
前記板状部材（１００ａ）は、複数の基板（１１０〜１５０）を積層した積層体で構成され、
前記電流測定部（１０１）は、前記積層体の積層方向の一端面に前記第１電極（１１１）が配置されると共に、前記積層体の積層方向の他端面に前記第２電極（１５１）が配置され、さらに、前記積層体の内部に前記抵抗体（１３１、１３２）が配置されており、
前記第１接続部（１０１ａ）、前記第２接続部（１０１ｂ）、および前記一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）それぞれは、前記積層体の積層方向に延びるビアホールで構成されており、
前記一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）は、前記積層体の積層方向から見たときに、前記第１接続部（１０１ａ）および前記第２接続部（１０１ｂ）から所定間隔離れた位置に設けられていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
前記抵抗体（１３２）は、前記積層体の内部に配置された単一の抵抗部で構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３】
前記抵抗体（１３２）は、前記一対の検出用接続部（１０１ｆ、１０１ｇ）が接続された接続箇所間に、電流の流れ方向に直交する断面の面積が縮小された絞り部（１３２ａ）が設けられていることを特徴とする請求項２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、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気エネルギを出力する複数のセルを積層配置して構成された燃料電池に適用され、この燃料電池のセルを流れる電流を測定する電流測定装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電流測定対象となるセルに隣接して配置され、当該セルの局所部位に対応する部位に、一対の電極および抵抗体で構成される電流測定部が形成された板状部材、電流測定部における一対の電極間の電位差を検出する電圧センサ、電圧センサの検出値と抵抗体の抵抗値によりセルの局所部位に流れる電流値を検出する電流値検出部等を備える電流測定装置が開示されている。
【０００４】
この特許文献１では、電流測定装置を燃料電池のインピーダンスを計測するための電流測定手段として用いる際に問題となる誘起電圧の影響を低減するために、電流測定部の抵抗体を２つの抵抗部で構成すると共に、２つの抵抗部を流れる電流の流れ方向が反対方向となるようにしている。
【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】
ところで、特許文献１の電流測定装置では、電圧センサにて、各電極と抵抗体とを電気的に接続する導通用のビアホール（第１、第２接続部）間の電位差を検出する構成を採用している。
【０００７】
しかし、各電極と抵抗体とを電気的に接続する導通用のビアホールには、電極からの電流が集中して流れ、当該ビアホールを流れる電流による誘起電圧および磁界がビアホールに接続された電圧センサに悪影響を及ぼし、電圧センサの検出精度が低下して電流測定装置における電流の測定精度が低下してしまうといった問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置において、誘起電圧および磁界の影響による電流の測定精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力するセル（１０ａ）を複数積層して構成した燃料電池（１０）に適用され、燃料電池（１０）のインピーダンスを計測するための電流測定手段として用いるために、燃料電池（１０）に交流信号を印加している際に燃料電池（１０）の内部を流れる電流を測定する電流測定装置であって、セル（１０ａ）に隣接して配置された板状部材（１００ａ）と、板状部材（１００ａ）の両面に配置された一対の電極（１１１、１５１）、予め定められた電気抵抗値を有し一対の電極（１１１、１５１）を電気的に接続する抵抗体（１３１、１３２）を含んで構成される電流測定部（１０１）と、抵抗体（１３１、１３２）の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、電位差検出手段（１０２）により検出された電位差、および電気抵抗値を用いてセル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）と、を備え、抵抗体（１３１、１３２）は、第１接続部（１０１ａ）を介して一対の電極（１１１、１５１）における第１電極（１１１）に電気的に接続されると共に、第２接続部（１０１ｂ）を介して一対の電極（１１１、１５１）における第２電極（１５１）に電気的に接続されており、電位差検出手段（１０２）は、電位差を検知する検知部（１２１、１２２ａ、１２２ｂ、１４１）が、一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）を介して抵抗体（１３１、１３２）に接続されており、一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）は、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）に対して別個独立して設けられている電流測定装置であり、板状部材（１００ａ）は、複数の基板（１１０〜１５０）を積層した積層体で構成され、電流測定部（１０１）は、積層体の積層方向の一端面に第１電極（１１１）が配置されると共に、積層体の積層方向の他端面に第２電極（１５１）が配置され、さらに、積層体の内部に抵抗体（１３１、１３２）が配置されており、第１接続部（１０１ａ）、第２接続部（１０１ｂ）、および一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）それぞれは、積層体の積層方向に延びるビアホールで構成されており、一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）は、積層体の積層方向から見たときに、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）から所定間隔離れた位置に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このように、一対の検出用接続部（１０１ｄ〜１０１ｇ）を、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）に対して別個独立して設けることで、第１接続部（１０１ａ）および第２接続部（１０１ｂ）を流れる電流により生ずる誘起電圧および磁界が電位差検出手段（１０２）の検出精度へ影響してしまうことを抑制することができる。
【００１１】
従って、燃料電池（１０）の内部を流れる電流を測定する電流測定装置において、誘起電圧および磁界の影響による電流の測定精度の低下を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明ように、請求項１に記載の電流測定装置において、抵抗体（１３２）を積層体の内部に配置された単一の抵抗部で構成することが好ましい。
【００１４】
ここで、抵抗体（１３２）を単一の抵抗部で構成する場合、抵抗体（１３２）の抵抗値を充分に確保することができないことがある。
【００１５】
そこで、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の電流測定装置において、抵抗体（１３２）は、一対の検出用接続部（１０１ｆ、１０１ｇ）が接続された接続箇所間に、電流の流れ方向に直交する断面の面積が縮小された絞り部（１３２ａ）が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このように、抵抗体（１３２）における一対の検出用接続部（１０１ｆ、１０１ｇ）が接続された接続箇所間に電流の流れを阻害する絞り部（１３２ａ）を設けているので、抵抗体の抵抗値を充分に確保することが可能となる。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池の外観斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る測定部集合板の斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る電流測定部の詳細を説明するための説明図である。
【図５】導通用ビアホールからの距離と誘起電圧等の影響度との関係を示す特性図である。
【図６】第１実施形態に係る電流測定部における電流の流れを説明するための説明図である。
【図７】燃料電池に印加する交流信号の周波数を可変させた際のセルにおけるインピーダンスの位相差の変化を説明するための説明図である。
【図８】第２実施形態に係る電流測定部の詳細を説明するための説明図である。
【図９】第２実施形態に係る電流測定部における電流の流れを説明するための説明図である。
【図１０】他の実施形態に係る抵抗体の形状を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７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を示す全体構成図であり、この燃料電池システムは電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、基本単位となる燃料電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａと略称する。）が複数積層配置され、且つ電気的に直列接続されている。各セル１０ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。
【００２７】
（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池１０から出力される電気エネルギは、燃料電池１０全体として出力される出力電圧を検出する電圧センサ１１、および燃料電池１０全体として出力される出力電流を検出する電流センサ１２によって計測される。これら電圧センサ１１および電流センサ１２の検出信号は、後述する制御部５０に入力される。
【００２８】
また、積層されたセル１０ａの間には、燃料電池１０のセル面内の電流分布を測定するための電流測定装置１００が設けられている。電流測定装置１００は板状部材である測定部集合板１００ａを有して構成されている。本実施形態の電流測定装置１００の測定部集合板１００ａは、隣り合うセル１０ａに隣接して配置されており、隣り合うセル１０ａと電気的に直列接続されている。電流測定装置１００の検出信号は、後述の信号処理回路５１を介して制御部５０に入力される。電流測定装置１００の詳細については後述する。
【００２９】
なお、図示しないが、燃料電池１０には、燃料電池１０の出力電流に任意の周波数で交流信号を重畳させる交流印加手段としての交流発振器が設けられている。これにより、電圧センサ１１、電流測定装置１００等の出力信号に交流信号が重畳される。
【００３０】
燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極側（正極側）に酸素を主成分とする酸化剤ガス（空気）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極側（負極側）に水素を主成分とする燃料ガス（水素）を供給するための水素流路３０が設けられている。
【００３１】
なお、本実施形態では、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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。
【００３６】
冷却水経路４０には、ラジエータ４３を迂回して冷却水を流す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の出口側付近には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。
【００３７】
燃料電池システムには、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には、電圧センサ１１、電流センサ１２、および温度センサ４６からの検出信号等の他に、後述する電流測定装置１００の信号処理回路５１から出力される検出信号が入力される。
【００３８】
本実施形態の制御部５０では、電流測定装置１００の信号処理回路５１からの検出信号（電流値）および電圧センサ１１からの検出信号を用いて、セル１０ａの面内におけるインピーダンスの分布を測定する。
【００３９】
また、制御部５０は、演算結果に基づいて、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等に制御信号を出力する。
【００４０】
次に、本実施形態の電流測定装置１００の詳細について説明する。電流測定装置１００は、複数の電流測定部１０１が板状部材として一体的に構成された測定部集合板１００ａ、各電流測定部１０１の所定部位間の電位差を検出する電位差検出用電圧センサ１０２、およびセル１０ａの面内のうち各電流測定部１０１配置箇所に対応する局所部位の電流を検出する信号処理回路５１を備えている。
【００４１】
まず、測定部集合板１００ａについて図２、図３に基づいて説明する。図２は、燃料電池１０の外観斜視図であり、図３は、測定部集合板１００ａの斜視図である。図２に示すように、本実施形態の測定部集合板１００ａは、複数枚設けられており、それぞれ隣合うセル１０ａの間に配置されている。
【００４２】
さらに、図３に示すように、測定部集合板１００ａは、配線パターンが形成（プリント）された複数のプリント基板１１０〜１５０を積層した積層体として構成されている。本実施形態の測定部集合板１００ａは、第１〜第５プリント基板１１０〜１５０の５枚のプリント基板が積層されて構成されている。これら各プリント基板１１０〜１５０は、絶縁性接着剤２１０〜２４０を介在させてホットプレスにより一体化されている。
【００４３】
各プリント基板１１０〜１５０としては、一般的なガラスエポキシ基板を用いることができる。なお、各プリント基板１１０〜１５０には、その周縁部における対向する２辺（図３における左右両辺）付近には、それぞれ積層基板の表裏を貫通する貫通穴が３つ形成されている。これらの貫通穴は、セル１０ａを積層した際に、空気、水素、冷却水がそれぞれ通過させるためのマニホールドとして機能する。
【００４４】
さらに、両側の各マニホールドの間には、複数の電流測定部１０１が直交する二方向にマトリクス状（格子状）に配置されている。より具体的には、本実施形態の測定部集合板１００ａには、図３に示すように、紙面上下方向に６個、紙面左右方向に７個のマトリクス状に電流測定部１０１が配置されている。
【００４５】
つまり、本実施形態では、電流測定部１０１が、同一の隣合うセル１０ａに複数配置されている。これにより、複数の電流測定部１０１が測定部集合板１００ａの板面の全体に渡って配置されることになるので、本実施形態の電流測定装置１００では、セル１０ａの面内における電流密度分布を測定することができる。
【００４６】
次に、電流測定部１０１の詳細について図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る電流測定部１０１の詳細を説明するための説明図であり、図４の（ａ）が、本実施形態に係る電流測定部１０１の断面図を示し、（ｂ）が図４（ａ）の矢印Ａの方向から見た正面図（Ａ矢視図）を示している。
【００４７】
図４に示すように、本実施形態の電流測定部１０１は、隣合うセル１０ａのうち一方のセル１０ａに電気的に接触する第１電極１１１、隣合うセル１０ａのうち他方のセル１０ａに電気的に接触する第２電極１５１、および第１電極１１１と第２電極１５１とを電気的に接続すると共に予め定められた電気抵抗値を有する抵抗体１３１を有して構成されている。
【００４８】
第１電極１１１、および第２電極１５１は、一対の電極として構成されて測定部集合板１００ａの両面に配置されている。つまり、電流測定部１０１は、測定部集合板（積層体）１００ａの積層方向の一端面に第１電極１１１が配置されると共に、測定部集合板１００ａの積層方向の他端面に第２電極１５１が配置されている。また、測定部集合板１００ａの内部に抵抗体１３１が配置されている。
【００４９】
具体的には、第１電極１１１は、第１プリント基板１１０における一方のセル１０ａに対向する面（図４の紙面上方側）に配置され、第２電極１５１は、第５プリント基板１５０における他方のセル１０ａに対向する面（図４の紙面下方側）に配置されている。
【００５０】
抵抗体１３１は、第１電極１１１に電気的に接続される板状の第１抵抗部１３１ａ、および第２電極１５１に電気的に接続される板状の第２抵抗部１３１ｂを有して構成されている。
【００５１】
具体的には、第１抵抗部１３１ａは、第３プリント基板１３０における第２プリント基板１２０に対向する面（図４の紙面上方側）に配置され、第２抵抗部１３１ｂは、第４プリント基板１４０に対向する面（図４の紙面下方側）に配置されている。つまり、第１抵抗部１３１ａおよび第２抵抗部１３１ｂは、第３プリント基板１３０の両板面に配置されている。
【００５２】
また、第２プリント基板１２０、および第４プリント基板１４０には、抵抗体１３１の２点間の電位差（本実施形態では、第１抵抗部１３１ａおよび第２抵抗部１３１ｂの電位差）を検知するための検知部を構成する第１、第２電位差検出用配線１２１、１４１が形成されている。
【００５３】
第１電位差検出用配線１２１は、第２プリント基板１２０における第１プリント基板１１０に対向する面に形成され、第２電位差検出用配線１４１は、第４プリント基板１４０における第５プリント基板１５０に対向する面に形成されている。なお、第２、第４プリント基板１２０、１４０の一辺には、各電位差検出用配線１２１、１４１が接続されたコネクタ（図示略）が設けられている。
【００５４】
一対の電極１１１、１５１、各抵抗部１３１ａ、１３１ｂ、および電位差検出用配線１２１、１４１それぞれは、金属箔にて構成されており、各抵抗部１３１ａ、１３１ｂは、一対の電極１１１、１５１よりも抵抗値の高い材料で構成されている。例えば、一対の電極１１１、１５１、および電位差検出用配線１２１、１４１は銅箔で構成することができ、各抵抗部１３１ａ、１３１ｂはニッケル箔で構成することができる。
【００５５】
ここで、第１、第２プリント基板１１０、１２０には、第１電極１１１および第１抵抗部１３１ａ間の電送経路を構成する複数の丸穴形状の第１導通用ビアホール１０１ａが形成されている。また、第４、第５プリント基板１４０、１５０には、第２電極１５１および第２抵抗部１３１ｂ間の電送経路を構成する複数の丸穴形状の第２導通用ビアホール１０１ｂが形成されている。
【００５６】
第１、第２導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂは、測定部集合板１００ａの積層方向（プリント基板の積層方向）から見たときに、重合するように設けられている。なお、本実施形態では、第１導通用ビアホール１０１ａが、特許請求の範囲に記載の第１接続部を構成し、第２導通用ビアホール１０１ｂが、特許請求の範囲に記載の第２接続部を構成している。
【００５７】
また、第１〜第５プリント基板１１０〜１５０には、第１抵抗部１３１ａおよび第２抵抗部１３１ｂ間の電送経路を構成する複数の丸穴形状の第３導通用ビアホール１０１ｃが形成されている。なお、各電極１１１、１５１には、第３導通用ビアホール１０１ｃにおける長手方向の両端部との導通を防止するために、第３導通用ビアホール１０１ｃの周囲に絶縁部を構成する逃がし部１０３が形成されている。
【００５８】
第１〜第３導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃの内周側には、銅等の導電体が設けられている。そして、第１電極１１１は、第１導通用ビアホール１０１ａを介して第１抵抗部１３１ａの一端側に接続され、第２電極１５１は、第２導通用ビアホール１０１ｂを介して第２抵抗部１３１ｂの一端側に接続されている。さらに、第１抵抗部１３１ａの他端側は、第３導通用ビアホール１０１ｃを介して第２抵抗部１３１ｂの他端側に接続されている。
【００５９】
このため、抵抗体１３１では、第１抵抗部１３１ａの一端側から他端側（紙面右側から紙面左側）へ電流が流れ、逆に第２抵抗部１３１ｂの他端側から一端側（紙面左側から紙面右側）へ電流が流れることとなる。
【００６０】
つまり、本実施形態の電流測定部１０１は、第１電極１１１側に配置された第１抵抗部１３１ａを流れる電流の流れ方向と、第２電極１５１側に配置された第２抵抗部１３１ｂを流れる電流の流れ方向とが、互いに反対方向となるように構成されている。このため、第１抵抗部１３１ａを流れる電流による磁界と第２抵抗部１３１ｂを流れる電流による磁界とは、互いに打ち消し合うように作用する。
【００６１】
また、第１、第２プリント基板１１０、１２０には、第１抵抗部１３１ａと第１電位差検出用配線１２１とを導通する複数の丸穴形状の第１検出用ビアホール１０１ｄが形成されている。
【００６２】
一方、第４、第５プリント基板１４０、１５０には、第２抵抗部１３１ｂと第２電位差検出用配線１４１とを導通する複数の丸穴形状の第２検出用ビアホール１０１ｅが形成されている。
【００６３】
各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅは、測定部集合板１００ａの積層方向（プリント基板の積層方向）から見たときに、重合するように設けられている。なお、各電極１１１、１５１には、第１、第２検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅにおける長手方向の両端部との導通を防止するために、各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅの周囲に絶縁部を構成する逃がし部１０４が形成されている。
【００６４】
抵抗体１３１における第１抵抗部１３１ａは、第１検出用ビアホール１０１ｄを介して、電位差検出用電圧センサ１０２に接続され、抵抗体１３１における第２抵抗部１３１ｂは、第２検出用ビアホール１０１ｅを介して、電位差検出用電圧センサ１０５に接続されている。
【００６５】
なお、本実施形態では、第１検出用ビアホール１０１ｄおよび第２検出用ビアホール１０１ｅが、特許請求の範囲に記載の一対の検出用接続部を構成している。つまり、本実施形態では、一対の検出用接続部を構成する第１、第２検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅは、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに対して別個独立して設けられている。
【００６６】
電位差検出用電圧センサ１０２は、抵抗体１３１の２点間の電位差を、第１検出用ビアホール１０１ｄと第２検出用ビアホール１０１ｅとの電位差として検出する電位差検出手段を構成している。電位差検出用電圧センサ１０２の検出信号は、信号処理回路５１へ出力される。
【００６７】
なお、第１〜第５プリント基板１１０〜１５０には、凹状のザグリ部１０６が形成されており、このザグリ部１０６により、隣合う電流測定部１０１の間が電気的に絶縁されている。
【００６８】
次に、本実施形態の各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃと各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅとの配置形態について説明する。
【００６９】
各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃは、抵抗体１３１等に比べてセル１０ａから流入する電流が集中することから、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃを流れる電流による誘起電圧および磁界が電位差検出用電圧センサ１０２に影響を及ぼすことが懸念される。
【００７０】
このため、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅは、板状部材１００ａの積層方向（積層体の積層方向）から見たときに、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃから所定間隔離れた位置に設けられている。
【００７１】
本実施形態では、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに対して各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅを離す長さｒを、電流と磁界の磁束密度との定量的な関係を規定したビオ・サバールの法則を用いて定めている。なお、ビオ・サバールの法則を規定した式は、以下の数式Ｆ１で示すとおりである。
【００７２】
ΔＢ＝（μ０／４π）×（Ｉ／ｒ２）×ｓｉｎθ×Δｌ…（Ｆ１）
但し、数式Ｆ１におけるΔＢが磁束密度、μ０が真空の透磁率、Ｉが電流、ｒが導通用ビアホールからの距離、θが角度、Δｌが導通用ビアホールの電路長さを示している。数式Ｆ１における各パラメータのうち、μ０、θ、Δｌは、電流測定部１０１の構成を変更しなければ一定値となる。また、数式Ｆ１における電流Ｉとしては、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃの電送経路の断面積で規定される最大許容電流値を用いることができる。なお、電流Ｉとしては、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに流れる電流の設計値を４倍した値を用いてもよい。
【００７３】
本実施形態では、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに対して各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅを離す長さｒを、各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅの周囲に生ずる誘起電圧および磁界の影響が、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃの周囲に生ずる誘起電圧および磁界の影響に対して１／１００以下となるように設定している。
【００７４】
図５は、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃからの距離と誘起電圧等の影響度との関係を示す特性図（検証データ）である。図５に示すように、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃからの距離を１ｍｍ以上に設定することで、各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅの周囲に生ずる誘起電圧等の影響を、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃの周囲に生ずる誘起電圧等の影響に対して１／１００以下となることが分かった。
【００７５】
そこで、本実施形態では、検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅと導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃとの距離が１ｍｍ以上となるように、第１導通用ビアホール１０１ａと第３導通用ビアホール１０１ｃとを結ぶ線の中間位置付近に第１検出用ビアホール１０１ｄを設ける構成としている。また、図示しないが、第２導通用ビアホール１０１ｂと第３導通用ビアホール１０１ｃとを結ぶ線の中間位置付近に第２検出用ビアホール１０１ｅが設けられている。なお、本実施形態では、検証データに基づいて、検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅと導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃとの距離を１ｍｍ以上としたが、あくまで一例であり、検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅと導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃとの距離は、各検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅの周囲に生ずる誘起電圧および磁界の影響が低減できる距離であればよい。
【００７６】
信号処理回路５１は、電位差検出用電圧センサ１０２の検出信号（検出電位差）と抵抗体１３１の電気抵抗値を用いて、演算処理を行うことで、セル１０ａの面内における各電流測定部１０１に対応する部位を流れる電流値を検出する。従って、信号処理回路５１は、セル１０ａにおける局所部位を流れる電流値を検出する電流値検出手段を構成している。信号処理回路５１にて検出された電流値は、制御部５０へ出力される。
【００７７】
次に、電流測定装置１００による電流測定方法および制御部５０によるインピーダンス測定方法について説明する。なお、電流測定時およびインピーダンス測定時には、交流発振器にて燃料電池１０の出力電流に交流信号が重畳されているものとする。
【００７８】
燃料電池１０に水素および空気が供給開始されることで、燃料電池１０での発電が開始される。燃料電池１０の各セル１０ａでは、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギが生成される。
【００７９】
図６は、本実施形態に係る電流測定部１０１における電流の流れを説明するための説明図である。電流測定装置１００の各電流測定部１０１では、図６の白抜き矢印で示すように電流が流れる。つまり、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極１１１の板面に電流が流れる。そして、第１電極１１１→第１導通用ビアホール１０１ａ→第１抵抗部１３１ａ→第３導通用ビアホール１０１ｃ→第２抵抗部１３１ｂ→第２導通用ビアホール１０１ｂ→第２電極１５１の順に電流が流れ、第２電極１５１の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。
【００８０】
このとき、電位差検出用電圧センサ１０２で第１抵抗部１３１ａの中間位置と同電位となる第１検出用ビアホール１０１ｄと、第２抵抗部１３１ｂの中間位置と同電位となる第２検出用ビアホール１０１ｅとの電位差を測定する。
【００８１】
そして、信号処理回路５１では、電位差検出用電圧センサ１０５による検出電位差と抵抗体１３１の電気抵抗値を用いて、抵抗体１３１に流れた電流の大きさを算出する。これにより、信号処理回路５１では、セル１０ａの面内における電流測定装置１００の各電流測定部１０１に対応する部位の電流値、すなわちセル１０ａの面内における電流分布を測定することができる。
【００８２】
次に、制御部５０では、信号処理回路５１にて測定された各電流値、および電圧センサ１１の検出信号を用いて、周知の交流インピーダンス法によりセル１０ａの局所インピーダンスを測定する。具体的には、信号処理回路５１にて測定された各電流値、および電圧センサ１１の検出信号から高速フーリエ変換処理等の周波数解析処理によって、正弦波発振器にて重畳した正弦波の交流成分（電流成分および電圧成分）を抽出して、抽出した交流成分を用いてセル１０ａの局所インピーダンスを算出する。
【００８３】
以上説明した本実施形態の電流測定装置１００では、各電流測定部１０１において導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに対して別個独立して設けた第１、第２検出用ビアホール１０１ｄ、１０１ｅを用いて抵抗体１３１の２点間の電位差を検出するようにしている。これによれば、第１、第２導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂを用いて抵抗体１３１の２点間の電位差を検出する従来の電流測定部に比べて、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃを流れる電流により生ずる誘起電圧および磁界が、電位差検出用電圧センサ１０２の検出精度へ影響してしまうことを抑制することができる。
【００８４】
ここで、図７は、燃料電池１０に印加する交流信号の周波数を可変させた際のセル１０ａにおけるインピーダンスの位相差の変化を説明するための説明図である。なお、図７の（ａ）が第１、第２導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂを用いて抵抗体１３１の２点間の電位差を検出する従来の電流測定部を用いた際のセル１０ａにおけるインピーダンスの位相差の変化を示し、（ｂ）が本実施形態に係る電流測定部１０１を用いた際のセル１０ａにおけるインピーダンスの位相差の変化を示している。
【００８５】
従来の電流測定部を用いた場合、燃料電池１０に印加する交流信号の周波数の増大に伴って、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃを流れる電流により生ずる誘起電圧および磁界の影響が大きくなるため、電位差検出用電圧センサ１０２の検出精度が低下する。このため、図７（ａ）に示すように、燃料電池１０に印加する交流信号の周波数の増大に伴って、セル１０ａにおけるインピーダンスの位相差のばらつきが大きくなる結果となった。
【００８６】
これに対して、本実施形態に係る電流測定部１０１を用いた場合、従来の電流測定部を用いた場合に比べて、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃを流れる電流により生ずる誘起電圧および磁界の影響が小さいため、電位差検出用電圧センサ１０２の検出精度の低下が抑制される。このため、図７（ｂ）に示すように、燃料電池１０に印加する交流信号の周波数が増大したとしても、セル１０ａにおけるインピーダンスの位相差のばらつきが殆ど生じない結果となった。
【００８７】
このように、本実施形態に係る電流測定装置１００では、誘起電圧および磁界の影響による電流の測定精度の低下を抑制することが可能となる。
【００８８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８、図９に基づいて説明する。本実施形態では、電流測定部１０１の抵抗体１３２を単一の抵抗部で構成している点が第１実施形態と相違している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００８９】
本実施形態の測定部集合板１００ａは、第１〜第３、第５プリント基板１１０〜１３０、１５０の４枚のプリント基板が積層されて構成されている。これら各プリント基板１１０〜１３０、１５０は、絶縁性接着剤２１０〜２３０を介在させてホットプレスにより一体化されている。
【００９０】
ここで、図８は、本実施形態に係る本実施形態に係る電流測定部１０１の詳細を説明するための説明図であり、図８の（ａ）が本実施形態に係る電流測定部１０１の断面図を示し、（ｂ）が図４（ａ）の矢印Ｂの方向から見た正面図（Ｂ矢視図）を示している。
【００９１】
図８（ａ）に示すように、本実施形態の電流測定部１０１は、第１電極１１１、第２電極１５１、および単一の抵抗部からなる抵抗体１３２を有して構成されている。
【００９２】
具体的には、抵抗体１３２は、第３プリント基板１３０における第２プリント基板１２０に対向する面に配置されている。つまり、抵抗体１３２は、第３プリント基板１３０の片板面に配置されている。
【００９３】
また、第２プリント基板１２０には、抵抗体１３２の２点間の電位差を検知するための検知部を構成する第１、第２電位差検出用配線１２２ａ、１２２ｂが形成されている。各電位差検出用配線１２２ａ、１２２ｂは、第２プリント基板１２０における第１プリント基板１１０に対向する面に形成されている。
【００９４】
ここで、各プリント基板１１０〜１３０、１５０には、第１電極１１１と抵抗体１３２との間の電送経路を構成する複数の第１導通用ビアホール１０１ａ、および第２電極１５１と抵抗体１３２との間の電送経路を構成する複数の第２導通用ビアホール１０１ｂが形成されている。
【００９５】
第１電極１１１は、第１導通用ビアホール１０１ａを介して抵抗体１３２の一端側に接続され、第２電極１５１は、第２導通用ビアホール１０１ｂを介して抵抗体１３２の他端側に接続されている。このため、抵抗体１３２では、その一端側から他端側（紙面右側から紙面左側）へ電流が流れることとなる。
【００９６】
また、各プリント基板１１０〜１３０、１５０には、抵抗体１３２と第１電位差検出用配線１２２ａとを導通する複数の第１検出用ビアホール１０１ｆ、抵抗体１３２と第２電位差検出用配線１２２ｂとを導通する複数の第２検出用ビアホール１０１ｇが形成されている。
【００９７】
第１検出用ビアホール１０１ｆは、測定部集合板１００ａの積層方向（プリント基板の積層方向）から見たときに、第２導通用ビアホール１０１ｂよりも第１導通用ビアホール１０１ａ側に形成されている。
【００９８】
また、第２検出用ビアホール１０１ｇは、測定部集合板１００ａの積層方向から見たときに、第１導通用ビアホール１０１ａよりも第２導通用ビアホール１０１ｂ側に形成されている。なお、各電極１１１、１５１には、第１、第２検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇにおける長手方向の両端部との導通を防止するために、各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇの周囲に絶縁部を構成する逃がし部１０４が形成されている。
【００９９】
抵抗体１３１の一端側は、第１検出用ビアホール１０１ｆを介して、電位差検出用電圧センサ１０２に接続され、抵抗体１３１の他端側は、第２検出用ビアホール１０１ｅを介して、電位差検出用電圧センサ１０２に接続されている。
【０１００】
なお、本実施形態では、第１検出用ビアホール１０１ｆおよび第２検出用ビアホール１０１ｇが、特許請求の範囲に記載の一対の検出用接続部を構成している。つまり、本実施形態では、一対の検出用接続部を構成する第１、第２検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇは、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃに対して別個独立して設けられている。
【０１０１】
電位差検出用電圧センサ１０２は、抵抗体１３１の２点間の電位差を、第１検出用ビアホール１０１ｆと第２検出用ビアホール１０１ｇとの電位差として検出する電位差検出手段を構成している。
【０１０２】
次に、本実施形態の各導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂと各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇとの配置形態について説明する。本実施形態の各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇは、図８（ｂ）に示すように、板状部材１００ａの積層方向（積層体の積層方向）から見たときに、各導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂから所定間隔離れた位置に設けられている。
【０１０３】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、各導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂに対して各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇを離す長さｒを、各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇの周囲に生ずる誘起電圧および磁界の影響が、各導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂの周囲に生ずる誘起電圧および磁界の影響に対して１／１００以下となるように設定している。
【０１０４】
ここで、図９は、本実施形態に係る電流測定部１０１における電流の流れを説明するための説明図である。燃料電池１０に空気および水素が供給されて、燃料電池１０が発電状態となると、電流測定装置１００の各電流測定部１０１では、図９の白抜き矢印で示すように電流が流れる。つまり、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極１１１の板面に電流が流れる。そして、第１電極１１１→第１導通用ビアホール１０１ａ→抵抗体１３２→第２導通用ビアホール１０１ｂ→第２電極１５１の順に電流が流れ、第２電極１５１の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。
【０１０５】
この際、電位差検出用電圧センサ１０２で抵抗体１３２の一端側と同電位となる第１検出用ビアホール１０１ｆと、抵抗体１３２の他端側と同電位となる第２検出用ビアホール１０１ｅとの電位差を測定する。
【０１０６】
そして、信号処理回路５１では、電位差検出用電圧センサ１０２による検出電位差と抵抗体１３１の電気抵抗値を用いて、抵抗体１３１に流れた電流の大きさを算出する。これにより、信号処理回路５１では、セル１０ａの面内における電流測定装置１００の各電流測定部１０１に対応する部位の電流値、すなわちセル１０ａの面内における電流分布を測定することができる。
【０１０７】
以上説明した本実施形態の電流測定装置１００では、各電流測定部１０１において導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂに対して別個独立して設けた第１、第２検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇを用いて抵抗体１３１の２点間の電位差を検出するようにしている。これによれば、第１、第２導通用ビアホール１０１ａ、１０１ｂを用いて抵抗体１３１の２点間の電位差を検出する従来の電流測定部に比べて、導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃを流れる電流により生ずる誘起電圧および磁界が、電位差検出用電圧センサ１０２の検出精度へ影響してしまうことを抑制することができる。
【０１０８】
また、抵抗体１３２を単一の抵抗部で構成しているので、測定部集合板１００ａの積層方向の厚みを小さくすることができる。これにより、測定部集合板１００ａを薄型化することができ、測定部集合板１００ａをセル１０ａ間に配置することによる燃料電池１０の体格の増大を抑制することができる。
【０１０９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１１０】
（１）上述の第２実施形態のように、電流測定部１０１の抵抗体１３２を単一の抵抗部で構成する場合、電位差を検出する２点間の距離が短くなることから、抵抗体１３２の抵抗値を充分に確保することができないことがある。
【０１１１】
そこで、図１０に示すように、抵抗体１３２における各検出用ビアホール１０１ｆ、１０１ｇが接続された接続箇所間に、電流の流れ方向に直交する断面の面積を縮小する絞り部１３２ａを設ける構成としてもよい。この絞り部１３２ａでは、電流の流れが阻害されるので、電位差を検出する２点間の距離が短くなったとしても、抵抗体の抵抗値を充分に確保することが可能となる。なお、図１０は、他の実施形態に係る電流測定部１０１の抵抗体１３２の形状を説明する説明図である。
【０１１２】
（２）上述の各実施形態では、一対の電極１１１、１５１それぞれに各検出用ビアホール１０１ｄ〜１０１ｇとの導通を防止するために、各検出用ビアホール１０１ｄ〜１０１ｇの周囲に逃がし部１０４を形成しているが、この逃がし部１０４の存在により、第１電極１１１および第２電極１５１における通電面積が減少して、各電極１１１、１５１の抵抗値が増加してしまう。
【０１１３】
この場合、セル１０ａから各電極１１１、１５１への電流の流れが阻害されることなり、各電極１１１、１５１に流れるはずの電流が、各電極１１１、１５１以外の部位に回り込んでしまうことがある。このような電流の回り込みは、電流測定装置１００の検出精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０１１４】
そこで、逃がし部１０４の存在による各電極１１１、１５１の抵抗値の増大を避けるために、各電極１１１、１５１の厚みを逃がし部１０４の存在による抵抗値の増大を加味して厚くするようにしてもよい。例えば、逃がし部１０４の有無によらず、各電極１１１、１５１の抵抗値が２００μΩ以下となるように、各電極１１１、１５１の厚みを設定すればよい。
【０１１５】
これによれば、セル１０ａからの各電極１１１、１５１へ電流が流れ易くなるので、セル１０ａからの電流が各電極１１１、１５１以外の部位に回り込んでしまうことを抑制することができる。この結果、電流測定装置１００の検出精度の低下を抑制することができる。
【０１１６】
（３）上述の各実施形態では、測定部集合板１００ａを複数のプリント基板を積層した積層体で構成する例について説明したが、プリント基板に限らず、絶縁性を有する基板であれば用いることができる。
【０１１７】
（４）上述の各実施形態では、各導通用ビアホール１０１ａ〜１０１ｃ、各検出用ビアホール１０１ｄ〜１０１ｇを丸穴形状とする例について説明したが、これに限定されず、例えば長穴形状としてもよい。
【０１１８】
（５）上述の各実施形態では、電流測定装置１００にセル１０ａの面内の全体に対応して複数の電流測定部１０１を設けたが、電流測定部１０１は少なくとも１個設けられていればよい。これによれば、セル１０ａにおける電流測定部１０１に対応する部位の局所電流を測定することができる。
【０１１９】
（６）上述の各実施形態では、電流測定装置１００を隣合うセル１０ａ間に配置する構成としたが、これに限定されず、燃料電池１０におけるセル１０ａの積層方向端部に配置するようにしてもよい。これによれば、燃料電池１０におけるセル１０ａの積層方向端部のセル面内の局所電流を測定することができる。
【０１２０】
（７）上述の各実施形態では、本発明の燃料電池システムを燃料電池１０を搭載する車両に適用する例について説明したが、これに限らず、例えば、車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）に適用したり、建物（住宅、ビル等）の発電設備として用いられる定置用発電装置に適用したりしてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１０      燃料電池
１０ａ    燃料電池セル（セル）
１００    電流測定装置
１００ａ  測定部集合板（板状部材）
１０１    電流測定部
１０１ａ  第１導通用ビアホール（第１接続部）
１０１ｂ  第２導通用ビアホール（第２接続部）
１０１ｄ  第１検出用ビアホール（第１検出用接続部）
１０１ｅ  第２検出用ビアホール（第２検出用接続部）
１０１ｆ  第１検出用ビアホール（第１検出用接続部）
１０１ｇ  第２検出用ビアホール（第２検出用接続部）
１０２    電位差検出用電圧センサ（電位差検出手段）
１０４    逃がし部（絶縁部）
１０６    ザグリ部
１１１    第１電極
１２１    第１電位差検出用配線
１２２ａ  第１電位差検出用配線
１２２ｂ  第２電位差検出用配線
１３１    抵抗体
１３２    抵抗体
１３２ａ  絞り部
１４１    第２電位差検出用配線
１５１    第２電極
５１      信号処理回路（電流値検出手段）
【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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