(57)【要約】【課題】発電後の電解質膜の含水分布を診断する。【解決手段】複数の発電セル２が積層されてなる燃料電池を診断する際、当該燃料電池の外部から電圧を印加するための電圧印加手段５１と、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池またはその周辺部分における磁界を測定するための磁界測定手段５２とを備え、磁界の測定結果から当該燃料電池の状態を診断する。磁界を測定することによって発電セル２内における電流の面内分布を診断することとすれば、かかる電流の面内分布の診断結果に基づいて発電後の電解質膜の含水分布を診断することが可能となる。発電セル２におけるセル電圧を測定して発電状況を測定するためのセルモニタから外部電圧を印加して当該燃料電池またはその周辺部分に磁界を生じさせることが好ましい。【選択図】図４
2008010367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電セルが積層されてなる燃料電池を診断するための診断装置であって、
当該燃料電池の外部から電圧を印加するための電圧印加手段と、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池またはその周辺部分における磁界を測定するための磁界測定手段とを備え、磁界の測定結果から当該燃料電池の状態を診断することを特徴とする燃料電池診断装置。
【請求項２】
前記発電セルにおけるセル電圧を測定して発電状況を測定するためのセルモニタから外部電圧を印加して当該燃料電池またはその周辺部分に磁界を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池診断装置。
【請求項３】
前記磁界を測定することによって前記発電セル内における電流の面内分布を診断することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池診断装置。
【請求項４】
前記複数の発電セルの各セパレータを短絡させた状態で当該燃料電池に対して外部電圧を印加することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池診断装置。
【請求項５】
複数の発電セルが積層されてなる燃料電池を診断するための診断方法であって、
前記発電セルにおけるセル電圧を測定して発電状況を測定するためのセルモニタから当該燃料電池に外部電圧を印加し、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池またはその周辺部分における磁界を測定し、測定結果から当該燃料電池の状態を診断することを特徴とする燃料電池診断方法。
【請求項６】
前記複数の発電セルの各セパレータを短絡させた状態で当該燃料電池に対して外部電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池診断装置および診断方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池において異常が生じているかどうか等を診断するための技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は電解質膜をセパレータで挟んだセル（発電セル）を複数積層することによって構成されている。従来、このようなセル積層体からなる燃料電池において、セルにおける電圧（セル電圧）を測定するためにセルモニタを併設し、発電中におけるセル電圧の変動といった発電状況を監視できるようにしているものがある。具体的には、例えばセルに設けた磁気センサによって発電中の電流分布を検出できるようにした技術などが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２３１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のように発電中の電流分布を検出する手立てはあっても、発電後の電解質膜の含水分布を診断する手立てがなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、発電後の電解質膜の含水分布を診断することが可能な燃料電池診断装置および診断方法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】
【０００５】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば、発電中の状況を監視するための技術としては、上述のようにセルモニタ（電圧センサ）を使ってセル電圧変動を監視するほか、燃料電池スタックの外周部に磁力線センサを設置して発電分布を監視するというものもある。ところが、前者の電圧センサは、セル全体の平均電圧をモニタしていることから電極面内の発電分布までは計測できないことから、仮に各セルの一部分に異常が発生したとしてもそこまで詳細には検出できない場合がある。本発明者がこれについて検討すると、電圧センサだと各セルの面内の一部分に異常が発生していても（電流密度が下がっていても）他の正常な部位によって補完される（電流密度が上がる）ことが多く、平均セル電圧としては異常がないため部分的な不良異常が検出されない点に要因があると考えられた。
【０００６】
一方、後者の磁力線センサは、燃料電池スタック全体における発電（電流密度）分布を非接触で測定することができ、仮にスタック内に発電分布が他と異なるセルが積層されていたような場合にも、スタックを貫通する磁力線に生じる歪みを利用して異常セルの有無を検出することが可能である。ところが、異常セルの検出力が低いことから、異常セルの隣接セルも異常として検出したり、軽微な場合には検出できなかったりする場合がある。これについて検討すると、例えばあるセルに異常がある場合、当該異常セルがこれに隣接するセルに対して発電分布の影響を及ぼすため、セル自体は正常でも発電分布は正常時とは異なったものとなる結果、隣接する正常セルまでもが異常として検出されてしまうことがあると考えられた。また、逆に異常が軽微である場合には、隣接する正常セルの発電分布によって補完され、磁力線の変化が小さくなることによって異常検出ができない場合もある。さらに、この手法はセル単位で検出するのではなくスタック全体の発電分布として検出するものであるため、異常セルを特定するには十分ではない場合もある。
【０００７】
以上の検討からすると、いずれのセンサも発電時に出力が得られるため、生成水の部分的な蓄積などによる一時的な発電分布の変化や、負荷変動時のセル毎の発電状態の過渡的な違いなど、いわば可逆的な異常や過渡変化時の状態をセルの異常として誤検出してしまう可能性があるといえる。この点に着目してさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。
【０００８】
本発明はかかる知見に基づくものであり、複数の発電セルが積層されてなる燃料電池を診断するための診断装置であって、当該燃料電池の外部から電圧を印加するための電圧印加手段と、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池またはその周辺部分における磁界を測定するための磁界測定手段とを備え、磁界の測定結果から当該燃料電池の状態を診断することを特徴としている。
【０００９】
本発明における燃料電池診断装置は、例えば発電時の過渡状態に影響されない燃料電池の非発電時、外部電圧を印加して燃料電池またはその周辺部分に磁界（磁力線）を発生させる。燃料電池スタックにおいて異常セルが存在しているような場合、かかる磁界（磁力線）はその影響を受けて歪んだ状態となることから、磁界（磁力線）における当該歪みを測定することによって異常セルの存在を検出することができ、ひいては燃料電池を診断することが可能である。
【００１０】
また、例えばセル内にて生じた多量の生成水が反応ガスの流通や拡散を阻害しているような場合、当該生成水が多く存在する部位においては水の電気分解が発生することから他の部位とは異なる電流分布が生じる。あるいは、例えばＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ）における触媒が劣化しているような場合、当該部位は電流が流れ難くなるためにやはり他とは異なる電流分布が生じる。本発明にかかる燃料電池診断装置によれば、この影響を受けて歪んだ状態となった磁界を測定し、これに基づいて異なる電流分布となっている箇所を検出することも可能である。したがって、かかる検出結果に基づいて発電セル内における電流の面内分布を診断し、さらにその結果に基づいて発電後の電解質膜の含水分布を診断することも可能である。
【００１１】
このような燃料電池診断装置においては、前記発電セルにおけるセル電圧を測定して発電状況を測定するためのセルモニタから外部電圧を印加して当該燃料電池またはその周辺部分に磁界を生じさせることが好ましい。発電状況を測定するためセルモニタをあらかじめ備えている燃料電池が利用されており、本発明によればこのような既存のセルモニタを外部からの電圧印加手段としても利用する点で特徴的である。しかも、構成によっては複数積層されている発電セルのそれぞれにセルモニタが設けられていることもあり、このような場合にはセル毎に電圧を印加して磁界を生じさせうるから、異常箇所をより明確に特定することが可能になる。当然ながら、この場合には電圧を印加するための他の外部機器も不要である。
【００１２】
また、本発明では前記磁界を測定することによって前記発電セル内における電流の面内分布を診断することとしている。これによれば、かかる電流の面内分布の診断結果に基づいて発電後の電解質膜の含水分布を診断することが可能である。
【００１３】
さらに、前記複数の発電セルの各セパレータを短絡させた状態で当該燃料電池に対して外部電圧を印加することも好ましい。一般に、燃料電池において発電を継続すると電極触媒の表面に酸化物が堆積し、これが反応ガスとの接触を阻害することから徐々に発電性能（出力）が低下する。一方で、燃料ガスがセル内に存在する状態でセパレータ間を短絡すると、酸化物の還元反応により触媒表面が洗浄され再活性化されることで発電性能が復活する。この点、本発明によれば、外部電圧を印加してセルに磁界（磁力線）を発生させる際、上記と同様の還元反応を起こさせることができるため、セルの異常検出と同時に触媒表面を再活性化させることが可能である。
【００１４】
また本発明は、複数の発電セルが積層されてなる燃料電池を診断するための診断方法であって、前記発電セルにおけるセル電圧を測定して発電状況を測定するためのセルモニタから当該燃料電池に外部電圧を印加し、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池またはその周辺部分における磁界を測定し、測定結果から当該燃料電池の状態を診断することを特徴としている。
【００１５】
この場合、前記複数の発電セルの各セパレータを短絡させた状態で当該燃料電池に対して外部電圧を印加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発電後などの非発電時においても電解質膜の含水分布を診断することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図５に本発明にかかる燃料電池診断装置および診断方法の実施形態を示す。本発明の燃料電池診断装置５０は複数の発電セル（以下、単にセルともいう）２が積層されてなる燃料電池１を診断するための診断装置であり、本実施形態においては、外部電圧が印加された状態の当該燃料電池１またはその周辺部分における磁界を測定し、測定結果から当該燃料電池１の状態を診断することとしている。
【００１９】
以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池１を構成するセル２および複数のセル２が積層されてなるセル積層体３の概略構成について説明し、その後、外部電圧を印加して燃料電池１の状態を診断するための構成について説明する。
【００２０】
図１に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。図示するように構成されるセル２は、順次積層されてセル積層体３を構成している（図２参照）。また、このセル積層体３等で構成される燃料電池スタックは、例えばスタック両端を一対のエンドプレート８で挟まれ、さらにこれらエンドプレート８どうしを繋ぐようにテンションプレート９からなる拘束部材が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている（図２参照）。
【００２１】
なお、このような燃料電池スタック等で構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムとしても用いることが可能である。
【００２２】
セル２は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０、該ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図１においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂを付して示している）等で構成されている（図１参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。
【００２３】
ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極（アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極）３２ａ，３２ｂとで構成されている（図１参照）。電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００２４】
ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。
【００２５】
セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。
【００２６】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている。
【００２７】
さらに、上述したように各セパレータ２０ａ，２０ｂは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、セパレータ２０ｂにおいては、酸化ガスのガス流路３４を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３４を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。
【００２８】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。なお、図２等においてはａ，ｂの添字を省略した形で各マニホールドの符号を示している。
【００２９】
上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガスの入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガスの入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル２が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。
【００３０】
第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成されているものである（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。
【００３１】
さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成された第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。
【００３２】
なお、第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材１３ａ〜１３ｃとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。
【００３３】
枠状部材４０は、ＭＥＡ３０とともにセパレータ２０ａ，２０ｂ間に挟持される例えば樹脂からなる部材（以下、樹脂フレームともいう）である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム４０をセパレータ２０ａ，２０ｂ間に介在させ、当該樹脂フレーム４０によってＭＥＡ３０の少なくとも一部、例えば周縁部３３に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている。このように設けられる樹脂フレーム４０は、締結力を支持するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。
【００３４】
次に、燃料電池１の構成について簡単に説明する（図２参照）。本実施形態における燃料電池１は、複数のセル２を積層してなるセル積層体３を有し、当該セル積層体３の両端に位置するセル２，２の外側に順次、出力端子付きの集電板、絶縁板およびエンドプレート８が各々配置された構造となっている（図２参照）。また、セル積層体３等を積層状態で拘束するテンションプレート９は、両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対が当該スタックの両側に対向するように配置される（図２参照）。テンションプレート９は、各エンドプレート８，８に接続され、セル積層体３の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させた状態を維持する。また、テンションプレート９の内側面（セル積層体３を向く面）には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜（図示省略）が形成されている。絶縁膜は、例えば当該テンションプレート９の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。なお、符号１２は、燃料電池スタックに締結力（圧縮荷重）を作用させる例えばコイルスプリング等からなる弾性モジュールを挟持するための一対の板状部材である（図２参照）。
【００３５】
続いて、外部電圧を印加して燃料電池１の状態を診断するための燃料電池診断装置５０およびこれを用いた診断方法について説明する（図３〜図５参照）。
【００３６】
この燃料電池診断装置５０は、外部電圧が印加された状態の燃料電池１またはその周辺部分における磁界を測定し、測定結果から当該燃料電池１の状態を診断するものである。ここでは、まず外部電圧とこれによって生じる磁界を利用した診断手法の原理から説明することとする（図３参照）。
【００３７】
単セル２を構成するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）に対して例えばセパレータ２０ｂ→セパレータ２０ａの方向に電流が流れるように外部電圧を印加した場合、当該セル２およびその周辺部分には磁界（磁力線）が発生する（図３参照）。本実施形態では、磁力線センサ５２を用いてこの磁界（磁力線）を測定し、この測定結果に基づいて当該セル２あるいはこれを含む燃料電池１の状態を診断する。
【００３８】
ここで、セル２において生じうる異常状態を例示すれば以下のようなものがある。すなわち、例えばセル２内にて生じた多量の生成水が反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の流通や拡散を阻害している場合、当該生成水が多く存在する部位においては水の電気分解が発生することから他の部位とは異なる電流分布が生じる。あるいは、例えばＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂの表面に付着している白金などの触媒（より詳しくは、当該触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材の拡散層）が一部消失するなどして劣化している場合、当該部位は電流が流れ難くなるためにやはり他とは異なる電流分布が生じる。燃料電池１においてこのような異常が生じている場合に、本実施形態の燃料電池診断装置５０によれば、この影響を受けて歪んだ状態となった磁界を測定し、これに基づいて燃料電池１あるいはこれを構成するセル２の状態を診断することができる。
【００３９】
このような燃料電池診断装置５０を用いて診断を実施するタイミングは特に限定されるものではないが、発電時の過渡状態に影響されないタイミングにて行うことが望ましい。例えば発電後（運転停止後）に診断を実施することにより、発電時の過渡状態に影響されることなく燃料電池１を診断することができる。上述したように外部から電圧を印加して磁界を発生させ、当該磁界を測定して診断を実施する本実施形態の燃料電池診断装置５０によれば、非発電時においても診断を行うことが可能である。
【００４０】
また、この燃料電池診断装置５０は、上述のように磁界を測定することによって発電セル内における電流の面内分布を診断することが可能である。これによれば、例えば上述したようにセル２内にて多量の生成水が反応ガスの流通や拡散を阻害しているような場合に、かかる電流の面内分布の診断結果に基づいて電解質膜３１の含水分布を診断することができる。特に、本実施形態の燃料電池診断装置５０によれば発電終了後などの非発電時に診断を実施することが可能であるから、従前は手立てがなかった発電後の電解質膜３１の含水分布診断も行うことができる。
【００４１】
このような燃料電池診断装置５０の具体的な構成は特に限定されることはないが、本実施形態では、外部から電圧を印加するための手段として、各セル２の電圧をモニタするためのセルモニタ５１を利用することとしている（図４参照）。セルモニタ５１はセル２における電圧（セル電圧）を測定して発電状況を測定するために用いられるものであるが、発電状況を測定するためあらかじめ併設されている場合、本実施形態では当該既存のセルモニタ５１を電圧印加手段としても利用するため、他の新たな外部機器が不要である。しかも、複数積層されているセル２のそれぞれに対応してセルモニタ５１が設けられている場合であれば、これらセルモニタ５１によってセル２毎に電圧を印加して磁界を生じさせうるから、例えば積層方向のどの位置で異常が生じているか等、異常箇所をより明確に特定することが可能になるという点で好ましい（図４参照）。この場合には、各セル２に対応したセルモニタ５１の端子から順次電圧印加を行うことで各セル２の単体ごとに異常の有無を検出することが可能である。
【００４２】
また、磁界（磁力線）を測定するための手段として例えば本実施形態ではセル積層体３の周囲に配置した磁力線センサ５２を用いている（図４参照）。ここで、複数積層されているセル２のそれぞれに対応してセルモニタ５１が設けられている場合であれば、同様にセル２のそれぞれに対応して磁力線センサ５２を配置することが好ましい（図４参照）。これによれば、セル２毎に生じうる電界（磁力線）を個別に検出することが可能となる。
【００４３】
以上のような構成の燃料電池診断装置５０における診断内容の一例をフローを用いて簡単に説明する（図５参照）。
【００４４】
診断を実施するにあたり、まずは燃料電池１の発電（運転）後に複数のセル２の各セパレータ２０を短絡させた状態とする（ステップ１）。各セル２にそれぞれセルモニタ５１が配置されている場合、当該セルモニタ５１に併設されている基板回路（図示省略）などを利用して各セル２のセパレータ２０を短絡状態とすることができる。なお、短絡時に過剰な電流が瞬時的に流れるのを回避するという観点からすれば、エアストイキ比を通常以下にして運転し、正極と負極の電位差を十分に小さくする等の処理を経てから短絡することが好適である。
【００４５】
次に、セルモニタ５１を使って燃料電池１に対し外部電圧を印加する（ステップ２）。例えば本実施形態では、各セル２に対応して配置されている各セルモニタ５１の端子から順次電圧を印加する。
【００４６】
続いて、電圧印加により生じた磁界（磁力線）を磁力線センサ５２で測定する（ステップ３）。燃料電池１に異常なセル２が存在している場合、かかる磁界（磁力線）はその影響を受けて歪んだ状態となるから当該歪みを測定することによって異常セル２の存在を検出することができ、ひいてはこのような検出結果から燃料電池１を診断することが可能である（ステップ４）。
【００４７】
ここまで説明したように、本実施形態の燃料電池診断装置５０によれば燃料電池１を効果的に診断することができる。すなわち、従前の場合、セルモニタ（電圧センサ）のみではセル全体の平均電圧をモニタしていることから電極面内の発電分布までは計測できず、仮に各セルの一部分に異常が発生したとしてもそこまで詳細には検出できなかったり、磁力線センサのみでは異常セルの隣接セルも異常として検出してしまったりしていたのに対し、本実施形態の場合には外部から積極的に電圧を印加し、これにより生じる磁界（磁力線）の測定結果に基づいて異常セルの存在をより正確に検出することができる。
【００４８】
さらに、各セル２に対応してセルモニタ５１が設けられている場合には、これら各セルモニタ５１によってセル２毎に電圧を印加して磁界を生じさせうるから、例えば積層方向のどの位置で異常が生じているか等、異常箇所をより明確に特定することが可能になるという利点もある。
【００４９】
また、上述したようにこの燃料電池診断装置５は、外部から電圧を印加して磁界を発生させ、当該磁界の測定結果に基づいて診断を実施するものであるから、発電後（運転停止後）のような非発電時にも診断を実施することが可能である。このため、例えばセル２内にて多量の生成水が生じているような場合、かかる電流の面内分布の診断結果に基づいて発電後の電解質膜３１の含水分布を診断することができ、従前は手立てがなかった発電後の診断も可能となっている。
【００５０】
さらに、セルモニタ５１を利用している本実施形態の場合には、通常の発電時には当該セルモニタ５１を電圧モニタとして使用し、非発電時には電力を印加するための手段として使用することができるから、部品点数の削減や回路構成の簡略化を図るうえできわめて好適である。
【００５１】
加えて、本実施形態の燃料電池診断装置５０によれば診断を実施しつつセル２の再活性化を図ることもできるという利点がある。すなわち、燃料電池１において発電を継続すると電極触媒の表面に酸化物が堆積し、これによって徐々に発電性能（出力）が低下することがあるが、本実施形態では外部電圧を印加してセル２に磁界（磁力線）を発生させる際、各セパレータ２０を短絡させて還元反応を起こさせるようにしているから、セル２の異常検出と同時に触媒表面を再活性化させることが可能となっている。
【００５２】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では積層された複数のセル２のそれぞれに対応して設けられていたセルモニタ５１を電圧印加手段として利用する場合について説明したがこれは好適な一例に過ぎず、セルモニタ５１の数がセル積層数より少ない場合であっても本発明を適用することが可能である。すなわち、発電セル２における磁界（磁力線）を測定して発電状況を検出するという観点からすればセルモニタ５１は多いほど（セル積層数に近いほど）好ましいといえるが、小型化やコストの要請からセルモニタ数が少ない構成となっている場合もある。このような場合であっても、かかるセルモニタ５１を利用して外部電圧を印加し、当該燃料電池１またはその周辺部分に磁界を生じさせることは可能である。したがって、磁力線センサ５２によりかかる磁界の歪みを測定し、その結果に基づいて燃料電池を診断することが当然に可能である。例示すれば、セル積層数よりもセルモニタ５１の数の方が少ない場合、隣接する複数のセル２をブロック単位とし、各セルモニタ５１を使ってブロック毎に磁界（磁力線）を生じさせるといった診断手法も可能である。
【００５３】
同様に、磁力線センサ５２の数がセル積層数より少ない場合にも本発明を適用することは妨げられない。例示すれば、上述したのと同様に隣接する複数のセル２をブロック単位とし、これら磁力線センサ５２を使ってブロック毎に磁界（磁力線）を測定するといった診断手法も可能である。
【００５４】
以上の観点からすれば、セルモニタ５１と磁力線センサ５２からなる一組のセンサ対がすべてのセル２に対応して配置されていなくてもよい。極端な例を挙げれば、センサ対が１つしかない場合であっても、かかる単一のセンサ対をセル積層方向に移動させつつ磁界測定およびこれに基づく診断を実施することが可能である。あるいは、セル積層数よりも少ない複数のセンサ対を、検出したい特定の部位（例えば異常の発生しやすい部位等）にあわせて配置し、結果的にセンサ数を削減するといったことも可能である。
【００５５】
さらには、センサ対をよりコンパクトにするという観点からすれば、例えばセルモニタ５１の端子部に磁力線センサ５２を一体化するといった構成とすることも好適である。
【００５６】
なお、上述の実施形態では外部電圧印加手段の好適例としてセルモニタ５１を挙げ、これによって外部機器が不要だと説明したが、これはセルモニタ５１以外の機器や装置を外部電圧印加手段として利用することを妨げるものではなく、他の機器や装置を用いて外部から電圧を印加することも当然に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】燃料電池を構成する発電セルの構造例を示す分解斜視図である。
【図２】燃料電池スタックの構造例を概略的に示す斜視図である。
【図３】燃料電池診断装置よる診断手法の原理を説明するため発電セルの断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明にかかる燃料電池電池診断装置の一実施形態を示す図で、積層された複数のセルを側面からの図として表したものである。
【図５】燃料電池診断方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池、２…セル（発電セル）、２０…セパレータ、５０…燃料電池診断装置、５１…セルモニタ（外部電圧印加手段）、５２…磁力線センサ（磁界測定手段）
【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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