(57)【要約】【課題】燃料電池の電極全体から得られる起電力の内の部分起電力を正確に再現し得る燃料電池電流分布測定装置及び燃料電池電流分布測定方法を提供する。【解決手段】電解質１と、電解質１を挟んで両側に設けられた一対の燃料極２及び空気極４とを有する燃料電池１０の電極面における起電力分布を得る。一対の燃料極２及び空気極４における一方の燃料極側セパレータ３の外側表面の非区画領域に接触される複数のプローブピン３５と、各プローブピン３５に流れる電流を測定する電流信号収集モジュール４４と、求められた実測起電流に対して各プローブピン３５の燃料極側セパレータ３への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する測定電流抵抗補正計算部４６とが設けられている。【選択図】図１
2007311202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と該電解質を挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する燃料電池の電極面における起電力分布を得るための燃料電池電流分布測定装置において、
上記一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に接触される複数の接触ピンと、
上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する起電流測定手段と、
上記起電流測定手段により求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する起電流抵抗因子補正手段とが設けられていることを特徴とする電池起電流分布測定装置。
【請求項２】
前記起電流抵抗因子補正手段は、
複数の接触ピンをｎ×ｎ（ｎは２以上の整数）正方マトリクス状に電極相当面へ接触させたときに、[Ｉｐ]を測定電流分布ベクトルとし、[Ａ]を抵抗パラメータマトリクスとしたとき、真の発電電流分布ベクトル[Ｉｉｎ]を、以下の式
【数１】
2007311202.tif 000006
により求めることを特徴とする請求項１記載の電池起電流分布測定装置。
【請求項３】
電解質と該電解質を挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する燃料電池の電極面における起電力分布を得るための燃料電池電流分布測定方法において、
上記一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に複数の接触ピンを接触させる工程と、
上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する工程と、
求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する工程とを含むことを特徴とする燃料電池電流分布測定方法。
【請求項４】
複数の接触ピンをｎ×ｎ（ｎは２以上の整数）正方マトリクス状に電極相当面へ接触させたときに、[Ｉｐ]を測定電流分布ベクトルとし、[Ａ]を抵抗パラメータマトリクスとしたとき、真の発電電流分布ベクトル[Ｉｉｎ]を、以下の式
【数２】
2007311202.tif 000007
により求めることを特徴とする請求項３記載の燃料電池電流分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極を有する例えば燃料電池の電極相当面の表面における起電流の分布を求める電池起電流分布測定装置及び電池起電流分布測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの電気化学的反応を利用して、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、カルノー効率の制約を受けないため発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ないことから、近年、発電用、低公害の自動車用電源等、種々の用途が期待されている。燃料電池は、その電解質により分類することができ、例えば、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、固体高分子型燃料電池等が知られている。
【０００３】
一般に、燃料電池は、図１４に示すように、電解質１０１とその両側に設けられた一対の電極（燃料極１０２・酸化剤極１０３）とを有する電極−電解質構造体を発電単位として、燃料極１０２に水素や炭化水素等の燃料ガスを供給し、酸化剤極１０３に酸素や空気等の酸化剤ガスを供給して、ガスと電解質１０１と電極（燃料極１０２・酸化剤極１０３）との３相界面において電気化学的な反応を進行させることにより電気を取り出すものである。
【０００４】
燃料電池では、電極−電解質構造体の全体で均一に電極反応が進行することが重要となる。しかし、電極−電解質構造体の場所によって電解質中の水分量や電解質の劣化の程度、また、燃料ガス中の水素濃度や空気中の酸素濃度等が異なることにより、電極−電解質構造体の全体で電極反応が均一に進行しない場合がある。つまり、電極−電解質構造体の部分毎で電極反応の程度に差が生じる場合がある。したがって、この電極−電解質構造体の部分毎における電極反応の程度を把握することにより、電解質や電極触媒等の構成部材の最適化や燃料ガスや酸化剤ガスの加湿量等の最適化を図ることが可能となり、さらに、電極−電解質構造体の劣化原因や劣化の進行具合等を知ることができる。そのため、電極−電解質構造体における電極反応の分布を調査する必要がある。
【０００５】
ここで、従来の電極−電解質構造体における電極反応の分布を調査する方法は、２種類に大別される。第１の方法は、特定の試験体を使用し電流センサにより電極−電解質構造体における区画された特定領域の起電力を測定するものであり、第２の方法は、電極−電解質構造体の表面に表面ピンを接触又は非接触とした状態で、電流センサにより電極−電解質構造体の発電状態を測定するものである。
【０００６】
第１の方法には、例えば特許文献１に開示されたものがあり、この特許文献１に記載された電極反応分布測定システム及び電極反応分布測定方法では、一方の電極側を所定の領域に区分けし、その所定の領域毎の反応電流を測定する方法が示されている。
【０００７】
詳細には、図１５に示すように、燃料電池２００における電極−電解質構造体２１０は、電解質２０１と、その両側に設けられた一対の電極２０２・２０３と、さらにその両側に設けられた集電体２０４・２０５とからなっている。
【０００８】
そして、一方の集電体２０４は、絶縁体からなる仕切り２０６によって格子状の領域に区分けされており、この区分けされた各集電体２０４は、半田付け２１１によりリード線２１２に接続され、電流測定装置２４０に接続されている。また、図１５に示す他方の集電体２０５は銅板２３１を介して上記電流測定装置２４０に接続されている。
【０００９】
上記電圧測定装置２４０は、電極−電解質構造体２１０の全電流又は端子間電圧を制御する１つの負荷装置２４１と、抵抗装置２４２と、該電極−電解質構造体２１０の複数の部分領域の各々における反応電流を測定する電流測定装置２４３とを含む構成となっている。
【００１０】
一方、第２の方法は、例えば特許文献２に開示されたものがあり、図１６に示すように、燃料電池３００の表面に複数の検出ピン３０１を接触した状態で、電流センサ３１０により燃料電池３００の起電力の分布を測定するものである。
【００１１】
すなわち、電流センサ３１０は、各検出ピン３０１に直列に接続された電流計３１１を有しており、各電流計３１１の出力は束ねられて１本の取出線３０２を通して出力される。したがって、燃料電池３００の全体の起電力Ｖは、上記取出線３０２と燃料電池３００の下端からの取出線３０３との電位差として取り出される。また、各電流計３１１の値を測定することにより、燃料電池３００の平面の起電力分布を測定することができる。
【特許文献１】特開２００３−７７５１５号公報（２００３年３月１４日公開）
【特許文献２】特開２００５−３０２４９８号公報（２００５年１０月２７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の特許文献２に示す第２の方法では、燃料電池３００の表面に複数の検出ピン３０１を接触させているので、接触抵抗の不確定性による測定誤差を含むという問題点を有している。すなわち、検出ピン３０１毎に接触力、接触面積、及び表面状態等が異なるので、必然的に検出ピン３０１毎に接触抵抗が異なるという問題点を有している。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、電池の表面全体から得られる起電力における部分起電流を正確に再現し得る電池起電流分布測定装置及び電池起電流分布測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電池起電流分布測定装置は、上記課題を解決するために、電解質と該電解質を挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する燃料電池の電極面における起電力分布を得るための燃料電池電流分布測定装置において、上記一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に接触される複数の接触ピンと、上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する起電流測定手段と、上記起電流測定手段により求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する起電流抵抗因子補正手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の燃料電池電流分布測定方法は、上記課題を解決するために、電解質と該電解質を挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する燃料電池の電極面における起電力分布を得るための燃料電池電流分布測定方法において、上記一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に複数の接触ピンを接触させる工程と、上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する工程と、求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する工程とを含むことを特徴としている。なお、電極相当面とは、電極に限らず、例えば、電極に相当するセパレータや集電板を含む概念である。
【００１６】
上記の発明によれば、複数の接触ピンは、一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に接触される。したがって、従来では、電極相当面を絶縁物にて区画して測定していたが、本発明では、区画しないので、起電流測定手段によって、真の電極相当面の電流分布を測定することができる。
【００１７】
ここで、本発明では、起電流測定手段は、燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する。したがって、これにより、燃料電池の起電流を実測することができる。
【００１８】
しかしながら、この燃料電池の起電流の実測値は、接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子による測定誤差を含んでおり、真の燃料電池の起電流とはいえない。
【００１９】
そこで、本発明では、起電流抵抗因子補正手段が、求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する。したがって、接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子による測定誤差を防止することができる。
【００２０】
この結果、電池の表面全体から得られる起電力における部分起電流を正確に再現し得る電池起電流分布測定装置及び電池起電流分布測定方法を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の電池起電流分布測定装置及び燃料電池電流分布測定方法では、前記起電流抵抗因子補正手段は、複数の接触ピンをｎ×ｎ（ｎは２以上の整数）正方マトリクス状に電極相当面へ接触させたときに、[Ｉｐ]を測定電流分布ベクトルとし、[Ａ]を抵抗パラメータマトリクスとしたとき、真の発電電流分布ベクトル[Ｉｉｎ]を、以下の式
【００２２】
【数１】
2007311202.tif 000003
【００２３】
により求めることが好ましい。
【００２４】
これにより、具体的に抵抗因子を補正をした真の発電電流分布を求めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の電池起電流分布測定装置は、以上のように、一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に接触される複数の接触ピンと、上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する起電流測定手段と、上記起電流測定手段により求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する起電流抵抗因子補正手段とが設けられているものである。
【００２６】
また、本発明の燃料電池電流分布測定方法は、以上のように、一対の電極における一方の電極相当面の非区画領域に複数の接触ピンを接触させる工程と、上記燃料電池の一方の電極から上記電極相当面及び接触ピンを介する他方の電極への閉回路内を流れる電流をそれぞれ測定する工程と、求められた実測起電流に対して各接触ピンの電極相当面への接触抵抗を含む抵抗因子を補正する工程とを含む方法である。
【００２７】
それゆえ、電池の表面全体から得られる起電力における部分起電流を正確に再現し得る電池起電流分布測定装置及び電池起電流分布測定方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について図１ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態については、例えば水素型燃料電池の電極面における起電力分布測定について説明しているが、必ずしもこれに限らず、直接メタノール型電池（ＤＭＦＣ）その他の燃料電池に適用できる。
【００２９】
本実施の形態の燃料電池電流分布測定装置５０は、燃料電池の電極面における起電力分布を得るための装置であり、図２に示すように、測定部３０と計測ユニット部４０とを備えている。本実施の形態では、上記測定部３０と計測ユニット部４０とが一体になっており、システムとして一体的に搬送することが可能となっている。なお、必ずしもこれに限らず、例えば、測定部３０と計測ユニット部４０とを分離する構成であってもよい。
【００３０】
上記測定部３０には、燃料電池１０と、この燃料電池１０に燃料等を供給したり、図示しない昇降装置を格納したりする燃料供給部・格納部３１と、燃料電池１０の電極表面の起電力分布及び温度分布を測定するセンサーユニット３２と、抵抗負荷手段としての電子負荷装置３３とが設けられている。また、計測ユニット部４０には、表示手段としての表示部４１を備えたパソコン４２とデータ収集処理装置４３とが設けられている。
【００３１】
上記燃料電池電流分布測定装置５０の測定対象となる燃料電池１０は、図３に示すように、イオン導電体となる電解質１と、一対の電極としての燃料極２と、燃料極側セパレータ３と、一対の電極としての空気極４と、空気極側セパレータ５と、集電板６とを有している。
【００３２】
上記燃料極２は、詳細には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、例えば炭素（Ｃ）電極２ａと、白金（Ｐｔ）からなる触媒２ｂとからなっている。なお、空気極４も同様の構成を有している。
【００３３】
上記燃料極側セパレータ３及び空気極側セパレータ５は、図４（ａ）に示すように、縦縞溝及び横縞溝をそれぞれ有している。燃料極側セパレータ３の縦縞溝の内部には、例えば、水素（Ｈ2）ガス等の燃料ガスが供給されるようになっている一方、空気極側セパレータ５の横縞溝の内部には、例えば、酸素（Ｏ2）又は空気等の酸化剤ガスが供給されるようになっている。
【００３４】
また、図３に示すように、上記空気極側セパレータ５の外側表面には、この空気極側セパレータ５に接触する銅（Ｃｕ）からなる集電板６が設けられており、この集電板６が空気極４の外部取り出し用電極となっている。
【００３５】
上記燃料電池１０は、上記測定部３０において、下側締め付けプレート２１にシリコンシート２２及びラバーヒータ２３を介して載置されている。すなわち、本実施の形態では、ラバーヒータ２３によって、燃料電池１０の温度を常温よりも上昇させることが可能となっている。
【００３６】
上記下側締め付けプレート２１の内部には、上記酸素（Ｏ2）又は空気等の酸化剤ガスを供給する空気供給路２４が形成されている。また、本実施の形態では、上記下側締め付けプレート２１は、図示しない昇降装置によって昇降移動可能となっている。
【００３７】
一方、電極相当面としての上記燃料極側セパレータ３の外側表面には、表面電流を測定するための接触ピンとしてのプローブピン（Probe)３５が、この燃料極側セパレータ３に接触できるようにして設けられている。この上側締め付けプレート２６の内部には、上記水素（Ｈ2）ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２８が形成されている。上記燃料極側セパレータ３は、本実施の形態では、従来のような仕切り等による区切りを設けておらず、その結果、上記プローブピン３５は、燃料極側セパレータ３の外側表面に非区画領域に接触されることになる。
【００３８】
また、本実施の形態では、上記プローブピン３５は、測定部３０における上側締め付けプレート２６及びプローブ治具プレート２７に形成された貫通口に貫通されて設けられている。また、プローブピン３５は、図示しないバネによって、このプローブピン３５が上記燃料極側セパレータ３に当接するときには、該燃料極側セパレータ３に対して押圧状態に当接できるようになっている。
【００３９】
さらに、上記プローブピン３５は、図５に示すように、本実施の形態では、例えば、６ｍｍピッチで、７×７＝４９本設けられている。なお、必ずしもこれに限らず、例えば、２５ｍｍピッチ、４５ｍｍピッチ等であってもよい。すなわち、本実施の形態では、６ｍｍピッチで燃料極側セパレータ３にプローブピン３５を当接させれば、燃料極側セパレータ３を絶縁物で区画しなくても、十分に隣接領域との間に電流の違いが見出せることを実験により検証できたことにより、燃料極側セパレータ３を絶縁物で区画しないものとなっている。
【００４０】
また、本実施の形態では、同図に示すように、燃料極側セパレータ３の表面の各温度を測定するための温度検知手段としての熱電対３７が、上記燃料極側セパレータ３に接触できるように設けられている。すなわち、上記熱電対３７は、上記プローブピン３５と一緒に、燃料極側セパレータ３の表面に当接されるようになっている。本実施の形態では、熱電対３７は、プローブピン３５の近傍において、例えば、縦方向４個×横方向４個ずつ設けられている。
【００４１】
なお、本実施の形態では、プローブピン３５は固定され、燃料電池１０側が昇降移動するものとなっているが、必ずしもこれに限らず、プローブピン３５を昇降移動可能とし、燃料電池１０側を固定とすることが可能である。ただし、プローブピン３５には、リード線３６等が接続されるので、プローブピン３５側を動かす場合には、リード線３６を長くする必要等があり、抵抗が大きくなる等の問題があるので、プローブピン３５を固定する方が好ましい。
【００４２】
上記燃料電池電流分布測定装置５０の全体概要について、図１に基づいて説明する。
【００４３】
同図に示すように、上記燃料電池電流分布測定装置５０には、燃料電池１０を稼動させるために、水素（Ｈ2）ガス等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンク１１が設けられており、図示しない液送ポンプにて液体流量計１２を通して燃料電池１０に供給されるようになっている。また、酸素（Ｏ2）又は空気等の酸化剤ガスを貯蔵する酸化剤ボンベ１３から、気体流量計１５を通して、酸化剤ガスが燃料電池１０に供給されるようになっている。
【００４４】
さらに、燃料電池１０からのカソード（空気極側）排液を貯めるカソード排液タンク１６、及び燃料電池１０からのアノード（燃料極側）排液を貯める図示しないアノード排液タンクがそれぞれ設けられている。
【００４５】
また、燃料電池１０の燃料極側セパレータ３の表面での電流分布及び温度分布は、センサーユニット３２にて検出され、パソコン４２にそのデータが入力されるようになっている。さらに、燃料電池１０の燃料極側セパレータ３の表面での電流分布の測定において、適切な電流値を得るための抵抗を負荷する電子負荷装置３３が接続されている。
【００４６】
上記センサーユニット３２は、電流を検知するプローブピン３５と、温度を測定するための上記熱電対３７とからなっている。上記熱電対３７によって検知された温度は、温度計４５にて検出されるようになっている。
【００４７】
一方、電子負荷装置３３は、複数種類の抵抗を有しており、その中から１つを選択することによって、起電流測定手段としての電流信号収集モジュール４４での電流信号収集に際して適切な電流値が取り出せるようになっている。この抵抗の選択は、パソコン４２によって行うことができる。その他、本実施の形態の電子負荷装置３３は、一定電流負荷モードや一定電圧負荷モード等が可能な機能を有しており、それらのモードによる電流−電圧特性試験及びその他の負荷試験に使用できるように、例えば、最大負荷２００Ｗ、４０Ａ以下、電圧０〜２００Ｖの負荷が掛けられるようになっている。
【００４８】
その他、図１に示すように、データ収集処理装置４３には、液体流量計１２の流量設定データ、流量計測データ、及び気体流量計１５の流量データ等の各データが入力されるものとなっている。
【００４９】
上記構成の燃料電池電流分布測定装置５０にて、燃料極側セパレータ３の表面の電流分布を測定する方法を説明する。
【００５０】
まず、図３に示すように、下側締め付けプレート２１の上にシリコンシート２２及びラバーヒータ２３を介して燃料電池１０を載置する。次いで、図示しない昇降用モータにより、燃料電池１０を上昇させてこの燃料電池１０の燃料極側セパレータ３の表面を、プローブピン３５及び熱電対３７の先端に当接させる。このとき、プローブピン３５及び熱電対３７は、図示しないバネにより、当接時の衝撃が緩和される。
【００５１】
次いで、燃料電池１０の運転を開始するために、燃料及び酸化剤の燃料電池１０への投入を行う。このとき、燃料流量及び酸化剤流量を適切な値に調整する。次いで、パソコン４２上のスタートボタンで、計測を開始する。また、適宜、試験項目に応じて、燃料流量、酸化剤流量、測定時間、燃料電池１０の温度を変更して、データを取得する。この計測データを用いて、図６に示すように、上記パソコン４２の表示部４１にて、運転状況を目視することができる。例えば、電流分布表示−経過時間、電流分布表示−酸化剤流量、電流分布表示−燃料流量、及び温度分布等の表示ができる。また、表示においては、例えば、１０ｍ秒以下の間隔で同時測定することができるので、短時間の変化を表示させることができる。
【００５２】
なお、燃料電池１０の運転を停止した後においても、パソコン４２に収録されたデータを使って、燃料電池１０の運転状況を表示部４１上で再現できる。
【００５３】
上記の燃料電池電流分布測定装置５０では、非常に短時間の時系列で、電流や温度の変化を測定し、記録し、出力表示できる。したがって、燃料や酸化剤等の投入量との関係において発電状態の関係を求めることができる。また、電流分布を測定するためのプローブピン３５の数や組み合わせの自由度が高く、大きさの異なる電池にも幅広く適用可能である。また、実使用の燃料電池１０及び燃料極側セパレータ３を使用することができるので、実際の燃料電池１０により近い測定が可能となる。
【００５４】
また、従来では、燃料極側セパレータ３の部分を絶縁体で区分けしていたが、本実施の形態では、測定用の燃料極側セパレータ３をつくる必要がなく、実際に使用している燃料電池１０の燃料極側セパレータ３の外側表面から、プローブピン３５にて測定ができるので、測定ポイントの変更も容易である。
【００５５】
また、測定に、不要な抵抗を使用しないため、測定誤差の低減を図ることができると共に、燃料電池１０側からみると、負荷系統に余分な抵抗を入れないので、余分な負担がかからない。
【００５６】
ところで、燃料電池電流分布測定装置５０では、燃料電池１０の表面に複数のプローブピン３５を接触させているので、接触抵抗の不確定性による測定誤差を含むという問題点を有している。すなわち、プローブピン３５毎に接触力、接触面積、及び表面状態等が異なるので、必然的にプローブピン３５毎に接触抵抗が異なるという問題点を有している。
【００５７】
ここで、上記燃料電池電流分布測定装置５０におけるプローブピン３５と燃料極側セパレータ３との接触抵抗等について図７に基づいて説明する。図７は、図３の中のＡの部分を示すものであり、プローブピン３５と燃料極側セパレータ３との接触部を拡大したものである。図７において、Ｐ１、Ｐ２は、プローブピン３５・３５を示す（以下「プローブピンＰ１・Ｐ２」という）。また、ＲＳ１、ＲＳ２は各プローブピンＰ１・Ｐ２の等価抵抗を示し、ＲＣ１、ＲＣ２はプローブピン３５と燃料極側セパレータ３であるアノード側セパレータＣとの接触抵抗を示している。
【００５８】
同図において、発電電流ＩＧ１・ＩＧ２は、想定発電ゾーンからアノード側セパレータＣ、プローブピンＰ１・Ｐ２、負荷、及びカソードセパレータである前記空気極側セパレータ５の順に経由して、電流回路を構成する。
【００５９】
このとき、プローブピンＰ１・Ｐ２間にはセパレータ抵抗ｒ１２が存在するので、発電電流ＩＧ１・ＩＧ２は、等価抵抗ＲＳ１・ＲＳ２、接触抵抗ＲＣ１・ＲＣ２及びセパレータ抵抗ｒ１２の各抵抗の値によって、再分布される。
【００６０】
図８は図７の等価回路である。Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、図示しない各センサ抵抗＋各プローブピンＰ１・Ｐ２の抵抗＋各プローブピンＰ１・Ｐ２の接触抵抗ＲＣ１・ＲＣ２にて表されるセンシング部等価抵抗を示す。
【００６１】
同図により、測定電流ＩＭ１・ＩＭ２と発電電流ＩＧ１・ＩＧ２との関係は式（１）・式（２）で表される。
【００６２】
【数２】
2007311202.tif 000004
【００６３】
式（１）・式（２）において、仮に、セパレータ抵抗ｒ１２＞＞Ｒ１、及びセパレータ抵抗ｒ１２＞＞Ｒ２とすれば、測定電流ＩＭ１＝発電電流ＩＧ１、測定電流ＩＭ２＝発電電流ＩＧ２となる。すなわち、測定電流ＩＭ１により発電電流ＩＧ１を表示し、測定電流ＩＭ２により発電電流ＩＧ２を表示することができる。
【００６４】
しかしながら、セパレータ材料は、例えばカーボン又はＳＵＳ（ステンレス）等の導電体からなるので、燃料極側セパレータ３上のプローブピンＰ１・Ｐ２間のセパレータ抵抗ｒ１２の値は小さい。したがって、例えば、測定電流ＩＭ１と発電電流ＩＧ１とは一致せず、測定電流ＩＭ１と発電電流ＩＧ１との間に誤差が生じる。
【００６５】
そこで、測定電流ＩＭ１と発電電流ＩＧ１との間、及び測定電流ＩＭ２と発電電流ＩＧ２との間にどの程度の誤差が生じるかについて、実際に実験して確かめた。図９はその実験結果を示す図である。この図９には、Ｒ１＝Ｒ２＝３ｍΩ、ｒ１２＝０．５ｍΩ、及び仮想発生電流値を１０ｍＡピッチで０〜５０ｍＡまで変化させた計算結果が示されている。同図において、ΔＩ１及びΔＩ２は実際に流した仮想発生電流間の差である。また、ΔＩｐ１及びΔＩｐ２は上記実際に流した仮想発生電流間の差ΔＩ１及びΔＩ２に対応する測定電流間の差である。
【００６６】
このとき、実験結果では、上記測定電流間の差に対する実際に流した仮想発生電流間の差の比は１３と２桁のオーダーとなっている。すなわち、同図に示された結果によれば、燃料極側セパレータ３上のプローブピンＰ１・Ｐ２間のセパレータ抵抗値ｒ１２がセンシング部等価抵抗Ｒ１・Ｒ２に比較して小さい場合には、燃料電池電流面分布測定時に測定電流値から発生電流値への再計算、つまり補正が必要であることがわかる。
【００６７】
以上の考察から、もしセンシング部等価抵抗Ｒ１・Ｒ２及びセパレータ抵抗ｒ１２が既知であるならば、測定系の測定等価回路からキルヒホッフの法則を用いた再計算により、測定電流から発生電流を求めることができるとわかる。
【００６８】
そこで、本実施の形態の燃料電池電流分布測定装置５０では、前述した燃料電池起電流分布測定方法により求めた燃料電池起電流分布に対して、以下のようにして、この接触抵抗ＲＣ１・ＲＣ２による影響を補正している。この補正は、図１に示すデータ収集処理装置４３に設けた起電流抵抗因子補正手段としての測定電流抵抗補正計算部４６によって行うようになっている。
【００６９】
上記の測定電流抵抗補正計算部４６では、測定表面に接触されたプローブピン３５のマトリクスに対して以下のようにして、実測した燃料電池起電流分布から、真の発電電流分布を求めるようになっている。
【００７０】
すなわち、先ず、燃料極側セパレータ３の測定表面のマトリクスにおいて測定による電流分布を前述した方法により求め、その後、次の式（３）により、補正するものとなっている。
【００７１】
[Ｉｉｎ]＝[Ａ]・[Ｉｐ]                                    式（３）
[Ｉｉｎ]：実際の発電電流分布ベクトル
[Ａ]：抵抗パラメータマトリクス
[Ｉｐ]：測定電流分布ベクトル
ここで、マトリクス[Ａ]の構成は、以下の通りとする。
（１）マトリクス[Ａ]は、ｎ×ｎ（ｎはプローブピンの数を示す）からなる正方マトリクスである。
（２）プローブピン３５、及びプローブピン３５と燃料極側セパレータ３との間の接触抵抗ＲＣ１・ＲＣ２を合わせて抵抗Ｒｉとし、燃料極側セパレータ３上のプローブピンＰｉ・Ｐｊ間の抵抗をセパレータ抵抗ｒｉｊとする。また、マトリクス[Ａ]の各要素を、ａｉｊとする。ただし、ｉ，ｊ＝１，２，３，…，ｎである。
【００７２】
また、要素ａｉｊは、以下の式（４）・式（５）で表される。
表される。
【００７３】
【数３】
2007311202.tif 000005
【００７４】
ここで、本実施の形態では、等価抵抗Ｒｉ及びセパレータ抵抗ｒｉｊを実験により測定している。測定は、図１０（ａ）（ｂ）に示す方式を採用している。
【００７５】
具体的には、図１０（ａ）に示すように、プローブピン３５を４９本（７本×７本）を用いて、等価抵抗Ｒｉを測定する。ここで、同図（ａ）に示すシャント抵抗とは、電流を測定するための測定回路に直列に入れられる抵抗のことである。また、測定は、測定部分ごとに単独で測定を行った。また、測定方式は四端子測定法を採用した。
【００７６】
また、セパレータ抵抗ｒｉｊについては、図１０（ｂ）に示すように、銅（Ｃｕ）板を用いて、全長さの抵抗を求めることにより、プローブピン３５・３５間のセパレータ抵抗ｒｉｊを求めた。また、燃料極側セパレータ３の材料であるカーボン板、ＳＵＳ板についても同様にして求めた。
【００７７】
その結果、等価抵抗Ｒｉについては、図１１に示すように、７．３〜１１．２ｍΩの値を得ることができ、その平均は９ｍΩ程度であった。
【００７８】
また、セパレータ抵抗ｒｉｊについては、プローブピン３５・３５間の距離を６ｍｍとして、距離６ｍｍ当りの平均値を求めると、縦・横がそれぞれ５０ｍｍ、かつ厚みが５ｍｍのカーボン板では、０．４２ｍΩ（数回の実験の最大値）であり、縦・横がそれぞれ５０ｍｍ、かつ厚みが２ｍｍのカーボン板では、１．０４ｍΩ（数回の実験の最大値）であった。また、縦・横がそれぞれ５０ｍｍ、かつ厚みが２ｍｍのＳＵＳ板では、０．８７６ｍΩ（数回の実験の最大値）であった。
【００７９】
したがって、厚みが２ｍｍのカーボン板について、プローブピン３５・３５間の距離を６ｍｍとしたときの等価抵抗Ｒｉとセパレータ抵抗ｒｉｊとの比は約６であることが分かった。
【００８０】
この結果、前述した燃料電池起電流分布測定方法により求めた燃料電池起電流分布に対して、前述の式（１）〜式（５）に、等価抵抗Ｒｉ及びセパレータ抵抗Ｒｉｊ（＝セパレータ抵抗ｒｉｊ）を代入することにより、接触抵抗等を補正した真の発電電流分布を求めることができる。
【実施例】
【００８１】
上記プローブピン３５を複数使用して電流面分布測定の実験を行った結果について説明する。
〔比較例〕
図１２は、複数のプローブピン３５で電流面分布測定の実験を行った結果を示す電流値の面分布を表す図である。実験では、複数の定電流源を所定間隔で配置して、燃料電池１０の発生電流の代わりとした。各定電流源の間隔は１２ｍｍとし、各プローブピン３５の間隔は６ｍｍと設定した。
【００８２】
上記各定電流源の電流供給点（以下、「通電位置」という。）と上記各プローブピン３５との間に、厚みが５ｍｍのカーボン板を挟んで測定を行った。また、実験は上記各定電流源のＯＮ／ＯＦＦを制御して行った。その結果、図１２（ｂ）〜（ｋ）に示すような結果が得られた。
【００８３】
図１２の（ａ）は測定位置と通電位置を示している。大きい黒点は各定電流源の配置位置であり、小さい黒点は、各プローブピン３５の配置位置である。また、縦軸のＡ〜Ｆ及び横軸の１〜７は各プローブピン３５の配置位置座標を表している。図１２の（ｂ）はすべての定電流源がＯＮされているときの結果であり、図１２（ｃ）〜（ｋ）は座標２Ｂ〜６Ｆの位置にある各電流源がＯＦＦの時の結果である。電流は、０ｍＡ（ＯＦＦ）から１００ｍＡ（ＯＮ）の変化であるにもかかわらず、測定結果の変化は５〜１０ｍＡ程度である。この結果は、上記測定系の測定等価回路からキルヒホッフの法則を用いた再計算が必要であることを示している。
〔実施例〕
次に、上記図１２（ｂ）〜（ｋ）に示す電流分布測定データから、上記測定系におけるプローブピン３５の接触抵抗等を考慮して補正すべく再計算した結果について説明する。
【００８４】
図１３（ｂ）〜（ｋ）は上記再計算の結果に基づいて、電流面分布を求めて図示したものである。記号等は上記図１２の場合と同様である。
【００８５】
これにより、再計算の効果が図に現れていることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、水素型燃料電池、直接メタノール型電池（ＤＭＦＣ）又はその他の燃料電池の電極面における起電力分布測定に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明における燃料電池電流分布測定装置の実施の一形態を示すものであり、燃料電池電流分布測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】上記燃料電池電流分布測定装置の構造を示す正面図である。
【図３】上記燃料電池電流分布測定装置の燃料電池及びプローブを示す断面図である。
【図４】（ａ）は上記燃料電池の構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は上記燃料電池の燃料極の構成を詳細に示す要部斜視図である。
【図５】上記燃料電池電流分布測定装置のプローブピン及びリード線を示す平面図である。
【図６】上記燃料電池電流分布測定装置のパソコンの表示部を示す正面図である。
【図７】上記燃料電池電流分布測定装置におけるプローブピンと燃料電池セパレータとの接触部を示す断面図である。
【図８】図７に示すプローブピンと燃料電池セパレータとの接触部における等価回路を示す回路図である。
【図９】上記プローブピンと燃料電池セパレータとの接触部における接触抵抗を考慮する場合と考慮しない場合との比較を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は上記プローブピンと燃料電池セパレータとの接触部における接触抵抗を測定するときの測定方式を示す概念図であり、（ｂ）は燃料電池セパレータにおけるプローブピン間抵抗を測定するときの測定方式を示す概念図である。
【図１１】上記プローブピンと燃料電池セパレータとの接触部における接触抵抗を含むプローブピン閉回路内抵抗値の測定結果を示すグラフである。
【図１２】（ａ）〜（ｋ）は、上記燃料電池電流分布測定装置における電流面分布測定の実験結果を示すものであり、電流値の表面分布を示す図である。
【図１３】（ａ）〜（ｋ）は、上記燃料電池電流分布測定装置における電流面分布測定の実験結果を示すものであり、図１２に示す電流値の表面分布に対して抵抗因子を補正した電流値の表面分布を示す図である。
【図１４】一般的な燃料電池の構成を示す断面図である。
【図１５】従来の燃料電池電流分布測定装置の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の他の燃料電池電流分布測定装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８８】
１      電解質
２      燃料極
３      燃料極側セパレータ（電極相当面）
４      空気極
５      空気極側セパレータ
６      集電板
１０      燃料電池
３２      センサーユニット
３３      電子負荷装置
３５      プローブピン（接触ピン）
４０      計測ユニット部
４１      表示部
４２      パソコン
４３      データ収集処理装置
４４      電流信号収集モジュール（起電流測定手段）
４６      測定電流抵抗補正計算部（起電流抵抗因子補正手段）
５０      燃料電池電流分布測定装置
【図１】
2007311202.tif 000008
【図２】
2007311202.tif 000009
【図３】
2007311202.tif 000010
【図４】
2007311202.tif 000011
【図５】
2007311202.tif 000012
【図６】
2007311202.tif 000013
【図７】
2007311202.tif 000014
【図８】
2007311202.tif 000015
【図９】
2007311202.tif 000016
【図１０】
2007311202.tif 000017
【図１１】
2007311202.tif 000018
【図１２】
2007311202.tif 000019
【図１３】
2007311202.tif 000020
【図１４】
2007311202.tif 000021
【図１５】
2007311202.tif 000022
【図１６】
2007311202.tif 000023