(57)【要約】【課題】電流密度が低下した部位を特定することができる電流分布検出装置及び燃料電池システムを提供する.【解決手段】平面状に広がった発電領域を有する発電体の周囲の磁力線の方向を検出する磁気センサー(Ｐ１)と、磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する判定部(Ｓ１２〜Ｓ１４)と、を含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に広がった発電領域を有する発電体の周囲の磁力線の方向を検出する磁気センサーと、
前記磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、前記発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する判定部と、
を含む電流分布検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流分布検出装置において、
前記判定部は、前記磁力線の基準方向に基づいて演算された電流密度と、前記磁力線の現在方向に基づいて演算された電流密度と、の差が、基準値よりも大であれば、前記発電体の電流密度の分布が不良状態であると判定する、
電流分布検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電流分布検出装置において、
前記判定部は、前記磁力線の現在方向と基準方向との差が基準値よりも大であれば、前記発電体の電流密度の分布が不良状態であると判定する、
電流分布検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電流分布検出装置において、
前記発電体は、燃料電池であり、
前記磁気センサーは、前記燃料電池のアノードガス出口の近傍に設けられる、
電流分布検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電流分布検出装置において、
前記磁気センサーは、複数個であり、前記発電体の同一面に沿って並べられ、
前記判定部は、各磁気センサーで検出された磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、前記発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する、
電流分布検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電流分布検出装置において、
前記磁気センサーは、少なくともふたつであり、前記発電体の連続するふたつの面に設けられ、
前記判定部は、各磁気センサーで検出された磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、前記発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する、
電流分布検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電流分布検出装置において、
前記磁気センサーで検出された磁力線の方向から地磁気の影響の考慮して補正する補正部をさらに含み、
前記判定部は、補正された磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、前記発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する、
電流分布検出装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電流分布検出装置を使用する燃料電池システムであって、
発電体である燃料電池の電流密度の分布が不良状態であるときには、良好状態になるように、供給ガスの流量及び圧力、運転温度並びに負荷のうち少なくともひとつを調整する調整部を含む、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流分布検出装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池における電流密度分布の検出方法を開示する。この検出方法は、燃料電池の外部に設けたセンサーによって磁束密度のｘ，ｙ，ｚ成分を検出する。そして磁束密度に基づいて電流密度分布を検出する。他にも関連する文献公知発明が特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５００６８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電流密度分布が対称である場合には、磁束密度が同じ値になる。したがって、前述した特許文献１の検出方法では、電流密度が低下した部位を特定することができない可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、電流密度が低下した部位を特定することができる電流分布検出装置及び燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明による電流分布検出装置のひとつの態様は、平面状に広がった発電領域を有する発電体の周囲の磁力線の方向を検出する磁気センサーを含む。そして、磁力線の基準方向及び現在方向に基づいて、発電体の電流密度の分布が良好状態であるか否かを判定する判定部をさらに含む。
【発明の効果】
【０００８】
この態様によれば、磁力線の方向に基づいて電流密度分布を検出する。電流密度分布が対称であっても、磁力線の方向が異なるので、この態様によれば、電流密度が低下した部位を特定することができる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による電流分布検出装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する図である。
【図２】図２は、燃料電池スタックにおける電解質膜の反応を説明する模式図である。
【図３】図３は、電流密度分布が良好な状態と不良な状態とを説明する図である。
【図４】図４は、本実施形態の基本コンセプトを説明する図である。
【図５】図５は、燃料電池の周囲に発生する磁界について説明する図である。
【図６】図６は、ポイントＰ１に発生する磁界の演算手法について説明する図である。
【図７】図７は、電流分布検出装置におけるコントローラーの具体的な制御内容を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、作用効果を説明する図である。
【図９】図９は、本発明による電流分布検出装置の第２実施形態における制御フローを示す図である。
【図１０】図１０は、本発明による電流分布検出装置の第３実施形態を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明による電流分布検出装置の第４実施形態を説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明による電流分布検出装置の第５実施形態における制御フローを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明による燃料電池システムの制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明による電流分布検出装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する図であり、図１(Ａ)は外観斜視図、図１(Ｂ)は発電セルの構造を示す分解図である。
【００１２】
図１(Ａ)に示されるように、燃料電池スタック１は、積層された複数の発電セル１０と、集電プレート２０と、絶縁プレート３０と、エンドプレート４０と、４本のテンションロッド５０とを備える。
【００１３】
発電セル１０は、燃料電池の単位セルである。各発電セル１０は、１ボルト(Ｖ)程度の起電圧を生じる。各発電セル１０の構成の詳細については後述する。
【００１４】
集電プレート２０は、積層された複数の発電セル１０の外側にそれぞれ配置される。集電プレート２０は、ガス不透過性の導電性部材、たとえば緻密質カーボンで形成される。集電プレート２０は、正極端子２１１及び負極端子２１２を備える。燃料電池スタック１は、正極端子２１１及び負極端子２１２によって、各発電セル１０で生じた電子ｅ-が取り出されて出力する。
【００１５】
絶縁プレート３０は、集電プレート２０の外側にそれぞれ配置される。絶縁プレート３０は、絶縁性の部材、たとえばゴムなどで形成される。
【００１６】
エンドプレート４０は、絶縁プレート３０の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４０は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。
【００１７】
一方のエンドプレート４０(図１(Ａ)では、左手前のエンドプレート４０)には、アノード供給口４１ａと、アノード排出口４１ｂと、カソード供給口４２ａと、カソード排出口４２ｂと、冷却水供給口４３ａと、冷却水排出口４３ｂとが設けられている。本実施形態では、アノード供給口４１ａ、冷却水供給口４３ａ及びカソード排出口４２ｂは図中右側に設けられている。またカソード供給口４２ａ、冷却水排出口４３ｂ及びアノード排出口４１ｂは図中左側に設けられている。
【００１８】
テンションロッド５０は、エンドプレート４０の四隅付近にそれぞれ配置される。燃料電池スタック１は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にテンションロッド５０が挿通される。テンションロッド５０は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。テンションロッド５０は、発電セル１０同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッド５０にナット(奥にあるため図示されない)が螺合する。テンションロッド５０とナットとが燃料電池スタック１を積層方向に締め付ける。
【００１９】
アノード供給口４１ａにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法などがある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどがある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどがある。また、カソード供給口４２ａに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。
【００２０】
図１(Ｂ)に示されるように、発電セル１０は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ)１１の両面に、アノードセパレーター(アノードバイポーラープレート)１２ａ及びカソードセパレーター(カソードバイポーラープレート)１２ｂが配置される構造である。
【００２１】
ＭＥＡ１１は、イオン交換膜からなる電解質膜１１１の両面に電極触媒層１１２が形成される。この電極触媒層１１２の上にガス拡散層(Gas Diffusion Layer；ＧＤＬ)１１３が形成される。
【００２２】
電極触媒層１１２は、たとえば白金が担持されたカーボンブラック粒子で形成される。
【００２３】
ＧＤＬ１１３は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、たとえばカーボン繊維で形成される。
【００２４】
アノード供給口４１ａから供給されたアノードガスは、このＧＤＬ１１３ａを流れてアノード電極触媒層１１２(１１２ａ)と反応し、アノード排出口４１ｂから排出される。
【００２５】
カソード供給口４２ａから供給されたカソードガスは、このＧＤＬ１１３ｂを流れてカソード電極触媒層１１２(１１２ｂ)と反応し、カソード排出口４２ｂから排出される。
【００２６】
アノードセパレーター１２ａは、ＧＤＬ１１３ａ及びシール１４ａを介してＭＥＡ１１の片面(図１(Ｂ)の裏面)に重ねられる。カソードセパレーター１２ｂは、ＧＤＬ１１３ｂ及びシール１４ｂを介してＭＥＡ１１の片面(図１(Ｂ)の表面)に重ねられる。シール１４(１４ａ，１４ｂ)は、たとえばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム(ethylene propylene diene monomer；ＥＰＤＭ)、フッ素ゴムなどのゴム状弾性材である。アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂは、たとえばステンレスなどの金属製のセパレーター基体がプレス成型されて、一方の面に反応ガス流路が形成され、その反対面に反応ガス流路と交互に並ぶように冷却水流路が形成される。図１(Ｂ)に示すようにアノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂが重ねられて、冷却水流路が形成される。
【００２７】
ＭＥＡ１１、アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂには、それぞれ孔４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂが形成されており、これらが重ねられて、アノード供給口(アノード供給マニホールド)４１ａ、アノード排出口(アノード排出マニホールド)４１ｂ、カソード供給口(カソード供給マニホールド)４２ａ、カソード排出口(カソード排出マニホールド)４２ｂ、冷却水供給口(冷却水供給マニホールド)４３ａ及び冷却水排出口(冷却水排出マニホールド)４３ｂが形成される。
【００２８】
図２は、燃料電池スタックにおける電解質膜の反応を説明する模式図である。
【００２９】
次に、図２を参照して、発明者らの技術思想について説明する。
【００３０】
上述のように、燃料電池スタック１０は、反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が供給されて発電する。燃料電池スタック１０は、電解質膜の両面にカソード電極触媒層及びアノード電極触媒層が形成された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ)が数百枚積層されて構成される。なお図２(Ａ)は１枚のＭＥＡを示している。ここではＭＥＡにカソードガスが供給されて(カソードイン)対角側から排出されながら(カソードアウト)、アノードガスが供給されて(アノードイン)対角側から排出される(アノードアウト)例が示されている。
【００３１】
各膜電極接合体(ＭＥＡ)は、カソード電極触媒層及びアノード電極触媒層において以下の反応が、負荷に応じて進行して発電する。
【００３２】
【数１】
2013142551.tif 000003
【００３３】
図２(Ｂ)に示すように、反応ガス(カソードガスＯ2)がカソード流路を流れるにつれて上式(１−１)の反応が進行し、水蒸気が生成される。するとカソード流路の下流側では相対湿度が高くなる。この結果、カソード側とアノード側との相対湿度差が大きくなる。この相対湿度差をドライビングフォースとして、水が逆拡散しアノード上流側が加湿される。この水分がさらにＭＥＡからアノード流路に蒸発してアノード流路を流れる反応ガス(アノードガスＨ2)を加湿する。そしてアノード下流側に運ばれてアノード下流のＭＥＡを加湿する。
【００３４】
このような反応は、膜電極接合体(ＭＥＡ)のカソード電極触媒層及びアノード電極触媒層で全面的に生じ、全面的に発電する。
【００３５】
図３は、電流密度分布が良好な状態と不良な状態とを説明する図である。
【００３６】
このように、膜電極接合体(ＭＥＡ)のカソード電極触媒層及びアノード電極触媒層で、全面的に発電反応が生じる。ただし、カソード電極触媒層及びアノード電極触媒層に、反応ガス(カソードガスＯ2、アノードガスＨ2)が十分に供給されていて発電面にガスが不足していない状態であって、かつカソード流路の水がセル内に滞留していない状態、すなわち、発電が安定している状態であっても、図３のラインＡのように、膜電極接合体(ＭＥＡ)のエリアによって発電電流の差は生じる。なおこのような発電が安定している状態を以下では、基準運転と称する。
【００３７】
燃料電池の運転状態によっては、アノード電極触媒層で反応ガス(アノードガスＨ2)が不足して、電解質膜の一部分での発電が促進されないことがある。反応ガス(アノードガスＨ2)が不足する場合とは、具体的には、アノード流路に生成水が詰まって(アノードフラッディング)、反応ガス(アノードガスＨ2)が発電面に到達しない場合や、カソード側から透過してきた窒素(Ｎ2)によってアノード流路の水素分圧が低下する場合がある。
【００３８】
アノード流路の出口側に生成水が滞留して、発電が促進されないにもかかわらず、電解質膜が良好な状態であることを前提に大きな電流を取り出すと、発電電流は、図３のラインＢに示されるようになる。
【００３９】
入口側では、供給されているアノードガスＨ2で発電可能な電流よりも大きな発電が生じる。ここでは、アノード電極触媒層中のカーボンによって以下の反応が生じて電解質膜が劣化する。
【００４０】
【数２】
2013142551.tif 000004
【００４１】
この反応は不可逆である。このような反応を回避することが望まれる。反応を回避するには、電解質膜の一部分での発電が促進されていない状態を正確に検出し、そのような状態であれば、取り出し電流を制限したり、回復処理すればよい。ここに回復処理としては、たとえば、反応ガスの供給圧を上昇させて、燃料電池の発電反応時に生成された水分を除去する処理がある。
【００４２】
電解質膜の一部分での発電が促進されていない状態を検出するために、上述の特許文献１の手法が公知である。しかしながら、この手法は、装置(システム)が複雑であった。
【００４３】
図４は、本実施形態の基本コンセプトを説明する図である。
【００４４】
これに対して、本件発明者は、図４に示されるように、発電エリアを小さなセグメントに区分けし、各発電セグメントの真中を直線電流が流れることを想定した。直線電流が流れると、いわゆる右ねじの法則に従って周囲に磁界が発生する。図４に示されるように、＃１セグメントで、紙面の手前から奥に直線電流Ｉが流れるときには、いわゆる右ねじの法則に従って右回りの磁界が発生する。直線電流Ｉから距離ｒの場所では、磁界の強さＨは、次式で示される。他のセグメントでも、同様に右回りの磁界が発生する。
【００４５】
【数３】
2013142551.tif 000005
【００４６】
図５は、燃料電池の周囲に発生する磁界について説明する図である。
【００４７】
＃１セグメントを流れる電流Ｉ１から距離ｒ１１だけ離れたポイントＰ１に発生する磁界Ｈ１について考える。このポイントＰ１には、＃１セグメントを流れる電流Ｉ１によって磁界Ｈ１ｃ１が発生する。さらにポイントＰ１には、＃２セグメントを流れる電流Ｉ２によって磁界Ｈ１ｃ２が発生する。さらにポイントＰ１には、＃３セグメントを流れる電流Ｉ３によって磁界Ｈ１ｃ３が発生する。さらにポイントＰ１には、＃４セグメントを流れる電流Ｉ４によって磁界Ｈ１ｃ４が発生する。さらにポイントＰ１には、＃５セグメントを流れる電流Ｉ５によって磁界Ｈ１ｃ５が発生する。さらにポイントＰ１には、＃６セグメントを流れる電流Ｉ６によって磁界Ｈ１ｃ６が発生する。さらにポイントＰ１には、＃７セグメントを流れる電流Ｉ７によって磁界Ｈ１ｃ７が発生する。さらにポイントＰ１には、＃８セグメントを流れる電流Ｉ８によって磁界Ｈ１ｃ８が発生する。これらの磁界Ｈ１ｃ１〜Ｈ１ｃ８を合成することで、ポイントＰ１の磁界Ｈ１が求まる。
【００４８】
図６は、ポイントＰ１に発生する磁界の演算手法について説明する図である。
【００４９】
具体的には、以下のようにして、磁界Ｈ１ｃ１〜Ｈ１ｃ８を合成して、ポイントＰ１の磁界Ｈ１を求める。
【００５０】
このポイントＰ１は、図６に示されるように、＃１セグメントを流れる電流Ｉ１から距離ｒ１１だけ離れている。このため、電流Ｉ１によってポイントＰ１に発生する磁界Ｈ１ｃ１は、次式のように定まる。
【００５１】
【数４】
2013142551.tif 000006
【００５２】
燃料電池スタックの長辺と平行にｘ軸を取り、短辺と平行にｙ軸を取る。そして＃１セグメントを流れる電流Ｉ１の中心とポイントＰ１とを結んだ直線がｘ軸となす角をα１１とする。このとき磁界Ｈ１ｃ１のｘ成分及びｙ成分は、次式のように定まる。
【００５３】
【数５】
2013142551.tif 000007
【００５４】
またポイントＰ１は、＃２セグメントを流れる電流Ｉ２から距離ｒ１２だけ離れている。このため、電流Ｉ２によってポイントＰ１に発生する磁界Ｈ１ｃ２も同様に定まる。以下各セグメントを流れる電流によってポイントＰ１に発生する磁界Ｈ１ｃ３〜Ｈ１ｃ８も同様に定まる。これらを成分ごとに足し合わせると、ポイントＰ１の磁界Ｈ１のｘ成分ｙ成分が次式のように求まる。
【００５５】
【数６】
2013142551.tif 000008
【００５６】
そしてｘ軸から磁界の回転方向(図６では左回り)に、磁界の方向となす角θ１は、磁界Ｈ１のｘ成分Ｈ１ｘ及びｙ成分Ｈ１ｙとで次式のように表される。
【００５７】
【数７】
2013142551.tif 000009
【００５８】
これを変形すると、次式が得られる。
【００５９】
【数８】
2013142551.tif 000010
【００６０】
したがって、次式の関係が導かれる。
【００６１】
【数９】
2013142551.tif 000011
【００６２】
また、各セグメントを流れる電流Ｉ１〜Ｉ８の総計が燃料電池の発電電流Ｉである。以上の関係を行列式で示すと以下になる。
【００６３】
【数１０】
2013142551.tif 000012
【００６４】
したがって、ポイントＰ１の磁界の方向θ１と総電流Ｉが判れば、各セグメントを流れる電流Ｉ１〜Ｉ８が判る。
【００６５】
図７は、電流分布検出装置におけるコントローラーの具体的な制御内容を説明するフローチャートである。
【００６６】
ステップＳ１１においてコントローラーは、各セグメントごとに現在電流と基準電流とを比較する。なお各セグメントにおける現在電流は、ポイントＰ１の現在の磁界の方向θ１と現在の総電流Ｉが上式に適用されて求められる。また基準電流とは、燃料電池が基準状態で運転されているときの電流であり、燃料電池が基準状態で運転されているときのポイントＰ１の磁界の方向θ１と総電流Ｉが上式に適用されてあらかじめ求められている。そして、コントローラーは、各セグメントごとに現在電流と基準電流とを比較する。
【００６７】
ステップＳ１２においてコントローラーは、各セグメントごとに比較した現在電流と基準電流と差が基準値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ１３へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１４へ処理を移行する。なお基準値は、あらかじめ実験等を通じて設定されている。
【００６８】
なおアノード流路に生成水が詰まるアノードフラッディングでは、アノード流路の出口側で電流が落ち込む。そこで、ステップＳ１１では、特にアノード流路の出口側のセグメントの現在電流と基準電流とを差をとり、ステップＳ１２では、その差(落ち込み量)が基準値よりも大きいか否かを判定してもよい。
【００６９】
また、ステップＳ１１では、各セグメントごとに現在電流と基準電流との差を求め、ステップＳ１２では、それらの差の二乗平均値が基準値よりも大きいか否かを判定してもよい。
【００７０】
さらに、ステップＳ１１では、各セグメントごとに現在電流と基準電流との差を求め、ステップＳ１２では、それらの差の累積値が基準値よりも大きいか否かを判定してもよい。
【００７１】
ステップＳ１３においてコントローラーは、電流密度の分布が良好であることを判定する。
【００７２】
ステップＳ１４においてコントローラーは、電流密度の分布が不良であることを判定する。
【００７３】
図８は、作用効果を説明する図である。
【００７４】
次に図８を参照して本実施形態の作用効果について説明する。
【００７５】
アノードガスの濃度が出口側で低い場合には、図８(Ａ−１)に示されるように、アノードガス出口側の電流密度が低くなる。
【００７６】
またカソードガスの濃度が出口側で低い場合には、図８(Ａ−２)に示されるように、カソードガス出口側の電流密度が低くなる。
【００７７】
比較形態のように、単に磁束密度に基づいて電流密度分布を検出しても、図８(Ｂ−１)(Ｂ−２)のように電流密度分布が対称であれば、磁束密度が同じ値になる。したがって、電流密度が低下した部位を特定することができない。
【００７８】
これに対して、本実施形態では、磁力線の方向に基づいて電流密度分布を検出する。このようにすれば、図８(Ｃ−１)(Ｃ−２)のように電流密度分布が対称であっても、磁力線の方向が異なる。したがって、電流密度が低下した部位を特定することができる。これについてさらに補足すると、アノードガスやカソードガスの濃度が、出口側で高くなるということは、通常あり得ない。したがって、通常起こりうるのは、アノードガスもカソードガスも濃度差がない場合や、アノードガスは濃度差がないがカソードガスは出口濃度が低い場合や、カソードガスは濃度差がないがアノードガスは出口濃度が低い場合である。アノードガスもカソードガスも出口濃度が低い場合というのは、異常状態が二重発生する場合なので、そのような状態になる前に、いずれか一方の濃度が出口で低い状態になる。本実施形態によれば、磁力線の方向に基づいて電流密度分布を検出することで、通常起こりうる３パターンを検出できるのである。
【００７９】
なおアノードガスは濃度差がないがカソードガスは出口濃度が低い場合よりも、カソードガスは濃度差がないがアノードガスは出口濃度が低い場合のほうが、起こる可能性が高い。すなわちカソードガス出口側の電流密度が低くなるよりも、アノードガス出口側の電流密度が低くなる可能性が高い。そこで磁界の方向を検出するセンサーをひとつだけ使用するのであれば、アノードガス出口近くに設置するとよい。電流密度の変化を最も検出しやすいからである。ただし、他の場所に設置しても相応の効果が得られる。
【００８０】
（第２実施形態）
図９は、本発明による電流分布検出装置の第２実施形態における制御フローを示す図である。
【００８１】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００８２】
第１実施形態のように、各セグメントを流れる電流を求めて、各セグメントごとに現在電流と基準電流とを比較すれば、正確に判定することができる。しかしながらもっと簡易的な手法もある。以下では、具体的な内容を説明する。
【００８３】
ステップＳ２１においてコントローラーは、現在の磁力線の方向と、燃料電池が基準状態で運転されているときの磁力線の方向(以下「磁力線の基準方向」と称する)と、を比較する。
【００８４】
ステップＳ２２においてコントローラーは、両者の差が基準値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２３へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ２４へ処理を移行する。なお基準値は、あらかじめ実験等を通じて設定されている。
【００８５】
ステップＳ２３においてコントローラーは、電流密度の分布が良好であることを判定する。
【００８６】
ステップＳ２４においてコントローラーは、電流密度の分布が不良であることを判定する。
【００８７】
このような本実施形態によれば、第１実施形態に比べて簡易に実行できる。
【００８８】
（第３実施形態）
図１０は、本発明による電流分布検出装置の第３実施形態を説明する図である。
【００８９】
本実施形態では、磁気センサーをふたつ使用する。そして、ひとつを燃料電池の横辺側に設け、もうひとつを縦辺側に設ける。
【００９０】
このようにすれば、電流密度分布を２次元で推定することができる。したがって、特に、低アスペクトで複雑な流路(たとえばサーペンタイン流路)を持つ燃料電池でも電流密度分布が良好であるのか否かを検出できるのである。
【００９１】
（第４実施形態）
図１１は、本発明による電流分布検出装置の第４実施形態を説明する図である。
【００９２】
第１実施形態では、磁界の方向を検出する磁気センサーをひとつだけ用いる場合で説明したが、この第４実施形態では、図１１に示されるように、ポイントＰ２〜Ｐ７についてもセンサーを用いる。
【００９３】
ポイントＰ２〜Ｐ７に発生する磁界Ｈ２〜Ｈ７のｘ成分ｙ成分についても、上述したのと同様の関係式が得られ、以下の行列式が得られる。
【００９４】
【数１１】
2013142551.tif 000013
【００９５】
なお直線電流から距離ｒや角度αは、固定値であるので、纏めてＡ，Ｂとおいた。
【００９６】
上式から明らかなように、ポイントＰ１〜Ｐ７の磁界の方向θ１〜θ７と総電流Ｉが判れば、各セグメントを流れる電流Ｉ１〜Ｉ８が判る。そして本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、正確に検出することができるのである。
【００９７】
（第５実施形態）
図１２は、本発明による電流分布検出装置の第５実施形態における制御フローを示す図である。
【００９８】
磁気センサーで検出された磁力線の方向は、地磁気の影響を受けている可能性がある。特に検査対象の燃料電池が車両などの移動体に搭載されている場合には、測定タイミングによって地磁気の影響が異なることがある。
【００９９】
そこで本実施形態では、カーナビゲーションシステムによって得られる情報(外部情報：ＧＰＳ，車載情報：加速度センサー，ジャイロ，車輪の回転，電子地図情報等との組み合わせ)によって、測定地点における地磁気の大きさ(Ｈｇ)を求める。この地磁気の大きさを、ｘ成分(Ｈｇｘ)、ｙ成分(Ｈｇｙ)に分解し、測定点における磁力線の方向(θｋ)を示す式に追加する。すなわち次式のようにする。
【０１００】
【数１２】
2013142551.tif 000014
【０１０１】
θ２〜θ７についても同様にする。そして、このように補正したθ１〜θ７を使用することで、移動体の地磁気に対する向きにかかわらず、電流密度分布が良好な状態であるか否かを一層精度よく求めることができる。
【０１０２】
（第６実施形態；燃料電池システム）
図１３は、本発明による燃料電池システムの制御フローを示す図である。
【０１０３】
本実施形態では、電流密度の分布の不良が検出されているときには、電流密度の分布が良好になるように、燃料電池の運転を制御する(ステップＳ６１)。
【０１０４】
具体的には、供給ガスの流量及び圧力、運転温度並びに負荷のうち少なくともひとつを調整することで、燃料電池の運転を制御する。
【０１０５】
このようにすることで、本実施形態によれば、より安定した燃料電池システムの運転を実現できるのである。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１０７】
たとえば、上記実施形態では、発電エリアを８つのセグメントに区分けする場合を例示した。しかしながら、この数は任意である。上記の行列式をその数に応じたものに修正することで、セグメント毎の電流を測定できるのである。
【０１０８】
また上記実施形態では、平面状に広がった発電領域を有する発電体の一例として燃料電池を示した。しかしながらこれには限られない。リチウムイオン電池などであってもよい。
【０１０９】
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  燃料電池(発電体)
Ｐ１  磁気センサー
ステップＳ１２〜Ｓ１４，Ｓ２２〜Ｓ２４  判定部
ステップＳ５１  補正部
ステップＳ６１  調整部
【図１】
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【図２】
2013142551.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013142551.tif 000019
【図６】
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【図７】
2013142551.tif 000021
【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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【図１０】
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