JP2007115489A - 燃料電池および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックを小型化する。さらに、磁束をより効率的に検出することを可能とする。
【解決手段】燃料電池１と係合する磁束センサモジュール１４を設ける。この場合、磁束センサモジュール１４は、燃料電池スタック３に内包あるいは内蔵されている等、燃料電池スタック３に形成された空隙に配置されていることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池および燃料電池システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、磁束をセンシングする機能を有している燃料電池スタックにおける構造の改良に関する。

従来、燃料電池の発電時に当該燃料電池を取り囲むように生じる磁束を検出し、当該検出結果に基づいて燃料電池（または燃料電池を構成する単セル）における電流密度を診断するという技術が利用されている。このように磁束を検出するにあたっては、燃料電池本体の外側に配置した磁束センサを用いるのが通常となっている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００５−１４１９３６号公報

しかしながら、上述のように燃料電池の外側（例えば外部フレーム）に磁束センサを設けているという従来の電流密度診断手法の場合、相対的な位置ずれが生じうるため検出精度が低かった。

そこで、本発明は、磁界をより高い精度で検出することを可能にした構造の燃料電池および燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明者は、燃料電池における磁束センサモジュールの配置あるいは燃料電池自体の構造をどのようにすれば精度よくセンシングを行うことが可能となるか種々の検討を行い、その結果、上述のような問題を解決しうる技術を知見するに至った。すなわち、従来の燃料電池におけるそもそもの構造を見直した結果、実際に発電が行われる単セルの直近または近傍に磁束センサモジュールを配置すれば検出感度が向上することに加え、外部の外乱による影響を遮断することも可能となるために従来よりも精度の高い磁束検出が可能になるとの知見を得た。

本発明はかかる知見に基づくもので、請求項１に記載の発明である燃料電池は、燃料電池本体と係合する磁束センサモジュールが設けられていることを特徴としているものである。この燃料電池によれば、磁束センサの相対的な位置ずれを抑えることにより、磁界をより高い精度で検出することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記係合により、燃料電池スタックに対する前記磁束センサモジュールの少なくとも１次元的な位置が規定されていることを特徴とするものである。少なくとも１次元的な位置、好ましくは２次元、３次元的な位置が規定された磁束センサモジュールは、スタック本体との相対距離を保持しやすいものとなる。これによれば磁束センサモジュールの取付精度が向上し、より精度の高い検出を実現することが可能である。

さらに、ここまで説明した燃料電池における前記磁束センサモジュールは、請求項３に記載のように、前記燃料電池スタックを構成する前記セル面内方向について複数設けられており、それら複数の磁束センサモジュールは、当該燃料電池の外郭のうち互いに略対向する面にそれぞれ接触するように設けられていることが好ましい。これら複数の磁束センサモジュールを互いに離れた配置とすればセル面内における磁束の分布をさらに精度よく測定することが可能となる。

また、請求項４に記載のように、上述の磁束センサモジュールがセルモニタ用の端子を含んでいることも好ましい。この燃料電池によれば、磁束センサモジュールが備えるセルモニタ用の端子を介して所定の単セルにおける発電状態を計測することができる。

請求項５に記載の発明は、燃料電池を構成する燃料電池スタックに当該燃料電池の電流密度を検出するための磁束センサモジュールが一体化されていることを特徴とするものである。この燃料電池によれば、スタック本体との相対距離を保持して診断精度を向上させることが可能である。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の燃料電池において、前記磁束センサモジュールは、前記燃料電池スタックに内包あるいは内蔵されていることを特徴とするものである。

以上の燃料電池における磁束センサモジュールは、請求項７に記載のように、前記燃料電池スタックに形成された空隙に配置されていることが好ましい。この燃料電池によれば、磁束センサモジュールを、燃料電池の内部のうち発電に寄与しない部分に配置することにより、発電システムに影響を及ぼすことなく磁束を精度よくセンシングすることが可能となる。また、燃料電池スタックに形成された空隙、例えば位置決め孔やエア抜き用貫通孔に磁束センサモジュールを配置しているために燃料電池の小型化も実現できる。

請求項８に記載の燃料電池システムは、請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池を含んでいるというものである。これによれば、上述した効果を奏する燃料電池を包含したシステムを実現することができる。

本発明によれば、磁界をより高い精度で検出することが可能となる。

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。

図１〜図８に本発明にかかる燃料電池および燃料電池システムの一実施形態を示す。本実施形態における燃料電池１は、当該燃料電池１と係合するように磁束センサモジュール１４が一体的に設けられていることが特徴的である。この場合の磁束センサモジュール１４は、燃料電池１と係合することにより、少なくともその１次元的な位置、場合によっては２次元的ないしは３次元的な位置が規定されている。以下に示す実施形態においては、まず、燃料電池システム１０の概略を説明した後に燃料電池１の構造や構成を中心に説明し、続いて磁束センサモジュール１４およびその配置の態様等について説明することとする（図１、図６等参照）。

図６に本実施形態にかかる燃料電池システム１０の概略構成を示す。本実施形態に示す燃料電池システム１０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等としても用いることが可能である。

燃料電池システム１０は、燃料電池１に接続された燃料ガス循環供給系７０と酸化ガス供給系８０とを備えている。これらのうち、燃料ガス循環供給系７０は燃料電池１に対して燃料ガスを給排するものであり、例えば本実施形態の場合には、燃料ガス供給路７１、燃料ガス循環路７２、アノードオフガス流路７３、そして燃料ガス供給源７４を含んだ構成となっている（図６参照）。

燃料ガス供給源７４は、例えば高圧水素タンクまたは水素貯蔵タンク等の水素貯蔵源によって構成されている。燃料ガス供給路７１は燃料ガス供給源７４から放出される燃料ガスを燃料電池１のアノード（燃料極）に導くためのガス流路であり、図示はしていないが、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブ、高圧レギュレータ、低圧レギュレータ、水素供給バルブ、およびＦＣ入口バルブが各々されている。高圧に圧縮された燃料ガスは高圧レギュレータにて中圧に減圧され、さらに低圧レギュレータにて低圧（通常運転圧力）に減圧されるようになっている。

燃料ガス循環路７２は未反応燃料ガスを燃料電池１に還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけて図示しないＦＣ出口バルブ、水素ポンプ、および逆止弁が配設されている。燃料電池１から排出された低圧の未反応燃料ガスは水素ポンプによって適度に加圧され、燃料ガス供給路７１に導かれる。また、この燃料ガス循環路７２の途中で分岐するアノードオフガス流路７３は燃料電池１から排出された水素オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、下流において希釈器９３に接続されている。

酸化ガス供給系８０は、酸化ガス供給路８１、カソードオフガス流路８２等を含んだ構成となっている（図６参照）。燃料電池１の電池反応に供された後の酸素オフガスはカソードオフガス流路８２を流れてシステム外に排気される。加湿モジュール９２は、酸化ガス供給路８１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路８２を流れる高湿潤状態の酸素オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池１に供給される酸化ガスを適度に加湿する。カソードオフガス流路８２はその下流において希釈器９３に接続されている。

制御部５０は図示しないアクセルセンサが検出したアクセル開度、車速センサが検出した車速等に基づいてシステム要求電力（車両走行電力と補機電力との総和）を求め、燃料電池１が目標電力に一致するようにシステムを制御する。さらに、ＥＣＵ（Electric Computer Unit）１９が燃料電池１に接続されている（図６参照）。

続いて、燃料電池１の構成について説明する（図１参照）。本実施形態にかかる燃料電池１は単セル２が積層されたスタック構造となっている。この燃料電池１の構造および単セル２の構造自体には特に特徴があるわけではなく、従前のものと大きく変わるところがない。すなわち、この燃料電池１は、複数の単セル２を積層したスタック本体３を有し、スタック本体３の両端に位置する単セル２，２の外側に順次、出力端子５付きの集電板６、絶縁板７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。また、燃料電池１は、例えば両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられたテンションプレート（図示省略）が各エンドプレート８，８にボルト等で固定されることにより、単セル２の積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となっている。

単セル２は、ＭＥＡ１１と、ＭＥＡ１１を挟持する一対のセパレータ１２ａ，１２ｂとで構成されている（図２参照）。ＭＥＡ１１および各セパレータ１２ａ，１２ｂは略平面状の部品であり、尚かつ平面視矩形の外形形状となっている。また、ＭＥＡ１１はその外形が各セパレータ１２ａ，１２ｂの外形よりも僅かに小さくなるように形成されている。さらに、ＭＥＡ１１と各セパレータ１２ａ，１２ｂとは、それらの間の周辺部を第１シール部材１３ａ，１３ｂとともに成形樹脂によってモールドされている。

ＭＥＡ１１は、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜２１と、電解質膜２１を両面から挟んだ一対の電極２２ａ，２２ｂ（カソードおよびアノード）とで構成されている。これらのうち、電解質膜２１は、各電極２２ａ，２２ｂよりも僅かに大きくなるように形成されている。この電解質膜２１には、その周縁部２４を残した状態で各電極２２ａ，２２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。

ＭＥＡ１１を構成する電極２２ａ，２２ｂ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２２ａ（カソード）には空気や酸化剤などの酸化ガス、他方の電極２２ｂ（アノード）には燃料ガスとしての水素ガスが供給され、これら２つ（２種類）のガスによりＭＥＡ１１内で電気化学反応が生じて単セル２の起電力が得られるようになっている。

セパレータ１２ａ，１２ｂは、ガス不透過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１２ａ，１２ｂの基材は板状のメタルで形成されているものであり、この基材の電極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。

また、セパレータ１２ａ，１２ｂ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１２ａ，１２ｂ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３１ａや水素ガスのガス流路３１ｂ、あるいは冷却水流路３２を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ１２ａの電極２２ａ側となる内側の面にはストレート状の酸化ガスのガス流路３１ａが複数形成され、その裏面（外側の面）にはストレート状の冷却水流路３２が複数形成されている（図２参照）。同様に、セパレータ１２ｂの電極２２ｂ側となる内側の面にはストレート状の水素ガスのガス流路３１ｂが複数形成され、その裏面（外側の面）には同じくストレート状である冷却水流路３２が複数形成されている（図２参照）。例えば本実施形態の場合、単セル２におけるこれらガス流路３１ａおよびガス流路３１ｂは、互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する２つの単セル２，２に関し、一方の単セル２のセパレータ１２ａの外面と、これに隣接する単セル２のセパレータ１２ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３２が一体となり断面が例えば矩形の流路が形成される構造となっている。なお、隣接する単セル２，２のセパレータ１２ａとセパレータ１２ｂは、それらの間における周辺の部分が成形樹脂によりモールドされるようになっている。

また、セパレータ１２ａ，１２ｂの端部付近（本実施形態の場合であれば、長手方向の一端に近い部分）には、酸化ガスの入口側のマニホールド４１、水素ガスの入口側のマニホールド４２、および冷却水の入口側のマニホールド４３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４１，４２，４３は各セパレータ１２ａ，１２ｂに設けられた略矩形の透孔によって形成されている（図２参照）。さらに、セパレータ１２ａ，１２ｂ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５１、水素ガスの出口側のマニホールド５２、および冷却水の出口側のマニホールド５３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５１，５２，５３も略矩形の透孔によって形成されている（図２参照）。

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ１２ａにおける酸化ガス用のマニホールド４１とマニホールド５１は、セパレータ１２ａ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酸化ガスのガス流路３１ａに連通している。同様に、セパレータ１２ｂにおける水素ガス用のマニホールド４２とマニホールド５２は、セパレータ１２ｂ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流路６４を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３１ｂに連通している（図２参照）。さらに、各セパレータ１２ａ，１２ｂにおける冷却水のマニホールド４３とマニホールド５３は、各セパレータ１２ａ，１２ｂ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流路６６を介してそれぞれが冷却水流路３２に連通している。ここまで説明したような各セパレータ１２ａ，１２ｂの構成により、単セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が適切に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、例えば酸化ガスは、セパレータ１２ａのマニホールド４１から連絡通路６１を通り抜けてガス流路３１ａに流入し、ＭＥＡ１１の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けてマニホールド５１に流出することになる。

第１シール部材１３ａ，１３ｂは、ともに枠状であり同一形状に形成されている部材である（図２参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ１１とセパレータ１２ａとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜２１の周縁部２４と、セパレータ１２ａのうちガス流路３１ａの周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、もう一方の第１シール部材１３ｂは、ＭＥＡ１１とセパレータ１２ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜２１の周縁部２４と、セパレータ１２ｂのうちガス流路３１ｂの周囲の部分との間に介在するように設けられる。

さらに、隣接する単セル２，２のセパレータ１２ａとセパレータ１２ｂとの間には、枠状の第２シール部材１３ｃが設けられている（図２参照）。この第２シール部材１３ｃは、セパレータ１２ａにおける冷却水流路３２の周囲の部分と、セパレータ１２ｂにおける冷却水流路３２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。ちなみに、本実施形態の単セル２においては、セパレータ１２ａ，１２ｂにおける流体の各種通路（３１ａ，３１ｂ，３２，４１〜４３，５１〜５３，６１〜６６）のうち、各種流体の入口側のマニホールド４１〜４３および出口側のマニホールド５１〜５３が、第１シール部材１３ａ，１３ｂや第２シール部材１３ｃの外側に位置する通路ということになる（図２参照）。

続いて、燃料電池１に一体化するように設けられる磁束センサモジュール１４について説明する（図３等参照）。

磁束センサモジュール１４は、燃料電池１の発電時における電流密度を診断するために設けられているモジュールで、当該燃料電池１を取り囲むように生じる磁束を検出するようになっている。本実施形態では、この磁束センサモジュール１４を、燃料電池１（あるいは燃料電池１を構成するスタック本体３）と係合するように設けることとしている。より具体的には、当該磁束センサモジュール１４が燃料電池スタック本体３に内包され、あるいは内蔵された状態となるような配置とし、これにより、磁束センサモジュール１４が燃料電池１の外郭（燃料電池１の外形を区画する部分のことであり、輪郭ないしは外枠といってもよい）からはみ出ないように一体的に配置することとしている。以下、このような配置あるいは構造とする場合の具体例を説明する（図３等参照）。なお、本実施形態にて用いる磁束センサモジュール１４の構造自体は特に新規なものではなくて構わない。

本実施形態においては、燃料電池スタックに形成された空隙に上述した磁束センサモジュール１４を配置することとしている（図３参照）。ここでいう空隙は、単セル２を積層した際にその内部に形成される空間であって磁束センサモジュール１４を配置するに足るスペースを有しており、尚かつ、発電に寄与しないもの（完全に寄与しないばかりでなく、寄与はあっても十分に小さい場合を含む）である。このような空隙としては、例えば、スタック本体３に形成される貫通孔や位置決め孔などが該当する。以下、具体例を挙げて説明する（図３参照）。

図３に示す実施形態においては、位置決め孔１５の中に磁束センサモジュール１４を配置して当該燃料電池１と係合させた状態としている。この位置決め孔１４は各単セル２上の同じ位置にあらかじめ設けられているもので、単セル２が積層された場合に当該積層方向に一様に連なる貫通孔を形成してスタック締結時に位置合わせができるようになっている。本実施形態においては、この位置決め孔１５によって形成される内部空間内に磁束センサモジュール１４を配置することにより、当該磁束センサモジュール１４が燃料電池１に内包（あるいは内蔵）された状態としている（図３参照）。

あるいは、上述のような位置決め孔１５の代わりとして、ダミー孔などと呼ばれるエア抜き用貫通孔１６を利用してもよい。例えば、隣接する単セル２，２のセパレータどうしを例えば接着剤を使って貼り合わせた場合、貼り合わせ面に閉じ込められた空気（例えば貼り合わせ時に生じた気泡など）を外部に逃がすための流路としてエア抜き用貫通孔１６が設けられる場合がある（図３参照）。このようなエア抜き用貫通孔１６は、上述の位置決め孔１５と同様、各単セル２上の同じ位置にあらかじめ設けられ、積層された場合に積層方向に一様に連なるように形成されている（図３参照）。このようなエア抜き用貫通孔１６が形成されている場合には、当該エア抜き用貫通孔１６によって形成される内部空間内に磁束センサモジュール１４を配置することにより、上述の場合と同様、当該磁束センサモジュール１４が燃料電池１に内包（あるいは内蔵）された状態とすることが可能である。

また、磁束センサモジュール１４は複数設けられていることが好ましい。例えば上述のように位置決め孔１５に磁束センサモジュール１４を配置する場合であれば、当該位置決め孔１５に単セル２の積層方向に沿って複数の磁束センサモジュール１４を配置することが好ましい。例えば２つの磁束センサモジュール１４を離して配置した場合であれば、各磁束センサモジュール１４が検出した磁束に基づいて両モジュール間における電流密度を例えばデータを補間することによって算出することが可能となる。この点からすれば両磁束センサモジュール１４は離間して配置されていることが好ましく、また、燃料電池１の電流密度をより精度よく診断するという観点からすれば磁束センサモジュール１４は２つに限らずより多く設けられていることが好ましい。

また、磁束センサモジュール１４を複数設ける場合にあっては、燃料電池１のスタック本体３を構成するセル面内方向であって、尚かつ、燃料電池１の外郭のうち互いに略対向する面にそれぞれ接触するように設けることも好ましい。いずれかの単セル２における電流密度の面内分布を測定するにあたっては、これら複数の磁束センサモジュール１４は互いに離れた位置に配置されていることが好ましい。

結局、少なくとも２つの磁束センサモジュール１４を配置することとすれば、いわゆる二点検知法を実施することが可能になるという点で好ましい。測定ポイントを少なくとも２つ設定して検出感度を向上させる二点検知法によれば、電流密度の診断精度をさらに向上させることが可能となる。なお、複数の磁束センサモジュール１４をセル積層方向、あるいはセル面内方向のいずれに配置する場合であっても、２点間（あるいはそれ以上のポイント間）の距離は大きい方が好ましい。また、ここまで説明したように磁束センサモジュール１４を積層方向ないしは面内方向に配置することにより、スタック本体３内における各磁束センサモジュール１４の１次元的、さらには２次元的、３次元的な位置、つまりは、セル積層方向における位置、ならびにセル面内における縦方向および横方向における位置が規定されることになる（図３等参照）。

さらに、磁束センサモジュール１４を配置するにあたっては、当該磁束センサモジュール１４を、例えば単セル２を構成しているセパレータ１２ａ（１２ｂ）に固着することが好ましい。燃料電池システム１０が例えば車載用として使用された場合など、振動や熱変化などを受けて磁束センサモジュール１４の相対位置が変化することによって電流密度の検出精度に変化が生じるおそれがあるが、このようにセパレータを有効利用した場合には相対位置に変化を比較的少なく抑えることが可能となる。また、取付精度も向上することから、取付時に生じうる取付誤差を相対位置の誤差等を極力抑えることも可能となる。

ここまで説明した本実施形態の燃料電池１（およびこの燃料電池１によって構成される燃料電池システム１０）によれば、磁束センサモジュール１４が燃料電池１に係合した構成となっていることから、位置ずれが生じるのが抑制されて磁界をより高い精度で検出することが可能となる。また、従前は外部に配置するしかなかった磁束センサモジュール１４を内蔵（内包）した状態で一体化したことから、スタック本体３あるいは燃料電池１自体を小型化することができるという利点がある。しかも、このような構成とした結果、磁束センサモジュール１４が各単セル２あるいはスタック本体３に内蔵された状態となるから、実際に電流を生じる部位を極めて近傍にて検出することができる。加えて、このように内蔵されることにより、燃料電池１の外側においては受けることの多い外乱による影響を減少させ、あるいは遮断できることにもなるため、極めて検出感度が高く精度のよい診断を実施することが可能になるという利点がある。結局、磁束センサモジュール１４と燃料電池１との距離が近づくほど、より詳しくは距離の２乗に反比例するように検出精度が向上することになる。さらには、上述したように各磁束センサモジュール１４をセパレータに固着すれば位置精度が向上して診断の精度をさらに向上させることが可能になる。

続いて、本発明の別の実施形態（第２の実施形態）について説明する（図４参照）。上述の実施形態ではスタック本体３をセル積層方向に貫通する孔を利用して磁束センサモジュール１４を内蔵することとしたが、これに限らず、例えば各単セル２の発電状態を計測するための別のセンサ等、他の部材と一体化させた構造とすることも可能である。一例を挙げれば、スタック本体３の一部（例えば各セル２の縁部）にセル間の電圧を計測するためのセルモニタ１７が設けられている場合に、このセルモニタ１７に磁束センサモジュール１４を一体化することが該当する（図４参照）。この場合における一体化としては、例えばスタック本体３とセルモニタ１７との間に磁束センサモジュール１４を介在させるなど種々の態様を採りうる。このように磁束センサモジュール１４をセルモニタ１７と一体化した構造とした場合、当該スタック本体３の外側に磁束センサモジュール１４を配置しなくて済むことから、上述した実施形態と同様、スタック本体３あるいは燃料電池１自体の小型化を図ることが可能となり、しかも、上述の場合と同様、検出感度を向上させて電流密度の診断精度を高めることが可能となる。

なお、図４に示す実施形態においても磁束センサモジュール１４は複数設けられていることが好ましい。例えば、セルモニタ１７が設けられるスタック本体３の角部に磁束センサモジュール１４を配置し、さらにスタック本体３の内部（例えば単セル２を構成しているセパレータ）に別の磁束センサモジュール１４を配置することにより、上述の実施形態と同様、いわゆる二点検知法の検出感度を向上させることが可能となる。

また、ここではセルモニタ１７に磁束センサモジュール１４を一体化させることとしたが、これのみならず、当該磁束センサモジュール１４を他の部材やモジュール等と一体化させることも可能である。例示すれば、燃料電池１を構成する集電板（ターミナル）６、絶縁板（インシュレータ）７、エンドプレート８、さらには図示していないテンションプレートなどといったセル近傍の部材に磁束センサモジュール１４を一体化することも可能である。要は、従前は外部に配置されていた磁束センサモジュール１４をいずれかの部材に一体化する構造とすれば燃料電池１の小型化と検出感度向上とを両立させることが可能となる。

あるいは、以上のような観点からすれば、セパレータ（図７および図８において符号１２で示す）がその板面視で周縁に凸部を有し、当該凸部に磁束センサモジュール１４が係合する構造としてもよい。例示すれば、セパレータ１２に一体化されているかあるいは別体の突起（一例として、出力端子５の基部など）１８を設け、当該突起１８と係合するように磁束センサモジュール１４を設けることが好ましい（図７参照）。こうすれば、磁束センサモジュール１４と単セル２との間におけるセル積層方向への相対的な位置ずれを抑制することができる。さらには、磁束センサモジュール１４にてセパレータ１２やエンドプレート８をその厚み方向で把持（あるいは挟持、保持）するような構成、具体例を示せばあたかもクリップのような形で係合させる構成としてもよい（図８参照）。いずれにせよ、磁束センサモジュール１４を何かしらの方法で燃料電池１のいずれかの部位に係合させることができれば、相対的な位置ずれが生じるのを抑制することにより、当該燃料電池１における磁界（磁束）をより高い精度で検出することが可能となる。なお、図８に示す符号１７ａはセルモニタ１７用のコネクタ、符号２０はハウジングを表している。

以下において、本発明の更に別の実施形態（第３の実施形態）を説明する（図５参照）。ここでは、単セル２のセル内部あるいは単セル２の外部における特定部位に磁束センサモジュール１４を配置することにより、燃料電池１において生じる磁束をより効率的に測定することを可能とするものである。ここでいう特定の部位とは、例えば積層された単セル２の両端部付近、あるいは単セル２と集電板６との接触面付近などといったような、構造が一様でないために特に電流密度の変化が生じる部分が該当する。さらには、単セルの材質や形状あるいは電化質など積層途中で異なる仕様とされている場合であれば、これら性質の異なる単セル２，２’どうしが隣接する部分（図５中における太線部分参照）など、電流密度の測定が必要となる部分なども該当する。これら特定の部位の近傍あるいは直近に磁束センサモジュール１４を配置することにより当該部分の電流密度やその変化を集中的かつ効率的に検出することが可能となる。例えば、上述の第２の実施形態のごとく磁束センサモジュール１４を別センサ等に一体化する場合において、当該磁束センサモジュール１４を所望の位置に配置することとすれば、燃料電池１の小型化と検出感度向上とを両立させつつ、磁束測定をさらに効率的に実施することが可能になるという点でさらに好ましい。

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、上述した第１の実施形態においては位置決め孔１５やエア抜き用貫通孔１６といった、そもそも別の目的でスタック本体３に形成される空隙を利用して磁束センサモジュール１４を設置することとしたが、これは好適に実施例に過ぎず、これらとは別に磁束センサモジュール１４を設置するための専用の空隙（スペース）を別途設けることとしても構わない。要は、上述したような貫通孔に代表されるような、燃料電池１の発電に寄与しない、あるいは発電に影響を及ぼさないような空隙に磁束センサモジュール１４を配置することができれば燃料電池モジュールの小型化を図りつつ電流密度の検出感度向上を実現することが可能となる。

あるいは、位置決め孔１５に使用する位置決めピンの役割を同時に果たす磁束センサモジュール１４を配置することとしてもよい。位置決め孔１５に配置される磁束センサモジュール１４が同時に位置決めピンとしても機能すれば、部材点数を減らして燃料電池モジュールの軽量化を図れるという点でも好ましい。

さらには、セルモニタ用の端子を含んだ構造の磁束センサモジュール１４を採用することも好ましい。上述した集電板６の出力端子５のごとくスタック本体３の外郭から突出した状態の端子を備えている場合、当該端子を介して所定の単セル２における発電状態を計測することができて簡便である。

なお、上述した各実施形態ではガス流路３１ａ，３１ｂや冷却水流路３２がストレート流路である場合を例に説明したが、もちろんこれらの各流路３１ａ，３１ｂ，３２をサーペンタイン流路で構成してもよいのはいうまでもない。

本発明にかかる燃料電池の構造を示す斜視図である。 図１に示した燃料電池の単セルを分解して示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、磁束センサモジュールを内蔵したスタック本体の構造を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示すもので、磁束センサモジュールをセルモニタに一体化した構造のスタック本体を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態を説明するためのスタック本体の一例を示す斜視図である。 本実施形態における燃料電池システムの構成を示す概略図である。 セパレータの突起と係合するように磁束センサモジュールを設ける形態について説明するための概略図である。 磁束センサモジュールにてセパレータ等を把持するようにした構成の一例を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…単セル、３…スタック本体（燃料電池スタック）、１０…燃料電池システム、１４…磁束センサモジュール、１５…位置決め孔（空隙）、１６…ダミー孔（空隙）、１７…セルモニタ

Claims (8)

1. 燃料電池本体と係合する磁束センサモジュールが設けられていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記係合により、燃料電池スタックに対する前記磁束センサモジュールの少なくとも１次元的な位置が規定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記磁束センサモジュールは、前記燃料電池スタックを構成する前記セル面内方向について複数設けられており、それら複数の磁束センサモジュールは、当該燃料電池の外郭のうち互いに略対向する面にそれぞれ接触するように設けられてい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。
4. 前記磁束センサモジュールは、セルモニタ用の端子を含む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。
5. 燃料電池を構成する燃料電池スタックに当該燃料電池の電流密度を検出するための磁束センサモジュールが一体化されていることを特徴とする燃料電池。
6. 前記磁束センサモジュールは、前記燃料電池スタックに内包あるいは内蔵されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記磁束センサモジュールは、前記燃料電池スタックに形成された空隙に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池を含むことを特徴とする燃料電池システム。
   
   

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