JP2007309797A - 抵抗測定装置及び抵抗測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定体の抵抗分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】電源装置２５と、燃料極側セパレータ３への電流供給部２４と、電流供給部２４近傍に設けられる基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶと、燃料極側セパレータ３の表面に分散配置して設けられる電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉと、電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉの近傍位置に設けられる電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖと、リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４を介して接続されるシャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４の抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ１〜Ｖ_４Ｒ１を測定する第１の電圧計と、シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４のリレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４側とは反対側の一端と各電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖとの間にかかる電圧を測定する第２の電圧計と、配線２７と、電流計２８と、電流供給部２４と電流測定プローブピンＰ_０Ｉとの間の抵抗値Ｒ_Ｓ０、及び電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉの間の抵抗値Ｒ_０１〜Ｒ_０４を演算する信号解析部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定体の抵抗分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び抵抗測定方法に関するものであり、特に、燃料電池の電極であるセパレータの抵抗分布を精度良く測定するものである。

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。

一般に、燃料電池は、図５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。

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。

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、特性の被測定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。

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。

詳細には、図６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。

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、電圧測定装置２４０に接続されている。また、図６に示す他方の集電体２０５は銅板２３１を介して上記電圧測定装置２４０に接続されている。

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。

一方、第２の方法は、例えば、図７に示すように、燃料電池３００の表面に複数の検出ピン３０１を接触又は非接触とした状態で、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。

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。
特開２００３−７７５１５号公報（２００３年３月１４日公開）

ところで、上記従来の図７に示す第２の方法において、燃料電池３００の表面にはセパレータ３００ａが設けられている。そして、図７に示す第２の方法においては、セパレータ３００ａの抵抗は、どの部分においても均一として仮定した上で、燃料電池３００の平面の起電力分布を測定している。

しかしながら、厳密にはセパレータ３００ａの抵抗は均一ではないので、精密な測定を行う場合には、セパレータ３００ａの抵抗を均一とすることは好ましくない。

ここで、セパレータ等の被測定体の抵抗測定方法として、従来、２端子法、４端子法が用いられる。上記２端子法では、例えば、図８に示すように、セパレータの表面又は裏面に接触ピン２本を当接して、抵抗を測定する。

しかし、２端子法では配線抵抗の影響が大きいので、精密な抵抗測定には適していない。また、４端子法でも被測定体の全体の抵抗分布を精度よく測ることができないという問題点を有している。

具体的には、理想的に電圧計の内部抵抗が０で、電流計の内部抵抗が０であったとしても、図９（ａ）（ｂ）に示すように、配線抵抗が存在する。今、配線抵抗をｒ、測定する被抵抗をＲとすると、図９（ａ）に示すように、２端子測定法で得られる実測抵抗値はＲ＋２ｒになる。ただし、２ｒ＜＜Ｒの場合、得られた実測抵抗値はＲであると近似できる。しかし、この条件が成り立たない場合は、配線抵抗２ｒを無視できないので、４端子測定法を用いる。４端子測定法では、図９（ｂ）に示すように、実際に測定しているのは被抵抗Ｒの両端の電圧であり、電圧計側の配線抵抗２ｒには殆ど電流は流れないため、配線抵抗２ｒによる電圧降下は生じない。したがって、局部的には、正確な電流・電圧比による抵抗測定ができる。

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、被測定体の抵抗の分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び抵抗測定方法を提供することにある。

本発明の抵抗測定装置は、上記課題を解決するために、被測定体の抵抗を測定する抵抗測定装置において、上記被測定体に直流を供給する電源と、上記電源に直列に接続され、かつ上記被測定体に接して設けられる直流電源供給部と、上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、上記被測定体の表面に分散配置して接して設けられる複数の各点電流測定用探針と、上記被測定体の表面における上記各点電流測定用探針の近傍位置にそれぞれ接して設けられる各点電圧測定用探針と、上記各点電流測定用探針にスイッチを介して接続される抵抗と、上記抵抗の両端にかかる電圧を測定する第１の電圧計と、上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を測定する第２の電圧計と、上記抵抗から電源への閉回路を形成する配線と、上記閉回路内に直列に接続された電流計と、上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を演算する演算手段とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の抵抗測定方法は、上記課題を解決するために、上記記載の抵抗測定装置を使用する抵抗測定方法であって、電源から被測定体に直流電源供給部を介して直流を供給する工程と、各点電流測定用探針に接続されたスイッチを順次オンする工程と、上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針とによって、上記直流電源供給部と電圧測定用探針の接触部との間の電圧を測定する工程と、上記各点電流測定用探針に直列に接続された抵抗の両端にかかる電圧を第１の電圧計にて測定する工程と、上記スイッチがオンされた上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を第２の電圧計にて測定する工程と、上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針を通る閉回路内に直列に接続された電流計にて該閉回路内に流れる電流を測定する工程と、演算手段にて、上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を順次演算する工程とを含むことを特徴としている。

上記の発明によれば、被測定体の抵抗分布を測定するときには、まず、電源から被測定体に直流電源供給部を介して直流を供給し、次いで、各点電流測定用探針に接続されたスイッチを順次オンする。これにより、電源から、直流電源供給部、被測定体、各点電流測定用探針、スイッチ、抵抗、配線、及び電流計を経て電源に戻る閉回路に電流が流れる。

このとき、被測定体における直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、スイッチがオンされた各点電流測定用探針の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針とによって、直流電源供給部と電圧測定用探針の接触部との間の電圧を測定する。

また、スイッチがオンされた各点電流測定用探針に直列に接続された抵抗の両端にかかる電圧を第１の電圧計にて測定すると共に、抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を第２の電圧計にて測定する。さらに、スイッチがオンされた各点電流測定用探針を通る閉回路内に直列に接続された電流計にて該閉回路内に流れる電流を測定する。

さらに、演算手段にて、直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を順次演算する。

これにより、被測定体の抵抗の分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び抵抗測定方法を提供することができる。

また、本発明の抵抗測定装置では、前記直流電源供給部は、被測定体の表面に接して設けられていることが好ましい。

これにより、被測定体の表面における抵抗分布を測定できる。また、直流電源供給部と各点電流測定用探針との両方を被測定体の表面に設けるので、被測定体の裏面に接続を求めることがなく、測定が簡易となる。

また、本発明の抵抗測定装置では、前記直流電源供給部は、被測定体の裏面に接して設けられていることが好ましい。

これにより、被測定体の厚さ方向の抵抗も測定することができる。

また、本発明の抵抗測定装置では、前記直流電源供給部は、被測定体に接して設けられる電流供給用探針からなっていることが好ましい。これにより、直流電源供給部を簡易に設けることができる。また、直流電源供給部を簡易に設けることができるので、例えば被測定体の裏面に設ける場合には、被測定体の各点の厚さ方向における抵抗を求めることが容易となる。

また、本発明の抵抗測定装置では、前記各点電流測定用探針は、マトリクス状に均等配置されていることが好ましい。これにより、均等に配分された各点間の抵抗を測定することができる。

また、本発明の抵抗測定装置では、前記被測定体は、燃料電池の電極であるセパレータからなっていることが好ましい。

これにより、燃料電池の電極であるセパレータの抵抗分布を知ることができ、燃料電池の起電流分布について、セパレータの抵抗分布を加味して判断することができる。

本発明の抵抗測定装置は、以上のように、被測定体に直流を供給する電源と、上記電源に直列に接続され、かつ上記被測定体に接して設けられる直流電源供給部と、上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、上記被測定体の表面に分散配置して接して設けられる複数の各点電流測定用探針と、上記被測定体の表面における上記各点電流測定用探針の近傍位置にそれぞれ接して設けられる各点電圧測定用探針と、上記各点電流測定用探針にスイッチを介して接続される抵抗と、上記抵抗の両端にかかる電圧を測定する第１の電圧計と、上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を測定する第２の電圧計と、上記抵抗から電源への閉回路を形成する配線と、上記閉回路内に直列に接続された電流計と、上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を演算する演算手段とを備えているものである。

また、本発明の抵抗測定方法は、以上のように、電源から被測定体に直流電源供給部を介して直流を供給する工程と、各点電流測定用探針に接続されたスイッチを順次オンする工程と、上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針とによって、上記直流電源供給部と電圧測定用探針の接触部との間の電圧を測定する工程と、上記各点電流測定用探針に直列に接続された抵抗の両端にかかる電圧を第１の電圧計にて測定する工程と、上記スイッチがオンされた上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を第２の電圧計にて測定する工程と、上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針を通る閉回路内に直列に接続された電流計にて該閉回路内に流れる電流を測定する工程と、演算手段にて、上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を順次演算する工程とを含む方法である。

それゆえ、被測定体の抵抗の分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び抵抗測定方法を提供するという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態の抵抗測定装置及び抵抗測定方法は、例えば水素型燃料電池の電極面であるセパレータの抵抗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、他の被測定体の抵抗分布測定に適用できる。

本実施の形態の抵抗測定装置及び抵抗測定方法が適用される燃料電池１０は、図２（ａ）に示すように、イオン導電体となる電解質１と、一方の電極である燃料極２と、燃料極側セパレータ３と、他方の電極である空気極４と、空気極側セパレータ５とを有している。

上記燃料極２は、詳細には、図２（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。

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２（ａ）に示すように、カーボンからなり、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。

次に、本実施の形態の抵抗測定装置としての抵抗分布測定装置２０について、図３に基づいて詳細に説明する。

本実施の形態の抵抗分布測定装置２０は、図３に示すように、被測定体としての例えば燃料極側セパレータ３の表面に接触する各プローブピン２１に接続されたリード線２２が各信号収集部２３に接続されてなっている。なお、本実施の形態では、被測定体として例えば燃料極側セパレータ３を使用しているが、必ずしもこれに限らず、空気極側セパレータ５であってもよい。また、本発明では、必ずしもこれに限らず、他の平板、直方体等の立体であってもその抵抗分布を測定することが可能である。

また、本実施の形態では、上記燃料極側セパレータ３の表面に当接する直流電源供給部としての電流供給部２４が設けられており、この電流供給部２４と上記各信号収集部２３との間には、一個の電源としての電源装置２５が設けられている。この電源装置２５は、直流電圧を供給できるようになっている。

また、上記信号収集部２３は信号解析部２６ａを備えたパーソナルコンピュータ２６に接続されている。したがって、信号収集部２３にて収集した抵抗データはパーソナルコンピュータ２６の信号解析部２６ａに送られ、この信号解析部２６ａにて各燃料極側セパレータ３の各抵抗分布が演算されるようになっている。上記パーソナルコンピュータ２６は、表示部２６ｂを有しているので、信号解析部２６ａでの解析結果を画面表示することが可能となっている。

上記の抵抗分布測定装置２０では、図３に示すように、各プローブピン２１を、燃料極側セパレータ３の平面においてマトリクスを形成するようにして燃料極側セパレータ３の表面に接触させている。そして、電源装置２５から電流供給部２４を介して、燃料極側セパレータ３、プローブピン２１、リード線２２、信号収集部２３、及び電源装置２５の閉回路に対して電流を流し、燃料極側セパレータ３の表面各点の信号を信号収集部２３にて収集する。そして、この信号収集部２３での信号を信号解析部２６ａに送って、この信号解析部２６ａにて演算を行うことにより、燃料極側セパレータ３の各点の抵抗分布を求める。

ここで、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０による燃料電池１０の燃料極側セパレータ３の抵抗分布測定原理について説明する。

まず、本実施の形態では、４端子測定法を採用している。したがって、配線抵抗の影響を考慮しなくてもよいものとなっている。

図１は、本実施の形態の抵抗測定装置としての抵抗分布測定装置２０による抵抗分布測定方法の測定原理を示している。今、燃料極側セパレータ３における測定範囲内の表面にマトリクス状に配された測定点Ｐ_０〜Ｐ_４を考える。なお、測定点Ｐ_０は、測定点Ｐ_１〜Ｐ_４の中心に存在しており、測定点Ｐ_０から各測定点Ｐ_１〜Ｐ_４までの距離はいずれも同じである。ただし、必ずしも均等配置に限らず乱雑配置されていてもよい。

同図において、Ｐ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉは測定点Ｐ_０〜Ｐ_４の電流測定プローブピンであり、Ｐ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖは測定点Ｐ_０〜Ｐ_４の電圧測定プローブピンである。すなわち、本実施の形態では、４端子測定法を採用しているので、上記各プローブピン２１は、電流測定プローブピンと電圧測定プローブピンとの２種類のプローブピンからなっている。なお、電流測定プローブピンと電圧測定プローブピンとの間の距離はできるだけ短いことが好ましい。電流測定プローブピンと電圧測定プローブピンとの間の距離が長いと、測定点が点でなく面として捉えられるので、精度が悪くなるためである。

ここで、本実施の形態では、このプローブピン２１として、例えば、図４に示す構成のものを使用している。なお、図４においては、複数のプローブピン２１が押し板３１に取り付けられたものを示している。

すなわち、プローブピン２１は、同図に示すように、二重管方式になっており、導体外管からなる電圧プローブ３２と、内管３３の内部に移動自在に設けられた電流プローブ３４及びその下方に間を開けて設けられた電流プローブヘッド３５とからなっている。上記電流プローブヘッド３５は、電圧プローブ３２よりも下方に突出している。

上記外管からなる電圧プローブ３２と押し板３１との間には電圧プローブバネ３６が設けられており、これによって、電圧プローブ３２は上下方向に移動自在となっている。また、この電圧プローブ３２は、押し板３１の上側に突出して設けられた電圧信号引き出し端子３８から外部へ電圧信号が引き出せるようになっている。

一方、内管３３の内部には、電流プローブ３４が電流プローブバネ３７によって伸縮自在に設けられている。

上記プローブピン２１では、プローブピン２１を被測定体に接触させることによって、電圧測定が可能になる。このとき、電流プローブヘッド３５は、内管３３の内部に設けられた空間によって進退移動自在であり、かつ、電圧測定のみの場合には、電流プローブヘッド３５は電流プローブ３４に接触しないように上記空間の距離が設定されている。

また、プローブピン２１を被測定体に接触させた状態で、電流プローブ３４を押し下げることによって、電流プローブ３４と電流プローブヘッド３５とが接触し、電流を測定することができる。

一方、図１に示すように、燃料極側セパレータ３における裏面には電流供給部２４が接続されている。この電流供給部２４は、抵抗測定の基準になる点であり、本実施の形態では、基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩと基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶとからなっている。この燃料極側セパレータ３の裏面に設けられた電流供給用探針としての基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ及び電圧測定用探針としての基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶは、燃料極側セパレータ３の表面に設けられた測定点Ｐ_０に設けられた電流測定プローブピンＰ_０Ｉ及び電圧測定プローブピンＰ_０Ｖの各直下に存在することが好ましい。上記基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩには、電源装置２５から電流Ｉ_Ｓが供給される。

一方、燃料極側セパレータ３の表面に接触された各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉには、それぞれスイッチとしてのリレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４を介して抵抗としてのシャント（Shunt）抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４が直列に接続されている。そして、各シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４の抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ１〜Ｖ_４Ｒ１が測定できるようになっている。このシャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４は、Ｒ_０＝Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ_３＝Ｒ_４＝Ｒ（一定値）とするのが、計算が簡易になるので好ましい。

また、本実施の形態では、各シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４におけるリレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４側とは反対側の端子から、各シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４＋各リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４＋各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉ＋各表面接触抵抗Ｒ_Ｃ０〜Ｒ_Ｃ４＋電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖの外部引き出し端子までの間にかかる抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ２〜Ｖ_４Ｒ２が測定できるようになっている。

本実施の形態では、前記信号収集部２３に、上記リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４、シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４、これらシャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４の抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ１〜Ｖ_４Ｒ１を測定する図示しない第１の電圧計としての電圧測定器、及び抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ２〜Ｖ_４Ｒ２を測定する図示しない第２の電圧計としての電圧測定器が収納されている。

さらに、上記各シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４の端部は、１つに束ねられて配線２７を介して電源装置２５に接続されている。配線２７の配線抵抗はＲ_Ｌで表される。なお、この配線２７は、接地されているのが、計算上及び装置の煩雑化防止のためには好ましい。

したがって、各シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４におけるリレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４側とは反対側の端子の電位をＶ_Ｆとし、各電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖの外部引き出し端子の電位をＶ_０〜Ｖ_４とすると、各抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ２〜Ｖ_４Ｒ２は、
Ｖ_０Ｒ２＝Ｖ_０−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_０ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
Ｖ_１Ｒ２＝Ｖ_１−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_１ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
Ｖ_２Ｒ２＝Ｖ_２−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_２ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
Ｖ_３Ｒ２＝Ｖ_３−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_３ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
Ｖ_４Ｒ２＝Ｖ_４−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_４ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
となる。

上記の構成において、燃料極側セパレータ３の各測定点Ｐ_０〜Ｐ_４の間の抵抗分布を求める。

まず、燃料極側セパレータ３の中央の測定点Ｐ_０でのＺ方向、つまり燃料極側セパレータ３の厚さ方向の抵抗値Ｒ_Ｓ０を求める。

この場合には、燃料極側セパレータ３の中央の測定点Ｐ_０に接触された電流測定プローブピンＰ_０Ｉに接続されたリレースイッチＲＬ_０のみをオンにする。これにより、電源装置２５から基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ、燃料極側セパレータ３、電流測定プローブピンＰ_０Ｉ、リレースイッチＲＬ_０、シャント抵抗Ｒ_０、配線２７、電流計２８、及び電源装置２５の順に電流Ｉ_Ｓが流れる。この電流Ｉ_Ｓは電流計２８にて測定される。

このとき、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓ及び電圧測定プローブピンＰ_０Ｖにおける電位Ｖ_０を求める。まず、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓは、電源装置２５を含む閉回路内において、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶと配線２７との間の両端電圧値Ｖ_ＳＲを測定することにより求めることができる。すなわち、
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_ＳＲ−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_ＳＲ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
また、電圧測定プローブピンＰ_０Ｖにおける電位Ｖ_０は、上述したように、
Ｖ_０＝Ｖ_０Ｒ２
によって求めることができる。

この結果、閉回路内での電流Ｉ_Ｓは一定であるので、オームの法則により、
Ｉ_Ｓ＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_０）／Ｒ_Ｓ０＝Ｖ_０Ｒ１／Ｒ_０
したがって、抵抗値Ｒ_Ｓ０は、
Ｒ_Ｓ０＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_０）・Ｒ_０／Ｖ_０Ｒ１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_０）・Ｒ／Ｖ_０Ｒ１ （∵Ｒ_０＝Ｒ）
となる。

次に、例えば、燃料極側セパレータ３のＸ方向における測定点Ｐ_０〜Ｐ_１間の抵抗値Ｒ_０１を求める。なお、本実施の形態では、燃料極側セパレータ３の厚さは、測定点Ｐ_０〜Ｐ_１間の距離に対して十分小さいと仮定する。なお、この関係が成り立たない場合には、求まるのは、燃料極側セパレータ３の裏面の電流供給部２４の位置と、燃料極側セパレータ３の表面の測定点Ｐ_１との間の抵抗値である。

この場合には、燃料極側セパレータ３の測定点Ｐ_１に接触された電流測定プローブピンＰ_１Ｉに接続されたリレースイッチＲＬ_１のみをオンにする。これにより、電源装置２５から基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ、燃料極側セパレータ３の測定点Ｐ_０の裏面、燃料極側セパレータ３の表面の測定点Ｐ_１、電流測定プローブピンＰ_１Ｉ、リレースイッチＲＬ_１、シャント抵抗Ｒ_１、配線２７、電流計２８、及び電源装置２５の順に電流Ｉ_Ｓが流れる。

このとき、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓ及び電圧測定プローブピンＰ_１Ｖにおける電位Ｖ_１を求める。まず、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓは、上述したように、
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_ＳＲ−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_ＳＲ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
また、電圧測定プローブピンＰ_１Ｖにおける電位Ｖ_１は、上述したように、
Ｖ_１＝Ｖ_１Ｒ２
によって求めることができる。

この結果、閉回路内では電流Ｉ_Ｓは一定であるので、オームの法則により、
Ｉ_Ｓ＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_１）／Ｒ_０１＝Ｖ_１Ｒ１／Ｒ_１
したがって、抵抗値Ｒ_０１は、
Ｒ_０１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_１）・Ｒ_１／Ｖ_１Ｒ１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_１）・Ｒ／Ｖ_１Ｒ１ （∵Ｒ_１＝Ｒ）
となる。

同様にして、次に、燃料極側セパレータ３のＸ方向における測定点Ｐ_０〜Ｐ_２間の抵抗値Ｒ_０２を求める。この場合には、燃料極側セパレータ３の測定点Ｐ_２に接触された電流測定プローブピンＰ_２Ｉに接続されたリレースイッチＲＬ_２のみをオンにする。これにより、電源装置２５から基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ、燃料極側セパレータ３の測定点Ｐ_０の裏面、燃料極側セパレータ３の表面の測定点Ｐ_２、電流測定プローブピンＰ_２Ｉ、リレースイッチＲＬ_２、シャント抵抗Ｒ_２、配線２７、電流計２８、及び電源装置２５の順に電流Ｉ_Ｓが流れる。

このとき、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓ及び電圧測定プローブピンＰ_２Ｖにおける電位Ｖ_２を求める。まず、基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶにおける電位Ｖ_Ｓは、上述したように、
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_ＳＲ−Ｖ_Ｆ＝Ｖ_ＳＲ （∵Ｖ_Ｆ＝０）
また、電圧測定プローブピンＰ_２Ｖにおける電位Ｖ_２は、上述したように、
Ｖ_２＝Ｖ_２Ｒ２
によって求めることができる。

この結果、閉回路内では電流Ｉ_Ｓは一定であるので、オームの法則により、
Ｉ_Ｓ＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_２）／Ｒ_０２＝Ｖ_２Ｒ１／Ｒ_２
したがって、抵抗値Ｒ_０２は、
Ｒ_０２＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_２）・Ｒ_２／Ｖ_２Ｒ１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_２）・Ｒ／Ｖ_２Ｒ１ （∵Ｒ_２＝Ｒ）
となる。

同様にして、燃料極側セパレータ３のＹ方向の測定点Ｐ_０〜Ｐ_３間の抵抗値Ｒ_０３を求めると、
Ｒ_０３＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_３）・Ｒ_３／Ｖ_３Ｒ１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_３）・Ｒ／Ｖ_３Ｒ１ （∵Ｒ_３＝Ｒ）
となる。

また、同様にして、燃料極側セパレータ３のＹ方向の測定点Ｐ_０〜Ｐ_４間の抵抗値Ｒ_０４を求めると、
Ｒ_０４＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_４）・Ｒ_４／Ｖ_４Ｒ１＝（Ｖ_Ｓ−Ｖ_４）・Ｒ／Ｖ_４Ｒ１ （∵Ｒ_４＝Ｒ）
となる。

この結果、測定点Ｐ_０での厚み方向の抵抗値Ｒ_Ｓ０、測定点Ｐ_０〜Ｐ_１間の抵抗値Ｒ_０１、測定点Ｐ_０〜Ｐ_２間の抵抗値Ｒ_０２、測定点Ｐ_０〜Ｐ_３間の抵抗値Ｒ_０３、測定点Ｐ_０〜Ｐ_４間の抵抗値Ｒ_０４が求まる。

同様にして、測定点Ｐ_１〜Ｐ_４の外に存在するマトリクス状の測定点Ｐ_ｎ（ｎは２以上の整数）についても、以下のようにして、抵抗分布を求めることができる。

例えば、測定点Ｐ_ｎと測定点Ｐ_１との間の抵抗値Ｒ_ｎ１を求める場合には、まず、電流供給部２４と測定点Ｐ_ｎとの間の抵抗値Ｒ_Ｓｎを求める。次いで、この抵抗値Ｒ_Ｓｎから電流供給部２４と測定点Ｐ_１との間の抵抗値Ｒ_Ｓ１（又は測定点Ｐ_１と測定点Ｐ_０との間の抵抗値Ｒ_０１）を減算する。

これにより、測定点Ｐ_ｎと測定点Ｐ_１との間の抵抗値Ｒ_ｎ１を求めることができ、燃料極側セパレータ３の全ての抵抗分布を求めることができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ及び基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶを燃料極側セパレータ３の裏面側に設けているが、必ずしもこれに限らず、燃料極側セパレータ３の表面側に設けることが可能である。これにより、燃料極側セパレータ３の厚さ方向に抵抗値は測定できないが、燃料極側セパレータ３の表面について抵抗値を測定することができる。

また、本実施の形態では、基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ及び基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶを測定点Ｐ_０における燃料極側セパレータ３の裏面側に接触させているが、必ずしもこれに限らない。例えば、基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩ及び基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶを測定点Ｐ_１における燃料極側セパレータ３の裏面側に接触させることができる。これにより、測定点Ｐ_１における燃料極側セパレータ３の厚さ方向の抵抗値を測定することができる。

このように、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０及び抵抗分布測定方法では、燃料極側セパレータ３の抵抗分布を測定するときには、まず、電源装置２５から燃料極側セパレータ３に電流供給部２４を介して直流を供給し、次いで、各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉに接続されたリレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４を順次オンする。これにより、電源装置２５から、電流供給部２４、燃料極側セパレータ３、各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉ、リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４、シャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４、配線２７、及び電流計２８を経て電源装置２５に戻る閉回路に電流Ｉ_Ｓが流れる。

このとき、燃料極側セパレータ３における電流供給部２４の近傍位置に接して設けられる基準電圧測定プローブピンＰ_ＳＶと、リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４がオンされた各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉの近傍位置に接して設けられる電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖとによって、電流供給部２４と各電圧測定プローブピンＰ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖの接触部との間の電圧を測定する。

また、リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４がオンされた各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉに直列に接続されたシャント抵抗Ｒ_０〜Ｒ_４の両端にかかる抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ１〜Ｖ_４Ｒ１を図示しない第１の電圧計にて測定すると共に、抵抗両端電圧値Ｖ_０Ｒ２〜Ｖ_４Ｒ２を図示しない第２の電圧計にて測定する測定する。さらに、リレースイッチＲＬ_０〜ＲＬ_４がオンされた各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉを通る閉回路内に直列に接続された電流計２８にて該閉回路内に流れる電流Ｉ_Ｓを測定する。

さらに、パーソナルコンピュータ２６の信号解析部２６ａにて、電流供給部２４と電流測定プローブピンＰ_０Ｉとの間の抵抗値Ｒ_Ｓ０、及び各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉの間の抵抗値Ｒ_０１〜Ｒ_０４を順次演算する。

これにより、燃料極側セパレータ３の抵抗値Ｒ_Ｓ０・Ｒ_０１〜Ｒ_０４の分布を精度よく測定し得る抵抗分布測定装置２０及び抵抗分布測定方法を提供することができる。

また、燃料極側セパレータ３に各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉを接触させるだけで、燃料極側セパレータ３の分布抵抗を測定することができる。

さらに、単なる２端子法や４端子法では、手動測定であるので、操作ミスにより誤ったデータが出る可能性があるが、本実施の形態では、複数のプローブピン２１をまとめて扱うので、誤ったデータの検出の可能性が小さい。

また、単なる２端子法や４端子法による集中抵抗と本実施の形態のような分布抵抗とでは電気的特性が異なるので、現有集中抵抗測定方式では真の分布抵抗測定を行うことができない。しかし、本実施の形態では、真の分布抵抗測定を行うことができる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、電流供給部２４は、燃料極側セパレータ３の表面に接して設けられていることが可能である。

これにより、燃料極側セパレータ３の表面における抵抗分布を測定できる。また、電流供給部２４と各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉとの両方を燃料極側セパレータ３の表面に設けるので、燃料極側セパレータ３の裏面に接続を求めることがなく、測定が簡易となる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、電流供給部２４は、燃料極側セパレータ３の裏面に接して設けられていることが好ましい。

これにより、燃料極側セパレータ３の厚さ方向の抵抗値Ｒ_Ｓ０も測定することができる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、電流供給部２４は、燃料極側セパレータ３に接して設けられる基準電流供給プローブピンＰ_ＳＩからなっていることが好ましい。これにより、電流供給部２４を簡易に設けることができる。また、電流供給部２４を簡易に設けることができるので、例えば燃料極側セパレータ３の裏面に設ける場合には、燃料極側セパレータ３の各点の厚さ方向における抵抗を求めることが容易となる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、各電流測定プローブピンＰ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉは、マトリクス状に均等配置されていることが好ましい。これにより、均等に配分された各点間の抵抗を測定することができる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、パーソナルコンピュータ２６は、演算結果を表示する表示部２６ｂを備えていることが好ましい。これにより、演算結果を表示部２６ｂに表示することにより、抵抗の分布を見ることができる。

また、本実施の形態の抵抗分布測定装置２０では、被測定体は、燃料電池１０の電極である燃料極側セパレータ３からなっていることが好ましい。

これにより、燃料電池１０の電極である燃料極側セパレータ３の抵抗分布を知ることができ、燃料電池１０の起電流分布について、燃料極側セパレータ３の抵抗分布を加味して判断することができる。

また、集中電流供給方式により、燃料極側セパレータ３の抵抗分布を測定することができる。

本発明は、被測定体の抵抗分布を精度よく測定し得る抵抗測定装置及び抵抗測定方法に適用できる。例えば、燃料電池の電極であるセパレータの抵抗分布測定に適用できる。

本発明における抵抗測定装置及び抵抗測定方法の実施の一形態を示すものであり、抵抗測定原理を示す要部斜視図である。 （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。 上記抵抗測定装置の全体構成を示すブロック図である。 上記抵抗測定装置のプローブピンの構成を示す断面図である。 燃料電池の基本構成を示す模式図である。 従来の電池起電流分布測定装置を示す断面図である。 従来の他の燃料電池起電流分布測定装置を示す断面図である。 従来の２端子法による抵抗測定装置及び抵抗測定方法を示す斜視図である。 （ａ）は上記２端子法による抵抗測定装置の構成を示す回路図であり、（ｂ）は４端子法による抵抗測定装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 電解質
２ 燃料極
３ 燃料極側セパレータ（被測定体）
４ 空気極
５ 空気極側セパレータ
１０ 燃料電池
２０ 抵抗分布測定装置（抵抗測定装置）
２４ 電流供給部（直流電源供給部）
２５ 電源装置（電源）
２６ パーソナルコンピュータ（演算手段）
２６ａ 信号解析部
２６ｂ 表示部（表示手段）
２８ 電流計
Ｉ_Ｓ 電流
Ｐ_０〜Ｐ_４ 測定点
Ｐ_０Ｉ〜Ｐ_４Ｉ 電流測定プローブピン（各点電流測定用探針）
Ｐ_０Ｖ〜Ｐ_４Ｖ 電圧測定プローブピン
Ｐ_ＳＩ 基準電流供給プローブピン（電流供給用探針）
Ｐ_ＳＶ 基準電圧測定プローブピン（電圧測定用探針）
Ｒ_０〜Ｒ_４ シャント抵抗（抵抗）
Ｒ_Ｓ０ 抵抗値
Ｒ_０１〜Ｒ_０４ 抵抗値
ＲＬ_０〜ＲＬ_４ リレースイッチ（スイッチ）
Ｖ_０〜Ｖ_４ 電位
Ｖ_０Ｒ１〜Ｖ_４Ｒ１ 抵抗両端電圧値（シャント抵抗の両端にかかる電圧）
Ｖ_０Ｒ２〜Ｖ_４Ｒ２ 抵抗両端電圧値

Claims (7)

1. 被測定体の抵抗を測定する抵抗測定装置において、
   上記被測定体に直流を供給する電源と、
   上記電源に直列に接続され、かつ上記被測定体に接して設けられる直流電源供給部と、
   上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、
   上記被測定体の表面に分散配置して接して設けられる複数の各点電流測定用探針と、
   上記被測定体の表面における上記各点電流測定用探針の近傍位置にそれぞれ接して設けられる各点電圧測定用探針と、
   上記各点電流測定用探針にスイッチを介して接続される抵抗と、
   上記抵抗の両端にかかる電圧を測定する第１の電圧計と、
   上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を測定する第２の電圧計と、
   上記抵抗から電源への閉回路を形成する配線と、
   上記閉回路内に直列に接続された電流計と、
   上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を演算する演算手段とを備えていることを特徴とする抵抗測定装置。
2. 前記直流電源供給部は、被測定体の表面に接して設けられていることを特徴とする請求項１記載の抵抗測定装置。
3. 前記直流電源供給部は、被測定体の裏面に接して設けられていることを特徴とする請求項１記載の抵抗測定装置。
4. 前記直流電源供給部は、被測定体に接して設けられる電流供給用探針からなっていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の抵抗測定装置。
5. 前記各点電流測定用探針は、マトリクス状に均等配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗測定装置。
6. 前記被測定体は、燃料電池の電極であるセパレータからなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の抵抗測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の抵抗測定装置を使用する抵抗測定方法であって、
   電源から被測定体に直流電源供給部を介して直流を供給する工程と、
   各点電流測定用探針に接続されたスイッチを順次オンする工程と、
   上記被測定体における上記直流電源供給部の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針と、上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針の近傍位置に接して設けられる電圧測定用探針とによって、上記直流電源供給部と電圧測定用探針の接触部との間の電圧を測定する工程と、
   上記各点電流測定用探針に直列に接続された抵抗の両端にかかる電圧を第１の電圧計にて測定する工程と、
   上記スイッチがオンされた上記抵抗の上記スイッチ側とは反対側の一端と各点電圧測定用探針との間にかかる電圧を第２の電圧計にて測定する工程と、
   上記スイッチがオンされた上記各点電流測定用探針を通る閉回路内に直列に接続された電流計にて該閉回路内に流れる電流を測定する工程と、
   演算手段にて、上記直流電源供給部と各点電流測定用探針との間の抵抗、及び各点電流測定用探針の間の抵抗を順次演算する工程とを含むことを特徴とする抵抗測定方法。

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