JP2008130247A - 燃料電池システムおよびその出力電流算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システム全体の電力収支算出の計算負荷が大きくなるのを抑えつつ出力電流を把握する。
【解決手段】複数のセル２が積層されてなるセル積層体３を複数有し、隣接するセル積層体３の端セル２どうしを導通部材６で接続することによりこれら複数のセル２を電気的に直列に接続した燃料電池システムであって、導通部材６にて接続された端セル２ｅ間の電圧を測定するセル電圧検出装置７と、該セル電圧検出装置７によって測定された端セル２ｅ間のセル電圧、平均セル電圧、および導通部材６の固有抵抗値を用いて出力電流を算出する出力電流算出手段と、を備える。平均セル電圧は、全セル２の電圧を全セル数で除して求めた値、あるいはセル積層体３の端セル２ｅ以外のセルの平均電圧の値である。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその出力電流算出方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の出力電流算出手段の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば高分子電解質形燃料電池）は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。このようにセルが積層されることによって構成されるセル積層体は、発電時、およそ各セルの合計分（積層枚数分）の電圧を生じさせることが可能である。

このような燃料電池には、発電時における出力電流を把握するため電流計などの電流センサが併設されていることがある。また、当該電流センサが故障したような場合でも出力電流を把握できるようにするべく、燃料電池の出力電圧とシステム全体の電力収支から求めた燃料電池の発電量から出力電流を算出するという装置やシステムなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２５１６７４号公報

しかしながら、上述のようにして出力電圧を算出する場合には、システム全体の電力収支算出のための計算負荷が大きいという問題がある。

そこで、本発明は、システム全体の電力収支算出の計算負荷が大きくなるのを抑えつつ出力電流を把握することが可能な燃料電池システムおよびその出力電流算出方法を提供することを目的とする。

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。燃料電池の中には複数のセル積層体の端セルどうしをターミナルプレート等で接続して電気的に直列に接続しつつ、セル積層方向の積層数を抑えるようにした構造のものがある。このように複数のセルが電気的に直列に接続されている場合、当該ターミナルプレート等の導通部材にも各セルと同等の電流が流れることになる。この点につき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着想を得るに至った。

本発明はかかる着想に基づくものであり、複数のセルが積層されてなるセル積層体を複数有し、隣接する前記セル積層体の端セルどうしを導通部材で接続することによりこれら複数のセルを電気的に直列に接続した燃料電池システムにおいて、前記導通部材にて接続された前記端セル間の電圧を測定するセル電圧検出装置と、該セル電圧検出装置によって測定された前記端セル間のセル電圧、平均セル電圧、および前記導通部材の固有抵抗値を用いて出力電流を算出する出力電流算出手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明にかかる燃料電池システムの出力電流算出方法は、複数のセルが積層されてなるセル積層体を複数有し、隣接する前記セル積層体の端セルどうしを導通部材で接続することによりこれら複数のセルを電気的に直列に接続した燃料電池システムの出力電流を、前記導通部材にて接続された前記端セル間の電圧を測定し、この端セル間電圧と平均セル電圧との差分を求め、さらにこの差分を前記導通部材の固有抵抗値にて除することによって算出するというものである。

一般に、燃料電池におけるセル電圧は隣接するセルとセルとの電位差を測定することによって求められるものであり、セルの位置によって多少の差異は生じても大きく異なるようなことはない（図４中の２本の実線によって示される幅を参照）。ところが、上述のような構造の燃料電池の場合、導通部材によって接続された端セル間のセル電圧はオーム損やＩＲ損と呼ばれる電圧降下の影響を受ける（図４中の破線参照）。そこで本発明においてはこの電圧降下分の大きさを求め、これを導通部材に固有の抵抗値で除することにより出力電流値を算出することとしている。この手法によれば、システム全体の電力収支算出の計算負荷を抑えられる。また、比較的コスト高の電流センサが不要であるから、例えば既存の装置を用いて電流を把握することが可能である。

前記導通部材は例えば集電板であり、この場合には当該集電板を構成する材質の固有抵抗値が利用される。

また、前記平均セル電圧は、全セルの電圧を全セル数で除して求めることができる。あるいは、この平均セル電圧は、前記セル積層体の前記端セル以外のセルの平均電圧であってもよい。

本発明によれば、システム全体の電力収支算出の計算負荷が大きくなるのを抑えつつ出力電流を把握することが可能である。

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４に本発明にかかる燃料電池システムの実施形態を示す。本実施形態における燃料電池システム１００は、複数のセル２が積層されてなるセル積層体３を複数有し、隣接するセル積層体３の端セル２ｅどうしが導通部材としての集電板６によって接続されることによりこれら複数のセル２が電気的に直列に接続された構造となっている。さらに本実施形態の燃料電池システム１００は、集電板６にて接続された端セル２ｅ間の電圧を測定するセル電圧検出装置７と、出力電流を算出する出力電流算出手段とを備えている。

以下においては、まず燃料電池システム１００の全体構成、ならびに燃料電池１を構成するセル２の構成について説明し、その後、電流センサを用いることなく既存の装置を利用して簡便に出力電流を把握するための構成について説明する。

図１に本実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示す。図示するように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池１に供給する酸化ガス給排系（以下、酸化ガス配管系ともいう）３００と、燃料ガスとしての水素を燃料電池１に供給する燃料ガス給排系（以下、燃料ガス配管系ともいう）４００と、燃料電池１に冷媒を供給して燃料電池１を冷却する冷媒配管系５００と、システムの電力を充放電する電力系６００と、システム全体を統括制御する制御部７００と、を備えている。

燃料電池１は、例えば高分子電解質形の燃料電池であり、多数のセル２を積層してなるセル積層体（セルスタック）３を有している。各セル２は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータ２０を有している。一方のセパレータ２０の燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータ２０の酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池１は電力を発生する。

酸化ガス配管系３００は、燃料電池１に供給される酸化ガスが流れる供給路１１１と、燃料電池１から排出された酸化オフガスが流れる排出路１１２と、を有している。供給路１１１には、フィルタ１１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１１４と、コンプレッサ１１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１１５と、が設けられている。排出路１１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１１６を通って加湿器１１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。コンプレッサ１１４は、モータ１１４ａの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。

燃料ガス配管系４００は、水素供給源１２１と、水素供給源１２１から燃料電池１に供給される水素ガスが流れる供給路１２２と、燃料電池１から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路１２２の合流点Ａに戻すための循環路１２３と、循環路１２３内の水素オフガスを供給路１２２に圧送するポンプ１２４と、循環路１２３に分岐接続された排出路１２５と、を有している。

水素供給源１２１は、例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。水素供給源１２１の元弁１２６を開くと、供給路１２２に水素ガスが流出する。水素ガスは、調圧弁１２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池１に供給される。

供給路１２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁１２８が設けられている。水素ガスの循環系は、供給路１２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池１のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路１２３とを順番に連通することで構成されている。水素ポンプ１２４は、モータ１２４ａの駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池１に循環供給する。

排出路１２５には、遮断弁であるパージ弁１３３が設けられている。パージ弁１３３が燃料電池システム１００の稼動時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁１３３の開弁により、循環路１２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。

冷媒配管系５００は、燃料電池１内の冷却流路に連通する冷媒循環流路１４１と、冷媒循環流路１４１に設けられた冷却ポンプ１４２と、燃料電池１から排出される冷媒を冷却するラジエータ１４３と、ラジエータ１４３をバイパスするバイパス流路１４４と、ラジエータ１４３及びバイパス流路１４４への冷却水の通流を設定する三方弁（切替え弁）１４５と、を有している。冷却ポンプ１４２は、モータ１４２ａの駆動により、冷媒循環流路１４１内の冷媒を燃料電池１に循環供給する。

電力系６００は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１、バッテリ１６２、トラクションインバータ１６３、トラクションモータ１６４、及び各種の補機インバータ１６５，１６６，１６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ１６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ１６３側に出力する機能と、燃料電池１又はトラクションモータ１６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ１６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１のこれらの機能により、バッテリ１６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１により、燃料電池１の出力電圧が制御される。

バッテリ１６２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ１６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ１６４に供給する。トラクションモータ１６４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１００が搭載される例えば車両の主動力源を構成する。

補機インバータ１６５，１６６，１６７は、それぞれ、対応するモータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａの駆動を制御する電動機制御装置である。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、直流電流を三相交流に変換して、それぞれ、モータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａに供給する。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御部７００からの制御指令に従って燃料電池１又はバッテリ１６２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａで発生する回転トルクを制御する。

制御部７００は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、後述するポンプ１２４の解凍制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部７００は、ガス系統（３００，４００）や冷媒配管系５００に用いられる各種の圧力センサや温度センサ、外気温センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。

続いて、図２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３参照）。また、このように形成されたセル積層体３は、例えばその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（図示省略）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。

なお、このようなセル２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。

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２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２参照）。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。

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２参照）。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。

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。

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たいわゆるメタルセパレータである。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）が形成されていることが好ましい。

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２参照）。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２参照）。さらに、本実施形態においては、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（図２参照）。

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。

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２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２参照）。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２参照）。

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用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における酸化ガス用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２参照）。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。

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２参照）。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。

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２参照）。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。

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。

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。

ここで、本実施形態における燃料電池１の構成について説明すると以下のとおりである（図３等参照）。すなわち、本実施形態における燃料電池１は複数（例えば２００枚）のセル２を積層したセル積層体３を複数（例えば２個）有している。図３においては、第１のセル積層体３を構成するNo.1〜No.200の２００枚のセル２のうち両端に配置された端セル２ｅをそれぞれNo.1、No.200を付して示し、さらに、第２のセル積層体３を構成するNo.201〜No.400の２００枚のセル２のうち両端に配置された端セル２ｅをそれぞれNo.201、No.400を付して示している。また、これら２個のセル積層体３は、No.1の端セル２ｅとNo.400の端セル２ｅとが平行になり、No.200の端セル２ｅとNo.201の端セル２ｅとが平行になるように隣り合う位置に配置されている（図３参照）。さらに、両セル積層体３の端セル２ｅどうしが例えばＳＵＳ製ターミナルである集電板６によって接続され、No.1〜No.400の４００枚のセル２が電気的に直列に接続された構成となっている（図３参照）。

また、この燃料電池１には、セル電圧検出装置としての電圧計（セルモニタ）７が設けられている。例えば本実施形態の電圧計７は、上述したセル積層体３における２００番目（No.200）の端セル２ｅと２０１番目（No.201）の端セル２ｅとの間に設けられており、これら両端セル２ｅ間の電位差を測定することができるようになっている（図３参照）。

なお、上述した構成の燃料電池１は、例えば燃料電池車両においては、No.1〜No.200のセル２からなる第１のセル積層体３を車両前向き、No.201〜No.400のセル２からなる第２のセル積層体３を車両後向きにして搭載することができる。上述したように、本実施形態の燃料電池１は２つのセル積層体３の端セル２ｅどうしが電気的に接続された構成であり、４００枚のセル２を有しながらも全体の積層方向長さ（厚み）は半分の２００枚分で済んでいる。このため、燃料電池車両等の限られた搭載スペースに収容しやすいという点で好適である。

続いて、本実施形態の燃料電池システム１００において、電流センサを用いることなく簡便に出力電流を把握するようにした構成について説明する（図３等参照）。本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１の出力電流を算出するための出力電流算出手段を備えている。この出力電流算出手段は、集電板６で接続された端セル２ｅ間のセル電圧と、平均セル電圧と、集電板６の固有抵抗値とを用いて出力電流を算出する。このような算出手法の原理について説明すると以下のとおりである。

すなわち、一般にセル電圧は隣接するセル２とセル２との電位差を測定するという手法で得ることができるが、２００番目（No.200）のセル電圧（具体的には２００番目（No.200）のセル２と２０１番目（No.201）のセル２との電位差）に関しては、集電板（例えばＳＵＳ製ターミナル）６の電圧降下（いわゆるオーム損、ＩＲ損と呼ばれる電圧降下）の影響を受け、見かけ上、他の部位のセル２よりも電圧が低く測定されることになる（図４参照）。この場合、当該集電板６における電圧降下分の大きさは、
（集電板６における電圧降下分）＝平均セル電圧−No.200セル電圧
で求めることができる。ここでいう平均セル電圧とは各セル電圧の平均値のことであり、図示していないが例えば他のセルモニタにて計測されるNo.1〜No.400の全セル電圧（換言すれば燃料電池１としての出力電圧）をセル数（本実施形態の場合は４００）で除することによって求めることができる。

また、集電板６には電気抵抗があり、この抵抗値は材質（例えば本実施形態の場合、ＳＵＳ材）に固有の値として既知である。さらに、上述の式からは当該集電板６における電圧降下分が求められているので、本実施形態ではこの固有抵抗値を利用し、
出力電流＝（平均セル電圧−No.200セル電圧）／集電板６の固有抵抗値
として出力電流を算出することとしている。なお、このようにして出力電流を算出するための出力電流算出手段は演算処理機能を有するものである。例えば本実施形態の燃料電池システム１００であれば、制御部７００をこの出力電流算出手段として用いることができる。

このように、集電板６と接する端セル２ｅのセル電圧と、平均セル電圧と、集電板６の固有抵抗値とを利用して燃料電池１（あるいは燃料電池システム１００）の出力電流を算出することができるから、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、個別の電流センサを用いることなく簡便に当該燃料電池システム１００の出力電流を把握することが可能である。一般に、電流センサはコスト高であることからすれば、本実施形態の燃料電池システム１００はコストを抑えつつ出力電流を把握することができるという点で有利である。しかも、上述したような比較的単純な算出方法により出力電流を求めることができるから、システム全体の電力収支算出の計算負荷が大きくなるのは抑えられる。また、燃料電池システム１００が電流センサを備えている場合においては、当該電流センサが故障する等して使えなくなったとしても出力電流を算出し、算出結果に基づき制御を行うことが可能である。

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一のセル積層体３の端セル２ｅと他のセル積層体３の端セル２ｅとが集電板６によって接続されている場合について説明したが、かかる集電板６は導通部材の一例にすぎない。他の例を挙げれば、端セル２ｅどうしがケーブル等の導通部材にて接続されている場合であっても、当該ケーブル等の固有抵抗値をあらかじめ把握しておけば本発明を適用することが可能である。

また、本実施形態では全セルの電圧を全セル数（上述した実施形態の場合、４００枚）で除した値を平均セル電圧としたが、この他、所定の端セル２ｅ以外のセル２の平均電圧を平均セル電圧とすることも可能である。例示すれば、上述の電圧計７にて２００番目（No.200）の端セル２ｅと２０１番目（No.201）の端セル２ｅとの間の電位差（上述のNo.200セル電圧）を測定したら、全セルの電圧からこのNo.200セル電圧を引いた差分を求め、この差分を全セル数−１（上述の実施形態の場合であれば３９９）で除した値を平均セル電圧として用いることとしてもよい。こうした場合、電圧降下分を差し引いた形で平均セル電圧を求めることができる。

本実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 セル積層体のセルを分解して示す分解斜視図である。 本実施形態における燃料電池の構造を示す図である。 積層されたセル間のセル電圧を実線で、導通部材によって接続された端セル間のセル電圧を破線で表し、その差分を表す矢印によって電圧降下分を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…セル、２ｅ…端セル、３…セル積層体、６…集電板（導通部材）、７…電圧計（セル電圧検出装置）、１００…燃料電池システム、７００…出力電流算出手段（制御部）

Claims (5)

1. 複数のセルが積層されてなるセル積層体を複数有し、隣接する前記セル積層体の端セルどうしを導通部材で接続することによりこれら複数のセルを電気的に直列に接続した燃料電池システムにおいて、
   前記導通部材にて接続された前記端セル間の電圧を測定するセル電圧検出装置と、
   該セル電圧検出装置によって測定された前記端セル間のセル電圧、平均セル電圧、および前記導通部材の固有抵抗値を用いて出力電流を算出する出力電流算出手段と、
   を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記導通部材は集電板であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記平均セル電圧は、全セルの電圧を全セル数で除して求めた値であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記平均セル電圧は、前記セル積層体の前記端セル以外のセルの平均電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
5. 複数のセルが積層されてなるセル積層体を複数有し、隣接する前記セル積層体の端セルどうしを導通部材で接続することによりこれら複数のセルを電気的に直列に接続した燃料電池システムの出力電流を、
   前記導通部材にて接続された前記端セル間の電圧を測定し、この端セル間電圧と平均セル電圧との差分を求め、さらにこの差分を前記導通部材の固有抵抗値にて除することによって算出する
   ことを特徴とする燃料電池システムの出力電流算出方法。

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