JP2011233243A - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のセルの積層方向に流れる電流分布の測定精度の向上を図る。
【解決手段】隣り合うセル間に配置されて複数の導電部１１１が設けられた板状部材１００ａ、各導電部１１１を流れる電流による磁束を検出する複数の磁気センサ１１６等を備え、各導電部１１１は、板状部材１００ａの一方に配置された第１導電部位１１２、板状部材１００ａの他方の第１導電部位１１２との対向位置に配置された第２導電部位、第１導電部位１１２、第２導電部位を接続する第３導電部位１１４を有する。磁気センサ１１６は、第１〜第３導電部位１１２〜１１４で囲まれて配置され、セルの積層方向に流れる電流の磁束を検出可能なように磁束検出方向が設定され、第１導電部位１１２、第２導電部位には、磁気センサ１１６に対向する部位に磁束検出方向と同方向に延びる第１スリット１１２ａが形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池の内部を流れる電流分布を測定する電流測定装置に関する。

従来、電気エネルギを出力する複数のセルを積層配置して構成された燃料電池に適用されて、この燃料電池のセルの積層方向に流れる電流分布を測定する電流測定装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の電流測定装置では、燃料電池の発電時に、セルのセル面（電極面）内の各測定位置に対応して設けられたホール素子から出力される電圧を測定し、測定した各出力電圧に基づいて、セルのセル面内の電流分布を測定する構成としている。

特開２００４−１５２５０１号公報

ところで、燃料電池の発電時にセルの積層方向に流れる電流は、各セル間を通過する際に、セルの積層方向とは異なる方向、例えば、セルの面方向（電極面の方向）にも流れてしまう。

このため、特許文献１の電流測定装置を用いてセルの積層方向に沿って流れる電流を測定する場合、セルの面の方向に流れる電流による磁束が、セルの積層方向に流れる電流による磁束に重畳されて、当該磁束をホール素子にて検出してしまうことがある。この場合、ホール素子にてセルの積層方向に流れる電流による磁束の検出精度が悪化してしまう。

この結果、特許文献１の電流測定装置では、セルの面の方向に流れる電流の影響で、セルの積層方向に流れる電流分布を精度よく測定できない可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池のセルの積層方向に流れる電流分布を測定する電流測定装置において、電流分布の測定精度の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル（１０ａ）を積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流分布を測定する電流測定装置であって、隣り合うセル（１０ａ）の間に配置され、隣り合うセル（１０ａ）のセル面内における複数の測定部位に対向する部位に複数の導電部（１１１）が設けられた板状部材（１００ａ）と、複数の導電部（１１１）に対応して設けられ、複数の導電部（１１１）を流れる電流による磁束を検出する複数の磁気検出手段（１１６）と、複数の磁気検出手段（１１６）からの出力信号からセル（１０ａ）の積層方向に流れる電流分布を演算処理する信号処理手段（５１）と、を備え、板状部材（１００ａ）は、複数の測定部位に対向する部位にセル（１０ａ）の積層方向に貫通する貫通部（１０１）が形成されており、複数の導電部（１１１）は、板状部材（１００ａ）の一方の板面上に配置されて隣り合うセル（１０ａ）の一方に電気的に接触する第１導電部位（１１２）、板状部材（１００ａ）の他方の板面における第１導電部位（１１２）と対向する位置に配置されて隣り合うセル（１０ａ）の他方に電気的に接触する第２導電部位（１１３）、および貫通部（１０１）内に配置されて第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）を電気的に接続する第３導電部位（１１４）を有して構成され、磁気検出手段（１１６）は、板状部材（１００ａ）における第１導電部位（１１２）、第２導電部位（１１３）、および第３導電部位（１１４）にて囲まれる位置に配置されると共に、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流の磁束が検出可能なように磁束検出方向が設定されており、第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）それぞれには、少なくとも磁気検出手段（１１６）に対向する部位に磁束検出方向と同方向に延びる複数本の第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成されていることを特徴とする。

これによると、第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）における磁気検出手段（１１６）に対向する部位、すなわち、第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成された部位には、磁束検出方向と同方向に電流が流れる。

このため、第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成された部位を流れる電流による磁束の向きが磁気検出方向と直交する方向となる。つまり、第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）における磁気検出手段（１１６）に対向する部位を流れる電流による磁束は、磁気検出手段（１１６）にて検出され難くなる。

これにより、各磁気検出手段（１１６）にて、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束を精度よく検出することができるので、電流分布の測定精度を向上させることが可能となる。

なお、本発明における「同方向」とは、完全に同一な方向となっていることのみを意味するものではなく、製造誤差、組付誤差によって微小に異なるものも「同方向」という用語の範囲内に含むものとする。

ここで、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流が、第１、第２導電部位（１１２、１１３）ではなく、セル（１０ａ）側の面（例えば、セパレータの一面）から、第３導電部位（１１４）に流れる場合、セル（１０ａ）側の面を流れる電流による磁束が、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流の磁束に重畳する虞がある。

そこで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電流測定装置において、導電部（１１１）には、第１導電部位（１１２）と第３導電部位（１１４）との接続箇所、および第２導電部位（１１３）と第３導電部位（１１４）との接続箇所に、セル（１０ａ）と電気的に接触する接触面積を少なくするための第２スリット（１１５）が形成されていることを特徴とする。

これによれば、セル（１０ａ）と第３導電部位（１１４）とが電気的に接触する接触面積が小さいので、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流が、セル（１０ａ）側の面よりも、第１導電部位（１１２）と第２導電部位（１１３）に流れ易くなる。つまり、セル（１０ａ）側の面を介して第３導電部位（１１４）へと流れる電流が抑制されるので、セル（１０ａ）側の面を流れる電流による磁束が、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流の磁束に重畳してしまうことを抑制することができる。

これにより、各磁気検出手段（１１６）にて、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の電流測定装置において、導電部（１１１）は、その電気抵抗がセル（１０ａ）側の面の電気抵抗よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。

これによれば、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流が、セル（１０ａ）側の面よりも、第１導電部位（１１２）と第２導電部位（１１３）に流れ易くなる。このため、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流が、セル（１０ａ）側の面を介して第３導電部位（１１４）に電流が流れてしまうことを効果的に抑制することができる。

これにより、セル（１０ａ）側の面を流れる電流による磁束が、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流の磁束に重畳してしまうことを抑制することができ、各磁気検出手段（１１６）にて、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流測定装置において、磁気検出手段（１１６）と第１導電部位（１１２）との間、および磁気検出手段（１１６）と第２導電部位（１１３）との間を磁気的に遮断するための磁気シールド部材（１１８）を備えることを特徴とする。

これによれば、磁気シールド部材（１１８）にて、磁気検出手段（１１６）に対して作用する第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）側からの磁気ノイズを効果的に遮断することができる。

これにより、各磁気検出手段（１１６）にて、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の向上を図ることができる。

具体的には、請求項５に記載の発明の如く、請求項４に記載の電流測定装置において、磁気シールド部材（１１８）としてパーマロイ材からなるものを採用してもよい。

また、請求項６に記載の如く、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電流測定装置において、磁気検出手段（１１６）として、磁気インピーダンス素子を有して構成されるものを採用してもよい。

ところで、第１導電部位（１１２）と当該第１導電部位（１１２）に接触するセル（１０ａ）との接触状態が悪いと、第１導電部位（１１２）を流れる電流に偏りが生じ、第１導電部位（１１２）を流れる電流による磁束の向きがばらつく虞がある。これにより、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束に、第１導電部位（１１２）を流れる電流による磁束が重畳されてしまう可能性がある。なお、第２導電部位（１１３）についても、第１導電部位（１１２）と同様の理由で、第２導電部位（１１３）を流れる電流による磁束が重畳されてしまう可能性がある。

そこで、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流測定装置において、第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）それぞれは、第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成された部位が、他の部位に比べてセル（１０ａ）側に向かって膨出していることを特徴とする。

これによれば、板状部材（１００ａ）を隣り合うセル（１０ａ）に配置する際に、第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）における第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成された部位と当該各導電部位（１１２、１１３）に対向するセル（１０ａ）との接触状態を向上させることができる。

これにより、各導電部位（１１２、１１３）を流れる電流に偏りが生じることを抑制することができ、セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流による磁束に、各導電部位（１１２、１１３）を流れる電流による磁束が重畳されてしまうことを抑制することができる。

この結果、磁気検出手段（１１６）が第１導電部位（１１２）および第２導電部位（１１３）を流れる電流の影響を受けることを抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。 第１実施形態に係る燃料電池の斜視図である。 第１実施形態に係る板状部材の正面図である。 図３のＡ部の拡大図である。 図４のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 第１実施形態に係る導電部の斜視図である。 第１実施形態の磁気測定部での磁束検出を説明するための説明図である。 第１実施形態の磁気測定部の比較例を説明するための説明図である。 第２実施形態に係る磁気測定部を示す正面図である。 図９のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 第３実施形態に係る第１スリットが形成された部位の形状を説明するための説明図である。 他の実施形態に係る第１スリットの変形例を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態の電流測定装置１００を適用した燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。

まず、燃料電池システムは、図１に示すように、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、図示しない車両走行用電動モータや２次電池といった電気負荷に供給される電気エネルギを出力するもので、本実施形態では、固体高分子電解質型燃料電池を採用している。

より具体的には、燃料電池１０は、基本単位となる燃料電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａと記載する。）が複数個、電気的に直列に接続されて構成されたものである。換言すれば、燃料電池１０は、複数のセル１０ａが積層配置されて構成されている。

各セル１０ａは、固体高分子からなる電解質膜の両側面に一対の電極が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を狭持する一対のセパレータで構成されている。一対のセパレータは、カーボン材や導電性金属よりなる板状プレートからなる。つまり、燃料電池１０の発電時には、セル面内をセル１０ａの積層方向に電流が流れると共に、セル１０ａ（セパレータ）の面に沿って電流が流れる。

各セル１０ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。

（負極側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（正極側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
さらに、燃料電池１０から出力される電気エネルギは、燃料電池１０全体として出力される電圧を検出する電圧センサ１１、および、燃料電池１０全体として出力される電流を検出する電流センサ１２によって計測される。なお、電圧センサ１１および電流センサ１２の検出信号は、後述する制御装置５０に入力されている。

また、燃料電池１０の空気極（正極）側には、酸化剤ガスである空気（酸素）を燃料電池１０に供給するための空気供給配管２０ａ、並びに、燃料電池１０にて電気化学反応を終えた余剰空気および空気極で生成された生成水を燃料電池１０から外気へ排出するための空気排出配管２０ｂが接続されている。

空気供給配管２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気排出配管２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。なお、本実施形態では、空気ポンプ２１および空気調圧弁２３によって、所定の流量および圧力の空気を燃料電池１０に供給する酸化剤ガス側のガス供給手段が構成される。

さらに、空気供給配管２０ａおよび空気排出配管２０ｂには、空気調圧弁２３から流出した空気の有する湿度（水蒸気）を空気ポンプ２１から圧送された空気へ移動させるための加湿器２２が設けられている。この加湿器２２は、複数本の中空糸にて構成されており、燃料電池１０へ供給される空気を加湿する機能を果たす。

燃料電池１０の水素極（負極）側には、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給するための水素供給配管３０ａ、水素極側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１０から外気へ排出するための水素排出配管３０ｂが接続されている。さらに、水素供給配管３０ａおよび水素排出配管３０ｂは、水素循環配管３０ｃを介して接続されている。

水素供給配管３０ａの最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給配管３０ａにおける高圧水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁３２が設けられている。なお、本実施形態では、この水素調圧弁３２によって、所定の圧力の水素を燃料電池１０に供給する燃料ガス側のガス供給手段が構成される。

水素排出配管３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。このため、本実施形態では、水素排出配管３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。

水素循環配管３０ｃは、水素供給配管３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出配管３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられており、これにより、燃料電池１０から流出した未反応の水素を、燃料電池１０に循環させて再供給している。さらに、水素循環配管３０ｃには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。

ところで、燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０には、燃料電池１０を冷却するための冷却水回路４０が接続されている。この冷却水回路４０には、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させるウォータポンプ４１、電動ファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。

さらに、冷却水回路４０には、冷却水を、ラジエータ４３を迂回するように流すバイパス流路４４が設けられている。冷却水回路４０とバイパス流路４４との合流点には、バイパス流路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。この流路切替弁４５の弁開度が調整されることによって、冷却水回路４０の冷却能力が調整される。

また、冷却水回路４０の燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。なお、この温度センサ４６の検出信号も、制御装置５０に入力される。

制御装置５０は、入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種電気式アクチュエータの作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。

具体的には、制御装置５０の入力側には、上述の電圧センサ１１、電流センサ１２および温度センサ４６の検出信号等の他に、後述する電流測定装置１００の信号処理回路（信号処理手段）５１から出力される電流信号、および、車室内に設けられた車両起動スイッチ５０ａの操作信号等が入力される。なお、車両起動スイッチ５０ａは、空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２等の作動開始信号を出力する開始信号出力手段の機能を兼ねる。

一方、出力側には、上述の空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、電磁弁３４、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５等の各種電気式アクチュエータ等が接続されている。

次に、本実施形態の電流測定装置１００の詳細について説明する。電流測定装置１００は、後述する複数の磁気測定部１１０が設けられた板状部材１００ａ、および複数の磁気測定部１１０の出力信号からセル１０ａの積層方向に流れる電流を演算処理して、電流信号を制御装置５０へ出力する信号処理回路５１を備えて構成されている。

まず、図２、図３により、板状部材１００ａについて説明する。ここで、図２は、燃料電池１０の外観を示す斜視図であり、図３は板状部材１００ａをセル１０ａの積層方向から見た正面図である。

図２に示すように、板状部材１００ａは、複数枚設けられており、それぞれ隣り合うセル１０ａ間に設けられている。また、図３に示すように、板状部材１００ａには、複数の磁気測定部１１０が一体的に構成されている。この板状部材１００ａは、絶縁基板で構成されている。

なお、板状部材１００ａは、対向する２辺（図３では、左右の両辺）の近傍には、それぞれ板状部材１００ａを貫通する貫通孔が３つ形成されている。これらの貫通孔は、セル１０ａを積層した際に、空気、水素および冷却水を流通させるためのマニホールドとして機能する。

さらに、両側の各マニホールドとの間には、複数の磁気測定部１１０が、直交する二方向にマトリクス（格子状）に配置されている。より具体的には、本実施形態の磁気測定部１１０は、図３に示すように、紙面上下方向に８個、紙面左右方向に８個のマトリクス状に配置されている。

つまり、本実施形態では、磁気測定部１１０が同一の隣り合うセル１０ａ間に複数個配置されている。これにより、複数の磁気測定部１１０が板状部材１００ａの板面の全体に渡って配置されることになるので、本実施形態の電流測定装置１００では、セル１０ａの面内における電流分布を測定可能となる。

次に、磁気測定部１１０について、図４〜図６に基づいて説明する。図４は、図３のＡ部の拡大図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり、図６は、本実施形態に係る導電部１１１の斜視図である。

各磁気測定部１１０は、隣り合うセル１０ａの面内における測定部位に対向する部位に設けられた導電部１１１、および各導電部１１１に対応して設けられた磁気センサ１１６を有して構成されている。

導電部１１１は、セル１０ａのセパレータよりも抵抗値の低い（導電率の高い）一枚の金属箔（例えば、表面が金メッキ処理された銅箔）で構成されている。つまり、導電部１１１は、セパレータ（セル１０ａ側の面）よりも電流が流れ易くなっている。

この導電部１１１は、隣り合うセル１０ａの一方のセル１０ａに電気的に接触する第１導電部位１１２、隣り合うセル１０ａの他方のセル１０ａに電気的に接触する第２導電部位１１３、および第１、第２導電部位１１２、１１３間を電気的に接続する第３導電部位１１４を有して構成されている。

第１導電部位１１２は、板状部材１００ａの一方の板面上（図５の紙面上方の板面）に配置され、第２導電部位１１３は、板状部材１００ａの他方の板面上（図５の紙面下方の板面）における第１導電部位１１２と対向する位置に配置されている。つまり、第１導電部位１１２と第２導電部位１１３とは、板状部材１００ａを挟んで互いに対向するように配置されている。

また、第３導電部位１１４は、板状部材１００ａに形成された貫通部である貫通孔１０１内（貫通部内）に配置されている。この第３導電部位１１４は、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３よりも長手方向に直行する方向の幅寸法が小さくなっている（図６参照）。なお、貫通孔１０１は、板状部材１００ａをセル１０ａの積層方向に貫通している。従って、第３導電部位１１４は、セル１０ａの積層方向に延びるように配置されている。

そして、第１導電部位１１２、第２導電部位１１３、および第３導電部位１１４からなる導電部１１１は、図５に示すように、Ｂ−Ｂ断面（セル１０ａの積層方向の断面）が、略Ｕ字形状に構成されている。

また、板状部材１００ａに形成された凹部１０２内であって、第１導電部位１１２、第２導電部位１１３、および第３導電部位１１４にて囲まれる位置に磁気センサ１１６が配置されている。なお、凹部１０２の開口部は、絶縁材料で構成された絶縁体１１７にて閉鎖されている。

この磁気センサ１１６は、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束を検出する磁気検出手段である。具体的には、本実施形態の磁気センサ１１６は、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を有して構成されている。

磁気センサ１１６の磁気検出方向は、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束を検出可能なように設定されている。すなわち、磁気センサ１１６には、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束が鎖交する磁束検出面を有している。より具体的には、本実施形態の磁気センサ１１６の磁気検出方向は、図４における紙面垂直方向に流れる電流の磁束を検出可能なように、図中矢印で示す方向（図５における紙面垂直方向）に設定されている。なお、磁気センサ１１６としては、一軸方向のみの磁束を検出可能なものを採用している。

ここで、燃料電池１０の発電時にセル１０ａの積層方向に流れる電流は、セル１０ａ間を通過する際に、セル１０ａの積層方向とは異なるセル１０ａの面の方向（セパレータの面方向）にも流れてしまう。これによって、セル１０ａの面の方向に流れる電流による磁束が、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束に重畳され、当該磁束を磁気センサ１１６にて検出してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位に、磁気センサ１１６の磁気検出方向と同方向に延びる複数本の第１スリット１１２ａ、１１３ａを形成している。換言すれば、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位には、第１スリット１１２ａ、１１３ａ間に第１磁気センサ１１６の磁気検出方向と同方向に延びる電流経路１１２ｂ、１１３ｂが形成されている。

このため、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位には、磁気センサ１１６の磁束検出方向と同方向に電流が流れることとなる。これにより、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位を流れる電流による磁束は、磁気センサ１１６にて検出され難くなる。

なお、本実施形態では、第１スリット１１２ａ、１１３ａを第１導電部位１１２および第２導電部位１１３の長手方向に直交する方向に延びる長方形状としている。

また、本実施形態では、第１導電部位１１２と第３導電部位１１４との間の折れ曲がり部（接続箇所）、および第２導電部位１１３と第３導電部位１１４との間の折れ曲がり部（接続箇所）に、セル１０ａと電気的に接触する接触面積を少なくするための第２スリット１１５が形成されている。この第２スリット１１５は、図６に示すように、第１導電部位１１２と第３導電部位１１４との間の折れ曲がり部、および第２導電部位１１３と第３導電部位１１４との間の折れ曲がり部の折れ線方向に沿って延びるように形成されている。なお、本実施形態では、第２スリット１１５についても、第１スリット１１２ａ、１１３ａと同様に、長方形状としている。

次に、上記構成に係る電流測定装置１００による電流測定方法について図７、図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態の磁気検出部での磁束検出を説明するための説明図であり、図８は、本実施形態の磁気検出部の比較例を説明するための説明図である。なお、図８で示す導電部１１１は、図７で示す導電部１１１に対して、第１導電部１１２および第２導電部位１１３に第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成されていない点が主に異なっている。

燃料電池１０での発電が開始されると、電流測定装置１００の各磁気測定部１１０には、電流流れ方向上流側のセル１０ａ→第１導電部位１１２→第３導電部位１１４→第２導電部位１１３→電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。

このとき、図７に示すように、第１導電部位１１２における磁気センサ１１６と対向しない部位では、第３導電部位１１４に向かって電流が流れる（図７の第１導電部位１１２中に示す白抜き矢印参照）。

また、第１導電部位１１２における磁気センサ１１６と対向する部位では、図７における符号Ｘで示すように紙面垂直方向（紙面奥側から手前側に向かう方向）に電流が流れる。

ここで、第１導電部位１１２における磁気センサ１１６に対向する部位には、磁気センサ１１６の磁界検出方向（図７の紙面垂直方向）と同方向に電流が流れるので、当該電流による磁束の向きが磁気検出方向と直交する方向となる。

このため、磁気センサ１１６の磁気検出面には、第１導電部位１１２における磁気センサ１１６に対向する部位を流れる電流による磁束が鎖交せず、当該磁束による磁気センサ１１６の出力信号への影響が抑制される。

一方、図８の比較例で示すように、第１導電部位１１２´に第１スリットが形成されていない構成では、第１導電部位１１２´を流れる電流は、第３導電部位１１４´に向かって流れる（図８の第１導電部位１１２´中に示す白抜き矢印参照）。

そして、第１導電部位１１２´を流れる電流による磁束の向きは、図８の破線矢印Ｙ´で示す方向となり、磁気センサ１１６´の磁気検出面を鎖交することとなる。つまり、第１導電部位１１２´を流れる電流による磁束が、磁気センサ１１６´の検出信号に影響する。

図７に戻り、第３導電部位１１４を流れる電流は、セル１０ａの積層方向に沿って流れる。このとき、第３導電部位１１４を流れる電流による磁束の向きは、破線矢印Ｚで示す方向となり、磁気センサ１１６の磁気検出面を鎖交する。つまり、第３導電部位１１４を流れる電流による磁束が、磁気センサ１１６にて検出される。この点は、図８に示す比較例についても同様である（図８中の破線矢印Ｚ´参照）。

そして、第３導電部位１１４から第２導電部位１１３へと電流が流れる。なお、図７で示す第２導電部位１１３については、第１導電部位１１２と同様に、磁気センサ１１６の磁気検出面に、第３導電部位１１４における磁気センサ１１６に対向する部位を流れる電流による磁束が鎖交せず、当該磁束による磁気センサ１１６の出力信号への影響が抑制される。

各磁気センサ１１６からの出力信号に基づいて、信号処理回路５１でセル１０ａの積層方向に流れる電流が演算され、演算結果である電流信号が制御装置５０へ出力される。

以上説明した本実施形態の電流測定装置１００では、上記方法にて、セル１０ａの積層方向に流れる電流分布を検出するので、電流分布の測定精度を向上させることが可能となる。

つまり、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位に磁気センサ１１６の磁気検出方向と同方向に延びる第１スリット１１２ａ、１１３ａを形成しているので、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６に対向する部位を流れる電流による磁束は、磁気センサ１１６にて検出され難くなる。

これにより、各磁気センサ１１６にて、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束を精度よく検出することができるので、電流分布の測定精度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、導電部１１１における第１導電部位１１２と第３導電部位１１４との接続箇所、および第２導電部位１１３と第３導電部位１１４との接続箇所に、セル１０ａと電気的に接触する接触面積を少なくするための第２スリット１１５を形成している。

これによると、セル１０ａの積層方向に流れる電流が、セル側の面よりも、第１導電部位１１２と第２導電部位１１３に流れ易くなる。つまり、セル側の面を介して第３導電部位１１４へと流れる電流が抑制されるので、セル側の面を流れる電流による磁束が、セル１０ａの積層方向に流れる電流の磁束に重畳してしまうことを抑制することができる。

この結果、各磁気センサ１１６にて、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、導電部１１１の電気抵抗をセル側の面（セパレータ）の電気抵抗よりも小さくなるように構成しているので、セル１０ａの積層方向に流れる電流が、セル側の面よりも、第１導電部位１１２や第２導電部位１１３側に流れ易くなる。このため、セル１０ａ側の面を介して第３導電部位１１４に電流が流れることを効果的に抑制することができる。

この結果、各磁気センサ１１６にて、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の更なる向上を図ることができる。

さらにまた、本実施形態では、第１、第２導電部位１１２、１１３よりも第３導電部位１１４の長手方向の幅寸法を小さくしているので、第３導電部位１１４を流れる電流による磁束の磁束密度を高密度となり、磁気センサ１１６の検出精度の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９、図１０に基づいて説明する。ここで、図９は、本実施形態に係る電流測定部を示す正面図であり、図１０は、図９のＣ−Ｃ断面図である。なお、図９は、第１実施形態の図４に対応している。

本実施形態では、第１実施形態の構成に対して、磁気測定部１１０の構成に磁気シールド部材１１８を追加している点が異なっている。

図９、図１０に示すように、本実施形態の磁気測定部１１０は、第１導電部位１１２と磁気センサ１１６との間、および第２導電部位１１３と磁気センサ１１６との間に、外部からの磁気ノイズを磁気的に遮断するための磁気シールド部材１１８が配置されている。

この磁気シールド部材１１８は、パーマロイ材等の高透磁率材からなり、第１導電部位１１２、第２導電部位１１３、および磁気センサ１１６に対して絶縁体１１７等の絶縁部材を介してセル１０ａの積層方向に対向するように配置されている。

また、磁気シールド部材１１８は、図９に示すように、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成された部位と、磁気センサ１１６との間の磁気を遮断可能な大きさとしている。

これによれば、磁気シールド部材１１８にて、磁気センサ１１６に対して作用する第１導電部位１１２および第２導電部位１１３からの磁気ノイズを遮断することができるので、各磁気センサ１１６にて、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束の検出精度の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施形態の第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成された部位の形状を説明する説明図である。

本実施形態では、第１、第２実施形態に対して、第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成された部位の形状が異なっている。

本実施形態では、図１１の右側に示すように、第１導電部位１１２の第１スリット１１２ａが形成された部位を、第１導電部位１１２における他の部位に比べて、対向するセル１０ａ側に向かって膨出（隆起）させている。具体的には、第１導電部位１１２における各第１スリット１１２ａ間の電流経路１１２ｂを、対向するセル１０ａ側に向かって膨出（隆起）した形状としている。

また、図示しないが、第２導電部位１１３についても第１導電部位１１２と同様に、第１スリット１１３ａが形成された部位を第２導電部位１１３における他の部位に比べて、対向するセル１０ａ側に向かって膨出（隆起）させている。

なお、これら第１、第２導電部位１１２、１１３における第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成された部位の加工は、第１スリット１１２ａ、１１３ａのプレス等による抜き加工時と同時に行えばよい。

これによれば、板状部材１００ａを隣り合うセル１０ａ間に配置した際に、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における第１スリット１１２ａ、１１３ａが形成された部位と各導電部位１１２、１１３に対向するセル１０ａとの接触状態を向上させることができる。このため、各導電部位１１２、１１３を流れる電流に偏りが生じることを抑制することができ、セル１０ａの積層方向に流れる電流による磁束に、各導電部位１１２、１１３を流れる電流による磁束が重畳されてしまうことを抑制することができる。つまり、磁気センサ１１６が第１導電部位１１２および第２導電部位１１３を流れる電流の影響を受けることを抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、第１スリット１１２ａ、１１３ａを第１導電部位１１２および第２導電部位１１３における磁気センサ１１６と対向する部位に設ける構成としているが、これに限定されない。例えば、図１２（ａ）に示すように、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３の全域に第１スリット１１２ａ、１１３ａを形成してもよい。

（２）上記実施形態では、第１スリット１１２ａ、１１３ａおよび第２スリット１１５を長方形状としているが、これに限定されない。例えば、図１２（ｂ）に示すように、第第１スリット１１２ａ、１１３ａおよび第２スリット１１５の形状をコの字形状としてもよい。

（３）上記実施形態では、第１スリット１１２ａ、１１２ｂを第１導電部位１１２および第２導電部位１１３の長手方向に直交する方向に延びる形状としているが、これに限定されない。第１スリット１１２ａ、１１２ｂは、磁気センサ１１６の磁気検出方向と同方向に延びるスリットであれば、例えば、図１２（ｃ）に示すように、第１導電部位１１２および第２導電部位１１３の長手方向に傾斜した方向に延びる形状としてもよい。

（４）上記各実施形態では、導電部１１１をセル１０ａよりも抵抗値の低い（導電率の高い）金属箔にて構成しているが、これに限定されない。導電部１１１としては、セル１０ａのセパレータよりも電気抵抗が小さい構成であれば、例えば、セパレータと同様の材料にて構成してもよい。

（５）上記各実施形態では、第１導電部位１１２と第３導電部位１１４との接触箇所、および第２導電部位１１３と第３導電部位１１４との接触箇所を、セル１０ａの積層方向に対して傾斜させているが、これに限定されない。例えば、第１導電部位１１２と第３導電部位１１４との接触箇所、および第２導電部位１１３と第３導電部位１１４との接触箇所がセル１０ａの積層方向に並行となるようにしてもよい。この場合には、導電部１１１の断面が略コの字形状となる。

（６）上記各実施形態では、磁気センサ１１６として磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を有するものを採用しているが、これに限定されない。例えば、ホール素子、ＭＲ素子、フラックスゲートを有するものを採用してもよい。

（７）上記各実施形態では、磁気測定部１１０をマトリクス状に配置しているが、これに限定されず、例えば、セル１０ａの面内における空気の入口部付近や水素の出口部付近等といった所望の箇所に配置してもよい。

（８）上記各実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用した例を説明したが、これに限定されず、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用してもよい。

１０ 燃料電池
１０ａ セル
１００ａ 板状部材
１１０ 磁気検出部
１１１ 導電部
１１２ 第１導電部位
１１２ａ 第１スリット
１１３ 第２導電部位
１１３ａ 第１スリット
１１４ 第３導電部位
１１５ 第２スリット
１１６ 磁気センサ（磁気検出手段）
１１８ 磁気シールド部材

Claims (7)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する複数のセル（１０ａ）を積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、前記セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流分布を測定する電流測定装置であって、
   隣り合う前記セル（１０ａ）の間に配置され、前記隣り合うセル（１０ａ）のセル面内における複数の測定部位に対向する部位に複数の導電部（１１１）が設けられた板状部材（１００ａ）と、
   前記複数の導電部（１１１）に対応して設けられ、前記複数の導電部（１１１）を流れる電流による磁束を検出する複数の磁気検出手段（１１６）と、
   前記複数の磁気検出手段（１１６）からの出力信号から前記セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流分布を演算処理する信号処理手段（５１）と、を備え、
   前記板状部材（１００ａ）は、前記複数の測定部位に対向する部位に前記セル（１０ａ）の積層方向に貫通する貫通部（１０１）が形成されており、
   前記複数の導電部（１１１）は、前記板状部材（１００ａ）の一方の板面上に配置されて前記隣り合うセル（１０ａ）の一方に電気的に接触する第１導電部位（１１２）、前記板状部材（１００ａ）の他方の板面における前記第１導電部位（１１２）と対向する位置に配置されて前記隣り合うセル（１０ａ）の他方に電気的に接触する第２導電部位（１１３）、および前記貫通部（１０１）内に配置されて前記第１導電部位（１１２）および前記第２導電部位（１１３）を電気的に接続する第３導電部位（１１４）を有して構成され、
   前記磁気検出手段（１１６）は、前記板状部材（１００ａ）における前記第１導電部位（１１２）、前記第２導電部位（１１３）、および前記第３導電部位（１１４）にて囲まれる位置に配置されると共に、前記セル（１０ａ）の積層方向に流れる電流の磁束を検出可能なように磁束検出方向が設定されており、
   前記第１導電部位（１１２）および前記第２導電部位（１１３）それぞれには、少なくとも前記磁気検出手段（１１６）に対向する部位に前記磁束検出方向と同方向に延びる複数本の第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成されていることを特徴とする電流測定装置。
2. 前記導電部（１１１）には、前記第１導電部位（１１２）と前記第３導電部位（１１４）との接続箇所、および第２導電部位（１１３）と前記第３導電部位（１１４）との接続箇所に、前記セル（１０ａ）と電気的に接触する接触面積を少なくするための第２スリット（１１５）が形成されていることを特徴とする電流測定装置。
3. 前記導電部（１１１）は、その電気抵抗が前記セル（１０ａ）側の面の電気抵抗よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
4. 前記磁気検出手段（１１６）と前記第１導電部位（１１２）との間、および前記磁気検出手段（１１６）と前記第２導電部位（１１３）との間を磁気的に遮断するための磁気シールド部材（１１８）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流測定装置。
5. 前記磁気シールド部材（１１８）は、パーマロイ材からなることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
6. 前記磁気検出手段（１１６）は、磁気インピーダンス素子を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電流測定装置。
7. 前記第１導電部位（１１２）および前記第２導電部位（１１３）それぞれは、前記第１スリット（１１２ａ、１１３ａ）が形成された部位が、他の部位に比べて前記セル（１０ａ）側に向かって膨出していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流測定装置。

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