JP4590965B2 - Current measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、電気エネルギーを発生させるセルを備える燃料電池の、局所電流を測定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring a local current of a fuel cell including a cell that generates electric energy.

従来、電気エネルギーを放出するセルを備える電力機器として、例えば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が知られている。そして、燃料電池運転中にセルの電圧を測定し、その測定値に基づいて燃料電池の運転中の異常を検出するようにしている。また、製造段階においても、燃料電池の電流−電圧特性を検査している。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell that generates electric power by using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is known as a power device including a cell that discharges electric energy. Then, the cell voltage is measured during operation of the fuel cell, and an abnormality during operation of the fuel cell is detected based on the measured value. In addition, the current-voltage characteristics of the fuel cell are also inspected at the manufacturing stage.

しかしながら、燃料電池の運転中の異常発生要因としては、例えば、酸素の供給不足や水素の供給不足、電解質の抵抗増大などがあるが、それらはすべて電圧低下という形であらわれる。したがって、電圧を測定しているだけでは、運転中の異常発生要因を特定することができず、その要因に応じた適切な処置が行えないという問題が発生する。   However, the cause of abnormality during the operation of the fuel cell includes, for example, insufficient supply of oxygen, insufficient supply of hydrogen, and increased resistance of the electrolyte, all of which appear in the form of voltage drop. Therefore, only by measuring the voltage, it is not possible to specify the cause of abnormality during operation, and a problem arises that appropriate measures according to the factor cannot be performed.

また、セルの面内の加工ばらつきが大きい場合には、接触抵抗の面内ばらつきが大きくなって電流密度のばらつきが大きくなる。そのような加工ばらつきの大きいセルは、適正な加工状態のセルに比べ、一部領域に電流が集中するため劣化速度が速くなってしまう。積層されたセルの一部に加工ばらつきが大きいセルが存在すると、そのセルが早期に発電不能となるため、他のセルは正常でも電池スタックとしては運転が不能になってしまう。そして、加工ばらつきが大きいセルを予め排除してスタッキングすれば、電池スタックの寿命を長くすることができるが、製造段階における電流−電圧特性の検査では、積層されたセルの一部に加工ばらつきが大きいセルが存在するか否かを知ることはできなかった。   In addition, when the in-plane processing variation of the cell is large, the in-plane variation of the contact resistance is increased and the variation of the current density is increased. Such a cell with large processing variation has a higher deterioration rate because current concentrates in a partial region than a cell in an appropriate processing state. If there is a cell with a large processing variation in a part of the stacked cells, the cell becomes unable to generate power at an early stage, so that even if other cells are normal, operation as a battery stack becomes impossible. In addition, if stacking is performed by eliminating cells with large processing variations in advance, the life of the battery stack can be extended. However, in the current-voltage characteristic inspection at the manufacturing stage, processing variations may occur in some of the stacked cells. It was not possible to know whether there was a large cell.

本発明は上記点に鑑みて、電気エネルギーを発生させるセルを備える燃料電池の、使用中の異常発生要因を特定可能にすること、あるいは、品質に問題があるセルを製造段階で検出可能にすることを目的とする。   In view of the above points, the present invention makes it possible to identify a cause of abnormality in use of a fuel cell including a cell that generates electrical energy, or to detect a cell having a quality problem at the manufacturing stage. For the purpose.

ところで、例えば燃料電池において乾燥、水分過剰、あるいは燃料ガスの供給不足が発生すると、セル内の乾燥しやすい部位、水分過剰となりやすい部位あるいは燃料ガスが不足しやすい部位における局所電流が著しく低下する。このように、異常発生要因に応じて特定の部位の局所電流が大きく変化するため、局所電流を測定することにより、燃料電池の運転中の異常発生要因を特定することが可能になる。また、製造段階で局所電流を測定することにより、品質に問題があるセルを製造段階で検出することが可能になる。   By the way, for example, when drying, excessive moisture, or insufficient supply of fuel gas occurs in a fuel cell, the local current in a portion in the cell that tends to dry, a portion that tends to be excessive in water, or a portion that tends to be short of fuel gas is significantly reduced. As described above, since the local current of a specific portion changes greatly according to the cause of the abnormality, it is possible to specify the cause of the abnormality during the operation of the fuel cell by measuring the local current. Further, by measuring the local current at the manufacturing stage, it becomes possible to detect a cell having a quality problem at the manufacturing stage.

そこで、本発明は、電流測定装置にて燃料電池の局所電流を測定可能にすることにより、上記目的を達成しようとするものである。   Therefore, the present invention aims to achieve the above object by making it possible to measure the local current of the fuel cell with a current measuring device.

請求項1に記載の発明では、セル(10)が複数積層された燃料電池(1)の電流を測定する電流測定装置であって、積層された前記セル間に配置され、前記セルからの電流が流れる板状の導電体(211、221)と、導電体において、溝(212、222)に囲まれるように設けられた柱状部(213、223)と、溝に設けられ、柱状部の周囲に発生した磁界の強さを測定する磁気センサ(212、213、223)と、導電体(221)における柱状部が設けられた面に接するように設けられた第2の導電体(222)とを備え、柱状部および磁気センサは、導電体において、セル内の乾燥しやすい部位、水分過剰となりやすい部位あるいは燃料ガスが不足しやすい部位の少なくとも1つに対応する部位に設けられており、磁気センサは、導電体と第2の導電体との間に溝によって形成される空間に位置するとともに、柱状部に電流が流れることで柱状部の周囲に発生する磁界の強さを測定し、測定した磁界の強さを電圧に変換することで、柱状部に流れる電流を測定することを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a current measuring device for measuring a current of a fuel cell (1) in which a plurality of cells (10) are stacked, the current measuring device being arranged between the stacked cells, Plate-like conductors (211, 221) through which current flows, columnar portions (2 2 13, 22 2 3) provided so as to be surrounded by the grooves (2 2 12, 22 2 2), and grooves And a magnetic sensor (212, 213, 223) for measuring the strength of the magnetic field generated around the columnar part, and a first electrode provided in contact with the surface of the conductor (221) provided with the columnar part. The columnar portion and the magnetic sensor correspond to at least one of a portion in the cell that tends to dry, a portion that tends to be excessive in water, or a portion that tends to be short of fuel gas. provided on the site The magnetic sensor is located in the space formed by the groove between the conductor and the second conductor, and measures the strength of the magnetic field generated around the columnar part when current flows through the columnar part. Then, the current flowing through the columnar part is measured by converting the measured magnetic field strength into a voltage .

これによると、柱状部にはセル内の局所部位の電流が流れ、柱状部の周囲には柱状部を流れる電流に応じた磁界が発生するため、磁界の強さに基づいて局所部位の電流を測定することができる。したがって、この電流測定装置を用いることにより、電気エネルギーを放出するセルを備える燃料電池の、使用中の異常発生要因を特定すること、あるいは、品質に問題があるセルを製造段階で検出することが可能になる。   According to this, since the current of the local part in the cell flows through the columnar part and a magnetic field corresponding to the current flowing through the columnar part is generated around the columnar part, the current of the local part is generated based on the strength of the magnetic field. Can be measured. Therefore, by using this current measuring device, it is possible to identify a cause of abnormality in use of a fuel cell including a cell that emits electric energy, or to detect a cell having a quality problem at the manufacturing stage. It becomes possible.

また、異常発生時の電流変化は電圧変化よりも早期に且つ顕著に現れるため、電流を測定することにより異常を早期に検知することができる。   Moreover, since the current change at the time of occurrence of an abnormality appears earlier and more remarkably than the voltage change, the abnormality can be detected at an early stage by measuring the current.

また、磁気センサが溝に収納されているため、磁気センサとセルとの干渉を回避できる。したがって、複数積層されたセル間に導電体を配置することができ、例えば燃料電池内部において特に乾燥しやすい箇所等に電流測定装置を配置することができる。   Further, since the magnetic sensor is housed in the groove, interference between the magnetic sensor and the cell can be avoided. Therefore, a conductor can be disposed between a plurality of stacked cells. For example, a current measuring device can be disposed at a location that is particularly easily dried inside the fuel cell.

ところで、電流測定装置をセル間に配置した際に、電流測定装置はセパレータで挟まれるが、これらのセパレータの表面には通常、冷却水が流れる溝状の冷却水流路が形成されている。このとき、セパレータの表面に溝等が接触する構成では、これらを迂回してセパレータの冷却水流路を設計する必要があり、冷却水流路の設計の自由度が小さくなる。   By the way, when the current measuring device is arranged between the cells, the current measuring device is sandwiched between the separators, and usually a groove-like cooling water flow path through which the cooling water flows is formed on the surface of these separators. At this time, in a configuration in which a groove or the like is in contact with the surface of the separator, it is necessary to design the cooling water flow path of the separator by bypassing them, and the degree of freedom in designing the cooling water flow path is reduced.

そこで導電体(221)における柱状部が設けられた面に接するように設けられた第2の導電体(222)を設け、磁気センサを導電体と第2の導電体との間に溝によって形成される空間に位置させることで、溝や柱状部が露出しなくなるようにすることができる。これにより、セパレータの表面における冷却水流路の設計の自由度を大きくすることができる。さらに、鉄心を2枚の導電体の間に形成される空間内に配置することで、鉄心に荷重がかからなくなり、歪みが発生することを防止できる。これにより、歪みに起因する磁性材料の磁気特性の劣化を防止することができる。 Therefore , the second conductor (222) provided so as to be in contact with the surface of the conductor (221) provided with the columnar portion is provided, and the magnetic sensor is provided by a groove between the conductor and the second conductor. By positioning it in the space to be formed, it is possible to prevent the grooves and columnar portions from being exposed. Thereby, the freedom degree of design of the cooling water flow path in the surface of a separator can be enlarged. Furthermore, by placing the iron core in the space formed between the two conductors, it is possible to prevent the iron core from being loaded and to prevent distortion. Thereby, it is possible to prevent the deterioration of the magnetic characteristics of the magnetic material due to the distortion.

請求項に記載の発明のように、導電体と第2の導電体との間には、導電性を有する弾性体(226)が設けられていることで、セルと導電体との間の接触を良好にすることができ、これらの間に生ずる接触抵抗を低減することができる。 As in the second aspect of the invention, an elastic body (226) having conductivity is provided between the conductor and the second conductor, so that the gap between the cell and the conductor can be reduced. The contact can be improved, and the contact resistance generated between them can be reduced.

請求項に記載の発明では、溝には磁気センサを固定するための緩衝材(225)が設けられており、溝と磁気センサとの間は絶縁処理が施されていることを特徴としている。これにより、磁気センサが溝の内部でがたつくことを防止でき、磁気特性の劣化を防止することが可能となる。 The invention according to claim 3 is characterized in that the groove is provided with a buffer material (225) for fixing the magnetic sensor, and the groove and the magnetic sensor are insulated. . Thereby, it is possible to prevent the magnetic sensor from rattling inside the groove, and it is possible to prevent deterioration of the magnetic characteristics.

請求項に記載の発明のように、磁気センサを溝において接着して固定することによっても、磁気センサが溝の内部でがたつくことを防止でき、磁気特性の劣化を防止することが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, even when the magnetic sensor is bonded and fixed in the groove, it is possible to prevent the magnetic sensor from rattling inside the groove and to prevent deterioration of the magnetic characteristics. .

請求項に記載の発明のように、セルと導電体との間に導電性を有する弾性体(12、13)を設けることで、セルと導電体との間の接触を良好にすることができ、これらの間に生ずる接触抵抗を低減することができる。 As in the invention described in claim 5 , by providing an elastic body (12, 13) having conductivity between the cell and the conductor, the contact between the cell and the conductor can be improved. And the contact resistance generated between them can be reduced.

請求項に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセル(10)が複数積層された燃料電池の電流を測定する電流測定装置であって、セルにおいて、電解質膜の両側に一対の電極が配置された電解質・電極接合体(111)の外側に配置され、燃料ガスが流れる燃料ガス流路および酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路の少なくとも一方が形成されている導電性のセパレータ(110、120)と、セパレータにおいて、溝に囲まれるように設けられた柱状部と、溝に設けられ、柱状部に発生した磁界の強さを測定する磁気センサと、導電体(221)における柱状部が設けられた面に接するように設けられた第2の導電体(222)とを備え、柱状部および磁気センサは、セパレータにおいて、セル内の乾燥しやすい部位、水分過剰となりやすい部位あるいは燃料ガスが不足しやすい部位の少なくとも1つの部位に設けられており、磁気センサは、柱状部に電流が流れることで柱状部の周囲に発生する磁界の強さを測定し、測定した磁界の強さを電圧に変換することで、柱状部に流れる電流を測定することを特徴とする。 The invention according to claim 6 is a current measuring device for measuring the current of a fuel cell in which a plurality of cells (10) for generating electrical energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked, , At least one of the fuel gas flow path through which the fuel gas flows and the oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows are disposed outside the electrolyte / electrode assembly (111) in which a pair of electrodes are disposed on both sides of the electrolyte membrane. In the separator, a columnar portion provided so as to be surrounded by the groove, and a magnet for measuring the strength of a magnetic field generated in the columnar portion. a sensor, a conductor second conductor columnar portion is provided in contact with the surface provided in (221) (222), the columnar portion and a magnetic sensor, contact the separator Te, easy to dry sites within the cell, and overhydration and prone sites or the fuel gas is provided in at least one site for site and easy insufficient, magnetic sensor, around the columnar portion by flowing a current in the columnar portion The current flowing in the columnar part is measured by measuring the strength of the magnetic field generated in the first and converting the measured strength of the magnetic field into a voltage .

これによると、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。また、燃料電池が備えている導電性のセパレータを利用しているため、板状の導電体を新たに設ける必要がない。   Accordingly, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained. Further, since the conductive separator provided in the fuel cell is used, there is no need to newly provide a plate-like conductor.

なお、上記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。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る電流測定装置について説明する。図1は第1実施形態に係る電流測定装置20を装着した燃料電池1の斜視図、図2は図1の燃料電池1の側面図である。
(First embodiment)
A current measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell 1 equipped with a current measuring device 20 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side view of the fuel cell 1 of FIG.

本実施形態の燃料電池1は、固体高分子電解質膜型燃料電池であり、基本単位となるセル10が多数積層され、且つ電気的に直列接続されている。図2に示すように、セル10は、電解質膜の両側面に電極が配置されたMEA(Membrane Electrode Assembly:電解質・電極接合体)100と、このMEA100を挟持する空気側セパレータ110および水素側セパレータ120で構成されている。セパレータ110、120は、カーボン材または導電性金属よりなる板状部材からなる。   The fuel cell 1 of this embodiment is a solid polymer electrolyte membrane fuel cell, in which a large number of cells 10 serving as basic units are stacked and electrically connected in series. As shown in FIG. 2, a cell 10 includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) 100 in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane, an air-side separator 110 and a hydrogen-side separator that sandwich the MEA 100. 120. Separator 110, 120 consists of a plate-like member made of a carbon material or a conductive metal.

図1に示すように、燃料電池1には空気および水素が供給される。図2に実線で示すように、空気側セパレータ110には、空気を流すための空気流路Aが形成されており、空気流路Aを介して酸素が各セル10に対して並列に供給される。また、図2に一点鎖線で示すように、水素側セパレータ120には、水素を流すための水素流路Bが形成されており、水素流路Bを介して水素が各セル10に対して並列に供給される。電解質膜は湿潤状態にしておく必要があるため、燃料電池1に供給される空気と水素は、図示しない加湿器により加湿される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is supplied with air and hydrogen. As shown by a solid line in FIG. 2, an air flow path A for flowing air is formed in the air-side separator 110, and oxygen is supplied in parallel to each cell 10 through the air flow path A. The Further, as shown by a one-dot chain line in FIG. 2, the hydrogen separator 120 is formed with a hydrogen flow path B for flowing hydrogen, and hydrogen is parallel to each cell 10 via the hydrogen flow path B. To be supplied. Since the electrolyte membrane needs to be in a wet state, the air and hydrogen supplied to the fuel cell 1 are humidified by a humidifier (not shown).

燃料電池1では、水素を酸素が供給されることで以下の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。   In the fuel cell 1, when hydrogen is supplied with oxygen, the following electrochemical reaction occurs and electric energy is generated.

(負極側)H2→2H++2e-
(正極側)2H++1/2O2+2e-→H2
図1に示すように、積層されたセル10の両端には端子板11が配置されている。図1中の斜線で示すように、ある2つのセル10間に電流測定装置20が配置されている。
(Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e
(Positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O
As shown in FIG. 1, terminal plates 11 are arranged at both ends of the stacked cells 10. As indicated by diagonal lines in FIG. 1, a current measuring device 20 is disposed between two cells 10.

図3は図1の電流測定装置20の斜視図であり、図4(a)は図1の電流測定装置20における板部200の正面図、図4(b)は板部200の右側面図、図6(c)は図4(a)のA−A線に沿う断面図、図4(d)は図6(a)のB−B線に沿う断面図である。なお、本実施形態の電流測定装置20では電流センサ205等が複数設けられているが、図3、図4では電流センサ205等を1つのみ図示している。   3 is a perspective view of the current measuring device 20 of FIG. 1, FIG. 4 (a) is a front view of the plate portion 200 in the current measuring device 20 of FIG. 1, and FIG. 4 (b) is a right side view of the plate portion 200. 6C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A, and FIG. 4D is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6A. In the current measuring device 20 of the present embodiment, a plurality of current sensors 205 and the like are provided, but only one current sensor 205 and the like are illustrated in FIGS.

図3および図4に示すように、電流測定装置20は、導電性金属よりなる板状の導電体201、導電体201内に設けられた導電性金属よりなる局所電流経路202、導電体201と局所電流経路202との間を絶縁する絶縁性樹脂よりなる絶縁層203、導電体201および局所電流経路202の外部にて導電体201と局所電流経路202との間を接続する迂回回路204、迂回回路204中に配置された電流センサ205を備えている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the current measuring device 20 includes a plate-like conductor 201 made of a conductive metal, a local current path 202 made of a conductive metal provided in the conductor 201, and the conductor 201. An insulating layer 203 made of an insulating resin that insulates the local current path 202, a conductor 201 and a bypass circuit 204 that connects the conductor 201 and the local current path 202 outside the local current path 202, A current sensor 205 is provided in the circuit 204.

導電体201と局所電流経路202と絶縁層203とからなる板部200は、セル10間に挿入され(図1参照)、導電体201におけるセル積層方向の両端面2011、2012がセル10に接触するようになっている。   The plate portion 200 including the conductor 201, the local current path 202, and the insulating layer 203 is inserted between the cells 10 (see FIG. 1), and both end surfaces 2011 and 2012 of the conductor 201 in the cell stacking direction are in contact with the cell 10. It is supposed to be.

局所電流経路202の一方の露出面2021は、導電体201の一方の端面2011に露出していて、セル10に接触するようになっている。局所電流経路202の他方の露出面2022は、導電体201の側面2013に露出しており、セル10には接触しないようになっている。   One exposed surface 2021 of the local current path 202 is exposed on one end surface 2011 of the conductor 201 and comes into contact with the cell 10. The other exposed surface 2022 of the local current path 202 is exposed on the side surface 2013 of the conductor 201 and is not in contact with the cell 10.

導電体201の側面2013と局所電流経路202の他方の露出面2022との間が迂回回路204によって接続されており、この迂回回路204を流れる電流を電流センサ205にて検出するようになっている。   A side circuit 2013 of the conductor 201 and the other exposed surface 2022 of the local current path 202 are connected by a bypass circuit 204, and a current flowing through the bypass circuit 204 is detected by a current sensor 205. .

上記構成において、燃料電池1からの放電電流は、電流測定装置20を通過する際に分岐して流れる。すなわち、導電体201の一方の端面2011に接するセル10から導電体201の他方の端面2012に接するセル10へ流れる電流は、導電体201のみを介して流れる電流と、局所電流経路202、迂回回路204および導電体201を介して流れる電流とに分かれる。   In the above configuration, the discharge current from the fuel cell 1 branches and flows when passing through the current measuring device 20. That is, the current flowing from the cell 10 in contact with one end face 2011 of the conductor 201 to the cell 10 in contact with the other end face 2012 of the conductor 201 is the current flowing only through the conductor 201, the local current path 202, and the detour circuit. 204 and a current flowing through the conductor 201.

そして、セル10における局所電流経路202の一方の露出面2021に対向する部位から放電される局所電流が、局所電流経路202および迂回回路204を流れ、したがって電流センサ205によってセル10の局所電流を検出することができる。   Then, the local current discharged from the portion of the local current path 202 facing the one exposed surface 2021 in the cell 10 flows through the local current path 202 and the bypass circuit 204, and thus the local current of the cell 10 is detected by the current sensor 205. can do.

図5は図2の右側から見た空気側セパレータ110の透視図である。図5に示すように、空気側セパレータ110は、空気流路20に接続される空気入口部111および空気出口部112と、空気入口部111から空気出口部112に向かって空気を流すための空気流路溝113とを備えている。なお、空気側セパレータ110は本発明の第1セパレータに相当し、空気流路溝113は本発明の酸化剤ガス流路に相当し、空気入口部111は本発明の酸化剤ガスの入口部に相当し、空気出口部112は本発明の酸化剤ガスの出口部に相当する。   FIG. 5 is a perspective view of the air-side separator 110 viewed from the right side of FIG. As shown in FIG. 5, the air-side separator 110 includes an air inlet portion 111 and an air outlet portion 112 connected to the air flow path 20, and air for flowing air from the air inlet portion 111 toward the air outlet portion 112. And a channel groove 113. The air-side separator 110 corresponds to the first separator of the present invention, the air channel groove 113 corresponds to the oxidant gas channel of the present invention, and the air inlet 111 corresponds to the oxidant gas inlet of the present invention. The air outlet 112 corresponds to the outlet of the oxidant gas of the present invention.

図6は図2の右側から見た水素側セパレータ120の透視図である。図6に示すように、水素側セパレータ120は、水素流路30に接続される水素入口部121および水素出口部122と、水素入口部121から水素出口部122に向かって水素を流すための水素流路溝123とを備えている。なお、水素側セパレータ120は本発明の第2セパレータに相当し、水素流路溝123は本発明の燃料ガス流路に相当し、水素入口部121は本発明の燃料ガスの入口部に相当し、水素出口部122は本発明の燃料ガスの出口部に相当する。   6 is a perspective view of the hydrogen-side separator 120 viewed from the right side of FIG. As shown in FIG. 6, the hydrogen separator 120 includes a hydrogen inlet 121 and a hydrogen outlet 122 connected to the hydrogen flow path 30, and hydrogen for flowing hydrogen from the hydrogen inlet 121 toward the hydrogen outlet 122. And a channel groove 123. The hydrogen separator 120 corresponds to the second separator of the present invention, the hydrogen channel groove 123 corresponds to the fuel gas channel of the present invention, and the hydrogen inlet 121 corresponds to the fuel gas inlet of the present invention. The hydrogen outlet 122 corresponds to the fuel gas outlet of the present invention.

図3、図4で示した局所電流経路202、絶縁層203、迂回回路204、電流センサ205は、電流測定装置20において、燃料電池1の局所電流を測定したい部位に対応する部位に設けられる。具体的には、局所電流経路202、絶縁層203、迂回回路204、電流センサ205は、電流測定装置20において、空気入口部111近傍(図5で符号Bを付して示す部位)に対応する部位、水素入口部121近傍(図6で符号Cを付して示す部位)に対応する部位、水素出口部122近傍(図6で符号Dを付して示す部位)に対応する部位の3箇所に設けられている。   The local current path 202, the insulating layer 203, the detour circuit 204, and the current sensor 205 shown in FIGS. 3 and 4 are provided in a part corresponding to a part of the current measuring device 20 where the local current of the fuel cell 1 is desired to be measured. Specifically, the local current path 202, the insulating layer 203, the bypass circuit 204, and the current sensor 205 correspond to the vicinity of the air inlet portion 111 (portion indicated by reference sign B in FIG. 5) in the current measuring device 20. 3 parts of a part, a part corresponding to the vicinity of the hydrogen inlet part 121 (part shown by reference numeral C in FIG. 6) and a part corresponding to the vicinity of the hydrogen outlet part 122 (part indicated by reference numeral D in FIG. 6) Is provided.

燃料電池10に供給される空気への加湿量が低下すると、MEA100の電解質膜における、空気入口部111に近い部位が乾燥する。図7は、空気湿度ψaの低下に伴って電解質膜の乾燥が発生した際の乾燥発生部における電流Iの経時変化を示すもので、電解質膜における乾燥部位ではプロトン伝導抵抗が増加して電流が低下する。   When the amount of humidification to the air supplied to the fuel cell 10 decreases, the portion of the electrolyte membrane of the MEA 100 near the air inlet 111 is dried. FIG. 7 shows the change over time of the current I in the drying generation portion when the electrolyte membrane dries as the air humidity ψa decreases. The proton conduction resistance increases at the drying portion in the electrolyte membrane and the current flows. descend.

同様に、燃料電池10に供給される水素への加湿量が低下すると、MEA100の電解質膜における水素入口部121近傍が乾燥し、乾燥部位ではプロトン伝導抵抗が増加し電流が低下する。なお、水素への加湿量の低下に伴って電解質膜の乾燥が発生した際の乾燥発生部における電流の変化は、図7に示した空気湿度ψa低下の場合と同様となる。   Similarly, when the amount of humidification to the hydrogen supplied to the fuel cell 10 decreases, the vicinity of the hydrogen inlet 121 in the electrolyte membrane of the MEA 100 is dried, and the proton conduction resistance increases and the current decreases at the dry portion. It should be noted that the change in current in the drying portion when the electrolyte membrane is dried along with the decrease in the amount of humidification to hydrogen is the same as in the case of the decrease in air humidity ψa shown in FIG.

このことから、乾燥が発生しやすい空気入口部111近傍や水素入口部121近傍の電流I、すなわち、空気入口側電流Ia・inや水素入口側電流Ih・inを測定することにより、燃料電池10の電解質膜の乾燥状態を診断することが可能である。具体的には、空気入口側電流Ia・inや水素入口側電流Ih・inが所定電流値未満の場合は、電解質膜の乾燥部位ありと推定することができる。なお、所定電流値は、電解質膜の乾燥がないときの電流値の90%程度に設定する。   From this, the fuel cell 10 is measured by measuring the current I in the vicinity of the air inlet 111 and the hydrogen inlet 121, that is, the air inlet side current Ia · in and the hydrogen inlet side current Ih · in, which are likely to be dried. It is possible to diagnose the dry state of the electrolyte membrane. Specifically, when the air inlet side current Ia · in and the hydrogen inlet side current Ih · in are less than a predetermined current value, it can be estimated that there is a dry portion of the electrolyte membrane. The predetermined current value is set to about 90% of the current value when the electrolyte membrane is not dried.

逆に、空気や水素への加湿量が過剰になった場合、電極に水分過剰な濡れ状態が発生する。その際には、水素出口部122近傍に最も液滴が滞留して水分過剰となりやすく、したがってMEA100の電極における水素出口部122に近い部位で顕著に発生しやすい。水素出口部122近傍が水分過剰となりやすい理由としては、水素入口部121から水素流路溝123を介して水素出口部122に水が輸送されることに加え、水素が消費されるため水素流量が低下しており水の排出力が低下していることが挙げられる。図8は、水素出口部122の水滴量Vwの増加に伴って電極が水分過剰状態となった際の、水分過剰部の局所電流Iの変化を示すもので、水滴量Vwの増加に伴ってガスの透過が阻害されて電池の出力が低下する。   Conversely, when the amount of humidification to air or hydrogen becomes excessive, an excessively wet state occurs in the electrode. At that time, the liquid droplets are most likely to stay in the vicinity of the hydrogen outlet portion 122 to cause excess water, and thus are prominently generated at a portion near the hydrogen outlet portion 122 in the electrode of the MEA 100. The reason why the vicinity of the hydrogen outlet 122 is likely to be excessive in water is that water is transported from the hydrogen inlet 121 to the hydrogen outlet 122 via the hydrogen channel groove 123 and hydrogen is consumed, so that the hydrogen flow rate is increased. It is reduced and the water discharge capacity is reduced. FIG. 8 shows a change in the local current I in the excess water portion when the electrode is in an excessive water state with an increase in the water drop amount Vw at the hydrogen outlet 122, and as the water drop amount Vw increases. The permeation of gas is hindered and the output of the battery decreases.

また、水素供給量が発電量に対して不足する場合も、水素出口部122近傍から水素不足が発生するため、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流が低下する。図9は、水素供給量Qhが不足した際の、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流Iの変化を示すもので、水素不足が発生すると、直ちに且つ急激に電流Iが低下する。   In addition, even when the hydrogen supply amount is insufficient with respect to the power generation amount, a shortage of hydrogen occurs from the vicinity of the hydrogen outlet portion 122, so that the current in a portion near the hydrogen outlet portion 122 in the MEA 100 decreases. FIG. 9 shows a change in the current I at a portion close to the hydrogen outlet 122 in the MEA 100 when the hydrogen supply amount Qh is insufficient. When the hydrogen shortage occurs, the current I immediately and rapidly decreases.

このことから、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流I、すなわち水素出口側電流Ih・outが、所定電流値未満の場合は、水分過剰発生または水素不足発生と推定することができる。なお、所定電流値は、水分過剰状態および水素不足状態の電流値の90%程度に設定する。   From this, when the current I near the hydrogen outlet portion 122 in the MEA 100, that is, the hydrogen outlet side current Ih · out is less than a predetermined current value, it can be estimated that water is excessively generated or hydrogen is insufficiently generated. The predetermined current value is set to about 90% of the current value in the moisture excess state and the hydrogen deficiency state.

ここで、水分過剰時および水素不足発生時は、いずれもMEA100における水素出口部122に近い部位の電流Iが低下するため、電流Iの低下要因がいずれであるかを特定する必要がある。   Here, when the water is excessive and when the hydrogen shortage occurs, the current I in the portion near the hydrogen outlet 122 in the MEA 100 decreases. Therefore, it is necessary to specify which is the cause of the decrease in the current I.

図10は、水分過剰発生時の、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流Iの変化と、水素不足発生時の、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流Iの変化を示すものである。また、図11は、水分過剰発生時および水素不足発生時の、MEA100における水素出口部122に近い部位の電流Iの低下速度(以下、電流低下速度という)を示すものである。なお、本明細書でいう電流低下速度とは、単位時間あたりの電流変化量の絶対値である。図10、図11において、実線は水分過剰発生時の特性、破線は水素不足発生時の特性であり、t1は水分過剰や水素不足が発生した時刻である。   FIG. 10 shows changes in the current I near the hydrogen outlet 122 in the MEA 100 when excessive moisture occurs, and changes in the current I near the hydrogen outlet 122 in the MEA 100 when hydrogen shortage occurs. is there. FIG. 11 shows the rate of decrease in current I (hereinafter referred to as the current rate of decrease) at a site close to the hydrogen outlet 122 in the MEA 100 when excess moisture and insufficient hydrogen occur. It should be noted that the current decrease rate in this specification is the absolute value of the current change amount per unit time. In FIGS. 10 and 11, the solid line is the characteristic at the time of excess water generation, the broken line is the characteristic at the time of hydrogen shortage occurrence, and t1 is the time when the water excess or hydrogen shortage occurs.

図10、図11に示すように、水分過剰発生時と比較すると、水素不足発生時の電流Iは急激に低下する。このことから、電流低下が発生する際の電流低下速度によって電流Iの低下要因を特定することが可能である。具体的には、水素出口側電流Ih・outが所定電流値未満で、且つ電流低下速度が所定低下速度dI1(図11参照)未満の場合は水分過剰発生と推定し、水素出口側電流Ih・outが所定電流値未満で、且つ電流低下速度が所定低下速度dI1以上の場合は水素不足発生と推定することができる。なお、所定低下速度dI1は、1.0(mA/SEC/cm2)程度に設定する。 As shown in FIGS. 10 and 11, the current I when hydrogen shortage occurs is drastically reduced as compared to when water is excessive. From this, it is possible to specify the cause of the decrease in the current I by the current decrease rate when the current decrease occurs. Specifically, when the hydrogen outlet-side current Ih · out is less than a predetermined current value and the current decrease rate is less than the predetermined decrease rate dI1 (see FIG. 11), it is estimated that moisture is excessively generated, and the hydrogen outlet-side current Ih · out When out is less than the predetermined current value and the current decrease rate is equal to or greater than the predetermined decrease rate dI1, it can be estimated that hydrogen shortage has occurred. The predetermined decrease rate dI1 is set to about 1.0 (mA / SEC / cm 2 ).

次に、上記電流測定装置20を用いた燃料電池1の出力低下要因の診断方法について説明する。   Next, a method for diagnosing the output reduction factor of the fuel cell 1 using the current measuring device 20 will be described.

まず、空気入口部111近傍に設けられた電流センサ205によって空気入口側電流Ia・inを測定する。この結果、空気入口側電流Ia・inが所定電流値未満であれば、電解質膜の乾燥部位ありと診断し、空気入口側電流Ia・inが所定電流値以上であれば、電解質膜の乾燥部位なしと診断することができる。このように電解質膜の乾燥部位ありと診断された場合には、燃料電池1に供給される空気の湿度ψaが低いと推測されるため、例えば加湿器による空気への加湿量を増加すればよい。   First, the air inlet side current Ia · in is measured by a current sensor 205 provided in the vicinity of the air inlet portion 111. As a result, if the air inlet side current Ia · in is less than the predetermined current value, it is diagnosed that the electrolyte membrane is dried. If the air inlet side current Ia · in is equal to or greater than the predetermined current value, the electrolyte membrane is dried. Can be diagnosed as none. In this way, when it is diagnosed that there is a dry part of the electrolyte membrane, it is estimated that the humidity ψa of the air supplied to the fuel cell 1 is low. For example, the amount of humidification of the air by the humidifier may be increased. .

次に、水素入口部121近傍に設けられた電流センサ205によって水素入口側電流Ih・inを測定する。この結果、水素入口側電流Ih・inが所定電流値未満であれば、電解質膜の乾燥部位ありと診断し、水素入口側電流Ih・inが所定電流値以上であれば、電解質膜の乾燥部位なしと診断することができる。このように電解質膜の乾燥部位ありと診断された場合には、燃料電池10に供給される水素への加湿量が少ないと推測されるため、例えば加湿器による水素への加湿量を増加すればよい。   Next, the hydrogen inlet side current Ih · in is measured by a current sensor 205 provided in the vicinity of the hydrogen inlet portion 121. As a result, if the hydrogen inlet-side current Ih · in is less than a predetermined current value, it is diagnosed that there is a dried portion of the electrolyte membrane. If the hydrogen inlet-side current Ih · in is equal to or greater than the predetermined current value, the dried portion of the electrolyte membrane is diagnosed. Can be diagnosed as none. In this way, when it is diagnosed that there is a dry portion of the electrolyte membrane, it is estimated that the amount of humidification to hydrogen supplied to the fuel cell 10 is small. For example, if the amount of humidification to hydrogen by a humidifier is increased, Good.

次に、水素出口部122近傍に設けられた電流センサ205によって水素出口側電流Ih・outを測定する。この結果、水素出口側電流Ih・outが所定電流値以上であれば、水分過剰または水素不足が発生していないと診断することができる。水素出口側電流Ih・outが所定電流値未満で、且つ水素出口側電流Ih・outの電流低下速度が所定低下速度未満の場合は、電極が水分過剰状態であると診断することができる。このように、電極が水分過剰状態と診断された場合には、空気や水素への加湿量が過剰、あるいは、水素流量低下による水の排出力低下と推測されるため、例えば加湿器による空気および水素への加湿量をともに減少させるとともに、水素流量を増加させればよい。   Next, the hydrogen outlet side current Ih · out is measured by a current sensor 205 provided in the vicinity of the hydrogen outlet portion 122. As a result, if the hydrogen outlet-side current Ih · out is equal to or greater than a predetermined current value, it can be diagnosed that no moisture excess or hydrogen shortage has occurred. When the hydrogen outlet side current Ih · out is less than the predetermined current value and the current decreasing rate of the hydrogen outlet side current Ih · out is less than the predetermined decreasing rate, it can be diagnosed that the electrode is in an excessive water state. Thus, when it is diagnosed that the electrode is in an excessive water state, it is estimated that the amount of humidification to air or hydrogen is excessive, or that the discharge capacity of water is reduced due to a decrease in the hydrogen flow rate. What is necessary is just to reduce the amount of humidification to hydrogen, and to increase a hydrogen flow rate.

また、水素出口側電流Ih・outが所定電流値未満で、且つ水素出口側電流Ih・outの電流低下速度が所定低下速度以上の場合は、水素供給量が不足と診断することができる。このように、水素供給量が不足と診断された場合には水素流量を増加させればよい。   Further, when the hydrogen outlet side current Ih · out is less than a predetermined current value and the current decreasing rate of the hydrogen outlet side current Ih · out is equal to or higher than the predetermined decreasing rate, it can be diagnosed that the hydrogen supply amount is insufficient. Thus, when it is diagnosed that the hydrogen supply amount is insufficient, the hydrogen flow rate may be increased.

上記した本実施形態によれば、燃料電池1に局所電流を測定可能な電流測定装置20設けることで、空気入口側電流Ia・inおよび水素入口側電流Ih・inに基づいて電解質膜の乾燥状態を診断し、水素出口側電流Ih・outと水素出口側電流Ih・outの電流低下速度とに基づいて電極の水分過剰や水素不足を診断することができる。これにより、燃料電池1の出力低下要因を適確に診断することができる。さらに、燃料電池1の出力低下要因を特定することができ、したがって出力低下要因に応じた適確な制御を行うことができる。   According to the above-described embodiment, by providing the current measuring device 20 capable of measuring the local current in the fuel cell 1, the dry state of the electrolyte membrane based on the air inlet side current Ia · in and the hydrogen inlet side current Ih · in. Thus, excess water or shortage of hydrogen in the electrode can be diagnosed based on the hydrogen outlet side current Ih · out and the current decrease rate of the hydrogen outlet side current Ih · out. Thereby, the output reduction factor of the fuel cell 1 can be diagnosed accurately. Furthermore, the output reduction factor of the fuel cell 1 can be specified, and accordingly, accurate control according to the output reduction factor can be performed.

例えば、セル10に対して水素の供給不足が発生した場合、水素出口部122での電流密度が極度に低下する。このような、水素不足の状態のまま運転すると、MEA100の電極を損傷することになるため、この状態をいち早く検知し、回避するように制御しなくてはならない。そこで、電流測定装置20で水素出口部122の近傍での局所電流を測定し、局所電流の経時変化を測定することにより、セル電圧のみでは検出が困難な水素の供給状態を診断することが可能である。これに基づいて、水素の供給状態を制御することにより、劣化の危険性がある運転状態を極力回避することが可能となる。   For example, when the supply of hydrogen to the cell 10 is insufficient, the current density at the hydrogen outlet 122 is extremely reduced. If operation is performed in such a hydrogen-deficient state, the electrodes of the MEA 100 will be damaged, and this state must be detected and controlled to avoid it as soon as possible. Therefore, by measuring the local current in the vicinity of the hydrogen outlet 122 with the current measuring device 20 and measuring the temporal change of the local current, it is possible to diagnose the hydrogen supply state that is difficult to detect only with the cell voltage. It is. Based on this, by controlling the hydrogen supply state, it is possible to avoid as much as possible the operating state that is at risk of deterioration.

また、本実施形態の電流測定装置20では、導電体201の外部に電流センサ205を設けるため、電流センサ205とセル10との干渉を回避できる。したがって、積層されたセル10間に導電体201を配置することができる。このため、電流測定装置20は、燃料電池1における任意の位置に単数あるいは複数配置することができる。   Further, in the current measuring device 20 of the present embodiment, since the current sensor 205 is provided outside the conductor 201, interference between the current sensor 205 and the cell 10 can be avoided. Therefore, the conductor 201 can be disposed between the stacked cells 10. For this reason, the current measuring device 20 can be arranged singly or plurally at an arbitrary position in the fuel cell 1.

例えば燃料電池1の中央付近のセル10は、放熱しにくいため高温になりやすく、燃料電池1の端部に近いセル10に比較して乾燥しやすい。したがって、電流測定装置20を燃料電池1の中央付近に配置することで、燃料電池1の乾燥状態を適切に診断することが可能となる。また、燃料電池1の端部に近いセル10は、放熱しやすいため低温になりやすく、水分過剰になりやすい。したがって、電流測定装置20を燃料電池1の端部付近に配置することで、燃料電池1の水分過剰状態を適切に診断することが可能となる。   For example, the cell 10 near the center of the fuel cell 1 is less likely to dissipate heat and is likely to be hot, and is easier to dry than the cell 10 near the end of the fuel cell 1. Therefore, by arranging the current measuring device 20 near the center of the fuel cell 1, it is possible to appropriately diagnose the dry state of the fuel cell 1. Moreover, since the cell 10 close to the end of the fuel cell 1 is likely to dissipate heat, the cell 10 is likely to be low in temperature and excessively moisture. Therefore, by disposing the current measuring device 20 in the vicinity of the end of the fuel cell 1, it is possible to appropriately diagnose the moisture excess state of the fuel cell 1.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る電流測定装置について説明する。上記第1実施形態では導電体201の外部にセンサ205を配置したが、本第2実施形態では、導電体211の内部にセンサを配置している。この電流測定装置21は、上記第1実施形態と同様に燃料電池1に装着して使用される。
(Second Embodiment)
A current measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the sensor 205 is arranged outside the conductor 201. However, in the second embodiment, the sensor is arranged inside the conductor 211. The current measuring device 21 is used by being attached to the fuel cell 1 as in the first embodiment.

図12は第2実施形態に係る電流測定装置21の斜視図であり、図13(a)は図12の電流測定装置21の要部の正面図であり、図13(b)は図13(a)のA−A断面図である。   FIG. 12 is a perspective view of the current measuring device 21 according to the second embodiment, FIG. 13A is a front view of the main part of the current measuring device 21 of FIG. 12, and FIG. It is AA sectional drawing of a).

図12および図13(a)に示すように、電流測定装置21は、導電性金属よりなる板状の導電体211を備えている。導電体211はセル10(図1参照)間に挿入されることにより、導電体211におけるセル積層方向の一方の端面2111および他方の端面はセル10に接触するようになっている。導電体211の一方の端面2111には、ロの字状の溝2112によって囲まれた直方体の柱状部2113が形成され、この柱状部2113の端面もセル10に接触するようになっている。なお、図12に示す例では溝2112をロの字状とし、柱状部2113を直方体状としたが、これに限らず、例えば溝2112を円状、柱状部2113を円柱状のような他の形状にすることもできる。   As shown in FIGS. 12 and 13A, the current measuring device 21 includes a plate-like conductor 211 made of a conductive metal. The conductor 211 is inserted between the cells 10 (see FIG. 1), so that one end surface 2111 and the other end surface of the conductor 211 in the cell stacking direction are in contact with the cell 10. A rectangular parallelepiped columnar part 2113 surrounded by a square-shaped groove 2112 is formed on one end surface 2111 of the conductor 211, and the end surface of the columnar part 2113 is also in contact with the cell 10. In the example shown in FIG. 12, the groove 2112 has a square shape and the columnar portion 2113 has a rectangular parallelepiped shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the groove 2112 has a circular shape and the columnar portion 2113 has a cylindrical shape. It can also be shaped.

溝2112には、柱状部2113を囲むようにして鉄心212が配置され、図13(a)、(b)に示すように、鉄心212の両端部間にホール素子213が配置されている。なお、鉄心212とホール素子213とにより、本発明の磁気センサを構成している。   In the groove 2112, an iron core 212 is arranged so as to surround the columnar part 2113, and as shown in FIGS. 13A and 13B, Hall elements 213 are arranged between both ends of the iron core 212. The iron core 212 and the Hall element 213 constitute the magnetic sensor of the present invention.

導電体211には、溝2112を外部とを連通させるように、ホール素子213のリード線213aを外部に取り出すための溝2114が形成されている。さらに導電体211には、空気入口側通路2115、空気出口側通路2116、水素入口側通路2117、水素出口側通路2118が形成されている。   A groove 2114 for taking out the lead wire 213a of the Hall element 213 to the outside is formed in the conductor 211 so that the groove 2112 communicates with the outside. Further, an air inlet side passage 2115, an air outlet side passage 2116, a hydrogen inlet side passage 2117, and a hydrogen outlet side passage 2118 are formed in the conductor 211.

上記構成において、セル10における柱状部2113に対向する部位から放電される局所電流が柱状部2113に流れると、その電流に比例した磁界が柱状部2113の周囲に発生する。ホール素子213は、局所電流によって発生した磁界を検出し、電圧に変換する。したがって、鉄心212部の磁界の強さをホール素子213にて測定することにより、柱状部2113を流れる電流、ひいてはセル10の局所電流を検出することができる。   In the above configuration, when a local current discharged from a portion of the cell 10 facing the columnar part 2113 flows through the columnar part 2113, a magnetic field proportional to the current is generated around the columnar part 2113. The Hall element 213 detects a magnetic field generated by the local current and converts it into a voltage. Therefore, by measuring the strength of the magnetic field of the iron core 212 part with the Hall element 213, the current flowing through the columnar part 2113 and thus the local current of the cell 10 can be detected.

上記本実施形態によれば、電流測定装置21によりセル10の局所電流を検出することができる。そして、セル10の局所電流を検出することにより、燃料電池1の運転中の異常発生要因を特定することが可能になる。   According to the present embodiment, the local current of the cell 10 can be detected by the current measuring device 21. Then, by detecting the local current of the cell 10, it is possible to specify the cause of the abnormality during the operation of the fuel cell 1.

また、異常発生時の電流変化は電圧変化よりも早期に且つ顕著に現れるため、電流を測定することにより異常を早期に検知することができる。   Moreover, since the current change at the time of occurrence of an abnormality appears earlier and more remarkably than the voltage change, the abnormality can be detected at an early stage by measuring the current.

また、磁気センサを構成する鉄心212とホール素子213が溝2112に収納されているため、磁気センサとセル10との干渉を回避できる。したがって、積層されたセル10間に導電体211を配置することができる。   Further, since the iron core 212 and the hall element 213 constituting the magnetic sensor are housed in the groove 2112, interference between the magnetic sensor and the cell 10 can be avoided. Therefore, the conductor 211 can be disposed between the stacked cells 10.

磁気センサとして、ホール素子の他にMR素子、MI素子、フラックスゲート等を用いることができる。図14(a)にセンサ素子214としてMR素子あるいはMI素子を用いた場合の電流測定装置21の要部の正面図を示し、図14(b)に図14(a)のA−A断面図を示す。ホール素子213の場合には、長手方向が鉄心212に対して直交するように配置する必要があるが(図13(b)参照)、センサ素子214としてMR素子やMI素子を用いる場合には、長手方向が鉄心212に対して平行となるように配置できる(図14(b)参照)。したがって、センサ素子としてMR素子やMI素子を用いる場合には、ホール素子を用いる場合に比較して、導電体211の厚みを薄くすることができ、電流測定装置21の厚みを薄くすることができる。   As a magnetic sensor, an MR element, an MI element, a flux gate, etc. can be used in addition to a Hall element. FIG. 14 (a) shows a front view of the main part of the current measuring device 21 when an MR element or MI element is used as the sensor element 214, and FIG. 14 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 14 (a). Indicates. In the case of the Hall element 213, it is necessary to arrange the longitudinal direction so as to be orthogonal to the iron core 212 (see FIG. 13B), but when an MR element or MI element is used as the sensor element 214, It can arrange | position so that a longitudinal direction may become parallel with respect to the iron core 212 (refer FIG.14 (b)). Therefore, when the MR element or the MI element is used as the sensor element, the thickness of the conductor 211 can be reduced and the thickness of the current measuring device 21 can be reduced as compared with the case where the Hall element is used. .

なお、電流測定装置は、セル10を構成するセパレータ110、120に組み込むことができる。すなわち、セパレータ110、120に、溝によって囲まれた直方体の柱状部を形成し、その溝に鉄心およびホール素子を配置する。それによると、鉄心部の磁界の強さをホール素子にて測定することにより、柱状部を流れる電流、ひいてはセル10の局所電流を検出することができる。また、この場合はセパレータ110、120を利用するため、板状の導電体を新たに設ける必要がない。   The current measuring device can be incorporated in the separators 110 and 120 that constitute the cell 10. That is, a rectangular parallelepiped columnar portion surrounded by a groove is formed in the separators 110 and 120, and an iron core and a Hall element are disposed in the groove. According to this, by measuring the strength of the magnetic field of the iron core portion with the Hall element, it is possible to detect the current flowing through the columnar portion and thus the local current of the cell 10. In this case, since the separators 110 and 120 are used, it is not necessary to newly provide a plate-like conductor.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態の電流測定装置22は、上記第2実施形態の導電体を2枚張り合わせた構成となっている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The current measuring device 22 of the third embodiment has a configuration in which two conductors of the second embodiment are bonded together.

図15は第3実施形態に係る電流測定装置22の斜視図であり、図16(a)は第1の導電体221の正面図であり、図16(b)は第2の導電体222の正面図であり、図16は図15、図16のB−B断面図である。   FIG. 15 is a perspective view of the current measuring device 22 according to the third embodiment, FIG. 16A is a front view of the first conductor 221, and FIG. 16B is a diagram of the second conductor 222. 16 is a front view, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIGS. 15 and 16.

図15〜図17に示すように、本第3実施形態の電流測定装置22は、2枚の導電体221、222を有している。図16(a)、(b)に示すように、各導電体221、222の一方の端面2211、2221には、ロの字状の溝2212、2222、柱状部2213、2223、ホール素子のリード線224aの外部に取り出し用の溝2214、2224、空気入口側通路2215、2225、空気出口側通路2216、2226、水素入口側通路2117、2227、水素出口側通路2218、2228が形成されている。これらは、柱状部2213、2223等が形成された端面2211、2221同士を張り合わせた際に対応する位置となるように形成されている。   As shown in FIGS. 15 to 17, the current measuring device 22 of the third embodiment has two conductors 221 and 222. As shown in FIGS. 16A and 16B, one end surfaces 2211 and 2221 of the respective conductors 221 and 222 are formed in square-shaped grooves 2212 and 2222, columnar portions 2213 and 2223, and leads of Hall elements. Outlet grooves 2214 and 2224, air inlet side passages 2215 and 2225, air outlet side passages 2216 and 2226, hydrogen inlet side passages 2117 and 2227, and hydrogen outlet side passages 2218 and 2228 are formed outside the wire 224a. These are formed so as to correspond to positions when the end surfaces 2211 and 2221 formed with the columnar portions 2213 and 2223 are bonded to each other.

図17に示すように、鉄心223と、ホール素子(図示せず)は、2枚の導電体221、222を張り合わせた際に、ロの字状の溝2212、2222で形成される空間内に配置される。鉄心223とホール素子は、絶縁性を有する接着剤等を用いてロの字状の溝2212、2222で形成される空間内で接着され固定されている。これにより、ロの字状の溝2212、2222、柱状部2213、2223、鉄心223、ホール素子は外部に露出しない。   As shown in FIG. 17, the iron core 223 and the Hall element (not shown) are placed in a space formed by the square-shaped grooves 2212 and 2222 when the two conductors 221 and 222 are bonded together. Be placed. The iron core 223 and the Hall element are bonded and fixed in a space formed by the square-shaped grooves 2212 and 2222 using an insulating adhesive or the like. Thereby, the square-shaped grooves 2212 and 2222, the columnar portions 2213 and 2223, the iron core 223, and the Hall element are not exposed to the outside.

電流測定装置22をセル10間に配置した際に、電流測定装置22はセパレータ110、120で挟まれるが、これらのセパレータ110、120の表面には通常、冷却水が流れる溝状の冷却水流路が形成されている。このとき、セパレータ110、120の表面にロの字状の溝2212、2222等が接触する構成では、これらを迂回してセパレータ110、120の冷却水流路を設計する必要があり、冷却水流路の設計の自由度が小さくなる。そこで、本実施形態のようにロの字状の溝2212、2222等を露出しないようにすることで、セパレータ110、120の表面における冷却水流路の設計の自由度を大きくすることができる。   When the current measuring device 22 is arranged between the cells 10, the current measuring device 22 is sandwiched between the separators 110 and 120, and a groove-like cooling water flow channel in which cooling water normally flows on the surfaces of these separators 110 and 120. Is formed. At this time, in the configuration in which the U-shaped grooves 2212, 2222, etc. are in contact with the surfaces of the separators 110, 120, it is necessary to design the cooling water flow path of the separators 110, 120 by bypassing them. Design freedom is reduced. Therefore, by not exposing the square-shaped grooves 2212, 2222 and the like as in the present embodiment, the degree of freedom in designing the cooling water channel on the surfaces of the separators 110, 120 can be increased.

また、鉄心223を2枚の導電体221、222の間に形成される空間内に配置することで、鉄心223に荷重がかからなくなり、歪みが発生することを防止できる。これにより、歪みに起因する磁性材料の磁気特性の劣化を防止することができる。   In addition, by placing the iron core 223 in a space formed between the two conductors 221, 222, it is possible to prevent the iron core 223 from being loaded and to be distorted. Thereby, it is possible to prevent the deterioration of the magnetic characteristics of the magnetic material due to the distortion.

図18、図19は本実施形態の電流測定装置21の変形例を示している。図18は図16に対応し、図19は図17に対応している。図18、図19に示すように、第2の導電体221のみにロの字状の溝2212、柱状部2213を形成し、第1の導電体221にはロの字状の溝、柱状部を形成しない構成においても、両方の導電体221、222にロの字状の溝等を形成した構成と同様の効果を得ることができる。   18 and 19 show a modification of the current measuring device 21 of the present embodiment. 18 corresponds to FIG. 16, and FIG. 19 corresponds to FIG. As shown in FIGS. 18 and 19, a U-shaped groove 2212 and a columnar portion 2213 are formed only in the second conductor 221, and a B-shaped groove and a columnar portion are formed in the first conductor 221. Even in the configuration in which the groove is not formed, it is possible to obtain the same effect as the configuration in which the two conductors 221 and 222 are formed with a square groove or the like.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本第4実施形態は、上記第3実施形態の電流測定装置22の構成において、鉄心とホール素子を固定するための緩衝材を設けた点が異なるものである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is different from the configuration of the current measuring device 22 of the third embodiment in that a buffer material for fixing the iron core and the Hall element is provided.

図20は図15のB−B断面図である。図20に示すように、本実施形態の電流測定装置22では、2枚の導電体221、222を張り合わせた際に、ロの字状の溝2212、2222で形成される空間内に緩衝材225が充填されている。鉄心223とホール素子(図示せず)は、ロの字状の溝2212、2222で形成される空間内において、緩衝材225により固定される。緩衝材225としては、例えば一般的な弾性部材であるゴム等を用いることができる。   20 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. As shown in FIG. 20, in the current measuring device 22 of the present embodiment, when the two conductors 221 and 222 are bonded together, the buffer material 225 is formed in the space formed by the square-shaped grooves 2212 and 2222. Is filled. The iron core 223 and the Hall element (not shown) are fixed by a cushioning material 225 in a space formed by the square-shaped grooves 2212 and 2222. As the buffer material 225, for example, rubber which is a general elastic member can be used.

鉄心223と溝2212、2222との間は絶縁する必要があるので、緩衝材225として絶縁性弾性部材を用いるか、あるいは緩衝材225として導電性の弾性部材を用いる場合には、鉄心223や溝2212、2222に絶縁性被膜を設ける等して絶縁処理を行う。   Since it is necessary to insulate between the iron core 223 and the grooves 2212 and 2222, when using an insulating elastic member as the buffer material 225 or using a conductive elastic member as the buffer material 225, the iron core 223 or the groove Insulating treatment is performed by providing insulating films 2212 and 2222.

本実施形態のように、緩衝材225を用いて鉄心223とホール素子を固定することで、鉄心223とホール素子がロの字状の溝2212、2222で形成される空間内でがたつくことを防止できる。これにより、鉄心223の歪みの発生を防止でき、磁気特性の劣化を防止することが可能となる。   As in this embodiment, by fixing the iron core 223 and the hall element using the buffer material 225, the iron core 223 and the hall element are prevented from rattling in the space formed by the square-shaped grooves 2212 and 2222. it can. Thereby, generation | occurrence | production of the distortion of the iron core 223 can be prevented and it becomes possible to prevent deterioration of a magnetic characteristic.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本第5実施形態は、上記第4実施形態の電流測定装置22の構成において、2枚の導電体221、222の間に弾性体を設けた点が異なるものである。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The fifth embodiment is different from the current measuring device 22 of the fourth embodiment in that an elastic body is provided between two conductors 221 and 222.

図21は図15のB−B断面図である。図21に示すように、本実施形態の電流測定装置22では、第1の導電体221と第2の導電体222の間に、導電性を有する弾性体226が設けられている。導電性を有する弾性体226としては、導電材料(例えばカーボン)の粉体をゴムに混入した導電性弾性部材を用いる。   21 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. As shown in FIG. 21, in the current measuring device 22 of this embodiment, an elastic body 226 having conductivity is provided between the first conductor 221 and the second conductor 222. As the elastic body 226 having conductivity, a conductive elastic member in which powder of a conductive material (for example, carbon) is mixed with rubber is used.

本実施形態のように、2枚の導電体221、222の間に導電性を有する弾性体226を設けることで、セル10や電流測定装置22の加工誤差や組み付け誤差によるばらつきを吸収することができる。さらに、温度変化に伴う熱歪みを吸収することもできる。これにより、セル10と導電体221、222との間の接触を良好にすることができ、これらの間に生ずる接触抵抗を低減することができる。   As in this embodiment, by providing an elastic body 226 having conductivity between the two conductors 221, 222, it is possible to absorb variations due to processing errors and assembly errors of the cell 10 and the current measuring device 22. it can. Furthermore, it is possible to absorb thermal strain accompanying temperature changes. Thereby, the contact between the cell 10 and the conductors 221 and 222 can be improved, and the contact resistance generated between them can be reduced.

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。本第5実施形態は、上記第1実施形態の燃料電池1の構成において、電流測定装置20を挟み込むように弾性体を設けた点が異なるものである。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The fifth embodiment is different from the configuration of the fuel cell 1 of the first embodiment in that an elastic body is provided so as to sandwich the current measuring device 20.

図22は、本実施形態の燃料電池1の全体構成を示す側面図である。図22に示すように、本実施形態では電流測定装置20の両側において、セル10と電流測定装置20との間に導電性を有する弾性体12、13を設けている。導電性を有する弾性体12、13としては、導電材料(例えばカーボン)の粉体をゴムに混入した導電性弾性部材を用いる。   FIG. 22 is a side view showing the overall configuration of the fuel cell 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 22, in this embodiment, conductive elastic bodies 12 and 13 are provided between the cell 10 and the current measuring device 20 on both sides of the current measuring device 20. As the elastic bodies 12 and 13 having conductivity, conductive elastic members in which powder of a conductive material (for example, carbon) is mixed in rubber are used.

本実施形態のように、セル10と電流測定装置20の間に導電性を有する弾性体12、13を設けることで、セル10や電流測定装置20の加工誤差や組み付け誤差によるばらつきを吸収することができる。さらに、温度変化に伴う熱歪みを吸収することもできる。これにより、セル10と導電体221、222との間の接触を良好にすることができ、これらの間に生ずる接触抵抗を低減することができる。   As in this embodiment, by providing the elastic bodies 12 and 13 having conductivity between the cell 10 and the current measuring device 20, variations due to processing errors and assembly errors of the cell 10 and the current measuring device 20 can be absorbed. Can do. Furthermore, it is possible to absorb thermal strain accompanying temperature changes. Thereby, the contact between the cell 10 and the conductors 221 and 222 can be improved, and the contact resistance generated between them can be reduced.

(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態では、電流測定装置でセル面内の発電ばらつき検出している。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, power generation variation in the cell plane is detected by the current measuring device.

図23は第7実施形態に係る電流測定装置23を用いた検査装置の構成図、図24は図23の電流測定装置23の斜視図、図25(a)は図24の電流測定装置23およびセル10の右側面図、図25(b)は電流測定装置23およびセル10の上面図、図26は局所電流測定箇所毎の電流値の測定結果例を示す図、図27は図26の測定結果に基づいて求めたセル内の電流分布を示す図である。   23 is a configuration diagram of an inspection apparatus using the current measuring device 23 according to the seventh embodiment, FIG. 24 is a perspective view of the current measuring device 23 in FIG. 23, and FIG. 25 (a) is a diagram of the current measuring device 23 in FIG. 25 is a right side view of the cell 10, FIG. 25B is a top view of the current measuring device 23 and the cell 10, FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a current value for each local current measurement point, and FIG. 27 is a measurement of FIG. It is a figure which shows the electric current distribution in the cell calculated | required based on the result.

上記「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、燃料電池1のセル面内の加工ばらつきが大きい場合には、電流密度のばらつきが大きくなり、劣化速度が速くなってしまう。そして、積層されたセルの一部に加工ばらつきが大きいセルが存在すると、そのセルが早期に発電不能となるため、他のセルは正常でも電池スタックとしては運転が不能になる。   As described above in the section “Problems to be Solved by the Invention”, when the processing variation in the cell surface of the fuel cell 1 is large, the variation in the current density is large, and the deterioration rate is increased. If a cell having a large processing variation exists in a part of the stacked cells, the cell becomes unable to generate power at an early stage. Therefore, even if other cells are normal, the battery stack cannot be operated.

また、セルが多数積層されて構成された二次電池やキャパシタなどの大面積の電力貯蔵手段においては、製造工程において例えば電極の接合不良があった場合、その部分の抵抗が増大するため、セルの面内に電流のばらつきが発生する。局所的に発電特性の悪い部分が存在すると、そのセルの特性はセルの面内の電流ばらつきが少ないセルに比べて早く劣化する。しかし、単に電流−電圧特性をチェックするのみでは、局所的な発電ばらつきが大きいセルを検出することができない。そのため、セルが多数積層されて構成された二次電池やキャパシタにおいては、寿命の異なるセルが混在することになり、アセンブリとしての信頼性が低下する。   In addition, in a large-area power storage means such as a secondary battery or a capacitor formed by stacking a large number of cells, if there is an electrode joint failure in the manufacturing process, for example, the resistance of that portion increases. Variations in current occur in the plane of. If there is a portion where the power generation characteristics are locally present, the characteristics of the cell deteriorate faster than those of a cell with less current variation in the plane of the cell. However, it is not possible to detect a cell having a large local power generation variation simply by checking the current-voltage characteristics. Therefore, in a secondary battery or a capacitor configured by stacking a large number of cells, cells having different lifetimes are mixed, and reliability as an assembly is lowered.

そこで、本実施形態は、図23の検査装置によりセル毎の電流密度分布を測定して、電流ばらつきが少ないセルのみを選別するようにしたものである。   Therefore, in the present embodiment, the current density distribution for each cell is measured by the inspection apparatus of FIG. 23, and only the cells with little current variation are selected.

図23において、燃料電池1、あるいは二次電池やキャパシタなどの電力貯蔵手段における1つのセル10と、電流測定装置23とが、コの字状の検査用治具30内に隣接して配置される。セル10と電流測定装置23は、検査用治具30に対して相対移動可能な押し付け部材31により検査用治具30に押し付けられる。セル10には、電力を消費する負荷装置32が接続される。   In FIG. 23, one cell 10 in the power storage means such as the fuel cell 1 or a secondary battery or a capacitor, and a current measuring device 23 are arranged adjacent to each other in a U-shaped inspection jig 30. The The cell 10 and the current measuring device 23 are pressed against the inspection jig 30 by a pressing member 31 that can move relative to the inspection jig 30. A load device 32 that consumes power is connected to the cell 10.

本実施形態の電流測定装置23は、セル10内の多数の箇所の局所電流を測定するために、第1実施形態の電流測定装置20における、局所電流経路202、絶縁層203、迂回回路204、および電流センサ205に相当するものを、多数備えている。   The current measurement device 23 of the present embodiment measures the local currents at a number of locations in the cell 10, the local current path 202, the insulating layer 203, the bypass circuit 204 in the current measurement device 20 of the first embodiment, A large number of devices corresponding to the current sensor 205 are provided.

すなわち、図24および図25に示すように、電流測定装置23は、導電性金属よりなる板状の1枚の導電体231、導電体231内に設けられた導電性金属よりなる多数(本例では8個)の局所電流経路2321〜2328、導電体231と各局所電流経路2321〜2328との間を絶縁する絶縁性樹脂よりなる絶縁層(図示せず)、導電体231および局所電流経路2321〜2328の外部にて導電体231と各局所電流経路2321〜2328との間を接続する迂回回路2341〜2348、各迂回回路2341〜2348中に配置された電流センサ2351〜2358を備えている。   That is, as shown in FIG. 24 and FIG. 25, the current measuring device 23 includes a plate-like conductor 231 made of a conductive metal, and a large number of conductive metals provided in the conductor 231 (this example). 8) local current paths 2321 to 2328, an insulating layer (not shown) made of an insulating resin that insulates between the conductor 231 and each of the local current paths 2321 to 2328, the conductor 231 and the local current paths 2321. ˜ 2328 are provided with detour circuits 2341 to 2348 that connect between the conductor 231 and each of the local current paths 2321 to 2328 and current sensors 2351 to 2358 arranged in the respective detour circuits 2341 to 2348.

導電体231における一端面2311に、各局所電流経路2321〜2328の一端面が露出していて、導電体231の一端面2311および各局所電流経路2321〜2328の露出面が、セル10に接触するようになっている。   One end surface of each local current path 2321 to 2328 is exposed on one end surface 2311 of the conductor 231, and one end surface 2311 of the conductor 231 and the exposed surface of each local current path 2321 to 2328 are in contact with the cell 10. It is like that.

そして、セル10における8カ所の局所電流が、各局所電流経路2321〜2328および各迂回回路2341〜2348をそれぞれ流れ、したがって電流センサ2351〜2358によってセル10の8カ所の局所電流を検出することができる。   Then, the eight local currents in the cell 10 flow through the local current paths 2321 to 2328 and the bypass circuits 2341 to 2348, respectively. Therefore, the local currents in the eight locations of the cell 10 can be detected by the current sensors 2351 to 2358. it can.

図26および図27において、縦軸のaはセル10において第1電流センサ2351にて局所電流が検出される部位、縦軸のbはセル10において第2電流センサ2352にて局所電流が検出される部位、縦軸のcはセル10において第3電流センサ2353にて局所電流が検出される部位、縦軸のdはセル10において第4電流センサ2354にて局所電流が検出される部位である。   26 and FIG. 27, the vertical axis a indicates the portion where the local current is detected by the first current sensor 2351 in the cell 10, and the vertical axis b indicates the local current detected by the second current sensor 2352 in the cell 10. The vertical axis c is a part where the third current sensor 2353 detects a local current in the cell 10, and the vertical axis d is a part where the fourth current sensor 2354 is detected in the cell 10. .

図26および図27に示す例では、セル10において第4電流センサ2354にて局所電流が検出される部位dの電流値が他の部位a〜cの電流値に比べて著しく低く、このように電流ばらつきが大きい場合はそのセルは品質に問題ありと判定し、使用を禁止する。したがって、電流ばらつきが少ないセルのみで燃料電池や電力貯蔵手段が構成されるため、これらの信頼性が向上する。   In the example shown in FIG. 26 and FIG. 27, the current value of the part d where the local current is detected by the fourth current sensor 2354 in the cell 10 is remarkably lower than the current values of the other parts ac. If the current variation is large, the cell is judged to have a quality problem and its use is prohibited. Therefore, since the fuel cell and the power storage means are configured by only cells with little current variation, the reliability thereof is improved.

(第8実施形態)
図28は本発明の第8実施形態に係る電流測定装置23の斜視図、図29は図28の電流測定装置24の要部の正面図である。本実施形態の電流測定装置24は、第7実施形態における電流測定装置23の代わりに用いることができる。
(Eighth embodiment)
FIG. 28 is a perspective view of a current measuring device 23 according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 29 is a front view of a main part of the current measuring device 24 of FIG. The current measurement device 24 of this embodiment can be used in place of the current measurement device 23 of the seventh embodiment.

本実施形態の電流測定装置24は、第2実施形態の電流測定装置21における、溝2112、柱状部2113、鉄心212、およびホール素子213に相当するものを、多数備えている。   The current measuring device 24 of this embodiment includes a number of devices corresponding to the grooves 2112, the columnar portion 2113, the iron core 212, and the Hall element 213 in the current measuring device 21 of the second embodiment.

すなわち、図28に示すように、電流測定装置24は、導電性金属よりなる板状の1枚の導電体241を備え、導電体241におけるセルとの接触面2411側に、ロの字状の溝2412によって囲まれた直方体の柱状部2413が多数(本例では15個)形成されている。また、図29に示すように、各溝2412には、各柱状部2413を囲むようにして鉄心242が配置され、鉄心242の両端部間にホール素子243が配置されている。なお、鉄心242とホール素子243とにより、本発明の磁気センサを構成している。   That is, as shown in FIG. 28, the current measuring device 24 includes a single plate-like conductor 241 made of a conductive metal, and a rectangular shape is formed on the contact surface 2411 side of the conductor 241 with the cell. A large number (15 in this example) of rectangular parallelepiped columns 2413 surrounded by the grooves 2412 are formed. Further, as shown in FIG. 29, an iron core 242 is disposed in each groove 2412 so as to surround each columnar portion 2413, and a hall element 243 is disposed between both ends of the iron core 242. The iron core 242 and the hall element 243 constitute a magnetic sensor of the present invention.

この電流測定装置24を、図23の検査装置の電流測定装置23の代わりに用いた場合、セル10における各柱状部2413に対向する部位から放電される各部の局所電流が対応する柱状部2413に流れ、その電流に比例した磁界が各柱状部2413の周囲に発生する。したがって、各鉄心242部の磁界の強さを各ホール素子243にて測定することにより、各柱状部2413を流れる電流、ひいてはセル10の各部の局所電流を検出することができる。そして、このようにして検出した15カ所の局所電流のばらつき度合いに基づいて、そのセルは品質に問題があるか否かを判定することができる。   When this current measuring device 24 is used in place of the current measuring device 23 of the inspection device of FIG. 23, the local current of each part discharged from the portion facing the columnar part 2413 in the cell 10 corresponds to the corresponding columnar part 2413. A magnetic field proportional to the current flows and is generated around each columnar portion 2413. Therefore, by measuring the strength of the magnetic field of each iron core 242 with each Hall element 243, it is possible to detect the current flowing through each columnar portion 2413 and thus the local current in each portion of the cell 10. Then, based on the degree of variation of the 15 local currents detected in this way, it can be determined whether or not the cell has a quality problem.

(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、燃料電池として固体高分子型電解質膜を備えるものを用いたが、これに限らず、本発明は例えば無機材料系の電解質を備える燃料電池にも適用可能である。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the fuel cell including the solid polymer electrolyte membrane is used. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to, for example, a fuel cell including an inorganic material electrolyte.

本発明の第1実施形態に係る電流測定装置を装着した燃料電池の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell equipped with a current measuring device according to a first embodiment of the present invention. 図1の燃料電池の側面図である。It is a side view of the fuel cell of FIG. 図1の電流測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the electric current measurement apparatus of FIG. (a)は図1の電流測定装置における板部の正面図、(b)は板部の右側面図、(c)は(a)のA−A線に沿う断面図、(d)は(a)のB−B線に沿う断面図である。(A) is a front view of the plate portion in the current measuring device of FIG. 1, (b) is a right side view of the plate portion, (c) is a cross-sectional view taken along line AA of (a), and (d) is ( It is sectional drawing which follows the BB line of a). 空気側セパレータの透視図である。It is a perspective view of an air side separator. 水素側セパレータの透視図である。It is a perspective view of a hydrogen side separator. 電解質膜の乾燥が発生した際の電流Iの変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the electric current I when drying of an electrolyte membrane generate | occur | produced. 水素出口部の水滴量増加による水分過剰状態が発生した際の電流Iの変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the electric current I at the time of the water | moisture-content excess state by the increase in the amount of water droplets of a hydrogen exit part. 水素供給量が不足した際の電流Iの変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the electric current I when hydrogen supply amount is insufficient. 水分過剰時および水素不足時の電流Iの変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the electric current I at the time of water | moisture content excess and hydrogen shortage. 水分過剰時および水素不足時の電流Iの低下速度を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the fall rate of the electric current I at the time of water | moisture content excess and hydrogen shortage. 第2実施形態に係る電流測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the electric current measurement apparatus which concerns on 2nd Embodiment. (a)は図12の電流測定装置の要部の正面図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。(A) is a front view of the principal part of the electric current measuring apparatus of FIG. 12, (b) is AA sectional drawing of (a). (a)は図12の電流測定装置の要部の正面図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。(A) is a front view of the principal part of the electric current measuring apparatus of FIG. 12, (b) is AA sectional drawing of (a). 第3実施形態に係る電流測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the electric current measurement apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図15の導電材の平面図である。FIG. 16 is a plan view of the conductive material of FIG. 15. 図15のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 図15の導電材の平面図である。FIG. 16 is a plan view of the conductive material of FIG. 15. 図15のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 第4実施形態に係る図15のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 15 which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る図15のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 15 which concerns on 5th Embodiment. 第6実施形態に係る燃料電池の側面図である。It is a side view of the fuel cell concerning a 6th embodiment. 第7実施形態に係る電流測定装置を用いた検査装置の構成図である。It is a block diagram of the test | inspection apparatus using the electric current measurement apparatus which concerns on 7th Embodiment. 図23の電流測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the electric current measurement apparatus of FIG. (a)は図24の電流測定装置およびセルの右側面図、(b)は電流測定装置およびセルの上面図である。(A) is a right side view of the current measuring device and cell of FIG. 24, and (b) is a top view of the current measuring device and cell. 局所電流測定箇所毎の電流値の測定結果例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement result of the electric current value for every local current measurement location. 図26の測定結果に基づいて求めたセル内の電流分布を示す図である。It is a figure which shows the electric current distribution in the cell calculated | required based on the measurement result of FIG. 第8実施形態に係る電流測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the electric current measurement apparatus which concerns on 8th Embodiment. 図28の電流測定装置の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of the electric current measurement apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池(電力機器)、10…セル、20、21、22、23…電流測定装置、201、221、222…導電体、2112、2212、2222、2412…溝、2113、2213、2223、2413…柱状部、212、223、242…鉄心、213、243…ホール素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell (electric power apparatus), 10 ... Cell, 20, 21, 22, 23 ... Current measuring device, 201, 221, 222 ... Conductor, 2112, 2212, 2222, 2412 ... Groove, 2113, 2213, 2223, 2413 ... columnar parts, 212, 223, 242 ... iron cores, 213, 243 ... Hall elements.

Claims (6)

酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセル(10)が複数積層された燃料電池(1)の電流を測定する電流測定装置であって、
積層された前記セル間に配置され、前記セルからの電流が流れる板状の導電体(211、221)と、
前記導電体において、溝(212、222)に囲まれるように設けられた柱状部(213、223)と、
前記溝に設けられ、前記柱状部の周囲に発生した磁界の強さを測定する磁気センサ(212、213、223)と
前記導電体(221)における前記柱状部が設けられた面に接するように設けられた第2の導電体(222)とを備え、
前記柱状部および前記磁気センサは、前記導電体において、前記セル内の乾燥しやすい部位、水分過剰となりやすい部位あるいは燃料ガスが不足しやすい部位の少なくとも1つに対応する部位に設けられており、
前記磁気センサは、前記導電体と前記第2の導電体との間に前記溝によって形成される空間に位置するとともに、前記柱状部に電流が流れることで前記柱状部の周囲に発生する磁界の強さを測定し、測定した磁界の強さを電圧に変換することで、前記柱状部に流れる電流を測定することを特徴とする電流測定装置。
A current measuring device for measuring a current of a fuel cell (1) in which a plurality of cells (10) for generating electric energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked,
Plate-shaped conductors (211 and 221) that are arranged between the stacked cells and through which current from the cells flows,
In the conductor, columnar parts (2 2 13, 22 2 3) provided so as to be surrounded by the grooves (2 2 12, 22 2 2),
A magnetic sensor (212, 213, 223) that is provided in the groove and measures the strength of a magnetic field generated around the columnar portion ;
A second conductor (222) provided so as to be in contact with a surface of the conductor (221) where the columnar portion is provided ;
The columnar part and the magnetic sensor are provided in a part corresponding to at least one of a part that is easily dried in the cell, a part that tends to be excessive in water, or a part that is short of fuel gas in the conductor ,
The magnetic sensor is located in a space formed by the groove between the conductor and the second conductor, and a magnetic field generated around the columnar part when a current flows through the columnar part. A current measuring apparatus for measuring a current flowing through the columnar part by measuring the strength and converting the measured magnetic field strength into a voltage .
前記導電体と前記第2の導電体との間には、導電性を有する弾性体(226)が設けられていることを特徴とする請求項に記載の電流測定装置。 The current measuring device according to claim 1 , wherein an elastic body (226) having conductivity is provided between the conductor and the second conductor. 前記溝には前記磁気センサを固定するための緩衝材(225)が設けられており、前記溝と前記磁気センサとの間は絶縁処理が施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。 Wherein and the groove cushioning material for fixing (225) is provided to the magnetic sensor, between the groove and the magnetic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that it is subjected insulating treatment The current measuring device according to 1. 前記磁気センサは、前記溝において接着されて固定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。 The magnetic sensor includes a current measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that it is fixed by adhesive in the groove. 前記セルと前記導電体との間には、導電性を有する弾性体(12、13)が設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の電流測定装置。 The current measuring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein an elastic body (12, 13) having conductivity is provided between the cell and the conductor. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを発生させるセル(10)が複数積層された燃料電池の電流を測定する電流測定装置であって、
前記セルにおいて、電解質膜の両側に一対の電極が配置された電解質・電極接合体(111)の外側に配置され、前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路および前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路の少なくとも一方が形成されている導電性のセパレータ(110、120)と、
前記セパレータにおいて、溝に囲まれるように設けられた柱状部と、
前記溝に設けられ、前記柱状部に発生した磁界の強さを測定する磁気センサとを備え、
前記柱状部および前記磁気センサは、前記セパレータにおいて、前記セル内の乾燥しやすい部位、水分過剰となりやすい部位あるいは燃料ガスが不足しやすい部位の少なくとも1つの部位に設けられており、
前記磁気センサは、前記柱状部に電流が流れることで前記柱状部の周囲に発生する磁界の強さを測定し、測定した磁界の強さを電圧に変換することで、前記柱状部に流れる電流を測定することを特徴とする電流測定装置。
A current measuring device for measuring a current of a fuel cell in which a plurality of cells (10) for generating electric energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked,
In the cell, the fuel gas flow path through which the fuel gas flows and the oxidant gas flow through which the oxidant gas flows are disposed outside the electrolyte / electrode assembly (111) in which a pair of electrodes are disposed on both sides of the electrolyte membrane. A conductive separator (110, 120) in which at least one of the paths is formed;
In the separator, a columnar portion provided so as to be surrounded by the groove;
A magnetic sensor that is provided in the groove and measures the strength of the magnetic field generated in the columnar part;
The columnar part and the magnetic sensor are provided in at least one part of the separator, the part that is easily dried in the cell, the part that tends to be excessive in water, or the part that is likely to be short of fuel gas ,
The magnetic sensor measures the strength of a magnetic field generated around the columnar portion when a current flows through the columnar portion, and converts the measured magnetic field strength into a voltage, whereby a current flowing through the columnar portion. current measuring device and measuring the.
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