JP5052006B2 - 燃料電池の電流測定システムおよび電流測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する技術に関する。

水素を含有した燃料ガスと酸素を含有した酸化ガスとを反応させて得られる化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が知られている。燃料電池は、例えば、車両などに搭載され、車両駆動用のモータの電力源などとして利用される。

車両に搭載される場合に限らず、燃料電池は、その利用形態や利用環境に応じて、様々な状況下で発電を行う。したがって、様々な状況下で安定した発電を維持できる燃料電池を設計、製造することが望ましい。

そのため、従来から、燃料電池の評価や検査に関する様々な技術が提案されている。特に、特許文献１には、燃料電池を取り囲む磁界から燃料電池中の電流密度分布を検出する方法が提案されている。

特表２００４−５００６８９号公報

特許文献１に記載の方法により、複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックの積層方向に流れる電流分布を測定することができる。

ところが、燃料電池スタックの積層方向に流れた電流は、積層方向の端部に設けられた集電板を介して燃料電池スタック外部に出力される。その際、集電板に集電された電流は、集電板内において積層方向とは異なる方向に、例えば積層方向に対して直角方向に流れてしまう。

そのため、特許文献１に記載の方法によって積層方向に流れる電流を測定する場合、集電板を流れる電流に伴う磁界が積層方向に流れる電流に伴う磁界に重畳されてしまい、重畳された状態のままの磁界に基づいて電流の測定を行ってしまうと、集電板を流れる電流が、積層方向に流れる電流のノイズ成分として重畳されてしまう。つまり、集電板を流れる電流が、積層方向に流れる電流を測定する際の誤差要因となる。

このように、従来の電流測定方法では、集電板を流れる電流などの影響があり、燃料電池スタックの積層方向の端部近傍における測定精度に問題があった。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、燃料電池スタックの積層方向の端部近傍においても高精度の測定を可能にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である電流測定システムは、複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する燃料電池の電流測定システムであって、前記燃料電池スタックの積層方向の端部近傍に発生する磁界を計測する磁界計測部と、前記端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記燃料電池スタックが発生する磁界の磁界状態データを補正する補正部と、を有し、前記補正された磁界状態データに基づいて前記燃料電池スタック内の電流を測定することを特徴とする。

上記態様において、磁界状態データとは、例えば、燃料電池スタックが発生する磁界に伴う磁束密度分布である。つまり、上記態様によれば、端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて磁束密度分布などの磁界状態データが補正される。そのため、例えば端部近傍にノイズ要因となる電流が存在する場合でも、その電流に伴う磁界成分を考慮して磁界状態データを生成することができる。例えば、ノイズ要因となる電流に伴う磁界成分を除去した磁界状態データを生成することができる。その結果、計測対象となる電流、例えば燃料電池スタックの積層方向に流れる電流を計測する場合に、積層方向の端部近傍においても高精度の電流測定が可能になる。

望ましい態様において、前記磁界計測部は、前記燃料電池スタックの積層方向の端部に設けられた集電板の近傍に発生する磁界を計測し、前記補正部は、前記集電板の近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記磁界状態データを補正することにより、集電板を流れる電流によって発生する磁界成分が除去された磁界状態データを生成する、ことを特徴とする。この態様によれば、例えば燃料電池スタックの積層方向に流れる電流を測定する場合に、集電板を流れる電流に伴う測定誤差を抑制することができる。

望ましい態様において、前記補正部は、前記磁界の計測結果として得られる集電板の近傍の磁束密度に基づいて、前記磁界状態データである磁束密度分布を補正することにより、集電板を流れる電流に伴う磁束密度成分が除去された磁束密度分布を生成する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記磁界計測部は、前記集電板が含まれる面を対称面として互いに面対称となる複数の点の磁束密度を計測し、前記補正部は、前記互いに面対称となる複数の点の磁束密度に基づいて前記磁束密度分布を補正する、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記磁界計測部は、前記互いに面対称となる複数の点に配置された複数の磁気センサを備え、各磁気センサによって対応する各点の磁束密度を計測する、ことを特徴とする。望ましい態様において、前記磁界計測部は、前記燃料電池スタックの積層方向に沿って移動する磁気センサを備え、前記互いに面対称となる複数の点の位置に磁気センサを段階的に移動させて各点の磁束密度を計測する、ことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である電流測定方法は、複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する燃料電池の電流測定方法であって、前記燃料電池スタックの積層方向の端部近傍に発生する磁界を計測し、前記端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記燃料電池スタックが発生する磁界の磁界状態データを補正し、前記補正された磁界状態データに基づいて前記燃料電池スタック内の電流を測定することを特徴とする。

本発明により、燃料電池スタックの積層方向の端部近傍においても高精度の電流測定が可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態を説明するための図であり、図１には、本発明に係る燃料電池の電流測定システムの全体構成図が示されている。図１の電流測定システムは、燃料電池の電池セル積層体１内に流れる電流を測定するシステムである。

本システムにより測定される電池セル積層体１は、例えば水素と酸素を利用して発電する電池セル１０を複数積層させた積層体を備えている。電池セル１０の積層方向の両端部には集電板１１が設けられており、さらにその積層方向の外側に絶縁板１２を介してエンドプレート１３が設けられいる。このように、電池セル積層体１は、積層方向の両端部からエンドプレート１３によって挟持された構造になっている。

また、電池セル積層体１内には、水素を含有した燃料ガスや酸素を含有した空気を各電池セル１０に供給するための図示しない供給路なども設けられている。そして、複数の電池セル１０が発電することによって得られる電流が集電板１１に集電され、集電板１１を介して負荷へ供給される。

ちなみに、電池セル積層体１を備えた燃料電池が車両などに搭載されて車両駆動用モータの電力源として利用される場合には、その燃料電池は、車両駆動用モータを制御するインバータなどに電流（電力）を供給する。

燃料供給装置２は、例えば水素を含有した燃料ガス（アノードガス）を電池セル積層体１に供給するためのものであり、必要に応じて、燃料ガスは燃料加湿器４において加湿されてから電池セル積層体１に供給される。一方、空気供給装置３は、酸素を含有した空気（カソードガス）を電池セル積層体１に供給するためのものであり、必要に応じて、空気は空気加湿器５において加湿されてから電池セル積層体１に供給される。

また、燃料圧力調整装置６は、電池セル積層体１のアノード側から排出される排出ガスの圧力を調整するものであり、空気圧力調整装置７は、電池セル積層体１のカソード側から排出される排出ガスの圧力を調整するものである。

本システムに含まれる燃料供給装置２、空気供給装置３、燃料加湿器４、空気加湿器５、燃料圧力調整装置６、空気圧力調整装置７の各々は、演算・制御装置８によって制御される。演算・制御装置８は、これら燃料供給装置２などを制御することにより、電池セル積層体１に供給する燃料ガスの流量や燃料ガスに含まれる水蒸気の量、電池セル積層体１に供給する空気の流量や空気に含まれる水蒸気の量、電池セル積層体１の内部におけるアノード側の圧力やカソード側の圧力などを適宜調整して、電池セル積層体１の様々な発電状態を実現することができる。

そして、本システムでは、様々な発電状態で発電する電池セル積層体１の内部に流れる電流が測定される。電流の測定は、その電流によって電池セル積層体１の周囲に発生する磁界を利用して測定される。

磁気センサ群９は、電池セル積層体１の周囲に発生する磁界を検出するものであり、電池セル積層体１の積層方向に沿って、複数の磁気センサ群９が並べて配置されている。図１においては図示簡略化されているが、各磁気センサ群９は、電池セル積層体１を取り囲む構造になっている。

図２は、各磁気センサ群９の構造を説明するための図であり、図１の電池セル積層体１の積層方向に垂直な面による断面図である。各磁気センサ群９は、電池セル積層体１を取り囲むセンサ取付フレーム１５と、そのセンサ取付フレーム１５に取り付けられた複数の三軸磁気センサ１４によって構成されている。各三軸磁気センサ１４は、それが配置される位置の磁界を計測し、その位置における三軸方向の磁束密度を検出する。

図２に示すように各磁気センサ群９に含まれる複数の三軸磁気センサ１４が電池セル積層体１を取り囲むように配置され、さらに、図１に示すように複数の磁気センサ群９が電池セル積層体１の積層方向に沿って並べて配置される。その結果、複数の三軸磁気センサ１４が電池セル積層体１の４つの側面全体を取り囲むように配置され、複数の三軸磁気センサ１４によって電池セル積層体１の周囲に発生する磁界が検出される。

図３は、電池セル積層体１の周囲に発生する磁界を説明するための図である。先に説明したように、電池セル積層体１の各電池セルが発電することによって得られる電流は、集電板１１に集電され、集電板１１を介して負荷へ供給される。そのため、電池セル積層体１内の電流の流れを大局的に捉えると、各電池セルから集電板１１へ向かって流れる電流Ａと集電板１１内を流れる電流Ｂとに大別できる。つまり、電池セル積層体１の積層方向に沿って流れる電流Ａと、その電流Ａに対してほぼ直角方向に流れる電流Ｂが存在する。そして、電流Ａによって磁力線Ａが形成され、また、電流Ｂによって磁力線Ｂが形成される。

電池セル積層体１の発電状態を確認する際には、電流Ａの電流分布が重要な指標のうちの一つになる。例えば、電流Ａの積層方向の分布は、複数の電池セルの各々の発電状態を確認するための目安になる。電池セル積層体１内を流れる電流Ａの電流分布は、先に示した特許文献１の方法を利用することにより、電池セル積層体１を取り囲む磁界から検出することができる。

ところが、図３に示すように、電池セル積層体１内には、集電板１１内を流れる電流Ｂも存在する。そのため、電流Ａの電流分布を確認する目的で電池セル積層体１を取り囲む磁界を検出した場合、その検出した磁界には電流Ｂに伴う磁界成分も含まれてしまう。つまり、電流Ｂに伴う磁界成分は、電流Ａの電流分布を測定する際のノイズ成分となる。

本実施形態では、以下に詳述する手法によって電流Ｂに伴う磁界成分が除去される。その結果、本実施形態により、極めて高い精度で電流Ａの電流分布を測定することが可能になる。

図４は、集電板１１内を流れる電流を説明するための図である。集電板１１内を流れる電流を大局的に捉えると図３に示した電流Ｂとなるが、より詳細に見ると、集電板１１内を流れる電流は、図４に示すように、端子１１´に向かって一箇所に集中するように複雑な流れを伴っている。そのため、集電板１１内を流れる電流によって発生する磁力線は、ＸＹＺ軸方向（図３参照）の全ての成分を含んだ複雑な磁力線となる。

本実施形態の電流測定システムでは、集電板１１の近傍に配置される磁気センサ群（図１の符号９）の検知結果に基づいて、集電板１１内を流れる電流によって発生する複雑な磁力線の成分が除去される。そこで、集電板１１の近傍に配置される磁気センサ群について説明する。

図５は、集電板１１の近傍に配置される磁気センサ群９の配置状態を説明するための図であり、図１の電池セル積層体１の積層方向の端部を示す部分図である。つまり、図５は、電池セル１０の積層方向の端部に設けられる集電板１１近傍の部分図であり、集電板１１の積層方向の外側に配置される絶縁板１２やエンドプレート１３も図示されている。

集電板１１の近傍において、集電板１１の位置を原点として、Ｚ軸方向（積層方向）の正方向側に距離ａだけ離れた位置に磁気センサ群９が配置されている。また、Ｚ軸方向の負方向側に距離ａだけ離れた位置にも磁気センサ群９が配置されている。さらに、原点からＺ軸方向の正方向側に距離ｂだけ離れた位置と負方向側に距離ｂだけ離れた位置にも磁気センサ群９が配置され、原点からＺ軸方向の正方向側に距離ｃだけ離れた位置と負方向側に距離ｃだけ離れた位置にも磁気センサ群９が配置されている。このように、本実施形態の電流測定システムでは、Ｚ軸上において原点（集電板１１）からの距離が互いに等しい磁気センサ群９の組が形成されている。

ちなみに、距離ｂは距離ａの２倍の距離である必要はなく、また、距離ｃは距離ａの３倍の距離である必要もない。つまり、全ての磁気センサ群９がＺ軸方向（積層方向）に沿って等間隔で配置される必要はない。但し、全ての磁気センサ群９がＺ軸方向に沿って等間隔で配置されてもよい。

なお、図５では図示簡略化されているが、各磁気センサ群９には複数の三軸磁気センサが含まれており、各磁気センサ群９に含まれる複数の三軸磁気センサが電池セル積層体１を取り囲んでいる（図２参照）。そして、複数の三軸磁気センサは、集電板１１が含まれる面を対称面として互いに面対称となる位置に配置される。つまり、例えば、原点から正方向側に距離ａだけ離れた位置に設けられる磁気センサ群９の複数の三軸磁気センサと、原点から負方向側に距離ａだけ離れた位置に設けられる磁気センサ群９の複数の三軸磁気センサが、集電板１１を含んだ面を対称面として互いに面対称となる位置に配置される。

そして、本実施形態の電流測定システムでは、互いに面対称となる位置に配置される二つの三軸磁気センサの磁気検出結果に基づいて、集電板１１内を流れる電流によって発生する複雑な磁界成分を除去する補正が行われる。

図６および図７は、本実施形態の電流測定システムによる補正の原理を説明するための図である。図６および図７の各図には、集電板の近傍における磁束密度の分布状態が示されており、各図の横軸には、電池セル積層体の積層方向であるＺ軸（図３のＺ軸に対応）が示されている。なお、原点は集電板の位置である。そして、図６の縦軸にはＸ方向（図３のＸ軸方向に対応）の磁束密度が示され、また、図７の縦軸にはＺ方向（図３のＺ軸方向に対応）の磁束密度が示されている。

図６において、Ｂｘ（ｚ）は電流Ａおよび電流Ｂ（図３参照）により発生するＸ方向の磁束密度成分であり、Ｂｘ´（ｚ）は電流Ａにより発生するＸ方向の磁束密度成分であり、Ｔｘ（ｚ）は電流Ｂにより発生するＸ方向の磁束密度成分である。さらに、図６にはＺ軸上の位置ｚにおける各磁束密度成分と、Ｚ軸上の位置−ｚにおける各磁束密度成分が明示されている。そして、図６に示す各磁束密度成分の関係を数式にすると次式のように表現される。

（１−１）式から（１−３）式には図６に示す各磁束密度成分の関係が示されている。また（１−４）式のＫ（ｚ）は、集電板からの距離ｚに応じた係数であり、電流Ａによって発生する磁束密度の理論波形から求めることができる。

図８は、電流Ａのみによって発生する磁束密度を示す図である。つまり、図８には、電池セル積層体の積層方向に流れる電流Ａのみによって電池セル積層体の周囲に発生する磁束密度のグラフが示されている。図８において、横軸は積層方向（Ｚ軸）であり縦軸は磁束密度である。図８に示す波形は、電流Ａとしてある値を与えた場合に、その電流Ａが電池セル積層体内を積層方向に流れた場合の理論波形である。

電流とそれに伴って発生する磁界（磁束密度）との関係は、ビオ・サバールの法則として知られている。つまり、定常電流Ｉが流れている導線の微小部分ｄＬが、そこからの位置ベクトルがｒの点につくる磁束密度ｄＢは次式で与えられる。

さらに、電流分布を表すベクトルＪと磁束密度を表すベクトルＢとの対応関係を、システム行列Ｃによって表現すると次式のようになる。

システム行列Ｃは、ビオ・サバールの法則などから決定することができる。そこで、電池セル積層体の積層方向に流れる電流Ａに対応する電流分布ベクトルを与えることにより、数３式から、磁束密度ベクトルを求めることができる。つまり、数３式を利用することにより、積層方向に流れる電流Ａによって発生する磁束密度の理論値を求めることができ、図８に示す理論波形を得ることができる。

（１−４）式の係数Ｋ（ｚ）は、集電板の位置を原点とした場合のＢｘ´（−ｚ）とＢｘ´（ｚ）の対応関係を示す係数である。そこで、図８の理論波形において、図６や図７におけるＺ軸の原点（集電板）に対応する位置を境として、その位置から、Ｚ軸の正方向側の磁束密度とＺ軸の負方向側の磁束密度との対応関係を求めることにより、その対応関係から係数Ｋ（ｚ）を求めることができる。

そして、（１−１）式から（１−４）式に基づいて（１−５）式が導かれる。（１−５）式は、位置ｚにおいて電流Ａが発生するＸ方向の磁束密度成分Ｂｘ´（ｚ）を導く式であり、Ｂｘ´（ｚ）が、Ｂｘ（ｚ），Ｂｘ（−ｚ），Ｋ（ｚ）から求められることを示している。ここで、Ｋ（ｚ）は、図８を利用して説明したように、理論波形から求められる係数であり、例えば、本電流測定システムで電流を測定する前に予め求めておく。

Ｂｘ（ｚ）とＢｘ（−ｚ）は、電流Ａおよび電流Ｂ（図３参照）により発生する磁束密度成分であり、これらの値は、三軸磁気センサによる磁界の検出結果から得ることができる。また、Ｂｘ（ｚ）は、集電板の位置を原点とした場合の位置ｚにおける磁束密度であり、Ｂｘ（−ｚ）は、集電板の位置を原点とした場合の位置−ｚにおける磁束密度である。つまり、Ｂｘ（ｚ）とＢｘ（−ｚ）は、集電板を含んだ面を対称面として互いに面対称となる二点の位置における磁束密度である。

図５を利用して説明したように、本実施形態の電流測定システムでは、集電板の近傍において、互いに面対称となる位置に二つの三軸磁気センサが配置される。したがって、それら二つの三軸磁気センサの検出結果から、（１−５）式を利用して、電流Ａが発生するＸ方向の磁束密度成分Ｂｘ´（ｚ）を求めることができる。つまり、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去することができる。

なお、Ｘ方向の磁束密度の分布状態を図６に示したが、Ｙ方向の磁束密度の分布状態もＸ方向の場合と同様な分布状態となる。つまり、図６における縦軸をＹ方向の磁束密度に、Ｂｘ（ｚ）をＢｙ（ｚ）に、Ｂｘ´（ｚ）をＢｙ´（ｚ）に、Ｔｘ（ｚ）をＴｙ（ｚ）にそれぞれ置き換えることができる。ここで、Ｂｙ（ｚ）は電流Ａおよび電流Ｂにより発生するＹ方向の磁束密度成分であり、Ｂｙ´（ｚ）は電流Ａにより発生するＹ方向の磁束密度成分であり、Ｔｙ（ｚ）は電流Ｂにより発生するＹ方向の磁束密度成分である。

したがって、Ｘ方向の磁束密度に関する関係式（１−１）〜（１−５）に対応して、Ｙ方向の磁束密度に関する以下の関係式が成立する。

（２−４）式の係数Ｋ（ｚ）は、（１−４）式の係数Ｋ（ｚ）と同じである。このため、Ｘ方向の磁束密度を求める場合と同様に、Ｙ方向の磁束密度を求める場合においても、互いに面対称となる位置に配置された二つの三軸磁気センサの検出結果から、（２−５）式を利用して、電流Ａが発生するＹ方向の磁束密度成分Ｂｙ´（ｚ）を求めることができる。つまり、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去することができる。

また、図７には、Ｚ方向の磁束密度の分布状態が示されている。図７において、Ｂｚ（ｚ）は電流Ａおよび電流Ｂ（図３参照）により発生するＺ方向の磁束密度成分であり、Ｂｚ´（ｚ）は電流Ａにより発生するＺ方向の磁束密度成分であり、Ｔｚ（ｚ）は電流Ｂにより発生するＺ方向の磁束密度成分である。さらに、図７にはＺ軸上の位置ｚにおける各磁束密度成分と、Ｚ軸上の位置−ｚにおける各磁束密度成分が明示されている。そして、図７に示す各磁束密度成分の関係を数式に表すと次式のように表現される。

（３−１）式から（３−３）式には図７に示す各磁束密度成分の関係が示されている。また（３−４）式の係数Ｋ（ｚ）は集電板からの距離ｚに応じた係数であり、（１−４）式の係数Ｋ（ｚ）と同じである。

そして、（３−１）式から（３−４）式に基づいて（３−５）式が導かれる。（３−５）式は、位置ｚにおいて電流Ａが発生するＺ方向の磁束密度成分Ｂｚ´（ｚ）を導く式であり、Ｂｚ´（ｚ）が、Ｂｚ（ｚ），Ｂｚ（−ｚ），Ｋ（ｚ）から求められることを示している。ここで、Ｋ（ｚ）は、理論波形から求められる係数であり、例えば、本電流測定システムで電流を測定する前に予め求めておく。

Ｂｚ（ｚ）とＢｚ（−ｚ）は、電流Ａおよび電流Ｂ（図３参照）により発生する磁束密度成分であり、これらの値は、集電板を含んだ面を対称面として互いに面対称となる二点の位置に配置された二つの三軸磁気センサの検出結果から得られる。したがって、それら二つの三軸磁気センサの検出結果から、（３−５）式を利用して、電流Ａが発生するＺ方向の磁束密度成分Ｂｚ´（ｚ）を求めることができる。つまり、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去することができる。

このように、互いに面対称となる二点の位置に配置された二つの三軸磁気センサの検出結果から、（１−５）式，（２−５）式，（３−５）式を利用して、電流Ａが発生するＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分を求めることができる。

こうして、図１の演算・制御装置８は、複数の磁気センサ群９から得られる磁束密度の検出結果、つまり電池セル積層体１を取り囲む複数の三軸磁気センサの検出結果から、電池セル積層体１を取り囲む複数の点の磁束密度を求める。その際、集電板１１の近傍においては、（１−５）式，（２−５）式，（３−５）式を利用して、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去して、電流Ａが発生するＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分を求める。

なお、集電板１１から離れた点においも、（１−５）式，（２−５）式，（３−５）式を利用して、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去して、電流Ａが発生するＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分を求めてもよい。また、集電板１１から離れた点、例えば、所定距離以上離れた点においては、電流Ｂに伴う磁束密度成分がゼロであるとみなして、三軸磁気センサから得られる磁束密度を直接利用してもよい。

以上のようにして、図１の演算・制御装置８は、複数の磁気センサ群９による磁束密度の検出結果から、電池セル積層体１の周囲の磁束密度ベクトル（ＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分）を求め、さらに、磁束密度ベクトルから電流分布ベクトルを求める。例えば、数３に示すシステム行列Ｃの逆行列を利用することにより次式の関係が導かれる。

数６を利用することにより、磁束密度ベクトルＢから電流分布ベクトルＪを求めることができる。なお、磁束密度ベクトルから電流分布ベクトルを求める手法は、従来から公知の手法、例えば特許文献１に記載の手法を利用してもよい。

図９は、本発明の別の好適な実施形態を説明するための図であり、図９には、本発明に係る電流測定システムの変形例が示されている。

図９の電流測定システムは、図１の電流測定システムと同様に、電池セル積層体１内に流れる電流を測定するシステムである。電池セル積層体１は、電池セル１０を複数積層させた積層体を備えており、電池セル１０の積層方向の両端部には集電板１１が設けられ、さらにその積層方向の外側に絶縁板１２を介してエンドプレート１３が設けられている。

燃料供給装置２は、例えば水素を含有した燃料ガス（アノードガス）を電池セル積層体１に供給するためのものであり、必要に応じて、燃料ガスは燃料加湿器４において加湿されてから電池セル積層体１に供給される。一方、空気供給装置３は、酸素を含有した空気（カソードガス）を電池セル積層体１に供給するためのものであり、必要に応じて、空気は空気加湿器５において加湿されてから電池セル積層体１に供給される。

また、燃料圧力調整装置６は、電池セル積層体１のアノード側から排出される排出ガスの圧力を調整するものであり、空気圧力調整装置７は、電池セル積層体１のカソード側から排出される排出ガスの圧力を調整するものである。

図９の電流測定システムにおいても、燃料供給装置２、空気供給装置３、燃料加湿器４、空気加湿器５、燃料圧力調整装置６、空気圧力調整装置７の各々は、演算・制御装置８によって制御される。

図９の電流測定システムと図１の電流測定システムとの大きな相違は、図９のシステムでは、センサ駆動装置１６によって、一つの磁気センサ群９が電池セル積層体１の積層方向に沿って移動されることである。なお、図９の一つの磁気センサ群９の構造は、図１の複数の磁気センサ群９のうちの一つと同じである。つまり、図２を利用して説明したように、図９の磁気センサ群９は、電池セル積層体１を取り囲むセンサ取付フレーム（図２の符号１５）と、そのセンサ取付フレームに取り付けられた複数の三軸磁気センサ（図２の符号１４）によって構成されている。

図９のシステムでは、一つの磁気センサ群９が電池セル積層体１の積層方向に沿って、積層方向の一端から他端に向かって段階的に移動し、各移動位置で電池セル積層体１の周囲の磁束密度を計測する。磁気センサ群９が移動しながら磁束密度を計測する位置は、図１における複数の磁気センサ群９が磁束密度を計測する位置である。つまり、図９の電流測定システムでは、一つの磁気センサ群９を移動させることによって、電池セル積層体１の周囲に発生する磁界を検出している。

したがって、図９の電流測定システムにおいても、集電板１１の近傍で、集電板１１を含んだ面を対称面として互いに面対称となる位置の磁束密度が検知される。そして、演算・制御装置８は、（１−５）式，（２−５）式，（３−５）式を利用して、電流Ｂに伴う磁束密度成分を除去して、電流Ａが発生するＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分を求めている。さらに、数６を利用することにより、磁束密度ベクトルから電流分布ベクトルを求めることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本実施形態の電流測定システム（図１および図９）では、磁束密度ベクトルを求める段階で、つまり、ＸＹＺ方向のそれぞれの磁束密度成分を求める段階で、集電板を流れる電流Ｂに伴う磁束密度成分が除去されている。このため、集電板の近傍においても電流Ａの電流分布を高い精度で測定することが可能になる。また、本実施形態の電流測定システムでは、互いに面対称となる二つの点の磁束密度を利用して、（１−５）式，（２−５）式，（３−５）式によって比較的簡単な演算で補正を行うことができる。そのため、補正のための演算処理の負荷が小さい。

なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る燃料電池の電流測定システムの全体構成図である。 各磁気センサ群の構造を説明するための図である。 電池セル積層体の周囲に発生する磁界を説明するための図である。 集電板内を流れる電流を説明するための図である。 集電板の近傍に配置される磁気センサ群の配置状態を示す図である。 集電板の近傍における磁束密度の分布状態を示す図である。 集電板の近傍における磁束密度の分布状態を示す図である。 電流Ａのみによって発生する磁束密度を示す図である。 本発明の別の好適な実施形態を説明するための図である。

符号の説明

１ 電池セル積層体、８ 演算・制御装置、９ 磁気センサ群、１０ 電池セル、１１ 集電板。

Claims (7)

1. 複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する燃料電池の電流測定システムであって、
   前記燃料電池スタックの積層方向の端部近傍に発生する磁界を計測する磁界計測部と、
   前記端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記燃料電池スタックが発生する磁界の磁界状態データを補正する補正部と、
   を有し、
   前記補正された磁界状態データに基づいて前記燃料電池スタック内の積層方向に流れる電流の電流分布を測定する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
2. 請求項１に記載の電流測定システムにおいて、
   前記磁界計測部は、前記燃料電池スタックの積層方向の端部に設けられた集電板の近傍に発生する磁界を計測し、
   前記補正部は、前記集電板の近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記磁界状態データを補正することにより、集電板を流れる電流によって発生する磁界成分が除去された前記積層方向に流れる電流によって発生する磁界成分の磁界状態データを生成する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
3. 請求項２に記載の電流測定システムにおいて、
   前記補正部は、前記磁界の計測結果として得られる集電板の近傍の磁束密度に基づいて、前記磁界状態データである磁束密度分布を補正することにより、集電板を流れる電流に伴う磁束密度成分が除去された、前記積層方向に流れる電流に伴う磁束密度分布を生成する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
4. 複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する燃料電池の電流測定システムであって、
   前記燃料電池スタックの積層方向の端部近傍に発生する磁界を計測する磁界計測部と、
   前記端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記燃料電池スタックが発生する磁界の磁界状態データを補正する補正部と、
   を有し、
   前記補正された磁界状態データに基づいて前記燃料電池スタック内に流れる電流の電流分布を測定することを特徴とし、
   前記磁界計測部は、前記燃料電池スタックの積層方向の端部に設けられた集電板の近傍に発生する磁界を計測し、
   前記補正部は、前記集電板の近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記磁界状態データを補正することにより、集電板を流れる電流によって発生する磁界成分が除去された磁界状態データを生成し、
   前記補正部は、前記磁界の計測結果として得られる集電板の近傍の磁束密度に基づいて、前記磁界状態データである磁束密度分布を補正することにより、集電板を流れる電流に伴う磁束密度成分が除去された磁束密度分布を生成し、
   前記磁界計測部は、前記集電板が含まれる面を対称面として互いに面対称となる複数の点の磁束密度を計測し、
   前記補正部は、前記互いに面対称となる複数の点の磁束密度に基づいて前記磁束密度分布を補正する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
5. 請求項４に記載の電流測定システムにおいて、
   前記磁界計測部は、前記互いに面対称となる複数の点に配置された複数の磁気センサを備え、各磁気センサによって対応する各点の磁束密度を計測する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
6. 請求項４に記載の電流測定システムにおいて、
   前記磁界計測部は、前記燃料電池スタックの積層方向に沿って移動する磁気センサを備え、前記互いに面対称となる複数の点の位置に磁気センサを段階的に移動させて各点の磁束密度を計測する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定システム。
7. 複数の電池セルを積層させた燃料電池スタックが発生する磁界に基づいてその燃料電池スタック内に流れる電流を測定する燃料電池の電流測定方法であって、
   磁界計測部が、前記燃料電池スタックの積層方向の端部近傍に発生する磁界を計測し、
   補正部が、前記端部近傍に発生する磁界の計測結果に基づいて前記燃料電池スタックが発生する磁界の磁界状態データを補正し、
   前記磁界計測部と前記補正部を有する電流測定システムが、前記補正された磁界状態データに基づいて前記燃料電池スタック内の積層方向に流れる電流の電流分布を測定する、
   ことを特徴とする燃料電池の電流測定方法。
   
   

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