JP5494436B2

JP5494436B2 - 電流測定装置

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Publication number: JP5494436B2
Application number: JP2010260402A
Authority: JP
Inventors: 信也坂口; 英嗣伊豆原; 朋史地頭薗
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: JP2012113884A

Description

本発明は、燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置に関するものである。

従来、特許文献１に、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、この燃料電池の内部を流れる電流を測定する電流測定装置が開示されている。この特許文献１の電流測定装置は、隣り合うセルのうち一方のセルに電気的に接触する第１電極、他方のセルに電気的に接触する第２電極、および第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する抵抗体を有して構成された電流測定部を備えている。

そして、抵抗体は、第１電極側に電気的に接続される第１抵抗部と、第２電極側に電気的に接続される第２抵抗部とを有しており、第１抵抗部と第２抵抗部を、第１抵抗部における電流流れ方向と第２抵抗部における電流流れ方向とが互いに並行、かつ、反対方向となるように対向配置している。

これにより、特許文献１の電流測定装置では、抵抗体の電流経路を高周波電流が流れる場合、電流が作る磁界も反対方向となり、互いに打ち消し合うように作用する。このため、高周波電流による抵抗体のインダクタンスの影響を低減することができ、電流測定装置の測定精度を向上できる。

特開２０１０−１０３０７１号公報

ところで、上記特許文献１のような抵抗体を有して構成された電流測定部を備える電流測定装置では、抵抗体を流れる電流が作る磁界は、抵抗体の周囲における透磁率によって、抵抗体における磁界の大きさが変動する虞がある。抵抗体の周囲の構成によって磁界の透磁率の変動が生ずると、電流測定装置の測定精度を向上効果が低くなってしまう。

本発明は上記点に鑑みて、抵抗体を有して構成された電流測定部を備える電流測定装置において、高周波電流によるインダクタンスの影響を低減して電流測定精度を確実に向上させ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、隣り合うセル（１０ａ）間に配置されて、隣り合うセル（１０ａ）のうち一方のセルに電気的に接触する第１電極（１１１）、隣り合うセル（１０ａ）のうち他方のセルに電気的に接触する第２電極（１４１）、および第１電極（１１１）と第２電極（１４１）とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有する１つ以上の電流測定部（１０１）と、抵抗体の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、抵抗体の２点間の抵抗値と電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差とを用いて、セル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、抵抗体は、第１電極（１１１）側に電気的に接続される第１抵抗部（１２１）と、第２電極（１４１）側に電気的に接続される第２抵抗部（１３１）とを有し、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１３１）は、抵抗体接続部（１０１ａ）を介して電気的に接続されるとともに、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１３１）の間に絶縁層が設けられており、第１抵抗部（１２１）は、絶縁層における第１電極（１１１）側に、絶縁層と直接接触するように配置され、第２抵抗部（１３１）は、絶縁層における第２電極（１４１）側に、絶縁層と直接接触するように配置され、第１抵抗部（１２１）を電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第１信号ライン（１２２）と、第２抵抗部（１３１）を電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第２信号ライン（１３２）とが、絶縁層を挟んで対称となるように配置され、第１信号ライン（１２２）は第１抵抗部（１２１）と同一平面上に配置され、第２信号ライン（１３２）は第２抵抗部（１３１）と同一平面上に配置され、電位差検出手段（１０２）は、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１３１）とをあわせた抵抗部の電位差を検出することを特徴としている。

これによれば、第１信号ライン（１２２）と第２信号ライン（１３２）とが、絶縁層を挟んで対称となるように配置されているので、第１抵抗部（１２１）および第２抵抗部（１３１）の近傍の信号ライン（１２２、１３２）によって生ずる透磁率の変動を抑制できるため、各抵抗部（１２１、１３１）を流れる電流が作る磁界同士を効果的に打ち消すことができる。

このとき、第１抵抗部（１２１）および第２抵抗部（１３１）が絶縁層と直接接触するように配置されるとともに、第１信号ライン（１２２）が第１抵抗部（１２１）と同一平面上に配置され、第２信号ライン（１３２）が第２抵抗部（１３１）と同一平面上に配置されているので、第１信号ライン（１２２）と第２信号ライン（１３２）との間隔を狭くすることができる。これにより、各抵抗部（１２１、１３１）を流れる電流が作る磁界同士をより効果的に打ち消すことができる。

したがって、高周波電流による抵抗体のインダクタンスの影響を低減することができ、電流測定装置（１００）の測定精度を確実に向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、複数のセル（１００）の積層方向両端に配置された一対のエンドプレートと、エンドプレートと当該エンドプレートに隣り合うセル（１０ａ）との間に配置されて、エンドプレートに電気的に接触する第１電極（１１１）、エンドプレートに隣り合うセル（１０ａ）に電気的に接触する第２電極（１４１）、および第１電極（１１１）と第２電極（１４１）とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有する１つ以上の電流測定部（１０１）と、抵抗体の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、抵抗体の２点間の抵抗値と電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差とを用いて、セル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、抵抗体は、第１電極（１１１）側に電気的に接続される第１抵抗部（１２１）と、第２電極（１４１）側に電気的に接続される第２抵抗部（１３１）とを有し、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１３１）は、抵抗体接続部（１０１ａ）を介して電気的に接続されるとともに、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１３１）の間に絶縁層が設けられており、第１抵抗部（１２１）は、絶縁層における第１電極（１１１）側に、絶縁層と直接接触するように配置され、第２抵抗部（１３１）は、絶縁層における第２電極（１４１）側に、絶縁層と直接接触するように配置され、第１抵抗部（１２１）を電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第１信号ライン（１２２）と、第２抵抗部（１３１）を電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第２信号ライン（１３２）とが、絶縁層を挟んで対称となるように配置され、第１信号ライン（１２２）は第１抵抗部（１２１）と同一平面上に配置され、第２信号ライン（１３２）は第２抵抗部（１３１）と同一平面上に配置され、電位差検出手段（１０２）は、第１抵抗部（１２１）と第２抵抗部（１２２）とをあわせた抵抗部の電位差を検出することを特徴としている。

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、第１電極（１１１）、第２電極（１４１）、第１抵抗部（１２１）および第２抵抗部（１３１）は、それぞれ異なるプリント基板に配置されており、第１電極（１１１）および第１抵抗部（１２１）は、第１電極（１１１）と第１抵抗部（１２１）とを電気的に接続する第１接続部（１０１ｂ）により接続されており、第２電極（１４１）および第２抵抗部（１３１）は、第２電極（１４１）と第２抵抗部（１３１）とを電気的に接続する第２接続部（１０１ｃ）により接続されていることを特徴としている。

これによれば、電流測定部（１０１）における第１電極（１１１）と第２電極（１４１）との並び方向、すなわちセル（１０ａ）の積層方向の寸法を小さくすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、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、第１信号ライン（１２２）は、少なくとも１箇所で第１抵抗部（１２１）と電気的に接続しており、第２信号ライン（１３２）は、少なくとも１箇所で第２抵抗部（１３１）と電気的に接続していてもよい。

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。

本発明の実施形態の燃料電池システムの全体構成図である。実施形態の燃料電池の斜視図である。実施形態の電流測定部集合板の分解図である。実施形態の電流測定部集合板における電流測定部近傍の断面図である。実施形態の電流測定部の電流の流れを示す説明図である。他の実施形態における第３プリント基板の要部を示す模式的な拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図５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、二次電池、車両用各種補機類等の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。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
この燃料電池１０は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを介して二次電池に電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、燃料電池１０から二次電池あるいは二次電池から燃料電池１０への電力の流れを制御するもので、電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。

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の各セル１０ａから出力される電圧を検出するセルモニタ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、セルモニタ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。

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。

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。そこで、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いる。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。また、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は発電効率を確保する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、上述のセルモニタ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の電流検出回路５１から出力される電流信号が入力される。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、複数の電流測定部１０１が板状部材として一体的に構成された電流測定部集合板１００ａ、各電流測定部１０１の所定部位間の電位差を検出する電流測定用電圧センサ１０２、および、セル１０ａの板面のうち各電流測定部１０１配置箇所に対応する部位の電流を検出して制御装置５０へ出力する電流検出回路５１を備えている。

まず、図２、３により、電流測定部集合板１００ａについて説明する。なお、図２は、燃料電池１０の外観斜視図であり、図３は、電流測定部集合板１００ａの分解図である。図２に示すように、電流測定部集合板１００ａは複数枚設けられており、それぞれ隣り合うセル１０ａ間に配置されている。

さらに、図３に示すように、本実施形態の電流測定部集合板１００ａは、配線パターンが形成（プリント）された第１プリント基板１１０、第２プリント基板１４０、第３プリント基板１２０、および第４プリント基板１３０の４枚のプリント基板を有している。そして、これらのプリント基板１１０〜１４０は、それぞれ薄膜状の絶縁性接着剤を介在させた状態で、ホットプレスによって一体化された積層基板として構成されている。

なお、第１〜第４プリント基板１１０〜１４０としては、一般的なガラスエポキシ基板を採用できる。また、積層基板として構成された電流測定部集合板１００ａのうち、対向する２辺（図３では、左右両辺）の近傍には、それぞれ積層基板の表裏を貫通する貫通穴が３つ形成されている。これらの貫通穴は、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、両側のマニホールドの間には、複数の電流測定部１０１が、直交する二方向にマトリックス状（格子状）に配置されている。より具体的には、本実施形態の電流測定部１０１は、図３に示すように、紙面上下方向に６個、紙面左右方向に７個のマトリックス状に配置されている。

つまり、本実施形態では、電流測定部１０１が、同一の隣り合うセル１０ａ間に複数配置されている。これにより、複数個の電流測定部１０１が電流測定部集合板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密度分布を測定することができる。

電流測定部１０１は、隣り合うセル１０ａのうち一方のセル１０ａに電気的に接触する第１電極１１１、隣り合うセル１０ａのうち他方のセル１０ａに電気的に接触する第２電極１４１、および、第１電極１１１と第２電極１４１とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有して構成されている。

従って、第１電極１１１および第２電極１４１は一対の電極として構成されて、板状の電流測定部集合板１００ａの両板面に配置されることになる。具体的には、第１電極１１１は、第１プリント基板１１０における一方のセル１０ａに対向する面（図３の紙面手前側）に配置され、第２電極１４１は、第２プリント基板１４０における他方のセル１０ａに対向する面（図３の紙面奥側）に配置されている。

また、抵抗体は、第１電極１１１に電気的に接続される板状の第１抵抗部１２１、および第２電極１４１に電気的に接続される板状の第２抵抗部１３１を有している。そして、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１が薄膜状の絶縁性接着剤１２４で絶縁された状態で積層基板の積層方向に対向配置されている。

換言すれば、本実施形態の抵抗体は、絶縁性接着剤１２４の第１電極側に配置された第１抵抗部１２１と第２電極側に配置された第２抵抗部１３１とが、互いに並行に対向配置されている。ここで、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１との対向配置は、第１抵抗部１２１の電流流れ方向に直交する位置に隣接する第２抵抗部１３１が配置されるとともに、第２抵抗部１３１の電流流れ方向に直交する位置に隣接する第１抵抗部１２１が配置される関係を意味している。

また、第１抵抗部１２１および第２抵抗部１３１は、絶縁性接着剤１２４と直接接触している。より詳細には、第１抵抗部１２１は、絶縁性接着剤１２４の一面に直接接触しており、第２抵抗部１３１は、絶縁性接着剤１２４における第１抵抗部１２１が接触している面と反対側の面に直接接触している。

具体的には、第１抵抗部１２１は、第３プリント基板１２０のうち第１プリント基板１１０に対向する側の面と反対側（図３の紙面奥側）の面に配置されている。第３プリント基板１２０のうち第１抵抗部１２１が形成されている面には、第１信号ライン１２２が設けられている。このため、第１抵抗部１２１および第１信号ライン１２２は、同一平面上（同一板面上）に配置されている。なお、第１信号ライン１２２は、第１抵抗部１２１を、後述する電流測定用電圧センサ１０２に電気的に接続するための配線である。

さらに、本実施形態の第３プリント基板１２０の１辺には、第１信号ライン１２２が接続された信号取り出し用のコネクタ１２３が設けられている。なお、図３では、第１信号ライン１２２を一点鎖線で示している。また、図３では図示の都合上、第１信号ライン１２２の一部の図示を省略している。

一方、第２抵抗部１３１は、第４プリント基板１３０のうち第２プリント基板１４０に対向する側の面と反対側（図３の紙面手前側）の面に配置されている。第４プリント基板１３０のうち第２抵抗部１３１が形成されている面には、第２信号ライン１３２が設けられている。このため、第２抵抗部１３１および第２信号ライン１３２は、同一平面上（同一板面上）に配置されている。なお、第２信号ライン１３２は、第２抵抗部１３１を、後述する電流測定用電圧センサ１０２に電気的に接続するための配線である。

さらに、本実施形態の第４プリント基板１３０の１辺には、第２信号ライン１３２が接続された信号取り出し用のコネクタ１３３が設けられている。なお、図３では図示の都合上、第２信号ライン１３２の一部の図示を省略している。

第１信号ライン１２２および第２信号ライン１３２は、絶縁性接着剤１２４を境に対称となるように設けられている。すなわち、第１信号ライン１２２および第２信号ライン１３２は、第１〜第４プリント基板１１０〜１４０の積層方向から見たときに、第１信号ライン１２２と第２信号ライン１３２とが互いに重なり合うように（重合するように）設けられている。

本実施形態では、第１信号ライン１２２は、１箇所で第１抵抗部１２１と電気的に接続されており、第２信号ライン１３２は、１箇所で第２抵抗部１３１と電気的に接続されている。具体的には、第１信号ライン１２１は、後述する第１ブラインドビアホール１０１ｂの配置方向の中央部において第１抵抗部１２１と電気的に接続されている。また、第２信号ライン１３２は、後述する第２ブラインドビアホール１０１ｃの配置方向の中央部において第２抵抗部１３１と接続されている。

また、これらの第１電極１１１、第２電極１４１、第１、第２抵抗部１２１、１３１および第１、第２信号ライン１２２、１３２は、金属箔（具体的には銅箔）にて、第１〜第４プリント基板１１０〜１４０に配線パターンとして形成されている。このため、本実施形態では、第１信号ライン１２２および第２信号ライン１３２は、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１との間の絶縁性接着剤１２４を境に、互いの配線パターンが対称となるように設けられている。

次に、図４、５により、第１〜第４プリント基板１１０〜１４０の具体的積層態様、並びに、電流測定部１０１を構成する第１電極１１１、第２電極１４１、第１、第２抵抗部１２１、１３１および各信号ライン１２２、１３２の電気的接続態様を説明する。なお、図４は、電流測定部集合板１００ａにおける電流測定部１０１近傍の断面図であり、図５は、電流測定部１０１における電流の流れを示す説明図である。

図４に示すように、第１プリント基板１１０と第３プリント基板１２０の間、第３プリント基板１２０と第４プリント基板１３０の間、および第４プリント基板１３０と第２プリント基板１４０の間には、電気絶縁性を有する絶縁性接着剤１１２、１２４、１３４が配置されている。

また、第１〜第４プリント基板１１０〜１４０には、複数の丸孔形状のスルーホール１０１ａが設けられている。また、第１、第３プリント基板１１０、１３０には、第１ブラインドビアホール１０１ｂが設けられ、第４、第２プリント基板１３０、１４０には、第２ブラインドビアホール１０１ｃが設けられている。

このスルーホール１０１ａ、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃの内周面には、第１、第２電極１１１、１４１等と同様の金属箔から構成される導電体が形成されている。

そして、第１ブラインドビアホール１０１ｂを介して、第１電極１１１および第１抵抗部１２１が接続されている。また、スルーホール１０１ａを介して、第１抵抗部１２１、第２抵抗部１３１が接続され、第２ブラインドビアホール１０１ｃを介して、第２抵抗部１３１および第２電極１４１が接続されている。

したがって、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃは、それぞれ本実施形態の第１、第２接続部を構成し、スルーホール１０１ａは、本実施形態の抵抗体接続部を構成している。なお、スルーホール１０１ａ、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃは、それぞれ第１、第２抵抗部１２１、１３１を流れる電流の流れ方向に対して垂直な方向に並ぶように配置されている。

また、第１電極１１１は第１抵抗部１２１の一端側に接続され、第２抵抗部１３１は、第１抵抗部１２１の他端側に接続されている。また、第２電極１４１は第２抵抗部１３１における第１抵抗部１２１が接続されていない一端側に接続されている。

ここで、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃは、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１と間を接着する薄膜状の絶縁性接着剤１２４を介在させることで、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃとを電気的に接続しないようにしている。ここで、本実施形態では、薄膜状の絶縁性接着剤１２４が絶縁層に相当している。なお、絶縁層は、第１、第２抵抗部１２１、１３１等を絶縁することができれば他の方法を採用してもよい。

また、第１電極１１１および第２電極１４１には、第１電極１１１および第２電極１４１とスルーホール１０１ａの両端側とが電気的に接続しないように、それぞれ逃がし部１１３、１４２が設けられている。

そのため、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１からなる抵抗体では、図５に示すように、第１抵抗部１２１の一端側から他端側へ電流が流れ、スルーホール１０１ａを介して第２抵抗部１３１の一端側から他端側へ電流が流れることになる。

つまり、第１電極１１１側に配置された第１抵抗部１２１を流れる電流の流れ方向と第２電極側１４１側に配置された第２抵抗部１３１を流れる電流の流れ方向とが、互いに並行、かつ反対方向となるようになっている。換言すれば、第１抵抗部１２１、第２抵抗部１３１、およびスルーホール１０１ａを含む電流測定部１０１の横断面から見た場合、第１抵抗部１２１、第２抵抗部１３１、およびスルーホール１０１ａにおける電流の流れがＵ字状に曲折するようになっている。

ここで、本実施形態の電流測定部集合板１００ａは、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１との間を境に、第１電極１１１側の構成と第２電極１４１側の構成が互いに対称となるように設けられている。具体的には、上述したように、第１信号ライン１２２および第２信号ライン１３２は、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１との間の絶縁性接着剤１２４を境に、互いの配線パターンが対称となるように設けられている。

そして、図４、５に示すように、第１ブラインドビアホール１０１ｂは、第１信号ライン１２２および外部配線を介して、電流測定用電圧センサ１０２に接続されている。同様に、第２ブラインドビアホール１０１ｃは、第２信号ライン１３２および外部配線を介して、電流測定用電圧センサ１０２に接続されている。電流測定用電圧センサ１０２は、第１ブラインドビアホール１０１ｂと第２ブラインドビアホール１０１ｃとの２点間の電位差を検出して、検出信号を電流検出回路５１に出力する電位差検出手段である。

電流検出回路５１は、電流測定用電圧センサ１０２の検出電位差、および第１ブラインドビアホール１０１ｂおよび第２ブラインドビアホール１０１ｃ間の第１、第２抵抗部１２１、１３１の電気抵抗値を用いて、演算処理を行うことで、セル１０ａの面内における各電流測定部１０１に対応する部位に流れる電流を算出する電流値検出手段である。

次に、電流測定装置１００による電流測定方法について説明する。燃料電池１０に水素および空気が供給されることで、燃料電池１０での発電が開始される。電流測定装置１００の各電流測定部１０１では、電流流れ方向上流側のセル１０ａから第１電極１１１の板面に電流が流れる。

そして、第１電極１１１→第１ブラインドビアホール１０１ｂ→第１抵抗部１２１→スルーホール１０１ａ→第２抵抗部１３１→第２ブラインドビアホール１０１ｃ→第２電極１４１の順に電流が流れ、第２電極１４１の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。

このとき、電流測定用電圧センサ１０２によって、第１ブラインドビアホール１０１ｂと第２ブラインドビアホール１０１ｃとの２点間の電位差を測定する。前述の如く、本実施形態では、予め定めた電気抵抗値を有する第１、第２抵抗部１２１、１３１を用いているので、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃ間の第１、第２抵抗部１２１、１３１の電気抵抗値も既知の値となる。

そこで、電流検出回路５１では、電流測定用電圧センサ１０２による検出電位差を、予め既知情報として記憶しており、第１、第２抵抗部１２１、１３１の電気抵抗値で除する演算処理を行うことで、第１、第２抵抗部１２１、１３１に流れた電流値を算出する。そして、電流検出回路５１では、上記演算処理によって得られた電流値を、制御装置５０へ出力する。

さらに、制御装置５０では、セル１０ａの面内における電流分布を検出し、検出された電流分布に基づいて燃料電池１０の発電状態を推定し、空気供給量および供給圧、水素供給圧、冷却水循環量の制御等を行う。これにより、燃料電池システムの効率および信頼性を向上させている。

具体的には、上述の燃料電池１０の発電状態は、各セル１０ａの交流インピーダンスの変化に基づいて推定することができる。ここで、本実施形態における交流インピーダンスの測定方法について簡単に説明すると、まず、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いて所定電流の交流を燃料電池１０に印加する。燃料電池１０に交流を印加している際に、セルモニタ１１と電流検出回路５１から入力された電流分布を測定する。そして、セルモニタ１１で測定した電圧値の変化と電流検出回路５１から入力された電流分布の変化に基づいて、演算により各セル１００の交流インピーダンスを測定することができる。

このような方法により、燃料電池１０の交流インピーダンスを測定する場合、従来の電流測定部１０１では、抵抗体を交流電流が通過する際に磁界が発生して、抵抗体の電流経路に生ずる磁束の逆起電力（自己誘導起電力）によりインダクタンスが発生する。そして、交流電流が高周波になるとインダクタンスの影響が無視できなくなる。

上述のように、本実施形態の電流測定部集合板１００ａの電流測定部１０１における第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１は、各抵抗部を流れる電流の流れ方向が第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１とで反対方向となるように対向して配置されている。そのため、第１抵抗部１２１および第２抵抗部１３１を流れる電流が作る磁界も反対方向となり、第１抵抗部１２１と第２抵抗部１３１に発生する磁界が互いに打ち消し合うように作用する。

このように、本実施形態の電流測定部１０１を備える電流測定装置１００では、燃料電池１０に高周波電流を印加した場合であっても、抵抗体のインダクタンスの影響を低減することができ、電流測定装置１００の測定精度を向上させることができる。

ここで、各抵抗部１２１、１３１を流れる電流が作る磁界は、各抵抗部１２１、１３１の周囲における透磁率によって、各抵抗部１２１、１３１における磁界の大きさが変動してしまう。そのため、本実施形態のように、第１信号ライン１２２と第２信号ライン１３２とを絶縁性接着剤１２４を挟んで対称となるように配置することで、第１抵抗部１２１および第２抵抗部１３１の近傍の信号ライン１２２、１３２によって生ずる透磁率の変動を抑制できるため、各抵抗部１２１、１３１を流れる電流が作る磁界同士を効果的に打ち消すことができる。

このとき、第１抵抗部１２１および第２抵抗部１３１を絶縁層と直接接触するように配置するとともに、第１信号ライン１２２を第１抵抗部１２１と同一平面上に配置し、第２信号ライン１３２を第２抵抗部１３１と同一平面上に配置していので、第１信号ライン１２２と第２信号ライン１３２との間隔を狭くすることができる。これにより、各抵抗部１２１、１３１を流れる電流が作る磁界同士をより効果的に打ち消すことができる。

したがって、高周波電流による抵抗体のインダクタンスの影響を低減することができ、電流測定装置１００の測定精度を確実に向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、複数の電流測定部１０１が板状部材として一体的に構成された電流測定部集合板１００ａを、隣り合うセル１０ａ間に配置した例について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、燃料電池１０の複数のセル１００の積層方向両端に一対のエンドプレートを配置するとともに、このエンドプレートと当該エンドプレートに隣り合うセル１０ａとの間に、電流測定部集合板１００ａを配置してもよい。この場合、電流測定部１０１を、エンドプレートに電気的に接触する第１電極１１１、当該エンドプレートに隣り合うセル１０ａに電気的に接触する第２電極１４１、および第１電極１１１と第２電極１４１とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有するように構成すればよい。

（２）上述の実施形態では、第１信号ライン１２２を１箇所で第１抵抗部１２１と電気的に接続するとともに、第２信号ライン１３２を１箇所で第２抵抗部１３１と電気的に接続した例について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、図６（ａ）に示すように、第１信号ライン１２２を、第１ブラインドビアホール１０１ｂの配置方向の中央部および両端部において第１抵抗部１２１と電気的に接続してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、第１信号ライン１２２を、全ての第１ブラインドビアホール１０１ｂと対応するように第１抵抗部１２１と電気的に接続してもよい。

同様に、第２信号ライン１３２を、第２ブラインドビアホール１０１ｃの配置方向の中央部および両端部において第２抵抗部１３１と電気的に接続してもよい。また、第２信号ライン１３２を、全ての第２ブラインドビアホール１０１ｃと対応するように第２抵抗部１３１と電気的に接続してもよい。

これによれば、電流測定用電圧センサ１０２において、複数箇所の電位差の平均値を検出して、その検出信号を電流検出回路５１に出力することができるので、電流検出回路５１により算出される電流値のバラツキを小さくすることができる。したがって、電流測定装置１００の測定精度をより確実に向上させることができる。

（３）上述の実施形態では、スルーホール１０１ａ、第１、第２ブラインドビアホール１０１ｂ、１０１ｃ等を複数の丸孔形状とする例を説明したが、例えば、それぞれ１つの長孔形状としてもよい。

（４）上述の実施形態では、第１電極１１１、第２電極１４１、第１、第２抵抗部１２１、１３１および第１、第２電流測定用配線１２２、１３２等を銅箔で形成した例を説明したが、例えば、第１、第２抵抗部１２１、１３１のみを、第１、第２電極１１１、１４１よりも抵抗値の大きい材料（例えば、ニッケル箔）で形成してもよい。

（５）上述の第１実施形態では、図２において、図示の明確化のため３枚の電流測定部集合板１００ａを記載しているが、電流測定部集合板１００ａの数はこれに限定されない。電流測定部集合板１００ａの数を増加させることで、セル１０ａの面内における電流分布をより精度良く検出できる。例えば、２枚のセル１０ａに対して１枚の電流測定部集合板１００ａを配置することが望ましい。

（６）上述の実施形態では、図５に示すように、第１、第２抵抗部１２１、１３１を流れる電流が、第１抵抗部１２１の板面を下方向に向かって流れ、第２抵抗部１３１の板面の上方向に向かって流れるように記載しているが、抵抗体を流れる電流の流れ方向はこれに限定されるものでない。例えば、第１、第２抵抗部１２１、１３１を流れる電流が、第１抵抗部１２１の板面を上方向に向かって流れ、第２抵抗部１３１の板面の下方向に向かって流れるように構成してもよい。

さらに、各抵抗部１２１、１３１を流れる電流が、各抵抗部１２１、１３１の板面の左右方向に向かって流れるように構成しても良いし、抵抗体の板面を斜め方向（抵抗体の枠辺に非並行となる方向）に流れるように構成しても良い。なお、いずれの構成においても、第１抵抗部１２１を流れる電流と第２抵抗部１３１を流れる電流との電流流れ方向が互いに反対方向となるように構成することが必要である。

１０燃料電池
１０ａセル
５１電流検出回路（電流検出手段）
１０１電流測定部
１０１ａスルーホール（抵抗体接続部）
１０１ｂ第１ブラインドビアホール（第１接続部）
１０１ｃ第２ブラインドビアホール（第２接続部）
１０２電流測定用電圧センサ（電位差検出手段）
１１１第１電極
１２１第１抵抗部
１２２第１信号ライン
１３１第２抵抗部
１３２第２信号ライン
１４１第２電極

Claims

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、前記燃料電池（１０）の内部を流れる電流を測定する電流測定装置であって、
隣り合う前記セル（１０ａ）間に配置されて、前記隣り合うセル（１０ａ）のうち一方のセルに電気的に接触する第１電極（１１１）、前記隣り合うセル（１０ａ）のうち他方のセルに電気的に接触する第２電極（１４１）、および前記第１電極（１１１）と前記第２電極（１４１）とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有する１つ以上の電流測定部（１０１）と、
前記抵抗体の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、
前記抵抗体の２点間の抵抗値と前記電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差とを用いて、前記セル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、
前記抵抗体は、前記第１電極（１１１）側に電気的に接続される第１抵抗部（１２１）と、前記第２電極（１４１）側に電気的に接続される第２抵抗部（１３１）とを有し、
前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１３１）は、抵抗体接続部（１０１ａ）を介して電気的に接続されるとともに、前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１３１）の間に絶縁層が設けられており、
前記第１抵抗部（１２１）は、前記絶縁層における前記第１電極（１１１）側に、前記絶縁層と直接接触するように配置され、
前記第２抵抗部（１３１）は、前記絶縁層における前記第２電極（１４１）側に、前記絶縁層と直接接触するように配置され、
前記第１抵抗部（１２１）を前記電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第１信号ライン（１２２）と、前記第２抵抗部（１３１）を前記電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第２信号ライン（１３２）とが、前記絶縁層を挟んで対称となるように配置され、
前記第１信号ライン（１２２）は前記第１抵抗部（１２１）と同一平面上に配置され、
前記第２信号ライン（１３２）は前記第２抵抗部（１３１）と同一平面上に配置され、
前記電位差検出手段（１０２）は、前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１３１）とをあわせた抵抗部の電位差を検出することを特徴とする電流測定装置。
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、前記燃料電池（１０）の内部を流れる電流を測定する電流測定装置であって、
前記複数のセル（１００）の積層方向両端に配置された一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートと前記エンドプレートに隣り合う前記セル（１０ａ）との間に配置されて、前記エンドプレートに電気的に接触する第１電極（１１１）、前記エンドプレートに隣り合う前記セル（１０ａ）に電気的に接触する第２電極（１４１）、および前記第１電極（１１１）と前記第２電極（１４１）とを電気的に接続するとともに予め定めた電気抵抗値を有する抵抗体を有する１つ以上の電流測定部（１０１）と、
前記抵抗体の２点間の電位差を検出する電位差検出手段（１０２）と、
前記抵抗体の２点間の抵抗値と前記電位差検出手段（１０２）によって検出された検出電位差とを用いて、前記セル（１０ａ）を流れる電流値を検出する電流値検出手段（５１）とを備え、
前記抵抗体は、前記第１電極（１１１）側に電気的に接続される第１抵抗部（１２１）と、前記第２電極（１４１）側に電気的に接続される第２抵抗部（１３１）とを有し、
前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１３１）は、抵抗体接続部（１０１ａ）を介して電気的に接続されるとともに、前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１３１）の間に絶縁層が設けられており、
前記第１抵抗部（１２１）は、前記絶縁層における前記第１電極（１１１）側に、前記絶縁層と直接接触するように配置され、
前記第２抵抗部（１３１）は、前記絶縁層における前記第２電極（１４１）側に、前記絶縁層と直接接触するように配置され、
前記第１抵抗部（１２１）を前記電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第１信号ライン（１２２）と、前記第２抵抗部（１３１）を前記電位差検出手段（１０２）に電気的に接続するための第２信号ライン（１３２）とが、前記絶縁層を挟んで対称となるように配置され、
前記第１信号ライン（１２２）は前記第１抵抗部（１２１）と同一平面上に配置され、
前記第２信号ライン（１３２）は前記第２抵抗部（１３１）と同一平面上に配置され、
前記電位差検出手段（１０２）は、前記第１抵抗部（１２１）と前記第２抵抗部（１２２）とをあわせた抵抗部の電位差を検出することを特徴とする電流測定装置。
前記第１電極（１１１）、前記第２電極（１４１）、前記第１抵抗部（１２１）および前記第２抵抗部（１３１）は、それぞれ異なるプリント基板に配置されており、
前記第１電極（１１１）および前記第１抵抗部（１２１）は、前記第１電極（１１１）と前記第１抵抗部（１２１）とを電気的に接続する第１接続部（１０１ｂ）により接続されており、
前記第２電極（１４１）および前記第２抵抗部（１３１）は、前記第２電極（１４１）と前記第２抵抗部（１３１）とを電気的に接続する第２接続部（１０１ｃ）により接続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。
前記第１信号ライン（１２２）は、少なくとも１箇所で前記第１抵抗部（１２１）と電気的に接続しており、
前記第２信号ライン（１３２）は、少なくとも１箇所で前記第２抵抗部（１３１）と電気的に接続してい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。