JP5853656B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の状態を診断する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system for diagnosing the state of a fuel cell.

従来、燃料電池の各種状態（内部含水量、ガス欠乏等）を診断する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, a fuel cell system for diagnosing various states of a fuel cell (internal water content, gas deficiency, etc.) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献１では、電解質膜の外側両面に配置される触媒層における乾燥の進行が速いことに着眼し、触媒層におけるインピーダンスの変化に基づいて燃料電池内部の乾燥状態を診断する構成としている。具体的には、燃料電池内部の乾燥状態を診断するために、燃料電池における高周波領域のインピーダンスと低周波領域のインピーダンスをそれぞれ算出し、各インピーダンスの差分に基づいて触媒層の含水量を算出するようにしている。なお、特許文献１では、高周波領域のインピーダンスが燃料電池の電解質膜の抵抗に対応し、低周波領域のインピーダンスが燃料電池の電解質膜の抵抗と触媒層の抵抗との合算値に対応するものとしている。   In this Patent Document 1, it is noted that the drying progress in the catalyst layers arranged on both outer sides of the electrolyte membrane is fast, and the dry state inside the fuel cell is diagnosed based on the impedance change in the catalyst layer. Specifically, in order to diagnose the dry state inside the fuel cell, the high-frequency impedance and the low-frequency impedance in the fuel cell are calculated, and the water content of the catalyst layer is calculated based on the difference between the impedances. I am doing so. In Patent Document 1, the impedance in the high frequency region corresponds to the resistance of the electrolyte membrane of the fuel cell, and the impedance in the low frequency region corresponds to the sum of the resistance of the electrolyte membrane of the fuel cell and the resistance of the catalyst layer. Yes.

特許４６４０６６１号公報Japanese Patent No. 4640661

ところで、特許文献１の燃料電池システムのように、燃料電池のインピーダンスを用いて燃料電池の状態を診断する構成では、燃料電池に対して高周波、および低周波の交流信号を印加する装置や、高速フーリエ変換処理を行うための演算装置（ＦＦＴ等）が必要となり、システムの構成が複雑となってしまうという問題がある。   By the way, in the structure which diagnoses the state of a fuel cell using the impedance of a fuel cell like the fuel cell system of patent document 1, the apparatus which applies the high frequency and low frequency alternating current signal with respect to a fuel cell, high-speed There is a problem that an arithmetic unit (FFT or the like) for performing Fourier transform processing is required, and the system configuration becomes complicated.

さらに、燃料電池のインピーダンスを用いて燃料電池の状態を診断する構成では、インピーダンスを算出する際の演算に長時間を要することから、燃料電池の診断に遅れが生じ、経時的に変化する燃料電池の状態をリアルタイムに診断することが難しいといった問題もある。   Further, in the configuration for diagnosing the state of the fuel cell using the impedance of the fuel cell, since the calculation for calculating the impedance requires a long time, the diagnosis of the fuel cell is delayed and the fuel cell changes over time. There is also a problem that it is difficult to diagnose the state of this in real time.

本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成で、かつ、燃料電池の診断の遅れを抑制可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a fuel cell system having a simple configuration and capable of suppressing delay in diagnosis of a fuel cell.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する電池セル（１０ａ）を複数積層して構成した燃料電池（１）と、複数の電池セル（１０ａ）のうち、少なくとも１つの電池セル（１０ａ）に対して電池セル（１０ａ）の積層方向に隣接配置され、当該隣接配置された電池セル（１０ａ）における少なくとも二箇所を流れる電流の差に相関する物理量を検出する物理量検出手段（１００）と、物理量検出手段（１００）の検出値に応じて燃料電池（１）の状態を診断する状態診断手段（５０ａ）と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell (1) is formed by stacking a plurality of battery cells (10a) that output an electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas. ) And at least two of the plurality of battery cells (10a) adjacent to at least one battery cell (10a) in the stacking direction of the battery cells (10a). A physical quantity detection means (100) for detecting a physical quantity that correlates with a difference in current flowing through the location, a state diagnosis means (50a) for diagnosing the state of the fuel cell (1) in accordance with a detection value of the physical quantity detection means (100), It is characterized by providing.

このように、燃料電池（１）のインピーダンスを算出するのでなく、電池セル（１０ａ）における二箇所を流れる電流の差に相関する物理量に基づいて燃料電池の状態を診断する構成とすれば、燃料電池（１）に交流信号を印加する装置等が不要となると共に、複雑な演算処理が不要となる。従って、燃料電池（１）の状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池の診断の遅れを抑制することができる。
また、請求項１に記載の発明では、状態診断手段（５０ａ）を、物理量検出手段（１００）の検出値を所定の基準閾値と比較し、その比較結果に応じて燃料電池（１）の状態を診断する構成としている。
具体的には、請求項１に記載の発明では、複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成されており、物理量検出手段（１００）は、酸化剤ガス流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所（Ｘ１、Ｘ６、Ｘ７）を流れる電流を、上流側箇所（Ｘ１、Ｘ６、Ｘ７）よりも酸化剤ガス流れ下流側に位置する下流側箇所（Ｙ１、Ｙ６、Ｙ７）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値が、基準閾値を構成する第１閾値以上となる場合に、燃料電池（１）の内部が乾燥した乾燥状態と診断することを特徴とする。これにより、燃料電池（１）の乾燥状態を的確に把握することができる。 As described above, if the configuration of diagnosing the state of the fuel cell based on the physical quantity correlated with the difference between the currents flowing through the two locations in the battery cell (10a) rather than calculating the impedance of the fuel cell (1), A device or the like for applying an AC signal to the battery (1) is not required, and complicated arithmetic processing is not required. Therefore, the fuel cell system for diagnosing the state of the fuel cell (1) can be realized with a simple configuration, and delay in the diagnosis of the fuel cell can be suppressed.
In the first aspect of the invention, the state diagnosis means (50a) compares the detection value of the physical quantity detection means (100) with a predetermined reference threshold value, and the state of the fuel cell (1) is determined according to the comparison result. Is configured to diagnose.
Specifically, in the first aspect of the invention, each of the plurality of battery cells (10a) has an oxidant gas flow path through which an oxidant gas flows, and the physical quantity detection means (100) includes The current flowing through the upstream portion (X1, X6, X7) located closer to the inlet portion than the outlet portion of the oxidant gas flow path is more downstream than the upstream portion (X1, X6, X7). The physical quantity correlated with the current difference subtracted from the current flowing through the downstream side locations (Y1, Y6, Y7) located on the side is detected, and the state diagnosis means (50a) is detected by the physical quantity detection means (100). When the value is equal to or greater than the first threshold value constituting the reference threshold value, the inside of the fuel cell (1) is diagnosed as being in a dry state. Thereby, the dry state of the fuel cell (1) can be accurately grasped.

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、物理量検出手段（１００）は、電池セル（１０ａ）の積層方向に沿って電流を流すための複数の導電部（１０１）と、複数の導電部（１０１）のうち、一対の導電部を流れる電流の差に相関する物理量を検出する単一の検出部（１０２）と、を有して構成されていることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 2, in the fuel cell system according to claim 1, the physical quantity detection means (100) includes a plurality of conductive parts for flowing current along the stacking direction of the battery cells (10a). (101) and a single detection unit (102) that detects a physical quantity that correlates with the difference in current flowing through the pair of conductive units among the plurality of conductive units (101). It is characterized by.

これによれば、一対の導電部それぞれに検出部（１０２）を設ける場合に比べて、検出部（１０２）の数を少なくすることができるので、物理量検出手段（１００）を簡素な構成で実現することができ、燃料電池システムの構成の簡素化を図ることができる。   According to this, since the number of detection units (102) can be reduced as compared with the case where the detection unit (102) is provided in each of the pair of conductive units, the physical quantity detection means (100) is realized with a simple configuration. This simplifies the configuration of the fuel cell system.

具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、検出部（１０２）を、一対の導電部に電流が流れた際に一対の導電部の周囲に形成される磁束密度を物理量として検出する磁気センサ（１０３）を有する構成とすることができる。   Specifically, as in the invention described in claim 3, in the fuel cell system according to claim 2, when the current flows through the pair of conductive parts, the detection unit (102) is connected to the pair of conductive parts. It can be set as the structure which has a magnetic sensor (103) which detects the magnetic flux density formed in the circumference | surroundings as a physical quantity.

また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、検出部（１０２）は、一対の導電部それぞれを囲むように配置され、一対の導電部の周囲に形成される磁束を磁気センサ（１０３）に集める集磁体（１０４）を有して構成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the third aspect, the detection section (102) is disposed so as to surround each of the pair of conductive sections, and is formed around the pair of conductive sections. The magnetic sensor (103) collects the magnetic flux to be collected in the magnetic sensor (103).

これによれば、磁気センサ（１０３）における一対の導電部の周囲に形成される磁束密度の検出精度を向上させることが可能となる。   According to this, it becomes possible to improve the detection accuracy of the magnetic flux density formed around the pair of conductive portions in the magnetic sensor (103).

また、請求項５に記載の発明のように、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、一対の導電部における電位差を物理量として検出する電圧センサ（１０５）で構成してもよい。   Further, as in the invention described in claim 5, in the fuel cell system described in claim 2, the fuel cell system may include a voltage sensor (105) that detects a potential difference between the pair of conductive portions as a physical quantity.

ここで、一対の導電部同士が遠く離れた位置に存在すると、外部からのノイズ等の影響が導電部間でばらつくことがある。この場合、物理量検出手段（１００）の検出精度に悪影響を及ぼす虞がある。   Here, if a pair of conductive parts exist at positions far away from each other, the influence of external noise or the like may vary between the conductive parts. In this case, the detection accuracy of the physical quantity detection means (100) may be adversely affected.

このため、請求項６に記載の発明のように、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、一対の導電部を、複数の導電部（１０１）のうち、互いに隣接して配置された導電部で構成することが望ましい。   Therefore, as in the invention according to claim 6, in the fuel cell system according to any one of claims 2 to 5, the pair of conductive parts are adjacent to each other among the plurality of conductive parts (101). It is desirable that the conductive portions are arranged as described above.

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、物理量検出手段（１００）は、酸化剤ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ２、Ｙ６）を流れる電流から下流側箇所（Ｙ２、Ｙ６）よりも酸化剤ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ２、Ｘ６）を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値が基準閾値を構成する第２閾値以下となる場合に、燃料電池（１）の内部が過剰に湿潤した過湿潤状態と診断することを特徴とする。これにより、燃料電池（１）の過湿潤状態を的確に把握することができる。 Further, in the invention according to claim 7, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, the physical amount detecting means (100), the outlet than the inlet portion of the oxidizing gas channel The current flowing through the upstream part (X2, X6) located upstream of the downstream part (Y2, Y6) is further subtracted from the current flowing through the downstream part (Y2, Y6) located near the part. The state diagnosis means (50a) is configured to detect a physical quantity correlated with the current difference, and the state diagnosis means (50a) is configured to detect a fuel cell (when the detection value of the physical quantity detection means (100) is equal to or less than a second threshold value constituting a reference threshold value). It is characterized by diagnosing an excessively wet state in which the inside of 1) is excessively wet. Thereby, it is possible to accurately grasp the excessively wet state of the fuel cell (1).

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、物理量検出手段（１００）は、燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ３）を流れる電流を、下流側箇所（Ｙ３）よりも燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ３）流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値が、基準閾値を構成する第３閾値以上となる場合に、燃料電池（１）への燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする。これにより、燃料電池（１）の燃料ガス不足状態を的確に把握することができる。 Further, in the invention according to claim 8, wherein in claims 1 to 7 fuel cell system according to any one of the plurality of battery cells (10a), the fuel gas flow passage where the fuel gas flows in its interior The physical quantity detection means (100) is configured to cause the current flowing through the downstream portion (Y3) located closer to the outlet portion than the inlet portion of the fuel gas flow channel to flow from the downstream portion (Y3). The physical quantity correlated with the current difference subtracted from the current flowing in the upstream side (X3) located on the upstream side of the gas flow is configured, and the state diagnosis means (50a) has a detection value of the physical quantity detection means (100). The fuel gas shortage state in which supply of fuel gas to the fuel cell (1) is insufficient is diagnosed when the reference threshold value is equal to or greater than the third threshold value constituting the reference threshold value. Thereby, the fuel gas shortage state of the fuel cell (1) can be accurately grasped.

また、請求項９に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、物理量検出手段（１００）は、燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ３）を流れる電流を、下流側箇所（Ｙ３）よりも燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ３）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値の増加度合いが、基準閾値を構成する第４閾値以上となる場合に、燃料電池（１）への燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする。これによっても、燃料電池（１）の燃料ガス不足状態を的確に把握することができる。 Further, in the invention according to claim 9, wherein in claims 1 to 7 fuel cell system according to any one of the plurality of battery cells (10a), the fuel gas flow passage where the fuel gas flows in its interior The physical quantity detection means (100) is configured to cause the current flowing through the downstream portion (Y3) located closer to the outlet portion than the inlet portion of the fuel gas flow channel to flow from the downstream portion (Y3). The physical quantity correlated with the current difference subtracted from the current flowing through the upstream side (X3) located upstream of the gas flow is detected, and the state diagnosis means (50a) is the detection value of the physical quantity detection means (100). When the increase degree of the fuel cell is equal to or greater than a fourth threshold value constituting the reference threshold value, a fuel gas shortage state in which the supply of fuel gas to the fuel cell (1) is insufficient is diagnosed. This also makes it possible to accurately grasp the fuel gas shortage state of the fuel cell (1).

また、請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、物理量検出手段（１００）は、冷却水流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ５）を流れる電流から下流側箇所（Ｙ５）よりも冷却水流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ５）を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値が、基準閾値を構成する第６閾値以下となる場合に、前記冷却水の流量不足によって燃料電池（１）が過剰に昇温した温度過剰状態であると診断することを特徴とする。これにより、燃料電池（１）の温度過剰状態を的確に把握することができる。なお、燃料電池（１）の温度過剰状態には、全体的な冷却水の流量不足によって燃料電池（１）全体の温度が過剰に昇温した状態に限らず、局所的な冷却水の流量不足によって燃料電池（１）の局所部位の温度が過剰に昇温した状態が含まれる。 Further, in the invention according to claim 10, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, each of the plurality of battery cells (10a), the cooling water passage through which cooling water flows in its interior The physical quantity detection means (100) is formed so that the coolant flow upstream of the downstream location (Y5) from the current flowing through the downstream location (Y5) located closer to the exit portion than the inlet portion of the coolant flow path. The physical quantity correlated with the current difference obtained by subtracting the current flowing through the upstream side position (X5) located on the side is detected, and the state diagnosis means (50a) has the detection value of the physical quantity detection means (100) as the reference When the value is equal to or lower than a sixth threshold value constituting the threshold value, the fuel cell (1) is diagnosed as being in an excessive temperature state in which the temperature of the fuel cell (1) is excessively increased due to an insufficient flow rate of the cooling water. Thereby, it is possible to accurately grasp the excessive temperature state of the fuel cell (1). Note that the excessive temperature state of the fuel cell (1) is not limited to the state in which the temperature of the entire fuel cell (1) is excessively increased due to the insufficient flow rate of the cooling water, but the local flow rate of the cooling water is insufficient. This includes a state where the temperature of the local portion of the fuel cell (1) is excessively increased.

また、請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、物理量検出手段（１００）は、冷却水流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所（Ｘ４）を流れる電流を、上流側箇所（Ｘ４）よりも冷却水流れ下流側に位置する下流側箇所（Ｙ４）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、状態診断手段（５０ａ）は、物理量検出手段（１００）の検出値が、基準閾値を構成する第５閾値以上となる場合に、前記冷却水の温度が低いことによって燃料電池（１）が充分に昇温していない温度不足状態であると診断することを特徴とする。これにより、燃料電池（１）の温度不足状態を的確に把握することができる。 Further, in the invention according to claim 11, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, each of the plurality of battery cells (10a), the cooling water passage through which cooling water flows in its interior The physical quantity detection means (100) is formed so that the current flowing through the upstream portion (X4) located closer to the inlet portion than the outlet portion of the cooling water flow path flows into the cooling water from the upstream portion (X4). The physical quantity correlated with the current difference subtracted from the current flowing through the downstream location (Y4) located on the downstream side is detected, and the state diagnosis means (50a) has the detection value of the physical quantity detection means (100) as When the temperature is equal to or higher than the fifth threshold value constituting the reference threshold value, it is diagnosed that the temperature of the fuel cell (1) is not sufficiently increased due to a low temperature of the cooling water. Thereby, it is possible to accurately grasp the temperature shortage state of the fuel cell (1).

また、請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、状態診断手段（５０ａ）は、燃料電池（１）全体を流れる総電流の増加に応じて、基準閾値を増加させることを特徴とする。これによれば、燃料電池（１）の状態をより適切に診断することが可能となる。 Further, in the invention according to claim 12, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 11, condition diagnosis means (50a) is a fuel cell (1) to increase the total current flowing through the entire Accordingly, the reference threshold value is increased. According to this, it becomes possible to diagnose the state of the fuel cell (1) more appropriately.

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。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell according to a first embodiment. 第１実施形態に係る電流差検出装置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the current difference detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 燃料電池が乾燥状態となる際の膜抵抗と電流比との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the membrane resistance and current ratio when a fuel cell will be in a dry state. 第１実施形態に係る制御装置が実行する乾燥診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the dry diagnosis process which the control apparatus which concerns on 1st Embodiment performs. 第２実施形態に係る電流差検出装置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the current difference detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 燃料電池が過湿潤状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the detected value which a current difference detection apparatus outputs when a fuel cell will be in an overwetting state. 第２実施形態に係る制御装置が実行する過湿潤診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the overwetting diagnostic process which the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment performs. 第３実施形態に係る電流差検出装置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the current difference detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 燃料電池が水素不足状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the detected value which a current difference detection apparatus outputs when a fuel cell will be in a hydrogen shortage state. 第３実施形態に係る制御装置が実行する水素不足診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the hydrogen shortage diagnostic process which the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment performs. 第４実施形態に係る電流差検出装置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the current difference detection apparatus which concerns on 4th Embodiment. 燃料電池が温度不足状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。It is a characteristic figure showing change of a detection value which a current difference detector outputs when a fuel cell will be in a temperature shortage state. 第４実施形態に係る制御装置が実行する温度不足診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the temperature shortage diagnostic process which the control apparatus which concerns on 4th Embodiment performs. 第５実施形態に係る電流差検出装置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the current difference detection apparatus which concerns on 5th Embodiment. 燃料電池が温度過剰状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。It is a characteristic figure showing change of a detection value which a current difference detection device outputs when a fuel cell will be in an over-temperature state. 第５実施形態に係る制御装置が実行する温度過剰診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the temperature excess diagnostic process which the control apparatus which concerns on 5th Embodiment performs. 電流差検出装置の検出部の変形例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the modification of the detection part of an electric current difference detection apparatus. 電流差検出装置の変形例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the modification of a current difference detection apparatus. 燃料電池が乾燥状態となる際の膜抵抗と電位差との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the membrane resistance and potential difference when a fuel cell will be in a dry state.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を適用した燃料電池システムの全体構成図であり、図２は、本実施形態に係る燃料電池１の斜視図である。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。 (First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which a current difference detection device 100 according to the present embodiment is applied, and FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell 1 according to the present embodiment. This fuel cell system is applied to a so-called fuel cell vehicle, which is a kind of electric vehicle, and supplies electric power to an electric load such as an electric motor for vehicle travel.

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１を備えている。燃料電池１は、図示しない車両走行用電動モータや２次電池といった電気負荷に供給される電気エネルギを出力するもので、本実施形態では、固体高分子電解質型燃料電池を採用している。   First, as shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 1 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 1 outputs electric energy supplied to an electric load such as a vehicle driving electric motor or a secondary battery (not shown). In the present embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is employed.

より具体的には、燃料電池１は、基本単位となる電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａと記載する。）が、電気的に直列に接続されるように複数積層配置された積層体、および当該積層体の両端部に配置された集電板１０ｂ、１０ｃで構成されている。   More specifically, the fuel cell 1 includes a stacked body in which a plurality of battery cells 10a (hereinafter simply referred to as cells 10a) serving as a basic unit are arranged so as to be electrically connected in series, and It consists of current collecting plates 10b and 10c arranged at both ends of the laminate.

各セル１０ａは、固体高分子からなる電解質膜（図示略）の両側面に一対の電極（図示略）が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を狭持する一対のセパレータ（図示略）で構成されている。   Each cell 10a includes a membrane electrode assembly (MEA) in which a pair of electrodes (not shown) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (not shown) made of a solid polymer, and the membrane electrode assembly. It is composed of a pair of separators (not shown) sandwiched between them.

一対のセパレータは、カーボン材や導電性金属よりなる板状プレートからなり、負極（アノード電極）側と対向する面に水素が流れる水素流路（燃料ガス流路）が形成され、正極（カソード電極）側と対向する面に空気が流れる空気流路（酸化剤ガス流路）が形成されている。さらに、一対のセパレータには、燃料電池１を冷却するための冷却水が流れる冷却水流路が形成されている。   The pair of separators is made of a plate plate made of a carbon material or a conductive metal, and a hydrogen channel (fuel gas channel) through which hydrogen flows is formed on a surface facing the negative electrode (anode electrode) side, and the positive electrode (cathode electrode) An air flow path (oxidant gas flow path) through which air flows is formed on a surface facing the) side. Furthermore, the pair of separators are formed with cooling water passages through which cooling water for cooling the fuel cell 1 flows.

燃料電池１の内部には、各セル１０ａの水素流路に水素を分配する水素供給用マニホールド１ａ、および各セル１０ａの水素流路から流出した水素を集合させる水素排出用マニホールド１ｂが、各セル１０の積層方向に延びるように配置されている。   Inside the fuel cell 1, a hydrogen supply manifold 1a that distributes hydrogen to the hydrogen flow paths of the cells 10a and a hydrogen discharge manifold 1b that collects hydrogen flowing out of the hydrogen flow paths of the cells 10a are provided in each cell. 10 are arranged so as to extend in the stacking direction.

また、燃料電池１の内部には、各セル１０ａの空気流路に空気を分配する空気供給用マニホールド１ｃ、および各セル１０ａの空気流路から流出した空気を集合させる空気排出用マニホールド１ｄが、各セル１０ａの積層方向に延びるように配置されている。   Further, inside the fuel cell 1, there are an air supply manifold 1c that distributes air to the air flow paths of the cells 10a, and an air discharge manifold 1d that collects the air that has flowed out of the air flow paths of the cells 10a. It arrange | positions so that it may extend in the lamination direction of each cell 10a.

さらに、燃料電池１の内部には、各セル１０ａの冷却水流路に冷却水を分配する冷却水供給用マニホールド１ｅ、および各セル１０ａの冷却水流路から流出した冷却水を集合させる冷却水排出用マニホールド１ｆが、各セル１０ａの積層方向に延びるように配置されている。   Further, inside the fuel cell 1, a cooling water supply manifold 1e that distributes the cooling water to the cooling water flow paths of the cells 10a, and a cooling water discharge that collects the cooling water that has flowed out of the cooling water flow paths of the cells 10a. The manifold 1f is arranged so as to extend in the stacking direction of the cells 10a.

水素供給用マニホールド１ａおよび空気供給用マニホールド１ｃから水素および空気といった反応ガスが供給されると、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して、電気エネルギを出力する。   When reaction gases such as hydrogen and air are supplied from the hydrogen supply manifold 1a and the air supply manifold 1c, in each cell 10a, as shown below, hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to output electric energy. To do.

（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池１から出力される電気エネルギは、燃料電池全体として出力される電流（総電流）を検出する電流センサ１１によって計測される。電流センサ１１の検出信号は、後述する制御装置５０に入力されている。 (Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The electrical energy output from the fuel cell 1 is measured by a current sensor 11 that detects a current (total current) output as the entire fuel cell. The detection signal of the current sensor 11 is input to the control device 50 described later.

また、本実施形態では、複数のセル１０ａのうち、隣接するセル１０ａの間に、セル１０ａにおける異なる二箇所を流れる電流の差に相関する物理量を検出する物理量検出手段として機能する電流差検出装置１００が配置されている。この電流差検出装置１００については後述する。   In the present embodiment, a current difference detection device that functions as a physical quantity detection unit that detects a physical quantity that correlates with a difference in current flowing between two different locations in the cell 10a between adjacent cells 10a among the plurality of cells 10a. 100 is arranged. The current difference detection device 100 will be described later.

燃料電池１の空気極（正極）側には、酸素を主成分とする酸化剤ガスである空気を燃料電池１内部の空気供給用マニホールド１ｃに供給するための空気供給配管２０ａ、並びに、燃料電池１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１内部の空気排出用マニホールド１ｄを介して、外部へ排出するための空気排出配管２０ｂが接続されている。   On the air electrode (positive electrode) side of the fuel cell 1, an air supply pipe 20a for supplying air, which is an oxidant gas mainly composed of oxygen, to the air supply manifold 1c inside the fuel cell 1, and the fuel cell 1 is connected to an air discharge pipe 20b for discharging the surplus air after the electrochemical reaction in 1 and the generated water generated by the air electrode to the outside through the air discharge manifold 1d inside the fuel cell 1. Yes.

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１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１内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。なお、本実施形態では、空気ポンプ２１および空気調圧弁２３によって、所定の流量および圧力の空気を燃料電池１に供給する酸化剤ガス側のガス供給手段が構成される。   An air pump 21 is provided at the most upstream portion of the air supply pipe 20a to pump the air sucked from the atmosphere to the fuel cell 1, and the air discharge pipe 20b adjusts the pressure of the air in the fuel cell 1. An air pressure regulating valve 23 is provided. In the present embodiment, the air pump 21 and the air pressure regulating valve 23 constitute gas supply means on the oxidant gas side that supplies air of a predetermined flow rate and pressure to the fuel cell 1.

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１へ供給される空気を加湿する機能を果たす。   Further, the air supply pipe 20 a and the air discharge pipe 20 b are provided with a humidifier 22 for moving the humidity (water vapor) of the air flowing out from the air pressure regulating valve 23 to the air pumped from the air pump 21. . The humidifier 22 is composed of a plurality of hollow fibers and functions to humidify the air supplied to the fuel cell 1.

燃料電池１の水素極（負極）側には、水素を主成分とする燃料ガス（水素）を燃料電池１内部の水素供給用マニホールドａ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１内部の水素排出用マニホールド１ｂから外部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。   On the hydrogen electrode (negative electrode) side of the fuel cell 1, a hydrogen supply pipe 30 a for supplying a fuel gas (hydrogen) containing hydrogen as a main component to the hydrogen supply manifold a inside the fuel cell 1 is accumulated on the hydrogen electrode side. A hydrogen discharge pipe 30b for discharging the produced water together with a small amount of hydrogen from the hydrogen discharge manifold 1b inside the fuel cell 1 is connected. Furthermore, the hydrogen supply pipe 30a and the hydrogen discharge pipe 30b are connected via a hydrogen circulation pipe 30c.

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１との間には、燃料電池１に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁３２が設けられている。なお、本実施形態では、この水素調圧弁３２によって、所定の圧力の水素を燃料電池１に供給する燃料ガス側のガス供給手段が構成される。   A high-pressure hydrogen tank 31 filled with high-pressure hydrogen is provided at the uppermost stream portion of the hydrogen supply pipe 30a, and is supplied to the fuel cell 1 between the high-pressure hydrogen tank 31 and the fuel cell 1 in the hydrogen supply pipe 30a. A hydrogen pressure regulating valve 32 for adjusting the pressure of hydrogen is provided. In the present embodiment, the hydrogen pressure regulating valve 32 constitutes a gas supply means on the fuel gas side for supplying hydrogen at a predetermined pressure to the fuel cell 1.

水素排出配管３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。このため、本実施形態では、水素排出配管３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。   The hydrogen discharge pipe 30b is provided with an electromagnetic valve 34 that opens and closes at predetermined time intervals in order to discharge the produced water together with a small amount of hydrogen to the outside air. In the above-described electrochemical reaction, generated water is not generated on the hydrogen electrode side, but generated water that has permeated the electrolyte membrane of each cell 10a from the oxygen electrode side may accumulate on the hydrogen electrode side. For this reason, in this embodiment, the hydrogen discharge piping 30b and the solenoid valve 34 are provided.

水素循環配管３０ｃは、水素供給配管３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出配管３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられており、これにより、燃料電池１から流出した未反応の水素を、燃料電池１に循環させて再供給している。さらに、水素循環配管３０ｃには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。   The hydrogen circulation pipe 30c is provided so as to connect the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 32 of the hydrogen supply pipe 30a and the upstream side of the electromagnetic valve 34 of the hydrogen discharge pipe 30b. Is recirculated to the fuel cell 1 and re-supplied. Further, a hydrogen pump 33 for circulating hydrogen in the hydrogen flow path 30 is disposed in the hydrogen circulation pipe 30c.

ところで、燃料電池１は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１には、燃料電池１を冷却するために、燃料電池１内部の冷却水供給用マニホールド１ｅおよび冷却水排出用マニホールド１ｆに接続される冷却水回路４０が設けられている。この冷却水回路４０には、燃料電池１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。   By the way, the fuel cell 1 needs to be maintained at a constant temperature (for example, about 80 ° C.) during operation in order to ensure power generation efficiency. For this reason, the fuel cell 1 is provided with a coolant circuit 40 connected to the coolant supply manifold 1e and the coolant discharge manifold 1f in the fuel cell 1 in order to cool the fuel cell 1. The coolant circuit 40 is provided with a water pump 41 that circulates coolant (heat medium) through the fuel cell 1 and a radiator 43 that includes an electric fan 42.

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。   Further, the cooling water circuit 40 is provided with a bypass flow path 44 through which the cooling water flows so as to bypass the radiator 43. A flow path switching valve 45 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the bypass flow path 44 is provided at the junction of the cooling water circuit 40 and the bypass flow path 44. The cooling capacity of the cooling water circuit 40 is adjusted by adjusting the valve opening degree of the flow path switching valve 45.

制御装置（ＥＣＵ）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構成機器の作動を制御する制御手段であって、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。   The control device (ECU) 50 is a control means for controlling the operation of various components constituting the fuel cell system based on an input signal, and is a known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits It is composed of.

具体的には、制御装置５０の入力側には、上述の電流センサ１１および電流差検出装置１００等が接続されており、電流センサ１１および電流差検出装置１００等から出力される信号が入力される。   Specifically, the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are connected to the input side of the control device 50, and signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are input. The

一方、出力側には、上述の空気ポンプ２１、加湿器２２、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等の各種構成機器が接続されて、各種構成機器に対して制御信号が出力される。   On the other hand, on the output side, various components such as the air pump 21, the humidifier 22, the air pressure regulating valve 23, the hydrogen pressure regulating valve 32, the hydrogen pump 33, the electromagnetic valve 34, the water pump 41, and the flow path switching valve 45 are provided. Connected and a control signal is output to various components.

ここで、燃料電池１では、その内部の状態が乾燥状態、過湿潤状態、水素不足状態（燃料ガス不足状態）、温度過剰状態、温度不足状態等になると電池の出力が低下してしまう。例えば、燃料電池１では、その内部の水分量が低下すると各セル１０ａにおける電解質膜が乾燥して電池の出力が低下し、一方、内部の水分量が過剰となると反応ガスの供給が阻害されて電池の出力が低下する。また、燃料電池１では、水素の供給量が不足すると各セル１０ａにおける電気エネルギを充分に発生させることができず、電池の出力が低下する。さらに、燃料電池１では、内部の温度が過剰に高くなると電解質膜が乾燥しやすくなり、電池の出力低下が懸念され、一方、内部の温度低くなると電気化学反応が不活性となり、電池の出力が低下する。   Here, in the fuel cell 1, when the internal state becomes a dry state, an excessively wet state, a hydrogen shortage state (fuel gas shortage state), an excessive temperature state, a low temperature state, or the like, the output of the battery decreases. For example, in the fuel cell 1, when the water content inside the fuel cell 1 decreases, the electrolyte membrane in each cell 10a is dried and the output of the battery decreases. On the other hand, when the internal water content becomes excessive, the supply of the reaction gas is hindered. Battery output decreases. Further, in the fuel cell 1, when the supply amount of hydrogen is insufficient, the electric energy in each cell 10a cannot be sufficiently generated, and the output of the battery is lowered. Further, in the fuel cell 1, when the internal temperature becomes excessively high, the electrolyte membrane is likely to dry, and there is a concern about the decrease in the output of the battery. On the other hand, when the internal temperature becomes low, the electrochemical reaction becomes inactive and the output of the battery becomes descend.

このため、本実施形態では、入力信号に基づいて制御装置５０にて燃料電池１の状態を診断すると共に、燃料電池１の状態を正常に復帰させるために、燃料電池１の状態の診断結果に応じて各種構成機器を制御するようにしている。本実施形態の制御装置５０は、入力信号に基づいて燃料電池１の乾燥状態を診断する乾燥診断処理を実行するように構成されている。   For this reason, in the present embodiment, the control device 50 diagnoses the state of the fuel cell 1 based on the input signal, and in order to return the state of the fuel cell 1 to normal, the diagnosis result of the state of the fuel cell 1 is used. In response, various components are controlled. The control device 50 of the present embodiment is configured to execute a dry diagnosis process for diagnosing the dry state of the fuel cell 1 based on an input signal.

なお、本実施形態における制御装置５０のうち、燃料電池１の状態を診断する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、状態診断手段５０ａを構成し、燃料電池１の状態を正常に復帰させるために各種構成機器を制御する構成が、復帰制御手段５０ｂを構成している。   In the control device 50 according to the present embodiment, the configuration (hardware and software) for diagnosing the state of the fuel cell 1 constitutes the state diagnosing means 50a, and various types are used to restore the state of the fuel cell 1 to normal. The configuration for controlling the constituent devices constitutes the return control means 50b.

次に、本実施形態の電流差検出装置１００の詳細について説明する。図３は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を説明するための説明図であり、図３の（ａ）が図２のＡ部の部分拡大図を示し、（ｂ）が電流差検出装置１００の検出部１０２の拡大図を示している。   Next, details of the current difference detection device 100 of the present embodiment will be described. 3A and 3B are explanatory diagrams for explaining the current difference detection device 100 according to the present embodiment, in which FIG. 3A shows a partially enlarged view of part A in FIG. 2, and FIG. 3B shows current difference detection. An enlarged view of the detection unit 102 of the apparatus 100 is shown.

図２に示すように、本実施形態の電流差検出装置１００は、導電性金属よりなる複数の導電部１０１が板状部材として一体的に構成された導電部集合板１００ａ、複数の導電部１０１のうち、一対の導電部それぞれを流れる電流の差に相関する物理量を検出する単一の検出部１０２を有して構成されている。なお、各導電部１０１は、セル１０ａの積層方向における抵抗値が一定となるように構成されている。   As shown in FIG. 2, the current difference detection device 100 according to the present embodiment includes a conductive part assembly plate 100 a in which a plurality of conductive parts 101 made of a conductive metal are integrally configured as a plate-like member, and a plurality of conductive parts 101. Among these, it has a single detection unit 102 that detects a physical quantity that correlates with the difference in current flowing through each of the pair of conductive units. Each conductive portion 101 is configured so that the resistance value in the stacking direction of the cells 10a is constant.

ここで、本実施形態では、燃料電池１の乾燥状態を診断することから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的乾燥し易い部位である空気流路の入口部の近くに位置する上流側箇所Ｘ１を流れる電流と、上流側箇所Ｘ１よりも空気流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ１を流れる電流との差に相関する物理量を検出するようにしている。   Here, in the present embodiment, since the dry state of the fuel cell 1 is diagnosed, the current difference detection device 100 is located near the inlet portion of the air flow path, which is a relatively easily dried portion in each cell 10a. The physical quantity correlated with the difference between the current flowing through the upstream location X1 and the current flowing through the downstream location Y1 located downstream of the upstream location X1 is detected.

より具体的には、電流差検出装置１００は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１を流れる電流を、下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１と下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１とが隣接して配置されている。   More specifically, the current difference detection device 100 is a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting the current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X1 from the current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y1. Is configured to detect. In the present embodiment, the conductive portion 101 present at the upstream location X1 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y1 are disposed adjacent to each other.

本実施形態の導電部集合板１００ａは、隣接するセル１０ａ間に配置されている。そして、導電部集合板１００ａのうち、対向する２辺（図２では、上下両辺）付近には、水素、空気、冷却水が流通する各マニホールド１ａ〜１ｆが形成されている。   The conductive portion assembly plate 100a of this embodiment is disposed between adjacent cells 10a. Then, manifolds 1a to 1f through which hydrogen, air, and cooling water circulate are formed in the vicinity of two opposing sides (upper and lower sides in FIG. 2) of conductive portion assembly plate 100a.

複数の導電部１０１は、それぞれ隣接するセル１０ａ間をセル１０ａの積層方向に電流を流すためのもので、隣接するセル１０ａに対応する両端面がセル１０ａに電気的に接触するように配置されている。本実施形態の各導電部１０１は、導電部集合板１００ａの板面全体に配置されている。より具体的には、複数の導電部１０１は、上下両側のマニホールド１ａ〜１ｆの間に、直交する２方向にマトリックス状（格子状）に配置されている（本実施形態では、上下方向に４個、左右方向に７個配置）。   The plurality of conductive portions 101 are for flowing current between adjacent cells 10a in the stacking direction of the cells 10a, and are arranged so that both end surfaces corresponding to the adjacent cells 10a are in electrical contact with the cells 10a. ing. Each conductive portion 101 of the present embodiment is disposed on the entire plate surface of the conductive portion assembly plate 100a. More specifically, the plurality of conductive portions 101 are arranged in a matrix (lattice) in two orthogonal directions between the upper and lower manifolds 1a to 1f (in this embodiment, four in the vertical direction). 7 pieces in the horizontal direction).

本実施形態の検出部１０２は、図３（ａ）に示すように、磁気センサ１０３、および集磁体１０４を有して構成されている。   As illustrated in FIG. 3A, the detection unit 102 according to the present embodiment includes a magnetic sensor 103 and a magnetic collector 104.

磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１と、下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１との間に配置され、各導電部１０１に電流が流れた際に、その周囲に形成される磁界の磁束密度を検出するものである。この磁気センサ１０３としては、ホール素子、ＭＲ素子、フラックスゲート等を用いることができる。   The magnetic sensor 103 is disposed between the conductive portion 101 existing at the upstream location X1 and the conductive portion 101 existing at the downstream location Y1, and is formed around each conductive portion 101 when a current flows. The magnetic flux density of the magnetic field to be detected is detected. As the magnetic sensor 103, a Hall element, MR element, flux gate, or the like can be used.

集磁体１０４は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１、および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１を囲むように配置され、各導電部１０１の周囲に生ずる磁束を磁気センサ１０３に集めるものである。なお、集磁体としては、磁束を集めることが可能な金属材料であればよく、例えば鉄心を用いることができる。   The magnetic current collector 104 is disposed so as to surround the conductive portion 101 present at the upstream location X1 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y1, and collects magnetic flux generated around each conductive portion 101 in the magnetic sensor 103. It is. The magnetic current collector may be any metal material that can collect magnetic flux, and for example, an iron core can be used.

より具体的には、本実施形態の検出部１０２は、集磁体１０４が２つのループを有する「８」の字形状とされ、各ループが合流する合流部位に所定の間隙（ギャップ）を介して磁気センサ１０３が配置されている。   More specifically, the detection unit 102 of the present embodiment has an “8” shape in which the magnetic current collector 104 has two loops, and a predetermined gap (gap) is formed at a joining portion where each loop joins. A magnetic sensor 103 is arranged.

集磁体１０４は、一方のループが上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１を囲むように設けられ、他方のループが下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１を囲むように設けられている。   The magnetic current collector 104 is provided so that one loop surrounds the conductive portion 101 present at the upstream location X1, and the other loop is provided so as to surround the conductive portion 101 present at the downstream location Y1.

このように構成される検出部１０２は、例えば、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１それぞれに紙面手前側から奥側へ電流が流れると、図３（ｂ）に示すように、各導電部１０１を流れる電流により集磁体１０４に磁束Ｂ１、Ｂ２が生ずる。   For example, when a current flows from the front side to the back side of the conductive portion 101 existing at the upstream location X1 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y1, the detection unit 102 configured in this way is shown in FIG. As shown in (b), magnetic fluxes B <b> 1 and B <b> 2 are generated in the magnetic current collector 104 by the current flowing through each conductive portion 101.

上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１の周囲に生ずる磁束Ｂ１、および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１の周囲に生ずる磁束Ｂ２は、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消しあうように作用する。   The magnetic flux B1 generated around the conductive portion 101 existing at the upstream location X1 and the magnetic flux B2 generated around the conductive portion 101 present at the downstream location Y1 cancel each other at the position where the magnetic sensor 103 is disposed. Works.

この際、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１、および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１に同様の電流が流れると、磁束Ｂ１、Ｂ２が、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消され、磁気センサ１０３の出力が略一定となる。   At this time, if a similar current flows through the conductive portion 101 present at the upstream location X1 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y1, the magnetic fluxes B1 and B2 cancel each other at the position where the magnetic sensor 103 is disposed. As a result, the output of the magnetic sensor 103 becomes substantially constant.

一方、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１、および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１に異なる値の電流が流れると、磁束Ｂ１、Ｂ２が、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消されず、磁気センサ１０３では、各導電部１０１を流れる電流の差に応じた磁束密度が出力される。つまり、磁気センサ１０３で検出する磁束密度は、一対の導電部を流れる電流の差に相関する物理量となる。本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１に形成される磁界の磁束Ｂ１を「負」、下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１に形成される磁界の磁束Ｂ２を「正」となるように構成されている。   On the other hand, when different values of current flow through the conductive portion 101 present at the upstream location X1 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y1, the magnetic fluxes B1 and B2 cancel each other at the position where the magnetic sensor 103 is disposed. Instead, the magnetic sensor 103 outputs a magnetic flux density corresponding to the difference in current flowing through each conductive portion 101. That is, the magnetic flux density detected by the magnetic sensor 103 is a physical quantity that correlates with the difference in current flowing through the pair of conductive portions. In the magnetic sensor 103 of the present embodiment, the magnetic flux B1 formed in the conductive portion 101 existing at the upstream location X1 is “negative”, and the magnetic flux B2 formed in the conductive portion 101 present at the downstream location Y1. Is configured to be “positive”.

勿論、本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１に形成される磁界の磁束Ｂ１を「正」、下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１に形成される磁界の磁束Ｂ２を「負」となるように構成されていてもよい。この場合、磁気センサ１０３の出力値のプラスマイナスが逆転することになるが、例えば、制御装置５０等にて磁気センサ１０３の出力値のプラスマイナスを逆転するようにすればよい。   Of course, the magnetic sensor 103 of the present embodiment is “positive” for the magnetic flux B1 of the magnetic field formed in the conductive portion 101 existing at the upstream location X1, and the magnetic field formed in the conductive portion 101 existing at the downstream location Y1. The magnetic flux B2 may be configured to be “negative”. In this case, the plus / minus of the output value of the magnetic sensor 103 is reversed. For example, the plus / minus of the output value of the magnetic sensor 103 may be reversed by the control device 50 or the like.

以上のように、本実施形態に係る燃料電池システムは構成されており、以下では、本実施形態に係る燃料電池システムの作動について説明する。   As described above, the fuel cell system according to the present embodiment is configured, and the operation of the fuel cell system according to the present embodiment will be described below.

まず、制御装置５０は、車両走行用電動モータや２次電池といった電気負荷からの電力要求を受けると、当該電力要求を満たすべく、燃料電池１への空気の供給量、水素の供給量を制御する。例えば、制御装置５０は、空気ポンプ２１の回転数を制御して空気の供給量を制御すると共に、水素ポンプ３３の回転数を制御して水素の供給量を制御する。そして、空気および水素の供給により、燃料電池１では、電気化学反応によって電気エネルギが生成され、生成された電気エネルギが電気負荷へ供給される。   First, when receiving a power request from an electric load such as an electric motor for driving a vehicle or a secondary battery, the control device 50 controls the supply amount of air and the supply amount of hydrogen to the fuel cell 1 in order to satisfy the power request. To do. For example, the control device 50 controls the supply amount of air by controlling the rotation speed of the air pump 21 and controls the supply amount of hydrogen by controlling the rotation speed of the hydrogen pump 33. Then, by supplying air and hydrogen, in the fuel cell 1, electric energy is generated by an electrochemical reaction, and the generated electric energy is supplied to an electric load.

この際、電流差検出装置１００の全ての導電部１０１にセル１０ａの積層方向に電流が流れるので、磁気センサ１０３にて上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１、および下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１を流れる電流の差に相関する磁束密度を検出することができる。   At this time, since current flows in all the conductive portions 101 of the current difference detection device 100 in the stacking direction of the cells 10a, the magnetic sensor 103 exists in the conductive portion 101 existing in the upstream location X1 and in the downstream location Y1. The magnetic flux density that correlates with the difference in current flowing through the conductive portion 101 can be detected.

ここで、例えば、加湿器２２による燃料電池１に供給される空気の加湿量が低下すると、各セル１０ａの電解質膜における空気流路の入口部付近が乾燥し、当該乾燥部位にて電解質膜の膜抵抗（プロトン伝導抵抗）が増加して出力される電流が低下する。   Here, for example, when the humidification amount of the air supplied to the fuel cell 1 by the humidifier 22 is reduced, the vicinity of the inlet portion of the air flow path in the electrolyte membrane of each cell 10a is dried, and the electrolyte membrane is dried at the dry portion. The membrane resistance (proton conduction resistance) increases and the output current decreases.

図４は、燃料電池１が乾燥状態となる際の膜抵抗と電流比との関係を説明するための説明図であり、図４の（ａ）が、乾燥状態となる際の上流側箇所Ｘ１におけるセル電圧と膜抵抗との関係を示す特性図であり、（ｂ）が乾燥状態となる際のセル電圧と電流比との関係を示す特性図である。なお、電流比は、上流側箇所Ｘ１に存在する導電部１０１を流れる電流に対する下流側箇所Ｙ１に存在する導電部１０１を流れる電流の比を示している。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the membrane resistance and the current ratio when the fuel cell 1 is in a dry state. FIG. 4A is an upstream portion X1 when the fuel cell 1 is in a dry state. It is a characteristic view which shows the relationship between the cell voltage and film resistance in, and is a characteristic view which shows the relationship between the cell voltage and current ratio when (b) becomes a dry state. The current ratio indicates the ratio of the current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y1 to the current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X1.

図４（ａ）に示すように、上流側箇所Ｘ１に存在する電解質膜が乾燥すると、上流側箇所Ｘ１に存在する膜抵抗が増加する。この際、電流比は、図４（ｂ）に示すように、上流側箇所Ｘ１に存在する膜抵抗の増加に伴って増加する傾向となっている。   As shown in FIG. 4A, when the electrolyte membrane present at the upstream location X1 is dried, the membrane resistance present at the upstream location X1 increases. At this time, as shown in FIG. 4B, the current ratio tends to increase with an increase in the membrane resistance existing at the upstream location X1.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的乾燥し易い空気流路の入口部付近の上流側箇所Ｘ１を流れる電流と、上流側箇所Ｘ１よりも空気流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ１を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出することで、燃料電池１の乾燥状態を診断することが可能となる。   Therefore, in the current difference detection device 100, the current flowing through the upstream portion X1 near the inlet portion of the air flow path that is relatively easy to dry in each cell 10a and the air flow downstream of the upstream portion X1 are positioned. It is possible to diagnose the dry state of the fuel cell 1 by detecting the magnetic flux density that correlates with the difference between the current flowing through the downstream portion Y1.

次に、燃料電池１の乾燥状態の診断について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の制御装置５０が実行する乾燥診断処理を示すフローチャートである。   Next, the diagnosis of the dry state of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the dry diagnosis process executed by the control device 50 of the present embodiment.

燃料電池１での発電が開始されると、図５に示すように、まず、電流センサ１１、および電流差検出装置１００から出力される信号を読み込む（Ｓ１０）。   When power generation in the fuel cell 1 is started, as shown in FIG. 5, first, signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are read (S10).

続いて、電流差検出装置１００の磁気センサ１０３から出力される信号を基準閾値と比較する（Ｓ１１）。すなわち、上流側箇所Ｘ１に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｘを、下流側箇所Ｙ１に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｙから引いた電流差（＝Ｉｙ−Ｉｘ）に応じて変化する磁束密度を基準閾値である第１閾値以上であるか否かを判定する。   Subsequently, the signal output from the magnetic sensor 103 of the current difference detection device 100 is compared with a reference threshold value (S11). That is, the magnetic flux density that changes according to the current difference (= Iy−Ix) obtained by subtracting the current Ix flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X1 from the current Iy flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y1. Is greater than or equal to a first threshold that is a reference threshold.

ここで、上流側箇所Ｘ１に位置する導電部１０１を流れる電流と、下流側箇所Ｙ１に位置する導電部１０１を流れる電流との差は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加によって増加する傾向がある。このため、本実施形態の制御装置５０では、基準閾値である第１閾値（＞０）を、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定している。なお、燃料電池１全体を流れる総電流が変化しない場合、燃料電池１の乾燥状態となる際の磁束密度に応じて予め定めた閾値を設定する。   Here, the difference between the current flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X1 and the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y1 tends to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases. There is. For this reason, in the control device 50 of the present embodiment, the first threshold value (> 0), which is the reference threshold value, is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases. If the total current flowing through the entire fuel cell 1 does not change, a predetermined threshold is set according to the magnetic flux density when the fuel cell 1 is in a dry state.

ステップＳ１１の判定処理の結果（比較結果）、磁気センサ１０３の検出値が第１閾値以上と判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、下流側箇所Ｙ１に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、上流側箇所Ｘ１に位置する導電部１０１を流れる電流が低下したことになり、この電流低下は、燃料電池１内部の乾燥に起因すると推定できるので、燃料電池１の状態を乾燥状態と診断する（Ｓ１２）。   As a result of the determination process in step S11 (comparison result), when the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be equal to or greater than the first threshold (S11: YES), the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y1 is determined. This means that the current flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X1 has decreased, and this current decrease can be presumed to be caused by drying inside the fuel cell 1, so that the state of the fuel cell 1 is diagnosed as dry. (S12).

燃料電池１の状態を乾燥状態と診断した後、乾燥状態から復帰させる乾燥復帰処理を行って（Ｓ１３）、乾燥診断処理を終了する。具体的には、ステップＳ１３の乾燥復帰処理では、加湿器２２による燃料電池１へ供給する空気の加湿量を増加させる処理や、空気ポンプ２１の回転数を下げて空気流路の入口部側の水分が出口側へ流され難いようにする処理を行う。   After diagnosing the state of the fuel cell 1 as a dry state, a dry recovery process for returning from the dry state is performed (S13), and the dry diagnosis process is terminated. Specifically, in the drying recovery process of step S13, a process of increasing the amount of humidification of the air supplied to the fuel cell 1 by the humidifier 22, or the rotation speed of the air pump 21 is reduced to reduce the air flow rate at the inlet side of the air flow path. A process is performed to make it difficult for moisture to flow to the outlet side.

一方、ステップＳ１１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第１閾値未満と判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、下流側箇所Ｙ１に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、上流側箇所Ｘ１に位置する導電部１０１を流れる電流が低下しておらず、燃料電池１内部が乾燥していないと推定できるので、燃料電池１の状態を乾燥なしと診断する（Ｓ１４）。   On the other hand, if the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be less than the first threshold value as a result of the determination process in step S11 (S11: NO), the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y1 is upstream. Since it can be estimated that the current flowing through the conductive portion 101 located at the side portion X1 has not decreased and the inside of the fuel cell 1 is not dry, the state of the fuel cell 1 is diagnosed as not dry (S14).

以上説明した本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１のインピーダンスを算出するのではなく、セル１０ａにおける二箇所を流れる電流の差に相関する磁束密度に基づいて燃料電池１の乾燥状態を診断する構成としている。これによれば、燃料電池１に交流信号を印加する装置等が不要となると共に、複雑な演算処理が不要となる。   The fuel cell system of the present embodiment described above does not calculate the impedance of the fuel cell 1, but diagnoses the dry state of the fuel cell 1 based on the magnetic flux density that correlates with the difference between the currents flowing through the two locations in the cell 10a. It is configured to do. According to this, a device for applying an AC signal to the fuel cell 1 is not necessary, and complicated arithmetic processing is not required.

従って、燃料電池１の乾燥状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池１の診断の遅れを抑制することができる。   Accordingly, a fuel cell system for diagnosing the dry state of the fuel cell 1 can be realized with a simple configuration, and delay in diagnosis of the fuel cell 1 can be suppressed.

また、本実施形態では、一対の導電部１０１を流れる電流の差に相関する磁束密度を単一の検出部１０２で検出する構成としているので、各導電部１０１それぞれに検出部１０２を設ける構成に比べて、検出部１０２の数を少なくすることができる。   Further, in the present embodiment, the magnetic flux density correlated with the difference in current flowing through the pair of conductive parts 101 is detected by the single detection part 102, so that the detection part 102 is provided for each conductive part 101. In comparison, the number of detection units 102 can be reduced.

さらに、本実施形態では、検出部１０２を磁気センサ１０３に加えて集磁体１０４を有する構成としているので、磁気センサ１０３に各導電部１０１の周囲に生じた磁界の磁束密度を効率よく検出するこができ、電流差検出装置１００の検出精度の向上を図ることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the detection unit 102 includes the magnetic current collector 104 in addition to the magnetic sensor 103, the magnetic sensor 103 can efficiently detect the magnetic flux density of the magnetic field generated around each conductive unit 101. Thus, the detection accuracy of the current difference detection device 100 can be improved.

また、本実施形態では、磁気センサ１０３にて隣接した配置された導電部１０１を流れる電流の差に相関する磁束密度を検出する構成としているので、外部からのノイズ等の影響を抑制することができ、電流差検出装置１００の検出精度の向上を図ることができる。   In the present embodiment, the magnetic sensor 103 detects the magnetic flux density that correlates with the difference in the current flowing through the conductive parts 101 arranged adjacent to each other, so that the influence of noise and the like from the outside can be suppressed. Thus, the detection accuracy of the current difference detection device 100 can be improved.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６〜図８に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて燃料電池１の過湿潤状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of diagnosing an excessively wet state of the fuel cell 1 in the fuel cell system will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池１の過湿潤状態を診断することから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的湿潤し易い部位である空気流路の出口部の近くに位置する下流側箇所Ｙ２を流れる電流と、空気流路において下流側箇所Ｙ２よりも空気流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ２を流れる電流との差に相関する物理量を検出するようにしている。   In the present embodiment, since the fuel cell 1 is diagnosed as being overwet, in the current difference detection device 100, the downstream located in the vicinity of the outlet portion of the air flow path, which is a relatively easily wetted portion in each cell 10a. A physical quantity that correlates with the difference between the current flowing through the side portion Y2 and the current flowing through the upstream side location X2 located upstream of the downstream location Y2 in the air flow path is detected.

より具体的には、電流差検出装置１００は、上流側箇所Ｘ２に存在する導電部１０１を流れる電流を、下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、上流側箇所Ｘ２に存在する導電部１０１と下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１とが隣接して配置されている。   More specifically, the current difference detection device 100 is a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting the current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X2 from the current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y2. Is configured to detect. In the present embodiment, the conductive portion 101 present at the upstream location X2 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y2 are disposed adjacent to each other.

図６は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を説明するための説明図である。本実施形態の検出部１０２は、集磁体１０４の一方のループが上流側箇所Ｘ２に存在する導電部１０１を囲むように設けられ、他方のループが下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１を囲むように設けられている。そして、集磁体１０４の各ループの合流部位に所定の間隙を介して磁気センサ１０３が配置されている。   FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the current difference detection device 100 according to the present embodiment. The detection unit 102 of the present embodiment is provided so that one loop of the magnetic current collector 104 surrounds the conductive part 101 present at the upstream location X2, and the other loop surrounds the conductive unit 101 present at the downstream location Y2. It is provided as follows. And the magnetic sensor 103 is arrange | positioned through the predetermined gap | interval in the confluence | merging site | part of each loop of the magnetic collector 104. FIG.

このように構成される検出部１０２では、例えば、上流側箇所Ｘ２に存在する導電部１０１および下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１に電流が流れる際に生ずる磁界の磁束は、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消しあうように作用する。   In the detection unit 102 configured in this way, for example, the magnetic sensor 103 generates a magnetic flux generated when a current flows through the conductive unit 101 present at the upstream location X2 and the conductive unit 101 present at the downstream location Y2. It acts to cancel each other at the position where it is placed.

この際、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ２付近が過湿潤となり、下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３では、各導電部１０１を流れる電流の差に応じた磁束密度が出力される。   At this time, when the vicinity of the downstream portion Y2 in the cell 10a becomes excessively wet and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y2 decreases, the magnetic sensor 103 causes a magnetic flux corresponding to the difference in current flowing through each conductive portion 101. The density is output.

なお、本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ２に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「負」、下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「正」となるように構成されている。なお、第１実施形態で説明したように、磁気センサ１０３は、各導電部１０１の周囲に形成される各磁界の磁束のどちらを「正」として検出してもよい。   The magnetic sensor 103 of the present embodiment is formed around the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y2 while the magnetic flux of the magnetic field formed around the conductive portion 101 existing in the upstream portion X2 is “negative”. The magnetic flux of the magnetic field is “positive”. As described in the first embodiment, the magnetic sensor 103 may detect which one of the magnetic fluxes of each magnetic field formed around each conductive portion 101 as “positive”.

ここで、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ２付近が過湿潤となり、下流側箇所Ｙ２に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が低下することとなる。例えば、図７に示すように、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ２付近が過湿潤となると、磁気センサ１０３の検出値が徐々に低下する。なお、図７は、燃料電池が過湿潤状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。   Here, when the vicinity of the downstream portion Y2 in the cell 10a becomes excessively wet and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y2 decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 decreases. For example, as shown in FIG. 7, when the vicinity of the downstream portion Y2 in the cell 10a becomes excessively wet, the detection value of the magnetic sensor 103 gradually decreases. FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in the detection value output by the current difference detection device when the fuel cell is in an excessively wet state.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的湿潤し易い空気流路の出口部付近に位置する下流側箇所Ｙ２を流れる電流と、下流側箇所Ｙ２よりも空気流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ２を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出することで、燃料電池１の過湿潤状態を診断することが可能となる。   Therefore, in the current difference detection device 100, the current flowing through the downstream portion Y2 located near the outlet of the air flow path in each cell 10a that is relatively easy to wet, and the air flow upstream of the downstream portion Y2. By detecting the magnetic flux density that correlates with the difference between the current flowing through the upstream portion X2 located at the position, it is possible to diagnose the excessively wet state of the fuel cell 1.

次に、燃料電池１の過湿潤状態の診断について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の制御装置５０が実行する過湿潤診断処理を示すフローチャートである。   Next, the diagnosis of the excessively wet state of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an overhumidity diagnosis process executed by the control device 50 of the present embodiment.

燃料電池１での発電が開始されると、図８に示すように、まず、電流センサ１１、および電流差検出装置１００から出力される信号を読み込む（Ｓ２０）。   When power generation in the fuel cell 1 is started, as shown in FIG. 8, first, signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are read (S20).

続いて、電流差検出装置１００の磁気センサ１０３から出力される信号、すなわち、上流側箇所Ｘ２に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｘを、下流側箇所Ｙ２に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｙから引いた電流差（＝Ｉｙ−Ｉｘ）に応じて変化する磁束密度を基準閾値である第２閾値以下であるかを判定する（Ｓ２１）。なお、第２閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定される。   Subsequently, the signal output from the magnetic sensor 103 of the current difference detection device 100, that is, the current Ix flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X2 is changed to the current Iy flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y2. It is determined whether or not the magnetic flux density that changes according to the current difference (= Iy−Ix) subtracted from the second threshold is equal to or less than the second threshold that is the reference threshold (S21). The second threshold value is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases.

ステップＳ２１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第２閾値以下と判定された場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、上流側箇所Ｘ２に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ２に位置する導電部１０１を流れる電流が低下したことになり、この電流低下は、燃料電池１内部の過湿潤に起因すると推定できるので、燃料電池１の状態を過湿潤状態と診断する（Ｓ２２）。   If the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be equal to or smaller than the second threshold value as a result of the determination process in step S21 (S21: YES), the downstream side location is compared with the current flowing through the conductive portion 101 located in the upstream location X2. This means that the current flowing through the conductive portion 101 located at Y2 has decreased, and this current decrease can be presumed to be caused by overwetting in the fuel cell 1, so that the state of the fuel cell 1 is diagnosed as an overwetting state (S22). ).

燃料電池１の状態を過湿潤状態と診断した後、過湿潤状態から復帰させる過湿潤復帰処理を行って（Ｓ２３）、過湿潤診断処理を終了する。具体的には、ステップＳ２３の過湿潤復帰処理では、空気ポンプ２１の回転数を上げて空気流路の出口部付近に溜まった水分を外部へ排出する処理を行う。   After diagnosing the state of the fuel cell 1 as an overwetting state, an overwetting return process for returning from the overwetting state is performed (S23), and the overwetting diagnosis process is terminated. Specifically, in the overwetting return process in step S23, a process of increasing the number of revolutions of the air pump 21 and discharging the water accumulated near the outlet of the air flow path to the outside is performed.

一方、ステップＳ２１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第２閾値より大きいと判定された場合（Ｓ２１：ＮＯ）、上流側箇所Ｘ２に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ２に位置する導電部１０１を流れる電流が低下しておらず、燃料電池１内部が過湿潤状態でないと推定できるので、燃料電池１の状態を過湿潤なしと診断する（Ｓ２４）。   On the other hand, if it is determined that the detection value of the magnetic sensor 103 is greater than the second threshold value as a result of the determination process in step S21 (S21: NO), the current flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X2 is Since the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y2 has not decreased and it can be estimated that the inside of the fuel cell 1 is not in an excessively wet state, the state of the fuel cell 1 is diagnosed as being not excessively wet (S24).

以上説明した本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１のインピーダンスを算出するのでなく、セル１０ａにおける二箇所を流れる電流の差に相関する磁束密度に基づいて燃料電池１の過湿潤状態を診断する構成としている。   The fuel cell system of the present embodiment described above does not calculate the impedance of the fuel cell 1, but diagnoses the overwetting state of the fuel cell 1 based on the magnetic flux density that correlates with the difference in current flowing through the two locations in the cell 10a. It is configured to do.

従って、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１の過湿潤状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池１の診断の遅れを抑制することができるといった第１実施形態と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system according to the present embodiment can realize a fuel cell system for diagnosing an excessively wet state of the fuel cell 1 with a simple configuration and can suppress a delay in diagnosis of the fuel cell 1. The same effect as the form is produced.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９〜図１１に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて燃料電池１の水素不足状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of diagnosing a hydrogen shortage state of the fuel cell 1 in the fuel cell system will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first and second embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池１の水素不足状態を診断することから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的水素が不足し易い部位である水素流路の出口部の近くに位置する下流側箇所Ｙ３を流れる電流と、水素流路において下流側箇所Ｙ３よりも水素流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ３を流れる電流との差に相関する物理量を検出するようにしている。   In the present embodiment, since the hydrogen shortage state of the fuel cell 1 is diagnosed, the current difference detection device 100 is positioned near the outlet of the hydrogen flow path, which is a portion where each cell 10a is relatively short of hydrogen. The physical quantity correlated with the difference between the current flowing through the downstream location Y3 and the current flowing through the upstream location X3 located upstream of the downstream location Y3 in the hydrogen flow path is detected.

より具体的には、電流差検出装置１００は、上流側箇所Ｘ３に存在する導電部１０１を流れる電流から、下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、上流側箇所Ｘ３に存在する導電部１０１と下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１とが隣接して配置されている。   More specifically, the current difference detection device 100 is a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting a current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y3 from a current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X3. Is configured to detect. In the present embodiment, the conductive portion 101 present at the upstream location X3 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y3 are disposed adjacent to each other.

図９は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を説明するための説明図である。本実施形態の検出部１０２は、集磁体１０４の一方のループが上流側箇所Ｘ３に存在する導電部１０１を囲むように設けられ、他方のループが下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１を囲むように設けられている。そして、集磁体１０４の各ループの合流部位に所定の間隙を介して磁気センサ１０３が配置されている。   FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the current difference detection device 100 according to the present embodiment. The detection unit 102 of the present embodiment is provided so that one loop of the current collector 104 surrounds the conductive part 101 present at the upstream location X3, and the other loop surrounds the conductive unit 101 present at the downstream location Y3. It is provided as follows. And the magnetic sensor 103 is arrange | positioned through the predetermined gap | interval in the confluence | merging site | part of each loop of the magnetic collector 104. FIG.

このように構成される検出部１０２では、例えば、上流側箇所Ｘ３に存在する導電部１０１および下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１に電流が流れる際に生ずる磁界の磁束は、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消しあうように作用する。   In the detection unit 102 configured in this way, for example, the magnetic sensor 103 generates a magnetic flux generated when a current flows through the conductive unit 101 existing at the upstream location X3 and the conductive unit 101 existing at the downstream location Y3. It acts to cancel each other at the position where it is placed.

この際、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ３付近で水素不足が生じ、下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３では、各導電部１０１を流れる電流の差に応じた磁束密度が出力される。   At this time, when hydrogen shortage occurs in the vicinity of the downstream portion Y3 in the cell 10a and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y3 decreases, the magnetic sensor 103 responds to the difference in current flowing through the conductive portions 101. Magnetic flux density is output.

なお、本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ３に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「正」、下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「負」となるように構成されている。なお、第１、第２実施形態で説明したように、磁気センサ１０３は、各導電部１０１の周囲に形成される各磁界の磁束のどちらを「正」として検出してもよい。   The magnetic sensor 103 according to the present embodiment is formed around the conductive portion 101 existing at the downstream location Y3 while the magnetic flux formed around the conductive portion 101 existing at the upstream location X3 is “positive”. The magnetic flux of the magnetic field is “negative”. As described in the first and second embodiments, the magnetic sensor 103 may detect which one of the magnetic fluxes of each magnetic field formed around each conductive portion 101 as “positive”.

ここで、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ３付近で水素不足が生じ、下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が急激に増加することとなる。例えば、図１０に示すように、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ３付近で水素不足が生じると、磁気センサ１０３の検出値が急激に増加する。なお、図１０は、燃料電池が過湿潤状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。   Here, when the shortage of hydrogen occurs in the vicinity of the downstream location Y3 in the cell 10a and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream location Y3 decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 increases rapidly. For example, as shown in FIG. 10, when hydrogen shortage occurs in the vicinity of the downstream portion Y3 in the cell 10a, the detection value of the magnetic sensor 103 increases rapidly. FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in the detection value output by the current difference detection device when the fuel cell is in an excessively wet state.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的水素不足となり易い水素流路の出口部付近に位置する下流側箇所Ｙ３を流れる電流と、下流側箇所Ｙ３よりも水素流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ３を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出することで、燃料電池１の水素不足状態を診断することが可能となる。   Therefore, in the current difference detection device 100, the current flowing through the downstream portion Y3 located near the outlet of the hydrogen flow path that is likely to be relatively short of hydrogen in each cell 10a and the hydrogen flow upstream from the downstream portion Y3. By detecting the magnetic flux density that correlates with the difference between the current flowing through the upstream portion X3 located on the side, it is possible to diagnose the hydrogen shortage state of the fuel cell 1.

次に、燃料電池１の水素不足状態の診断について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の制御装置５０が実行する水素不足診断処理を示すフローチャートである。   Next, diagnosis of the hydrogen shortage state of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing a hydrogen shortage diagnosis process executed by the control device 50 of the present embodiment.

燃料電池１での発電が開始されると、図１１に示すように、まず、電流センサ１１、および電流差検出装置１００から出力される信号を読み込む（Ｓ３０）。   When power generation in the fuel cell 1 is started, as shown in FIG. 11, first, signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are read (S30).

続いて、電流差検出装置１００の磁気センサ１０３から出力される信号、すなわち、上流側箇所Ｘ３に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｘから、下流側箇所Ｙ３に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｙを引いた電流差（＝Ｉｘ−Ｉｙ）に応じて変化する磁束密度を基準閾値である第３閾値以上であるかを判定する（Ｓ３１）。なお、第３閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定される。   Subsequently, from the signal output from the magnetic sensor 103 of the current difference detection device 100, that is, the current Ix flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X3, the current Iy flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y3. It is determined whether or not the magnetic flux density that changes according to the current difference (= Ix−Iy) minus is equal to or greater than a third threshold that is a reference threshold (S31). Note that the third threshold value is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases.

ステップＳ３１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第３閾値以上と判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、上流側箇所Ｘ３に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ３に位置する導電部１０１を流れる電流が低下したことになり、この電流低下は、燃料電池１への水素の供給不足に起因すると推定できるので、燃料電池１の状態を水素不足状態と診断する（Ｓ３２）。   If the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be greater than or equal to the third threshold value as a result of the determination process in step S31 (S31: YES), the downstream side location with respect to the current flowing through the conductive portion 101 located in the upstream location X3. This means that the current flowing through the conductive portion 101 located at Y3 has decreased, and it can be estimated that this current decrease is caused by insufficient supply of hydrogen to the fuel cell 1, so the state of the fuel cell 1 is diagnosed as a hydrogen-deficient state. (S32).

燃料電池１の状態を水素不足状態と診断した後、水素不足状態から復帰させる水素不足復帰処理を行って（Ｓ３３）、水素不足診断処理を終了する。具体的には、ステップＳ３３の水素不足復帰処理では、水素ポンプ３３の回転数を上げて水素流路への水素の供給量を増加させる処理を行う。   After diagnosing the state of the fuel cell 1 as a hydrogen shortage state, a hydrogen shortage recovery process for returning from the hydrogen shortage state is performed (S33), and the hydrogen shortage diagnosis process is terminated. Specifically, in the hydrogen shortage recovery process in step S33, a process of increasing the amount of hydrogen supplied to the hydrogen flow path by increasing the rotation speed of the hydrogen pump 33 is performed.

一方、ステップＳ３１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第３閾値未満と判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）、上流側箇所Ｘ３に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ３に位置する導電部１０１を流れる電流が低下しておらず、燃料電池１への水素の供給量不足が生じていいないと推定できるので、燃料電池１の状態を水素不足なしと診断する（Ｓ３４）。   On the other hand, when the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be less than the third threshold value as a result of the determination process in step S31 (S31: NO), the current flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X3 is downstream. Since it can be estimated that the current flowing through the conductive portion 101 located at the side portion Y3 has not decreased and the supply amount of hydrogen to the fuel cell 1 is not insufficient, the state of the fuel cell 1 is diagnosed as having no hydrogen shortage. (S34).

以上説明した本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１のインピーダンスを算出するのでなく、セル１０ａにおける二箇所を流れる電流の差に相関する磁束密度に基づいて燃料電池１の水素不足状態を診断する構成としている。   The fuel cell system according to the present embodiment described above does not calculate the impedance of the fuel cell 1, but diagnoses the hydrogen shortage state of the fuel cell 1 based on the magnetic flux density correlated with the difference between the currents flowing through the two locations in the cell 10a. It is configured to do.

従って、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１の水素不足状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池１の診断の遅れを抑制することができるといった第１、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system according to the present embodiment can realize a fuel cell system for diagnosing a hydrogen shortage state of the fuel cell 1 with a simple configuration and can suppress a delay in diagnosis of the fuel cell 1. The same effects as those of the second embodiment are achieved.

ここで、本実施形態では、ステップＳ３１にて、燃料電池１の水素不足状態を、磁気センサ１０３の検出値が第３閾値以上であるか否かによって判定しているが、これに限定されない。図１０に示すように、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ３付近で水素不足が生じ、下流側箇所Ｙ３に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が急激に増加することとなる。   Here, in this embodiment, in step S31, the hydrogen shortage state of the fuel cell 1 is determined based on whether or not the detected value of the magnetic sensor 103 is equal to or greater than the third threshold, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 10, when hydrogen shortage occurs in the vicinity of the downstream portion Y3 in the cell 10a and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y3 decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 increases rapidly. Become.

このため、本実施形態では、ステップＳ３１にて、燃料電池１の水素不足状態を、磁気センサ１０３の検出値の増加度合い（増加速度）を用いて判定するようにしてもよい。個の場合、例えば、ステップＳ３１にて、磁気センサ１０３の検出値の増加度合いが、基準閾値である第４閾値以上であるか否かを判定し、その結果、磁気センサ１０３の検出値の増加度合いが、基準閾値である第４閾値以上となる場合に、燃料電池１の状態が水素不足状態と診断すればよい。なお、第４閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定される。   For this reason, in this embodiment, you may make it determine the hydrogen shortage state of the fuel cell 1 using the increase degree (increase speed) of the detected value of the magnetic sensor 103 in step S31. For example, in step S31, it is determined whether or not the degree of increase in the detection value of the magnetic sensor 103 is equal to or greater than the fourth threshold value that is the reference threshold value. As a result, the increase in the detection value of the magnetic sensor 103 is determined. What is necessary is just to diagnose the state of the fuel cell 1 as a hydrogen shortage state, when a degree becomes more than the 4th threshold value which is a reference | standard threshold value. The fourth threshold value is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１２〜図１４に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて冷却水の温度が低いことによって燃料電池１が充分に昇温していない温度不足状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of diagnosing a temperature shortage state in which the fuel cell 1 is not sufficiently heated due to a low temperature of the cooling water in the fuel cell system will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first to third embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池１の温度不足状態を診断することから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的温度が低温となり易い部位である冷却水流路の入口部の近くに位置する上流側箇所Ｘ４を流れる電流と、冷却水流路において上流側箇所Ｘ４よりも冷却水流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ４を流れる電流との差に相関する物理量を検出するようにしている。   In the present embodiment, since the temperature shortage state of the fuel cell 1 is diagnosed, the current difference detection device 100 is located near the inlet of the cooling water flow path, which is a portion where the temperature in each cell 10a is relatively low. The physical quantity correlated with the difference between the current flowing through the upstream location X4 and the current flowing through the downstream location Y4 located downstream of the upstream location X4 in the cooling water flow path is detected.

より具体的には、電流差検出装置１００は、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１を流れる電流を、下流側箇所Ｙ４に存在する導電部１０１を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１と下流側箇所Ｙ４に存在する導電部１０１とが隣接して配置されている。   More specifically, the current difference detection device 100 is a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting the current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X4 from the current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y4. Is configured to detect. In the present embodiment, the conductive portion 101 present at the upstream location X4 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y4 are disposed adjacent to each other.

図１２は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を説明するための説明図である。本実施形態の検出部１０２は、集磁体１０４の一方のループが上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１を囲むように設けられ、他方のループが下流側箇所Ｙ４に存在する導電部１０１を囲むように設けられている。そして、集磁体１０４の各ループの合流部位に所定の間隙を介して磁気センサ１０３が配置されている。   FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the current difference detection device 100 according to the present embodiment. The detection unit 102 according to the present embodiment is provided so that one loop of the magnetic current collector 104 surrounds the conductive part 101 existing at the upstream location X4, and the other loop surrounds the conductive unit 101 existing at the downstream location Y4. It is provided as follows. And the magnetic sensor 103 is arrange | positioned through the predetermined gap | interval in the confluence | merging site | part of each loop of the magnetic collector 104. FIG.

このように構成される検出部１０２では、例えば、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１および下流側箇所Ｙ４に存在する導電部１０１に電流が流れる際に生ずる磁界の磁束は、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消しあうように作用する。   In the detection unit 102 configured in this way, for example, the magnetic sensor 103 generates a magnetic flux generated when a current flows through the conductive unit 101 existing at the upstream location X4 and the conductive unit 101 present at the downstream location Y4. It acts to cancel each other at the position where it is placed.

この際、セル１０ａにおける上流側箇所Ｘ４付近の温度が低温となり、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３では、各導電部１０１を流れる電流の差に応じた磁束密度が出力される。   At this time, when the temperature in the vicinity of the upstream portion X4 in the cell 10a becomes low and the current of the conductive portion 101 existing in the upstream portion X4 decreases, the magnetic sensor 103 responds to the difference in current flowing through each conductive portion 101. Magnetic flux density is output.

なお、本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「負」、下流側箇所Ｙ４に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「正」となるように構成されている。なお、第１実施形態で説明したように、磁気センサ１０３は、各導電部１０１の周囲に形成される各磁界の磁束のどちらを「正」として検出してもよい。   Note that the magnetic sensor 103 of the present embodiment is formed around the conductive portion 101 present at the downstream location Y4 while the magnetic flux formed around the conductive portion 101 present at the upstream location X4 is “negative”. The magnetic flux of the magnetic field is “positive”. As described in the first embodiment, the magnetic sensor 103 may detect which one of the magnetic fluxes of each magnetic field formed around each conductive portion 101 as “positive”.

ここで、セル１０ａにおける上流側箇所Ｘ４付近の温度が低温となり、上流側箇所Ｘ４に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が増加することとなる。例えば、図１３に示すように、セル１０ａにおける上流側箇所Ｘ４付近の温度が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が徐々に増加する。なお、図１３は、燃料電池１が温度不足状態となる際の電流差検出装置が出力する検出値の変化を示す特性図である。   Here, when the temperature near the upstream portion X4 in the cell 10a becomes low and the current of the conductive portion 101 existing in the upstream portion X4 decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 increases. For example, as shown in FIG. 13, when the temperature in the vicinity of the upstream portion X4 in the cell 10a decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 gradually increases. FIG. 13 is a characteristic diagram showing a change in the detection value output by the current difference detection device when the fuel cell 1 is in an insufficient temperature state.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的温度が低下し易い冷却水流路の入口部付近に位置する上流側箇所Ｘ４を流れる電流と、上流側箇所Ｘ４よりも冷却水流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ４を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出することで、燃料電池１の温度不足状態を診断することが可能となる。   For this reason, in the current difference detection device 100, the current flowing through the upstream portion X4 located near the inlet of the cooling water flow path where the temperature of each cell 10a is relatively low, and the cooling water from the upstream portion X4. By detecting the magnetic flux density that correlates with the difference between the current flowing through the downstream portion Y4 located on the downstream side of the flow, it is possible to diagnose the temperature shortage state of the fuel cell 1.

次に、燃料電池１の温度不足状態の診断について図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態の制御装置５０が実行する過湿潤診断処理を示すフローチャートである。   Next, diagnosis of an insufficient temperature state of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing an overhumidity diagnosis process executed by the control device 50 of the present embodiment.

燃料電池１での発電が開始されると、図１４に示すように、まず、電流センサ１１、および電流差検出装置１００から出力される信号を読み込む（Ｓ４０）。   When power generation in the fuel cell 1 is started, as shown in FIG. 14, first, signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are read (S40).

続いて、電流差検出装置１００の磁気センサ１０３から出力される信号、すなわち、上流側箇所Ｘ４に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｘを、下流側箇所Ｙ４に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｙから引いた電流差（＝Ｉｙ−Ｉｘ）と同様に変化する磁束密度を基準閾値である第５閾値以上であるかを判定する（Ｓ４１）。なお、第５閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定される。   Subsequently, a signal output from the magnetic sensor 103 of the current difference detection device 100, that is, a current Ix flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X4, and a current Iy flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y4. It is determined whether or not the magnetic flux density that changes in the same manner as the current difference (= Iy−Ix) subtracted from is greater than or equal to the fifth threshold that is the reference threshold (S41). Note that the fifth threshold value is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases.

ステップＳ４１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第５閾値以上と判定された場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、下流側箇所Ｙ４に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、上流側箇所Ｘ４に位置する導電部１０１を流れる電流が低下したことになり、この電流低下は、燃料電池１の温度不足に起因すると推定できるので、燃料電池１の状態を温度不足状態と診断する（Ｓ４２）。   If the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be greater than or equal to the fifth threshold value as a result of the determination process in step S41 (S41: YES), the upstream location with respect to the current flowing through the conductive portion 101 located in the downstream location Y4. This means that the current flowing through the conductive portion 101 located at X4 has decreased, and this current decrease can be presumed to be caused by the temperature shortage of the fuel cell 1, so the state of the fuel cell 1 is diagnosed as a temperature shortage state (S42). .

燃料電池１の状態を温度不足状態と診断した後、温度不足状態から復帰させる温度不足復帰処理を行って（Ｓ４３）、温度不足診断処理を終了する。具体的には、ステップＳ４３の温度不足復帰処理では、ウォータポンプ４１の回転数を低下、またはウォータポンプ４１の作動を停止して燃料電池１を昇温させる処理を行う。   After diagnosing the state of the fuel cell 1 as an insufficient temperature state, an insufficient temperature recovery process for returning from the insufficient temperature state is performed (S43), and the insufficient temperature diagnosis process is terminated. Specifically, in the temperature shortage recovery process in step S43, a process of decreasing the number of rotations of the water pump 41 or stopping the operation of the water pump 41 to raise the temperature of the fuel cell 1 is performed.

一方、ステップＳ４１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第５閾値未満と判定された場合（Ｓ４１：ＮＯ）、下流側箇所Ｙ４に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、上流側箇所Ｘ４に位置する導電部１０１を流れる電流が低下しておらず、燃料電池１が温度不足状態でないと推定できるので、燃料電池１の状態を温度不足なしと診断する（Ｓ４４）。   On the other hand, as a result of the determination process in step S41, when the detection value of the magnetic sensor 103 is determined to be less than the fifth threshold (S41: NO), the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y4 is upstream. Since the current flowing through the conductive portion 101 located at the side portion X4 has not decreased and it can be estimated that the fuel cell 1 is not in an insufficient temperature state, the state of the fuel cell 1 is diagnosed as not having an insufficient temperature (S44).

以上説明した本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１のインピーダンスを算出するのでなく、セル１０ａにおける二箇所を流れる電流の差に相関する磁束密度に基づいて燃料電池１の温度不足状態を診断する構成としている。   The fuel cell system of the present embodiment described above does not calculate the impedance of the fuel cell 1, but diagnoses an undertemperature condition of the fuel cell 1 based on the magnetic flux density correlated with the difference between the currents flowing through the two locations in the cell 10a. It is configured to do.

従って、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１の温度不足状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池１の診断の遅れを抑制することができるといった第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system of the present embodiment can realize a fuel cell system for diagnosing an insufficient temperature state of the fuel cell 1 with a simple configuration, and can suppress a delay in diagnosis of the fuel cell 1. The same effects as the third embodiment are achieved.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１５〜図１７に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて冷却水の流量不足によって燃料電池１が過剰に昇温した温度過剰状態を診断する例について説明する。本実施形態では、第１〜第４実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of diagnosing an excessive temperature state in which the fuel cell 1 is excessively heated due to an insufficient flow rate of cooling water in the fuel cell system will be described. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first to fourth embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池１の温度過剰状態を診断することから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的温度が高温となり易い部位である冷却水流路の出口部の近くに位置する下流側箇所Ｙ５を流れる電流と、冷却水流路において下流側箇所Ｙ５よりも冷却水流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ５を流れる電流との差に相関する物理量を検出するようにしている。   In the present embodiment, since the excessive temperature state of the fuel cell 1 is diagnosed, the current difference detection device 100 is positioned near the outlet of the cooling water flow path, which is a portion where the temperature in each cell 10a tends to be relatively high. The physical quantity correlated with the difference between the current flowing through the downstream location Y5 and the current flowing through the upstream location X5 located upstream of the downstream location Y5 in the cooling water flow path is detected.

より具体的には、電流差検出装置１００は、下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１を流れる電流から、上流側箇所Ｘ５に存在する導電部１０１を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、上流側箇所Ｘ５に存在する導電部１０１と下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１とが隣接して配置されている。   More specifically, the current difference detection device 100 is a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting a current flowing through the conductive portion 101 existing at the upstream location X5 from a current flowing through the conductive portion 101 existing at the downstream location Y5. Is configured to detect. In the present embodiment, the conductive portion 101 present at the upstream location X5 and the conductive portion 101 present at the downstream location Y5 are disposed adjacent to each other.

図１５は、本実施形態に係る電流差検出装置１００を説明するための説明図である。本実施形態の検出部１０２は、集磁体１０４の一方のループが上流側箇所Ｘ５に存在する導電部１０１を囲むように設けられ、他方のループが下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１を囲むように設けられている。そして、集磁体１０４の各ループの合流部位に所定の間隙を介して磁気センサ１０３が配置されている。   FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the current difference detection device 100 according to the present embodiment. The detection unit 102 of the present embodiment is provided so that one loop of the magnetic current collector 104 surrounds the conductive part 101 present at the upstream side location X5, and the other loop surrounds the conductive unit 101 present at the downstream side location Y5. It is provided as follows. And the magnetic sensor 103 is arrange | positioned through the predetermined gap | interval in the confluence | merging site | part of each loop of the magnetic collector 104. FIG.

このように構成される検出部１０２では、例えば、上流側箇所Ｘ５に存在する導電部１０１および下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１に電流が流れる際に生ずる磁界の磁束は、磁気センサ１０３が配置された位置で互いに打ち消しあうように作用する。   In the detection unit 102 configured in this way, for example, the magnetic sensor 103 generates a magnetic flux generated when a current flows through the conductive unit 101 existing at the upstream location X5 and the conductive unit 101 present at the downstream location Y5. It acts to cancel each other at the position where it is placed.

この際、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ５付近の温度が高温となり、下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３では、各導電部１０１を流れる電流の差に応じた磁束密度が出力される。   At this time, when the temperature in the vicinity of the downstream portion Y5 in the cell 10a becomes high and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream portion Y5 decreases, the magnetic sensor 103 responds to the difference in the current flowing through each conductive portion 101. Magnetic flux density is output.

なお、本実施形態の磁気センサ１０３は、上流側箇所Ｘ５に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「負」、下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１の周囲に形成される磁界の磁束を「正」となるように構成されている。なお、第１実施形態で説明したように、磁気センサ１０３は、各導電部１０１の周囲に形成される各磁界の磁束のどちらを「正」として検出してもよい。   The magnetic sensor 103 of the present embodiment is formed around the conductive portion 101 existing at the downstream location Y5 while the magnetic flux of the magnetic field formed around the conductive portion 101 existing at the upstream location X5 is “negative”. The magnetic flux of the magnetic field is “positive”. As described in the first embodiment, the magnetic sensor 103 may detect which one of the magnetic fluxes of each magnetic field formed around each conductive portion 101 as “positive”.

ここで、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ５付近の温度が高温となり、下流側箇所Ｙ５に存在する導電部１０１の電流が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が減少することとなる。例えば、図１６に示すように、セル１０ａにおける下流側箇所Ｙ５付近の温度が低下すると、磁気センサ１０３の検出値が徐々に低下する。なお、図１６は、燃料電池１が温度過剰状態となる際の電流差検出装置１００が出力する検出値の変化を示す特性図である。   Here, when the temperature in the vicinity of the downstream location Y5 in the cell 10a becomes high and the current of the conductive portion 101 existing in the downstream location Y5 decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 decreases. For example, as shown in FIG. 16, when the temperature near the downstream portion Y5 in the cell 10a decreases, the detection value of the magnetic sensor 103 gradually decreases. FIG. 16 is a characteristic diagram showing a change in the detection value output by the current difference detection device 100 when the fuel cell 1 is in an excessive temperature state.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的温度が高温となり易い冷却水流路の出口部付近に位置する下流側箇所Ｙ５を流れる電流と、下流側箇所Ｙ５よりも冷却水流れ上流側に位置する上流側箇所Ｘ５を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出することで、燃料電池１の温度不足状態を診断することが可能となる。   Therefore, in the current difference detection device 100, the current flowing in the downstream portion Y5 located in the vicinity of the outlet of the cooling water passage where the temperature in each cell 10a tends to be relatively high, and the cooling water from the downstream portion Y5. By detecting the magnetic flux density that correlates with the difference between the current flowing through the upstream portion X5 located on the upstream side of the flow, it becomes possible to diagnose the temperature shortage state of the fuel cell 1.

次に、燃料電池１の温度不足状態の診断について図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態の制御装置５０が実行する温度過剰診断処理を示すフローチャートである。   Next, diagnosis of an insufficient temperature state of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing an over-temperature diagnosis process executed by the control device 50 of the present embodiment.

燃料電池１での発電が開始されると、図１７に示すように、まず、電流センサ１１、および電流差検出装置１００から出力される信号を読み込む（Ｓ５０）。   When power generation in the fuel cell 1 is started, as shown in FIG. 17, first, signals output from the current sensor 11 and the current difference detection device 100 are read (S50).

続いて、電流差検出装置１００の磁気センサ１０３から出力される信号、すなわち、上流側箇所Ｘ５に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｘを、下流側箇所Ｙ５に位置する導電部１０１を流れる電流Ｉｙから引いた電流差（＝Ｉｙ−Ｉｘ）と同様に変化する磁束密度を基準閾値である第６閾値以下であるかを判定する（Ｓ５１）。なお、第６閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加するように設定される。   Subsequently, a signal output from the magnetic sensor 103 of the current difference detection device 100, that is, a current Ix flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X5, and a current Iy flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y5. It is determined whether or not the magnetic flux density that changes in the same manner as the current difference (= Iy−Ix) subtracted from is equal to or less than a sixth threshold that is a reference threshold (S51). The sixth threshold value is set so as to increase as the total current flowing through the entire fuel cell 1 increases.

ステップＳ５１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第６閾値以下と判定された場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、上流側箇所Ｘ５に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ５に位置する導電部１０１を流れる電流が低下したことになり、この電流低下は、燃料電池１の過剰な温度上昇（温度過剰）に起因すると推定できるので、燃料電池１の状態を温度過剰状態と診断する（Ｓ５２）。   As a result of the determination process in step S51, when it is determined that the detection value of the magnetic sensor 103 is equal to or smaller than the sixth threshold (S51: YES), the downstream location is compared with the current flowing through the conductive portion 101 located in the upstream location X5. This means that the current flowing through the conductive portion 101 located at Y5 has decreased, and this current decrease can be presumed to be caused by an excessive temperature rise (overtemperature) of the fuel cell 1, so that the state of the fuel cell 1 is changed to an overtemperature state. Is diagnosed (S52).

燃料電池１の状態を温度過剰状態と診断した後、温度過剰状態から復帰させる温度過剰復帰処理を行って（Ｓ５３）、温度過剰診断処理を終了する。具体的には、ステップＳ５３の温度不足復帰処理では、ウォータポンプ４１の回転数を増加して、燃料電池１内部の冷却水流路に流れる冷却水の流量を増加させる処理を行う。   After diagnosing the state of the fuel cell 1 as an excessive temperature state, an excessive temperature return process for returning from the excessive temperature state is performed (S53), and the excessive temperature diagnosis process is terminated. Specifically, in the temperature shortage recovery process of step S53, a process of increasing the number of rotations of the water pump 41 and increasing the flow rate of the cooling water flowing in the cooling water flow path inside the fuel cell 1 is performed.

一方、ステップＳ５１の判定処理の結果、磁気センサ１０３の検出値が第６閾値より大きいと判定された場合（Ｓ５１：ＮＯ）、上流側箇所Ｘ５に位置する導電部１０１を流れる電流に対して、下流側箇所Ｙ５に位置する導電部１０１を流れる電流が低下しておらず、燃料電池１が温度過剰状態でないと推定できるので、燃料電池１の状態を温度過剰なしと診断する（Ｓ５４）。   On the other hand, when it is determined that the detection value of the magnetic sensor 103 is larger than the sixth threshold value as a result of the determination process in step S51 (S51: NO), with respect to the current flowing through the conductive portion 101 located at the upstream location X5, Since the current flowing through the conductive portion 101 located at the downstream location Y5 has not decreased and it can be estimated that the fuel cell 1 is not in an excessive temperature state, the state of the fuel cell 1 is diagnosed as being free from excessive temperature (S54).

以上説明した本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１のインピーダンスを算出するのでなく、セル１０ａにおける二箇所を流れる電流の差に相関する磁束密度に基づいて燃料電池１の温度過剰状態を診断する構成としている。   The fuel cell system according to the present embodiment described above does not calculate the impedance of the fuel cell 1, but diagnoses the excessive temperature state of the fuel cell 1 based on the magnetic flux density correlated with the difference between the currents flowing through the two locations in the cell 10a. It is configured to do.

従って、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１の温度過剰状態を診断する燃料電池システムを簡素な構成で実現できると共に、燃料電池１の診断の遅れを抑制することができるといった第１〜第４実施形態と同様の作用効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system according to the present embodiment can realize a fuel cell system for diagnosing an excessive temperature state of the fuel cell 1 with a simple configuration and can suppress a delay in diagnosis of the fuel cell 1. The same effects as the fourth embodiment are achieved.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Unless it deviates from the range described in each claim, it is not limited to the wording of each claim, and those skilled in the art Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can be added as appropriate to the extent that they can be easily replaced. For example, various modifications are possible as follows.

（１）上述の実施形態のように、電流差検出装置１００にて電流差を検出する一対の導電部を、複数の導電部のうち隣接して配置された導電部で構成することが望ましいが、これに限定されない。例えば、複数の導電部を挟んで離れた一対の導電部を流れる電流の差を電流差検出装置１００で検出するようにしてもよい。   (1) As in the above-described embodiment, it is desirable that the pair of conductive portions that detect a current difference by the current difference detection device 100 be configured of conductive portions arranged adjacent to each other among a plurality of conductive portions. However, the present invention is not limited to this. For example, the current difference detection device 100 may detect a difference between currents flowing through a pair of conductive parts that are separated by a plurality of conductive parts.

ここで、図１８は、電流差検出装置１００の検出部１０２の変形例を説明するための説明図である。図１８に示すように、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的乾燥し易い部位である空気流路の入口部の近くに位置する上流側箇所Ｘ６を流れる電流と、比較的過湿潤となり易い部位である空気流路の出口部の近くに位置する下流側箇所Ｙ６を流れる電流との差に相関する磁束密度を検出するようにしてもよい。   Here, FIG. 18 is an explanatory diagram for describing a modification of the detection unit 102 of the current difference detection device 100. As shown in FIG. 18, in the current difference detection device 100, the current flowing through the upstream side portion X6 located near the inlet of the air flow path, which is a portion that is relatively easy to dry in each cell 10a, and the relative excess. You may make it detect the magnetic flux density correlated with the difference with the electric current which flows through the downstream location Y6 located near the exit part of the air flow path which is a site | part which becomes easy to get wet.

この場合、電流差検出装置１００の単一の検出部１０２にて空気流路の入口部の近く位置する導電部１０１を流れる電流、および空気流路の出口部の近く位置する導電部１０１を流れる電流それぞれの変化を検出することができる。これにより、単一の検出部１０２を用いて、燃料電池１の乾燥状態、および過湿潤状態それぞれを診断することが可能となり、燃料電池１の状態を診断する燃料電池システムをより簡素な構成で実現できる。   In this case, the current that flows through the conductive portion 101 located near the inlet portion of the air flow path and the conductive portion 101 that is located near the outlet portion of the air flow path in the single detector 102 of the current difference detection device 100. The change of each electric current can be detected. Thereby, it becomes possible to diagnose each of the dry state and the excessively wet state of the fuel cell 1 using the single detection unit 102, and the fuel cell system for diagnosing the state of the fuel cell 1 has a simpler configuration. realizable.

また、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的低温となり易い冷却水流路の入口部の近くを流れる電流と、比較的高温となり易い冷却水流路の出口部の近くを流れる電流との差に相関する磁束密度を検出するようにしてもよい。これによれば、単一の検出部１０２を用いて、燃料電池１の温度不足状態、および温度過剰状態それぞれを診断することが可能となる。   Further, in the current difference detection device 100, the current flowing near the inlet of the cooling water flow path that is likely to be relatively low in each cell 10a and the current flowing near the outlet of the cooling water flow path that is likely to be relatively high temperature. You may make it detect the magnetic flux density correlated with a difference. According to this, it is possible to diagnose each of the fuel cell 1 undertemperature condition and overtemperature condition using a single detection unit 102.

（２）上述の各実施形態では、電流差検出装置１００の検出部１０２に磁気センサ１０３を用いる例について説明したが、これに限定されない。例えば、一対の導電部を流れる電流の差は、一対の導電部における電位差に相関することから、検出部１０２に一対の導電部１０１の電位差を検出する電圧センサ１０５を用いてもよい。   (2) In each of the above-described embodiments, the example in which the magnetic sensor 103 is used for the detection unit 102 of the current difference detection device 100 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, since the difference between the currents flowing through the pair of conductive parts correlates with the potential difference between the pair of conductive parts, the voltage sensor 105 that detects the potential difference between the pair of conductive parts 101 may be used as the detection unit 102.

図１９は、電流差検出装置１００の変形例を説明するための説明図であり、図１９の（ａ）が、電流差検出装置１００をセル１０ａの積層方向から見た正面図を示し、（ｂ）が電流差検出装置１００の検出部をセル１０ａの積層方向から見た正面図を示している。   FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining a modification of the current difference detection device 100. FIG. 19A is a front view of the current difference detection device 100 as viewed from the stacking direction of the cells 10a. (b) is a front view of the detection unit of the current difference detection device 100 as viewed from the stacking direction of the cells 10a.

例えば、燃料電池１の乾燥状態を診断する際には、図１９に示すように、電圧センサ１０５によって、各セル１０ａにおける比較的乾燥し易い部位である空気流路の入口部の近くに位置する上流側箇所Ｘ７と、空気流路における上流側箇所Ｘ７の空気流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ７との電位差を検出するようにすればよい。   For example, when diagnosing the dry state of the fuel cell 1, as shown in FIG. 19, the voltage sensor 105 is positioned near the inlet portion of the air flow path, which is a relatively dry portion in each cell 10 a. What is necessary is just to detect the electric potential difference of the upstream location X7 and the downstream location Y7 located in the downstream of the air flow of the upstream location X7 in an air flow path.

ここで、図２０は、燃料電池１が乾燥状態となる際の膜抵抗と電位差との関係を説明するための説明図であり、図２０の（ａ）が、乾燥状態となる際の上流側箇所Ｘ７および下流側箇所Ｙ７を流れる局所電流と膜抵抗との関係を示す特性図を示し、（ｂ）が乾燥状態となる際の膜抵抗と電圧センサ１０５の出力との関係を示す特性図を示している。なお、電圧センサ１０５は、下流側箇所Ｙ７の電位から上流側箇所Ｘ７の電位を引いた電位差を上流側箇所Ｘ７および下流側箇所Ｙ７を流れる電流の差に相関する物理量として出力するように構成されている。   Here, FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the membrane resistance and the potential difference when the fuel cell 1 is in a dry state. FIG. 20A is an upstream side when the fuel cell 1 is in a dry state. The characteristic view which shows the relationship between the local electric current which flows through the location X7 and the downstream location Y7, and membrane resistance is shown, The characteristic diagram which shows the relationship between the membrane resistance at the time of (b) becoming a dry state, and the output of the voltage sensor 105 Show. The voltage sensor 105 is configured to output a potential difference obtained by subtracting the potential of the upstream location X7 from the potential of the downstream location Y7 as a physical quantity that correlates with the difference in current flowing through the upstream location X7 and the downstream location Y7. ing.

図２０に示すように、上流側箇所Ｘ７に存在する電解質膜が乾燥すると、上流側箇所Ｘ７に存在する膜抵抗が増加し、上流側箇所Ｘ７および下流側箇所Ｙ７それぞれを流れる電流が低下するが、上流側箇所Ｘ７の方が電流の低下度合いが大きくなる。この際、電圧センサ１０５の検出値は、膜抵抗の増加に伴って増加する傾向となっている。すなわち、上流側箇所Ｘ７および下流側箇所Ｙ７を流れる電流の差に相関して、上流側箇所Ｘ７および下流側箇所Ｙ７の間の電位差が拡大する。   As shown in FIG. 20, when the electrolyte membrane present at the upstream location X7 is dried, the membrane resistance present at the upstream location X7 increases, and the current flowing through each of the upstream location X7 and the downstream location Y7 decreases. In the upstream portion X7, the current decrease degree becomes larger. At this time, the detection value of the voltage sensor 105 tends to increase as the membrane resistance increases. That is, the potential difference between the upstream location X7 and the downstream location Y7 increases in correlation with the difference in current flowing through the upstream location X7 and the downstream location Y7.

このことから、電流差検出装置１００にて、各セル１０ａにおける比較的乾燥し易い空気流路の入口部付近の上流側箇所Ｘ７を流れる電流と、上流側箇所Ｘ７よりも空気流れ下流側に位置する下流側箇所Ｙ７を流れる電流との差に相関する電位差を検出することで、燃料電池１の乾燥状態を診断することが可能となる。本変形例では、燃料電池１の乾燥状態を診断する構成について説明したが、勿論、燃料電池１の乾燥状態以外の状態に関しても診断可能である。   Therefore, in the current difference detection device 100, the current flowing through the upstream portion X7 in the vicinity of the inlet portion of the air flow path that is relatively easy to dry in each cell 10a and the air flow downstream of the upstream portion X7 are positioned. By detecting the potential difference that correlates with the difference between the current flowing through the downstream portion Y7, the dry state of the fuel cell 1 can be diagnosed. In the present modification, the configuration for diagnosing the dry state of the fuel cell 1 has been described. Of course, it is also possible to diagnose a state other than the dry state of the fuel cell 1.

（３）上述の各実施形態のように、磁気センサ１０３における磁束密度の検出精度の向上を図るために、一対の導電部の周囲を覆う集磁体１０４を設けることが望ましいが、これに限らず、集磁体１０４を省略してもよい。   (3) As in the above-described embodiments, in order to improve the detection accuracy of the magnetic flux density in the magnetic sensor 103, it is desirable to provide the magnetic current collector 104 that covers the periphery of the pair of conductive portions. The magnetic current collector 104 may be omitted.

（４）上述の各実施形態のように、基準閾値は、燃料電池１全体を流れる総電流の増加に伴って増加させていることが望ましいが、これに限らず、基準閾値を固定値としてもよい。   (4) As in the above-described embodiments, it is desirable that the reference threshold is increased with an increase in the total current flowing through the entire fuel cell 1, but this is not limiting, and the reference threshold may be a fixed value. Good.

（５）上述の各実施形態それぞれでは、燃料電池１の乾燥状態、過湿潤状態、水素不足状態、温度不足状態、および温度過剰状態を個別に診断する例について説明したが、各実施形態を組み合わせることで、燃料電池１の各状態をまとめて診断するようにしてもよい。   (5) In each of the above-described embodiments, the example of individually diagnosing the dry state, the overwetting state, the hydrogen shortage state, the temperature shortage state, and the overtemperature state of the fuel cell 1 has been described, but the embodiments are combined. Thus, each state of the fuel cell 1 may be diagnosed collectively.

（６）上述の各実施形態では、電流差検出装置１００を隣接するセル１０ａの間に配置する例について説明したが、これに限らず、例えば、電流差検出装置１００をセル１０ａと集電板１０ｂ、１０ｃとの間に隣接配置するようにしてもよい。   (6) In each of the above-described embodiments, the example in which the current difference detection device 100 is disposed between the adjacent cells 10a has been described. However, the present invention is not limited to this example. You may make it arrange | position adjacently between 10b and 10c.

（７）上述の各実施形態のように、電流差検出装置１００を単一の検出部１０２で構成することが望ましいが、これに限らず、例えば、複数の検出部１０２で構成してもよい。   (7) As in each of the above-described embodiments, it is desirable to configure the current difference detection device 100 with a single detection unit 102. .

（８）上述の各実施形態では、電流差検出装置１００において、導電部集合板１００ａに複数の導電部１０１をマトリックス状に配置する例について説明したが、マトリックス状に限らず、例えば、ランダムに配置するようにしてもよい。   (8) In each of the above-described embodiments, in the current difference detection device 100, the example in which the plurality of conductive portions 101 are arranged in the matrix shape on the conductive portion assembly plate 100a has been described. It may be arranged.

（９）上述の各実施形態では、本発明の燃料電池システムを燃料電池１を搭載する車両に適用する例について説明したが、これに限らず、例えば、車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）に適用したり、建物（住宅、ビル等）の発電設備として用いられる定置用発電装置に適用したりしてもよい。   (9) In each of the above-described embodiments, the example in which the fuel cell system of the present invention is applied to a vehicle on which the fuel cell 1 is mounted has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a moving body other than a vehicle (robot, ship, The present invention may be applied to an aircraft or the like, or to a stationary power generator used as a power generation facility for a building (a house, a building, or the like).

１ 燃料電池
１０ａ セル
１００ 電流差検出装置（物理量検出手段）
１０１ 導電部
１０２ 検出部
１０３ 磁気センサ
１０４ 集磁体
１０５ 電圧センサ
５０ 制御装置
５０ａ 状態診断手段
Ｘ１〜Ｘ７ 上流側箇所
Ｙ１〜Ｙ７ 下流側箇所 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 10a Cell 100 Current difference detection apparatus (physical quantity detection means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Conductive part 102 Detection part 103 Magnetic sensor 104 Current collector 105 Voltage sensor 50 Control apparatus 50a State diagnostic means X1-X7 Upstream part Y1-Y7 Downstream part

Claims (12)

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電池セル（１０ａ）を複数積層して構成した燃料電池（１）と、
前記複数の電池セル（１０ａ）のうち、少なくとも１つの電池セル（１０ａ）に対して前記電池セル（１０ａ）の積層方向に隣接配置され、当該隣接配置された前記電池セル（１０ａ）における少なくとも二箇所を流れる電流の差に相関する物理量を検出する物理量検出手段（１００）と、
前記物理量検出手段（１００）の検出値に応じて前記燃料電池（１）の状態を診断する状態診断手段（５０ａ）と、を備え、
前記複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段（１００）は、前記酸化剤ガス流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所（Ｘ１、Ｘ６、Ｘ７）を流れる電流を、前記上流側箇所（Ｘ１、Ｘ６、Ｘ７）よりも前記酸化剤ガス流れ下流側に位置する下流側箇所（Ｙ１、Ｙ６、Ｙ７）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、
前記物理量検出手段（１００）の検出値を所定の基準閾値と比較し、その比較結果に応じて前記燃料電池（１）の状態を診断するように構成され、
前記物理量検出手段（１００）の検出値が、前記基準閾値を構成する第１閾値以上となる場合に、前記燃料電池（１）の内部が乾燥した乾燥状態と診断することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (1) configured by laminating a plurality of battery cells (10a) that output an electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas;
Among the plurality of battery cells (10a), at least two of the battery cells (10a) arranged adjacent to each other in the stacking direction of the battery cells (10a) with respect to at least one battery cell (10a). A physical quantity detecting means (100) for detecting a physical quantity correlated with a difference in current flowing through a location;
A state diagnosis means (50a) for diagnosing the state of the fuel cell (1) according to a detection value of the physical quantity detection means (100) ,
Each of the plurality of battery cells (10a) has an oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows.
The physical quantity detection means (100) converts the current flowing through the upstream portion (X1, X6, X7) located closer to the inlet portion than the outlet portion of the oxidant gas flow path into the upstream portion (X1, X6). , X7) is configured to detect a physical quantity that correlates with a current difference subtracted from a current flowing through a downstream portion (Y1, Y6, Y7) located downstream of the oxidant gas flow,
The state diagnosis means (50a)
The detection value of the physical quantity detection means (100) is compared with a predetermined reference threshold, and the state of the fuel cell (1) is diagnosed according to the comparison result,
A fuel cell characterized by diagnosing a dry state in which the inside of the fuel cell (1) is dry when a detection value of the physical quantity detection means (100) is equal to or greater than a first threshold value constituting the reference threshold value. system. 前記物理量検出手段（１００）は、
前記電池セル（１０ａ）の積層方向に沿って電流を流すための複数の導電部（１０１）と、
前記複数の導電部（１０１）のうち、一対の導電部を流れる電流の差に相関する物理量を検出する単一の検出部（１０２）と、
を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The physical quantity detection means (100)
A plurality of conductive parts (101) for flowing current along the stacking direction of the battery cells (10a);
A single detection unit (102) for detecting a physical quantity that correlates with a difference in current flowing through a pair of conductive units among the plurality of conductive units (101);
The fuel cell system according to claim 1, comprising: 前記検出部（１０２）は、前記一対の導電部に電流が流れた際に前記一対の導電部の周囲に形成される磁界の磁束密度を前記物理量として検出する磁気センサ（１０３）を有して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。   The detection unit (102) includes a magnetic sensor (103) that detects, as the physical quantity, a magnetic flux density of a magnetic field formed around the pair of conductive units when a current flows through the pair of conductive units. It is comprised, The fuel cell system of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記検出部（１０２）は、前記一対の導電部それぞれを囲むように配置され、前記一対の導電部の周囲に形成される磁束を前記磁気センサ（１０３）に集める集磁体（１０４）を有して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。   The detection unit (102) includes a magnetic current collector (104) that is disposed so as to surround each of the pair of conductive units and collects magnetic flux formed around the pair of conductive units in the magnetic sensor (103). The fuel cell system according to claim 3, wherein the fuel cell system is configured as described above. 前記検出部（１０２）は、前記一対の導電部における電位差を前記物理量として検出する電圧センサ（１０５）で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the detection unit (102) includes a voltage sensor (105) that detects a potential difference between the pair of conductive units as the physical quantity. 前記一対の導電部は、前記複数の導電部（１０１）のうち、互いに隣接して配置された導電部であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 2 to 5, wherein the pair of conductive parts are conductive parts arranged adjacent to each other among the plurality of conductive parts (101). . 前記物理量検出手段（１００）は、前記酸化剤ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ２、Ｙ６）を流れる電流から前記下流側箇所（Ｙ２、Ｙ６）よりも前記酸化剤ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ２、Ｘ６）を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、前記物理量検出手段（１００）の検出値が、前記基準閾値を構成する第２閾値以下となる場合に、前記燃料電池（１）の内部が過剰に湿潤した過湿潤状態と診断することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The physical quantity detection means (100) is more effective than the downstream part (Y2, Y6) from the current flowing through the downstream part (Y2, Y6) located closer to the outlet part than the inlet part of the oxidant gas flow path. It is configured to detect a physical quantity that correlates with a current difference obtained by subtracting a current flowing through an upstream location (X2, X6) located upstream of the oxidant gas flow,
When the detected value of the physical quantity detection means (100) is equal to or less than a second threshold value that constitutes the reference threshold value, the state diagnosis means (50a) detects that the inside of the fuel cell (1) is excessively wet. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein a wet state is diagnosed. 前記複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段（１００）は、前記燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ３）を流れる電流を、前記下流側箇所（Ｙ３）よりも前記燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ３）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、前記物理量検出手段（１００）の検出値が、前記基準閾値を構成する第３閾値以上となる場合に、前記燃料電池（１）への前記燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Each of the plurality of battery cells (10a) has a fuel gas flow path through which the fuel gas flows.
The physical quantity detection means (100) causes the current flowing through the downstream part (Y3) located closer to the outlet part than the inlet part of the fuel gas flow path to flow the fuel gas from the downstream part (Y3). It is configured to detect a physical quantity that correlates with a current difference subtracted from the current flowing through the upstream portion (X3) located on the upstream side,
The state diagnosis means (50a) supplies the fuel gas to the fuel cell (1) when the detected value of the physical quantity detection means (100) is equal to or higher than a third threshold value constituting the reference threshold value. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein an insufficient fuel gas shortage state is diagnosed. 前記複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成されており、
前記物理量検出手段（１００）は、前記燃料ガス流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ３）を流れる電流を、前記下流側箇所（Ｙ３）よりも前記燃料ガス流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ３）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、前記物理量検出手段（１００）の検出値の増加度合いが、前記基準閾値を構成する第４閾値以上となる場合に、前記燃料電池（１）への前記燃料ガスの供給が不足した燃料ガス不足状態と診断することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Each of the plurality of battery cells (10a) has a fuel gas flow path through which the fuel gas flows.
The physical quantity detection means (100) causes the current flowing through the downstream part (Y3) located closer to the outlet part than the inlet part of the fuel gas flow path to flow the fuel gas from the downstream part (Y3). It is configured to detect a physical quantity that correlates with a current difference subtracted from the current flowing through the upstream portion (X3) located on the upstream side,
The state diagnosing means (50a) is configured to provide the fuel gas to the fuel cell (1) when the degree of increase in the detected value of the physical quantity detecting means (100) is equal to or greater than a fourth threshold that constitutes the reference threshold. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , wherein a fuel gas shortage state in which the supply of fuel is insufficient is diagnosed. 前記複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、
前記物理量検出手段（１００）は、前記冷却水流路の入口部よりも出口部の近くに位置する下流側箇所（Ｙ５）を流れる電流から前記下流側箇所（Ｙ５）よりも前記冷却水流れ上流側に位置する上流側箇所（Ｘ５）を流れる電流を引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、前記物理量検出手段（１００）の検出値が、前記基準閾値を構成する第６閾値以下となる場合に、前記冷却水の流量不足によって前記燃料電池（１）が過剰に昇温した温度過剰状態であると診断することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Each of the plurality of battery cells (10a) is formed with a cooling water flow path through which cooling water flows.
The physical quantity detection means (100) is configured such that the current flowing through the downstream portion (Y5) located closer to the outlet portion than the inlet portion of the cooling water flow path is upstream of the cooling water flow from the downstream portion (Y5). Is configured to detect a physical quantity correlated with a current difference obtained by subtracting a current flowing through an upstream location (X5) located at
When the detected value of the physical quantity detection means (100) is equal to or less than a sixth threshold value constituting the reference threshold value, the state diagnosis means (50a) causes the fuel cell (1) to The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the fuel cell system is diagnosed as being in an excessively high temperature state. 前記複数の電池セル（１０ａ）それぞれは、その内部に冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、
前記物理量検出手段（１００）は、前記冷却水流路の出口部よりも入口部の近くに位置する上流側箇所（Ｘ４）を流れる電流を、前記上流側箇所（Ｘ４）よりも前記冷却水流れ下流側に位置する下流側箇所（Ｙ４）を流れる電流から引いた電流差に相関する物理量を検出するように構成され、
前記状態診断手段（５０ａ）は、前記物理量検出手段（１００）の検出値が、前記基準閾値を構成する第５閾値以上となる場合に、前記冷却水の温度が低いことによって前記燃料電池（１）が充分に昇温していない温度不足状態であると診断することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Each of the plurality of battery cells (10a) is formed with a cooling water flow path through which cooling water flows.
The physical quantity detection means (100) causes the current flowing through the upstream portion (X4) located closer to the inlet portion than the outlet portion of the cooling water flow path to flow downstream from the upstream portion (X4). Configured to detect a physical quantity correlated with a current difference subtracted from a current flowing through a downstream location (Y4) located on the side,
When the detected value of the physical quantity detection means (100) is equal to or higher than a fifth threshold value constituting the reference threshold value, the state diagnosis means (50a) determines that the fuel cell (1 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10 , wherein the fuel cell system is diagnosed as an under-temperature state in which the temperature is not sufficiently increased. 前記状態診断手段（５０ａ）は、前記燃料電池（１）全体を流れる総電流の増加に応じて、前記基準閾値を増加させることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The state diagnosis means (50a) increases the reference threshold according to an increase in the total current flowing through the entire fuel cell (1), according to any one of claims 1 to 11 . Fuel cell system.
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