JP5987639B2

JP5987639B2 - 電流計測装置

Info

Publication number: JP5987639B2
Application number: JP2012241839A
Authority: JP
Inventors: 山田　貴史; 貴史山田; 祐一坂上; 小山　貴志; 貴志小山; 政則田林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: JP2014092399A

Description

本発明は、酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギを発生するセルを備える燃料電池の電流を測定する電流計測装置に関するものである。

従来、電流測定装置において、複数のセルのうち隣り合う２つのセルの間に配置される電流測定体を備え、セルのうち電流測定体に対応する部分に流れる電流を測定するものがある（例えば特許文献１参照）。

このものにおいては、電流測定体は、２つのセルの間に配置される電流測定用抵抗体および温度測定用抵抗体から構成されている。温度測定用抵抗体は、電流測定用抵抗体に絶縁した状態で対向するように設けられている。さらに、温度測定用抵抗体に一定電流を流す定電流電源と、電流測定用抵抗体に生じる電位差を検出する電流測定用電圧センサと、温度測定用抵抗体に生じる電位差を検出する温度測定用電圧センサとが設けられている。

制御装置は、温度測定用電圧センサの検出電圧に基づいて温度測定用抵抗体の温度を取得し、この取得した温度に基づいて、電流測定用抵抗体の抵抗値を求める。これにより、温度誤差の小さい電流測定用抵抗体の抵抗値を求めることができる。制御装置は、この求めた抵抗値と電流測定用電圧センサの検出電圧とに基づいて、電流測定用抵抗体に流れる電流を、セルのうち電流測定体に対応する部分に流れる電流として算出する。このことにより、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。

特開２００７−２８０６４３号公報

上記電流測定装置では、燃料電池に流れる電流として、温度変化に起因する誤差を小さくした高精度の電流に測定することができるものの、温度測定用抵抗体に一定電流を流す定電流電源を用いることが必要となり、複雑な構成になる、という問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成により、燃料電池に流れる電流を正確に求める電流測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）のうち隣り合う２つのセル間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求める電流計測装置であって、
前記隣り合う２つのセルのうち一方のセルに接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記隣り合う２つのセルのうち前記一方のセル以外の他方のセルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体に直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流と前記第１、第２の抵抗体の温度とを算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、電流温度算出手段（５０）によって、第１、第２の抵抗体に流れる電流を算出する。このため、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。これに加えて、定電流電源を用いていなく、抵抗体間の電気絶縁等を実施する必要もない。したがって、簡素な構成により、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。

具体的には、請求項１４に記載の発明では、前記第１の抵抗体（Ｒａ）に生じる電位差をＶａとし、前記第２の抵抗体（Ｒｂ）に生じる電位差をＶｂとし、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流をＩとし、
前記第１の抵抗体の既知の温度係数をαとし、前記第２の抵抗体の既知の温度係数をβとし、前記第１、第２の抵抗体の温度をｔとし、前記第１の抵抗体の既知の基準温度をｔａとし、前記第２の抵抗体の既知の基準温度をｔｂとし、前記第１の抵抗体において前記既知の基準温度ｔａにおける抵抗値Ｒａｏとし、前記第２の抵抗体において前記既知の基準温度ｔｂにおける抵抗値Ｒｂｏとしたとき、数式１、数式２が成立し、
Ｖａ＝Ｉ・Ｒａｏ｛１＋α（ｔ−ｔａ）｝・・・・・（数式１）
Ｖｂ＝Ｉ・Ｒｂｏ｛１＋β（ｔ−ｔｂ）｝・・・・・（数式２）
前記電流温度算出手段は、前記数式１および前記数式２を用いて、前記電流および前記温度を算出することを特徴とする。

請求項１４に記載の発明によれば、電流温度算出手段は、数式１および数式２を用いて、電流を算出するので、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。

請求項５に記載の発明では、第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）における前記第１、第２の集電板のうち一方の集電板とこの一方の集電板に隣り合う前記セルとの間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求めるための電流計測装置であって、
前記一方の集電板に接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記一方の集電板に隣り合う前記セルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体と直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて前記電流および前記温度を算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、電流温度算出手段によって温度を算出するので、電流測定体を集電板およびセルの間に配置した場合にも、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。これに加えて、定電流電源を用いていなく、抵抗体間の電気絶縁等を実施する必要もない。したがって、請求項１に記載の発明と同様、簡素な構成により、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。

請求項９に記載の発明では、第１、第２の集電板（１１、１２）の間に配置される１つのセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギを発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）における前記第１、第２の集電板のうち一方の集電板および前記セルの間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求めるための電流計測装置であって、
前記一方の集電板に接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記セルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体と直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて前記電流および前記温度を算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、電流温度算出手段によって電流および温度を算出するので、第１、第２の集電板の間に１つのセルが配置される場合にも、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。これに加えて、定電流電源を用いていなく、抵抗体間の電気絶縁等を実施する必要もない。したがって、請求項１に記載の発明と同様、簡素な構成により、燃料電池に流れる電流を正確に求めることができる。

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

本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。第１実施形態における燃料電池の構成を示す図である。図２の電流測定部材の正面図である。図３中Ａ−Ａ断面図である。電流測定部材の各部分を示す図である。本発明の第２実施形態における電流測定部の断面構成を示す図である。本発明の第３実施形態における電流測定部の断面構成を示す図である。本発明の第４実施形態における電流測定部の断面構成を示す図である。本発明の第５実施形態における電流測定部の断面構成を示す図である。本発明の第６実施形態における他の電流測定部の断面構成を示す図である。

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

（第１実施形態）
以下、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燃料電池システム１を示す模式図で、この燃料電池システム１は例えば電気自動車に適用される。

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、図示しない電気負荷や２次電池等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷に相当している。

本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１０ａが集電板１１、１２の間に複数積層され、かつ電気的に直列接続されている。

燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。

（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
これにより、上記電気化学反応に伴って、複数のセル１０ａを通して集電板１１、１２の間には電流が流れる。集電板１１、１２のうち一方の集電板は、セル１０ａに対してその面方向に分散化して電流を供給し、他方の集電板は、セル１０ａにその面方向に分散して流れる電流を集める。

図２は、燃料電池１０の斜視図である。図２に示すように、燃料電池１０には、燃料電池１０のセル１０ａの面内の電流分布を測定するために、板状に形成されている電流測定部材１００が設けられている。電流測定部材１００は、複数のセル１０ａのうち隣り合う２つのセル１０ａに挟まれて配置されており、隣り合う２つのセル１０ａと電気的に直列接続されている。

図１の燃料電池システム１には、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素流路３０が設けられている。ここで、空気流路２０における燃料電池１０より上流側を空気供給流路２０ａといい、下流側を空気排出流路２０ｂという。また、水素流路３０における燃料電池１０より上流側を水素供給流路３０ａといい、下流側を水素排出流路３０ｂという。なお、空気は本発明の酸化剤ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当している。

空気供給流路２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気供給流路２０ａにおける空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられている。また、空気排出流路２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。

水素供給流路３０ａの最上流部には、水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給流路３０ａにおける高圧水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整するための水素調圧弁３２が設けられている。

水素排出流路３０ｂには、水素供給流路３０ａにおける水素調圧弁３２の下流側に接続されて閉ループを構成する水素循環流路３０ｃが分岐して設けられており、これにより水素流路３０内で水素を循環させて、未反応の水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。そして、水素循環流路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が設けられている。

燃料電池１０は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４１、およびファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。

冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ５２をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路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。また、冷却水経路４０における燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度Ｗｔを検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。

燃料電池システム１には、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、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。そして、制御部５０は、温度センサ４６の検出温度、および後述する電圧センサ６０、６１（図４参照）の検出電圧などに基づいてセル１０ａの面内における電流分布を検出し、この検出される電流分布に応じて、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、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５を制御する。

次に、電流測定部材１００について説明する。図３は、電流測定部材１００を
セル１０ａの積層方向から視た正面である。図４は、図３中Ａ−Ａ断面面であって、図中の外形線の内側は、図示の明確化のために、電流測定部材１００の内部を透視した図を示している。

電流測定部材１００は、複数の配線層を有するプリント基板（積層基板）から構成されるもので、配線層１１０、１１５の間に、配線層１１１、１１２、１１３、１１４、および電気絶縁層１２０、１２１、１２２、１２３、１２４が積層されている。

ここで、配線層１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５は、金属箔（例えば、銅箔等）からなる。電気絶縁層１２０、１２１、１２２、１２３、１２４はエポキシ樹脂等からなる。

電流測定部材１００は、その板厚方向（すなわち、セル１０ａの積層方向）の抵抗値が面方向に亘って同等になるように構成されている。電流測定部材１００は、セル１０ａの面内における電流分布を測定するための複数の電流測定体１０１を構成している。複数の電流測定体１０１は、電流測定部材１００の面方向に分散して配置されている。

本実施形態の電流測定体１０１には、複数の電流測定体１０１がマトリクス状に配列されている。本実施形態では、（４×７）の電流測定体１０１がマトリクス状に配列されている。複数の電流測定体１０１は、それぞれ、同一の構造を有している。電流測定体１０１は、隣り合う２つのセル１０ａの間の局所の電流を測定可能となっている。

ここで、配線層１１０は、図４、図５（ａ）に示すように、複数の電極部１１０ａから構成されている。図５（ａ）は、配線層１１０をその面方向に垂直である方向（図４中上側）から視た図である。複数の電極部１１０ａは、電流測定体１０１の第１の電極部をそれぞれ構成するもので、隣り合う２つのセル１０のうち一方のセル１０ａに接続されている。

複数の電極部１１０ａは、電流測定体１０１毎に独立して設けられている。配線層１１５は、図４、図５（ｃ）に示すように、複数の電流測定体１０１の共通の第２の電極部を構成する。図５（ｃ）は、配線層１１５を板厚方向（図４中下側）から視た図である。配線層１１５は、隣り合う２つのセル１０のうち一方のセル１０ａ以外の他方のセル１０ａに接続されている。

配線層１１１は、図５（ｂ）に示すように、電流測定体１０１毎に独立して設けられている。図５（ｂ）は、配線層１１１を板厚方向（図４中上下方向）から視た図である。配線層１１１は、電流測定体１０１毎に第１の抵抗体としての抵抗体Ｒａを構成する。配線層１１４は、配線層１１１と同様、電流測定体１０１毎に独立して設けられている。配線層１１４は、電流測定体１０１毎に第２の抵抗体としての抵抗体Ｒｂを構成する。

ここで、配線層１１０、１１１の間には、配線層１１０、１１１の間を接続するスルーホール（層間接続部材）１４０が設けられている。配線層１１１、１１４の間には、配線層１１１、１１４の間を接続するスルーホール（層間接続部材）１４１が設けられている。配線層１１４、１１５の間には、配線層１１４、１１５の間を接続するスルーホール（層間接続部材）１４２が設けられている。

このように電流測定体１０１は、電極部１１０ａ、配線層１１５、スルーホール１４０、１４１、１４２、および抵抗体Ｒａ、Ｒｂから構成されている。

ここで、電極部１１０ａおよび配線層１１５の間で抵抗体Ｒａ、Ｒｂが直列接続されている。抵抗体Ｒａ、Ｒｂは、後述するように、互いに温度特性が相違するように構成されている。

なお、本実施形態の電流測定部材１００、制御部５０、電圧センサ６０、６１、６２が本発明の電流計測装置を構成している。電圧センサ６２は、後述する抵抗体Ｒｃの両端子間の電位差Ｖ３を求める電圧センサである。

次に、電流測定部材１００による電流測定方法について説明する。

まず、燃料電池１０に対する水素および空気の供給が開始されることで、燃料電池１０の複数のセル１０ａで発電が開始される。電流測定部材１００の複数の電流測定体１０１では、電流流れ方向上流側のセル１０ａから電極部（第１電極部）１１０ａに電流が流れる。そして、電極部１１０ａ→スルーホール１４０→抵抗体Ｒａ→スルーホール１４１→抵抗体Ｒｂ→スルーホール１４２→配線層（第２電極部）１１５の順に電流が流れ、配線層１１５の板面から電流流れ方向下流側のセル１０ａに電流が流れる。

このとき、制御部５０は、電流測定体１０１毎に、電圧センサ６０、６１の検出電圧を用いて抵抗体Ｒａ、Ｒｂに流れる電流を求める。電圧センサ６０は、電流測定体１０１毎に抵抗体Ｒａの両端子間の電位差を測定する。電圧センサ６１は、電流測定体１０１毎に抵抗体Ｒｂの両端子間の電位差を測定する。

ここで、抵抗体Ｒａの両端子間に生じる電位差をＶａとし、抵抗体Ｒｂの両端子間に生じる電位差をＶｂとし、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに流れる電流をＩとし、抵抗体Ｒａの既知の温度係数をαとし、抵抗体Ｒｂの既知の温度係数をβとし、抵抗体Ｒａ、Ｒｂの温度をｔとし、抵抗体Ｒａ、の既知の基準温度をｔａとし、抵抗体Ｒｂの既知の基準温度をｔｂとし、抵抗体Ｒａにおいて既知の基準温度ｔａにおける抵抗値Ｒａｏとし、抵抗体Ｒｂにおいて既知の基準温度ｔｂにおける抵抗値Ｒｂｏとする。

ここで、抵抗体Ｒａの既知の温度係数をαと、抵抗体Ｒｂの既知の温度係数β（≠α）とが互いに異なる値に設定されている。このため、電流Ｉと温度ｔとの関係を示す次の数式１、数式２が成立する。

Ｖａ＝Ｉ・Ｒａｏ｛１＋α（ｔ−ｔａ）｝・・・・・（数式１）
Ｖｂ＝Ｉ・Ｒｂｏ｛１＋α（ｔ−ｔｂ）｝・・・・・（数式２）
そこで、制御部５０は、数式１および数式２に基づいて、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに流れる電流Ｉ、および抵抗体Ｒａ、Ｒｂの温度ｔを求める。このとき、電流Ｉは、上記局所に流れる電流を示し、温度ｔは上記局所の温度を示す。

以上説明した本実施形態によれば、数式１および数式２に基づいて、抵抗体Ｒａ、Ｒｂに流れる電流Ｉを局所に流れる電流として求めることができる。このため、局所に流れる電流を正確に求めることができる。

これに加えて、本実施形態では、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを直列接続して抵抗体Ｒａ、Ｒｂに電流Ｉが流れるように構成したので、定電流電源を必要としない。このため、電気絶縁等のための余分なスペースを確保しなくてもよい。

以上により、簡素な構成で、局所に流れる電流を正確に求めることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、相違する配線層１１１、１１４に抵抗体Ｒａ、Ｒｂを設けた例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、図６に示すように、同一配線層１１１に抵抗体Ｒａ、Ｒｂを設けてもよい。

ここで、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを金属抵抗薄膜により形成してよい。例えば、配線層１１１内において互いに異なる種類の金属箔を用いて、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを形成する。或いは、基板内に抵抗器を内蔵して抵抗体Ｒａ、Ｒｂを形成してもよい。図６（ａ）は抵抗体Ｒｂを金属抵抗薄膜により形成した例を示し、図６（ｂ）は抵抗器を内蔵して抵抗体Ｒｂを形成した例を示している。
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、相違する配線層１１１、１１４に抵抗体Ｒａ、Ｒｂを設けた例について説明したが、これに代えて、図７に示すように、スルーホール１４１により抵抗体Ｒｂを形成してもよい。この場合、スルーホール１４１内に導電性ペーストを充填して抵抗体Ｒｂを形成してもよい。

この場合、スルーホール１４１を構成するメッキ部や導電性ペーストの抵抗率は、配線層１１１を構成する銅箔の抵抗率と異なる値にすることができる。これにより、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを互いに異なる温度特性に設定することができる。図示を省略するが、別のスルーホールにより抵抗体Ｒａを形成してもよい。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、抵抗体Ｒａの両端子を２つの配線を介して電圧センサ６０に接続し、抵抗体Ｒｂの両端子を２つの配線を介して電圧センサ６１にそれぞれ接続した例について説明したが、これに代えて、図８のようにしてもよい。

図８では、スルーホール１４１により抵抗体Ｒｂが形成されている。そして、抵抗体Ｒａのスルーホール１４０側端子と電圧センサ６０との間を配線１５０で接続され、かつ、抵抗体Ｒａのスルーホール１４１側端子と電圧センサ６０との間を配線１５０で接続されている。

さらに、抵抗体Ｒｂの抵抗体Ｒａ側端子と電圧センサ６１との間を配線１５１で接続され、かつ、抵抗体Ｒｂのスルーホール１４２側端子と電圧センサ６１との間を配線１５２で接続されている。このため、抵抗体Ｒａ、Ｒｂと電圧センサ６０、６１との間を３本の配線１５０、１５１、１５２で接続することができる。よって、使用する配線の本数を減らすことができる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、配線層１１１、１１４により抵抗体Ｒａ、Ｒｂを形成した例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、図９に示すように、配線層１１１、１１４およびスルーホール１４１により抵抗体Ｒａ、Ｒｂを形成してもよい。

ここで、配線層１１１により抵抗体Ｒａ２を形成し、スルーホール１４１により抵抗体Ｒａ１を形成し、配線層１１４により抵抗体Ｒｂを形成する。抵抗体Ｒａ１と抵抗体Ｒａ２とを合成した抵抗体を抵抗体Ｒａとする。これにより、配線層１１１、１１４およびスルーホール１４１により抵抗体Ｒａ、Ｒｂを形成することができる。

（第６実施形態）
上記第１実施形態では、複数の電流測定体１０１の全てにおいて、抵抗体Ｒａ、Ｒｂを第１、第２の電極部の間に直列接続した例について説明したが、これに代えて、複数の電流測定体１０１のうち１つの電流測定体１０１で上記第１実施形態と同様に求められた局所の温度ｔを用いて、上記隣り合う２つのセル１０ａの間のうち上記局所以外の他の局所に流れる電流を求める例について説明する。

本実施形態において、上記隣り合う２つのセル１０ａの間のうち上記温度ｔを求めた局所に対応する電流測定体１０１を１つの電流測定体１０１という。上記隣り合う２つのセル１０ａの間のうち上記局所以外の他の局所に対応する電流測定体１０１を他の電流測定体１０１という。

他の電流測定体１０１は、図１０に示すように、電極部１１０ａ、および配線層１１５の間に１つの抵抗体Ｒｃが形成されている。抵抗体Ｒｃの両端子間の電位差Ｖ３を求める電圧センサ６２が設けられている。

本実施形態では、局所（つまり、上記１つの電流測定体１０１）の温度ｔが抵抗体Ｒｃの温度Ｔに同一であると仮定する。抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔは、抵抗体Ｒｃの温度Ｔによって変化する。そして、抵抗体Ｒｃの温度Ｔは、抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔと１対１で特定される関係にある。このため、制御部５０は、局所の温度ｔ（＝温度Ｔ）によって抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔを求めることができる。つまり、抵抗体Ｒｃにおける温度誤差の小さな抵抗値Ｒｔを求めることができる。これに加えて、制御部５０は、電圧センサ６２の検出電位差Ｖ３を抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔで割ることにより、抵抗体Ｒｃ（つまり、他の局所）に流れる電流Ｉｂを正確に求めることができる。

以上説明した本実施形態によれば、上記１つの電流測定体１０１と上記他の電流測定体１０１との間で温度差が生じていると、その温度差が原因で「温度係数に起因した抵抗値Ｒｔの差分」が生じるものの、その抵抗値Ｒｔの差分は小さい。したがって、上記１つの電流測定体１０１の温度ｔと上記他の電流測定体１０１の温度Ｔが同一であると仮定しても、上記他の局所温度を求めることなく電流を求める従来技術に比べて、正確に電流を求めることができる。

（第７実施形態）
本実施形態では、複数の電流測定体１０１のうち第１、第２の電流測定体１０１で、それぞれ上記第１実施形態と同様に局所の温度ｔ１、ｔ２を求め、この求められた局所の温度ｔ１、ｔ２を用いて、複数の電流測定体１０１のうち第１、第２の電流測定体１０１以外の他の電流測定体１０１に流れる電流を他の局所に流れる電流として求める例について説明する。

本実施形態では、第１、第２の電流測定体１０１は、それぞれ、抵抗体Ｒａ、Ｒｂが電極部１１０ａと配線層１１５との間に直列接続されて構成されている。他の電流測定体１０１は、図１０に示すように、電極部１１０ａ、および配線層１１５の間に１つの抵抗体Ｒｃが形成されている。

他の電流測定体１０１としては、その温度が、第１、第２の電流測定体１０１の温度に相関関係にあるものである。例えば、第１、第２の電流測定体１０１の間に位置する電流測定体１０１（以下、中間電流測定体１０１という）を他の電流測定体１０１としてもよく、中間電流測定体１０１の周辺に位置する電流測定体１０１を他の電流測定体１０１としてもよい。

そこで、本実施形態では、制御部５０は、第１、第２の電流測定体１０１で求められた温度ｔ１、ｔ２を用いて他の電流測定体１０１で求められる他の局所の温度ｔ３を、線形補間等の推定方法により推定する。制御部５０は、上記第６実施形態と同様に、この推定される他の局所の温度ｔ３を用いて、抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔを求めることができる。これに加えて、制御部５０は、電圧センサ６２の検出電位差Ｖ３を抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔで割って抵抗体Ｒｃ（つまり、他の局所）に流れる電流Ｉｂを正確に求めることができる。

（第８実施形態）
上記第７実施形態では、複数の電流測定体１０１のうち第１、第２の電流測定体１０１で、それぞれ、上記第１実施形態と同様に、局所の温度ｔ１、ｔ２を求める例について説明したが、これに代えて、複数の電流測定体１０１のうち第１の電流測定体１０１で上記第１実施形態と同様に求められた局所の温度ｔと冷却水の温度Ｗｔとを用いて、上記隣り合う２つのセル１０ａの間の局所以外の他の局所の電流を求める例について説明する。

本実施形態では、複数の電流測定体１０１のうち第２電流測定体１０１の温度は温度センサ４６の検出冷却水温度Ｗｔと同じであると設定する。第２電流測定体１０１としては、例えば、冷却水経路４０に近い位置に設けられている電流測定体１０１を用いることができる。或いは、第２電流測定体１０１として、電流測定部材１００のうち外周側に位置する電流測定体１０１を設定してもよい。

本実施形態の他の電流測定体１０１は、図１０に示すように、電極部１１０ａ、および配線層１１５の間に１つの抵抗体Ｒｃが形成されているものとする。

そこで、制御部５０は、上記第７実施形態と同様に、第１、第２の電流測定体１０１で求められた温度ｔ、Ｗｔを用いて他の電流測定体１０１で求められる他の局所の温度ｔ３を、線形補間等の推定方法により推定する。さらに、上記第７実施形態と同様、当該推定される他の局所の温度ｔ３を用いて、抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔを求める。これに加えて、制御部５０は、電圧センサ６２の検出電位差Ｖ３を抵抗体Ｒｃの抵抗値Ｒｔで割って抵抗体Ｒｃ（つまり、他の局所）に流れる電流Ｉｂを正確に求めることができる。

（他の実施形態）
上記第１〜第８の実施形態では、電流測定部材１００を隣り合う２つのセル１０ａの間に配置した例について説明したが、これに代えて、集電板１１、１２のうち一方の集電板と、この一方の集電板に隣り合うセル１０ａ（以下、隣り合うセル１０ａという）との間に電流測定部材１００を配置してもよい。なお、前記一方の集電板に隣り合うセル１０ａを以下、隣り合うセル１０ａという。

この場合、前記一方の集電板および隣り合うセル１０ａのうち、一方の部材に複数の電極部１１０ａ（第１の電極部）が接続され、前記一方の集電板および隣り合うセル１０ａのうち前記一方の部材以外の他方の部材が配線層１１５（第２の電極部）に接続されている。

上記第１〜第８の実施形態では、複数のセル１０ａから燃料電池１０を構成した例について説明したが、これに代えて、集電板１１、１２の間に１つのセル１０ａだけを配置して燃料電池１０を構成してもよい。

この場合、集電板１１、１２のうち一方の集電板とセル１０ａとの間に電流測定部材１００を配置することになる。

このため、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち一方の部材に複数の電極部１１０ａ（第１の電極部）が接続され、前記一方の集電板およびセル１０ａのうち一方の部材以外の他の部材に配線層１１５（第２の電極部）が接続されている。

上記第１〜第８の実施形態では、配線層間を接続する層間接続部材として、スルーホールを用いた例について説明したが、これに代えて、レーザービアを用いてもよい。これにより基板の表面において電極部に生じる穴を無くすことができる。

この場合、スルーホールを用いる場合に比べて、層間接続部材において基板の面方向の大きさを小さくすることができる。このため、基板において細かいピッチで層間接続部材を数多く配置することができる。このため、配線層間の接触面積を大きくとることができ、配線層間の接触抵抗を低減できる。これに加えて、細かいピッチで層間接続部材を配置することができるので、基板（すなわち、電流測定部材１００）の設計の自由度が向上する。

上記第１〜第８の実施形態では、電流測定部材１００において複数の電流測定体１０１をマトリクス状に配列した例について説明したが、電極部１１０ａと配線層１１５との間の抵抗値（すなわち、第１、第２電極部の間の抵抗値）が電流測定体１０１毎に同等になるように構成されていれば、複数の電流測定体１０１をマトリックス状にしなくてもよく、また複数の電流測定体１０１を同一の形状にしなくてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

１燃料電池システム
１０燃料電池
１０ａセル
１１集電板
１２集電板
２０空気流路
２０ａ空気供給流路
２１空気ポンプ
２２加湿器
３０ａ水素供給流路
３０ｂ水素排出流路
３０ｃ水素循環流路
３１高圧水素タンク
３２水素調圧弁
３３水素ポンプ
４０冷却水経路
４１ウォータポンプ
４２ファン
４３ラジエータ
４６温度センサ（冷却水温度検出手段）
５０制御部（電流温度算出手段、電流温度算出手段）
６０電圧センサ（第１電位差検出手段）
６１電圧センサ（第１電位差検出手段）
６２電圧センサ（第２電位差検出手段）
１００電流測定部材
１０１電流測定体
１１０ａ電極部（第１電極部）
１１５配線層（第２電極部）
１４１スルーホール（層間接続部材）
Ｒａ抵抗体（第１抵抗体）
Ｒｂ抵抗体（第２抵抗体）
Ｒｃ抵抗体（他の抵抗体）

Claims

第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）のうち隣り合う２つのセル間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求める電流計測装置であって、
前記隣り合う２つのセルのうち一方のセルに接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記隣り合う２つのセルのうち前記一方のセル以外の他方のセルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体に直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と、
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流と前記第１、第２の抵抗体の温度とを算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする電流計測装置。
前記隣り合う２つのセル間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
前記電流測定体が２つ以上設けられており、
前記第１電位差検出手段は、前記第１、第２の抵抗体に生じる電位差を前記電流測定体毎に検出するものであり、
前記電流温度算出手段は、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流と前記第１、第２の抵抗体の温度とを前記電流測定体毎に算出するものであり、
前記隣り合う２つのセル間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により前記電流測定体毎に算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
前記複数のセルを冷却するための冷却水を循環させる冷却水経路（４０）内の冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段（４６）と、
前記隣り合う２つのセル間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により算出される温度と前記冷却水温度検出手段の検出温度とを用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流計測装置。
第１、第２の集電板（１１、１２）の間に積層される複数のセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギをそれぞれ発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）における前記第１、第２の集電板のうち一方の集電板とこの一方の集電板に隣り合う前記セルとの間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求めるための電流計測装置であって、
前記一方の集電板に接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記一方の集電板に隣り合う前記セルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体と直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と、
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて前記電流および前記温度を算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする電流計測装置。
前記一方の集電板とこの一方の集電板に隣り合う前記セルとの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の電流計測装置。
前記電流測定体が２つ以上設けられており、
前記第１電位差検出手段は、前記第１、第２の抵抗体に生じる電位差を前記電流測定体毎に検出するものであり、
前記電流温度算出手段は、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流と前記第１、第２の抵抗体の温度とを前記電流測定体毎に算出するものであり、
前記一方の集電板とこの一方の集電板に隣り合う前記セルとの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により前記電流測定体毎に算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の電流計測装置。
前記複数のセルを冷却するための冷却水を循環させる冷却水経路（４０）内の冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段（４６）と、
前記一方の集電板とこの一方の集電板に隣り合う前記セルとの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により前記電流測定体毎に算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の電流計測装置。
第１、第２の集電板（１１、１２）の間に配置される１つのセル（１０ａ）が酸化剤ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電気エネルギを発生して前記第１、第２の集電板の間に電流が流れるように構成されている燃料電池（１０）における前記第１、第２の集電板のうち一方の集電板および前記セルの間の局所に流れる電流と前記局所の温度を求めるための電流計測装置であって、
前記一方の集電板に接触する第１の電極部（１１０ａ）と、前記セルに接触する第２の電極部（１１５）と、前記第１、第２の電極部の間に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第１の抵抗体（Ｒａ）と、前記第１、第２の電極部の間で前記第１抵抗体と直列に配置されて、かつ抵抗値の温度係数が予め定められた値に設定されている第２の抵抗体（Ｒｂ）とからなる電流測定体（１０１）と、
前記第１の抵抗体に生じる電位差と前記第２の抵抗体に生じる電位差とをそれぞれ検出する第１電位差検出手段（６０、６１）と、
前記第１電位差検出手段により検出される前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの電位差、および前記第１、第２の抵抗体のそれぞれの温度係数を用いて前記電流および前記温度を算出する電流温度算出手段（５０）と、を備え、
前記第１、第２の抵抗体は、互いに相違する温度特性を有しており、
前記電流温度算出手段により算出される電流を前記局所に流れる電流とし、前記電流温度算出手段により算出される温度を前記局所の温度とすることを特徴とする電流計測装置。
前記一方の集電板および前記セルの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により算出される温度を用いて、前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の電流計測装置。
前記電流測定体が２つ以上設けられており、
前記第１電位差検出手段は、前記第１、第２の抵抗体に生じる電位差を前記電流測定体毎に検出するものであり、
前記電流温度算出手段は、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流と前記第１、第２の抵抗体の温度とを前記電流測定体毎に算出するものであり、
前記一方の集電板および前記セルの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により前記電流測定体毎に算出される温度を用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の電流計測装置。
前記１つのセルを冷却するための冷却水を循環させる冷却水経路（４０）内の冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段（４６）と、
前記一方の集電板および前記１つのセルの間のうち前記局所以外の他の局所に配置されている他の抵抗体（Ｒｃ）と、
前記他の抵抗体に生じる電位差を検出する第２電位差検出手段（６２）と、
前記電流温度算出手段により算出される温度と前記冷却水温度検出手段の検出温度とを用いて前記他の抵抗体の抵抗値を求め、この求めた抵抗値と前記第２電位差検出手段により検出される電位差とを用いて前記他の抵抗体に流れる電流を算出する電流算出手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の電流計測装置。
前記第１の抵抗体（Ｒａ）に生じる電位差をＶａとし、前記第２の抵抗体（Ｒｂ）に生じる電位差をＶｂとし、前記第１、第２の抵抗体に流れる電流をＩとし、
前記第１の抵抗体の既知の温度係数をαとし、前記第２の抵抗体の既知の温度係数をβとし、前記第１、第２の抵抗体の温度をｔとし、前記第１の抵抗体の既知の基準温度をｔａとし、前記第２の抵抗体の既知の基準温度をｔｂとし、前記第１の抵抗体において前記既知の基準温度ｔａにおける抵抗値Ｒａｏとし、前記第２の抵抗体において前記既知の基準温度ｔｂにおける抵抗値Ｒｂｏとしたとき、数式１、数式２が成立し、
Ｖａ＝Ｉ・Ｒａｏ｛１＋α（ｔ−ｔａ）｝・・・・・（数式１）
Ｖｂ＝Ｉ・Ｒｂｏ｛１＋β（ｔ−ｔｂ）｝・・・・・（数式２）
前記電流温度算出手段は、前記数式１および前記数式２を用いて、前記電流および前記温度を算出することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の電流計測装置。
前記第１、２の抵抗体のうち少なくとも一方の抵抗体は、金属箔から構成されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の電流計測装置。
前記電流測定体は、複数の配線層を有するプリント基板から構成されており、
前記プリント基板は、前記複数の配線層のうち２つの配線層の間を接続する層間接続部材（１４０）を用いて前記第１、第２の抵抗体のうち一方の抵抗体を構成していることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の電流計測装置。