JP6070478B2 - 電流測定装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を構成するセルの局所を流れる電流を測定する電流測定装置及びその製造方法に関する。

従来、電気エネルギーを出力する複数のセルを積層配置して構成された燃料電池に適用されて、この燃料電池を構成するセルの局所を流れる電流を測定する電流測定装置がある。この電流測定装置は、隣接する一対のセルの間に配置され、板状部材と、この板状部材の一方の面に設けられた第１電極部と他方の面に設けられた第２電極部とからなる複数の電極部と、第１電極部と第２電極部とを電気的に接続するとともに所定の抵抗値をもつ抵抗体を有する導通部とを備えて構成される。

この構成のものでは、隣接する一対のセルの一方に第１電極部を電気的に接触させるとともに、他方に第２電極部を電気的に接触させて、前記抵抗体の抵抗値と、前記抵抗体の２点間の電位差を検出することに基づいて、前記セル間を流れる電流値を測定する。

特開２０１０−８０１６４号公報

上記構成のものでは、抵抗体を有する導通部と電極部とにより構成される電流測定部の熱容量により、燃料電池による発電や冷却に伴って、温度変化・温度維持をする制御において、当該セルの温度に影響を及ぼすことで、当該セルの電流・電圧特性が変化するおそれがある。この場合、電流測定装置によるセル間を流れる電流値の測定精度が低下するという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、電流測定装置によるセルへの温度影響を抑制し、電流測定精度を向上させた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になされた請求項１に記載の電流測定装置（１）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ーを出力する少なくとも１つのセル（１０）と前記電気エネルギーを集めるための集電板（２０）とを積層配置して構成された燃料電池（１００）の電流を測定するものであって、板状部材（２）と、前記板状部材の一方の面に設けられた第１電極部（３ａ）と前記板状部材の他方の面に設けられた第２電極部（３ｂ）とからなる電極部（３）と、前記第１電極部と前記第２電極部とを電気的に接続するとともに所定の抵抗値をもつ少なくとも１つの抵抗体（４）を有する導通部（５）と、前記抵抗体の前記抵抗値と前記抵抗体の２点間の電位差に基づいて前記電極部間を流れる電流値を測定する測定手段（３０）とを備える。この電流測定装置は、前記燃料電池における一対の前記セル間または前記セルと前記集電板との間に前記板状部材を配置し、前記第１電極部を前記一対のセルの一方または前記セルに電気的に接触させるとともに前記第２電極部を前記一対のセルの他方または前記集電板に電気的に接触させることにより、前記セルの局所を流れる電流値を測定する。そして、抵抗体は、前記セルの積層方向から見て前記電極部とは重なり合わない部分を有して構成される。板状部材は、前記抵抗体の近傍に少なくとも１つの中空部（９）を有することを特徴とする。

この構成によれば、熱伝導率を小さく、すなわち、熱抵抗値を大きくさせることで、電流測定装置への伝熱量を抑制し、燃料電池による発電や冷却に伴うセルの温度変化・温度制御において、セルの温度変化の影響を小さくできる。また、抵抗体を有する導通部においてジュール熱が発生した際に、抵抗体の近傍に設けられた中空部により、導通部の温度上昇に伴う当該電流測定装置に隣接するセルの温度上昇を低減させることができる。従って、セルどうしの温度差を低減させることができ、電流測定精度を向上させることができる。また、内部が空気で満たされている中空部においては、例えば樹脂や絶縁部材を充填する場合に比べ、熱容量を小さくすることができ、隣接するセルの温度変化に与える影響を小さくすることができる。

また、請求項９に記載の電流測定装置の製造方法は、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ーを出力する少なくとも１つのセル（１０）と前記電気エネルギーを集めるための集電板（２０）とを積層配置して構成された燃料電池（１００）の前記セルの局所を流れる電流値を測定する電流測定装置（１）の製造方法であって、非導電性の板状片からなる複数の第１部材（７）を前記セルの積層方向に対して垂直な方向に間隔をあけて並列に配置する第１工程（Ｓ１）と、複数の前記第１部材の両面にまたがるように所定の電気抵抗値を有する少なくとも１つの抵抗体（４）を備えて構成される導電性部材からなる複数の分割された一対の第１導通部（５ａ，５ｂ）を配設することにより複数の前記第１部材の間に中空部（９）を形成する第２工程（Ｓ２）と、前記第１部材及び前記一対の第１導通部を貫通する貫通孔を形成してメッキ処理を施すことにより第２導通部（５ｃ）を配設する第３工程（Ｓ３）と、前記一対の第１導通部の両面に、非導電性の板状片からなる一対の第２部材（８ａ，８ｂ）を配設する第４工程（Ｓ４）と、前記一対の第２部材の両面に、前記燃料電池における隣接する一対の前記セル間または前記セルと前記集電板との間に配置され、前記一対のセルの一方または前記セルに電気的に接触する第１電極部（３ａ）と、前記一対のセルの他方または前記集電板に電気的に接触する第２電極部（３ｂ）とからなり前記一対の第１導通部に対応する電極部（３）を配設する第５工程（Ｓ５）と、前記電極部と前記一対の第２部材と前記一対の第１導通部とを接続する接続孔を形成してメッキ処理を施すことにより、前記電極部と前記一対の第１導通部とを導通させる第６工程（Ｓ６）と、からなることを特徴とする。

この製造方法によれば、複数の第１部材を並列に間隔をあけて配置した後、複数の分割された一対の第１導通部を配設することで、中空部を形成することができる。従って、簡易な方法で、電流測定装置に中空部を設けて電流測定装置の熱抵抗値を大きくさせることができ、電流測定装置によるセルへの温度影響を抑制できる。これにより、電流測定装置に隣接するセルの温度変化に及ぼす影響を低減させて、電流測定精度を向上させた電流測定装置を製造することができる。尚、この欄及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の実施形態における電流測定装置の配置構成を示す図である。 電流測定装置が配置される燃料電池のセルの概略構成を示す図である。 電流測定装置の内部の断面を示す模式図である。 電流測定装置の電極部を示す正面図である。 電流測定装置の製造方法における第１工程を示す図である。 第２工程を示す図である。 第３工程を示す図である。 第４工程を示す図である。 第５工程を示す図である。 第６工程を示す図である。 電流測定装置の製造方法の流れを示す図である。 第２の実施形態における電流測定装置の内部の断面を示す模式図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の電流測定装置の第１の実施形態について図１〜図１１を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の電流測定装置１は、燃料電池１００を構成する複数の積層されたセル１０のうち一対のセル１０間に配置される。燃料電池１００は、例えば電気自動車の電力供給源として用いられるものである。本実施形態では、燃料電池１００として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を使用する場合について説明する。

この燃料電池１００は、複数のセル１０、集電板２０などを備えて構成される。複数のセル１０は、電気的に直列に接続され積層配置される。集電板２０は、複数の積層されたセル１０の両端部にそれぞれ１つずつ配置される。セル１０は、図２に示すように、アノードセパレータ１１、アノード１２（燃料極）、電解質膜１３（固体高分子膜）、カソード１４（空気極）、カソードセパレータ１５などを備えて構成される。

アノードセパレータ１１には、燃料ガスである水素が通過するための水素流路１１ａが形成されている。アノード１２は、多孔質支持層１２ａとアノード触媒層１２ｂとから構成されている。図２の矢印Ａに示すように、水素流路１１ａを水素が通過することにより、多孔質支持層１２ａを介してアノード１２に水素が供給される。

電解質膜１３は、例えばフッ素系高分子電解質膜からなる。カソード１４は、多孔質支持層１４ａとカソード触媒層１４ｂとから構成されている。カソードセパレータ１５には、酸化剤ガスである空気（酸素）が通過するための空気流路１５ａが形成されている。図２の矢印Ｂに示すように、空気流路１５を空気が通過することにより、多孔質支持層１４ａを介してカソード１４に空気が供給される。なお、アノード触媒層１２ｂ及びカソード触媒層１４ｂは、例えば白金などの触媒金属を導電性担持体（例えばカーボンブラック）に担持させたものが用いられる。

各セル１０では、次式に示すように、アノード１２に供給された水素と、カソード１４に供給された空気（酸素）とが電気化学反応することにより、電気エネルギー（電力）が発生する。なお、発生した電気エネルギーは、集電板２０により集められ、外部に出力される。

（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
ここで、アノード１２（負極）では、水素から水素イオンと電子が酸化反応により生成される。アノード１２で生成された水素イオンは、電解質膜１３を通過してカソード１４まで移動する。カソード１４（正極）では、カソード触媒層１４ｂにおいて、水素イオン、酸素、電子が結合して還元反応が行われ水が生成される。電解質膜１３は、水素と酸素とが直接接触しないようにしているとともに、アノード１２とカソード１４とが電気的に短絡しないように絶縁している。

なお、セル１０のアノード１２側（負極側）には、図示しないが、水素をセル１０に供給するための水素供給管と、アノード１２側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１００から外部へ排出するための水素排出管が接続されている。更に、水素供給管と水素排出管は、水素循環管を介して接続されている。この水素循環管により、燃料電池１００から流出した未反応の水素を、燃料電池１００に循環させて再供給している。この水素循環管には、水素を循環させるための水素ポンプが配置されている。

また、水素供給管の最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンクが設けられ、水素供給管における高圧水素タンクと燃料電池１００との間には、セル１０に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁が設けられている。

一方、セル１０のカソード１４側（正極側）には、図示しないが、空気（酸素）をセル１０に供給するための空気供給管、並びに、セル１０において電気化学反応を終えた余剰空気及びカソード１４で生成された生成水をセル１０から外部へ排出するための空気排出管が接続されている。

また、空気供給管の最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１００に圧送するための空気ポンプが設けられている。空気排出管には、燃料電池１００内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁が設けられている。更に、空気供給管及び空気排出管には、空気調圧弁から流出した空気の有する湿度（水蒸気）を空気ポンプから圧送された空気へ移動させるための加湿器が設けられている。

また、各セル１０では、上記した水の生成を伴う電気化学反応により反応熱が発生するため、各セル１０の温度が上昇する。そこで、燃料電池１００には、冷却水を流して各セル１０を冷却するための冷却水循環経路（図示しない）が設けられている。この冷却水循環経路には、図示しないが、燃料電池１００に冷却水を循環させるための冷却水ポンプ、電動ファンを備えた放熱器（ラジエータ）などが配設されている。これにより、燃料電池１００は、運転中において上記電気化学反応に適した一定温度（例えば８０℃程度）に維持され、発電効率が確保される。

更に、冷却水循環経路には、図示しないが、放熱器を迂回するように冷却水を流すためのバイパス流路が設けられている。冷却水循環経路とバイパス流路との合流点には、バイパス流路に流れる冷却水流量を調整するための切替弁が設けられている。この切替弁の弁開度が調整されることによって、冷却水循環経路の冷却能力が調整される。

また、冷却水循環経路の燃料電池１００の出口側近傍には、燃料電池１００から流出した冷却水の温度を検出する温度センサが設けられている。この温度センサにより冷却水の温度を検出することで、燃料電池１００の温度を間接的に検出することができる。

また、燃料電池１００から出力される上記電気エネルギーは、燃料電池１００の各セル１０から出力される電圧を検出するセルモニタ（図示しない）、及び燃料電池１００全体として出力される電流を検出する電流センサ（図示しない）によって測定される。

制御部３０は、ＣＰＵを主体として構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、各種の入力信号に基づいて、燃料電池１００の動作一般を制御するものである。具体的には、制御部３０には、セルモニタ、温度センサ、後述の電圧センサ６からの検出信号、及び電流測定装置１から出力される電流信号が入力される。制御部３０は、これらの入力信号に基づいて、上述した空気ポンプ、空気調圧弁、水素ポンプ、水素調圧弁などへ制御信号を出力する。また、制御部３０は、電流検出回路（図示しない）を有している。この電流検出回路は、電流測定装置１の後述する各電流測定部からの電流値信号を演算処理し、セル１０の局所における各電極部３に対応する部位に流れる電流を測定する。

次に、本実施形態の電流測定装置１及びその製造方法について詳細に説明する。電流測定装置１は、各セル１０の局所を流れる電流値を測定するものであり、図１に示すように、複数の積層配置されたセル１０のうち一対のセル１０間に配置される。

この電流測定装置１は、図３及び図４に示すように、板状部材２と、複数の分割された電極部３と、抵抗体４を有する導通部５と、制御部３０（図１参照）と、電圧センサ６などを備えて構成される。本実施形態では、電流測定装置１は、図１１に示すように、第１工程〜第６工程により製造される。まず、第１工程（ステップＳ１、以下ステップを省略）では、図５に示すように、非導電性の板状片からなる複数の第１部材７をセル１０の積層方向に対して垂直な方向（図５では左右方向）に間隔をあけて並列に配置する。第１部材７は、例えばプリント基板からなる。

続いて、第２工程Ｓ２では、図６に示すように、複数の第１部材７の両面にまたがるように、導電性部材からなる複数の分割された一対の第１導通部５ａ，５ｂを配設する。第１導通部５ａと第２導通部５ｂとは、例えば銅箔からなる。この第１導通部５ａ，５ｂは、図４に示すように、それぞれ所定の電気抵抗値を有する１つの抵抗体４を備えて構成されている。抵抗体４は、例えば銅箔からなる。他に、抵抗体４として、銅よりも抵抗値が大きいニッケル箔を用いてもよい。この第２工程Ｓ２においては、第１導通部５ａ，５ｂを配設することによって、複数の第１部材７の間に中空部９が形成される。この中空部９は、空気で満たされた状態となっており、熱伝導率が小さく、すなわち、熱抵抗値が大きくなっており、電流測定装置１の伝熱量を抑制する。これにより、中空部９は、セル１０における発電や冷却に伴う温度変化への影響を抑制する機能を果たす。なお、中空部９に絶縁油などを充填してもよい。

次に、第３工程Ｓ３では、図７に示すように、第１部材７及び一対の第１導通部５ａ，５ｂを貫通する貫通孔（スルーホール）を形成してメッキ処理を施すことにより、第２導通部５ｃを配設する。この第２導通部５ｃと前記一対の第１導通部５ａ，５ｂとにより断面コ字状に形成されたコ字状部が構成される。また、上記中空部９は、コ字状部５ａ，５ｂ，５ｃに囲まれた部分に形成される。

続いて、第４工程Ｓ４では、図８に示すように、一対の第１導通部５ａ，５ｂの両面に、非導電性の板状片からなる一対の第２部材８ａ，８ｂを配設する。第２部材８ａ，８ｂは、例えばプリント基板からなる。上記した第１部材７、第２部材８ａ，８ｂにより板状部材２が構成されている。

次に、第５工程Ｓ５では、図９に示すように、一対の第２部材８ａ，８ｂの両面に電極部３を配設する。具体的には、第２部材８ａの上面（板状部材２の一方の面）に第１電極部３ａを設け、第２部材８ｂの下面（板状部材２の他方の面）に第２電極部３ｂを設ける。第１電極部３ａ及び第２電極部は、金属箔から形成され、例えば銅箔からなる。また、この電極部３ａ，３ｂは、上述の一対の第１導通部５ａ，５ｂに対応して複数に分割されている。第１電極部３ａは、前記隣接する一対のセル１０の一方に電気的に接触し、第２電極部３ｂは、前記一対のセル１０の他方に電気的に接触するものである。

これら一対の第１電極部３ａと第２電極部３ｂとから電極部３が構成される。電極部３ａ，３ｂは、図３に示すように、セル１０の積層方向から見て抵抗体４と当該電極部３ａ，３ｂとが重なり合わないように配設される。また、複数の電極部３は、図４に示すように、矩形板状の形状をなしており、板状部材２上に等間隔に配置されている。具体的には、図４の上下方向に４個、左右方向に７個、合計２８個の電極部３が等間隔に配置される。

第１電極部３ａは、板状部材２に隣接する一対のセル１０の一方に電気的に接触し、第２電極部３ｂは、当該一対のセル１０の他方に電気的に接触する。具体的には、第１電極部３ａは、カソードセパレータ１５に電気的に接触し、第２電極部３ｂは、アノードセパレータ１１に電気的に接触するものとする。なお、第２電極部３ｂは、板状部材２の一面にわたって配置されていてもよい。

続いて、第６工程Ｓ６において、図１０に示すように、電極部３ａ，３ｂと一対の第２部材８ａ，８ｂと一対の第１導通部５ａ，５ｂとを接続する接続孔（層間のみを接続するビア）を形成してメッキ処理を施すことで、第１接続部５ｄと第２接続部５ｅを形成する。これにより、電極部３ａ，３ｂと一対の第１導通部５ａ，５ｂとを導通させる。以上により、電流測定装置１の製造が完了する。

なお、上記した第１導通部５ａ，５ｂ、第２導通部５ｃ、第１接続部５ｄと、第２接続部５ｅとから導通部５が構成される。この導通部５は、第１電極部３ａと第２電極部３ｂとを電気的に接続している。

また、この抵抗体４を有する導通部５と上述の電極部３とにより電流測定部が構成される。この電流測定部が、一対のセル１０間に複数配置される。すなわち、複数個、この場合２８個の電流測定部が板状部材２の面全体に渡って配置されることになる。これによって、電流測定装置１では、各セル１０の複数の局所部分における電流値を測定可能であり、電流密度分布を測定することができる。なお、各セル１０の面において、１箇所以上の電流を測定することができればよく、板状部材２に少なくとも１個の電流測定部が設けられていればよい。

電圧センサ６は、抵抗体４の２点間（両端部間）の電位差を測定する。本実施形態では、図３に示すように、２つの抵抗体４のうち第１導通部５ａ側の抵抗体４の電流流れ方向の上流側端部と第１導通部５ｂ側の抵抗体４の電流流れ方向の下流側端部との間の電位差を測定するものとする。そして、制御部３０は、この電圧センサ６により測定された抵抗体４の２点間の電位差と、抵抗体４の抵抗値に基づいて電流値を測定する。このように、制御部３０は、セル１０の局所における電流分布を測定する測定手段としての機能を果たす。なお、抵抗体４としては、第２導通部５ｃを含めてもよい。

次に、電流測定装置１による電流測定方法について説明する。燃料電池１００に水素と空気が供給開始されると、燃料電池１００における発電が開始される。電流測定装置１の各電流測定部では、電流流れ方向の上流側のセル１０から第１電極部３ａ、第１接続部５ｄ、第１導通部５ａ、第２導通部５ｃ、第１導通部５ｂ、第２接続部５ｅ、第２電極部３ｂの順に電流が流れ、第２電極部３ｂから電流流れ方向下流側のセル１０に電流が流れる。

このとき、電圧センサ６で第１導通部５ａ側の抵抗体４の電流流れ方向の上流側端部と第１導通部５ｂ側の抵抗体４の電流流れ方向の下流側端部との間の電位差を検出する。制御部３０は、電圧センサ６により検出された電位差と抵抗体４の抵抗値を用いて、電流測定部に流れた電流の大きさを算出する。これにより、制御部３０は、セル１０の面内における電流測定装置１の各電流測定部に対応する部位の電流値を測定するこができ、セル１０の面内における電流分布を測定することができる。

以上説明したように、第１の実施形態の電流測定装置１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ーを出力する少なくとも１つのセル１０と、前記電気エネルギーを集めるための集電板２０とを積層配置して構成された燃料電池１００の電流を測定するものである。この電流測定装置１は、板状部材２と、板状部材２の一方の面に設けられた第１電極部３ａと板状部材２の他方の面に設けられた第２電極部３ｂとからなる電極部３と、第１電極部３ａと第２電極部３ｂとを電気的に接続するとともに所定の抵抗値をもつ少なくとも１つの抵抗体４を有する導通部５と、抵抗体４の抵抗値と抵抗体４の２点間の電位差に基づいて電極部３を流れる電流値を測定する測定手段としての制御部３０を備える。

この電流測定装置１は、燃料電池１００における隣接する一対のセル１０間に板状部材２を配置し、第１電極部３ａを一対のセル１０の一方に電気的に接触させるとともに第２電極部３ｂを一対のセル１０の他方に電気的に接触させることにより、セル１０の局所を流れる電流値を測定する。そして、板状部材２は、抵抗体４の近傍に少なくとも１つの中空部９を有することを特徴とする。

この構成によれば、電流測定装置１の板状部材２を、燃料電池１００における隣接する一対のセル１０間に配置し、第１電極部３ａを一対のセル１０の一方に接触させるとともに、第２電極部３ｂを一対のセル１０の他方に接触させることで、燃料電池１００を構成するセル１０の局所を流れる電流を測定することができる。

このとき、燃料電池１００の発電に伴って抵抗体４を有する導通部５においてジュール熱が発生するが、本実施形態では、板状部材２内の抵抗体４の近傍に中空部９を設けることによって、板状部材２全体における熱抵抗値を大きくさせているので、抵抗体４の温度上昇に伴うセル１０への伝熱によるセル１０の温度上昇を抑制することができる。また、電流測定装置１の熱伝導率が小さく、すなわち、熱抵抗値が大きくなっており、伝熱量を抑制することで、電流測定装置１は、セル１０における発電や冷却に伴う温度変化への影響を抑制する機能を果たす。また、中空部９は空気で内部が満たされた状態になっているので、樹脂や絶縁部材を充填する場合に比べ、熱容量を小さくすることができ、隣接するセル１０の温度変化に与える影響を小さくできる。

従って、電流測定装置１に隣接する一対のセル１０の温度上昇を抑制することができ、セル１０どうしの温度差を低減させることができる。また、隣接するセル１０の温度が上昇し、当該セル１０の電流・電圧特性が変化して電流測定装置１による電流値の測定精度が低下することを防ぐことができる。このようにして、電流測定装置１による電流測定精度を向上させることができる。

また、抵抗体４は、中空部９に対して露出していることを特徴とする。この構成によれば、抵抗体４が中空部９に対して露出しているので、抵抗体４で発生した熱の積層方向への伝熱をより抑制し、熱が隣接するセル１０へ伝わるのを抑制することができる。

更に、抵抗体４は、電極部３との接続部分（第１接続部５ｄ、第２接続部５ｅ）以外の大部分が、セル１０の積層方向から見て電極部３とは重なり合わないように構成されていることを特徴とする（図３参照）。この構成によれば、電極部３に対して抵抗体４をセル１０の積層方向から見てずらして配置することで、抵抗体４の電流経路及び伝熱経路を増加させて、抵抗体４によるセル１０の温度上昇を低減させることができる。

また、導通部５は、断面コ字状に形成されたコ字状部（一対の第１導通部５ａ，５ｂ及び第２導通部５ｃ）を有していることを特徴とする。この構成によれば、導通部５をセル１０の積層方向に直線状に形成した場合に比べ、導通部５の熱抵抗値を大きくさせることができ、抵抗体４を有する導通部５における熱の発生に伴うセル１０の温度上昇を低減させることができる。

また、中空部９は、コ字状部５ａ，５ｂ，５ｃに囲まれた部分に形成されていることを特徴とする。この構成によれば、中空部９とコ字状部５ａ，５ｂ，５ｃとを一箇所に形成することができ、省スペース化を図りながら、電流測定装置１の熱抵抗値を大きくさせて導通部５における熱の発生に伴う温度上昇を効果的に低減させることができる。

また、抵抗体４は、セル１０の積層方向から見て垂直方向に形成され、中空部９は、抵抗体４におけるセル１０の積層方向の一方側に形成されていることを特徴とする。この構成によれば、抵抗体４をセル１０の積層方向から見て垂直方向に形成することで電流及び伝熱の経路を増加させることができる。更に、抵抗体４におけるセル１０の積層方向の一方側に中空部９を形成することで、電流測定装置１の熱抵抗値を増加させることができる。

これにより、抵抗体４でジュール熱が発生した際に、隣接するセル１０に徐々に熱が伝わるようにすることができ、隣接するセル１０が急激に温度変化することに伴って電流測定精度が低下することを防ぐことができる。

また、中空部９は、非導電性の板状片からなる複数の第１部材７をセル１０の積層方向から見て垂直方向に間隔をあけて並列に配置して、第１部材７の両面に導電性の板状片からなる第１導通部５ａ，５ｂを配設することにより形成され、板状部材２は、第１導通部５ａ，５ｂの面に更に非導電性の板状片からなる第２部材８ａ，８ｂを積層配置して構成されることを特徴とする。

この構成によれば、第１部材７をセル１０の積層方向から見て垂直方向に間隔をあけて並列に配置し、第１部材７の両面に第１導通部５ａ，５ｂを配設することにより中空部９を形成させることができ、空気を流すための流路や溝を配設する必要がなく、簡易な構成で、電流測定装置１の温度上昇を抑制させることができる。

また、本実施形態の電流測定装置の製造方法は、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ーを出力する少なくとも１つのセル１０と前記電気エネルギーを集めるための集電板２０とを積層配置して構成された燃料電池１００の前記セル１０の局所を流れる電流値を測定する電流測定装置１の製造方法であり、第１工程Ｓ１と、第２工程Ｓ２と、第３工程Ｓ３と、第４工程Ｓ４と、第５工程Ｓ５と、第６工程Ｓ６とからなる。

第１工程Ｓ１において、非導電性の板状片からなる複数の第１部材７を前記セル１０の積層方向に対して垂直な方向に間隔をあけて並列に配置する。第２工程Ｓ２において、複数の前記第１部材７の両面にまたがるように所定の電気抵抗値を有する少なくとも１つの抵抗体４を備えて構成される導電性部材からなる複数の分割された一対の第１導通部５ａ，５ｂを配設することにより複数の前記第１部材７の間に中空部９を形成する。第３工程Ｓ３において、第１部材７及び前記一対の第１導通部５ａ，５ｂを貫通する貫通孔を形成してメッキ処理を施すことにより第２導通部５ｃを配設する。

そして、第４工程Ｓ４において、一対の第１導通部５ａ，５ｂの両面に、非導電性の板状片からなる一対の第２部材８ａ，８ｂを配設する。第５工程Ｓ５において、一対の第２部材８ａ，８ｂの両面に、前記燃料電池１００における隣接する一対の前記セル１０間に配置され、前記一対のセル１０の一方に電気的に接触する第１電極部３ａと、前記一対のセル１０の他方に電気的に接触する第２電極部３ｂとからなり前記一対の第１導通部５ａ，５ｂに対応する複数の分割された電極部３を配設する。第６工程Ｓ６において、電極部３と一対の第２部材８ａ，８ｂと一対の第１導通部５ａ，５ｂとを接続する接続孔を形成してメッキ処理を施すことにより、前記電極部３と前記一対の第１導通部５ａ，５ｂとを導通させるとからなることを特徴とする。

この製造方法によれば、複数の第１部材７を並列に間隔をあけて配置した後、複数の分割された一対の第１導通部５ａ，５ｂを配設することで、中空部９を形成することができる。従って、簡易な方法で、中空部９を設けて電流測定装置１の熱抵抗値を大きくさせ、電流測定装置１によるセル１０への温度上昇を抑制することができるとともに、電流測定装置１がセル１０の発電・冷却による温度変化に与える影響を抑制できる。これにより、 電流測定装置１に隣接するセル１０の温度上昇を低減でき、電流測定精度を向上させた電流測定装置１を製造することができる。

また、第５工程Ｓ５において、電極部３は、セル１０の積層方向から見て抵抗体４と当該電極部３とが重なり合わない部分を有するように配設されることを特徴とする。この製造方法によれば、電極部３をセル１０の積層方向から見て抵抗体４に対してずらして配置することで、抵抗体４の電流経路及び伝熱経路を増加させて、抵抗体４における温度上昇を低減させることを可能としている。

また、第３工程Ｓ３において、一対の第１導通部５ａ，５ｂと第２導通部５ｃとが断面コ字状に形成されるように第２導通部５ｃを配設することを特徴とする。この製造方法によれば、平行に積層配置された一対の第１導通部５ａ，５ｂを第２導通部５ｃにより接続することで容易にコ字状部を形成させて、導通部５の熱抵抗値を大きくできる。従って、容易な方法で抵抗体４を有する導通部５における熱の発生に伴う温度上昇を低減させることを可能としている。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図１２を参照して説明する。なお、図１２には上記第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてだけ説明する。

第２の実施形態においては、電流測定装置１の板状部材２において、一対の第１導通部５ａ，５ｂ及び第２導通部５ｃにより構成されたコ字状部に囲まれた部分に、中空部９に加えて板状の放熱部材４０が設けられている。この放熱部材４０は、上記第２工程Ｓ２において、一対の第１導通部５ａ，５ｂの間に間隔をあけて平行に２つ配置され、各中空部９に２つの放熱部材４０が対向して設けられる。なお、２つの放熱部材４０のうち一方に、放熱部材４０に代えて各種の信号を送信するための信号部材を設けてもよい。

この構成によれば、中空部９に放熱部材４０が設けられていることによって、電流測定装置１の温度上昇を効果的に低減させることができ、電流測定装置１による電流測定精度を更に向上させることができる。

この他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形または拡張を施すことができる。例えば、上記実施形態では、複数のセル１０を積層配置して構成された燃料電池１００において、隣接する一対のセル１０間に電流測定装置１を配置する場合について説明したが、１つのセル１０と集電板２０とを積層配置して構成された燃料電池１００に適用してもよく、この場合、セル１０と集電板２０との間に電流測定装置１を配置する。この場合も、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、抵抗体４は、セル１０の積層方向から見て電極部３ａ，３ｂとは重なり合わないように構成されるものとしたが、これに限られない。すなわち、抵抗体４の一部分がセル１０の積層方向から見て電極部３ａ，３ｂと重なり合っていてもよく、抵抗体４は、電極部３ａ，３ｂとは重なり合わない部分を有して構成されていればよい。

また、上記実施形態では、複数の第１部材７と第１導通部５ａ，５ｂとにより、中空部９を形成するものとしたが、これに限らず、板状部材２として、予め内部に中空孔が複数形成されたポーラス状の部材を用いてもよい。

１ 電流測定装置
２ 板状部材
３ 電極部
３ａ 第１電極部
３ｂ 第２電極部
４ 抵抗体
５ 導通部
５ａ，５ｂ 第１導通部（コ字状部）
５ｃ 第２導通部（コ字状部）
５ｄ 第１接続部
５ｅ 第２接続部
６ 電圧センサ
７ 第１部材
８ａ，８ｂ 第２部材
９ 中空部
１０ セル
２０ 集電板
３０ 制御部（測定手段）
４０ 放熱部材
１００ 燃料電池

Claims (11)

1. 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ーを出力する少なくとも１つのセル（１０）と前記電気エネルギーを集めるための集電板（２０）とを積層配置して構成された燃料電池（１００）の電流を測定する電流測定装置（１）であって、
   板状部材（２）と、
   前記板状部材の一方の面に設けられた第１電極部（３ａ）と前記板状部材の他方の面に設けられた第２電極部（３ｂ）とからなる電極部（３）と、
   前記第１電極部と前記第２電極部とを電気的に接続するとともに所定の抵抗値をもつ少なくとも１つの抵抗体（４）を有する導通部（５）と、
   前記抵抗体の前記抵抗値と前記抵抗体の２点間の電位差に基づいて前記電極部を流れる電流値を測定する測定手段（３０）と、を備え、
   前記燃料電池における隣接する一対の前記セル間または前記セルと前記集電板との間に前記板状部材を配置し、前記第１電極部を前記一対のセルの一方または前記セルに電気的に接触させるとともに前記第２電極部を前記一対のセルの他方または前記集電板に電気的に接触させることにより、前記セルの局所を流れる電流値を測定する電流測定装置において、
   前記抵抗体は、前記セルの積層方向から見て前記電極部とは重なり合わない部分を有して構成され、
   前記板状部材は、前記抵抗体の近傍に少なくとも１つの中空部（９）を有することを特徴とする電流測定装置。
2. 前記抵抗体は、前記中空部に対して露出していることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
3. 前記抵抗体は、前記電極部との接続部分（５ｄ，５ｅ）以外の大部分が、前記セルの積層方向から見て前記電極部とは重なり合わないように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
4. 前記導通部は、断面コ字状に形成されたコ字状部（５ａ，５ｂ，５ｃ）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電流測定装置。
5. 前記中空部は、前記コ字状部に囲まれた部分に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電流測定装置。
6. 前記抵抗体は、前記セルの積層方向から見て垂直方向に形成され、
   前記中空部は、前記抵抗体における前記セルの積層方向の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電流測定装置。
7. 前記中空部は、非導電性の板状片からなる複数の第１部材（７）を前記セルの積層方向から見て垂直方向に間隔をあけて並列に配置して、前記第１部材の少なくとも一方の面に導電性の板状片からなる第１導通部（５ａ，５ｂ）を積層配置することにより形成され、 前記板状部材は、前記第１導通部が積層配置された前記第１部材に更に非導電性の板状片からなる第２部材（８ａ，８ｂ）を積層配置して構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電流測定装置。
8. 前記中空部には、放熱部材（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電流測定装置。
9. 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ーを出力する少なくとも１つのセル（１０）と前記電気エネルギーを集めるための集電板（２０）とを積層配置して構成された燃料電池（１００）の前記セルの局所を流れる電流値を測定する電流測定装置（１）の製造方法であって、
   非導電性の板状片からなる複数の第１部材（７）を前記セルの積層方向に対して垂直な方向に間隔をあけて並列に配置する第１工程（Ｓ１）と、
   前記複数の第１部材の両面にまたがるように所定の電気抵抗値を有する少なくとも１つの抵抗体（４）を備えて構成される導電性部材からなる複数の分割された一対の第１導通部（５ａ，５ｂ）を配設することにより複数の前記第１部材の間に中空部（９）を形成する第２工程（Ｓ２）と、
   前記第１部材及び前記一対の第１導通部を貫通する貫通孔を形成してメッキ処理を施すことにより第２導通部（５ｃ）を配設する第３工程（Ｓ３）と、
   前記一対の第１導通部の両面に、非導電性の板状片からなる一対の第２部材（８ａ，８ｂ）を配設する第４工程（Ｓ４）と、
   前記一対の第２部材の両面に、前記燃料電池における隣接する一対の前記セル間または前記セルと前記集電板との間に配置され、前記一対のセルの一方または前記セルに電気的に接触する第１電極部（３ａ）と、前記一対のセルの他方または前記集電板に電気的に接触する第２電極部（３ｂ）とからなり前記一対の第１導通部に対応する電極部（３）を配設する第５工程（Ｓ５）と、
   前記電極部と前記一対の第２部材と前記一対の第１導通部とを接続する接続孔を形成してメッキ処理を施すことにより、前記電極部と一対の前記第１導通部とを導通させる第６工程（Ｓ６）と、
   からなることを特徴とする電流測定装置の製造方法。
10. 前記第５工程において、前記電極部は、前記セルの積層方向から見て前記抵抗体と当該電極部とが重なり合わない部分を有するように配設されることを特徴とする請求項９に記載の電流測定装置の製造方法。
11. 前記第３工程において、前記一対の第１導通部と前記第２導通部とが断面コ字状に形成されるように前記第２導通部を配設することを特徴とする請求項９または１０に記載の電流測定装置の製造方法。

Images