特許 5720141 燃料電池診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5720141

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】燃料電池診断装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20060101AFI20150430BHJP

   H01M 8/10 20060101ALN20150430BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   !H01M8/10

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2010-183140(P2010-183140)

(22)【出願日】2010年8月18日

(65)【公開番号】特開2011-65985(P2011-65985A)

(43)【公開日】2011年3月31日

【審査請求日】2013年8月1日

(31)【優先権主張番号】特願2009-189787(P2009-189787)

(32)【優先日】2009年8月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡宮 稔

(72)【発明者】

【氏名】坂口 信也

(72)【発明者】

【氏名】木川 俊二郎

(72)【発明者】

【氏名】伊豆原 英嗣

(72)【発明者】

【氏名】末松 啓吾

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１８３０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５３８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５２８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１００９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５９９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４８６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１５３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０４０５７３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４ − ８／２４

Ｇ０１Ｒ １５／２０

Ｇ０１Ｒ ３３／００ − ３３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する発電セル（１０）を複数積層した燃料電池（１）の発電状態を診断する燃料電池診断装置であって、
前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向にずらした位置に配置され、前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に形成される磁界の強さを検出する一対の磁界検出手段（５３、５４）と、
前記燃料電池（１）の外周において前記磁界検出手段（５３、５４）に隣接して配置され、前記複数の発電セル（１０）の積層方向に沿って延びるとともに、前記複数の発電セル（１０）の外周囲に形成される磁界を前記磁界検出手段（５３、５４）に集める集磁体（５３１、５４１）と、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断する診断手段（５０）と、を備え、
前記発電セル（１０）は、セル面内における燃料ガスの出口（１２１ｂ）よりも入口（１２１ａ）に近い燃料ガス上流部位と、酸化剤ガスの入口（１２２ａ）よりも出口（１２２ｂ）に近い酸化剤ガス下流部位とが前記積層方向に対向し、セル面内における燃料ガスの入口（１２１ａ）よりも出口（１２１ｂ）に近い燃料ガス下流部位と酸化剤ガスの出口（１２２ｂ）よりも入口（１２２ａ）に近い酸化剤ガス上流部位とが前記積層方向に対向するように構成され、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、一方の磁界検出手段（５３）が前記発電セル（１０）の外周における前記燃料ガス上流部位および前記酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置され、他方の磁界検出手段（５４）が前記発電セル（１０）の外周における前記燃料ガス下流部位および前記酸化剤ガス上流部位に近い位置に配置されており、
前記診断手段（５０）は、前記一方の磁界検出手段（５３）の検出値に対して前記他方の磁界検出手段（５４）の検出値が予め設定された第１設定値以上減少している場合に燃料ガスが欠乏していると診断し、前記他方の磁界検出手段（５４）の検出値に対して前記一方の磁界検出手段（５３）の検出値が予め設定された第２設定値以上減少している場合に酸化剤ガスが欠乏していると診断することを特徴とする燃料電池診断装置。

【請求項2】

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する発電セル（１０）を複数積層した燃料電池（１）の発電状態を診断する燃料電池診断装置であって、
前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向にずらした位置に配置され、前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に形成される磁界の強さを検出する一対の磁界検出手段（５３、５４）と、
前記燃料電池（１）の外周において前記磁界検出手段（５３、５４）に隣接して配置され、前記複数の発電セル（１０）の積層方向に沿って延びるとともに、前記複数の発電セル（１０）の外周囲に形成される磁界を前記磁界検出手段（５３、５４）に集める集磁体（５３１、５４１）と、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断する診断手段（５０）と、を備え、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、
一方の磁界検出手段（５３）が前記発電セル（１０）の外周におけるセル面内の燃料ガスの出口（１２１ｂ）よりも入口（１２１ａ）に近い燃料ガス上流部位に近い位置に配置され、
他方の磁界検出手段（５４）が前記発電セル（１０）の外周におけるセル面内の燃料ガスの入口（１２１ａ）よりも出口（１２１ｂ）に近い燃料ガス下流部位に近い位置に配置されており、
前記診断手段（５０）は、前記一方の磁界検出手段（５３）の検出値に対して前記他方の磁界検出手段（５４）の検出値が予め設定された第１設定値以上減少している場合に燃料ガスが欠乏していると診断することを特徴とする燃料電池診断装置。

【請求項3】

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する発電セル（１０）を複数積層した燃料電池（１）の発電状態を診断する燃料電池診断装置であって、
前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向にずらした位置に配置され、前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に形成される磁界の強さを検出する一対の磁界検出手段（５３、５４）と、
前記燃料電池（１）の外周において前記磁界検出手段（５３、５４）に隣接して配置され、前記複数の発電セル（１０）の積層方向に沿って延びるとともに、前記複数の発電セル（１０）の外周囲に形成される磁界を前記磁界検出手段（５３、５４）に集める集磁体（５３１、５４１）と、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断する診断手段（５０）と、を備え、
前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、
一方の磁界検出手段（５３）が前記発電セル（１０）の外周におけるセル面内の酸化剤ガスの入口（１２２ａ）よりも出口（１２２ｂ）に近い酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置され、
他方の磁界検出手段（５４）が前記発電セル（１０）の外周におけるセル面内の酸化剤ガスの出口（１２２ｂ）よりも入口（１２２ａ）に近い酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置されており、
前記診断手段（５０）は、前記他方の磁界検出手段（５４）の検出値に対して前記一方の磁界検出手段（５３）の検出値が予め設定された第２設定値以上減少している場合に酸化剤ガスが欠乏していると診断することを特徴とする燃料電池診断装置。

【請求項4】

前記集磁体（５３１、５４１）は、前記積層方向の長さ（Ｌ）が、前記発電セル（１０）の前記積層方向の厚み（Ｔ）よりも長いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。

【請求項5】

前記燃料電池（１）内部の内部抵抗を測定する抵抗測定手段（５０〜５２）を備え、
前記診断手段（５０）は、前記抵抗測定手段（５０〜５２）により測定された測定値が予め設定された設定抵抗値よりも大きい場合に、前記燃料電池（１）内部が乾燥していると状態と診断することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。

【請求項6】

前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、それぞれ前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出し、
前記診断手段（５０）は、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）のうち、一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値と他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値の合算値が、予め設定された第１基準値よりも小さい場合に、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて前記燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。

【請求項7】

前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、それぞれ前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出し、
前記診断手段（５０）は、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）のうち、一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値と他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値の合算値が、予め設定された第２基準値よりも大きい場合に、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて前記燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。

【請求項8】

前記一対の磁界検出手段（５３、５４）は、前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）のうち、一方の磁界検出手段（５３）にて前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出し、他方の磁界検出手段（５４）にて前記磁束の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出し、
前記診断手段（５０）は、前記一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値から前記他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値を減算した減算値が、予め設定された第３基準値よりも小さい場合に、前記一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて前記燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気エネルギを放出する発電セルを複数積層した燃料電池の発電状態を診断する燃料電池診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学反応により電気エネルギを発生させる発電セルを複数積層した燃料電池が知られている。燃料電池では、燃料ガス及び酸化剤ガスといった反応ガスの供給量が不足した場合等に電池の出力電圧（発電性能）が低下するため、反応ガス不足等の発電状態を的確に診断して、適正な発電状態を維持する必要がある。

【0003】

そのため、燃料電池内部（積層された発電セル間）に磁気センサ等を内蔵した導電板を設け、発電セル面内の局所部位の電流を測定することで、燃料電池における反応ガス不足を診断するものが提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１２３１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１のように、燃料電池内部に設けた導電板によって発電状態を診断する構成では、導電板自体が発電時の抵抗となり、燃料電池の発電性能に悪影響を及ぼす虞がある。

【0006】

また、特許文献１では、発電状態を診断する発電セル間に導電板を配置する構成であるため、複数の発電セル間の反応ガス不足をまとめて診断する場合に、各発電セル間に導電板を設ける必要がある。この場合、発電状態を診断するために必要な導電板の数が増加することになり、燃料電池の発電状態を診断する構成が複雑化してしまう。

【0007】

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池の発電性能に悪影響を及ぼすことなく、簡素な構成で燃料電池の複数の発電セルの発電状態を診断可能な燃料電池診断装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１〜３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発電する発電セル（１０）を複数積層した燃料電池（１）の発電状態を診断する燃料電池診断装置であって、発電セル（１０）の外周回りにおける周方向にずらした位置に配置され、燃料電池（１）内を流れる電流によって燃料電池（１）の外周囲に形成される磁界の強さを検出する一対の磁界検出手段（５３、５４）と、燃料電池（１）の外周において磁界検出手段（５３、５４）に隣接して配置され、複数の発電セル（１０）の積層方向に沿って延びるとともに、複数の発電セル（１０）の外周囲に形成される磁界を磁界検出手段（５３、５４）に集める集磁体（５３１、５４１）と、一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断する診断手段（５０）と、を備えることを特徴とする。

【0009】

これによれば、発電セル（１０）の外周回り、すなわち燃料電池（１）の外部に配置した一対の磁界検出手段（５３、５４）の検出値に基づいて、燃料電池（１）の発電状態を診断する構成であるため、燃料電池（１）の発電性能に悪影響を及ぼすことがない。

【0010】

また、集磁体（５３１、５４１）を設けることで複数の発電セル（１０）の外周囲に形成される磁界を磁界検出手段（５３、５４）でまとめて検出することができるので、複数の発電セル（１０）の発電状態をまとめて診断する場合でも燃料電池（１）の発電状態を診断する構成を増加させる必要がない。

【0011】

従って、燃料電池（１）の発電性能に悪影響を及ぼすことなく、簡素な構成で燃料電池（１）の複数の発電セル（１０）の発電状態を診断することができる。なお、発電セル（１０）の発電状態は、正常である場合に周方向にずらして配置した一対の磁界検出手段（５３、５４）のそれぞれの検出値が同等となる。しかし、発電状態に異常がある場合には、一対の磁界検出手段（５３、５４）のそれぞれの検出値が異なる結果となる。つまり、一対の磁界検出手段（５３、５４）のそれぞれの検出値が異なる結果となった場合に、発電セル（１０）の発電状態が異常であると診断することができる。

【0012】

具体的には、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜３に記載の燃料電池診断装置において、集磁体（５３１、５４１）は、複数の発電セル（１０）の積層方向の長さ（Ｌ）が、発電セル（１０）の積層方向の厚み（Ｔ）よりも長い構成とすることができる。

【0013】

また、請求項１に記載の発明では、発電セル（１０）は、セル面内における燃料ガスの出口（１２１ｂ）よりも入口（１２１ａ）に近い燃料ガス上流部位と、酸化剤ガスの入口（１２２ａ）よりも出口（１２２ｂ）に近い酸化剤ガス下流部位とが積層方向に対向し、セル面内における燃料ガスの入口（１２１ａ）よりも出口（１２１ｂ）に近い燃料ガス下流部位と酸化剤ガスの出口（１２２ｂ）よりも入口（１２２ａ）に近い酸化剤ガス上流部位とが積層方向に対向するように構成されており、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、一方の磁界検出手段（５３）が発電セル（１０）の外周における燃料ガス上流部位および酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置され、他方の磁界検出手段（５４）が発電セル（１０）の外周における燃料ガス下流部位および酸化剤ガス上流部位に近い位置に配置されており、診断手段（５０）は、一方の磁界検出手段（５３）の検出値に対して他方の磁界検出手段（５４）の検出値が予め設定された第１設定値以上減少している場合に燃料ガスが欠乏していると診断し、他方の磁界検出手段（５４）の検出値に対して一方の磁界検出手段（５３）の検出値が予め設定された第２設定値以上減少している場合に酸化剤ガスが欠乏していると診断することを特徴とする。

【0014】

これによれば、燃料ガスが欠乏しているか否か、および酸化剤ガスが欠乏しているか否かといった燃料電池（１）の発電状態を、一対の磁界検出手段（５３、５４）の検出値に基づいて具体的に診断をすることができる。従って、より簡素な構成で燃料電池（１）の複数の発電セル（１０）の発電状態を診断することができる。なお、「セル面」とは、発電セル（１０）における複数の発電セル（１０）の積層方向に直交する面を意味している。

【0015】

また、請求項２に記載の発明では、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、一方の磁界検出手段（５３）が発電セル（１０）の外周におけるセル面内の燃料ガスの出口（１２１ｂ）よりも入口（１２１ａ）に近い燃料ガス上流部位に近い位置に配置され、他方の磁界検出手段（５４）が発電セル（１０）の外周におけるセル面内の燃料ガスの入口（１２１ａ）よりも出口（１２１ｂ）に近い燃料ガス下流部位に近い位置に配置されており、診断手段（５０）は、一方の磁界検出手段（５３）の検出値に対して他方の磁界検出手段（５４）の検出値が予め設定された第１設定値以上減少している場合に燃料ガスが欠乏していると診断することを特徴とする。

【0016】

これによれば、燃料ガスが欠乏しているか否かといった燃料電池（１）の発電状態を、一対の磁界検出手段（５３、５４）の検出値に基づいて具体的に診断をすることができる。

【0017】

また、請求項３に記載の発明では、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、一方の磁界検出手段（５３）が発電セル（１０）の外周におけるセル面内の酸化剤ガスの入口（１２２ａ）よりも出口（１２２ｂ）に近い酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置され、他方の磁界検出手段（５４）が発電セル（１０）の外周におけるセル面内の酸化剤ガスの出口（１２２ｂ）よりも入口（１２２ａ）に近い酸化剤ガス下流部位に近い位置に配置されており、診断手段（５０）は、他方の磁界検出手段（５４）の検出値に対して一方の磁界検出手段（５３）の検出値が予め設定された第２設定値以上減少している場合に酸化剤ガスが欠乏していると診断することを特徴とする。

【0018】

これによれば、酸化剤ガスが欠乏しているか否かといった燃料電池（１）の発電状態を、一対の磁界検出手段（５３、５４）の検出値に基づいて具体的に診断をすることができる。

【0019】

また、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置において、燃料電池（１）内部の内部抵抗を測定する抵抗測定手段（５０〜５２）を備え、診断手段（５０）は、抵抗測定手段（５０〜５２）により測定された測定値が予め設定された設定抵抗値よりも大きい場合に、燃料電池（１）内部が乾燥していると状態と診断する構成とすることができる。

【0020】

ここで、燃料電池（１）の周囲には、燃料電池（１）を流れる電流による磁界の他に、地磁気による磁界が形成される。なお、地磁気による磁束の向きは、特定の一方向となる。

【0021】

このため、燃料電池（１）を流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合には、地磁気の影響によって、一対の磁界検出手段（５３、５４）に基づく燃料電池の発電状態の診断を適切に行うことができなくなる可能性がある。

【0022】

そこで、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置において、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、それぞれ燃料電池（１）内を流れる電流によって燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出し、診断手段（５０）は、一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値と他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値の合算値が、予め設定された第１基準値よりも小さい場合に、一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする。

【0023】

これによると、一対の磁界検出手段（５３、５４）を前記発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置しているので、前記燃料電池（１）内を流れる電流によって前記燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きは、第１磁界検出手段（５３）の周囲と第２磁界検出手段（５４）の周囲とで反対方向となる。一方、地磁気による磁束の向きは、第１磁界検出手段（５３）の周囲と第２磁界検出手段（５４）の周囲とで同じ方向となる。

【0024】

そして、一対の磁界検出手段（５３、５４）それぞれは、燃料電池（１）内を流れる電流によって燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出するので、一対の磁界検出手段（５３、５４）の一方で地磁気による磁界の強さが正として検出され、他方で地磁気による磁界の強さが負として検出される。

【0025】

このため、一対の磁界検出手段（５３、５４）それぞれの検出値を合算することで、一方の磁界検出手段（５３）の検出値に含まれる地磁気による磁界の強さと、他方の磁界検出手段（５４）の検出値に含まれる地磁気による磁界の強さと打ち消すことができる。

【0026】

そして、地磁気の影響を排除した一対の磁界検出手段（５３、５４）における検出値の合算値が低い場合に、一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断するので、燃料電池（１）を流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合であっても、一対の磁界検出手段（５３、５４）に基づいて燃料電池（１）の発電状態を適切に診断することができる。

【0027】

また、請求項７では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置において、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、それぞれ燃料電池（１）内を流れる電流によって燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出し、診断手段（５０）は、一対の磁界検出手段（５３、５４）のうち、一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値と他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値の合算値が、予め設定された第２基準値よりも大きい場合に、一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする。

【0028】

これによっても、地磁気による磁界の強さと打ち消すことができるので、燃料電池（１）を流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合であっても、一対の磁界検出手段（５３、５４）に基づいて燃料電池（１）の発電状態を適切に診断することができる。

【0029】

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池診断装置において、一対の磁界検出手段（５３、５４）は、発電セル（１０）の外周回りにおける周方向に半周ずらした位置に配置されると共に、一対の磁界検出手段（５３、５４）のうち、一方の磁界検出手段（５３）にて燃料電池（１）内を流れる電流によって燃料電池（１）の外周囲に生ずる磁束の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出し、他方の磁界検出手段（５４）にて磁束の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出し、診断手段（５０）は、一方の磁界検出手段（５３）にて検出された検出値から他方の磁界検出手段（５４）にて検出された検出値を減算した減算値が、予め設定された第３基準値よりも小さい場合に、一対の磁界検出手段（５３、５４）で検出された検出値に基づいて燃料電池（１）の発電状態を診断することを特徴とする。

【0030】

これによっても、地磁気による磁界の強さと打ち消すことができるので、燃料電池（１）を流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合であっても、一対の磁界検出手段（５３、５４）に基づいて燃料電池（１）の発電状態を適切に診断することができる。

【0031】

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。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池および燃料電池診断装置を示す斜視図である。

【図2】図２の燃料電池のセルの概略構成を示す断面図である。

【図3】燃料電池の外周囲に形成される磁界を説明する説明図である。

【図4】集磁体のセルの積層方向の長さを説明するための説明図である。

【図5】第１実施形態に係る制御装置の診断処理を示すフローチャートである。

【図6】第２実施形態に係る燃料電池および燃料電池診断装置を示す斜視図である。

【図7】第３実施形態に係る燃料電池および燃料電池診断装置を示す斜視図である。

【図8】燃料電池の周囲に形成される地磁気を説明するための説明図である。

【図9】第４実施形態に係る制御装置の診断処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

（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、および燃料電池診断装置を示す模式的な斜視図である。

【0034】

本発明の燃料電池診断装置５は、発電セル（以下、セル又は単セルと呼ぶ。）１０が複数積層された燃料電池１の発電状態を診断する診断装置である。

【0035】

まず、本実施形態に係る燃料電池１について説明する。本実施形態の燃料電池１は、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両の車載発電システムに利用可能であり、車両走行用電動モータといった電気負荷等に電力を供給する。本実施形態では、燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を用いた例を説明する。

【0036】

図１に示すように、燃料電池１は、基本単位となる単セル１０が複数積層されたスタック構造となっている。積層されたセル１０は、電気的に直列に接続されている。そして、各セル１０で発電することによって得られた電流が、積層されたセル１０の両端部に設けられた集電板１０ａに集電され、電気負荷等の電力機器４に供給される。

【0037】

燃料電池１の一方の側面（集電板１０ａ）には、水素入口１ａ、空気入口１ｂ、水素出口１ｃ、および空気出口１ｄがそれぞれ設けられている。なお、水素入口１ａは、燃料電池１の内部に水素を含有する燃料ガス（以下、単に水素と呼ぶ。）を導入する導入口を構成し、空気入口１ｂは、燃料電池１の内部に酸素を含有する酸化剤ガス（以下、空気と呼ぶ。）を導入するための導入口を構成している。また、水素出口１ｃは、燃料電池１の内部から外部に水素を排出する排出口を構成し、空気出口１ｄは、燃料電池１の内部から外部に空気を排出するための排出口を構成している。

【0038】

水素入口１ａは、燃料電池１の水素極側に水素を供給するための水素供給経路２ａに連通し、水素出口１ｃは、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から外部へ排出するための水素排出経路２ｂに連通している。

【0039】

水素供給経路２ａの最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンク（図示略）が設けられ、水素供給経路２ａにおける高圧水素タンクと燃料電池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（図示略）等が設けられている。また、水素排出経路２ｂには、空気極側から各セル１０の電解質膜を透過した生成水や窒素等の不純物を未反応水素とともに外気へ排出するための電磁弁（図示略）等が設けられている。

【0040】

空気入口１ｂは、燃料電池１の空気極側に空気を供給するための空気供給経路３ａに連通し、空気出口１ｄは、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から外部へ排出するための空気排出経路３ｂに連通している。

【0041】

空気供給経路３ａ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（図示略）等が設けられ、空気排出経路３ｂ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（図示略）等が設けられている。

【0042】

図２は、本実施形態に係る燃料電池１のセル１０の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施形態のセル１０は、主に固体高分子膜からなる電解質膜の両側に一対の電極（水素極、空気極）が配置された電解質・電極接合体（以下、膜電極接合体と呼ぶ。）１１、膜電極接合体１１の両外側に配置されるセパレータ１２で構成されている。

【0043】

セパレータ１２には、水素入口１ａに連通して各セル１０に水素を供給する水素入口マニホールド１２１ａ、空気入口１ｂに連通して各セル１０に空気を供給する空気入口マニホールド１２２ａが形成されている。また、セパレータ１２には、水素出口１ｃに連通して各セル１０から水素極側の不純物を排出する水素出口マニホールド１２１ｂ、空気出口１ｄに連通して各セル１０から空気極側の不純物を排出する空気出口マニホールド１２２ｂが形成されている。

【0044】

セパレータ１２は、一対の電極における水素極と対向する面に水素極に水素を供給するための水素流路１２３が形成され、空気極と対向する面に空気極に空気を供給するための空気流路１２４が形成されている。水素流路１２３は、水素入口マニホールド１２１ａおよび水素出口マニホールド１２１ｂと連通し、空気流路１２４は、空気入口マニホールド１２２ａおよび空気出口マニホールド１２２ｂと連通している。

【0045】

本実施形態のセパレータ１２は、水素流路１２３における水素流れ上流側の水素上流部位（燃料ガス上流部位）と、空気流路１２４における空気流れ下流側の空気下流部位（酸化剤ガス下流部位）とが、膜電極接合体１２１を介して対向するように構成されている。また、セパレータ１２は、水素流路１２３の水素流れ下流側の水素下流部位（燃料ガス下流部位）と、空気流路１２４の空気流れ上流側の空気上流部位（酸化剤ガス上流部位）とが、膜電極接合体１１を介して対向するように構成されている。

【0046】

より詳しくは、水素上流部位は、水素流路１２３の水素出口マニホールド１２１ｂよりも水素入口マニホールド１２１ａに近い部位であり、水素下流部位は、水素流路１２３の水素入口マニホールド１２１ａよりも水素出口マニホールド１２１ｂに近い部位である。また、空気上流部位は、空気流路１２４の空気出口マニホールド１２２ｂよりも空気入口マニホールド１２２ａに近い部位であり、空気下流部位は、空気流路１２４の空気入口マニホールド１２２ａよりも空気出口マニホールド１２２ｂに近い部位である。

【0047】

各セル１０では、セパレータ１２の水素流路１２３を介して水素極に水素が供給され、空気流路１２４を介して空気極に酸素を含む空気が供給されることにより、以下の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。
（水素極）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（空気極）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
そして、各セル１０で発電することによって得られた電流は、積層されたセル１０の両端部に設けられた集電板１０ａに集電され、電気負荷４に供給される（図１参照）。

【0048】

ここで、燃料電池１内部を流れる電流の流れは、大局的に見るとセル１０の積層方向（図１に示す燃料電池１の手前側の集電板と奥側の集電板とが対向する方向）に沿って流れる。そのため、燃料電池１内部を流れる電流によって、図３に示すように、燃料電池１の外周を取り囲むように磁界（磁力線）が形成される。なお、図３に示すように、電流がセル１０の積層方向の手前側から奥側に向かって流れる場合、燃料電池１の磁束の向きは、セル１０の積層方向の手前側から見て時計周りの方向となる。この磁界は、燃料電池１内部を流れる電流の変化に対応しているため、磁界の強さを検出することで、燃料電池１内部を流れる電流の流れを把握することができる。なお、図３は、燃料電池の外周囲に形成される磁界を説明する説明図である。

【0049】

次に、燃料電池１の発電状態を診断する燃料電池診断装置５について説明する。図１に示すように、燃料電池診断装置５は、電圧センサ５１、電流センサ５２、一対の磁気センサ５３、５４、および各センサ５１〜５４の出力信号に基づいて燃料電池１の発電状態を診断する制御装置５０等から構成されている。

【0050】

電圧センサ５１は、各集電板１０ａ間の電位差（燃料電池１の出力電圧）を検出する電圧検出手段を構成し、電流センサ５２は、集電板１０ａから電気負荷４に出力される電流（燃料電池１の出力電流）を検出する電流検出手段を構成する。制御装置５０は、電圧センサ５１で検出した電圧信号と電流センサ５２で検出した電流信号が入力され、これらの信号に基づいて、燃料電池内部の内部抵抗を算出する。

【0051】

一対の磁気センサ５３、５４は、複数のセル１０のうち所定のセル１０の外周回りにおける周方向にずらした位置に配置され、所定のセル１０の外周囲に形成される磁界の強さを検出する一対の磁界検出手段を構成している。なお、磁気センサ５３、５４としては、ホール素子を用いることができる。

【0052】

一対の磁気センサ５３、５４のうち一方の磁気センサ（以下、第１磁気センサと呼ぶ。）５３は、セル面内の水素上流部位および空気下流部位を流れる電流によって形成される磁界の強さを検出するものである。第１磁気センサ５３は、所定のセル１０の外周におけるセル面内の水素下流部位および空気上流部位よりも水素上流部位および空気下流部位に近い位置に配置されている（図２参照）。なお、セル１０の外周における水素上流部位および空気下流部位に近い位置は、セル１０の外周壁面（セルの積層方向に平行な側面）のうちセル１０面内の水素入口マニホールド１２１ａおよび空気出口マニホールド１２２ｂが形成された位置に近い位置でもある。

【0053】

また、他方の磁気センサ５４（以下、第２磁気センサと呼ぶ。）は、セル面内の水素下流部位および空気上流部位を流れる電流によって形成される磁界の強さを検出するものである。第２磁気センサ５４は、第１磁気センサ５３が配置された位置に対してセル１０を挟んで対向する位置に配置されている。つまり、第２磁気センサ５４は、所定のセル１０の外周におけるセル面内の水素上流部位および空気下流部位よりも水素下流部位および空気上流部位に近い位置に配置されている（図２参照）。なお、セル１０の外周における水素下流部位および空気上流部位に近い位置は、セル１０の外周壁面のうちセル１０面内の水素出口マニホールド１２１ｂおよび空気入口マニホールド１２２ａが形成された位置に近い位置でもある。

【0054】

また、各磁気センサ５３、５４には、それぞれ第１、第２集磁体５３１、５４１が隣接して配置されている。この集磁体５３１、５４１としては、比較的残留磁気が少ないパーマロイ（磁性材料）で構成することができる。

【0055】

各集磁体５３１、５４１は、複数のセル１０の外周囲に形成される磁界を第１、第２磁気センサ５３、５４のそれぞれに集めるためのもので、燃料電池１の外周においてセル１０の積層方向に沿って延びる形状としている。具体的には、第１、第２集磁体５３１、５４１は、図４に示すように、セル１０の積層方向の長さＬが、単セルの厚みＴ（セルの積層方向の厚み）よりも長い長板状に形成されている。

【0056】

図４では、各集磁体５３１、５４１のセル１０の積層方向の長さＬを単セル１０の３つ分の厚さとしている。この場合、３つのセル１０の外周囲に形成される磁界の強さを第１、第２磁気センサ５３、５４でまとめて検出することができる。なお、図４は、集磁体５３１、５４１のセル１０の積層方向の長さを説明するための説明図であり、燃料電池１における積層されたセル１０をセル１０の積層方向に直交する方向から見た状態を示している。

【0057】

図１に戻り、第１集磁体５３１は、第１磁気センサ５３を狭持するように配置された一対の集磁部５３１ａ、５３１ｂで構成され、また、第２集磁体５４１は、第２磁気センサ５４を狭持するように配置された一対の集磁部５４１ａ、５４１ｂで構成されている。

【0058】

第１集磁体５３１の集磁部５３１ａ、５３１ｂのうち一方の集磁部５３１ａは、セル１０の空気下流部位よりも水素上流部位に近い外周に配置され、他方の集磁部５３１ｂは、セル１０の水素上流部位よりも空気下流部位に近い外周に配置されている。

【0059】

そして、この一対の集磁部５３１ａ、５３１ｂは、第１磁気センサ５３を基準に、対称となる形状に形成されている。なお、各集磁部５３１ａ、５３１ｂは、第１磁気センサ５３に最も近い部位が第１磁気センサ５３に向かって突出しており、この突出した部位で第１磁気センサ５３に当接している。

【0060】

また、第２集磁体５４１の集磁部５４１ａ、５４１ｂのうち一方の集磁部５４１ａは、セル１０の水素下流部位よりも空気上流部位に近い外周に配置され、他方の集磁部５４１ｂは、セル１０の空気上流部位よりも水素下流部位に近い外周に配置されている。

【0061】

そして、この一対の集磁部５４１ａ、５４１ｂは、第２磁気センサ５４を基準に、対称となる形状に形成されている。なお、各集磁部５４１ａ、５４１ｂは、第２磁気センサ５４に最も近い部位が第２磁気センサ５４に向かって突出しており、この突出した部位で第２磁気センサ５４に当接している。

【0062】

このような第１、第２集磁体５３１、５４１によって複数のセル１０の外周周りの磁界を各磁気センサ５３、５４に集めることで、各磁気センサ５３、５４では、所定のセル１０の外周回りに限らず、複数のセル１０の外周周りに形成される磁界の強さを検出可能となる。

【0063】

燃料電池診断装置５の制御装置５０は、燃料電池１の発電状態を診断する診断手段を構成している。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。

【0064】

制御装置５０の入力側には、上述の電圧センサ５１、電流センサ５２、一対の磁気センサ５３、５４等が接続されている。本実施形態の制御装置５０では、電圧センサ５１からの電圧信号と電流センサ５２からの電流信号に基づいて、燃料電池１の内部抵抗を算出する演算処理を行っている。また、第１、第２磁気センサ５３、５４からの磁気信号に基づいて、燃料電池１内部の電流の偏りに相当する燃料電池１の外周囲に形成される磁界の磁力差を算出する演算処理を行っている。従って、本実施形態の制御装置５０は、燃料電池１の内部抵抗を測定する抵抗測定手段の一部を構成するとともに、複数のセル１０におけるセル面内の電流の偏りを算出する電流偏り算出手段を構成している。

【0065】

また、制御装置５０の出力側には、水素調圧弁、電磁弁、空気ポンプ、空気調圧弁等が接続され、接続された各機器に制御信号を出力するように構成されている。

【0066】

次に、上記構成の燃料電池診断装置５を用いた燃料電池１の発電状態の診断方法を図５に基づいて説明する。図５は、制御装置５０が実行する燃料電池１の発電状態の診断処理を示している。制御装置５０は、燃料電池１の発電中（運転中）に診断処理を実行する。

【0067】

まず、ステップＳ１では、電圧センサ５１、電流センサ５２、および一対の磁気センサ５３、５４等で検出された検出信号を読み込む。

【0068】

次に、ステップＳ２に進み、ステップＳ１で読み込んだ電圧センサ５１、電流センサ５２の検出信号に基づいて、燃料電池１内部の内部抵抗Ｒを算出する。ここで、燃料電池１内部の湿潤状態が乾燥している状態（ドライアップ）となると、膜電極接合体１１の電解質膜の抵抗が増大するので、燃料電池１全体の内部抵抗Ｒが増大する。つまり、燃料電池１の内部抵抗Ｒの大きさによって、燃料電池内部が乾燥している状態か否かを判定することができる。

【0069】

そこで、ステップＳ３では、燃料電池１の内部抵抗Ｒに基づいて燃料電池１内部が乾燥している状態か否かを判定する。具体的には、ステップＳ３で算出した内部抵抗Ｒ（測定値）が予め設定された設定抵抗値以上となる場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、燃料電池１内部が乾燥している状態と診断する。

【0070】

なお、燃料電池１内部が乾燥している状態と診断された場合、燃料電池１の負荷を低下させ、燃料電池１内部の温度を下げる等して、燃料電池１内の湿度を増加させる。これにより、燃料電池１内部が乾燥している状態を解消することができる。また、空気供給配管３ａに加湿器を設が設けられている場合には、加湿器によって供給する空気の加湿量を増加させてもよい。

【0071】

ステップＳ３で算出した内部抵抗Ｒが設定抵抗値以上とならない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、各セル１０への水素の供給量が不足しているか否か、つまり水素が欠乏しているか否かを判定する。

【0072】

ここで、水素の供給量不足は、水素入口マニホールド１２１ａ側よりも水素出口マニホールド１２１ｂの近くで発生しやすい。換言すれば、水素の供給量不足は、セル面内の水素上流部位よりも水素下流部側で発生しやすい。

【0073】

そのため、水素の供給量不足が発生すると、セル面内の水素下流部位で発生する電流が、水素上流部位を流れる電流よりも低下するといった電流の偏りが生ずる。この電流の偏りによって、セル１０の水素下流部位に対応する外周に形成される磁力が、セル１０の水素上流部位に対応する外周に形成される磁力よりも小さくなる。具体的には、第２磁気センサ５４の検出値が、第１磁気センサ５３の検出値よりも低下する。

【0074】

従って、水素の供給量の不足（水素の欠乏）は、セル１０の水素下流部位に対応する外周に形成される磁力と、セル１０の水素上流部位に対応する外周に形成される磁力の磁力差に基づいて判定することができる。

【0075】

このため、具体的にステップＳ５では、ステップＳ１で読み込んだ第１磁気センサ５３の検出値から第２磁気センサ５４の検出値を減算して電流の偏りに相当する磁力差を算出し、算出した磁力差が予め設定された第１設定値以上となるか否かを判定する。算出した磁力差が予め設定される第１設定値以上である場合、すなわち、水素の供給量が不足していると判定された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進み、水素の供給量が不足していると診断する。ここで、第１設定値は、予め実験や物理モデルを用いたシミュレーション結果等に基づいて設定する。

【0076】

なお、水素の供給量が不足していると診断された場合、水素調圧弁の開度を増大させる等して、燃料電池１への水素の供給量を増大することで、水素の供給量不足を解消することができる。

【0077】

ステップＳ５で算出した磁力差が第１設定値以上とならない場合、すなわち、水素の供給量が不足していないと判定された場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、各セル１０への空気の供給量が不足しているか否か、つまり空気が欠乏しているか否かを判定する。なお、空気の供給量不足は、単に外部からの空気の供給量が少ない場合だけでなく、生成水等が過剰となり、空気極側に空気を供給できない状態（フラッディング）となる場合も含んでいる。

【0078】

ここで、空気の供給量不足は、空気入口マニホールド１２２ａ側よりも空気出口マニホールド１２２ｂの近くで発生しやすい。換言すれば、空気の供給量不足は、セル面内の空気上流部位よりも空気下流部側で発生しやすい。

【0079】

そのため、空気の供給量不足が発生すると、セル面内の空気下流部位で発生する電流が、空気上流部位を流れる電流よりも低下するといった電流に偏りが生ずる。この電流の偏りによって、セル１０の空気下流部位に対応する外周に形成される磁力が、セル１０の空気上流部位に対応する外周に形成される磁力よりも小さくなる。具体的には、第１磁気センサ５３の検出値が、第２磁気センサ５４の検出値よりも低下する。

【0080】

従って、空気の供給量不足は、セル１０の空気下流部位に対応する外周に形成される磁力と、セル１０の空気上流部位に対応する外周に形成される磁力の磁力差に基づいて判定することができる。

【0081】

このため、具体的にステップＳ７では、第２磁気センサ５４の検出値から第１磁気センサ５３の検出値を減算して電流の偏りに相当する磁力差を算出し、算出した磁力差が予め設定される第２設定値以上となるか否かを判定する。算出した磁力差が第２設定値以上である場合、すなわち、空気の供給量が不足していると判定された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、空気の供給量が不足していると診断する。ここで、第２設定値は、予め実験や物理モデルを用いたシミュレーション結果等に基づいて設定する。

【0082】

なお、空気の供給量が不足していると診断された場合、空気ポンプの回転数や空気調圧弁の開度を調整する等して、燃料電池１への空気の供給量を増大することで、空気の供給量不足を解消することができる。

【0083】

そして、ステップＳ７で算出した磁力差が第２設定値以上とならない場合、すなわち、空気の供給量が不足していないと判定された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、燃料電池１の発電状態が正常状態であるため、診断処理を終了する。

【0084】

以上説明した本実施形態によれば、セル１０の外周回りに配置した一対の磁気センサ５３、５４によって複数のセル１０における磁力差を算出し、この算出結果に基づいて燃料電池１の発電状態を診断することができる。

【0085】

そして、本実施形態の燃料電池診断装置５の各構成は、燃料電池１の外部に設ける構成であり、燃料電池１の発電時の抵抗にならないので、燃料電池１の発電性能に悪影響を及ぼすことなく、燃料電池１の発電状態を診断することができる。

【0086】

ここで、従来のようにセル１０間に磁気センサを内蔵した導電部材を配置して燃料電池１の発電状態を診断する構成であると、複数のセル１０の発電状態を診断する際には、各セル１０の間に導電部材を配置する必要があり、導電板の増加によって複雑化していた。

【0087】

しかし、本実施形態の構成は、一対の集磁体５３１、５４１により複数のセル１０の外周囲に形成される磁界を一対の磁気センサ５３、５４に集める構成であり、複数のセル１０の外周囲に形成される磁界の強さを一対の磁気センサ５３、５４でまとめて検出することができる。

【0088】

従って、複数のセル１０の発電状態を診断する場合であっても、センサ等の構成を追加することなく、燃料電池１の発電状態を診断可能となるので、従来よりも簡素な構成で複数のセル１０の発電状態を診断することができる。

【0089】

さらに、本実施形態の構成によれば、一対の磁気センサ５３、５４を用いる構成によって、燃料電池１の水素の供給量不足と空気の供給量不足を診断することができるため、より簡素な構成で燃料電池１の発電状態を診断することができる。

【0090】

さらにまた、本実施形態では、水素の供給量不足、空気の供給量不足の診断を一対の磁気センサ５３、５４の検出値の差分（磁気差）を用いているので、一対の磁気センサ５３に同様に加わるノイズ等を除去することができる。そのため、燃料電池１の発電状態の診断精度の向上を図ることが可能となる。

【0091】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、図６は、本実施形態に係る燃料電池、および燃料電池診断装置を示す模式的な斜視図である。

【0092】

本実施形態の燃料電池診断装置５は、第１実施形態で説明した燃料電池診断装置５に対して、一対の集磁体５３１、５４１の形状を変更している。つまり、図２に示すように、本実施形態の一対の集磁体５３１、５４１は、それぞれの集磁部５３１ａ、５３１ｂ、５４１ａ、５４１ｂをＬ字形状にしている。

【0093】

本実施形態では、各集磁部５３１ａ、５３１ｂ、５４１ａ、５４１ｂをＬ字形状にすることで、各集磁部５３１ａ、５３１ｂ、５４１ａ、５４１ｂが対応する各マニホールド１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂを囲むように配置している。

【0094】

具体的には、第１集磁体５３１の集磁部５３１ａが、セル１０における水素入口マニホールド１２１ａの近くの外周を囲むように配置し、第１集磁体５３１の集磁部５３１ｂが、セル１０における空気出口マニホールド１２２ｂの近くの外周を囲むように配置している。

【0095】

また、第２集磁体５４１の集磁部５４１ａが、セル１０における空気入口マニホールド１２２ａの近くの外周を囲むように配置し、第２集磁体５４１の集磁部５４１ｂが、セル１０における水素出口マニホールド１２１ｂの近くの外周を囲むように配置している。

【0096】

これにより、各集磁部５３１ａ、５３１ｂ、５４１ａ、５４１ｂでは、対応する各マニホールド１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂに近い位置に形成される磁界を磁気センサ５３、５４に集めることができる。その結果、水素の供給量不足と空気の供給量不足に起因する磁力差を、より適切に検出することができる。

【0097】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、図７は、本実施形態に係る燃料電池、および燃料電池診断装置を示す模式的な斜視図である。

【0098】

上述の第１実施形態では、燃料電池１の所定のセル１０の外周に１対の磁気センサ５３、５４を１組配置する構成としているが、本実施形態では、燃料電池１の所定のセル１０の外周に１対の磁気センサ５３、５４を２組配置する構成としている。

【0099】

１対の磁気センサ５３、５４のうち１組目の一対の磁気センサ５３ａ、５４ａは、セル１０の外周における水素入口マニホールド１２１ａと水素出口マニホールド１２１ｂに近い位置に配置されている。そのため、１組目の一対の磁気センサ５３ａ、５４ａの各検出値に基づいて、セル１０の水素上流部位と水素下流部位における電流の偏りを把握することができる。

【0100】

また、２組目の一対の磁気センサ５３ｂ、５４ｂは、セル１０の外周における空気入口マニホールド１２２ａと空気出口マニホールド１２２ｂに近い位置に配置されている。そのため、２組目の一対の磁気センサ５３ｂ、５４ｂの各検出値に基づいてセル１０の空気上流部位と空気下流部位との電流の偏りについて把握することができる。

【0101】

そして、各磁気センサ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂは、それぞれ一対の集磁体５３２、５３３、５４２、５４３に接続され、セル１０の外周における各マニホールド１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂに近い位置に形成される磁界が集められる。

【0102】

このように、４つの磁気センサ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂを設ける構成とした場合、セル１０の水素上流部位と水素下流部位との電流の偏り、およびセル１０の空気上流部位と空気下流部位との電流の偏りを独立して把握することができる。つまり、第１実施形態のように、セパレータ１２に形成された各ガス流路１２３、１２４における水素上流部位と空気下流部位とが互いに対向し、水素下流部位と空気上流部位とが互いに対向する構成でなくとも、各部位における電流の偏りを把握することができる。

【0103】

そのため、本実施形態の燃料電池診断装置では、燃料電池１のセル１０の各ガス流路１２３、１２４の構造に依存することなく複数のセル１０の発電状態を診断することが可能となる。

【0104】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について主に図８、図９に基づいて説明する。上記第１〜第３実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略、または簡略化して説明する。ここで、図８は、燃料電池１の周囲に形成される地磁気を説明するための説明図であり、図９は本実施形態の制御装置５０が実行する燃料電池１の発電状態の診断処理を示している。

【0105】

ここで、燃料電池１の周囲には、燃料電池１の発電時に流れる電流による磁界の他に、地磁気による磁界が形成される。この地磁気の磁束は、図８の実線矢印に示すように、燃料電池１に対して特定の一方向（図８では、紙面右方向）となる。なお、燃料電池１を車載発電システムに適用する場合、車両の移動に伴って、燃料電池１に対する地磁気の磁束の向きが変化する。

【0106】

燃料電池１の発電時に流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合には、地磁気の影響が無視できず、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４の検出値に基づいて燃料電池１の診断を適切に行うことができない可能性がある。

【0107】

そこで、本実施形態では、地磁気の影響を排除して、燃料電池１の診断を適切に行うことが可能な燃料電池診断装置５を提供することを目的とする。

【0108】

本実施形態の燃料電池診断装置５の基本構成は第１実施形態と同様である。本実施形態の構成について簡単に説明すると、本実施形態の第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４は、セル１０の外周回りにおける周方向に半周（例えば、１６０°〜２００°程度）ずらした位置に配置されている。換言すれば、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４は、セル１０の積層方向に直交する方向に、セル１０を挟んで対向する位置に配置されている（図８参照）。

【0109】

このため、燃料電池１内を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁束の向きは、第１磁気センサ５３の周囲と第２磁気センサ５４の周囲とで反対方向となる。つまり、図８において、燃料電池１内を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁束の向きが、燃料電池１の外周回りの時計回り方向（図８の破線矢印参照）となる場合、第１磁気センサ５３の周囲における磁束の向きが紙面右方向（紙面上方の白抜破線矢印参照）となるのに対して、第２磁気センサ５４の周囲における磁束の向きが紙面左方向（紙面下方の白抜破線矢印参照）となる。

【0110】

これに対して、地磁気の磁束の向きは、燃料電池１に対して特定の一方向となる。例えば、地磁気の磁束の向きが、図８の実線矢印で示す方向となる場合、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４の周囲における磁束の向きが紙面右方向となる。

【0111】

また、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれは、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出するように配置されている。このため、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４では、燃料電池１を流れる電流によって生ずる磁界の強さを正の値として制御装置５０に出力することとなる。

【0112】

一方、地磁気の磁束の向きは、燃料電池１に対して特定の一方向となるので、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４では、地磁気による磁界の強さを一方の磁気センサで正の値、他方の磁気センサで負の値として制御装置５０に出力することとなる。

【0113】

例えば、地磁気の磁束の向きが、図８における紙面右方向となる条件において、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の強さをφ（≧０）とし、地磁気による磁界の強さをφｅ（≧０）とすると、第１磁気センサ５３にて検出する検出値Ｖａがφ＋φｅとなり、第２磁気センサ５４にて検出する検出値Ｖｂがφ−φｅとなる。

【0114】

このため、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれの検出値を合算することで、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａに含まれる地磁気による磁界の強さと、第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂに含まれる地磁気による磁界の強さと打ち消すことができる。

【0115】

これにより、燃料電池１の外周に形成される磁界から地磁気による磁界の影響を排除することができる。なお、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれの検出値を合算した合算値Ｖは、Ｖ＝（φ＋φｅ）＋（φ−φｅ）＝２φとなる。

【0116】

次に、上記構成の燃料電池診断装置５を用いた燃料電池１の発電状態の診断方法を図９に基づいて説明する。

【0117】

本実施形態では、ステップＳ３の判定処理にて内部抵抗Ｒが設定抵抗値以上とならないと判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）に、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂとの合算値に基づいて、燃料電池１の異常の有無を判定するようにしている（ステップＳ９）。

【0118】

具体的には、ステップＳ９では、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂとを合算して、地磁気の影響を排除した燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に形成される磁界の強さを検出する。

【0119】

第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値は、燃料電池１の出力が正常である場合における燃料電池１の外周囲に形成される磁界の強さの２倍程度になる。このため、電流センサ５２からの電流信号等に基づいて、燃料電池１の出力が正常である場合における燃料電池１の外周囲に形成される磁界の強さを推定し、当該推定した値を、例えば１．８〜１．９倍した値を第１基準値として設定する。

【0120】

そして、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値が予め設定された第１基準値よりも小さいか否かを判定する。

【0121】

この結果、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値が第１基準値よりも小さいと判定された場合には、燃料電池１に何らかの異常が発生しているものと判断できるので、燃料電池１に異常有と判定する（ステップＳ９：ＹＥＳ）。

【0122】

一方、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値が第１基準値よりも大きいと判定された場合には、燃料電池１に異常無と判定する（ステップＳ９：ＮＯ）。

【0123】

そして、ステップＳ９の判定処理にて、燃料電池１に異常有と判定された場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）には、ステップＳ５の判定処理に移行して、燃料電池１の水素の供給量が不足しているか否かを判定する。

【0124】

また、ステップＳ９の判定処理にて、燃料電池１に異常無と判定された場合（ステップＳ９：ＮＯ）には、燃料電池１に異常が無いと判断して、診断処理を終了する。

【0125】

以上説明した、本実施形態の構成によれば、地磁気の影響を排除した一対の磁界検出手段（５３、５４）における検出値の合算値が低い場合に、地磁気の影響を排除した第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれの検出値の合算値が第１基準値よりも低い場合に、燃料電池１への水素や空気の供給量不足といった燃料電池１の発電状態を診断するので、燃料電池１を流れる電流による磁界の強さが地磁気による磁界の強さに比べて充分に大きくない場合であっても、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４に基づいて燃料電池１の発電状態を適切に診断することができる。

【0126】

ここで、本実施形態では、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれは、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出するように配置しているが、これに限定されない。

【0127】

例えば、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれは、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出するように配置する形態としてもよい。

【0128】

この場合、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４では、燃料電池１を流れる電流によって生ずる磁界の強さを負の値として制御装置５０に出力することとなる。地磁気の磁束の向きは、燃料電池１に対して特定の一方向となるので、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４では、地磁気による磁界の強さを一方の磁気センサで正の値、他方の磁気センサで負の値として制御装置５０に出力することとなる。

【0129】

例えば、地磁気の磁束の向きが、図８における紙面右方向となる条件において、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の強さをφ（≧０）とし、地磁気による磁界の強さをφｅ（≧０）とすると、第１磁気センサ５３にて検出する検出値Ｖａが−φ−φｅとなり、第２磁気センサ５４にて検出する検出値Ｖｂが−φ＋φｅとなる。

【0130】

従って、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれの検出値を合算することで、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａに含まれる地磁気による磁界の強さと、第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂに含まれる地磁気による磁界の強さと打ち消すことができる。なお、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４それぞれの検出値を合算した合算値Ｖは、Ｖ＝（−φ−φｅ）＋（−φ＋φｅ）＝−２φとなる。

【0131】

また、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値が負の値となる。このため、ステップＳ９の判定処理では、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの合算値が、第１基準値の値を負の値に変更した第２基準値よりも大きいか否かを判定し、当該第２基準値よりも大きい場合に、燃料電池１に異常有と判定すればよい。

【0132】

その他の形態として、第１磁気センサ５３は、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出するように配置し、第２磁気センサ５４は、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出するように配置する形態としてもよい。

【0133】

この場合、第１磁気センサ５３では、燃料電池１を流れる電流によって生ずる磁界の強さを正の値として制御装置５０に出力し、第２磁気センサ５４では、燃料電池１を流れる電流によって生ずる磁界の強さを負の値として制御装置５０に出力することとなる。地磁気の磁束の向きは、燃料電池１に対して特定の一方向となるので、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４では、地磁気による磁界の強さを同符号の値（正の値または負の値）として制御装置５０に出力することとなる。

【0134】

例えば、地磁気の磁束の向きが、図８における紙面右方向となる条件において、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の強さをφ（≧０）とし、地磁気による磁界の強さをφｅ（≧０）とすると、第１磁気センサ５３にて検出する検出値Ｖａがφ＋φｅとなり、第２磁気センサ５４にて検出する検出値Ｖｂが−φ＋φｅとなる。

【0135】

従って、第１磁気センサ５３の検出値から第２磁気センサ５４の検出値を減算することで、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａに含まれる地磁気による磁界の強さと、第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂに含まれる地磁気による磁界の強さと打ち消すことができる。なお、第１磁気センサ５３の検出値から第２磁気センサ５４を減算した減算値Ｖは、Ｖ＝（φ＋φｅ）−（−φ＋φｅ）＝２φとなる。

【0136】

また、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの減算値が正の値となるため、ステップＳ９の判定処理では、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａと第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂの減算値が、第１基準値と同様の値に設定された第３基準値よりも小さいか否かを判定し、当該第３基準値よりも小さい場合に、燃料電池１に異常有と判定すればよい。

【0137】

さらに、第１磁気センサ５３は、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを負として検出するように配置し、第２磁気センサ５４は、燃料電池１を流れる電流によって燃料電池１の外周囲に生ずる磁界の向きと同方向となる磁界の強さを正として検出するように配置する形態としてもよい。

【0138】

この場合には、第２磁気センサ５４の検出値から第１磁気センサ５３の検出値を減算することで、第１磁気センサ５３の検出値Ｖａに含まれる地磁気による磁界の強さと、第２磁気センサ５４の検出値Ｖｂに含まれる地磁気による磁界の強さと打ち消すことができる。

【0139】

これら変形例によっても、地磁気による磁界の強さと打ち消すことができ、第１磁気センサ５３および第２磁気センサ５４に基づいて燃料電池１の発電状態を適切に診断することができる。

【0140】

なお、本実施形態では、燃料電池診断装置５の基本構成を、第１実施形態と同様の構成としたが、これに限らず、燃料電池診断装置５の基本構成として、例えば、第２実施形態や第３実施形態と同様の構成としてもよい。

【0141】

（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。

【0142】

（１）上述の実施形態では、各集磁体５３１、５４１のセル１０の積層方向の長さＬを単セル３つ分の厚さとしている例を図４に基づいて説明したが、これに限定されない。各集磁体５３１、５４１のセル１０の積層方向の長さＬは、単セル１０の厚さ以上であればよく、例えば、燃料電池１のセル１０の積層方向の長さと同様の長さとしてもよい。

【0143】

（２）上述の実施形態の燃料電池１の発電状態の診断処理（図４参照）では、水素の供給量不足を判定した後に空気の供給量不足を判定しているが、判定の順番は、これに限定されない。すなわち、診断処理では、空気の供給量不足を判定した後に、水素の供給量不足を判定してもよい。

【0144】

（３）上述の実施形態では、磁気センサは、ホール素子にて構成する例を説明したが、これに限定されず、例えば、ＭＩ素子、ＡＭＲ素子、ＭＲ素子、フラックスゲート等を用いてもよい。

【0145】

（４）上述の実施形態では、集磁体をパーマロイ（磁性材料）で構成する例を説明したが、これに限定されず、例えば、セメンダスト、フェライト等の残留磁気が少ない磁性材料で構成してもよい。

【0146】

（５）上述の実施形態では、燃料電池１として固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を用いた例を説明したがこれに限定されない。例えば、燃料電池１として、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）等を用いてもよい。

【0147】

（６）また、燃料電池１は、燃料電池車両の車載発電システムに、その他の移動体（船舶や飛行機等）に搭載される発電システムや定置型の発電システム等にも適用可能である。

【符号の説明】

【0148】

１ 燃料電池
１０ セル（発電セル）
１２１ａ 水素入口マニホールド（燃料ガスの入口）
１２１ｂ 水素出口マニホールド（燃料ガスの出口）
１２２ａ 空気入口マニホールド（酸化剤ガスの入口）
１２２ｂ 空気出口マニホールド（酸化剤ガスの出口）
５１ 電圧センサ（抵抗測定手段の一部）
５２ 電流センサ（抵抗測定手段の一部）
５３ 第１磁気センサ（一方の磁界検出手段）
５３１ 集磁体
５４ 第２磁気センサ（他方の磁界検出手段）
５４１ 集磁体
５０ 制御装置（診断手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】