特許 6350066 電流測定装置

(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】6350066

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】電流測定装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20180625BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20180625BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   !H01M8/10

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-147966(P2014-147966)

(22)【出願日】2014年7月18日

(65)【公開番号】特開2016-24945(P2016-24945A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(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】五味 雄一

(72)【発明者】

【氏名】石川 裕司

(72)【発明者】

【氏名】山本 隆士

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴史

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１３８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３２８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８１１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８３２９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池（１０）の隣り合うセル（１０ａ）の間に配置され、前記隣り合うセルの一方から他方へ流れる電流を測定する電流測定部（２ａ）が形成された板状部材（２）と、
前記隣り合うセルの一方から他方に向けて前記電流測定部を通過する電流を検出する電流検出手段（３、４）とを備え、
前記電流測定部は、前記板状部材のうち前記隣り合うセルの一方に対向する一面に形成された第１電極（２１１）と、前記板状部材のうち前記隣り合うセルの他方に対向する他面に形成された第２電極（２１２）と、前記板状部材の内部に形成され、前記第１、第２電極と電気的に接続された抵抗体（２２１、２２２、２２３）と、前記板状部材の内部に前記抵抗体と離間して形成された第１、第２信号線（２３１、２３２）とを有し、
前記第１信号線は、前記抵抗体を介して前記第１、第２電極の一方から他方へ電流が流れる電流経路とは別の配線を構成する信号線用の第１接続部材（２５２ａ）によって、前記第１電極と接続され、
前記第２信号線は、前記電流経路とは別の配線を構成する信号線用の第２接続部材（２５４ａ）によって、前記第２電極と接続され、
前記電流検出手段は、前記第１信号線と前記第２信号線の電位差と、前記電流経路の抵抗値とに基づいて、前記電流経路を流れる電流を検出することを特徴とする電流測定装置。

【請求項2】

前記第１信号線は、複数の前記信号線用の第１接続部材によって、前記第１電極における複数箇所と接続されており、
前記第２信号線は、複数の信号線用の第２接続部材によって、前記第２電極における複数箇所と接続され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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

この電流測定装置として、シャント式の電流測定装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の電流測定装置は、隣り合うセルの間に配置され、電流測定部が形成された板状部材を備えている。電流測定部は、板状部材の両面にそれぞれ形成された第１、第２電極と、板状部材の内部に形成され、第１、第２電極と電気的に接続された抵抗体とを有している。このため、第１、第２電極の一方から他方へ抵抗体を介して電流が流れる構成となっている。

【0003】

さらに、電流測定部は、抵抗体の両端にそれぞれ接続された第１、第２信号線を有している。第１信号線は、抵抗体と第１電極とを接続する接続部材を介して、第１電極と電気的に接続されており、第２信号線は、抵抗体と第２電極とを接続する接続部材を介して、第２電極と電気的に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１１３８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した電流測定装置は、第１、第２電極の一方から他方へ抵抗体を介して電流が流れる際の抵抗体の両端の電位差を第１、第２信号線で取り出して検出し、その検出した電位差と、抵抗体の抵抗値とに基づいて、第１、第２電極間を流れる電流を算出する。

【0006】

このとき、第１、第２信号線が電磁ノイズの影響を受けると、第１、第２信号線が検出する電位差が変動し、電流の検出値も変動するため、電流の検出精度が低下してしまう。

【0007】

このため、第１、第２信号線が電磁ノイズの影響を受けたときの電流の検出値の変動を低減して、電流の検出精度を向上できる電流測定装置が望まれる。

【0008】

本発明は上記点に鑑みて、従来の電流測定装置と比較して、電流の検出精度を向上できる電流測定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】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
燃料電池（１０）の隣り合うセル（１０ａ）の間に配置され、隣り合うセルの一方から他方へ流れる電流を測定する電流測定部（２ａ）が形成された板状部材（２）と、
隣り合うセルの一方から他方に向けて電流測定部を通過する電流を検出する電流検出手段（３、４）とを備え、
電流測定部は、板状部材のうち隣り合うセルの一方に対向する一面に形成された第１電極（２１１）と、板状部材のうち隣り合うセルの他方に対向する他面に形成された第２電極（２１２）と、板状部材の内部に形成され、第１、第２電極と電気的に接続された抵抗体（２２１、２２２、２２３）と、板状部材の内部に抵抗体と離間して形成された第１、第２信号線（２３１、２３２）とを有し、
第１信号線は、抵抗体を介して第１、第２電極の一方から他方へ電流が流れる電流経路とは別の配線を構成する信号線用の第１接続部材（２５２ａ）によって、第１電極と接続され、
第２信号線は、電流経路とは別の配線を構成する信号線用の第２接続部材（２５４ａ）によって、第２電極と接続され、
電流検出手段は、第１信号線と第２信号線の電位差と、電流経路の抵抗値とに基づいて、電流経路を流れる電流を検出することを特徴としている。

【0010】

上記した従来の電流測定装置では、第１、第２信号線は、第１、第２電極の一方から他方へ電流が流れる電流経路の途中に接続されている。このため、この電流経路に電流が流れることで、第１電極と第１信号線との間に電圧降下が生じるとともに、第２信号線と第２電極との間に電圧降下が生じる。したがって、第１、第２信号線の間の電位差は第１、第２電極の間の電位差よりも小さい。

【0011】

これに対して、本発明では、第１信号線は、第１、第２電極の一方から他方へ電流が流れる電流経路を構成しない信号線用の第１接続部材（２５２ａ）によって、第１電極と接続されているため、第１信号線と第１電極の電位は等しくなる。同様に、第２信号線は、第１、第２電極の一方から他方へ電流が流れる電流経路を構成しない信号線用の第２接続部材（２５４ａ）によって、第２電極と接続されているため、第２信号線と第２電極の電位は等しくなる。このため、第１、第２信号線の間の電位差は、第１、第２電極の間の電位差と等しくなる。したがって、本発明の方が、第１、第２電極間の抵抗値が同じ場合の上記した従来の電流測定装置と比較して、第１、第２信号線の間の電位差が大きくなる。

【0012】

ここで、第１、第２信号線が取り出す電位差の電磁ノイズによる変動幅が同じとき、取り出す電位差の絶対値が大きいほど、第１、第２信号線の間の電位差の絶対値に対する電位差の変動幅の比率が小さくなる。

【0013】

よって、本発明によれば、第１、第２電極間の抵抗値が同じ場合の上記した従来の電流測定装置と比較して、第１、第２信号線が電磁ノイズの影響を受けたときの第１、第２信号線が検出する電位差の変動幅の比率を小さくでき、電流の検出値の変動を低減できる。この結果、本発明によれば、従来の電流測定装置と比較して、電流の検出精度を向上できる。

【0014】

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一例である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態における燃料電池システムの全体構成図である。

【図2】第１実施形態における電流測定装置の構成図である。

【図3】図２中の電流測定部の断面図である。

【図4】図２中の電流測定部の分解斜視図である。

【図5】比較例１の電流測定部の分解斜視図である。

【図6】第２実施形態における電流測定部の分解斜視図である。

【図7】第３実施形態における電流測定部の断面図である。

【図8】第４実施形態における電流測定部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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、同一符号を付して説明を行う。

【0017】

（第１実施形態）
まず、図１に示す本実施形態の電流測定装置を適用した燃料電池システムについて説明する。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。

【0018】

図１に示すように、燃料電池システムは、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。燃料電池１０は、図示しない車両走行用電動モータ、二次電池、車両用各種補機類等の電気負荷に供給される電気エネルギを出力するもので、本実施形態では、固体高分子電解質型燃料電池を採用している。

【0019】

より具体的には、燃料電池１０は、基本単位となる燃料電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａと記載する。）が複数個、電気的に直列に接続されて構成されたものである。各セル１０ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。

【0020】

（負極側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（正極側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
この燃料電池１０は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを介して二次電池に電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、燃料電池１０から二次電池あるいは二次電池から燃料電池１０への電力の流れを制御するもので、電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。

【0021】

さらに、燃料電池１０から出力される電気エネルギは、燃料電池１０の各セル１０ａから出力される電圧を検出するセルモニタ１１、および、燃料電池１０全体として出力される電流を検出する電流センサ１２によって計測される。なお、セルモニタ１１および電流センサ１２の検出信号は、後述する制御装置５０に入力されている。

【0022】

また、燃料電池１０の空気極（正極）側には、酸化剤ガスである空気（酸素）を燃料電池１０に供給するための空気供給配管２０ａ、並びに、燃料電池１０にて電気化学反応を終えた余剰空気および空気極で生成された生成水を燃料電池１０から外気へ排出するための空気排出配管２０ｂが接続されている。

【0023】

空気供給配管２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気排出配管２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。

【0024】

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、燃料電池１０へ供給される空気を加湿する機能を果たす。

【0025】

燃料電池１０の水素極（負極）側には、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給するための水素供給配管３０ａ、水素極側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１０から外気へ排出するための水素排出配管３０ｂが接続されている。さらに、水素供給配管３０ａおよび水素排出配管３０ｂは、水素循環配管３０ｃを介して接続されている。

【0026】

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

【0027】

水素排出配管３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。そこで、本実施形態では、水素排出配管３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。

【0028】

水素循環配管３０ｃは、水素供給配管３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出配管３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられている。これにより、燃料電池１０から流出した未反応の水素を、燃料電池１０に循環させて再供給している。また、水素循環配管３０ｃには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。

【0029】

ところで、燃料電池１０は発電効率を確保するために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０には、燃料電池１０を冷却するための冷却水回路４０が接続されている。この冷却水回路４０には、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させるウォータポンプ４１、電動ファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。

【0030】

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。

【0031】

また、冷却水回路４０の燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。なお、この温度センサ４６の検出信号も、制御装置５０に入力される。

【0032】

制御装置５０は、入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種電気式アクチュエータの作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。

【0033】

具体的には、制御装置５０の入力側には、上述のセルモニタ１１、電流センサ１２および温度センサ４６の検出信号等の他に、後述する電流測定装置の電流検出回路３から出力される電流信号が入力される。一方、出力側には、上述の空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、電磁弁３４、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５等の各種電気式アクチュエータが接続されている。

【0034】

次に、本実施形態の電流測定装置の詳細について説明する。

【0035】

図２に示すように、電流測定装置１は、燃料電池１０の内部を流れる電流を測定するための測定板２および電流検出回路３を備えている。

【0036】

測定板２は、燃料電池１０の隣り合うセル１０ａの間に配置されるものである。測定板２は、複数の電流測定部２ａが一体に形成された板状部材である。電流測定部２ａは、セル１０ａのうち電流測定部２ａに対向する領域の電流を測定するものであり、後述するように、隣り合うセル１０ａの一方から他方へ流れる電流を測定する。複数の電流測定部２ａは、測定板２の面方向にマトリックス状に配置されている。これにより、測定板２を隣り合うセル１０ａの間に配置したとき、複数の電流測定部２ａがセル１０ａの面方向に複数配置されるので、本実施形態の電流測定装置１では、セル１０ａの面内における電流密度分布を測定することができる。

【0037】

ここで、図３、４を用いて、測定板２における１つの電流測定部２ａの構造について説明する。図３は、１つの電流測定部２ａの断面図であり、図４は、１つの電流測定部２ａの分解斜視図である。図４では、図３中の絶縁層を省略している。

【0038】

図３、４に示すように、測定板２は、導体層が絶縁層を介して複数積層された多層基板で構成されている。本実施形態では、多層基板は導体層を３層有する３層基板である。

【0039】

電流測定部２ａは、多層基板の両面の導体層（外層）で構成された第１電極２１１および第２電極２１２と、多層基板の内部の導体層（内層）で構成された抵抗体２２１と、多層基板の内部の導体層（内層）で構成された第１信号線２３１および第２信号線２３２とを有している。第１電極２１１は、多層基板のうち隣り合うセル１０ａの一方に対向する一面に形成されている。第２電極２１２は、多層基板のうち隣り合うセル１０ａの他方に対向する他面に形成されている。抵抗体２２１は、所定の抵抗値を有するように、所定の平面パターン形状とされている。抵抗体２２１は、多層基板の内部に形成された抵抗体用の第１、第２接続部材によって、第１電極２１１と第２電極２１２の両方に接続されている。これにより、第１、第２電極２１１、２１２の一方から抵抗体２２１を介して第１、第２電極２１１、２１２の他方へ電流が流れる電流経路Ｐａ１が形成されている。第１信号線２３１は、その電流経路Ｐａ１とは別の配線を構成する信号線用の第１接続部材によって第１電極２１１と接続されている。第２信号線２３２は、その電流経路Ｐａとは別の配線を構成する信号線用の第２接続部材によって第２電極２１２と接続されている。

【0040】

より具体的には、本実施形態の測定板２は、第１基板２０１と第２基板２０２の２枚のプリント基板が接合されたものである。

【0041】

第１基板２０１は、両面に導体パターン（導体層）が形成された両面基板（２層基板）である。第１基板２０１は、その一面に導体パターンで構成された第１電極２１１が形成されており、第１基板２０１の一面の反対側の他面に導体パターンで構成された抵抗体２２１と第１信号線２３１と第２信号線２３２とが互いに離間して形成されている。第１信号線２３１と第２信号線２３２は、第１基板２０１の他面において、抵抗体２２１を挟んだ両側に配置されている。抵抗体２２１の一端側部分は、第１基板２０１に形成された抵抗体用スルーホール２５１を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。第１信号線２３１は、第１基板２０１に形成された第１信号線用スルーホール２５２を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。

【0042】

第２基板２０２は、片面に導体パターン（導体層）が形成された片面基板（１層基板）である。第２基板２０２は、一面に導体パターンで構成された第２電極２１２が形成されており、第２基板２０２の一面の反対側の他面に接着剤からなる接着層２０３が形成されている。第２基板２０２の接着層２０３側と第１基板２０１の抵抗体２２１側とが対向した状態で、第１、第２基板２０１、２０２が接着により接合されている。このように接合された状態のとき、抵抗体２２１の一端側部分とは反対側の他端側部分が、第２基板２０２に形成された抵抗体用スルーホール２５３を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。第２信号線２３２は、第２基板２０２に形成された第２信号線用スルーホール２５４を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。

【0043】

第１、第２基板２０１、２０２が絶縁層を構成している。第１、第２基板２０１、２０２は、どちらも、リジッド基板であり、例えば、一般的なガラスエポキシ基板が用いられる。第１電極２１１、第２電極２１２、抵抗体２２１、第１信号線２３１、第２信号線２３２は、銅箔等の薄膜状の導電体が用いられる。抵抗体用スルーホール２５１、２５３、第１信号線用スルーホール２５２、第２信号線用スルーホール２５４の内周面には、めっきにより導体層２５１ａ、２５２ａ、２５３ａ、２５４ａが形成されている。抵抗体用スルーホール２５１、２５３内の導体層２５１ａ、２５３ａが、それぞれ、抵抗用の第１接続部材、第２接続部材を構成している。また、第１信号線用スルーホール２５２内の導体層２５２ａ、第２信号線用スルーホール２５４内の導体層２５４ａが、それぞれ、信号線用の第１、第２接続部材を構成している。

【0044】

本実施形態では、抵抗体２２１の一端側部分と第１電極２１１は、複数（図４では４つ）の抵抗体用スルーホール２５１で接続されており、抵抗体２２１の他端側部分と第２電極２１２も、複数（図４では４つ）の抵抗体用スルーホール２５３で接続されている。

【0045】

また、第１信号線２３１と第２信号線２３２は、第１電極２１１と第２電極２１２の電位差を測定板２の外部に取り出すための信号線である。第１信号線２３１と第２信号線２３２は、外部配線を介して、電圧センサ４と電気的に接続されている。

【0046】

電圧センサ４は、それぞれの電流測定部２ａにおける第１電極２１１と第２電極２１２の電位差を検出して、検出信号を電流検出回路３に出力する電位差検出手段である。

【0047】

電流検出回路３は、電圧センサ４で検出した電位差と、第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａ１の抵抗値とを用いて演算処理することにより、セル１０ａの各電流測定部２ａに対応する部位あたりの隣り合うセル１０ａの一方から他方へ流れる電流の大きさ（電流値）を検出する演算手段である。第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａの抵抗値は、予め測定され、電流検出回路３に記憶されている。電流検出回路３は、検出した電流値を制御装置５０へ出力する。したがって、本実施形態では、電圧センサ４と電流検出回路３が、隣り合うセル１０ａの一方から他方に向けて電流測定部２ａを通過する電流の大きさを検出する電流検出手段を構成している。なお、電流検出回路３に電位差を検出する機能を持たせてもよい。この場合、電流検出回路３が電流を検出する電流検出手段を構成する。

【0048】

次に、本実施形態の電流測定装置１による電流測定方法について説明する。燃料電池１０に水素および空気が供給されることで、燃料電池１０での発電が開始される。発電により生じた電流は、測定板２を挟んで隣り合うセル１０ａの一方から他方へ、測定板２を介して流れる。測定板２の各電流測定部２ａでは、図４に示す電流経路Ｐａ１を電流が流れる。すなわち、第１電極２１１→抵抗体用スルーホール２５１→抵抗体２２１→抵抗体用スルーホール２５３→第２電極２１２の順に電流が流れる。

【0049】

このとき、第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａ１が所定の抵抗値（Ｒ_１）を有するために、電流経路Ｐａ１を電流（電流値Ｉ_１）が流れることで、第１電極２１１と第２電極２１２の間に電位差ΔＶ（ΔＶ＝Ｒ_１×Ｉ_１）が生じる。

【0050】

そこで、この電位差ΔＶを、第１、第２信号線２３１、２３２によって取り出し、電圧センサ４によって検出する。そして、電流検出回路３は、電圧センサ４が検出した電位差を電流経路Ｐａ１の抵抗値で除する演算処理を行うことで、各電流測定部２ａを通過した電流の大きさ（電流値）を算出することができる。

【0051】

さらに、制御装置５０では、電流検出回路３によって得た各電流測定部２ａの電流値に基づいて、各セル１０ａの面内における電流分布を検出する。そして、制御装置５０は、検出された電流分布に基づいて燃料電池１０の発電状態を推定し、空気供給量および供給圧、水素供給圧、冷却水循環量の制御等を行う。これにより、燃料電池システムの効率および信頼性を向上させている。

【0052】

なお、上述の燃料電池１０の発電状態は、各セル１０ａの交流インピーダンスの変化に基づいて推定することができる。ここで、本実施形態における交流インピーダンスの測定方法について簡単に説明すると、まず、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いて所定電流の交流を燃料電池１０に印加する。燃料電池１０に交流を印加している際に、セルモニタ１１と電流検出回路３から入力された電流分布を測定する。そして、セルモニタ１１で測定した電圧値の変化と電流検出回路３から入力された電流分布の変化に基づいて、演算により各セル１０ａの交流インピーダンスを測定することができる。

【0053】

ここで、本実施形態の電流測定装置１と図５に示す比較例１の電流測定装置とを比較する。比較例１は、電流測定部の構造が本実施形態と異なるものであり、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した従来技術の電流測定部に相当するものである。

【0054】

図５に示すように、比較例１の電流測定部２ａは、抵抗体として第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３とを有している。第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３は、多層基板の内部で、各層の積層方向で異なる位置に配置された導体層で構成されている。第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３は、それらの間の絶縁層に形成された抵抗体用スルーホール２５５によって接続されている。したがって、比較例１の電流測定部２ａでは、第１電極２１１→抵抗体用スルーホール２５１→第１抵抗体２２２→抵抗体用スルーホール２５５→第２抵抗体２２３→抵抗体用スルーホール２５３→第２電極２１２の順に、電流経路Ｐａ２を電流が流れる。なお、比較例１の第１抵抗体２２２と抵抗体用スルーホール２５５と第２抵抗体２２３の抵抗値の合計は、本実施形態の抵抗体２２１の抵抗値と同じである。すなわち、比較例１の第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａ２の抵抗値は、本実施形態の第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａ１の抵抗値と同じである。

【0055】

そして、比較例１の電流測定部２ａでは、第１信号線２３１は、第１抵抗体２２２に直に接続されており、抵抗体用スルーホール２５１を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。第２信号線２３２は、第２抵抗体２２３に直に接続されており、抵抗体用スルーホール２５３を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。換言すると、第１信号線２３１と第２信号線２３２は、それぞれ、第１電極２１１と第２電極２１２の間の電流経路Ｐａ２の途中に接続されている。このため、電流経路Ｐａ２に電流が流れることで、第１電極２１１と第１信号線２３１との間に電圧降下が生じるとともに、第２信号線２３２と第２電極２１２との間に電圧降下が生じる。この結果、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差は、第１、第２電極２１１、２１２の間の電位差よりも小さい。

【0056】

これに対して、本実施形態では、第１信号線２３１は、電流経路Ｐａ１を構成する抵抗体用スルーホール２５１とは別の第１信号線用スルーホール２５２によって、第１電極２１１と接続されている。このため、第１信号線用スルーホール２５２は電流経路Ｐａ１を構成しておらず、電流が流れないので、第１電極２１１と第１信号線２３１との間に電圧降下が生じず、第１信号線２３１の電位と第１電極２１１の電位は等しくなる。同様に、第２信号線２３２は、電流経路Ｐａ１を構成する抵抗体用スルーホール２５３とは別の第２信号線用スルーホール２５４によって、第２電極２１２と接続されているので、第２信号線２３２の電位と第２電極２１２の電位は等しくなる。このため、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差は、第１、第２電極２１１、２１２の間の電位差と等しくなる。したがって、本実施形態の方が比較例１と比較して、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差が大きくなる。

【0057】

ここで、第１、第２信号線２３１、２３２が取り出す電位差の電磁ノイズによる変動幅が同じとき、取り出す電位差の絶対値が大きいほど、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差の絶対値に対する電位差の変動幅の比率が小さくなる。したがって、本実施形態によれば、比較例１の電流測定装置と比較して、第１、第２信号線２３１、２３２が電磁ノイズの影響を受けたときの第１、第２信号線２３１、２３２が検出する電位差の変動幅の比率を小さくでき、電流の検出値の変動を低減できる。

【0058】

例えば、比較例１において、第１、第２電極２１１、２１２間を流れる電流の大きさが１Ａであり、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差が１０ｍＶであって、電磁ノイズによる電位差の変動幅が１ｍＶのとき、電流の検出値の変動幅は０．１Ａとなる。これに対して、本実施形態では、第１、第２電極２１１、２１２間を流れる電流の大きさが１Ａであり、第１、第２信号線２３１、２３２の間の電位差が２０ｍＶであって、電磁ノイズによる電位差の変動幅が１ｍＶのとき、電流の検出値の変動幅は０．０５Ａとなる。

【0059】

このように、本実施形態によれば、比較例１と比較して、電流の検出精度を向上できる。

【0060】

なお、本発明者は、本実施形態の測定板２について評価試験を行った結果、第１電極２１１から第２電極２１２に電流を印加すると、電流の増加に伴って第１、第２信号線２３１、２３２間の電位差が線形に増大し、流れる電流の大きさをセンシングできることを確認している。

【0061】

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の電流測定部２ａの構造を変更したものであり、以下では、変更点を説明する。

【0062】

図６に示すように、本実施形態の電流測定部２ａは、上記した比較例１と同様に、４つの導体層を有する４層基板で構成されている。電流測定部２ａは、抵抗体として第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３とを有している。第１抵抗体２２２および第２抵抗体２２３は、４層基板の内部の２つの導体層によって構成されている。すなわち、第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３は、４層基板の内部で各層の積層方向で異なる位置に配置された導体層で構成されている。第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３の間には、図示しない絶縁層が介在している。第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３は、その間の絶縁層に形成された抵抗体用スルーホール２５５によって接続されている。

【0063】

したがって、本実施形態の電流測定部２ａでは、上記した比較例１と同様に、第１電極２１１→抵抗体用スルーホール２５１→第１抵抗体２２２→抵抗体用スルーホール２５５→第２抵抗体２２３→抵抗体用スルーホール２５３→第２電極２１２の順に、電流経路Ｐａ２を電流が流れる。

【0064】

ところで、上述のセル１０ａの交流インピーダンスを測定するときや、セル１０ａにおいて過渡的に電流が変動したときでは、交流電流が測定板２の内部の抵抗体を流れる。この場合、第１、第２信号線２３１、２３２が、抵抗体から相互インダクタンスの影響を受けてしまう。すなわち、抵抗体を流れる電流によって磁場（磁界）が発生する。抵抗体を流れる電流が変動すると、電流によって生じる磁場も変動し、磁場が変動することで第１、第２信号線２３１，２３２に生じる誘導起電力が変動する。この結果、第１、第２信号線２３１、２３２が取り出す電位が変動してしまう。

【0065】

そこで、本実施形態では、第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３は、同じ平面パターン形状を有しており、第１抵抗体２２２における電流流れ方向と第２抵抗体２２３における電流流れ方向とが平行かつ反対方向となるように、対向配置されている。これにより、第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３を流れる電流によって発生する磁場の向きが、互いに反対方向となり、互いに弱め合うように作用する。

【0066】

また、本実施形態では、第１信号線２３１と第２信号線２３２が、各層の積層方向で異なる位置にある導体層によって構成されている。第１信号線２３１は、第１抵抗体２２２と積層方向で同じ位置にある導体層によって構成されている。第２信号線２３２は、第２抵抗体２２３と積層方向で同じ位置にある導体層によって構成されている。

【0067】

そして、第１信号線２３１と第２信号線２３２は、第１、第２電極２１１、２１２の中心位置を基準として積層方向で対称な形である。すなわち、第１信号線２３１と第２信号線２３２は、同じ平面パターン形状を有するとともに、各層の積層方向で対向配置されている。これにより、第１、第２抵抗体２２２、２２３を交流電流が流れる場合において、第１信号線２３１と第２信号線２３２が、それぞれ、第１、第２抵抗体２２２、２２３から受ける磁場の影響を等しくできる。このとき、第１、第２抵抗体２２２、２２３を流れる電流によって生じる磁場は逆向きの関係である。この結果、第１信号線２３１と第２信号線２３２が受ける磁場の影響を打ち消すように作用させることができる。

【0068】

このようにして、本実施形態では、第１、第２信号線２３１、２３２が、抵抗体から受ける相互インダクタンスの影響を低減している。

【0069】

なお、本実施形態では、第１信号線２３１を、積層方向で第１抵抗体２２２と同じ位置に配置したが、異なる位置に配置してもよい。同様に、第２信号線２３２を、積層方向で第２抵抗体２２３と異なる位置に配置してもよい。これにより、第１、第２抵抗体２２２、２２３と第１、第２信号線２３１、２３２のレイアウトの自由度が高くなる。

【0070】

また、本実施形態では、第１信号線２３１と第１電極２１１は、複数（図６では４つ）の第１信号線用スルーホール２５２で接続されている。同様に、第２信号線２３２と第２電極２１２も、複数（図６では４つ）の第２信号線用スルーホール２５４で接続されている。

【0071】

ここで、第１、第２電極２１１、２１２の面内を流れる電流に偏りがある場合、電極における信号線との接続箇所が１カ所だと、電極面内の電位のばらつきの影響を受けてしまう。これに対して、本実施形態のように、信号線を電極における複数箇所と接続することで、接続箇所が１カ所のときと比較して、電位のばらつきの影響を低減できる。なお、第１実施形態においても、本実施形態と同様に、第１電極２１１における第１信号線２３１との接続箇所を複数とするとともに、第２電極２１２における第２信号線２３２との接続箇所を複数とすることが好ましい。

【0072】

なお、上記した本実施形態の測定板２は、第１実施形態の測定板２の製造に用いられる第２基板２０２を両面基板に変更することで製造される。このとき用いられる第１基板２０１の他面には、第１抵抗体２２２と第１信号線２３１とが形成されており、第２基板２０２の他面には、第２抵抗体２２３と第２信号線２３２とが形成されている。そして、第１基板２０１の他面と第２基板２０２の他面とを向かい合わせた状態で、接着層を介して第１、第２基板２０１、２０２を接合することで、本実施形態の測定板２が製造される。このため、第１抵抗体２２２と第２抵抗体２２３の間の絶縁層は、接着層によって構成される。

【0073】

（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の電流測定部２ａの構造の一部を変更したものであり、以下では、変更点を説明する。図７に示すように、本実施形態の測定板２は、第１基板２０１と第２基板２０２の２枚の両面プリント基板が接合されたものである。

【0074】

第１基板２０１は、両面に導体パターン（導体層）が形成された両面基板（２層基板）である。第１基板２０１は、その一面に第１電極２１１が形成されており、第１基板２０１の一面の反対側の他面に第１信号線２３１と抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａとが互いに離間して形成されている。抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａは、第１基板２０１に形成された抵抗体用スルーホール２５１を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。第１信号線２３１は、第１基板２０１に形成された第１信号線用スルーホール２５２を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。

【0075】

第２基板２０２は、両面に導体パターン（導体層）が形成された両面基板（２層基板）である。第２基板２０２は、一面に第２電極２１２が形成されており、第２基板２０２の一面の反対側の他面に抵抗体２２１用の導体パターン２２１ｂと第２信号線２３２とが互いに離間して形成されている。抵抗体２２１用の導体パターン２２１ｂは、第２基板２０２に形成された抵抗体用スルーホール２５３を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。第２信号線２３２は、第２基板２０２に形成された第２信号線用スルーホール２５４を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。

【0076】

そして、第１基板２０１と第２基板２０２は、第１基板２０１に形成された抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａと第２基板２０２に形成された抵抗体用の導体パターン２２１ｂとが対向した状態で重なっており、加圧によって２つの抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａ、２２１ｂ同士が接合されている。本実施形態では、接合された２つの抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａ、２２１ｂによって、１つの抵抗体２２１が構成されている。なお、第１信号線２３１と第２基板２０２との間や、第２信号線２３２と第１基板２０１との間には、空間が形成されている。

【0077】

このように、本実施形態では、２枚の両面基板２０１、２０２を重ね合わせるとともに、２つの抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａ、２２１ｂ同士を接合することで、擬似的に導体層を３層有する３層基板としている。これにより、本実施形態によれば、第１実施形態のように、両面基板と片面基板を接着層で接着することで測定板を製造する場合と比較して、接着層を省略でき、測定板の製造方法を簡略化できる。

【0078】

なお、本実施形態の第１、第２基板２０１、２０２は、第１実施形態と同様に、ガラスエポキシ基板等のリジッド基板であるが、第１、第２基板２０１、２０２として、フレキシブル基板を使用してもよい。

【0079】

（第４実施形態）
本実施形態は、第３実施形態の電流測定部２ａの構造の一部を変更したものであり、以下では、変更点を説明する。

【0080】

図８に示すように、本実施形態では、第１基板２０１の他面（図８では下面）に第１信号線２３１用の導体パターン２３１ａが形成されている。この第１信号線２３１用の導体パターン２３１ａは、第１基板２０１に形成された第１信号線用スルーホール２５２を介して、第１電極２１１と電気的に接続されている。

【0081】

また、第２基板２０２の他面（図８では上面）に第２信号線２３２用の導体パターン２３２ｂが形成されている。この第２信号線２３２用の導体パターン２３２ｂは、第２基板２０２に形成された第２信号線用スルーホール２５４を介して、第２電極２１２と電気的に接続されている。

【0082】

そして、第１基板２０１と第２基板２０２を、抵抗体２２１用の導体パターン２２１ａ、２２１ｂ同士が対向するように重ね合わせたときに、第２基板２０２の他面のうち第１信号線２３１用の導体パターン２３１ａと対向する領域に、第１信号線２３１用の導体パターン２３１ｂが形成されている。また、第１基板２０１の他面のうち第２信号線２３２用の導体パターン２３２ｂと対向する領域に、第２信号線２３２用の導体パターン２３２ａが形成されている。

【0083】

２つの第１信号線２３１用の導体パターン２３１ａ、２３１ｂは加圧によって接合されており、接合された２つの導体パターン２３１ａ、２３１ｂによって第１信号線２３１が構成されている。同様に、２つの第２信号線２３２用の導体パターン２３２ａ、２３２ｂは加圧によって接合されており、接合された２つの導体パターン２３２ａ、２３２ｂによって第２信号線２３２が構成されている。

【0084】

さらに、第１基板２０１の他面のうち第１、第２信号線用の導体パターン２３１ａ、２３２ａや抵抗体用の導体パターン２２１ａが形成されていない領域に、第１、第２信号線２３１、２３２や抵抗体２２１と電気的に独立した厚さ調整用の導体パターン２４１ａが形成されている。同様に、第２基板２０２のうち第１、第２信号線用の導体パターン２３１ｂ、２３２ｂや抵抗体用の導体パターン２２１ｂが形成されていない領域であって、第１基板２０１の厚さ調整用の導体パターン２４１ａと対向する領域に、第１、第２信号線２３１、２３２や抵抗体２２１と電気的に独立した厚さ調整用の導体パターン２４１ｂが形成されている。厚さ調整用の導体パターン２４１ａ、２４１ｂは、第１、第２電極２１１、２１２の表面を平面に保つために、測定板２の厚さを調整する調整部材である。

【0085】

ところで、第３実施形態のように、２枚の両面基板２０１、２０２を重ね合わせたときに、内側に存在する導体層の積層数が異なったり、導体層が存在しない領域があったりすると、外側に存在する第１、第２電極２１１、２１２の表面に凹凸が生じてしまう。

【0086】

これに対して、本実施形態では、抵抗体２２１と同様に、第１、第２信号線２３１、２３２を、２層の導体層で構成している。さらに、第１、第２基板２０１、２０２を重ね合わせたときに内側となる第１、第２基板２０１、２０２の他面に、抵抗体２２１と同様に、２層の導体層で構成された厚さ調整用の導体パターン２４１ａ、２４１ｂを形成している。

【0087】

これにより、電流測定部２ａにおける第１、第２電極２１１、２１２に垂直な方向での厚さを均一にでき、第１、第２電極２１１、２１２の表面に生じる凹凸を減らすことができる。このため、測定板２を隣り合うセル１０ａの間に挟みこんだときに、第１、第２電極２１１、２１２におけるセル１０ａとの接触面積を大きくでき、精度よく電流を測定することができる。

【0088】

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、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。

【0089】

（１）上記各実施形態では、第１、第２信号線２３１、２３２と第１、第２電極２１１、２１２とを接続する接続部材（配線）として、スルーホール２５２、２５４内の導体層２５２ａ、２５４ａを採用したが、他の層間接続部材を採用してもよい。また、第１、第２信号線２３１、２３２と第１、第２電極２１１、２１２とを接続する接続部材は、スルーホール２５２、２５４内の導体層２５２ａ、２５４ａと多層基板内部の導体パターンとによって構成されていてもよい。

【0090】

（２）上記各実施形態では、複数の電流測定部２ａが、測定板２の面方向にマトリックス状に配置されていたが、他の配置であってもよい。例えば、セル１０ａの面内における空気入口部付近や水素入口部付近等の特定の領域に対応させて、測定板２の一部分のみに１つもしくは複数の電流測定部２ａを配置してもよい。

【0091】

（３）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。

【符号の説明】

【0092】

１ 電流測定装置
２ 測定板（板状部材）
２１１ 第１電極
２１２ 第２電極
２２１ 抵抗体
２３１ 第１信号線
２３２ 第２信号線
２５１ａ 抵抗体用スルーホールの導体層（抵抗用の第１接続部材）
２５２ａ 第１信号線用スルーホールの導体層（信号線用の第１接続部材）
２５３ａ 抵抗体用スルーホールの導体層（抵抗用の第２接続部材）
２５４ａ 第２信号線用スルーホールの導体層（信号線用の第２接続部材）
３ 電流検出回路（電流検出手段）
４ 電圧センサ（電流検出手段）
１０ 燃料電池
１０ａ セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】