DE102005057091A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Spannungsmessung - Google Patents

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsmessung misst die Ausgangsspannung (Vc) zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a), die an einem der Messung unterliegenden Objekt (FC) vorgesehen sind. Die Vorrichtung zur Spannungsmessung enthält: einen ersten Verbindungsanschluss (3), der mit einem (24a) des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen zweiten Verbindungsanschluss (4), der mit dem anderen (25a) des zumindest einen Paars der Erfassungsanschlüsse verbunden ist; einen Kondensator (C), der zwischen dem ersten Verbindungsanschluss (3) und dem zweiten Verbindungsanschluss (4) angeschlossen ist; ein Spannungserfassungsmittel (40) zum Messen der Spannung des Kondensators (C) und ein Vorlademittel (30A, 30B) zum Vorladen des Kondensators (C) mit einer vorbestimmten Spannung (V1) außerhalb der Spannung Vc), die das der Messung unterliegende Objekt (FC) an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) ausgeben kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spannungsmessung, etwa zur Überwachung der Spannung einer Stromquelle.
  • Ein in einem Brennstoffzellenfahrzeug angebrachter Brennstoffzellenstapel ist ein Stapel einer großen Anzahl von Zellen, z.B. gebildet durch eine Festpolymerelektrolytmembrane, die zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angeordnet ist, die wiederum zwischen einem Paar von Separatoren aufgenommen sind. Diese Art von Brennstoffzellenstapel hat einen Spannungsmonitor zum Überwachen der Spannung jeder Zelle, um eine Fehlfunktion der Zelle so früh wie möglich zu erfassen. Z.B. ist in einem Brennstoffzellenstapel gemäß der JP-11-339828A (Absatz 0009) an jedem Separator jeder Zelle ein Erfassungsanschluss vorgesehen, und eine Mehrzahl von Verbindungsanschlüssen sind an einem Stecker vorgesehen und mit diesen Erfassungsanschlüssen verbunden, sodass die Spannung überwacht werden kann.
  • Unterdessen sind in einem Brennstoffzellenstapel eine große Anzahl von Zellen seriell verbunden, um eine hohe Spannung zu erhalten, da die Zellenspannung jeder Zelle mit etwa 1 V (Volt) niedrig ist. Wenn daher in einer der Zellen eine Fehlfunktion auftritt, wodurch die elektromotorische Kraft reduziert wird, kann sich die Fehlfunktion der Zelle auf andere normale Zellen ausbreiten, wodurch die gesamte von dem Brennstoffzellenstapel erhaltene Stromversorgung absinkt. Daher ist es erforderlich, die Zellenspannung jeder Zelle korrekt zu messen.
  • Allgemein kann in einem Brennstoffzellenstapel 0 Volt als Zellenspannung anliegen, wenn kein Strom erzeugt wird, selbst wenn keine Fehlfunktion auftritt. Daher besteht ein Problem darin, dass es unmöglich ist, zu bestimmen, ob die erfasste Ausgangsspannung eine tatsächliche Zellenspannung ist oder durch einen fehlerhaften elektrischen Durchgang zwischen den Erfassungsanschlüssen und den Verbindungsanschlüssen eines Steckers hervorgerufen wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spannungsmessung anzugeben, um die Zuverlässigkeit der Spannungsüberwachung zu verbessern, indem exakt bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung von einem der Messung unterliegenden Objekt ausgegeben wird, oder durch einen fehlerhaften elektrischen Durchgang hervorgerufen wird, um das obige Problem zu lösen.
  • Eine Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung misst die Ausgangsspannung zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen, die einem der Messung unterliegenden Objekt vorgesehen sind. Die Vorrichtung zur Spannungsmessung enthält: einen ersten Verbindungsanschluss, der mit einem des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen zweiten Verbindungsanschluss, der mit dem anderen des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen Kondensator, der zwischen dem ersten Verbindungsanschluss und dem zweiten Verbindungsanschluss angeschlossen ist; ein Spannungserfassungsmittel zum Messen der Spannung des Kondensators; und ein Vorlademittel zum Vorladen des Kondensators mit einer vorbestimmten Spannung außerhalb der Spannung, die das der Messung unterliegende Objekt an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen ausgeben kann.
  • Mit der Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich bestimmen, dass die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen nicht normal elektrisch verbunden sind, wenn die von dem Spannungserfassungsmittel erfasste Spannung des Kondensators gleich der durch das Vorlademittel vorgeladenen Spannung ist, und dass die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen normal elektrisch verbunden sind, wenn sich die erfasste Spannung von der vom Vorlademittel vorgeladenen Spannung unterscheidet. Darüber hinaus lässt sich auch bestimmen, dass die erfasste Spannung eine Ausgangsspannung vom der Messung unterliegenden Objekt ist, wenn die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen normal elektrisch verbunden sind.
  • Es ist bevorzugt, dass die vorbestimmte Spannung in Bezug auf die Ausgangsspannung vom der Messung unterliegenden Objekt negativ ist. Durch das Laden des Kondensators mit einer Spannung, die in Bezug auf die Ausgangsspannung vom der Messung unterliegenden Objekt negativ ist, lässt es sich verhindern, dass das der Messung unterliegende Objekt altert, da der Strom nicht in einer Richtung zum Laden des der Messung unterliegenden Objekts fließt, wenn die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen normal elektrisch verbunden sind.
  • Z.B. ist das der Messung unterliegende Objekt ein Brennstoffzellenstapel, der aus einem Stapel mehrerer Stromerzeugungszellen besteht. Die vorliegende Erfindung ist besonders effizient bei der Überwachung der Ausgangsspannung von einem Objekt, wie etwa einem Brennstoffzellenstapel, das eine große Anzahl von Anschlüssen hat und 0 V ausgeben kann.
  • Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Spannungsmessung der vorliegenden Erfindung ein solches Verfahren zur Spannungsmessung, das die Ausgangsspannung zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen misst, die an einem der Messung unterliegenden Objekt vorgesehen sind. Das Verfahren zur Spannungsmessung enthält die Schritte: Vorladen eines Kondensators mit einer vorbestimmten Spannung außerhalb der Spannung, die das der Messung unterliegende Objekt an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen ausgeben kann; und Verbinden des Kondensators mit dem zumindest einen Paar von Erfassungsanschlüssen, um die Spannung des Kondensators zu messen und die Ausgangsspannung zwischen dem zumindest einen Paar von Erfassungsanschlüssen zu erhalten.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Spannungsmessung lässt sich bestimmen, dass die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen nicht normal elektrisch verbunden sind, wenn die erfasste Spannung gleich einer Vorladespannung ist, und dass die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen normal elektrisch verbunden sind, wenn sich die erfasste Spannung von der Vorladespannung unterscheidet. Darüber hinaus lässt sich auch bestimmen, dass die erfasste Spannung die Ausgangsspannung vom der Messung unterliegenden Objekt ist, wenn die Erfassungsanschlüsse mit den Verbindungsanschlüssen normal elektrisch verbunden sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Explosionsperspektivansicht eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels, bevor eine Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß der vorliegenden Ausführung angebracht ist;
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang Linie II-II von 1;
  • 3 ist ein Schaltplan, der eine Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß einer ersten Ausführung zeigt;
  • 4 ist ein Zeitdiagramm der Änderung der Ausgangsspannung in Bezug auf den Schaltbetrieb jedes Schalters in der ersten Ausführung;
  • 5A5E sind Schaltpläne, die Zustände jeder Periode A–D in 4 zeigen;
  • 6 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß einer zweiten Ausführung;
  • 7 ist ein Zeitdiagramm der Änderung der Ausgangsspannung in Bezug auf den Schaltbetrieb jedes Schalters in der zweiten Ausführung;
  • 8 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß einer dritten Ausführung.
  • ERSTE AUSFÜHRUNG
  • Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, wo eine Vorrichtung zur Spannungsmessung 1 gemäß der vorliegenden Ausführung in einem Brennstoffzellenstapel FC (der Messung unterliegendes Objekt) angebracht ist. Hierbei stellen 3 und 5 jeweils einen Schaltplan zur Erfassung der Ausgangsspannung von einer Zelle (Stromerzeugungszelle) 20 dar.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält eine Vorrichtung zur Spannungsmessung 1 1A, einen Stecker 2, der eine Mehrzahl von Verbindungsanschlüssen 3 und 4 aufweist. Die Verbindungsanschlüsse 3 und 4 sind in einer Y-Richtung gestaffelt und in der X-Richtung in zwei Reihen angeordnet. Zusätzlich ist ein Schaltungssubstrat 10 in den Stecker 2 integriert und eingebaut. Ein Abdeckelement 5 ist an der Oberseite des Steckers 2 vorgesehen, um die Verbindungsanschlüsse 3, 4 und das Substrat 10 insgesamt abzudecken. Der Stecker 2 ist an einem Kasten B, der den Brennstoffzellenstapel FC enthält, zusammen mit dem Abdeckelement 5 durch Schrauben 6, 6 und 6 befestigt. Darüber hinaus ist ein Kabelbaum H mit dem Stecker 2 verbunden und die Verbindungsanschlüsse 3 und 4 und das Schaltungssubstrat 10 sind mit einem später beschriebenen Controller (Steuermittel) 50 durch den Kabelbaum H verbunden.
  • Wie in 2 gezeigt, ist der Brennstoffzellenstapel FC ein Stapel einer großen Anzahl von Zellen, deren jede (einzelne Zelle 20) aus einem Paar von leitfähigen Separatoren 24 und 25 gebildet ist, die eine Kathodenelektrode 22, die an einer Seite einer Festpolyelektrolytmembrane 21 vorgesehen ist, und eine Anodenelektrode 23, die an der anderen Seite vorgesehen ist, zwischen sich aufnehmen. In dem Brennstoffzellenstapel FC beträgt die Zellenspannung (elektromotorische Kraft) jeder Zelle 20 etwa 1 V (Volt) und eine große Anzahl der Zellen 20 ist seriell verbunden, um eine hohe Spannung (hohe Energie) zu erhalten. Jeweils an den Oberenden der Separatoren 24 und 25 sind Erfassungsanschlüsse 24a und 25a vorgesehen, und die Oberenden der Erfassungsanschlüsse 24a und 25a stehen von dem Kasten B nach oben vor. Der Stecker 2 ist an einem vorbestimmten Bereich an dem Kasten B befestigt, sodass jeder der Erfassungsanschlüsse 24a mit einem entsprechenden Verbindungsanschluss (ersten Verbindungsanschluss) 3 verbunden ist und jeder der Erfassungsanschlüsse 25a mit einem entsprechenden Verbindungsanschluss (zweiten Verbindungsanschluss) 4 verbunden ist.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält die Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A gemäß der ersten Ausführung einen Kondensator C, der zwischen einem Verbindungsanschluss 3 und einem Verbindungsanschluss 4 angeordnet ist, ein Vorlademittel 30A, ein Voltmeter (Spannungserfassungsmittel) 40 zum Messen der Spannung zwischen den beiden Enden des Kondensators C sowie einen Controller 50.
  • Das Vorlademittel 30A enthält eine Ladestromquelle 31a und einen ersten Schalter (erstes Schaltmittel) SW1. Eine positive Elektrode am einen Ende der Ladestromquelle 31a ist mit Masse G1 verbunden, und eine negative Elektrode am anderen Ende der Ladestromquelle 31a ist durch den ersten Schalter SW1 mit dem Kondensator C verbunden. Der erste Schalter SW1 ist ein Schalter zum Verbinden oder Trennen der Ladestromquelle 31A mit oder von dem Kondensator C.
  • Zusätzlich sind ein zweiter Schalter (zweites Schaltmittel) SW2 und ein Widerstand R mit einem vorbestimmten Widerstandswert in Serie zwischen dem Verbindungsanschluss 3 und dem Kondensator C geschaltet. In der vorliegenden Ausführung ist der zweite Schalter SW2 mit dem Verbindungsanschluss 3 verbunden, und der Widerstand R ist mit dem Kondensator C verbunden. Darüber hinaus ist Masse G2 zwischen dem Verbindungsanschluss 4 und dem Kondensator C angeschlossen. Der zweite Schalter SW2 ist ein Schalter zum Verbinden oder Trennen des Verbindungsanschlusses 3 mit oder von dem Widerstand R. Das einfache Verbinden jeweils der Erfassungsanschlüsse 21a und 25a, die an dem Brennstoffzellenstapel FC vorgesehen sind, mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4, die an der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A vorgesehen sind, ergibt daher keine elektrische Verbindung, solange nicht der zweite Schalter SW2 EINgeschaltet ist.
  • Der Controller 50 kann den Ein/Ausbetrieb jeweils des ersten Schalters SW1 und des zweiten Schalters SW2 auf der Basis vorbestimmter Steuersignale und erhaltener Werte der mit dem Voltmeter 40 gemessenen Spannung steuern.
  • In der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A sind z.B. der Kondensator C, der Widerstand R, der zweite Schalter SW2 und das Voltmeter 40 in das Schaltungssubstrat 10 in dem Stecker 2 eingebaut, und der Controller 50 und das Vorlademittel 30A sind mit dem Stecker 2 durch den Kabelbaum H verbunden und sind von dem Stecker 2 entfernt. In der vorliegenden Ausführung kann als Kondensator C ein Glättungskondensator verwendet werden, der herkömmlich als Filter vorgesehen wird, um Rauschen zu entfernen und die Spannung zu stabilisieren, wo die Zellenspannung des Brennstoffzellenstapels FC eingegeben wird, wie etwa in das Schaltungssubstrat 10. Dementsprechend kann die Schaltung kostengünstig aufgebaut werden, da es nicht notwendig ist, einen anderen gesonderten Kondensator bereitzustellen.
  • Nun wird der Betrieb der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A der ersten Ausführung in Bezug auf die 3 bis 5E beschrieben. Hier wird die Zellenspannung der Zelle 20 des Brennstoffzellenstapels FC als Vc bezeichnet, und die Stromquellenspannung, die an der Ladestromquelle 31a erhalten wird, wird als V0 bezeichnet (siehe 3). Ferner wird die Spannung V0 auf eine Spannung außerhalb des Bereichs der Zellenspannung Vc gelegt, die die Zelle 20 an die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a ausgeben kann. Wenn sich z.B. die Zellenspannung Vc innerhalb eines Bereichs von 0 V bis 1,3 V verändert, wird die Stromquellenspannung V0 auf eine Spannung außerhalb des Bereichs gesetzt. S1 und S2 zeigen jeweils Verbindungspunkte zwischen dem Erfassungsanschluss 24a und dem Verbindungsanschluss 3 sowie zwischen dem Erfassungsanschluss 25a und dem Verbindungsanschluss 4 in 3 und 5.
  • Zuerst werden, wie in 3 gezeigt, während der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet sind, die an dem Brennstoffzellenstapel FC vorgesehenen Erfassungsanschlüsse 24a und 25a jeweils mit den am Stecker 2 vorgesehenen Verbindungsanschlüssen 3 und 4 verbunden. Dann wird in einer Periode A in 4 und 5A der erste Schalter SW1 durch ein Steuersignal von dem Controller 50 EINgeschaltet. Wie in 5A gezeigt, startet dementsprechend das Laden des Kondensators C, sodass eine der Elektrodenplatten c1 (siehe 3) des Kondensators C an einer Seite der Ladestromquelle 31a negativ geladen wird und die andere Elektrodenplatte c2 (siehe 3) positiv geladen wird, und dann stoppt das Aufladen des Kondensators C, wenn die Spannung des Kondensators C –V0 wird. Hier bezeichnet das Minusvorzeichen für die Spannung –V0, dass die Spannung –V0 in Bezug auf die Zellenspannung Vc der Zelle 20 negativ ist.
  • Somit bleibt, wie in der Periode B in 4 und 5B gezeigt, der Kondensator C mit der Spannung –V0 geladen, wenn der erste Schalter SW1 AUSgeschaltet wird.
  • Danach wird, wie in der Periode C in 4 und 5C gezeigt, der zweite Schalter SW2 EINgeschaltet. Hierbei ändert sich, wie in (c) in 4 gezeigt, die Spannung –V0 des Kondensators C zur Zellenspannung Vc des Brennstoffzellenstapels FC, wenn die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 normal elektrisch verbunden sind. Wie hier in 5C gezeigt, wird, wenn die Elektrodenplatten c1 und c2 (siehe 3) des Kondensators C jeweils positiv bzw. negativ geladen sind, der Kondensator C mit der Spannung Vc geladen. Der Controller 50 (siehe 3) bestimmt, dass die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 an den Verbindungspunkten S1 und S2 normal elektrisch verbunden sind, wenn sich die Spannung des Kondensators C von der Vorladespannung –V0 zur Zellenspannung Vc ändert. Zusätzlich wird in diesem Fall die erfasste Spannung als die Zellenspannung Vc bestimmt. Dann wird, wie in der Periode D in 4 und 5E gezeigt, der zweite Schalter SW2 AUSgeschaltet, und der Prozess endet.
  • Wenn ferner, wie in der Periode C in 4 und 5D gezeigt, der zweite Schalter SW1 EINgeschaltet wird, bleibt die Spannung des Kondensators C –V0, wie in (d) in 4 gezeigt, wenn die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit dem Stecker 2 an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils nicht normal elektrisch verbunden sind. Der Controller 50 bestimmt, dass die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils nicht normal elektrisch verbunden sind, wenn die Spannung des Kondensators C die vorgeladene Spannung –V0 bleibt.
  • Dementsprechend lässt sich in der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A in der ersten Ausführung leicht bestimmen, ob die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 des Steckers 2 normal elektrisch verbunden sind, indem die Spannung des Kondensators C überwacht wird. Obwohl darüber hinaus die Zellenspannung 0 Volt wird, wenn keine externe Last, wie etwa ein Antriebsmotor, eine Stromerzeugung erfordert, und daher in dem Brennstoffzellenstapel FC kein Strom erzeugt wird, lässt es sich auch leicht bestimmen, ob die Ausgangsspannung die Zellenspannung Vc des Brennstoffzellenstapels FC ist oder durch eine abnormale elektrische Verbindung an den Verbindungspunkten S1 und S2 hervorgerufen wird, selbst wenn 0 Volt ausgegeben werden.
  • Ferner ist es, wie oben beschrieben, möglich, die Belastung der Brennstoffzellenstapels FC zu reduzieren, um eine Alterung des Brennstoffzellenstapels FC zu verhindern, da der Kondensator C mit einer Spannung geladen wird, die in Bezug auf die Zellenspannung Vc negativ ist, sodass der Brennstoffzellenstapel FC in Richtung zum Laden des Kondensators C arbeitet.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNG
  • 6 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß einer zweiten Ausführung, und 7 ist ein Zeitdiagramm der Änderung der Ausgangsspannung in Bezug auf den Schaltbetrieb jedes Schalters. In der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1B gemäß der zweiten Ausführung ersetzt eine Ladestromquelle 31b, die Stromquellenspannung V1 hat, die Ladestromquelle 31a in der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A und ist mit umgekehrten Polen angeordnet. Hier ist die Spannung V1 auf einen Wert gesetzt, die sich von einem möglichen Wert der Zellenspannung Vc unterscheidet. Wenn z.B. die Zellenspannung Vc von 0 V bis 1,3 V beträgt, wie oben beschrieben, kann die Spannung V1 auf 1,5 V oder 2,0 V gelegt werden, was höher ist als 1,3 V. Das Setzen der Spannung V1 auf einen Wert in der Nähe der Obergrenze der Zellenspannung Vc macht es möglich, einen nutzlosen Energieverbrauch beim Laden des Kondensators zu reduzieren.
  • Während in der zweiten Ausführung ein erster Schalter SW1 und ein zweiter Schalter SW2 AUSgeschaltet sind, sind die an einer Brennstoffzelle FC vorgesehenen Erfassungsanschlüsse 24a und 25a jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 verbunden. Dann wird, wie in der Periode A in 7 gezeigt, der erste Schalter SW1 EINgeschaltet, und der Kondensator C wird mit der Spannung V1 geladen, und dann wird, wie in der Periode B in 7 gezeigt, der erste Schalter SW1 AUSgeschaltet. Wenn anschließend, wie in der Periode C in 7 gezeigt, der zweite Schalter SW2 EINgeschaltet wird, ändert sich die Spannung V1 des Kondensators C zur Zellenspannung Vc der Brennstoffzelle FC, wenn die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils normal elektrisch verbunden sind, wie in 7(c) gezeigt. Ferner bleibt die Spannung des Kondensators C auf V1, wenn die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils nicht normal elektrisch verbunden sind, wie in 7(d) gezeigt.
  • In der zweiten Ausführung lässt sich auch leicht bestimmen, ob die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 an den Verbindungspunkten S1 und S2 jeweils normal elektrisch verbunden sind, indem die Spannung des Kondensators C gemessen wird. Darüber hinaus ist in der zweiten Ausführung kein spezieller Spannungsprozess erforderlich, wenn der Kondensator C mit einer positiven Spannung in Bezug auf die Zellenspannung Vc geladen wird.
  • DRITTE AUSFÜHRUNG
  • 8 ist ein Schaltplan, der eine Vorrichtung zur Spannungsmessung gemäß einer dritten Ausführung zeigt. In der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1C gemäß der dritten Ausführung ist ein dritter Schalter (drittes Schaltmittel) SW3, der den Controller 50 ein- und ausschalten kann, zu der Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A gemäß der ersten Ausführung hinzugefügt. Somit kann die Vorrichtung zur Spannungsmessung 1C mit dem dritten Schalter SW3 eine isolierte Bauart haben. Darüber hinaus kann die Vorrichtung zur Spannungsmessung 1B gemäß der zweiten Ausführung ähnlich 8 auch mit einem dritten Schalter versehen sein, sodass sie eine isolierte Bauart hat.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt. Z.B. braucht der zweite Schalter SW2 nicht enthalten sein. In diesem Fall können die Erfassungsanschlüsse 24a und 25a jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 3 und 4 verbunden werden, nachdem das Vorlademittel 30A oder 30B den Kondensator C jeweils mit der Spannung –V0 oder V1 vorgeladen hat, die sich von der Zellenausgangsspannung Vc unterscheidet. In diesem Fall ändert sich, ähnlich den oben beschriebenen Fällen, die Spannung des Kondensators C zur Zellenspannung Vc, wenn die Verbindungspunkte S1 und S2 normal sind, und die Spannung des Kondensators C bleibt unverändert –V0 oder V1, wenn die Verbindungspunkte S1 und S2 nicht normal sind.
  • In den oben beschriebenen Ausführungen ist nur der Zustand der Punkte S1 und S2 diskutiert worden, wobei man aber auch sicher erfassen kann, ob ein fehlerhafter elektrischer Durchgang in der Schaltung vorliegt, indem die Spannung des Kondensators C überwacht wird, selbst wenn irgend welche anderen Punkte in der Schaltung als die Verbindungspunkte S1 und S2 elektrisch getrennt sind.
  • Z.B. kann die Vorrichtung zur Spannungsmessung 1A und 1B arbeiten, wenn der Brennstoffzellenstapel FC anfährt, oder periodisch oder kontinuierlich. Obwohl in den obigen Ausführungen Beispiele zur Spannungsmessung eines Brennstoffzellenstapels FC beschrieben worden sind, ist die Erfindung auch dazu anwendbar, die Spannung einer in einem Hybridfahrzeug vorgesehenen Batterie zu überwachen.
  • Erfindungsgemäß lässt sich bestimmen, ob die Ausgangsspannung von einem der Messung unterliegenden Objekt ausgegeben wird oder durch einen fehlerhaften elektrischen Durchgang hervorgerufen wird, um die Zuverlässigkeit der Spannungsüberwachung zu verbessern. Darüber hinaus lässt sich bestimmen, ob Erfassungsanschlüsse bei der Montage korrekt mit den Verbindungsanschlüssen verbunden sind.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsmessung misst die Ausgangsspannung Vc zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen 24a, 25a, die an einem der Messung unterliegenden Objekt FC vorgesehen sind. Die Vorrichtung zur Spannungsmessung enthält: einen ersten Verbindungsanschluss 3, der mit einem 24a des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen zweiten Verbindungsanschluss 4, der mit dem anderen 25a des zumindest einen Paars der Erfassungsanschlüsse verbunden ist; einen Kondensator C, der zwischen dem ersten Verbindungsanschluss 3 und dem zweiten Verbindungsanschluss 4 angeschlossen ist; ein Spannungserfassungsmittel 40 zum Messen der Spannung des Kondensators C; und ein Vorlademittel 30A, 30B zum Vorladen des Kondensators C mit einer vorbestimmten Spannung V1 außerhalb der Spannung Vc, die das der Messung unterliegende Objekt FC an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen 24a, 25a ausgeben kann.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Spannungsmessung, die eine Ausgangsspannung zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) misst, die an einem der Messung unterliegenden Objekt (FC) vorgesehen sind, umfassend: einen ersten Verbindungsanschluss (3), der mit einem (24a) des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen zweiten Verbindungsanschluss (4), der mit dem anderen (25a) des zumindest einen Paars von Erfassungsanschlüssen verbunden ist; einen Kondensator (C), der zwischen dem ersten Verbindungsanschluss (3) und dem zweiten Verbindungsanschluss (4) angeschlossen ist; ein Spannungserfassungsmittel (40) zum Messen der Spannung des Kondensators (C); und ein Vorlademittel (30A, 30B) zum Vorladen des Kondensators (C) mit einer vorbestimmten Spannung (V1) außerhalb der Spannung (Vc), die das der Messung unterliegende Objekt (FC) an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) ausgeben kann.
  2. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorlademittel (30A, B) umfasst: eine Stromquelle (31a, b) zum Laden des Kondensators (C) mit der vorbestimmten Spannung (V1); und ein erstes Schaltmittel (SW1) zum Verbinden/Trennen des Kondensators (C) mit/von der Stromquelle (31a, b).
  3. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein zweites Schaltmittel (Sw2) zum Verbinden/Trennen des Kondensators (C) mit/von dem ersten Verbindungsanschluss (3).
  4. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Steuermittel (50), welches steuert: das erste Schaltmittel (SW1) derart, dass der Kondensator (C) mit der Stromquelle (31a,b) zum Aufladen verbunden wird, bevor die Ausgangsspannung (Vc) zwischen dem zumindest einen Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) gemessen wird; und das zweite Schaltmittel (SW2) derart, dass der Kondensator (C) mit dem ersten Verbindungsanschluss (3) und dem zweiten Verbindungsanschluss (4) verbunden wird, nachdem der Kondensator (C) geladen worden ist.
  5. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (50) steuert: das zweite Schaltmittel (SW2) derart, dass der Kondensator (C) von dem ersten Verbindungsanschluss (3) getrennt wird, bevor der Kondensator (C) mit der Stromquelle (31a, b) verbunden wird; und das erste Schaltmittel (SW1) derart, dass der Kondensator (C) von der Stromquelle (31a, b) getrennt wird, bevor der Kondensator (C) mit dem ersten Verbindungsanschluss (3) und dem zweiten Verbindungsanschluss (4) verbunden wird.
  6. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein drittes Schaltmittel (SW3) zum Verbinden/Trennen des Kondensators (C) mit/von dem zweiten Verbindungsanschluss (4), worin das Steuermittel (50) das dritte Schaltmittel (SW3) steuert.
  7. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Spannung (V1) in Bezug auf die Ausgangsspannung (Vc) von dem der Messung unterliegenden Objekt (FC) negativ ist.
  8. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der Messung unterliegende Objekt ein Brennstoffzellenstapel (FC) ist, der aus einem Stapel einer Mehrzahl von Stromerzeugungszellen (20) besteht.
  9. Vorrichtung zur Spannungsmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (C) ein Glättungskondensator (C) ist.
  10. Verfahren zur Spannungsmessung, das die Ausgangsspannung (Vc) zwischen zumindest einem Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) misst, die an einem der Messung unterliegenden Objekt (FC) vorgesehen sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorladen eines Kondensators (C) mit einer vorbestimmten Spannung (V1) außerhalb der Spannung (Vc), die das der Messung unterliegende Objekt (FC) an das zumindest eine Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) ausgeben kann; und Verbinden des Kondensators (C) mit dem zumindest einen Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a), um die Spannung des Kondensators (C) zu messen und die Ausgangsspannung (Vc) zwischen dem zumindest einen Paar von Erfassungsanschlüssen (24a, 25a) zu erhalten.
  11. Verfahren zur Spannungsmessung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Spannung (V1) in Bezug auf die Ausgangsspannung (Vc) von dem der Messung unterliegenden Objekt (FC) negativ ist.
  12. Verfahren zur Spannungsmessung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das der Messung unterliegende Objekt ein Brennstoffzellenstapel (FC) ist, der aus einem Stapel einer Mehrzahl von Stromerzeugungszellen (20) besteht.
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