JP2002518682A

JP2002518682A - 電圧測定装置

Info

Publication number: JP2002518682A
Application number: JP2000555106A
Authority: JP
Inventors: アインハルト，ヨハン; ゾンターク，アントン; ゾンターク，ヨゼフ
Original assignee: イクスツェルシスアーゲー
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2002-06-25
Also published as: EP1088241B1; CA2334951A1; EP1088241A1; DE59901950D1; CA2334951C; US6531876B1; WO1999066339A1; DE19827045A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、タップをつけて電圧を取り出すための接触手段（２）と接触手段に接続される評価ユニット（１０）とを有する、２つより多い同一の電圧源ユニット（６）における電圧測定装置に関するものであり、この場合、少なくともいくつかの接触手段（２）は接触ユニット（１）内で物理的に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、独立請求項の前提節による、２つより多い同一の電圧源ユニットに
おける電圧測定装置に関する。

【０００２】この一般型の電圧源ユニットは、例えば１つの基本蓄電池、またはできればい
くつかの基本蓄電池から、さもなければ１つの基本燃料電池、またはできればい
くつかの基本燃料電池から構成される。

【０００３】そのような電圧測定装置の１つの好ましい応用分野が、特にＨ_２／Ｏ_２燃料電
池を備える燃料電池システムであり、通常この燃料電池は約０．５〜１．０Ｖの
セル電圧を供給する。より高い電圧、したがってより大きい電力レベルを実現す
るために、個々の燃料電池は直列に接続されてスタックを形成する。燃料電池が
動作している場合には、燃料電池は効果的に動作し、燃料電池スタックから供給
される電力が個々の燃料電池が負のセル電圧によって許されないまたは危険な動
作状態を呈することを強制せず、しかしセル電圧は負荷状態に依存してある帯域
幅内に維持されることを確実にすることが必要である。さらに、Ｈ_２／Ｏ_２分離
ユニットにおいて、燃料電池の故障につながる恐れがある欠陥を検出できること
が望ましい。

【０００４】ＤＥ−Ａ１４３３８１７８は、燃料電池スタックが直列に接続された少
なくとも２つの列が並列に接続されて、各列は同数のスタックを有する装置を開
示している。この装置では、列はブリッジ回路のアームに分かれて、タップをつ
けて引き出されたアーム間の電圧、またはタップをつけて引き出された電流を評
価する少なくとも１つの評価装置に接続される。

【０００５】ＤＥ−Ｃ２１９５２３２６０は、２つより多い同一の電圧源ユニットを
モニタリングする方法を開示しており、ここでは接触チップがブロックを形成す
るために結合される燃料電池スタックの炭素接点に押し付けられる。しかし、ス
タックとの接触は振動に影響されやすく、本質的に静止測定だけが可能であり動
作状態では連続測定が不可能なので、特に自動車両で使用するのには適していな
い。

【０００６】本発明の目的は、２つより多い同一の電圧源ユニットにおける電圧測定装置を
規定することであり、これは装着しやすく、永続的電圧モニタリングおよび柔軟
な取扱いならびに異なる大きさの燃料電池スタックへの簡単かつ経済的な整合を
可能にし、そしてこれは特に自動車両のような移動システムならびに静止システ
ムで使用するのに適している。

【０００７】上記目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらに進んだ有利な改善
点は、その後の請求項および本説明で見出され得る。

【０００８】２つより多い同一の電圧源ユニットにおける電圧測定に関する本発明による装
置は、タップをつけて電圧を引き出す接触手段と、接触手段に接続される評価ユ
ニットとを備え、この場合に、少なくともいくつかの接触手段が接触ユニットに
おいて物理的に結合される。

【０００９】接触ユニットはホルダ、導電性接触手段、および電気的接続手段、特に、評価
ユニット用または評価ユニットと接触ユニットの間に接続される中間ユニット用
のピン型プラグ・コネクタを有することが好ましい。

【００１０】接触する電圧源ユニットから取り外され得る電気的ばね接点を有することが接
触ユニットの接触手段にとって特に好ましい。

【００１１】１つの有利な装置において、接触ユニットは平板の形状であり、この上にばね
接点がお互いにほぼ平行に配置されて板の長手方向軸から本質的に直角に延びて
、この場合にばね接点はそれぞれの関連する電気的接触面に一端で各々固く電気
的に接続されて、それらの自由端が少なくとも長手軸方向に動くことができる。
この場合に、少なくともいくつかの場所において耐食性金属面を有することは接
触手段にとって特に好都合である。接触手段のための保持面が電圧源ユニットの
表面にタップをつけて電圧を引き出すために設けられることが有利である。

【００１２】１つの好ましい装置において、接触ユニットは、その長手軸方向に動かすこと
ができるようにホルダ・モジュール内に配置される。いくつかの接触ユニットを
ホルダ・モジュール内にそれらの長手軸方向に並んで配置することが有利であり
、そのため接触手段は櫛のように外側に向いている。

【００１３】接触ユニットは、それが筐体の長手方向の範囲に平行な、または電圧源ユニッ
トの積み重ね方向に平行な案内レールに沿って動かされ得るような方法で、ホル
ダ・モジュールの案内レール内に直角に延びることが好都合である。

【００１４】評価ユニットは筐体内に配置されることが有利である。評価ユニットは中央制
御装置であることが有利である。さらに有利な改善点は、評価ユニットが測定デ
ータをアドレス指定および／または前処理するユニットを有することである。測
定データをアドレス指定および／または前処理する中間ユニットが接触ユニット
と評価ユニットの間に接続されることが特に有利である。

【００１５】１つの特に好都合な改善点は、各ケース内の接触ユニットが、少なくとも間接
的にリボン・ケーブルによって、評価ユニット、または接触ユニットと評価ユニ
ットの間に接続される中間ユニットに電気的に接続されることである。

【００１６】１つの特に好ましい改善点において、各接触ユニットに中間ユニットのセグメ
ントが割り当てられる。それは、セグメントに加えて中間ユニットが少なくとも
１つのデータ・バス・インタフェースおよび／またはマイクロコントローラ・カ
ードを有するベース・ユニットを有するならば有利である。中間ユニットは少な
くともＣＡＮバス用接続手段を有することが有利である。

【００１７】セグメントはマルチプレクサ・ユニットおよびこのセグメントに割り当てられ
た電気的接続手段を有し、この接続手段に１つまたは複数の接触ユニットが接続
され得ることが好ましい。

【００１８】１つの特に好ましい開発において、接触ユニットは中間ユニットの長手軸に沿
って等間隔に配列される。電気的接続手段は中間ユニットの長手軸に沿って等間
隔に配列されることが好ましい。さらに、マルチプレクサ・ユニットの領域が中
間ユニットの長手軸に沿って等間隔に配列されることが好ましい。さらに、マル
チプレクサ・ユニットおよび接続手段を備えるセグメントが中間ユニットの長手
軸に沿って等間隔に配列されることが好ましい。

【００１９】少なくともセグメント、接続手段、および接触ユニットの長手方向の範囲が中
間ユニットの長手軸に沿って互い違いに配置されることが特に好ましい。この場
合に、接触ユニットの長手方向の範囲は第１の長さＬ１、マルチプレクサ・ユニ
ットＭの領域の長手方向の範囲は第２の長さＬＭ、接続手段の長手方向の範囲は
第３の長さＬ４、そしてセグメントの長手方向の範囲は第４の長さＬ１２であり
、ここでＬ１＞Ｌ１２＞Ｌ４＞ＬＭである。

【００２０】有利なことに、少なくともセグメント、接続手段、および接触ユニットの長手
方向の範囲は中間ユニットの長手軸に沿って互い違いに配置されて、電圧源ユニ
ットの現在のスタック長さまで短くされた場合にセグメント、接続手段、および
接触ユニットの機能が維持されるように、電圧源ユニットの積み重ね方向に対し
て偏位して配列される。

【００２１】１つの有利な実施形態において、ホルダ・モジュールは筐体に取り付けられ得
る。さらに有利な実施形態において、ホルダ・モジュールは電圧源ユニットに取
り付けられ得る。

【００２２】中間ユニットおよび／または筐体の長さの変化を補償する手段を備える筐体内
の中間ユニットの取付け手段を提供することが好都合である。

【００２３】１つの本発明の特に有利な改善点において、接触ユニットは少なくとも１つの
電圧源ユニットに対する低インピーダンス・ブリッジを形成する放電モジュール
に接続される。したがって、電圧源ユニット内のユニットを別々にゆっくり放電
すること、またはスタック内のいくつかのそのようなユニットを放電すること、
そして例えばメンテナンスのためにそれらを安全に取り外すことが可能である。
放電モジュールが電子データ処理デバイスの接続手段を備えて、特に、ソフトウ
ェアによって制御され得ることが特に有利である。

【００２４】電圧源ユニットは燃料電池であることが好ましい。

【００２５】接続手段のための保持面が燃料電池の表面にタップをつけて電圧を引き出すた
めに設けられることが特に好ましい。これはばね接点との接触を、特に衝撃およ
び／または振動に対して強固にしかつ信頼性を高める。

【００２６】本発明による装置のモジュールの構成によって、本装置は非常に柔軟に使用さ
れて経済的になり得る。

【００２７】これらの特徴は、それらが本発明にとって重要である程度まで、以下の本文に
おいて包括的に説明されて、図を参照してより詳細に記述される。

【００２８】本発明は以下の本文において燃料電池システムを参照して説明される。しかし
、本発明により説明される装置の使用は燃料電池システムに限定されず、マルチ
セル電池システムおよび／または再充電可能電池および／またはコンデンサ・バ
ンクおよび／またはマルチチャンネル・システムのような移動ならびに静止シス
テムにおける他の電圧源システム用にも使用され得ることは自明である。車両ま
たは他の移動手段における使用が特に有利である。

【００２９】特に自動車両牽引用電力を供給することを目的としている燃料電池スタックが
、多数の直列接続された燃料電池、例えば１００〜２００個の個別セルから形成
される。

【００３０】そのモジュールの構成によって、本発明による装置は、電圧測定装置が異なる
燃料電池数に非常に容易にかつ経済的に整合されることを可能とし、接触手段の
特別の機械的柔軟性によって、各スタック型に対して新しい電圧測定装置を設計
し整合する必要なしに、異なる幅を有する燃料電池にさえも整合されることを可
能とする。

【００３１】請求項記載の接触ユニット１が図１に示される。本発明によって、接触手段２
が接触ユニット１において物理的に結合される。接触ユニット１が接触手段２、
ホルダ３、特に導体線路を有する基板、および測定電圧用のタップがつけられ得
る接続手段４を含むことが好ましい。接続手段４は、接続ケーブルが接続可能で
かつ接触手段２に電気的に接続されるプラグであることが好ましい。

【００３２】１つの好ましい接触ユニット１がマイクロコントローラ・カードであり、これ
は接触手段２として多数の電気ケーブルを有することが好ましい。この電気ケー
ブルは接触ユニット１に取り付けられて、電圧源ユニット６に電圧用のタップを
つけるのが目的である。

【００３３】１つの特に好ましい接触ユニット１が接触手段２として多数のばね接点を有し
、これは接触ユニット１において結合されることが好ましい。電圧測定用に直列
に配列されるいくつかの接触ユニット１を使用することが有利である。

【００３４】ばね接点は、第１に信頼性のある電気的接触が燃料電池スタックにおける燃料
電池に対して形成され得て、第２にその接触は燃料電池スタックから外され得る
という利点を有する。ばね接点の製造中、簡単な手段を使用して、特にばねワイ
ヤまたはばね板のゆっくりした曲げおよび折り曲げによって、ばね接触が所定の
接触圧を有することが可能であり、そのため、万一配列が振動にさらされた場合
においてさえも、接点は燃料電池との信頼性のある電気的接触を可能にする。こ
れは、車両における電圧測定装置の使用、したがって特に動作中でも燃料電池の
永続的測定を可能にするのに特に有利である。好ましいばね接点は経済的に、特
に大量に製造されることが可能である。ばね接点と燃料電池の間の接触抵抗は、
接触面積の大きさおよび接触力によって本質的に決定される。ばね力は、ばねワ
イヤが製造中に所定の長さに折り曲げられることによって実現される。本発明に
よる装置が燃料電池スタックに取り付けられる場合に、ばね接点の所望接触力が
調整され得る。

【００３５】さらなる利点は、長い測定ケーブルが必要ないので、測定電子機器と電圧タッ
プ間のインタフェース複雑性が接触手段２により小さいということである。また
、これはセル電圧測定変量に対する電磁放射障害のいかなる影響の受けやすさも
減じ、そのため本装置の電磁適合性が自動車両、または電磁放射を受けやすい他
の使用場所で使用するのに非常に適している。我々自身のＥＭＣ測定では、使用
された装置は今日の電磁適合性要求に適合していることを示した。

【００３６】好都合なことに、少なくとも接触が形成されようとしている領域において、各
ばね接点は耐食性金属被覆が施される。ばね接点は金めっきされることが好まし
い。この場合に、良いアイデアとしては、曲げ応力が被覆中にどんな微細なクラ
ックも生じないように、ばね接点は曲げられる後まで耐食性被覆を施さないこと
である。

【００３７】ばね接点は、それらが櫛のようにホルダ３から延びるようにホルダ３上に配列
されることが好ましい。この場合に、ばね接点はホルダ３の長手軸５に対して直
角に配列されて、お互いに本質的に平行に並べられている。回路カードをホルダ
３として使用することが特に有利である。導体線路の規定された格子の大きさお
よび／または接触ポイントが大きな利点をもって使用され得る、何故ならこれは
測定装置のモジュールの構成を支援するからである。

【００３８】ばね接点は２回９０度曲げられたワイヤから製造されて、特に有利な方法で回
路カードに取り付けられる。曲げられた後で、ばね接点は、一方の端が長くて他
方の端が短いＵ字形である。そのようなばねが、例えば図３ａに示される。２つ
の端はお互いに平行であり、それらの間の間隔は接触ユニット１の回路カード格
子の倍数であることが好ましい。２．５４ｍｍの従来の回路カード格子の寸法で
は、端間の間隔が５．０８ｍｍ、すなわち格子寸法の倍であることが有利である
。

【００３９】ばね接点の両端は止めに達するまで回路カードの孔に挿入されて、はんだ付け
されて、したがってばね接点の横方向の動きに対して大きい機械的強固さを、特
にはんだ付け中に実現する。接点は、それらが接触櫛のように燃料電池スタック
の表面に押し付けられ得るように平行であることが有利であり、この場合に、各
ケース内の１つのばね接点が燃料電池スタック内の１つの燃料電池と接触するこ
とが好都合である。

【００４０】本装置によって、電圧が固定基準ポイントと電圧源ユニットの間で測定される
か、または差電圧測定がそれぞれに隣接する電圧源ユニット間で行われることが
可能である。差電圧測定は欠陥のある電圧源ユニットが容易に突き止められると
いう利点を有する。

【００４１】ばね接点と燃料電池の間の接触面がワイヤの自由端のチップによって生じ、こ
れは長い端であって数ミリメートルの半径で上方に曲げられることが好都合であ
る。ばねワイヤの外側半径は、接触が形成される表面上の燃料電池とともに、接
触面積を表わす。溝を保持面として設けることは有利であり、この溝は電池燃料
の表面に加工されて、いったん押されると、不要に横方向に動かされるのに逆ら
って、ばね接点に対して安定性を与える。曲げられた自由端からより大きな間隔
で、ワイヤを数ミリメートルの半径で下方へもう一度曲げることが有利である。
このようにして生じるたわみが、接触ユニット１が燃料電池スタックに取り付け
られつつある場合に、所望接触力に後で影響を及ぼして、その後の接触力の複雑
な調整を回避する。この場合に、ばね接点の曲げ半径、曲げに対する選別、厚さ
、および長さがそれぞれの測定問題に整合され得ることは自明である。

【００４２】この場合に、ばね接点の自由端は動かされて燃料電池スタックの接触面に直角
に押し付けられ得るばかりでなく、この接触面に平行に、特に回路カード３の長
手軸５に平行に動かされ得る。これは、ばね接点が接触面７とともに弾力的に動
き得るので、動作中の燃料電池の温度に依存する厚さの変化が確実に補償され得
るという特別な利点を有する。さらに、燃料電池の接触面７に対するばね接点の
調整がまた簡略化されて、ばね接点の製造公差に対する要求のきびしさが少なく
なる。さらなる利点は、各ケース内の異なる厚さに対して新しい電圧測定装置を
設計し製造する必要なしに、同じ接触ユニットを使用して異なる厚さの燃料電池
を有する燃料電池スタックと接触することが可能であることである。

【００４３】ばね接点の弾性は、１つ以上のばね接点が、例えば同じ接触溝にはめこまれて
いる２つの隣接するばね接点によって燃料電池と接触することが可能であるとい
うことを意味する。１つの接点に何らかの損傷が生じた場合に第２の接点が機能
できるので、これは電気的接触を冗長設計で特に確実にする。

【００４４】図４は１つの有利な配置を示す。接続手段４は示されていない。ホルダ３は、
電圧源ユニットの積み重ね方向に平行に走る長手軸５に沿って接触ユニット１が
動かされ得るように取り付けられて配置される。回路カード３がホルダ・モジュ
ール８内の長手方向ガイド９の縦方向の取り付け位置に固定されることが特に有
利である。接触ユニット１は、接触手段２が燃料電池スタックの接触面７の上を
容易に動かされ得るようにホルダ・モジュール８内で動かされ得る。

【００４５】接触ユニット１はほんの少数の接触手段２、例えば１〜１０個の接触手段を有
することが特に有利である。これが特に製造公差および／または熱膨張に起因す
る燃料電池のセル幅のわずかな変化を補償することを可能にすることが有利であ
る。電圧が電圧源ユニットを有するスタックにタップをつけて引き出され得るよ
うに、いくつかのできれば同一の接触ユニット１が使用されて、これらはホルダ
・モジュール８の長手方向ガイド９に並んで差し込まれる。並んで配置される接
触ユニット１の数が電圧源ユニットのスタック内の所望数の電圧源ユニット６と
電気的に接続するために必要な数であることが好ましい。１つの好ましい実施形
態は、個々の電圧源ユニット６がそれぞれの接触手段２を備えることである。よ
り好ましい実施形態は、いくつかの電圧源ユニット６がブロックとして結合され
て、接触手段２が各ブロックに設けられることである。

【００４６】接触ユニット１は長手方向ガイド９内を動かされて、電圧源ユニット６に対し
て調整され得て、そしてホルダ・モジュール８内に固定され得る。プラスチック
・ホルダをホルダ・モジュール８として使用することが特に有利である。プラス
チック・ホルダを使用することによって、適当な空隙と沿面距離を有するデバイ
スで比較的高い電圧、特に約１０００ＶＤＣさえも測定され得るような耐電圧を
装置が有することが確実となる。特に、自動車両に適用される規格が耐電圧に対
するそのような要求によって容易に適合され得る。

【００４７】接触ユニット１は評価ユニット１０に少なくとも間接的に接続される。これは
図５に示される。この評価ユニット１０は中央制御装置であることが好ましく、
これは電子データ処理手段を有することが好ましく、電圧源ユニット６を経由し
て接触ユニット１の接触手段２によってタップをつけて引き出される測定電圧値
を評価しさらに処理できる。評価ユニット１０が測定データのアドレス指定およ
び／または前処理するユニットを有することは有利である。評価ユニット１０は
データ・バス、特にＣＡＮバスへの接続を有することが好ましい。接触ユニット
１のモジュール構成によって測定データはいかなる所望の電子装置によっても評
価され得る。

【００４８】１つの特に好ましい配置は、中間ユニット１１が評価ユニット１０と接触ユニ
ット１の間に接続されることである。この中間ユニット１１は、少なくとも接触
手段２および／または接触ユニット１をアドレス指定し、および／または測定デ
ータを評価するのが目的である。接触ユニット１と評価ユニット１０または中間
ユニット１１間の電気的接続は、リボン・ケーブル１４を経由して接触ユニット
１の接続素子４とそれぞれに接続されたユニット１１または１０の間に形成され
ることが好ましい。中間ユニット１１と評価ユニット１０の間の接続がデータ・
バスを経由して形成されることが好ましい。さらに、本発明による電圧測定装置
によって記録された測定電圧データが別の測定変量、特に、燃料電池に対する温
度の値、燃料電池に対する冷却水の温度、ガスの組成、および／またはデータ・
バスの完全性に関する情報、電圧源ユニット６との電気的接触の完全性に関する
情報、および燃料電池システムの動作に関連する他のデータ、および／または故
障およびアラーム信号のようなアナログ値で、できれば電子データ処理システム
を使用することによって、さらに処理され得る。

【００４９】この場合における電圧測定の１つの有利な方法は、２つの隣接する電圧源ユニ
ット間の電圧差を検出することである。

【００５０】中間ユニット１１は、セグメント１２に細分されるマイクロコントローラ・カ
ードであることが特に好ましい。各接触ユニット１はマイクロコントローラ・カ
ードの１つのセグメント１２に割り当てられることが特に有利である。この場合
に、セグメント１２および接触ユニット１は標準格子の大きさに幾何学的に関連
することが好都合である。データ・バス、特にＣＡＮバスに対して少なくとも１
つのリンクを設けることが有利である。マイクロコントローラ・カードは、適当
な電気的沿面距離および空隙が比較的高い電圧、できれば約１０００ＶＤＣを測
定するために、特に燃料電池車両において設けられるように設計されることが好
ましい。

【００５１】中間ユニット１１は筐体１３内に配置されることが好ましく、これはカバー部
分と底部分から構成されることが好ましい。中間ユニット１１を収容する手段が
、中間ユニット１１が筐体１３内を動けるようにして、筐体１３内に備えられる
ことが好ましい。筐体１３としてアルミニウムから構成される標準押出し材を使
用することが有利である。これはメートル売りの経済的な商品として利用できて
、その寸法がマイクロコントローラ・カードに容易に整合され得る。接続ポイン
トおよび筐体１３のどんなブッシングでも、少なくともシャワープルーフ（ｓｈ
ｏｗｅｒ−ｐｒｏｏｆ）であるように設計されることが好ましい。そのためマイ
クロコントローラ・カードは、特に本装置が車両内で動作されている場合に、全
方向からの天候の影響に確実に耐えられる。

【００５２】筐体１３は接触ユニット１および／またはホルダ・モジュール８を少なくとも
機械的に筐体１３にしっかり固定する手段を有することが好都合である。ユニッ
トが動かされ、および／またはユニットの温度に依存する長さの変化にそれぞれ
適合されることを可能とするために、調整機能を備える手段を設けることが有利
である。

【００５３】１つの好ましい実施形態において、中間ユニット１１は、同じ中間ユニット１
１にもとづいて１からＮ_ｍａｘ個の電圧源ユニット６を有するスタック・バージ
ョンを測定することが可能であるように、電圧源ユニット６の最大数Ｎ_ｍａｘお
よび／または接触ユニット１および／または接触手段２に対して設計される。マ
イクロコントローラ・カードおよび／または筐体１３は、スタック内に電圧源ユ
ニット６の数に整合するために短くされ得る。

【００５４】１つの好ましい実施形態において、スタック内のＮ_ｍａｘ＝２００までの燃料
電池からの電圧が、チャンネル当たり数ミリ秒、できればチャンネル当たり１ミ
リ秒の範囲内の期間で検出され得る。評価ユニット１０および評価ユニット用に
設けられるどんなソフトウェアも同じ最大数Ｎ_ｍａｘに対して同様に設計される
ことが好都合であり、そのため電圧測定の実際の数がそのソフトウェアによって
簡単な方法で設定され得る。マイクロコントローラ・カードの長さが、本説明に
よる装置内に物理的に結合される接触ユニット１の数に少なくとも比例すること
が好ましい。マイクロコントローラ・カードの長さ、筐体１３の長さ、および設
けられる接触ユニット１の全長がほぼ同じであり、便宜上電圧源ユニット６のス
タックの長さに対応していることが特に好ましい。これによって本装置は、電気
的絶縁が適当であれば、電圧源ユニット６上に直接取り付けられ得る。

【００５５】１つの好ましい配置において、接触ユニット１は筐体１３に少なくとも機械的
にしっかりと接続されて、そのため接触ユニット１および筐体１３は、中間ユニ
ット１１とともに、連続動作中電圧源ユニット６に隣接して配置される。評価ユ
ニット１０はこの配置から離れて配置され得る。中間ユニット１１および／また
は評価ユニット１０とともに筐体１３を電圧源ユニット６から比較的長い間隔で
配置することも可能である。それらをリボン・ケーブルによって接続することが
有利である。電圧源ユニット６は動作中永続的に測定され得る。

【００５６】個々の電圧源ユニット６または電圧源ユニット６のブロックに対して放電モジ
ュールを設けることが特に有利であり、放電モジュールは中間ユニット１１また
は評価ユニット１０内に組み込まれる。放電モジュールは、特にソフトウェアに
よって設定できて、故障の場合に、それはどんな故障電圧源ユニットも安全電圧
レベルまで放電するように作動され得る。安全電圧は予め決定されて、および／
または評価ユニット１０によってモニタリングされる。セル、またはモニタリン
グされるセル・スタックの電圧状態が先ず第１に測定されて、それから放電され
ることが好ましい。さらに、どんな故障電圧源ユニット６もメンテナンスのため
にユーザによって安全にアクセスされ得る。

【００５７】さらに好ましい配置において、接触ユニット１は、それらが電圧源ユニット６
上に少なくとも機械的に固定されるように取り付けられる。これは、電圧源ユニ
ット６の動作温度または周囲温度が高い場合に有利である。中間ユニット１１お
よび評価ユニット１０は、それらが許容できる周囲温度で離れて収容される。さ
らに、接触ユニット１への接続が必要に応じて、特にメンテナンス期間中に、中
間ユニット１１または評価ユニット１０に電気的に接続されている接続手段４に
よって形成される。評価ユニット１０によって形成されたモジュール、筐体１３
内のセグメント１２を有する中間ユニット１１、および接続手段４から接触ユニ
ット１への接続ケーブルを分散して実装するという機能が、スペース上の問題ま
たは電圧源ユニットへの取付けに関連する問題が有る場合に、特に有利である。

【００５８】さらなる利点は、接触ユニット１が電圧源ユニット６のスタックに直接取り付
けられる場合に、電圧測定デバイスは非常に小さな実装スペースしか必要としな
いということである。小スペース要求は、燃料電池を備える車両に実装するのに
特に有利である。したがって、メンテナンス作業中および／または車両の診断中
の期間だけ燃料電池の電圧モニタリングおよび状態モニタリングを実行すること
が更に可能であり、そのためかなり高価な評価電子機器を各車両に実装する必要
がなく、そのような電子機器は適切なメンテナンス設備で静止した形でだけ利用
できる。その場合、その場所における単一セットの評価電子機器は広く様々な応
用に対して十分である。１つの特に有利な改善点において、マイクロコントロー
ラ・カード１１は、電圧源ユニット６の数および電圧源ユニット６の相互接続の
種類に関する情報がマイクロコントローラに格納されるように設計される。格納
された情報は車両において外部から、できればプラグによって、バス・スキャン
を実行するために調査されることが有利である。したがって、電圧源スタックの
様々なバージョンが、例えば様々な車両バージョンで存在する場合に、電圧源ユ
ニット６の数および電圧源ユニット６の相互接続の種類は、システムを開く必要
なしに外部から識別され得る。これは特にメンテナンスすることが容易である。

【００５９】したがって、電圧源ユニットの様々なスタック・バージョンに対して標準測定
システムおよび標準ソフトウェアを使用することが可能である。標準幾何学的設
計および測定装置のアドレス指定および／または作動の標準設計にもとづいて、
異なる数の電圧源ユニット６および／または厚さが異なる電圧源ユニット６を有
する電圧源ユニット６のスタックの範囲に対して装置を設けることが可能である
ことが有利である。

【００６０】図６はモジューラ構造の電圧測定装置の特に好ましい実施形態を概略図として
示す。筐体１３が主カードを中間ユニット１１として入れて、これは、インタフ
ェース・カード上にデータ・バス接続手段を、そしてマイクロコントローラ・カ
ード上に電子的作動用素子を備えるベース・ユニット１５を有する。

【００６１】ベース・ユニット１５のサイズが主カード１１の最小サイズＬ１１を規定する
。ベース・ユニット１５は主カードの一端に配置される。その場合、各々が関連
接続手段４．１を有するマルチプレクサ・ユニットＭが、セグメント１２内にベ
ース・ユニット１５上の主カードの長手軸に沿って取り付けられる。主カードの
長手軸は電圧源ユニット６の積み重ね方向に平行である。関連接続手段４．１は
ピン型プラグであることが好ましく、これは主カード１１上に永続的に取り付け
られる。１つまたは複数の接触ユニット１からの電気ケーブル１４が、ピン型プ
ラグ４．１に差し込まれ得る。電気ケーブル１４はリボン・ケーブルであること
が好ましい。各接続された接触手段２は測定チャンネルとみなされることがある
。好ましい装置の測定精度がチャンネル当たり約±５ｍＶであり、測定速度がチ
ャンネル当たり約１ｍｓである。

【００６２】少なくとも１つのＣＡＮバス用接続手段および主カード用の１つの電源Ｕが筐
体１３に備えられる。特に、主カード１１は７〜３６Ｖの電圧で動作され得る。
電圧源ユニット６との接触を形成することによって主カード用電源を設けること
がまた可能であり、マルチプレックス・ユニットＭはこの目的のために使用され
得るのが有利であり、そのため電圧源ユニット６は不均斉に負荷されない。この
場合、接触手段２はアドレス指定されて、接触手段当たりミリ秒のサイクルで切
り換えられる。ＣＡＮバスに対する２つの接続オプションＣＡＮ１、ＣＡＮ２が
可能であることが好ましく、そのため、第１のＣＡＮバスＣＡＮ１を経由する起
動ユニット１０への接続とは別に、測定データを、特に携帯用データ処理ユニッ
トにおいて、視覚的に表示することも可能であり、これは第２のＣＡＮバスＣＡ
Ｎ２、または何か他のデータ・バスを経由して接続されることがある。

【００６３】個々のモジュールが主カードの長手軸に沿ってその範囲まで互い違いに配置さ
れるようにして、個々のユニットは標準格子サイズに整合されることが有利であ
る。ベース・ユニット１５が取り付けられる主カード１１の端が原点と呼ばれる
。最大長Ｌ１が並んで配置される接触ユニット１の列によって生成されて、この
場合に、Ｌ１は電圧源ユニット６の積み重ね長さＬ６と同じ大きさである。筐体
１３は、長手軸方向５に並んで配置される接触ユニット１の列が長さＬ１で完全
に収容されることを可能にする長さＬ１３を有する。主カード１１はＬ１より短
い長さＬ１１を有する。マルチプレクサ・ユニットＭを有するセグメント１２お
よび関連接続手段４．１は、最大長がＬ１２である主カードの長手軸方向にほぼ
等しい間隔で配置される。ピン型プラグ４．１は、主カードの長手軸に平行でか
つ長さＬ４を有する軸上にほぼ等しい間隔で配置されて、長さＬ４はＬ１１より
短い。ピン型プラグ４．１は、原点から始まり、関連マルチプレクサ・ユニット
Ｍ上の各ケースにおける１つのセグメント１２内にそれぞれ取り付けられて、そ
のため各ケースにおけるピン型プラグ４．１はセグメント１２の幾何学的終端を
形成する。マルチプレクサ・ユニットＭの列の長さＬＭがピン型プラグ４．１の
列の長さＬ４より短い。

【００６４】主カード１１の最小サイズＬ１５が、主カードの長手方向におけるベース・ユ
ニット１５の範囲によって決定される。便宜上、同数の接触ユニット１および／
または接触手段２および／または電圧源ユニット６は各セグメント１２に対応す
る。したがって、主カード１１の各長さの増加分が、接触ユニット１および／ま
たは接触手段２および／または電圧源ユニット６の本質的に一定の数に対応する
。１つのセグメント１２はベース・ユニット１５の横に並んで同じレベルで配置
されることが好ましい。したがって、主カード１１の最小長さＬ１５が、本発明
による装置が使用され得る電圧源ユニット６の最小数に対応する。個々のユニッ
トの長さの互い違いの配置が概略的に図７に示される。

【００６５】１つの好ましい装置が１９６個の電圧源ユニット用に設計される。本装置の最
小サイズがベース・ユニット１５の長さＬ１５によって決定される。ベース・ユ
ニット１５のサイズが７０個の電圧源ユニットの積み重ね高さに対応する。した
がって、好ましい装置では７０から１９６個の電圧源ユニット６の間のどんな所
望のスタック・サイズとも接触が形成され得て、前記装置は電圧源スタックに直
接取り付けられる。本装置における個々のユニットが測定対象の電圧源ユニット
６の数に整合するように短くされることが実に必要である。この場合に、個々の
ユニットの長さの互い違いの配置は、不要な主カードの一部だけが主カード１１
が短くされる時はいつも切り離されることを確実にする。短縮が各ケース内の２
つのセグメント１２間で行われた場合に、これは主カードのどんな動作領域も接
続されないことは無いことを確実にし、そのため残りのユニットの機能がいかな
る障害も無しに維持される。本装置に取り付けられている主カードの部分におけ
る給電リードおよび信号線路に対する損傷が、主カード１１上のセグメント１２
および接触ユニット１および／または電圧源ユニット６間の幾何学的連係によっ
て確実に防がれるので、異なるスタックの長さに対して本装置を金をかけて再設
計する必要が無い。電圧源ユニット６が７０個未満の場合に、主カード１１はス
タックから離れて配置され得るか、あるいは主カード１１がスタックの上に突き
出て、余分な接触ユニット１および／または接触手段２は使用されない。

【００６６】ベース・ユニット１５は非常に平らになるように設計されて、筐体１３の高さ
はせいぜい２５ｍｍであり、そのため本装置はわずかなスペースしか利用できな
い領域にさえも取り付けられ得る。物理的高さが小さいにもかかわらず、筐体表
面を経由する冷却が適切なので、いかなる外部冷却も必要ではない。

【００６７】図８は、保持モジュール８と筐体１３間の接続の細部を示す、好ましい装置の
側面断面図を示す。主カード１１およびピン型プラグ４．１は筐体１３の内側に
取り付けられる。リボン・ケーブルが、フレキシブル電気接続ケーブル１４とし
てピン型プラグ４．１から接触ユニット１へ通ずる。特に、ゴムのシールが、筐
体内部を湿気と埃から保護するために接触ユニット１へのブッシング領域内に設
けられ得る。開口が、給電リード用ブッシングとして、接触ユニット１に向き合
う筐体１３の側面に、できればピン型プラグ４．１の領域に設けられる。保持モ
ジュール８は下部分８．１と上部分８．２に細分される。この２つの部分がねじ
によって筐体１３に分離できるように接続される。下部保持モジュール８．１は
筐体下部分にねじ止めされて、接触ユニット１は部分８．１の溝９．１に直角に
取り付けられる。保持モジュール８の上部分８．２も同様に溝９．２を有し、こ
の部分は、接触ユニット１が溝内で動かされ得るように接触ユニット上に置かれ
る。この状態で、接触ユニット１は、接触手段２とともに電圧源ユニット６に対
して調整され得る。接触ユニット１を固定するために、上部分８．２は上から筐
体にねじ止めされて、そのためこの部分の圧力が接触ユニット１を固定する。筐
体１３の有利な小さい高さが、上部筐体部分が保持モジュールの上部分８．２に
対応する適当なねじ孔を備える突起部を有する場合に達成される。

【００６８】本装置はタップをつけて電圧を引き出すのにあまり適していないが、他のアナ
ログ信号が記録されたり送り込まれることを可能にし、特に、これらは評価およ
び／またはさらなる処理のために中間ユニット１１によって供給され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による接触ユニットの概略図である。

【図２】電圧源ユニットと接触手段間の接触領域を通る断面を示す図である。

【図３】保持モジュール内の接触ユニットを示す図である。

【図４】接触ユニットの有利な配置の概略図である。

【図５】電圧測定装置の１つの有利な配置の概略図である。

【図６】好ましい中間ユニットの細部を示す図である。

【図７】個別モジュールの好ましい幾何学的構成を示す図である。

【図８】接触手段の好ましい配置の細部を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月１９日（２０００．１．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項２０】電圧源ユニット（６）が燃料電池であることを特徴と
する請求項１記載の装置。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年２月１１日（２０００．２．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人Ｎｅｕｅｓｔｒａｓｓｅ 95 Ｋｉｒｃｈｈｅｉｍ／Ｔｅｃｋ−ＮａｂｅｒｎＤｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者ゾンターク，ヨゼフドイツ国デー−73230 キルヒハイムヴァイレレッカー 27 Ｆターム(参考） 2G011 AA15 AB01 AB04 AB07 AC14 AC33 AD01 2G016 CA03 CB12 CC01 CC06 CC07 CC12 CC27 CF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タップをつけて電圧を取り出すための接触手段（２）と接触
手段に接続される評価ユニット（１０）とを有する、２つより多い同一の電圧源
ユニット（６）における電圧測定装置であって、少なくともいくつかの接触手段
（２）が接触ユニット（１）内で物理的に結合されることを特徴とする装置。
【請求項２】接触ユニット（１）が、ホルダ（３）と、導電性接触手段（
２）と、評価ユニット（１０）と接触ユニット（１）の間に接続された評価ユニ
ット（１０）用または中間ユニット（１１）用の電気的接続手段（４）とを有す
ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】接触ユニット（１）の接触手段（２）が、接触が形成される
電圧源ユニット（６）から外され得る電気的ばね接点を有することを特徴とする
請求項１記載の装置。
【請求項４】接触ユニット（１）が平板の形状であり、この上にばね接点
（２）がお互いにほぼ平行に配置されて板の長手方向軸（５）から本質的に直角
に延びて、この場合に、ばね接点（２）はそれぞれの関連する電気的接触面に一
端で各々固く電気的に導電的に接続されて、それらの自由端が少なくとも長手軸
方向（５）に動くことができることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】接触ユニット（１）が、少なくともいくつかの場所において
、耐食性金属面を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】接触手段（２）のための保持面（７）が、電圧源ユニット（
６）の表面にタップをつけて電圧を引き出すために設けられることを特徴とする
請求項１記載の装置。
【請求項７】接触ユニット（１）が、その長手軸方向（５）に動かされ得
るようにホルダ・モジュール（８）内に配置されることを特徴とする請求項１記
載の装置。
【請求項８】いくつかの接触ユニット（１）がホルダ・モジュール（８）
内にそれらの長手軸方向（５）に並んで配置されて、そのため接触手段（２）は
櫛のように外側に向いていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】接触ユニット（１）が、筐体（１３）の長手方向の範囲に平
行に、または電圧源ユニット（６）の積み重ね方向に平行に案内レール（９）に
沿って動かされ得るようにして、ホルダ・モジュール（８）の案内レール（９）
内に直角に延びることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】評価ユニット（１０）が筐体（１３）内に配置されること
を特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】評価ユニット（１０）が中央制御装置であることを特徴と
する請求項１記載の装置。
【請求項１２】評価ユニット（１０）が測定データをアドレス指定および
／または前処理するユニットを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】測定データをアドレス指定および／または前処理する中間
ユニット（１１）が接触ユニット（１）と評価ユニット（１０）の間に接続され
ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】接触ユニット（１）が、各ケース内で少なくとも間接的か
つ電気的にリボン・ケーブル（１４）によって、評価ユニット（１０）に、また
は接触ユニット（１）と評価ユニット（１０）の間に接続される中間ユニット（
１１）に接続されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】各接触ユニット（１）が中間ユニット（１１）のセグメン
ト（１２）に割り当てられることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】セグメント（１２）に加えて、中間ユニット（１１）が少
なくとも１つのデータ・バス・インタフェースおよび／またはマイクロコントロ
ーラ・カードを有するベース・ユニット（１５）を備えることを特徴とする請求
項１５記載の装置。
【請求項１７】中間ユニット（１１）が少なくともＣＡＮバス用接続手段
を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１８】セグメント（１２）がマルチプレクサ・ユニットおよびこ
のセグメントに割り当てられた電気的接続手段（４．１）を有し、この接続手段
（４．１）に１つまたは複数の接触ユニット（１）が接続され得ることを特徴と
する請求項１５記載の装置。
【請求項１９】接触ユニット（１）が中間ユニット（１１）の長手方向軸
に沿って等間隔に配列されることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２０】電気的接続手段（４．１）が中間ユニット（１１）の長手
方向軸に沿って等間隔に配列されることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項２１】マルチプレクサ・ユニット（Ｍ）の領域が中間ユニット（
１１）の長手方向軸に沿って等間隔に配列されることを特徴とする請求項１８記
載の装置。
【請求項２２】マルチプレクサ・ユニット（Ｍ）と接続手段（４．１）と
を備えるセグメント（１２）が中間ユニット（１１）の長手方向軸に沿って等間
隔に配列されることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２３】少なくともセグメント（１２）、接続手段（４．１）、お
よび接触ユニット（１）の長手方向の範囲が中間ユニット（１１）の長手方向軸
に沿って互い違いに配置されて、この場合に、接触ユニット（１）の長手方向の
範囲は第１の長さ（Ｌ１）であり、マルチプレクサ・ユニット（Ｍ）の領域の長
手方向の範囲は第２の長さ（ＬＭ）であり、接続手段（４．１）の長手方向の範
囲は第３の長さ（Ｌ４）であり、そしてセグメント（１２）の長手方向の範囲は
第４の長さ（Ｌ１２）であり、ここでＬ１＞Ｌ１２＞Ｌ４＞ＬＭであることを特
徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２４】少なくともセグメント（１２）、接続手段（４．１）、お
よび接触ユニット（１）の長手方向の範囲が中間ユニット（１１）の長手方向軸
に沿って互い違いに配置され、電圧源ユニット（６）の現在のスタック長さまで
短くされた場合に、セグメント（１２）、接続手段（４．１）、および接触ユニ
ット（１）の機能が維持されるように、電圧源ユニット（６）の積み重ね方向に
対して偏位して配列されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２５】ホルダ・モジュール（８）が筐体（１３）に取り付けられ
得ることを特徴とする請求項７または１０記載の装置。
【請求項２６】ホルダ・モジュール（８）が電圧源ユニット（６）に取り
付けられ得ることを特徴とする請求項７または１０記載の装置。
【請求項２７】筐体（１３）内の中間ユニット（１１）の取付け手段が、
中間ユニット（１１）および／または筐体（１３）の長さの変化を補償する手段
を備えることを特徴とする請求項１０または１３記載の装置。
【請求項２８】接触ユニット（１）が放電モジュールに接続されて、これ
によって少なくとも１つの電圧源ユニット（６）が放電され得ることを特徴とす
る請求項１記載の装置。
【請求項２９】放電モジュールが電子データ処理デバイスの接続手段を備
えることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】電圧源ユニット（６）が燃料電池であることを特徴とする
請求項１記載の装置。