JP2003264000A - 電池試験用負荷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の負荷試験において、燃料電池が発生す
る電力の消費を抑制し、この電力の消費に伴う発熱を抑
制する電池試験用負荷装置を提供すること。 【解決手段】 トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、スイッ
チング制御部ＣＴＬから出力されるパルス信号ＳＳ１，
ＳＳ２に基づき相補的にスイッチングし、このときのパ
ルス信号ＳＳ１，ＳＳ２のデューティに応じて負荷電流
ＩＬとして断続的な電流を発生させる。負荷電流ＩＬは
コイルＬおよびコンデンサＣ２からなるフィルタにより
平滑され一定の直流電流とされる。このとき、トランジ
スタＴＲ１，ＴＲ２は不飽和領域で動作しないので、発
熱が抑制される。また、負荷電流ＩＬには、トランジス
タＴＲ１，ＴＲ２のスイッチングに起因した交流成分が
リップルとして現れる。このリップル成分は、負荷状態
に置かれた燃料電池ＦＣの特性を計測するために用いら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用の燃
料電池など、高電圧、大電流を発生する電池の特性を試
験するのに用いる電池の試験用負荷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の実用化が推し進めら
れており、その動力エネルギー源として燃料電池が注目
されている。この燃料電池を負荷試験する場合、燃料電
池に負荷装置を接続し、この負荷装置により電池に負荷
をかけながら燃料電池の特性を逐次計測することが行わ
れている。図７（ａ）に、燃料電池ＦＣの等価回路を示
す。同図に示すように、燃料電池は、極板の抵抗を含む
液抵抗Ｒ１、電荷移動抵抗Ｒ２、および電極と電解液と
の界面で形成される電気二重層容量Ｃとにより表され
る。これら抵抗Ｒ１，Ｒ２および容量Ｃは燃料電池ＦＣ
の内部インピーダンスを形成しており、負荷試験中に燃
料電池の内部インピーダンスを計測することにより、燃
料電池の特性が把握される。

【０００３】図７（ｂ）を参照して、燃料電池ＦＣの負
荷試験方法を説明する。同図に示すように、負荷抵抗Ｒ
を介して燃料電池ＦＣに負荷装置側のトランジスタＴＲ
を直列接続する。そして、トランジスタＴＲのベース電
流によって導通状態を制御することにより、直流の負荷
電流ＩＬを発生させて燃料電池ＦＣを負荷状態に置くと
共に、負荷電流ＩＬに交流成分を重畳させ、その交流成
分の振幅および位相の周波数特性から燃料電池ＦＣの内
部インピーダンスを算出する。この従来技術に係る負荷
試験方法では、トランジスタＴＲを活性領域で動作させ
ることにより、負荷電流ＩＬを一定に制御すると共に、
この負荷電流ＩＬに交流成分を重畳させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術に係る燃料電池の試験方法によれば、トランジ
スタＴＲを活性領域で動作させているため、燃料電池Ｆ
Ｃの内部インピーダンスを測定するための交流成分を負
荷電流に重畳するには適しているが、燃料電池の負荷電
流ＩＬが抵抗ＲとトランジスタＴＲにおいて熱として消
費され、燃料電池ＦＣの電力が浪費されてしまうという
問題がある。このように試験中に燃料電池の発生電力を
熱として大量に浪費することは、近年の地球環境に関す
る時流に反し、地球資源を浪費することになる。

【０００５】また、燃料電池ＦＣのセル数が少なく、燃
料電池ＦＣの発生電圧が比較的低い場合にはトランジス
タＴＲでの電力損失は比較的小さいが、セル数が多い電
気自動車用などの高電圧・大電流仕様の燃料電池では電
力損失が極めて大きくなる。従って、この電力損失によ
り発生する熱を処理するためには大型の放熱機構を必要
とし、そのような放熱機構を有する負荷装置を実現する
ことは事実上困難であるという問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電池の負荷試験において、燃料電池が発生する電力
の消費を抑制し、この電力の消費に伴う発熱を抑制する
ことを可能とする電池試験用負荷装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は以下の構成を有する。即ち、請求項１に
記載された発明は、被試験対象とされる電池に負荷電流
を定常的に発生させると共に、前記負荷電流に対して前
記電池の特性を測定するための交流成分を重畳させる電
池試験用負荷装置であって、前記電池の放電経路に介挿
され、パルス信号に基づき開閉するスイッチ手段と、前
記スイッチ手段と前記電池との間に接続され、前記負荷
電流を平滑すると共に前記スイッチ手段の開閉動作に起
因して前記負荷電流に発生するリップル成分を前記交流
成分として通過させるフィルタ手段、前記パルス信号を
変調して前記交流成分の周波数を制御する制御手段と、
を備えて構成される。

【０００８】この構成によれば、制御手段が出力するパ
ルス信号を受けてスイッチ手段が開閉し、負荷電流を断
続的に流す。この負荷電流はフィルタ手段により平滑さ
れる。この平滑された負荷電流の大きさは、スイッチ手
段が開状態にある期間と閉状態にある期間との比率（即
ちデューティ）に依存する。制御手段は、パルス信号を
変調してスイッチ手段の開閉動作を制御し、この開閉動
作に起因して負荷電流にリップル成分として現れる交流
成分の周波数を制御する。この交流成分を観測すること
により、被試験対象の電池の内部インピーダンスを計測
することが可能となる。

【０００９】一方、スイッチ手段の動作に着目すると、
このスイッチ手段は、閉状態または開状態の何れかの状
態しかとらない。ここで、スイッチ手段が閉状態の場
合、スイッチ手段の導通抵抗は低い状態にあるから、ス
イッチ手段に負荷電流が流れても、電力損失が小さいた
めに発熱が抑えられる。また、スイッチ手段が開状態に
ある場合、そもそも負荷電流が遮断された状態にあるの
で、これによる電力損失は発生し得ない。従って、負荷
電流に起因する電力損失が抑えられ、発熱が抑制され
る。

【００１０】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された電池試験用負荷装置において、前記制御手段
が、前記パルス信号のパルス幅を変調して前記交流成分
の周波数または／および振幅を制御することを特徴とす
る。この構成によれば、制御回路が、パルス信号のパル
ス幅を変調すると、スイッチ手段の開状態と閉状態の期
間の割合が変化し、負荷電流の波形が変化する。従って
パルス信号のパルス幅を時系列的に順次操作してスイッ
チ手段の開閉動作を制御すれば、この開閉動作に起因し
て発生するリップル成分、即ち負荷電流に重畳される交
流成分の周波数または／および振幅を制御することが可
能になる。

【００１１】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載された電池試験用負荷装置において、前記制御手段
が、前記パルス信号の周波数を変調して前記交流成分の
周波数を制御することを特徴とする。この構成によれ
ば、制御回路が、パルス信号の周波数を変調すると、こ
の周波数に応答してスイッチ手段の開閉動作が行われ
る。これにより、スイッチ手段の開閉動作に起因して負
荷電流にリップル成分として現れる交流成分の周波数を
制御することが可能になる。

【００１２】請求項４に記載された発明は、請求項１に
記載された電池試験用負荷装置において、前記制御手段
が、所定の周波数よりも低い帯域では前記パルス信号の
パルス幅を変調して前記交流成分の周波数を制御すると
共に、前記所定の周波数よりも高い帯域では前記パルス
信号の周波数を変調して前記交流成分の周波数を制御す
ることを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、所定の周波数よりも低
い帯域では、上記請求項２に記載された発明と同様にパ
ルス幅変調により負荷電流に交流成分が重畳され、所定
の周波数よりも高い帯域では、上記請求項３に記載され
た発明と同様に周波数変調により負荷電流に交流成分が
重畳される。従って、この発明の構成によれば、周波数
が低い領域で交流成分が過大になることがなく、また周
波数が高い領域では波形歪みのない交流成分を得ること
が可能となる。よって、電池を負荷状態に置きながら、
広帯域にわたって電池の特性を計測することが可能とな
る。

【００１４】請求項５に記載された発明は、請求項１な
いし４の何れかに記載された電池試験用負荷装置におい
て、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力
に変換すると共に回生機能を有する電力変換手段をさら
に備え、前記スイッチ手段として、前記電力変換手段に
より変換して得られた直流電力を降圧して前記フィルタ
手段に与えるチョッパを備えたことを特徴とする。この
構成によれば、電池が出力する電力はチョッパにより電
圧変換されて電力変換手段に与えられ、電力変換手段が
電源側に回生される。これにより、電力が有効利用され
ることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
について説明する。 （実施の形態１）図１に、この発明の実施の形態１に係
る負荷装置ＬＴＳの適用例を示す。この負荷装置ＬＴＳ
は、燃料電池ＦＣの負荷試験を行うためのもので、被試
験対象の燃料電池ＦＣの負荷電流を発生させる機能と、
燃料電池ＦＣの特性を計測するための交流成分を負荷電
流に重畳する機能と、燃料電池ＦＣが出力した電力を交
流電源ＡＣＰに回生する機能を備える。

【００１６】ここで、図１に示すように、負荷装置ＬＴ
Ｓにはケーブル（符号なし）を介して燃料電池ＦＣが接
続されると共に、その電源端子ＴＤＣには、負荷装置Ｌ
ＴＳが動作するために必要とされる電源を供給するため
の直流電圧源ＤＣＰが接続され、その交流端子ＴＡＣに
は、周波数応答解析装置ＦＲＡの発振信号出力端子ＴＯ
ＳＣが接続される。電流センサＳＩは、燃料電池ＦＣの
負荷電流を検出するためのものである。周波数応答解析
装置ＦＲＡは、交流成分が重畳された負荷電流（Ｉ）と
燃料電池ＦＣの端子電圧（Ｖ）とから、この燃料電池Ｆ
Ｃの内部インピーダンスを各周波数について算出するも
のであり、電流をモニタするためのチャネル端子ＴＣＨ
１は上述の電流センサＳＩに接続され、電圧をモニタす
るためのチャネル端子ＴＣＨ２は燃料電池ＦＣの端子に
接続される。

【００１７】図２に、負荷装置ＬＴＳの構成を示す。同
図において、ＣＮＶは回生コンバータであり、回生機能
を有する電力変換手段として機能する。Ｃ１は安定化コ
ンデンサである。また、ＴＲ１，ＴＲ２はトランジスタ
であり、スイッチ手段として機能する。ただし、このス
イッチ手段は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２に限定され
るものではなく、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar mo
de Transister)などの他のデバイスをスイッチ手段とし
て用いてもよい。Ｄ１，Ｄ２は還流ダイオードである。
さらに、Ｌはコイル（リアクトル）であり、Ｃ２はコン
デンサである。具体的に構成を説明すると、回生コンバ
ータＣＮＶの１次側は端子ＴＡを介して三相交流電源Ａ
ＣＰに接続され、その２次側の高圧出力部と低圧出力部
との間には安定化コンデンサＣ１が接続さる。この回生
コンバータＣＮＶの低圧出力部は被試験対象の燃料電池
ＦＣの陰極電極が接続された端子ＴＣに接続される。

【００１８】回生コンバータＣＮＶの高圧出力部には、
トランジスタＴＲ１のコレクタが接続されると共に、回
生コンバータＣＮＶの低圧出力部（即ち端子ＴＣ）に
は、トランジスタＴＲ２のエミッタが接続される。トラ
ンジスタＴＲ１のエミッタおよびトランジスタＴＲ２の
コレクタは、還流ダイオードＤ１のアノードおよび還流
ダイオードＤ２のカソードと共にコイルＬの一端に接続
される。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベースにはスイ
ッチング制御部（制御手段）ＣＴＬから制御用のパルス
信号ＳＳ１，ＳＳ２が与えられる。上述のトランジスタ
ＴＲ１，ＴＲ２および還流ダイオードＤ１，Ｄ２はチョ
ッパを構成し、このうち、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２
は、燃料電池ＦＣの放電経路上に介挿される。

【００１９】還流ダイオードＤ１のカソードは回生コン
バータＣＮＶの高圧出力部に接続され、還流ダイオード
Ｄ２のアノードは回生コンバータＣＮＶの低圧出力部
（即ち端子ＴＣ）に接続される。コイルＬの他端は端子
ＴＡを介して、被試験対象の燃料電池ＦＣの陽極電極に
接続され、端子ＴＡと端子ＴＣとの間にはコンデンサＣ
２が接続される。これらコイルＬおよびコンデンサＣ２
は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２と燃料電池ＦＣとの間
に接続されたフィルタ手段として機能する。このフィル
タ手段の定数は、必要とする負荷電流が得られる限度に
おいて、燃料電池ＦＣの特性を計測するための交流成分
を通過させるように設定される。これにより、このフィ
ルタ手段は、燃料電池ＦＣの負荷電流を平滑すると共に
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２からなるスイッチの開閉動
作に起因して負荷電流に発生するリップル成分を負荷電
流の交流成分として通過させるように機能する。

【００２０】以下、負荷装置ＬＴＳの動作を、燃料電池
ＦＣ負荷電流ＩＬを発生させるための動作と、負荷電流
ＩＬに交流成分を重畳させるための動作と、燃料電池Ｆ
Ｃが出力した電力を回生するための動作とに分けて順に
説明する。 （１）燃料電池ＦＣの負荷電流ＩＬを発生させるための
動作 スイッチング制御部ＣＴＬは、略一定のデューティを有
するパルス信号ＳＳ１，ＳＳ２をトランジスタＴＲ１，
ＴＲ２にそれぞれ与え、これらトランジスタを相補的に
導通させる。これにより回生コンバータＣＮＶから供給
される直流電力がチョッピングされて降圧された電圧が
断続的にコイルＬの一端に与えられる。

【００２１】このとき、コイルＬの他端には燃料電池Ｆ
Ｃの端子電圧が印加されているので、コイルＬの両端の
間に発生する電位差に応じてコイルＬに燃料電池ＦＣか
ら負荷電流ＩＬが流れ出す。この負荷電流ＩＬは、コイ
ルＬおよびコンデンサＣ２からなるフィルタ手段により
平滑されて直流電流とされる。これにより、定常的に直
流の負荷電流ＩＬが発生され、燃料電池ＦＣが一定の負
荷状態に置かれる。負荷電流ＩＬの電流値は、トランジ
スタＴＲ１，ＴＲ２の導通を制御するパルス信号ＳＳ
１，ＳＳ２のデューティに依存し、このデューティを調
節することで、負荷電流ＩＬとして所望の電流値を設定
することができる。

【００２２】この動作において、トランジスタＴＲ１，
ＴＲ２の動作に着目すると、これらのトランジスタは、
オン状態またはオフ状態の何れかの状態に制御され、不
飽和領域で動作することがない。ここで、トランジスタ
ＴＲ１，ＴＲ２がオン状態にある場合、そのオン抵抗が
小さいため、負荷電流ＩＬが流れ込んでも電力損失が小
さく、発熱が抑制される。また、トランジスタＴＲ１，
ＴＲ２がオフ状態にある場合、これらトランジスタＴＲ
１，ＴＲ２には負荷電流ＩＬが流れないため、電力損失
が発生せず、発熱が起こらない。従って、トランジスタ
ＴＲ１，ＴＲ２における発熱が有効に抑制される。

【００２３】（２）負荷電流ＩＬに交流成分を重畳させ
るための動作 図４を参照して説明する。図４において、信号ＳＡは基
準パルス信号であり、これを上述のパルス信号ＳＳ１，
ＳＳ２としたときに本来の負荷電流ＩＬ（即ち交流成分
が重畳されてていない負荷電流）が得られように、その
デューティが設定されている。また、パルス信号ＳＢ
は、上述の基準信号ＳＡをパルス幅変調して得られる信
号を表し、パルス信号ＳＳ１，ＳＳ２としてトランジス
タＴＲ１，ＴＲ２に与えられる。なお、図４では、説明
の便宜上、パルス信号ＳＢはパルス信号ＳＳ１，ＳＳ２
を表すものとしているが、これらの信号が与えられるト
ランジスタＴＲ１，ＴＲ２は相補的に導通制御されるべ
きものであるから、パルス信号ＳＳ１として見たときの
パルス信号ＳＡと、パルス信号ＳＳ２として見たときの
パルス信号ＳＡとでは信号レベルは異なる。

【００２４】燃料電池ＦＣの特性を計測する場合、制御
部ＣＴＬは、基準パルス信号ＳＡをパルス幅変調してパ
ルス周期ごとにパルス幅を変化させ、パルス信号ＳＢを
生成する。このとき、各パルス周期におけるパルス信号
ＳＢのパルス幅は、負荷電流ＩＬに重畳される交流成分
の周波数が、所望の値となるように設定される。図４に
示す例では、負荷電流ＩＬに重畳される交流成分の周波
数として、基準信号ＳＣの１０分の１の周波数が想定さ
れている。

【００２５】具体的に説明すると、パルス周期Ｔ１では
パルス信号ＳＢのパルス幅はパルス信号ＳＡと同一に設
定され、その変化分ΔＷはゼロである。これにより、パ
ルス周期Ｔ１において発生する負荷電流ＩＬは、平均電
流ＡＶＥに一致する。次のパルス周期Ｔ２では、パルス
周期Ｔ２において発生する負荷電流ＩＬが、所望の周波
数の負荷電流波形に一致するように、パルス信号ＳＢの
パルス幅の変化分ΔＷが設定され、その分だけパルス幅
が増加される。以下、順に、各パルス周期においてパル
ス幅が増減され、所望の周波数を有する交流成分が重畳
された負荷電流ＩＬを得る。この動作の過程においても
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は不飽和領域で動作するこ
とがないので、発熱が有効に抑制される。

【００２６】（３）燃料電池ＦＣが出力した電力を回生
するための動作 スイッチング制御部ＣＴＬがトランジスタＴＲ１，ＴＲ
２を相補的に導通制御する過程において、トランジスタ
ＴＲ２がオン状態からオフ状態となり、これと並行して
トランジスタＴＲ１がオフ状態からオン状態になる場合
が起こる。この場合、トランジスタＴＲ２がオン状態に
ある時にコイルＬに磁界として蓄積された燃料電池ＦＣ
の出力電力が、このトランジスタＴＲ２がオフになるこ
とによって放出される。そして、この電力がダイオード
Ｄ１を介して回生コンバータＣＮＶに供給され、この回
生コンバータＣＮＶを介して交流電源ＡＣＰに回生され
る。この動作の過程においてもトランジスタＴＲ１，Ｔ
Ｒ２は飽和領域と遮断領域で動作するので、これらトラ
ンジスタＴＲ１，ＴＲ２での発熱が有効に抑制される。
よって、燃料電池ＦＣの出力電力が浪費されることがな
くなり、その有効利用が可能となる。以上で実施の形態
１を説明した。

【００２７】なお、上述の図２に示す構成によれば、ト
ランジスタＴＲ１，ＴＲ２の導通を制御するパルス信号
ＳＳ１，ＳＳ２のデューティを調節すれば、負荷電流Ｉ
Ｌの向きを双方向に制御することができ、被試験対象の
電池を放電するのみならず、充電することも可能であ
る。これは、回生コンバータＣＮＶとコイルＬとの間に
トランジスタＴＲ１を備えていることによる。しかし、
一般には燃料電池ＦＣを充電することはできないため、
燃料電池ＦＣを被試験対象とした場合、負荷装置に求め
られる機能としては燃料電池ＦＣを放電させる機能があ
れば足り、必ずしも充電機能を有する必要はない。図３
に、充電機能を省略した場合の負荷装置の構成を示す。
同図に示すように、この場合の負荷装置は、図２に示す
構成において、トランジスタＴＲ１とダイオードＤ２を
省略した構成となる。ただし、通常、ダイオードＤ２は
トランジスタＴＲ２に付属しているのが通例であるか
ら、結果的には存在している。

【００２８】（実施の形態２）以下、この発明の実施の
形態２に係る電池試験用負荷装置を説明する。この電池
試験用負荷装置の構成は、図１および図２に示す上述の
実施の形態１と同様であるが、スイッチング制御部ＣＴ
Ｌの制御内容が実施の形態１とは異なる。以下では、ス
イッチング制御部ＣＴＬの制御を中心に説明する。図５
に、この実施の形態２に係るスイッチング制御部ＣＴＬ
がトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に出力するパルス信号の
波形を示す。同図から理解されるように、基準パルス信
号ＳＡに対して一定のパルス幅Ｗｄを一定周期で増減す
ることにより、負荷電流に重畳される交流成分の周波数
を制御する。

【００２９】具体的には、パルス周期Ｔ１およびパルス
周期Ｔ２では、基準パルス信号ＳＡに対してパルス信号
ＳＢのパルス幅を一定のパルス幅Ｗｄだけ増加させ、そ
の次のパルス周期Ｔ３およびパルス周期Ｔ４では、一定
のパルス幅Ｗｄだけパルス信号ＳＢのパルス幅を減少さ
せる。以後、同様にパルス信号ＳＢのパルス幅をパルス
幅Ｗｄだけ一定周期で増減させる。このようにパルス信
号ＳＢのパルス幅を増減させると、平均電流ＡＶＥを振
幅の中心として、パルス幅の増減の繰り返し周期と一致
した周期で負荷電流ＩＬに交流成分が現れる。

【００３０】従って、この実施の形態２によれば、パル
ス信号ＳＢのパルス幅の繰り返し周期を、パルス信号Ｓ
Ａのｎ（ｎは自然数）倍に変化させれば、基準信号ＳＡ
の周波数のｎ分の１倍の周波数を有するパルス信号ＳＢ
が得られ、このパルス信号ＳＢの周波数を制御すること
が可能になる。また、この実施の形態２によれば、増減
分のパルス幅Ｗｄを調節すれば、負荷電流ＩＬにリップ
ル成分として重畳される交流成分の振幅が変化する。従
って、各周波数において最適な交流成分の振幅を得るこ
とが可能となる。以上で実施の形態２を説明した。

【００３１】（実施の形態３）以下、この発明の実施の
形態３を説明する。上述の実施の形態１、２によれば、
基準パルス信号ＳＡをパルス幅変調して得られるパルス
信号ＳＢは、その周波数が基準パルス信号ＳＡの周波数
に近づくにつれ波形歪みが顕著になる。このため、実用
的には、パルス信号ＳＡの周波数は基準パルス信号ＳＡ
の１０分の１から１５分の１以下程度に抑えられる。ま
た、高電圧・高電流下で動作するトランジスタＴＲ１，
ＴＲ２のスイッチング周波数は、現状では１０ｋＨｚか
ら１５ｋＨｚ程度が実用上の限界であるから、仮に基準
信号ＳＡの周波数を１０ｋＨｚに設定したとすれば、上
述の実施の形態１の構成により得られるパルス信号ＳＢ
の周波数は１ｋＨｚが上限となる。この実施の形態２で
は、このような制約を克服し、パルス信号ＳＢの周波数
として基準パルス信号ＳＡと同程度を得る電池試験用負
荷装置を説明する。

【００３２】この実施の形態３に係る装置構成も上述の
実施の形態１および２と同様であるが、スイッチング制
御部ＣＴＬの制御内容が異なる。以下では、スイッチン
グ制御部ＣＴＬの制御を中心に説明する。図６に、この
実施の形態３に係るスイッチング制御部ＣＴＬがトラン
ジスタＴＲ１，ＴＲ２に出力するパルス信号ＳＢの波形
を示す。上述の実施の形態１および２では、基準パルス
信号ＳＡをパルス幅変調してパルス信号ＳＢを生成する
ものとしたが、この実施の形態３では、パルス幅変調は
行わす、基準パルス信号ＳＡを周波数変調してパルス信
号ＳＢを生成し、このパルス信号ＳＢによりトランジス
タＴＲ１，ＴＲ２を制御する。このパルス信号ＳＢを受
けてトランジスタＴＲ１，ＴＲ２がスイッチングし、こ
の動作に起因して負荷電流ＩＬに交流成分が重畳され
る。

【００３３】ここで、コイルＬおよびコンデンサＣ２か
らなるフィルタ手段の定数は、トランジスタＴＲ１，Ｔ
Ｒ２の動作に起因して負荷電流ＩＬに重畳される交流成
分を通過させるように設定されているので、負荷電流Ｉ
Ｌに重畳される交流成分の周波数は、パルス信号ＳＢの
周波数に一致する。従って、パルス信号ＳＢの周波数に
より、負荷電流ＩＬに重畳される交流成分の周波数を制
御することが可能になる。なお、フィルタ手段の定数が
実施の形態１と実施の形態３とで同一に設定すれば、厳
密には、上述の実施の形態１の構成によっても、パルス
信号ＳＢの周波数成分は高調波成分として負荷電流ＩＬ
に現れる。しかし、実施の形態１ではパルス幅変調によ
る周波数成分が支配的となるため、このパルス信号ＳＢ
の周波数成分は顕在化しない。

【００３４】この実施の形態３の構成によれば、パルス
信号ＳＢの周波数がそのまま負荷電流に重畳される交流
成分の周波数とされるので、波形歪みの少ない交流成分
を負荷電流ＩＬに重畳することができる。しかしなが
ら、コイルＬおよびコンデンサＣ２から構成されるフィ
ルタの特性上、パルス信号ＳＢの周波数が低くなると、
負荷電流ＩＬに重畳される交流成分の振幅が大きくな
り、負荷試験に必要とされる負荷電流の仕様を満足でき
なくなる。そこで、この実施の形態３では、周波数が低
い帯域では実施の形態１と同様にパルス幅変調により交
流成分の周波数を制御することにより、低域から高域ま
での全域にわたって負荷電流に重畳される交流成分の振
幅を適切に抑え、負荷試験を阻害しないように対策して
いる。

【００３５】即ち、実施の形態１に係るパルス幅変調を
用いた手法によれば、負荷電流に重畳される交流成分の
振幅は周波数に依存しないという利点を有するが、周波
数が高くなると波形歪みが発生する不都合がある。これ
に対し、実施の形態３に係る周波数変調のみによれば、
全周波数帯域にわたって波形歪みを生じないという利点
を有するが、周波数が低い帯域では負荷電流に重畳され
る交流成分の振幅が過大になるという不都合がある。こ
の実施の形態３では、パルス幅変調方式と周波数変調方
式を組み合わせることにより、お互いの不都合を補い、
基準パルス信号の周波数を上限とする全周波数帯域にわ
たって、良好に交流成分を負荷電流に重畳するものであ
る。

【００３６】この実施の形態３では、基準パルス信号Ｓ
Ａの周波数（１０ｋＨｚ）の１０分の１の周波数である
１ｋＨｚを境界（所定の周波数）として、１ｋＨｚ以下
の帯域ではパルス幅変調方式を用い、１ｋＨｚ〜１０ｋ
Ｈｚまでの帯域では周波数変調方式を用いる。ただし、
変調方式を切り替えるための境界を与える所定の周波数
については、お互いの変調方式の利点を最も有効に引き
出せるように定めればよい。

【００３７】以下に、上述の各実施の形態の特徴をまと
める。 （１）トランジスタＴＲ１，ＴＲ２をパルス信号により
オン状態またはオフ状態に制御する。これによりトラン
ジスタでの発熱を抑える。 （２）負荷装置側のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の導通
を制御するパルス信号をパルス幅変調する。これにより
負荷電流に重畳される交流成分の周波数を制御する。こ
の変調方式は低い周波数帯域で有効。 （３）負荷装置側のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の導通
を制御するパルス信号を周波数変調する。これにより負
荷電流に重畳される交流成分の周波数を制御する。この
変調方式は高い周波数帯域で有効。

【００３８】（４）トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のスイ
ッチング動作に起因する交流成分を通過させるように、
コイルＬおよびコンデンサＣ２からなるフィルタ手段の
定数を設定する。ただし、燃料電池ＦＣの負荷試験を阻
害しない程度に、負荷電流に重畳される交流成分はフィ
ルタ手段で適切に減衰される。 （５）回生コンバータＣＮＶを介して、燃料電池の出力
電力を交流電源ＡＣＰに回生する。これにより電力の浪
費を抑え、電力の再利用を可能とする。

【００３９】以上のように、上述の実施の形態によれ
ば、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２での発熱が抑制され
る。また、また発熱が抑えられることで放熱機能を簡略
化することが可能となり、装置の大型化を回避できる。
また、パルス幅変調方式と周波数変調方式を組み合わせ
ることで、必要な負荷電流をとりながら、燃料電池ＦＣ
の内部インピーダンスを広い周波数帯域に亘って高精度
に計測できる。

【００４０】以上、この発明の実施形態について図面を
参照して詳述してきたが、この発明は上述した実施形態
に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない
範囲での変更等も含まれる。例えば、実施の形態１およ
び実施の形態２では、パルス信号ＳＢのパルス幅を変調
してリップルの周波数を制御するものとし、加えて実施
の形態２では、パルス信号ＳＢのパルス幅を変調してリ
ップル成分として重畳される交流成分の振幅を最適に制
御するものとしたが、パルス信号ＳＢのパルス幅を変調
してリップルの周波数のみを制御するものとしてもよ
く、またリップルの振幅のみを制御するものとしてもよ
く、さらにリップルの周波数と振幅の両方を制御するも
のとしてもよい。

【００４１】また、図２および図３に示すコンデンサＣ
２はリップルを抑えるためのものであるが、本発明で
は、上述のように負荷電流のリップル成分を積極的に活
用している。このため、負荷試験の仕様を満足する程度
に本来的に負荷電流のリップルが小さいのであれば、必
ずしもコンデンサＣ２を設ける必要はなく、これを省略
して構成してもよい。

【００４２】

【発明の効果】この発明によれば、パルス信号に基づき
開閉するスイッチ手段と、負荷電流を平滑すると共に前
記スイッチの開閉動作に起因して発生する交流成分を通
過させるフィルタ手段と、前記パルス信号を変調して前
記交流成分の周波数を制御する制御部とを備えたので、
電池の負荷試験において、燃料電池が発生する電力の消
費を抑制し、この電力の消費に伴う発熱を抑制すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る電池試験用の
負荷装置の適用例を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る負荷装置の構
成を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る負荷装置の他
の構成例を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係る負荷装置の動
作を説明するための波形図である。

【図５】 この発明の実施の形態２に係る負荷装置の動
作を説明するための波形図である。

【図６】 この発明の実施の形態３に係る負荷装置の動
作を説明するための波形図である。

【図７】 燃料電池の試験方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

ＡＣＰ；交流電源 ＣＮＶ；回生コンバータ（電力変換手段） Ｃ１；コンデンサ（安定化用） Ｃ２；コンデンサ（平滑用／フィルタ手段） ＣＴＬ；スイッチング制御部（制御手段） Ｄ１，Ｄ２；還流ダイオード Ｌ；コイル（平滑用／フィルタ手段） ＬＴＳ；負荷装置 ＦＣ；燃料電池（被試験対象） ＴＲ１，ＴＲ２；トランジスタ（スイッチ手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験対象とされる電池に負荷電流を定
   常的に発生させると共に、前記負荷電流に対して前記電
   池の特性を測定するための交流成分を重畳させる電池試
   験用負荷装置であって、 前記電池の放電経路に介挿され、パルス信号に基づき開
   閉するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段と前記電池との間に接続され、前記負
   荷電流を平滑すると共に前記スイッチ手段の開閉動作に
   起因して前記負荷電流に発生するリップル成分を前記交
   流成分として通過させるフィルタ手段と、 前記パルス信号を変調して前記交流成分の周波数を制御
   する制御手段と、 を備えて構成された電池試験用負荷装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段が、前記パルス信号のパル
   ス幅を変調して前記交流成分の周波数または／および振
   幅を制御することを特徴とする請求項１に記載された電
   池試験用負荷装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段が、 前記パルス信号の周波数を変調して前記交流成分の周波
   数を制御することを特徴とする請求項１に記載された電
   池試験用負荷装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段が、 所定の周波数よりも低い帯域では前記パルス信号のパル
   ス幅を変調して前記交流成分の周波数を制御すると共
   に、前記所定の周波数よりも高い帯域では前記パルス信
   号の周波数を変調して前記交流成分の周波数を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載された電池試験用負荷
   装置。
5. 【請求項５】 外部の交流電源から供給される交流電力
   を直流電力に変換すると共に回生機能を有する電力変換
   手段をさらに備え、 前記スイッチ手段として、前記電力変換手段により変換
   して得られた直流電力を降圧して前記フィルタ手段に与
   えるチョッパを備えたことを特徴とする請求項１ないし
   ４の何れかに記載された電池試験用負荷装置。