JP2007184135A - セル電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制することが可能なセル電圧測定装置を提供する。
【解決手段】複数のセル群１２_ｉそれぞれは、基準電位が読み込まれた第１入力端子３１_１から近いほど構成されるセル数ｎｉが多くされている。ここで、基準電位に近い入力端子では、分圧抵抗による誤差の影響を受けにくい。このため、基準電位から近いセル群１２_ｉのセル数ｎｉを多くすることで、基準電位から近いセル群１２_ｉの電圧測定誤差と遠いセル群１２_ｉの電圧測定誤差とを同程度とすることとなり、不要に測定精度を高めることなく、コストアップを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セル電圧測定装置に関する。

燃料電池の複数セルと並列に補助演算器が配置され、補助演算器によって燃料電池の複数セルのそれぞれの電圧を検出し、検出された電圧と設定電圧とを比較し、比較結果を出力するセル電圧測定装置が知られている。なお、このセル電圧測定装置では、複数のセルが直列接続されており、各セルの両端には接続線が設けられ、各接続線は補助演算器の各入力端子それぞれに電気的に接続されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−３４５６２２号公報

しかし、従来のセル電圧測定装置において、補助演算器は、隣り合う入力端子から読み込んだ電圧に基づいてセル電圧を測定するわけでなく、ある入力端子から読み込んだ電圧と基準電位とに基づいてセル電圧を測定する。このため、入力端子によっては、読み込んだ電圧と基準電位との電圧差が大きくなってしまう場合があり、この電圧差を考慮すると、従来の補助演算器では、マルチプレクサなどの素子耐圧を超える数のセルの電圧測定を行うように構成することができず、検出セル数が制限されてしまう。

そこで、入力端子からの電圧を直接測定せず、分圧抵抗を介して測定することが考えられる。ところが、分圧抵抗を介した場合、基準電位に近い電圧の入力端子と、基準電位から離れた電圧の入力端子とでは、分圧抵抗の誤差の影響度が異なってくる。すなわち、基準電位から離れた電圧では、分圧抵抗の誤差の影響により測定電圧値と本来値との差が大きくなってしまう。このため、基準電位との差が大きい電圧でも測定電圧値が本来値に近づくように、分圧抵抗の誤差を小さく設定することとなる。しかし、基準電位に近い電圧の入力端子については分圧抵抗の誤差の影響を受け難いため、分圧抵抗の誤差を小さく設定すると、電圧測定精度は不要に高くなり、コストアップにつながってしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コストアップを抑制することが可能なセル電圧測定装置を提供することにある。

本発明のセル電圧測定装置は、複数のセルが直列接続された燃料電池の少なくとも１つのセルから構成される複数のセル群と、複数のセル群それぞれの両端に接続線を介して電気的に接続される複数の入力端子を有し、入力端子から分圧抵抗を介して電圧値を読み込んで、各セル群の電圧を測定するセル電圧測定手段とを備えている。セル電圧測定手段は、複数の入力端子の１つから読み込んだ電圧値を基準電位とし、この基準電位と測定対象となるセル群の入力端子から読み込んだ電圧とから、測定対象となるセル群の電圧を測定する。複数のセル群それぞれは、基準電位とされた電圧値が読み込まれた入力端子から近いほど構成されるセル数が多くされている。

本発明によれば、分圧抵抗による誤差の影響を受け易い基準電位から遠いセル群のセル枚数を少なくすることで、基準電位から遠いセル群の測定誤差を小さくすることができる。従って、従来技術のように分圧抵抗による誤差の影響を受け易い基準電位に遠いセル群に合わせて、セル群の分圧抵抗の誤差を小さく設定する必要が無い為、不要に分圧抵抗の誤差を小さくすることがなく、コストアップを防ぐ事ができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一又は同様の要素には同一の符号を付して説明を省略するものとする。

図１は、本発明の第１実施形態に係るセル電圧測定装置の構成図である。同図に示すように、セル電圧測定装置１は、燃料電池１０と、複数の接続線２０と、セル電圧測定器（セル電圧測定手段）３０と、診断器（診断手段）４０とを備えている。

燃料電池１０は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである空気とを反応させることにより発電を行うものであり、発電を行う複数（ｎ個）の単位セル１１１〜１１ｎが直列接続されて構成されている。ここで、複数のセル１１_１〜１１_ｎは、複数（８つ）のセル群１２を構成している。すなわち、各セル群１２は少なくとも１つのセル１１から構成されており、具体的に第１セル群１２_１は６つのセル１１_１〜１１_６から構成され、第２セル群１２_２は３つのセル１１_７〜１１_９から構成されている。また、第７セル群１２_７や第８セル群１２_８は、１つのセル１１_ｎ−１，１１_ｎから構成されている。なお、図１に示すように、本実施形態では、第１〜第８セル群１２_１〜１２_８を例に説明するが、セル群１２の数は８つに限られるものではない。

複数（９本）の接続線２０は、燃料電池１０とセル電圧測定器３０とを電気的に接続するものであり、一端が複数のセル群１２の端に接続されている。具体的に、第１接続線２０_１の一端は、第１セル群１２_１の負極側の点ｐ０に接続され、第２接続線２０_２の一端は、第１セル群１２_１の正極側（第２セル群１２_２の負極側）の点ｐ１に接続されている。また、第３〜第９接続線２０_３〜２０_９についても同様に各点ｐ２〜ｐ８に接続されている。

セル電圧測定器３０は、複数の接続線２０を介して燃料電池１０に接続され、各セル群１２_１〜１２_８の電圧を測定するものである。このセル電圧測定器３０は、複数の入力端子３１と、Ａ／Ｄ変換器３２と、分圧抵抗群３３とからなっている。

複数の入力端子３１は、９本の接続線２０_１〜２０_９の他端にそれぞれ接続されている。すなわち、第１入力端子３１_１は第１接続線２０_１の他端に接続され、第２入力端子３１_２は第２接続線２０_２の他端に接続されている。また、第３〜第９入力端子３１_３〜３１_９についても同様に、第３〜第９接続線２０_３〜２０_９の他端に接続されている。なお、図１の点Ａに示すように、第１入力端子３１_１は接地されている。

Ａ／Ｄ変換器３２は、複数の入力端子３１_１〜３１_９から電位を読み込んで、各セル群１２_１〜１２_８の電圧を測定するものである。このＡ／Ｄ変換器３２は、基準電位の入力ｃｈ０と少なくとも８つの入力ポートｃｈ１〜ｃｈ８を有し、点ｐ０の電位を第１入力端子３１_１を通じて基準電位入力ｃｈ０から読み込み、点ｐ１の電位を第２入力端子３１_２を通じて入力ポートｃｈ１から読み込む。また、点ｐ２〜ｐ８の電位についても、同様に第３〜第９入力端子３１_３〜３１_９を通じて入力ポートｃｈ２〜ｃｈ８から読み込む。このＡ／Ｄ変換器３２は、入力ポートｃｈ０〜ｃｈ８から読み込んだ電位をもとに演算を行って、各セル群１２_１〜１２_８の電圧を測定し、測定電圧のデータを診断器４０に出力する。

ここで、Ａ／Ｄ変換器３２は、直接に複数の入力端子３１_１〜３１_９から電位を読み込むわけでなく、分圧抵抗群３３を介して電位を読み込む。分圧抵抗群３３は、複数の入力端子３１_１〜３１_９からの電位を分圧するものであり、第１〜第８分圧抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_８を有している。第１分圧抵抗器Ｒ_１は、第１抵抗Ｒａ_１と第２抵抗Ｒｂ_１とからなり、Ａ／Ｄ変換器３２は、第１抵抗Ｒａ_１と第２抵抗Ｒｂ_１とによって分圧された電位を入力ポートｃｈ１から読み込むようになっている。また、他の分圧抵抗器Ｒ_２〜Ｒ_８についても同様に、第１抵抗Ｒａ_２〜Ｒａ_８と第２抵抗Ｒｂ_２〜Ｒｂ_８とからなり、Ａ／Ｄ変換器３２は、第１抵抗Ｒａ_２〜Ｒａ_８と第２抵抗Ｒｂ_２〜Ｒｂ_８とによって分圧された電位を入力ポートｃｈ２〜ｃｈ８から読み込むようになっている。

診断器４０は、各セル群１２_１〜１２_８の電圧値に基づいて、燃料電池１０のセル１１に異常が生じていないかを判断するものである。また、診断器４０は、燃料電池１０が発電を行っている状態において、セル電圧測定器３０により測定された電圧が零である場合、測定対象となるセル群１２の接続線２０が断線している、または接触不良であると診断するようになっている。

次に、セル電圧測定器３０による各セル群１２_１〜１２_８の電圧値Ｖ１〜Ｖ８の測定動作を説明する。まず、Ａ／Ｄ変換器３２は、第１入力端子３１_１を介して入力ポートｃｈ０から入力した電圧値、すなわち点ｐ０の電圧値を基準電位とする。そして、基準位をもとに以下の演算を行う。なお、基準電位は、第１入力端子３１_１を介して入力ポートｃｈ０から入力した電圧値に限るものでなく、Ａ／Ｄ変換器３２は、複数の入力端子３１の１つから読み込んだ電圧値を基準電位とすればよい。

まず、点ｐｉ（ｉは１以上８以下の整数）の電位は点ｐ０が基準電位（０Ｖ）であることから、
〔数１〕
Ｖ（ｐｉ）＝ΣＶｉ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・・＋Ｖｉ−１＋Ｖｉ （１）
により表すことができる。ここで、Ｖ（ｐｉ）は点ｐｉの電位であり、Ｖｉは第ｉセル群１２_ｉの電圧値である。

また、Ａ／Ｄ変換器３２に入力される入力ポートｃｈｉの電位Ｖ_ＡＤｉは、
〔数２〕
Ｖ_ＡＤｉ＝α_ｉ×Ｖ（ｐｉ） （２）
となる。αｉは第ｉ抵抗器Ｒｉの分圧比である。

上記分圧比αｉは、
〔数３〕
α_ｉ＝Ｒｂ_ｉ／（Ｒａ_ｉ＋Ｒｂ_ｉ） （３）
で表現される。なお、分圧比α_ｉは、Ａ／Ｄ変換器３２の入力電圧定格以下となるように調整される。

以上より、セル電圧測定器３０は、以下の式（４）から第ｉセル群１２_ｉの電圧値を求める。
〔数４〕
Ｖｉ＝Ｖ（ｐｉ）−Ｖ（ｐｉ−１）＝Ｖ_ＡＤｉ／α_ｉ−Ｖ_{ＡＤｉ−１}／α_ｉ−１ （４）
なお、分圧比α_ｉ，α_ｉ−１は、既知の値であるため、セル電圧測定器３０は、第ｉセル群１２_ｉの電圧値を求めることができる。

次に、第ｉセル群１２_ｉのセル数について説明する。複数のセル群１２のそれぞれは、基準電位とされた電位が読み込まれた入力端子３１（すなわち第１入力端子３１_１）から近いほど、セル数が多くされている。そして、本実施形態では、このようにセル数を設定することにより、コストアップを抑制している。以下、具体的に説明する。

なお、本実施形態では、上記式（１）〜（４）により第ｉセル群１２_ｉの電圧値を求めることができることができるが、この値は誤差を含んでいるため、セル数を説明するに先立って、実際の第ｉセル群１２_ｉの電圧値Ｖｉ’を説明するものとする。

まず、分圧比α_ｉは誤差ｒ_ｉを有するため、誤差ｒ_ｉを考慮にいれると、実際の分圧比α_ｉ’は、
〔数５〕
α_ｉ’＝（１＋ｒ_ｉ）α_ｉ （５）
となる。このため、実際にＡ／Ｄ変換器３２に入力される電位Ｖ_ＡＤｉ’は、
〔数６〕
Ｖ_ＡＤｉ’＝（１＋ｒ_ｉ）α_ｉ×Ｖ（ｐｉ）＝（１＋ｒ_ｉ）×Ｖ_ＡＤｉ （６）
となる。

従って、実際の第ｉセル群１２_ｉの電圧値Ｖｉ’は、
〔数７〕
Ｖｉ’＝Ｖ_ＡＤｉ’／α_ｉ−Ｖ_{ＡＤｉ−１}’／α_ｉ−１
＝（１＋ｒ_ｉ）Ｖ_ＡＤｉ／α_ｉ−（１＋ｒ_ｉ−１）×Ｖ_{ＡＤｉ−１}／α_ｉ−１ （７）
となる。

故に、実際の第ｉセル群１２_ｉの電圧値Ｖｉ’と測定された第ｉセル群１２_ｉの電圧値Ｖｉとの誤差ΔＶｉは、
〔数８〕
ΔＶｉ＝ｒ_ｉ×Ｖ_ＡＤｉ／α_ｉ−ｒ_ｉ−１×Ｖ_{ＡＤｉ−１}／α_ｉ−１
＝ｒ_ｉ×Ｖ（ｐｉ）−ｒ_ｉ−１×Ｖ（ｐｉ−１） （８）
となる。

ここで、分圧比α_ｉの誤差ｒ_ｉの最大値をｒとすると、第ｉセル群１２_ｉの測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉは、二乗平均を使って、
〔数９〕
Ｖｅｉ＝√(ｒ^２×Ｖ（ｐｉ）^２＋ｒ^２×Ｖ（ｐｉ−１）^２)
＝r×√（Ｖ（ｐｉ）^２＋Ｖ（ｐｉ−１）^２) （９）
と表現できる。よって、基準電位である点ｐ０から離れるほど測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉが大きくなる事が分かる。

なお、第ｉセル群１２_ｉのセル数をｎｉとし、１つのセル電圧をＶｃとすると、点ｐｉの電圧値Ｖ（ｐｉ）は、
〔数１０〕
Ｖ（ｐｉ）＝Ｖ（ｐｉ−１）＋ｎｉ×Ｖｃ （１０）
とも表現できるため、上記式（９）は、
〔数１１〕
Ｖｅｉ＝ｒ×√（（ｎｉ×ｖｃ＋Ｖ（ｐｉ−１））^２＋Ｖ（ｐｉ−１）^２） （１１）
となる。

したがって、式（１１）より、測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉは、セル数ｎｉに比例する事が分かる。つまり、点ｐ０から離れた第ｉセル群１２_ｉにおいては、セル数ｎｉを少なくし、点ｐ０に近い第ｉセル群１２_ｉにおいては、セル数ｎｉを多くすれば電圧測定精度が良くなる。

一方、セル群のセル数ｎｉが多いほど各セル電圧のばらつきがセル群の電圧値に与える影響が大きくなる為、セル数ｎｉが多いセル群では測定誤差ΔＶｉを抑える必要がある。

故に、第ｉセル群１２_ｉの測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉと第ｉセル群１２_ｉのセル数ｎｉの関係は、例えば１つのセルからなるセル群の測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉを０．１〔Ｖ〕以下とする場合、セル数ｎｉあるセル群の測定誤差ΔＶｉの最大値Ｖｅｉは０．１〔Ｖ〕／ｎｉ以下とすると、
〔数１２〕
ｎｉ＜０．１／Ｖｅｉ （１２）
となり、式（１２）が成立するように、セル数ｎｉを設定すればよい。

従って、第１セル群１２_１のセル数ｎ１は、
〔数１３〕
ｎ１＜０．１／Ｖｅ１ （１３）
が成立するように、設定される。

ここで、１つのセル電圧Ｖｃを１．２〔Ｖ〕とし、分圧比α_ｉの誤差ｒ_ｉの最大値ｒを０．００２（０．２％）とすると、第１セル群１２_１の測定誤差ΔＶ１の最大値Ｖｅ１は、式（１１）にて、ｐ０＝０〔Ｖ〕であるので、
〔数１４〕
Ｖｅ１＝０．００２×ｎ１×１．２ （１４）
となり、セル数ｎ１は、
〔数１５〕
ｎ１＜√（０．１／（０．００２×１．２）＝６．５ （１５）
となる。故に、第１セル群１２_１のセル数ｎ１は、「６」とされる。

このように、第１セル群１２_１のセル数ｎ１を「６」とすることにより、ｎｉ×Ｖｅｉは０．０８６〔Ｖ〕（＝６×０．００２×６×１．２）となり、０．１以下とできる。すなわち、セル数ｎ１が「１」であったなら、ｎｉ×Ｖｅｉは０．０８６〔Ｖ〕よりもかなり低い値となり、電圧測定精度が不要に高く、コストアップにつながってしまうが、セル数ｎ１が「６」であるため、電圧測定精度を不要に高くすることなく、コストアップを抑制することができる。

第２〜第８セル群セル群１２_２〜１２_８のセル数ｎ２〜ｎ８についても、上記式（１０）〜式（１５）と同様にして、求めることができる。図２は、第２〜第８セル群１２_２〜１２_８のセル数ｎ２〜ｎ８、及び測定誤差等を示す説明図である。

上記のように、１つのセル電圧Ｖｃを１．２〔Ｖ〕とし、分圧比α_ｉの誤差ｒ_ｉの最大値ｒを０．００２（０．２％）とすると、第２〜第８セル群１２_２〜１２_８のセル数ｎ２〜ｎ８は、順に「３」「２」「２」「２」「１」「１」「１」となる。このように、本実施形態において、複数のセル群１２のそれぞれは、第１入力端子３１_１から近いほど、セル数ｎｉが多くされている。

このようにして、第１実施形態に係るセル電圧測定装置１によれば、分圧抵抗による誤差の影響を受け易い基準電位から遠いセル群１２のセル枚数を少なくすることで、基準電位から遠いセル群１２の測定誤差を小さくすることができる。従って、従来技術のように分圧抵抗による誤差の影響を受け易い基準電位に遠いセル群１２に合わせて、セル群１２の分圧抵抗の誤差を小さく設定する必要が無い為、不要に分圧抵抗の誤差を小さくすることがなく、コストアップを防ぐ事ができる。

また、燃料電池１０が発電を行っている状態において測定電圧が零である場合に、測定対象となるセル群１２_ｉの入力端子３１_ｉの接続線２０_ｉが断線している、または接触不良であると診断することとしている。ここで、測定電圧が零であるということは燃料電池１０が発電を行っていないことを示している。このため、発電時に測定電圧が零であるということは矛盾が生じていると言え、断線または接触不良と診断することが妥当である。従って、発電時に測定電圧が零である場合、測定対象となるセル群の接続線が断線している、または接触不良であると診断することで、正確な診断を行うことができる。

第１実施形態では、第１接続線２０_１の一端を第１セル群１２_１の負極側の点ｐ０に接続し、第２接続線２０_２の一端を第１セル群１２_１の正極側（第２セル群１２_２の低電位側）の点ｐ１に接続し、第３〜第９接続線２０_３〜２０_９についても同様に各点ｐ２〜ｐ８に接続したが、第１接続線２０_１の一端を第８セル群１２_８の正極側の点ｐ８に接続し、第７接続線２０_７の一端を第８セル群１２_８の負極側の点ｐ７に接続し、第１〜第６接続線２０_１〜２０_６についても同様に各点ｐ０〜ｐ６に接続してもよい。こうすることによっても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係るセル電圧測定装置２は、第１実施形態のものと同様であるが、構成が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図３は、本発明の第２実施形態に係るセル電圧測定装置２の構成図である。同図に示すように、第２実施形態に係るセル電圧測定装置２は、測定対象となるセル群１２_ｉの数が第１実施形態よりも多くされている。また、これに伴って燃料電池１０とセル電圧測定器３０とを接続する接続線２０_ｉの数についても多くされている。さらに、第２実施形態では、セル電圧測定器３０が第１及び第２モジュール３０ａ，３０ｂを備えている。そして、複数の入力端子３１は、それぞれがいずれかのモジュール３０ａ，３０ｂに電気的に接続され、第１セルブロック４１ａ、第２セルブロック４１ｂ内のそれぞれのセル群電圧は、モジュール３０ａ，３０ｂによって測定されるようになっている。

具体的に第１モジュール３０ａは、第１実施形態に示したセル電圧測定器３０と同様の構成を有しており、Ａ／Ｄ変換器３２ａと、分圧抵抗群３３ａとを有し、複数の入力端子３１_１〜３１_９から読み込んだ電位に基づいて、測定対象となる第１〜第８セル群１２_１〜１２_８の電圧を測定するようになっている。さらに、第１モジュール３０ａは、該第１モジュール３０ａの回路に電圧±Ｖ_ＡとＧＮＤ−Ａを供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３４ａを有している。Ａ／Ｄ変換機３２ａの出力はフォトカプラ３９ａを介して電気的に絶縁され診断器４０に入力される。

同様に、第２モジュール３０ｂは、第１実施形態に示したセル電圧測定器３０と同様の構成を有しており、Ａ／Ｄ変換器３２ｂと、分圧抵抗群３３ｂとを有し、複数の入力端子３１_９〜３１_１７から読み込んだ電井に基づいて、測定対象となる第９〜第１６セル群１２_９〜１２_１６の電圧を測定するようになっている。さらに、第２モジュール３０ｂは、該第２モジュール３０ｂの回路に電圧±Ｖ_ＢとＧＮＤ−Ｂを供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３４ｂを有している。Ａ／Ｄ変換機３２ｂの出力はフォトカプラ３９ｂを介して電気的に絶縁され診断器４０に入力される。

また、モジュール３０ａ，３０ｂそれぞれは、複数の入力端子３１の１つから読み込んだ電位を基準電位とし、この基準電位と測定対象となるセル群１２の入力端子３１から読み込んだ電位とから、測定対象となるセル群１２の電圧を測定するようになっている。具体的に第１モジュール３０ａは、第１入力端子３１_１から読み込んだ電位を第１モジュール３０ａの基準電位とする。また、第２モジュール３０ｂは、第９入力端子３１_９から読み込んだ電位を第２モジュール３０ｂの基準電位とする。なお、第２実施形態に係るセル電圧測定装置２の電圧測定動作は、第１実施形態において説明したものと同様であるため、詳細説明を省略する。

また、第２実施形態では、各セル群１２_ｉのセル数ｎｉの設定についても第１実施形態と同様であり、複数のセル群１２それぞれは、各モジュール３０ａ，３０ｂによって基準電位ｐ０，ｐ８の各入力端子３１_１，３１_９から高電位側に近いほど、構成されるセル数が少なくされている。

すなわち、第１セル群１２_１は、第１モジュール３０ａによって基準電位が読み込まれた第１入力端子３１_１から高電位側に最も近く、セル数が多くされている。一方、第８セル群１２_８は、第１入力端子３１_１から高電位側に遠く、セル数が「１」とされている。なお、第８セル群１２_８は、第２モジュール３０ｂによって基準電位が読み込まれた第９入力端子３１_９から（低電位側に）近いものの、高電位側に近くなく、セル数は多くされていない。

また、同様に、第９セル群１２_９は、第２モジュール３０ｂによって基準電位が読み込まれた第９入力端子３１_９から高電位側に最も近く、セル数が多くされている。一方、第１０セル群１２_１０は、第９セル群１２_９よりも第９入力端子３１_９から遠く、セル数が第９セル群１２_９よりも少なくなっている。

このようにして、第２実施形態に係るセル電圧測定装置３によれば、複数のセル群１２_１〜１２_１６のそれぞれは、各モジュール３０ａ，３０ｂによって基準電位が読み込まれた各入力端子３１_１，３１_９から高電位側に近いほど、構成されるセル数が多くされている。このため、第１実施形態と同様に、不要に測定精度を高めることなく、コストアップを抑制することができる。

また、診断器４０によって、第１実施形態と同様に、発電時に測定電圧が零である場合、測定対象となるセル群の接続線が断線している、または接触不良であると診断することで、正確な診断を行うことができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係るセル電圧測定装置３は、第１実施形態のものと同様であるが、構成が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図４は、本発明の第３実施形態に係るセル電圧測定装置３の構成図である。同図に示すように、第３実施形態では、セル電圧測定器３０の構成が第１実施形態のものと大きく異なっており、セル電圧測定器３０は、複数の入力端子３１と、複数の作動増幅器３５と、マルチプレクサ３６と、コンパレータ３７と、定電圧源３８とを有している。

複数の入力端子３１は、第１実施形態のものと同様であるが、第５入力端子３１_５が接地されている点で、第１実施形態のものと異なっている。

複数の作動増幅器３５は、隣り合う入力端子３１から入力した電位の差を増幅出力するものである。具体的に第１作動増幅器３５_１は、第１入力端子３１_１と第２入力端子３１_２とから入力した電位の差を増幅出力する。

図５は、図４に示した第１作動増幅器３５_１の詳細構成図である。図５に示すように、第１作動増幅器３５_１は、オペアンプＯＰを有しており、オペアンプＯＰの反転入力端子には抵抗Ｒａが接続されている。オペアンプＯＰの反転入力端子と抵抗Ｒａとの接続部分には、抵抗Ｒｃの一端が接続され、抵抗Ｒｃの他端は接地されている。また、オペアンプＯＰの非反転入力端子には抵抗Ｒｂが接続されている。オペアンプＯＰの非反転入力端子と抵抗Ｒｂとの接続部分には、抵抗Ｒｄの一端が接続され、抵抗Ｒｄの他端は接地されている。

このように、オペアンプＯＰの反転入力端子には抵抗Ｒａ，Ｒｃによる分圧が入力し、非反転入力端子には抵抗Ｒｂ，Ｒｄによる分圧が入力することとなる。さらに、オペアンプＯＰの出力は、抵抗Ｒｅを介して非反転入力端子に接続されている。なお、他の作動増幅器３５_２〜３５_８についても同様であるため、説明を省略する。

以上のような作動増幅器３５_ｉは入力電圧Ｖｉｎ_ｉとし、出力電圧Ｖｏｕｔ_ｉとすると、
〔数１６〕
Ｖｏｕｔ_ｉ＝Ｇ_ｉ×Ｖｉｎ_ｉ （１６）
と表現できる。Ｇ_ｉは作動増幅器３５_ｉの増幅度である。

ここで、本実施形態において図５に示した抵抗Ｒａ〜Ｒｅは、
〔数１７〕
Ｇ_ｉ＝ｋ／ｎ_ｉ （１７）
となるように設定される。ｋは定数である。

再度、図４を参照する。マルチプレクサ３６は、上記第１〜第８作動増幅器３５_１〜３５_８の出力電圧Ｖｏｕｔ_１〜Ｖｏｕｔ_８を入力し、入力した出力電圧Ｖｏｕｔ_１〜Ｖｏｕｔ_８のいずれか１つを選択して出力するものである。コンパレータ３７は、出力電圧Ｖｏｕｔ_１〜Ｖｏｕｔ_８のうちマルチプレクサ３６によって選択された電圧値（測定した電圧値）と、予め設定された設定電圧値とを比較して比較結果を出力するものである。また、コンパレータ３７は、例えば測定電圧が設定電圧以上である場合にＨレベル信号を出力し、測定電圧が設定電圧未満である場合にＬレベル信号を出力する。定電圧源３８はコンパレータ３７に接続され、コンパレータ３７に設定電圧を供給するものである。

次に、各セル群１２_ｉのセル数ｎｉの設定について説明する。第３実施形態に係るセル電圧測定装置３において、複数のセル群１２_ｉそれぞれは、第１実施形態と同様に、基準電位が読み込まれた第５入力端子３１_５から近いほど構成されるセル数ｎｉが多くされている。具体的に図４に示す例では、第３〜第５セル群１２_３〜１２_５のセル数ｎ３〜ｎ５はいずれも「２」となっている。これに対し、第１，第８セル群１２_１，１２_８のセル数ｎ１，ｎ８はいずれも「１」となっている。このように、第３実施形態では、第５入力端子３１_５から近いほどセル数ｎｉが多くなっている。

このようにして、第３実施形態に係るセル電圧測定装置３によれば、第１実施形態と同様に、基準電位から近いセル群１２_ｉのセル数ｎｉを多くすることで、基準電位から近いセル群１２_ｉの電圧測定誤差と遠いセル群１２_ｉの電圧測定誤差とを同程度とすることとなり、不要に測定精度を高めることなく、コストアップを抑制することができる。

さらに、第３実施形態によれば、測定した電圧値と、予め設定された設定電圧値とを比較して、比較結果を出力することにより、回路構成を簡易にすることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第２実施形態においてモジュール３０ａ，３０ｂの数は２つであったが、これに限らず、３つ以上であってもよい。また、第２実施形態のモジュール３０ａ，３０ｂを用いる構成と、第３実施形態の作動増幅器３５及びコンパレータ３７等を用いる構成とを組み合わせるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係るセル電圧測定装置の構成図である。 第２〜第８セル群のセル数、及び測定誤差等を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係るセル電圧測定装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係るセル電圧測定装置の構成図である。 図４に示した第１作動増幅器の詳細構成図である。

符号の説明

１〜３…セル電圧測定装置
１０…燃料電池
１１…セル
１２…セル群
２０…接続線
３０…セル電圧測定器（セル電圧測定手段）
３０ａ…第１モジュール
３０ｂ…第２モジュール
３１…入力端子
３２…Ａ／Ｄ変換器
３３…分圧抵抗群
３３ａ…分圧抵抗群
３３ｂ…分圧抵抗群
Ｒａ〜Ｒｅ…抵抗
３５…作動増幅器
３６…マルチプレクサ
３７…コンパレータ
３８…定電圧源
３９…フォトカプラ
４０…診断器（診断手段）
４１ａ…第１セルブロック
４１ｂ…第２セルブロック

Claims (5)

1. 複数のセルが直列接続された燃料電池の少なくとも１つのセルから構成される複数のセル群と、
   前記燃料電池の負極端または正極端のどちらか一方と前記複数のセル群それぞれの正極端または負極端のどちらか他方に接続線を介して電気的に接続される複数の入力端子を有し、前記入力端子から分圧抵抗を介して電位を読み込んで、各セル群の電位を測定するセル電圧測定手段と、を備え、
   前記セル電圧測定手段は、前記複数の入力端子の１つから読み込んだ電位を基準電位とし、測定対象となるセル群の入力端子から読み込んだ電位から前記基準電位を減算して、測定対象となるセル群の電圧値を演算し、
   前記複数のセル群それぞれは、前記基準電位とされた入力端子から近いほど構成されるセル数が多くされている
   ことを特徴とするセル電圧測定装置。
2. 前記燃料電池が発電を行っている状態において、前記セル電圧測定手段により測定された電圧が零である場合、測定対象となるセル群の接続線が断線している、または接触不良であると診断する診断手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のセル電圧測定装置。
3. 複数のセルが直列接続された燃料電池の少なくとも１つのセルから構成される複数のセル群と、
   前記複数のセル群から構成される複数のセルブロックと、
   前記複数のセルブロックそれぞれの負極端または正極端のどちらか一方と前記セルブロック内で複数のセル群それぞれの正極端または負極端のどちらか他方に接続線を介して電気的に接続される複数の入力端子を有し、前記入力端子から分圧抵抗を介して電位を読み込んで、前記セルブロックのそれぞれにおいて各セル群の電位を測定する複数のセル電圧測定モジュールからなるセル電圧測定手段と、を備え、
   前記セル電圧測定モジュールは、前記複数の入力端子の１つから読み込んだ電位を基準電位とし、測定対象となるセル群の入力端子から読み込んだ電位から前記基準電位を減算して測定対象となるセル群の電圧値を演算し、
   前記複数のセル群それぞれは、前記基準電位とされた前記セル電圧測定モジュール内の各入力端子から高電位側に近いほど、構成されるセル数が多くされている
   ことを特徴とするセル電圧測定装置。
4. 前記燃料電池が発電を行っている状態において、前記各モジュールにより測定された電圧が零である場合、測定対象となるセル群の接続線が断線している、または接触不良であると診断する診断手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のセル電圧測定装置。
5. 前記セル電圧測定手段は、測定した電圧値と、予め設定された設定電圧値とを比較して、比較結果を出力することを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載のセル電圧測定装置。
   

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