JP2007242529A - Voltage detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧検出装置に係り、特に、それぞれが発電要素として機能する複数の燃料電池セルで構成される燃料電池スタックにおいて、単一の燃料電池セル、或いは、所定数の燃料電池セル(セル群)を検出単位として、個々の燃料電池セル、或いは、個々のセル群の電圧を検出する手法に関する。 The present invention relates to a voltage detection device, and in particular, in a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells each functioning as a power generation element, a single fuel cell or a predetermined number of fuel cells (cells). The present invention relates to a method of detecting voltages of individual fuel battery cells or individual cell groups using (group) as a detection unit.
従来より、燃料極および酸化剤極に反応ガスをそれぞれ供給することにより、反応ガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、複数の燃料電池セルを積層して構成される燃料電池スタックを備えており、この燃料電池スタックは、それぞれの燃料電池セルが電気的に直列接続されている。この燃料電池システムでは、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの電圧変化をモニタリングするために、例えば、1つの燃料電池セルを検出単位として、個々の燃料電池セルの電圧(セル電圧)を検出する電圧検出装置を備えている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a fuel cell system that generates power by electrochemically reacting a reactive gas by supplying a reactive gas to a fuel electrode and an oxidant electrode. The fuel cell system includes a fuel cell stack configured by stacking a plurality of fuel cells, and each fuel cell is electrically connected in series in the fuel cell stack. In this fuel cell system, in order to monitor the voltage change of the fuel cells constituting the fuel cell stack, for example, the voltage (cell voltage) of each fuel cell is detected using one fuel cell as a detection unit. A voltage detection device is provided.
例えば、特許文献1には、検出回路に与えられる入力を、検出対象であるセル電圧から所定の基準電圧に切り換えることにより、検出回路の誤差を補正するための補正値を演算し、この補正値によって検出されるセル電圧を補正する電圧検出装置が開示されている。
ところで、燃料電池システムにおいて、例えば、燃料電池スタックの発電量が変化するようなケースでは、それに応じてセル電圧が変化する可能性があるが、検出回路の誤差補正を行った場合には、セル電圧を検出することができず、セル電圧の変化を適切に捉えることができないという不都合がある。 By the way, in the fuel cell system, for example, in the case where the amount of power generated by the fuel cell stack changes, the cell voltage may change accordingly. There is an inconvenience that the voltage cannot be detected and the change in the cell voltage cannot be properly captured.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出回路の誤差補正を行いつつも、燃料電池セルの電圧変動を適切に捉えることができる電圧検出装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a voltage detection device that can appropriately detect the voltage fluctuation of the fuel cell while performing error correction of the detection circuit. .
かかる課題を解決するために、本発明は、直列接続された複数の燃料電池セルで構成される燃料電池スタックであって、少なくとも一つの燃料電池セルを含むセル群を検出単位として、燃料電池スタックにおけるセル群のそれぞれの電圧を検出する電圧検出装置を提供する。この電圧検出装置は、入力端子と、検出回路と、演算手段と、発生手段と、切換手段と、許可手段とを有する。入力端子は、検出対象となるセル群の電圧に応じた入力電圧が入力される。検出回路は、入力端子に入力された入力電圧を分圧して検出電圧として出力するものであり、分圧抵抗で構成される。演算手段は、検出回路から出力される検出電圧と、検出回路に含まれる誤差を補正する補正値とに基づいて、検出対象となるセル群の電圧を演算する。発生手段は、基準電圧を発生する。切換手段は、検出回路に与えられる入力を、入力端子に入力される入力電圧から発生手段による基準電圧に切り換えることができる。許可手段は、燃料電池スタックの運転状態に基づいて、検出回路に与えられる入力を入力電圧側から基準電圧側に切り換えることを切換手段に対して許可する。ここで、演算手段は、検出回路に与えられる入力が基準電圧側に切り換えられていることを条件に、基準電圧と、検出回路から出力される検出電圧とに基づいて、補正値を算出する。 In order to solve this problem, the present invention provides a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells connected in series, the fuel cell stack including a group of cells including at least one fuel cell as a detection unit. A voltage detection device for detecting the voltage of each cell group in the present invention is provided. This voltage detection apparatus has an input terminal, a detection circuit, a calculation means, a generation means, a switching means, and a permission means. An input voltage corresponding to the voltage of the cell group to be detected is input to the input terminal. The detection circuit divides the input voltage input to the input terminal and outputs it as a detection voltage, and includes a voltage dividing resistor. The calculation means calculates the voltage of the cell group to be detected based on the detection voltage output from the detection circuit and a correction value for correcting an error included in the detection circuit. The generating means generates a reference voltage. The switching means can switch the input given to the detection circuit from the input voltage inputted to the input terminal to the reference voltage by the generating means. The permission unit permits the switching unit to switch the input given to the detection circuit from the input voltage side to the reference voltage side based on the operating state of the fuel cell stack. Here, the calculation means calculates the correction value based on the reference voltage and the detection voltage output from the detection circuit on the condition that the input given to the detection circuit is switched to the reference voltage side.
本発明によれば、燃料電池スタックの運転状態に基づいて、検出回路に与えられる入力を入力電圧側から基準電圧側に切り換えることを切換手段に対して許可しているので、補正値の演算処理を選択的に実行することができる。そのため、検出回路に含まれる誤差の補正を行いつつもに、セル群の電圧の変動を適切に捉えることが可能となる。 According to the present invention, since the switching means is allowed to switch the input given to the detection circuit from the input voltage side to the reference voltage side based on the operating state of the fuel cell stack, the correction value calculation process Can be selectively executed. For this reason, it is possible to appropriately grasp the voltage fluctuation of the cell group while correcting the error included in the detection circuit.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる電圧検出装置を示す構成図である。第1の実施形態にかかる電圧検出装置10は、燃料電池システムに用いられる電圧検出装置として好適である。燃料電池システムは、例えば、車両を駆動する電動モータの電源として、車両に搭載されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a voltage detection apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
燃料電池システムは、燃料電池スタック1を備えており、この燃料電池スタック1は、固体高分子電解質膜を挟んで酸化剤極と燃料極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持した燃料電池セルSが複数積層されて構成される。この燃料電池スタック1では、個々の燃料電池セルSにおいて、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電電力を発生する。燃料電池スタック1は、複数の燃料電池セルSが電気的に直列接続されており、燃料電池セルSの積層数に応じて、所望の発電電力が確保される。燃料電池システムは、燃料電池スタック1以外にも、燃料電池スタック1に対して酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス系(図示せず)や、燃料電池スタック1に対して燃料ガスを供給するための燃料ガス系(図示せず)が備えられている。燃料ガスとしては、例えば、水素を、酸化剤ガスとしては、例えば、酸素を含む空気を用いることができる。
The fuel cell system includes a
燃料電池スタック1の運転状態は、図示しないコントローラによって制御されている。コントローラは、ROMに記憶された制御プログラムに従い、燃料電池スタック1の発電量の目標値である目標発電量に基づいて、水素の圧力・流量制御、空気の圧力・流量制御に関する演算を行う。そして、コントローラは、この演算によって算出された制御量に応じた制御信号を各種アクチュエータに対して出力し、燃料電池スタック1の運転状態を制御する。燃料電池スタック1の目標発電量は、車両の速度やドライバのアクセル開度に応じて車両側から要求される要求電力に基づいて、一義的に決定される。
The operating state of the
また、コントローラは、このような通常の発電制御以外にも、燃料電池スタック1の始動に応じて燃料電池スタック1の運転状態を制御する始動制御、燃料電池スタック1の停止に応じて燃料電池スタック1の運転状態を制御する停止制御も行う。
In addition to such normal power generation control, the controller also controls start-up control for controlling the operating state of the
電圧検出装置10は、燃料電池スタック1を構成する複数の燃料電池セルSを、それぞれが所定数の燃料電池セルSを含む複数のセル群Si(i=1〜n(n:セル群の数))に分割した上で、個々のセル群Siを検出対象として電圧Vi(i=1〜n)を検出する。セル群Siを構成する燃料電池セルSの数は、1つ以上であればよく、所望とする分解能に応じて選択することができる。本実施形態において、各セル群Siは、2つの燃料電池セルSで構成されている。
The
この電圧検出装置10は、入力端子11、検出回路12、A/D変換部13、基準電圧発生部14、切換スイッチ15および演算部16を主体に構成されている。
The
入力端子11は、検出対象となるセル群Siの電圧Viに応じた入力電圧が入力される端子であり、接続線L1〜Lnを介して、個々のセル群Siと接続されている。ここで、接続線L0を介して燃料電池スタック1の最も低電位側の点p0と接続される入力端子11は、その内部においてグランドに接続されており、この点p0が電圧検出の基準電位となる。個々の入力端子11に入力された入力電圧は、分圧抵抗(抵抗器Rai(i=1〜n),Rbi(i=1〜n))で構成される検出回路12によってそれぞれ分圧されることにより、入力電圧に応じた検出電圧としてA/D変換部13の入力端子Chi(i=1〜n)にそれぞれ入力される。A/D変換部13によってデジタル信号に変換された検出電圧は、演算部16によってそれぞれ読み込まれる。
The
一方、基準電圧発生部14は、予め決定された所定の基準電圧Vrefを発生する。切換スイッチ15は、検出回路12に与えられる入力を、入力端子11に入力される入力電圧から、基準電圧発生部14による基準電圧Vrefに切り換えることができる。
On the other hand, the
演算部16は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。演算部16は、これを機能的に捉えた場合、2つの主たる機能を担っている。第1に、検出回路12に与えられる入力が入力端子11側からの入力電圧であることを前提に、A/D変換部13から読み込まれる検出電圧と、検出回路12に含まれる誤差を補正する補正値Kri(i=1〜n)とに基づいて、検出対象となるセル群Siの電圧Viを演算する。第2に、燃料電池スタック1の運転状態に基づいて、検出回路12に与えられる入力を、入力電圧側から基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可する。ここで、基準電圧Vref側に切り換えることを許可した場合には、演算部16は、切換スイッチ15を動作させて、検出回路12へ基準電圧Vrefを与える。一方、基準電圧Vref側に切り換えることを許可しない場合には、演算部16は、切換スイッチ15を動作させて、検出回路12へ入力電圧を与える。そして、演算部16は、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可している場合には、基準電圧Vrefと、検出回路12から出力される検出電圧(具体的には、A/D変換部13から出力される、デジタル信号に変換された検出電圧)とに基づいて、補正値Kriを算出する。また、この演算部16には、燃料電池スタック1の運転状態を示すスタック情報信号Ssiが、燃料電池システムのコントローラから入力されている。
The
以下、本実施形態における、セル群Siの電圧Viの検出概念、および、補正値Kriの算出概念について説明する。 Hereinafter, the detection concept of the voltage Vi of the cell group Si and the calculation concept of the correction value Kri in the present embodiment will be described.
(数式1)
Vpi=ΣVi=V1+V2+・・・+Vi
同数式は、接続線L1〜Lnを介して入力端子11と接続する各セル群Siの接続点p1〜pnにおける、基準電池Vp0に対する電圧Vpi(i=1〜n)を示している。換言すれば、同数式は、検出対象となるセル群Siの電圧Viに応じて入力端子11に入力される入力電圧Vpiを示している。入力端子11に入力される入力電圧Vpiは、検出回路12によって分圧され、A/D変換部13の入力端子Chiに入力される。
(Formula 1)
Vpi = ΣVi = V1 + V2 + ... + Vi
The equation shows the voltage Vpi (i = 1 to n) with respect to the reference battery Vp0 at the connection points p1 to pn of each cell group Si connected to the
(数式2)
Vadi=αi×Vpi
同数式は、検出回路12によって分圧されて、A/D変換部13の入力端子Chiに入力される検出電圧Vadi(i=1〜n)を示す。ここで、αi(i=1〜n)は、検出回路12を構成する分圧抵抗による分圧比である。
(Formula 2)
Vadi = αi × Vpi
The equation shows the detection voltage Vadi (i = 1 to n) that is divided by the
(数式3)
αi=Rbi/(Rai+Rbi)
ここで、Rai,Rbiは、分圧抵抗における抵抗器の抵抗値である。個々の抵抗値Rai,Rbiは、電圧検出装置10(具体的には、入力端子11)に入力される入力電圧Vpiに対して、A/D変換部13に入力される検出電圧Vadiが、A/D変換部13の定格電圧以下となるように設定されている。
(Formula 3)
αi = Rbi / (Rai + Rbi)
Here, Rai and Rbi are resistance values of the resistors in the voltage dividing resistor. The individual resistance values Rai and Rbi are determined by the detection voltage Vadi input to the A /
(数式4)
Vi=Vpi−Vpi-1=Vadi/αi−Vadi-1/αi-1
数式1〜3を参照するに、検出対象となるセル群Siの電圧Viは、数式4に示すように、A/D変換部13に入力される検出電圧Vadi,Vadi-1と、分圧比αi,αi-1に基づいて一義的に算出される。ここで、検出回路12を構成する分圧抵抗による分圧比αiは、演算部16の記憶領域に予め記憶されている。
(Formula 4)
Vi = Vpi-Vpi-1 = Vadi / αi-Vadi-1 / αi-1
Referring to
ところで、分圧抵抗の分圧比αiは、通常、公称値が用いられるが、検出回路12の経時劣化などに起因して、実際の分圧比αiは公称値に対して誤差を含むようになる。
Incidentally, a nominal value is normally used as the voltage dividing ratio αi of the voltage dividing resistor. However, due to the deterioration of the
(数式5)
αi’=ri×αi
同数式は、分圧比(公称値)αiから、誤差によってその値がある割合ri(i=1〜n)ずれたと考えた場合の実際の分圧比αi’を示す。
(Formula 5)
αi ′ = ri × αi
This equation shows the actual voltage division ratio αi ′ when it is considered that the value has shifted from the voltage division ratio (nominal value) αi by a certain ratio ri (i = 1 to n) due to an error.
(数式6)
Vadrefi’=ri×αi×Vref
ここで、同数式は、切換スイッチ15を動作させ、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vrefに切り換えた場合に、A/D変換部13の入力端子Chiに入力される検出電圧Vadrefi’(i=1〜n)を示しており、数式2および数式5から導出される。
(Formula 6)
Vadrefi ′ = ri × αi × Vref
Here, when the
(数式7)
ri=Vadrefi’/(αi×Vref)
同数式は、分圧抵抗における分圧比(公称値)αiからのずれriを示す。
(Formula 7)
ri = Vadrefi ′ / (αi × Vref)
This equation shows the deviation ri from the voltage dividing ratio (nominal value) αi in the voltage dividing resistor.
(数式8)
Vadi’=ri×αi×Vpi
同数式は、切換スイッチ15を動作させ、検出回路12に与えられる入力を入力電圧Vpi側に切り換えた場合に、A/D変換部13の入力端子Chiに入力される検出電圧Vadi’(i=1〜n)を示しており、数式2および数式5から導出される。
(Formula 8)
Vadi '= ri x αi x Vpi
The equation shows that when the
(数式9)
Vpi=Vadi’/(ri×αi)
同数式は、分圧比(公称値)αiに含まれるずれriを考慮した場合に、基準電位に対する各接続点piの電圧Vpi、すなわち、入力端子11への入力電圧Vpiを示す。
(Formula 9)
Vpi = Vadi '/ (ri * αi)
This equation shows the voltage Vpi of each connection point pi with respect to the reference potential, that is, the input voltage Vpi to the
(数式10)
Vpi=Kri×Vadi’
同数式は、数式9を補正値Kriを用いて表した式である。
(Formula 10)
Vpi = Kri × Vadi '
The equation is an equation representing the equation 9 using the correction value Kri.
(数式11)
Kri=1/(ri×αi)=Vref/Vadrefi’
同数式は、補正値Kriの詳細を示す式である。この補正値Kriは、切換スイッチ15を基準電圧Vref側に切り換えた場合に、A/D変換部13の入力端子Chiに入力される実際の検出電圧Vadrefi’と、基準電圧Vrefとに基づいて算出される。
(Formula 11)
Kri = 1 / (ri × αi) = Vref / Vadrefi ′
This equation is an equation showing the details of the correction value Kri. The correction value Kri is calculated based on the actual detection voltage Vadrefi ′ input to the input terminal Chi of the A /
(数式12)
Vi=Kri×Vadi’−Kri-1×Vadi-1’
同数式は、個々のセル群Siの実際の電圧Viを示しており、数式4および数式10に基づいて導出される。
(Formula 12)
Vi = Kri × Vadi′−Kri-1 × Vadi-1 ′
The equation shows the actual voltage Vi of each cell group Si and is derived based on Equation 4 and
このように、演算部16は、数式11で算出される補正値Kriを用いて、数式12に基づいて、個々のセル群Siの電圧Viを算出することができる。また、演算部16は、切換スイッチ15動作させ、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることにより、補正値Kriを適宜算出することができる。
As described above, the
以下、電圧検出装置10による電圧検出処理を説明する。図2は、本実施形態にかかる電圧検出の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定間隔毎に呼び出され、演算部16によって実行される。なお、初期的には、切換スイッチ15は、検出回路12に与えられる入力が、入力端子11に入力される入力電圧Vpiとなるようにセットされている。まず、ステップ1において、前回の処理サイクルにおいて演算された各セル群Siの電圧Viと、その時間的変化ΔVi(i=1〜n)が記憶領域より読み込まれる。
Hereinafter, the voltage detection process by the
ステップ2において、スタック情報信号Ssiに基づいて、燃料電池スタック1の運転状態が始動制御中であるか、或いは、停止制御中であるか否かが判断される。後述するステップ6における補正演算は、燃料電池スタック1の電圧変化が小さいと考えられるシーンを前提に実行される。燃料電池スタック1の始動制御中または停止制御中は電圧変化が大きいため、このような状況において補正演算を実行することを避けるべく、このステップ2における判断が設けられている。ステップ2において肯定判定された場合、すなわち、燃料電池スタック1の運転状態が始動制御中或いは停止制御中である場合には、後述するステップ7に進む。一方、ステップ2において否定判定された場合、すなわち、燃料電池スタック1の運転状態が始動制御中或いは停止制御中ではない場合には、ステップ3に進む。
In
ステップ3において、セル群Siの電圧Viが、電圧判定値Vithよりも小さいか否かが判断される。上述のように、ステップ6における補正演算は、燃料電池スタック1の電圧変化が小さいと考えられるシーンを前提に実行される。個々のセル群Siの電圧Viが小さい場合には、燃料電池スタック1から取り出されている出力(例えば、電流)が大きい状況が考えられ、燃料電池スタック1の電圧変化が大きい可能性がある。そこで、このステップ3において、セル群Siの電圧Viをベースに、燃料電池スタック1の電圧変化が大きい状況か否かが判断される。電圧判定値Vithとしては、燃料電池スタック1から取り出される出力(例えば、電流)が大きいと見なせる程度のセル群Siの電圧Viの上限値が、実験やシミュレーションを通じて設定されている。
In
このステップ3において肯定判定された場合、すなわち、セル群Siの電圧Viが電圧判定値Vithよりも小さい場合には(Vi<Vith)、ステップ7に進む。一方、ステップ3において否定判定された場合、すなわち、セル群Siの電圧Viが電圧判定値Vith以上の場合には(Vi≧Vith)、ステップ4に進む。なお、ステップ3では、個々のセル群Siを対象として、その電圧Viを電圧判定値Vithと比較してもよいが、特定の代表セル群Siのみを対象として、その電圧Viを電圧判定値Vithと比較することにより、その判断を行ってもよい。
If the determination in
ステップ4において、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViが、電圧変化判定値ΔVithよりも大きいか否かが判断される。このステップ4は、ステップ2,3の処理と同様に、燃料電池スタック1の電圧変化が大きい状況か否かを判断するための処理であり、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViを用いてこれを行う。電圧変化判定値ΔVithは、燃料電池スタック1の電圧変化が小さいとみなせるような、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViの上限値が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。
In step 4, it is determined whether or not the temporal change ΔVi of the voltage Vi of the cell group Si is larger than the voltage change determination value ΔVith. This step 4 is a process for determining whether or not the voltage change of the
このステップ4において肯定判定された場合、すなわち、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViが電圧変化判定値ΔVithよりも大きい場合には(ΔVi>ΔVith)、ステップ7に進む。ステップ4において否定判定された場合、すなわち、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViが電圧変化判定値ΔVith以下の場合には(ΔVi≦ΔVith)、ステップ5に進む。なお、ステップ4では、個々のセル群Siを対象として、その時間的変化ΔViを電圧変化判定値ΔVithと比較してもよいが、特定の代表セル群Siのみを対象として、その時間的変化Viを電圧変化判定値ΔVithと比較することにより、その判断を行ってもよい。 If the determination in step 4 is affirmative, that is, if the temporal change ΔVi of the voltage Vi of the cell group Si is larger than the voltage change determination value ΔVith (ΔVi> ΔVith), the process proceeds to step 7. If a negative determination is made in step 4, that is, if the temporal change ΔVi of the voltage Vi of the cell group Si is equal to or less than the voltage change determination value ΔVith (ΔVi ≦ ΔVith), the process proceeds to step 5. In step 4, the temporal change ΔVi for each cell group Si may be compared with the voltage change judgment value ΔVith, but the temporal change Vi for only a specific representative cell group Si. The determination may be made by comparing the value with the voltage change determination value ΔVith.
ステップ5では、前回の処理サイクルにおいて、補正値Kriが算出されたか否かが判断される。この補正値Kriは、分圧抵抗の分圧比(公称値)αiに含まれる誤差を補正する値であるが、この誤差そのものは、短時間に大きく変化するものではない。そこで、補正値Kriが一旦算出された場合には、その値を保持して、ある程度の時間(例えば、1サイクル以上)が経過した後に、補正値Kriを再度算出することとする。このステップ5において肯定判定された場合、すなわち、前回の処理サイクルにおいて補正値Kriが算出されている場合には、ステップ7に進む。一方、このステップ5において否定判定された場合、すなわち、前回の処理サイクルにおいて補正値Kriが算出されていない場合には、ステップ6に進む。
In
ステップ6において、補正演算が行われる。図3は、ステップ6における補正演算の手順を示すフローチャートである。まず、図2に示すステップ2〜5の否定判定の場合、すなわち、検出回路12に与えられる入力を入力電圧Vpi側から基準電圧Vref側に切り換えることが切換スイッチ15に対して許可されている場合には、ステップ61において、切換スイッチ15が基準電圧Vref側へと切り換えられる。切換スイッチ15の切り換えに応じて、検出回路12に基準電圧Vrefが入力されると、検出回路12を介して分圧された検出電圧Vadrefi’がA/D変換部13に入力される。そして、ステップ62において、A/D変換部13においてデジタル信号に変換された検出電圧Vadrefi’が演算部16に読み込まれる(基準電圧Vadrefi’の読み込み)。
In step 6, a correction calculation is performed. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the correction calculation in step 6. First, in the case of negative determination in
ステップ63において、基準電圧発生部14が発生する基準電圧Vrefと、読み込まれた検出電圧Vadrefi’とに基づいて、補正値Kriが演算される。この補正値Kriは、上述した数式11に示す演算により、一義的に算出される。算出された補正値Kriは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていた値が更新される。
In step 63, the correction value Kri is calculated based on the reference voltage Vref generated by the
ステップ64において、各セル群Siを検出対象として、その電圧Viが算出される。なお、このステップ64における電圧検出処理は、図2に示すステップ7の処理と同様であり、その詳細については、後述するステップ7の処理を参照されたい。このステップ64において、個々のセル群Siの電圧Viが算出されると、本ルーチンを抜ける。 In step 64, each cell group Si is detected, and its voltage Vi is calculated. Note that the voltage detection process in step 64 is the same as the process in step 7 shown in FIG. 2. For details, refer to the process in step 7 described later. In step 64, when the voltage Vi of each cell group Si is calculated, this routine is exited.
再び図2を参照するに、ステップ7において、それぞれのセル群Siを検出対象として、その電圧Viが算出される。図4は、ステップ7における電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ71において、切換スイッチ15がセル群Siの電圧Vi側へと切り換えられる。切換スイッチ15の切り換えに応じて、セル群Siの電圧Viに応じた入力電圧Vpiが入力端子11に入力されると、検出回路12を介して分圧された検出電圧Vadi’がA/D変換部13に入力される。
Referring to FIG. 2 again, in step 7, each cell group Si is detected and its voltage Vi is calculated. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the voltage detection process in step 7. First, at step 71, the
ステップ72において、A/D変換部13に入力された検出電圧Vadi’が読み込まれるとともに、この検出電圧Vadi’と、補正値Kriとに基づいて、セル群Siの電圧Viが算出される。補正値Kriは、記憶領域に格納されている値を読み込むことによって、特定可能である。セル群Siの電圧Viは、上述した数式12に示す演算により、一義的に算出することができる。算出されたセル群Siの電圧Viは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていたデータ(セル群Siの電圧Vi)が更新される。なお、演算部16の記憶領域には、2サイクル分のセル群Siの電圧Viが格納されるようになっており、最も古いデータが現在算出されたデータによって更新される。そのため、演算部16の記憶領域には、本サイクルにおいて算出されたデータと、前回のサイクルにおいて算出されたデータとが格納されることとなる。
In step 72, the detection voltage Vadi 'input to the A /
ステップ73において、本サイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viと、前回のサイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viに基づいて、電圧Viの時間的変化ΔViが算出される。具体的には、この時間的変化ΔViは、個々のセル群Siを対象として、前回のサイクルにおいて算出された電圧Viから、本サイクルにおいて算出された電圧Viを減算し、この減算された値を制御サイクルの実行周期で除算することにより算出される。この算出された時間的変化ΔViは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていたデータが更新される。
In step 73, a temporal change ΔVi of the voltage Vi is calculated based on the voltage Vi of the cell group Si calculated in this cycle and the voltage Vi of the cell group Si calculated in the previous cycle. Specifically, the temporal change ΔVi is obtained by subtracting the voltage Vi calculated in the current cycle from the voltage Vi calculated in the previous cycle for each cell group Si, and subtracting the subtracted value. Calculated by dividing by the execution cycle of the control cycle. The calculated temporal change ΔVi is stored in the storage area of the
このように本実施形態において、電圧検出装置10は、入力端子11と、検出回路12と、演算手段と、基準電圧発生部14と、切換スイッチ15と、許可手段とを有している。ここで、入力端子11は、セル群Siの電圧Viに応じた入力電圧Vpiが入力される。検出回路12は、入力端子11に入力された入力電圧Vpiを分圧して検出電圧Vadi’として出力するものであり、分圧抵抗で構成されている。演算手段は、検出回路12から出力される検出電圧Vadi’と、検出回路12に含まれる誤差を補正する補正値Kriとに基づいて、セル群Siの電圧Viを演算するものであり、この機能は、演算部16によって実行される。基準電圧発生部14は、基準電圧Vrefを発生する。切換スイッチ15は、検出回路12に与えられる入力を、入力端子11に入力される入力電圧Vpiから、基準電圧発生部14による基準電圧Vrefに切り換え可能となっている。許可手段は、燃料電池スタック1の運転状態に基づいて、検出回路12に与えられる入力を、入力電圧Vpi側から、基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可するものであり、この機能は、演算部16によって実行される。この場合、演算手段として機能する演算部16は、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることが切換スイッチ15に対して許可されている場合、基準電圧Vrefと、検出回路12から出力される検出電圧Vadrefi’とに基づいて、補正値Kriを算出する。
As described above, in the present embodiment, the
かかる構成によれば、燃料電池スタック1の運転状態に応じて、補正値Kriの演算処理を選択的に実行することができるので、検出回路12に含まれる誤差の補正を行いつつも、セル群Siの電圧Viの変動を適切に捉えることが可能となる。また、本実施形態において、演算部16(演算手段)は、検出回路12から出力される検出電圧Vadrefi’が、基準電圧Vrefに近づくような値として補正値Kriを算出する。これにより、分圧抵抗の分圧比αiの公称値からずれを経時的に吸収することができるので、セル群Siの電圧Viの検出精度の向上を図ることができる。
According to such a configuration, since the calculation process of the correction value Kri can be selectively executed according to the operating state of the
また、本実施形態において、演算部16は、セル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViを算出するとともに、この算出されたセル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViが大きいと判断した場合、すなわち、ステップ4の肯定判定の場合には(ΔVi>ΔVith)、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可しない。これにより、セル群Siの電圧Viが変化するシーンでは、補正値Kriの演算が行われず、セル群Siの電圧Viの検出が行われるので、セル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。
In the present embodiment, the
本実施形態において、演算部16は、セル群Siの電圧Viに基づいて、燃料電池スタック1から取り出される出力が大きいと判断した場合、すなわち、ステップ3の肯定判定の場合には(Vi<Vith)、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可しない。燃料電池スタック1から取り出される出力が大きい場合には、セル群Siの電圧Viが変化することが予想されるので、補正値Kriの演算を行わず、セル群Siの電圧Viの検出を行うことにより、セル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。
In the present embodiment, when the
なお、上述した実施形態では、個々のセル群Siの電圧Vi、或いは、その時間的変化ΔViに基づいて、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可するか否かを判断しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料電池スタック1のセル群Siの全てまたは一部の電圧Viの合計値を算出し、この算出された電圧Viの合計値、或いは、この電圧Viの合計値の時間的変化を用いて、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えるか否かを判断してもよい。かかる手法であっても、セル群Siの電圧Viが変化するシーンでは、補正値Kriの演算が行われず、セル群Siの電圧Viの検出が行われるので、セル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。
In the above-described embodiment, the
さらに、本実施形態において、演算部16は、燃料電池スタック1の始動に応じて燃料電池スタック1の運転状態を制御する始動制御時、或いは、燃料電池スタック1の停止に応じて燃料電池スタック1の運転状態を制御する停止制御時には、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可しない。始動制御時、或いは、停止制御時には、セル群Siの電圧Viの変化が大きい可能性があるので、補正値Kriの演算を行わず、電圧Viの検出を行うことで、個々のセル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。
Further, in the present embodiment, the
なお、燃料電池スタック1の発電量は、目標発電量に従って制御される。そのため、燃料電池スタック1の電圧変化は、この目標発電量から特定することができる。燃料電池スタック1の目標発電量は、燃料電池スタック1を制御するコントローラによって管理されているため、演算部16は、コントローラから目標発電量を取得することにより、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えるか否かを判断してもよい。
The power generation amount of the
具体的には、演算部16は、目標発電量の時間的変化を算出するとともに、この算出された目標発電量の時間的変化が大きいと判断した場合には、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可しないとしてもよい。燃料電池スタック1の目標発電量の時間的変化が大きい場合には、セル群Siの電圧Viも変化することが予想されるので、補正値Kriの演算を行わず、セル群Siの電圧Viの検出を行うことにより、セル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。また、演算部16は、目標発電量が小さいと判断した場合には、検出回路12に与えられる入力を基準電圧Vref側に切り換えることを切換スイッチ15に対して許可しないとしてもよい。燃料電池スタック1の目標発電量が小さい場合には、その後の目標発電量の変化に応じて、セル群Siの電圧Viが変化することが予想されるので、補正値Kriの演算を行わず、セル群Siの電圧Viの検出を行うことにより、セル群Siの電圧Viの変化を適切に捉えることが可能となる。
Specifically, the
さらに、補正値Kriの誤差補正といった観点から、補正演算を積極的に実行してもよい。ただし、上述したように、燃料電池スタック1の電圧変化が大きいシーンでは、セル群Siの電圧Viを検出し、その電圧変化を的確に捉えることが好ましい。そこで、演算部16は、燃料電池スタック1の発電量を一定に制御する発電量制御手段としての機能をさらに担ってもよい。燃料電池スタック1の発電量は、通常、ドライバのアクセル開度や車速によって決定されるが、演算部16は、補正値Kriの演算を前提に、燃料電池スタック1の発電量が一定となるように、燃料電池スタック1のコントローラに対して発電量制御指令を出力するといった如くである。
Furthermore, the correction calculation may be positively executed from the viewpoint of error correction of the correction value Kri. However, as described above, in a scene where the voltage change of the
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態にかかる電圧検出装置の構成図である。この第2の実施形態にかかる電圧検出装置10が、第1の実施形態にかかるそれと相違する点は、温度に応じて補正値Kriを決定することである。なお、本実施形態の基本的なシステム構成は、第1の実施形態のそれと同じであり、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることとし、その詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram of a voltage detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. The
同図に示すように、第2の実施形態にかかる電圧検出装置10は、温度センサ17をさらに有している。この温度センサ17は、検出回路12の温度を検出するセンサであり、温度に応じた電圧をA/D変換部13に出力する。A/D変換部13によってデジタル信号に変換された電圧は、演算部16によって読み込まれ、演算部16は、読み込まれた電圧値に応じて、検出回路12の温度Tを特定する。
As shown in the figure, the
以下、第2の実施形態にかかる電圧検出装置10による電圧検出処理を説明する。なお、第2の実施形態にかかる電圧検出処理は、基本的に、第1の実施形態のそれと同じであり、図2に示すステップ6,7の処理が相違する。そこで、以下、ステップ6,7における相違点について説明する。
Hereinafter, voltage detection processing by the
図6は、第2の実施形態にかかるステップ6における補正演算の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ61において、切換スイッチ15が基準電圧Vref側へと切り換えられ、ステップ62において、A/D変換部13に入力される基準電圧Vrefに応じた検出電圧Vadrefi’が演算部16に読み込まれる(基準電圧Vadrefi’の読み込み)。ステップ62に続くステップ65において、温度センサ17によって検出される温度Tが読み込まれる。
FIG. 6 is a flowchart showing a correction calculation processing procedure in step 6 according to the second embodiment. First, in step 61, the
ステップ65に続くステップ63において、基準電圧発生部14が発生する基準電圧Vrefと、読み込まれた検出電圧Vadrefi’とに基づいて、補正値Kriが演算される。この補正値Kriは、上述した数式11に示す演算により、一義的に算出することができる。算出された補正値Kriは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていた値が更新される。図7は、演算部16の記憶領域に格納される、補正値Kriと、温度Tとの関係を示す説明図である。同図に示すように、演算部16の記憶領域は、所定の温度範囲(本実施形態では、10度)毎に、補正値Kriを格納されるようになっている。演算部16は、検出された温度Tに対応する領域に、算出された補正値Kriを格納する。
In step 63 following step 65, a correction value Kri is calculated based on the reference voltage Vref generated by the
ステップ64において、各セル群Siを検出対象として、その電圧Viが算出される。なお、このステップ64における電圧検出処理は、後述するステップ7の処理を参照されたい。このステップ64において、個々のセル群Siの電圧Viが算出されると、本ルーチンを抜ける。 In step 64, each cell group Si is detected, and its voltage Vi is calculated. For the voltage detection process in step 64, refer to the process in step 7 described later. In step 64, when the voltage Vi of each cell group Si is calculated, this routine is exited.
図8は、第2の実施形態にかかるステップ7における電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。まず、ステップ71において、切換スイッチ15が入力電圧Vpi側へと切り換えられる。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of voltage detection processing in step 7 according to the second embodiment. First, at step 71, the
ステップ71に続くステップ74において、補正値Kriが読み込まれる。具体的には、演算部16は、温度センサ17からの温度Tを読み込むと、この温度Tに基づいて記憶領域を検索し、現在の温度Tと対応する温度領域に記憶されている補正値Kriを読み込む。
In step 74 following step 71, the correction value Kri is read. Specifically, when the
ステップ72において、セル群Siの電圧Viが算出される。具体的には、切換スイッチ15の切り換えに応じて、セル群Siの電圧Viに応じた入力電圧Vpiが入力端子11に入力されると、検出回路12を介して分圧された検出電圧Vadi’がA/D変換部13に入力される。A/D変換部13に入力される検出電圧Vadi’を読み込むとともに、この検出電圧Vadi’と、温度Tに応じて読み込まれた補正値Kriとに基づいて、セル群Siの電圧Viが算出される。セル群Siの電圧Viは、上述した数式12に示す演算により、一義的に算出することができる。算出されたセル群Siの電圧Viは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていたデータ(セル群Siの電圧Vi)が更新される。
In step 72, the voltage Vi of the cell group Si is calculated. Specifically, when the input voltage Vpi corresponding to the voltage Vi of the cell group Si is input to the
ステップ73において、本サイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viと、前回のサイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viに基づいて、電圧Viの時間的変化ΔViが算出される。具体的には、前回のサイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viから、本サイクルにおいて算出されたセル群Siの電圧Viを減算し、この減算された値を制御サイクルの実行周期で除算することにより算出される。この算出されたセル群Siの電圧Viの時間的変化ΔViは、演算部16の記憶領域に格納され、これにより、従前に記憶されていたデータが更新される。
In step 73, a temporal change ΔVi of the voltage Vi is calculated based on the voltage Vi of the cell group Si calculated in this cycle and the voltage Vi of the cell group Si calculated in the previous cycle. Specifically, the voltage Vi of the cell group Si calculated in this cycle is subtracted from the voltage Vi of the cell group Si calculated in the previous cycle, and this subtracted value is divided by the execution cycle of the control cycle. Is calculated by The calculated temporal change ΔVi of the voltage Vi of the cell group Si is stored in the storage area of the
このように本実施形態において、電圧検出装置10は、検出回路12の温度Tを検出する温度センサ17と、算出された補正値Kriが、検出された温度Tによって関連付けて格納される記憶手段とをさらに有している。この場合、演算部16は、記憶手段を検索することにより、温度センサ17によって検出された検出回路12の温度Tに対応する補正値Kriを特定するとともに、この特定された補正値Kriと、入力端子11に入力された入力電圧に応じて検出回路12から出力される検出電圧Vadi’とに基づいて、セル群Siの電圧Viを演算する。かかる構成によれば、検出回路12の温度Tに応じて補正値Kriを特定することができるので、セル群Siの電圧Viの検出精度の向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
1 燃料電池スタック
10 電圧検出装置
11 入力端子
12 検出回路
13 A/D変換部
14 基準電圧発生部
15 切換スイッチ
16 演算部
17 温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
検出対象となる前記セル群の電圧に応じた入力電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記入力電圧を分圧して検出電圧として出力する、分圧抵抗で構成される検出回路と、
前記検出回路から出力される検出電圧と、前記検出回路に含まれる誤差を補正する補正値とに基づいて、検出対象となる前記セル群の電圧を演算する演算手段と、
基準電圧を発生する発生手段と、
前記検出回路に与えられる入力を、前記入力端子に入力される入力電圧から前記発生手段による基準電圧に切り換え可能な切換手段と、
前記燃料電池スタックの運転状態に基づいて、前記検出回路に与えられる入力を前記入力電圧側から前記基準電圧側に切り換えることを前記切換手段に対して許可する許可手段とを有し、
前記演算手段は、前記検出回路に与えられる入力が前記基準電圧側に切り換えられていることを条件に、前記基準電圧と、前記検出回路から出力される検出電圧とに基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする電圧検出装置。 A fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells connected in series, wherein each voltage of the cell group in the fuel cell stack is detected using a cell group including at least one fuel cell as a detection unit. In the voltage detection device,
An input terminal to which an input voltage corresponding to the voltage of the cell group to be detected is input;
A detection circuit configured by a voltage dividing resistor that divides the input voltage input to the input terminal and outputs the divided voltage as a detection voltage;
Calculation means for calculating the voltage of the cell group to be detected based on a detection voltage output from the detection circuit and a correction value for correcting an error included in the detection circuit;
Generating means for generating a reference voltage;
Switching means capable of switching an input given to the detection circuit from an input voltage inputted to the input terminal to a reference voltage by the generating means;
Permission means for permitting the switching means to switch the input given to the detection circuit from the input voltage side to the reference voltage side based on the operating state of the fuel cell stack;
The calculation means calculates the correction value based on the reference voltage and the detection voltage output from the detection circuit on the condition that the input given to the detection circuit is switched to the reference voltage side. A voltage detection device characterized by calculating.
前記演算手段によって算出された前記補正値が、前記検出された温度と関連付けて格納される記憶手段と、
前記演算手段は、前記記憶手段を検索することにより、前記温度検出手段によって検出された前記検出回路の温度に対応する前記補正値を特定するとともに、当該特定された補正値と、前記入力端子に入力された前記入力電圧に応じて前記検出回路から出力される検出電圧とに基づいて、前記セル群の電圧を演算することを特徴とする請求項1から11のいずれかに一項に記載された電圧検出装置。 Temperature detection means for detecting the temperature of the detection circuit;
Storage means for storing the correction value calculated by the calculation means in association with the detected temperature;
The arithmetic means specifies the correction value corresponding to the temperature of the detection circuit detected by the temperature detection means by searching the storage means, and also specifies the specified correction value and the input terminal. The voltage of the cell group is calculated based on a detection voltage output from the detection circuit in accordance with the input voltage that has been input. Voltage detector.
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