JP2014060116A - セル電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な手法により燃料電池との接触不良を判定する。
【解決手段】電圧測定装置２００は、電池セル１０１のセル電圧を測定する電圧測定回路２１０と、電圧測定回路２１０で測定されるセル電圧の時間変化率に基づいて、電池セル１０１との接触不良を判定する制御部２４０と、を含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池のセル電圧を測定するセル電圧測定装置に関する。

従来のセル電圧検出装置は、隣接する二つのセルのうち一方のセルの電圧値が第１の所定値以下であり、かつ、他方のセルの電圧値が第２の所定値以上である場合に、燃料電池との接続箇所に接触不良が生じていると判定する (特許文献１参照)。

特開２００６−１３４７４４号公報

しかしながら、前述した従来のセル電圧検出装置は、複数のセルの電圧を測定しなければならないので、接触不良についての判定が複雑になってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、簡易な手法により接触不良を判定するセル電圧測定装置を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明によるセル電圧測定装置は、複数の電池セルが直列に接続された燃料電池と、前記電池セルの電圧を測定する電圧測定回路とを含む。そしてセル電圧測定装置は、前記電圧測定回路で測定されるセル電圧の時間変化率に基づいて、電池セルとの接触不良を判定する異常判定部を含むことを特徴とする。

この態様によれば、セル電圧の時間変化率を用いることで、簡易に接触不良を検出することができる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るセル電圧測定装置を示す構成図である。 図２は、セル電圧測定装置と電池セルを結ぶ接続線の断線異常を示す図である。 図３は、セル異常時と断線異常時のセル電圧の低下特性を示す図である。 図４は、断線異常の判定手法を説明するための図である。 図５は、セル電圧測定装置の判定方法を示すフローチャートである。 図６は、判定方法の異常診断処理を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態に係る断線異常の判定手法を説明するための図である。 図８は、異常診断処理を示すフローチャートである。 図９は、第３実施形態に係る異常診断処理を示すフローチャートである。 図１０は、第４実施形態に係る異常診断処理を示すフローチャートである。 図１１は、第５実施形態に係るセル電圧測定装置を示す構成図である。 図１２は、断線異常の判定手法を説明するための図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセル電圧測定装置２００を示す構成図である。

セル電圧測定装置２００は、燃料電池１００の電圧を測定する装置である。燃料電池１００は、例えば、燃料電池自動車に搭載され、電動モーターに電力を供給するバッテリーとして用いられる。

燃料電池１００は、本実施形態では数百Ｖ（ボルト）の電圧を発生させる。燃料電池１００には、複数の電池セル１０１が直列に接続される。

電池セル１０１は、例えば、１Ｖ程度の起電力を生じる。電池セル１０１の正極端子は、接続線１１１によってセル電圧測定装置２００の入力端子２０と接続される。電池セル１０１の負極端子は、別の接続線１１１によって正極端子と異なる入力端子２０に接続される。例えば、電池セルＶｃ（ｎ）については、正極端子が接続線Ｌ（ｎ）に接続され、負極端子が接続線Ｌ（ｎ−１）に接続される。

セル電圧測定装置２００は、電池セル１０１の電圧（以下、「セル電圧」と称する）を測定する。セル電圧測定装置２００は、電圧測定回路２１０と制御部２４０とを備える。電圧測定回路２１０は、接続切替器２１１と、Ａ／Ｄ変換器（Analog to Digital Conversion）２２０と、アイソレーター２３０と、を備える。

電圧測定回路２１０は、予め定められた測定周期、例えば１００ｍｓ（ミリセカンド）で、電池セル１０１のセル電圧を順次測定する。

接続切替器２１１は、燃料電池１００に設けられた電池セル１０１のうち、ｎ枚の電池セルＶｃ（１）〜（ｎ）と、Ａ／Ｄ変換器２２０との接続をセル単位で順次切り替える。接続切替器２１１は、例えば、ＭＵＸ（MUltipleXer：マルチプレクサー）により実現される。接続切替器２１１の接続端子２１が入力端子２０と接続される。また、出力端子２９の端子間には、電池セル１０１の正極端子と負極端子から接続切替器２１１を介して出力されたセル電圧が生じる。

具体的には、接続切替器２１１は、測定周期になると、電池セルＶｃ（ｎ）とＡ／Ｄ変換器２２０とを接続し、一定期間後に電池セル１０１との接続を、電池セルＶｃ（ｎ）から電池セルＶｃ（ｎ−１）に切り替える。接続切替器２１１は、電池セルＶｃ（ｎ−１）に一定期間だけ接続した後、電池セル１０１との接続を電池セルＶｃ（ｎ−２）に切り替える。このように、接続切替器２１１は、電池セル１０１との接続を、電池セルＶｃ（ｎ）から電池セルＶｃ（１）まで電池セルごとに順次切り替える。

その後、接続切替器２１１は、最初の電池セルＶｃ（ｎ）と接続してから測定周期が経過すると、再び、電池セルＶｃ（ｎ）とＡ／Ｄ変換器２２０とを接続し、電池セル１０１との接続の切替えを開始する。

Ａ／Ｄ変換器２２０は、出力端子２９のセル電圧に応じて変化するアナログ信号の電圧信号を、セル電圧値を示すデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２０は、変換された電圧信号をアイソレーター２３０に出力する。

アイソレーター２３０は、Ａ／Ｄ変換器２２０と制御部２４０を電気的に絶縁しつつ、Ａ／Ｄ変換器２２０からの電圧信号を制御部２４０に出力する。アイソレーター２３０は、例えば、フォトカプラにより実現される。

制御部２４０は、アイソレーター２３０からの電圧信号に基づいて、燃料電池１００の発生電力を制御するマイクロコンピュータ（マイコン）である。

例えば、制御部２４０は、電圧信号に示されたセル電圧が異常検出閾値よりも低下した場合には、燃料電池１００の発生電力を上昇させるために、燃料電池１００に供給される水素ガスと酸化ガスの流量を増加させる。

このようにセル電圧測定装置は、セル電圧の異常を検出した場合に燃料電池の水素ガスや酸化ガスの流量を変更する。しかしながら、燃料電池内でのドライアウトやフラッディング等の電池セル自体のセル異常の他に、燃料電池とセル電圧測定装置を結ぶ接続線の断線等による接触不良でも、セル電圧が低下する場合がある。そのため、接続線の断線が原因でセル電圧が低下した場合には、セル異常でないにもかかわらず、セル電圧測定装置は、水素ガスや酸化ガスの流量を変更してしまう。

そこで、接触不良を特定するセル電圧装置を開発するため、本願の発明者らは、セル異常時と断線異常時のセル電圧の低下速度（時間変化率）の違いに着目した。

図２は、電圧異常時のセル電圧の低下特性を示す図である。図２では、縦軸がセル電圧Ｖｍを示し、横軸が異常発生時からの経過時間ｔを示す。図２には、セル異常時のセル電圧の低下特性１０２と、断線異常時のセル電圧の低下特性１１２と、が示されている。

低下特性１０２の時間変化率ΔＶｍ_ｃは、ドライアウトが発生したときのセル電圧Ｖｍの単位時間Δｔあたりの低下量を示す。低下特性１１２の時間変化率ΔＶｍ_ｓは、断線したときのセル電圧Ｖｍの単位時間Δｔあたりの低下量を示す。

図２に示すように、セル異常時の低下特性１０２と比較して断線異常時の低下特性１１２の方が、セル電圧の時間変化率が大きくなることがわかる。

実験結果では、ドライアウトが発生したときの低下量ΔＶｍ_ｃに対し、断線したときの低下量ΔＶｍ_ｓは、１桁以上大きい値であった。

このようにセル異常時と断線異常時では、セル電圧の単位時間あたりの低下量、すなわち時間変化率に大きな差が現れることから、本発明では、セル電圧の時間変化率を用いて電池セルとの接触不良を判定する。

本実施形態では、制御部２４０は、電池セル１０１ごとに、電圧測定回路２１０で測定されたセル電圧の時間変化率に基づいて、接続線１１１が接触不良か否かを判定する。接触不良とは、製造誤差等によって接続線１１１と電池セル１０１又はセル電圧測定装置２００との接続が不十分な状態や、接続線１１１が外れて断線した状態等のことをいう。

具体的には、制御部２４０は、アイソレーター２３０からの電圧信号に示された電池セルごとのセル電圧を取得すると、セル電圧が異常検出閾値を超えるか否かを判断する。制御部２４０は、セル電圧が異常検出閾値を超えた場合には、電圧異常の原因が接触不良か否かを判断する。

図３は、セル電圧測定装置２００によって断線異常を検出する具体例を示す図である。図３では、電池セルＶｃ（ｋ＋１）の負極端子と、セル電圧測定装置２００の入力端子２０との間を接続する接続線Ｌ（ｋ）が断線している。また、接続切替器２１１によって電池セルＶｃ（ｋ＋１）とＡ／Ｄ変換器２２０とが接続されている。

Ａ／Ｄ変換器２２０は、オペアンプ２２１と、電圧線２２７と、電圧線２２８と、抵抗素子２２２と、抵抗素子２２３と、抵抗素子２２４と、抵抗素子２２５と、抵抗素子２２６と、を含む。

オペアンプ２２１は、セル電圧に応じた電圧信号を出力する。

電圧線２２７及び電圧線２２８は、オペアンプ２２１に駆動電圧を供給する。

抵抗素子２２２は、一端が、接続切替器２１１の一方の出力端子２９に接続され、他端が、オペアンプ２２１の負極側の入力端子（−）に接続される。抵抗素子２２３は、一端が、他方の出力端子２９に接続され、他端が、オペアンプ２２１の正極側の入力端子（＋）に接続される。抵抗素子２２４は、一端が、オペアンプ２２１の正極側の入力端子（＋）に接続され、他端が、オペアンプ２２１の出力端子に接続される。このような構成であるので、抵抗素子２２２〜２２４によって、オペアンプ２２１の入力端子と出力端子の電圧を調整できる。

抵抗素子２２５は、一端が、抵抗素子２２２とオペアンプ２２１との間に接続され、他端が、接地される。抵抗素子２２５は、接続線１１１の断線時にオペアンプ２２１の負極側の入力端子（−）を接地する。

抵抗素子２２６は、一端が、抵抗素子２２３とオペアンプ２２１との間に接続され、他端が、接地される。抵抗素子２２５は、接続線１１１の断線時にオペアンプ２２１の正極側の入力端子（＋）を接地する。

接続線Ｌ（ｋ）の断線異常時においては、接続線Ｌ（ｋ）の接触不良部分の抵抗が大きくなるにつれて、接触不良部分での電圧降下が大きくなるため、電池セルＶｃ（ｋ＋１）の電圧のうちオペアンプ２２１の入力端子間に生じる電圧は小さくなる。したがって、図２に示した低下特性１１２のように、オペアンプ２２１の入力端子間の電圧が０（ゼロ）Ｖに近づくことになる。そして断線時には、電池セルＶｃ（ｋ＋１）とオペアンプ２２１とが開ループとなり、オペアンプ２２１の両方の入力端子が、抵抗素子２２５及び抵抗素子２２６を介して互いに接地されることになる。このため、オペアンプ２２１から、ほぼ０（ゼロ）Ｖの電圧信号が制御部２４０へ出力される。

図４は、制御部２４０による断線異常の判定手法を説明するための図である。図４（Ａ）は、図３に示した接続線Ｌ（ｋ）の断線時にセル電圧の異常を検出する手法に関する説明図である。図４（Ｂ）は、電圧異常時においてセル異常と断線異常とを識別する手法に関する説明図である。

図４（Ａ）には、断線異常時のセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の低下特性１１２が示されている。縦軸はセル電圧Ｖｍを示し、横軸は断線異常の発生時からの経過時間ｔを示す。

図４（Ａ）に示すように、制御部２４０は、測定周期Δｔごとのセル電圧Ｖｍが異常検出閾値Ｖｔｈを超えるか否かを判断する。そして制御部２４０は、セル電圧Ｖｍの測定値が異常検出閾値Ｖｔよりも高い場合には、電池セルは正常と判定する。一方、制御部２４０は、セル電圧Ｖｍの測定値が、所定時間Ｔｅ、例えば３回連続して異常検出閾値Ｖｔｈよりも低い場合には、異常と判定する。

図４（Ａ）では、所定時間Ｔｅを超えて、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の測定値が異常検出閾値Ｖｔｈよりも低くなるため、制御部２４０は、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の電圧異常と判定する。

図４（Ｂ）には、断線異常時におけるセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の時間変化率の算出値１１３が示されている。縦軸はセル電圧Ｖｍの時間変化率を示し、横軸は図４（Ａ）と共通の時間軸である。

図４（Ｂ）に示すように、制御部２４０は、測定周期Δｔごとに、セル電圧Ｖｍの測定値と、直前に測定した前回の測定値との変化量を時間変化率ΔＶｍとして算出する。本実施形態では、制御部２４０は、前回の測定値から今回の測定値を減算した減算値ΔＶｍを算出する。なお、減算値ΔＶｍを測定周期Δｔで除算した値を時間変化率として用いてもよい。

制御部２４０は、セル電圧Ｖｍが異常検出閾値Ｖｔｈを超えた場合において、上述の測定周期Δｔごとの時間変化率ΔＶｍが断線閾値ΔＶｔｈを超えるか否かを判断する。そして制御部２４０は、測定周期Δｔあたりの低下量ΔＶｍが断線閾値ΔＶｔｈを超えない場合には、セル異常と判定する。一方、制御部２４０は、低下量ΔＶｍが断線閾値ΔＶｔｈを超える場合には、接触不良と判定する。

図４（Ｂ）では、測定周期Δｔごとの時間変化率ΔＶｍのうち５番目の算出値が断線閾値ΔＶｔｈよりも低くなるため、制御部２４０は、接続線Ｌ（ｋ）の断線異常と判定する。なお、異常検出閾値Ｖｔｈと断線閾値ΔＶｔｈは、例えば、実験結果に基づいて予め規定されるものであり、予め制御部２４０に記憶される。

このようにセル電圧測定装置２００は、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の異常を検出した場合において、セル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｋ＋１）が断線閾値ΔＶｔｈを超えたときは、接続線１１１の断線異常と判定する。したがって、接触不良を検出するために隣接する電池セル間にスイッチやコンデンサ等を設ける必要がないので、簡易な構成でセル電圧測定装置を実現することができる。

次にセル電圧測定装置２００の具体的な動作について説明する。

図５は、セル電圧測定装置２００の異常判定方法の処理手順例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ９１０において、電圧測定回路２１０は、電池セル群Ｖｃ（１）〜（ｎ）のセル電圧をセル単位で順次測定する。電圧測定回路２１０は、測定した順番で、電池セル群のセル電圧Ｖｍ（１）〜（ｎ）を示す電圧信号を制御部２４０に出力する。

ステップＳ９２０において、制御部２４０は、電圧測定回路２１０から電圧信号を受け、電圧信号に示されるセル電圧Ｖｍ（１）〜（ｎ）と、前回の測定結果Ｖｍ（１）〜（ｎ）とを用いて、測定周期Δｔあたりの時間変化率ΔＶｍを算出する。具体的には、制御部２４０は、電池セルＶｃ（ｉ）ごとに、前回の測定結果Ｖｍ（ｉ）から今回の測定結果Ｖｍ（ｉ）を減算して、単位時間あたりのセル電圧の低下量ΔＶｍ（ｉ）を算出する。

ステップＳ９３０において、制御部２４０は、電池セル群のセル電圧Ｖｍ（１）〜（ｎ）と、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（１）〜（ｎ）とを用いて、電池セル群の異常を診断する。なお、ステップ９３０の異常診断処理の詳細については後述する。

異常診断処理が完了すると、制御部２４０は、ステップＳ９４０において、電池セル群のセル電圧の測定を継続するか否かを判断する。例えば、制御部２４０は、セル電圧の測定の実行指令を受けている間は、測定周期Δｔが経過すると、ステップＳ９１０に戻り、停止指令を受けるまでステップＳ９１０〜ステップＳ９３０の一連の処理手順を繰り返す。一方、制御部２４０は、停止指令を受けると、電圧測定回路２１０によるセル電圧の測定を停止して、異常判定方法を終了する。

図６は、ステップＳ９３０での異常診断の処理手順例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ９３１において、制御部２４０は、電池セルの診断対象を指し示すセル番号「ｉ」を初期値「０」に設定する。そして制御部２４０は、ステップ９３２において、診断対象のセル番号ｉに「１」を加算する。

次に制御部２４０は、ステップＳ９３３において、電圧信号に示されたセル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値Ｖｔｈを超えるか否かを判断する。そして制御部２４０は、ステップＳ９３９において、セル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値Ｖｔｈよりも高いと判断した場合に、電池セルＶｃ（ｉ）に異常がない、すなわち正常であると判定する。例えば、正常であると判定されると、制御部２４０に保持されたセル状態情報に、電池セルＶｃ（ｉ）が正常である旨が記録される。

一方、制御部２４０は、ステップＳ９３３において、セル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値以下であると判断した場合には、セル電圧Ｖｍ（ｉ）について、異常検出閾値以下であった期間が所定時間Ｔｅを経過しているか否かを判断する。具体的には、制御部２４０は、図４（Ａ）で述べたように、セル電圧Ｖｍ（ｉ）の測定値が３回連続して異常検出閾値以下であるか否かを判断する。

制御部２４０は、セル電圧Ｖｍ（ｉ）の測定値が異常検出閾値Ｖｔｈを連続して超えた回数が３回よりも少ない場合には、所定時間Ｔｅが経過していないと判断し、ステップＳ９３９において、セル電圧が正常であると判定する。

このようにすることで、電圧測定回路２１０での偶発的なノイズ等が原因でセル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値Ｖｔｈを一瞬だけ超えた場合に、制御部２４０がセル異常と判定するのを防ぐことができる。すなわち、燃料電池１００やセル電圧測定装置２００で発生したパルス的なノイズに起因する誤判定を低減することができる。

一方、制御部２４０は、セル電圧Ｖｍ（ｉ）の測定値が３回連続して異常検出閾値以下となる場合には、セル電圧の異常と判定する。この場合、電池セルＶｃ（ｉ）のセル状態情報には、電圧異常である旨が記録される。

電圧異常と判定した後、制御部２４０は、ステップＳ９３５において、ステップＳ９２０で算出した時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が、断線閾値ΔＶｔｈを超えるか否かを判断する。具体的には、制御部２４０は、電圧異常の判定時よりも以前の測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ）の全てについて、断線閾値以下であるか否かを判断する。

制御部２４０は、ステップＳ９３８において、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ）の全てが断線閾値ΔＶｔｈよりも大きいときは、セル異常と判定する。この場合、セル状態情報には、電池セルＶｃ（ｉ）がセル異常である旨が記録される。

一方、制御部２４０は、ステップＳ９３６において、図４（Ｂ）で示したように測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ）の少なくともひとつが断線閾値以下であるときは、接続線１１１の接触不良として断線異常と判定する。この場合、電池セルＶｃ（ｉ）のセル状態情報には、断線異常である旨が記録される。

その後、ステップＳ９３７において、制御部２４０は、診断対象のセル番号「ｉ」が上限値「ｎ」と一致するか否かを判断する。そして制御部２４０は、セル番号ｉが上限値ｎと一致しない場合は、ステップＳ９３２に戻り、セル番号「ｉ」に「１」を加え、ステップＳ９３３〜ステップＳ９３６、ステップＳ９３８、ステップＳ９３９を実行し、セル番号ｉが上限値ｎと一致するまで繰り返す。セル番号ｉが上限値ｎと一致すると、診断処理を終了し、図５に示した異常判定方法の処理手順に戻る。

このように、制御部２４０は、所定期間Ｔｅにおいてセル電圧Ｖｍが異常検出閾値以下である場合において、測定周期あたりのセル電圧の低下量ΔＶｍが断線閾値を超えるか否かで断線異常とセル異常とを識別する。

本発明の第１実施形態によれば、制御部２４０は、電圧測定回路２１０で測定されるセル電圧の時間変化率に基づいて、接続線１１１が接触不良か否かを判定する。これにより、セル電圧測定装置２００は、ひとつの電池セル１０１のセル電圧の時間変化率を用いるだけで、電池セル１０１と電圧測定回路２１０との接触不良を簡易に検出することが可能となる。

また、本実施形態では、制御部２４０は、セル電圧Ｖｍの異常を検出した場合であって、時間変化率ΔＶｍが断線閾値を超えるときには、接触不良と判定する。そして制御部２４０は、時間変化率ΔＶｍが断線閾値を超えないときには、燃料電池１００のセル異常と判定する。

すなわち、制御部２４０は、電圧異常を検出した電池セルの時間変化率ΔＶｍに基づいて接触不良とセル異常とを識別することができる。したがって、接触不良でセル電圧が低下した場合、セル異常ではなく断線異常と正しく判定できるので、断線異常時に燃料電池１００の発生電圧を上昇させるような不要な処理の実行を防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、制御部２４０は、セル電圧の測定周期あたりの低下量ΔＶｍを、時間変化率として算出する。この場合、低下量ΔＶｍを測定周期Δｔで除算する処理を省略できるので、制御部２４０での演算処理を低減することができる。

なお、第１実施形態では、ひとつの電池セル１０１のセル電圧の時間変化率（Ｖｍ／Δｔ）を用いて断線異常を判定したが、さらに、隣接する電池セル１０１のセル電圧の時間変化率を用いることで、より正確に接触不良を特定できる。

（第２実施形態）
そこで、本発明の第２実施形態として、隣接する電池セル１０１のセル電圧の時間変化率に基づいて接触不良を特定するセル電圧測定装置について図７及び図８を参照して説明する。なお、本実施形態のセル電圧測定装置は、図１に示したセル電圧測定装置２００と基本的な構成は同じであるため、以下、同一符号を付して説明する。

図７は、第２実施形態に係る接触不良の判定手法に関する説明図である。図７（Ａ）は、電池セルＶｃ（ｋ＋１）と電池セルＶｃ（ｋ）の共通の接続線Ｌ（ｋ）が断線した例を示す図である。図７（Ｂ）は、接続線Ｌ（ｋ）の断線時のセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）とセル電圧Ｖｍ（ｋ）を示す図である。図７（Ｃ）は、接続線Ｌ（ｋ）の断線異常時におけるセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）及びセル電圧Ｖｍ（ｋ）の低下特性を示す図である。

接続線Ｌ（ｋ）の断線時においては、図７（Ｂ）に示すように、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）は、破線で示した電圧値からほぼ０Ｖまで低下する。また、セル電圧Ｖｍ（ｋ）も、図３で述べ通り、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）と同じようにほぼ０Ｖまで低下する。

また、図７（Ｃ）に示すように、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）と、隣接するセル電圧Ｖｍ（ｋ）とは、互いに同じ低下特性を示す。したがって、セル電圧Ｖｍ（ｋ）の時間変化率も、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の時間変化率と同じように断線異常時に大きくなる。

このように、接続線Ｌ（ｋ）が断線したときには、隣接する２つの電池セルのセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）及びＶｍ（ｋ）が同時にほぼ０Ｖまで低下するため、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）及びＶｍ（ｋ）の時間変化率が共に断線閾値を超えることになる。

したがって、第２実施形態の制御部２４０は、隣接する一方のセル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｋ＋１）が断線閾値を超え、かつ、他方の電池セルのセル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｋ）も断線閾値を超えた場合に、断線異常と判定する。

一方、隣接する他方のセル電圧の時間変化率が断線閾値を超えない場合には、電圧測定回路２１０の内部異常が原因で、一方のセル電圧の時間変化率が断線閾値を超えた可能性が高い。そこで、制御部２４０は、セル電圧の時間変化率が断線閾値を超えた場合に、隣接する２つの電池セルについてセル電圧の時間変化率が互いに断線閾値を超えないときは、電池セルが正常であると判定する。

このように、セル電圧測定装置２００は、隣接する電池セルのセル電圧の時間変化率が共に断線閾値を超えた場合に限り、接触不良と判定するので、電圧測定回路２１０の内部異常に起因する誤判定を低減することができる。したがって、セル電圧測定装置２００は、接続線１１１の接触不良をより正確に判定することができる。

また、本実施形態では、隣接する２つの電池セルの時間変化率を用いて接触不良を判定することで、断線した接続線を特定することもできる。例えば、電池セルＶｃ（ｋ＋１）及び電池セルＶｃ（ｋ）の時間変化率が共に断線閾値を超えた場合には、断線した接続線は、電池セルＶｃ（ｋ＋１）と電池セルＶｃ（ｋ）の間の接続線Ｌ（ｋ）と特定される。これにより、断線箇所を迅速に特定することが可能になる。

次に第２実施形態のセル電圧測定装置の動作の詳細について説明する。

図８は、第２実施形態の異常診断処理を示すフローチャートである。図８では、ステップＳ９４１以外の処理は、図６と同じであるため、主にステップＳ９４１について説明する。

ステップＳ９３５でセル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であると判断されると、制御部２４０は、ステップＳ９４１において、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）も断線閾値を超えるか否か判断する。

制御部２４０は、時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であり、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）の全てが断線閾値よりも高いときは、ステップＳ９３８において、接続線１１１の接触不良ではないと判断し、セル異常と判定する。

一方、制御部２４０は、時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であり、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）のいずれかが断線閾値以下であるときは、ステップＳ９３６において、断線異常と判定する。

第２実施形態によれば、制御部２４０は、診断対象の電池セルＶｃ（ｉ）だけでなく、電池セルＶｃ（ｉ）と隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の時間変化率が断線閾値を超えた場合に、断線異常と判定する。これにより、セル電圧測定装置２００は、第１実施形態と比較して、燃料電池１００との接触不良をより正確に検出することができる。また、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）及びＶｃ（ｉ＋１）のうち、異常判定後の電池セル（ｉ−１）の判定結果を利用することで、接触不良の判定を迅速に行うことができる。

なお、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の時間変化率が断線閾値を超えない場合は、上述の通り、電圧測定回路２１０での一時的な誤作動やノイズ等の原因で電池セルＶｃ（ｉ）の時間変化率が断線閾値を超えた可能性が高い。

（第３実施形態）
そこで、本発明の第３実施形態では、隣接する電池セルの時間変化率が断線閾値を超えないときは電圧測定回路２１０の内部異常と判定する。

図９は、第３実施形態に係る異常診断処理を示すフローチャートである。図９では、図８に示したステップＳ９４１に代えて、ステップＳ９５１及びステップＳ９５２が追加されている。ステップＳ９５１及びステップ９５２以外の処理は、図８と同じであるため、ここでの説明を省略する。

ステップＳ９３５で時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下と判断されると、制御部２４０は、ステップＳ９５１において、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）も断線閾値ΔＶｔｈを超えるか否か判断する。

制御部２４０は、セル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であり、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）も断線閾値以下であるときは、ステップＳ９３６において、断線異常と判定する。

一方、制御部２４０は、セル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であるが、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ−１）が断線閾値よりも高いときは、ステップＳ９５２において、セル異常と判定すると共に、電圧測定回路２１０の内部異常と判定する。

第３実施形態によれば、制御部２４０は、電池セルＶｃ（ｉ）の時間変化率が断線閾値を超える場合において、隣接する電池セルＶｃ（ｉ−１）の時間変化率が断線閾値を超えないときは、電圧測定回路２１０の内部異常と判定する。これにより、セル電圧測定装置２００は、接触不良の誤判定を回避しつつ、電圧測定回路２１０の内部異常を検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、電池セルＶｃ（ｉ）と隣接する電池セルとして、電池セルＶｃ（ｉ）の下段に配置された電池セルＶｃ（ｉ−１）を設定しているが、電池セルＶｃ（ｉ）の上段に配置された電池セルＶｃ（ｉ＋１）を設定してもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ９３４でセル電圧Ｖｍ（ｉ）が所定時間Ｔｅにおいて異常検出閾値Ｖｔｈを連続して超えていた場合に限り電圧異常と判定したが、ステップ９３４を省略してもよい。そこで、本発明の第４実施形態でステップＳ９３４を省略した実施形態について説明する。

（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態の異常診断処理を示すフローチャートである。図１０では、図６に示した異常診断のうちステップＳ９３４の処理が省略されている。

ステップＳ９３３でセル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値以下と判断されると、制御部２４０は、ステップ９６１において、測定周期ごとのセル電圧の時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下か否かを判断する。

制御部２４０は、ステップＳ９３６において、セル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値以下であり、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値以下であるときは、電池セルＶｃ（ｉ）の接続線が断線異常と判定する。

一方、制御部２４０は、ステップＳ９３８において、セル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値以下であり、測定周期ごとの時間変化率ΔＶｍ（ｉ）の全てが断線閾値ΔＶｔｈよりも大きいときは、セル異常と判定する。

第４実施形態によれば、制御部２４０は、セル電圧Ｖｍ（ｉ）が異常検出閾値Ｖｔｈよりも低く、かつ、セル電圧の測定周期あたりの低下量ΔＶｍ（ｉ）が断線閾値を超えないときは、電池セルＶｃ（ｉ）の異常と判定する。これにより、セル電圧測定装置２００は、他の実施形態に比べて電池セルＶｃ（ｉ）の異常を迅速に検出することができる。

（第５実施形態）
また、本発明は、図２に示したオペアンプ２２１を電池セルごとに設けたセル電圧測定装置にも適用することができる。そこで、電池セルごとにオペアンプを設けたセル電圧測定装置３００を第５実施形態として簡単に説明する。

図１１は、セル電圧測定装置３００の構成を示すブロック図である。図１１では、図１と同じ構成に同一符号を付してここでの説明を省略する。電圧測定回路３１０及び制御部３４０は、図１に示した電圧測定回路２１０及び制御部２４０にそれぞれ対応する。

電圧測定回路３１０は、電池セル１０１ごとに、図２に示したＡ／Ｄ変換器２２０を備える。Ａ／Ｄ変換器２２０に設けられるオペアンプの負極側の入力端子は、電池セル１０１の正極端子と接続され、オペアンプの正極側の入力端子は、電池セル１０１の負極端子と接続される。さらに、オペアンプの正極側の入力端子は、下段のＡ／Ｄ変換器２２０に設けられたオペアンプの負極側の入力端子と接続される。

Ａ／Ｄ変換器２２０は、電池セル１０１ごとに、セル電圧を示す電圧信号を制御部３４０に出力する。

制御部３４０は、電池セル１０１ごとの電圧信号に基づいて電池セル１０１の異常を判定する。

図１２は、制御部３４０による異常判定手法に関する説明図である。図１２（Ａ）は、図７と同じように接続線Ｌ（ｋ）が断線した例を示す図である。図１２（Ｂ）は、接続線Ｌ（ｋ）の断線時に測定されるセル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）とセル電圧Ｖｍ（ｋ）を示す図である。

接続線Ｌ（ｋ）の断線時においては、図１２（Ｂ）に示すように、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）は、破線で示した正常電圧値よりも大きくなり、セル電圧Ｖｍ（ｋ）は、マイナスの電圧値を示すことになる。この場合であっても、断線異常とセル異常とではセル電圧の時間変化率は大きく異なる。

したがって、電圧測定回路３１０を使用してセル電圧を測定する場合であっても、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の時間変化率に基づいて接触不良を特定することが可能である。例えば、制御部３４０は、セル電圧Ｖｍ（ｋ＋１）の電圧信号が、正常電圧値よりも高くなる場合であって時間変化率ΔＶｍ（ｋ＋１）の断線閾値以上であるときは、接触不良と判定する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１００ 燃料電池
１０１ 電池セル
２００ セル電圧測定装置
２１０ 電圧測定回路
２４０ 制御部（異常判定部）

Claims (6)

1. 複数の電池セルが直列に接続された燃料電池の電圧を測定する装置であって、
   前記電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、
   前記電圧測定回路で測定されるセル電圧の時間変化率に基づいて、電池セルとの接触不良を判定する異常判定部と、
   を含むセル電圧測定装置。
2. 請求項１に記載のセル電圧測定装置において、
   前記異常判定部は、前記セル電圧の異常を検出した場合であって、前記セル電圧の時間変化率が断線閾値を超えるときには接触不良と判定し、前記時間変化率が断線閾値を超えないときには燃料電池の異常と判定する、
   セル電圧測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のセル電圧測定装置において、
   前記異常判定部は、隣接する２つの電池セルの時間変化率が共に断線閾値を超えるときは、接触不良と判定する、
   セル電圧測定装置。
4. 請求項３に記載のセル電圧測定装置において、
   前記異常判定部は、前記隣接する一方の電池セルの前記時間変化率が断線閾値を超える場合であって、他方の電池セルの前記時間変化率が断線閾値を超えないときは、電圧測定回路の内部異常と判定する、
   セル電圧測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセル電圧測定装置において、
   前記異常判定部は、前記セル電圧が異常検出閾値より低く、かつ、前記セル電圧の時間変化率が断線閾値を超えないときは、電池セルの異常と判定する、
   セル電圧測定装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセル電圧測定装置において、
   前記電圧測定回路は、予め定められた測定周期で、燃料電池のセル電圧を順次測定し、
   前記異常判定部は、前記電池セルごとに、セル電圧の測定周期あたりの低下量を前記時間変化率として算出する、
   セル電圧測定装置。

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