JP6318883B2 - Impedance measuring device - Google Patents

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Description

この発明は、積層電池が有するインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関する。   The present invention relates to an impedance measuring device that measures the impedance of a laminated battery.

特許文献1には、積層電池から負荷に電力を供給した状態で、積層電池の内部抵抗を測定する装置が提案されている。   Patent Document 1 proposes an apparatus for measuring the internal resistance of a laminated battery while power is supplied from the laminated battery to a load.

この測定装置は、積層電池に接続された負荷の方に電流が漏れ出ないように積層電池の正極端子及び負極端子の各々に同一周波数の交流電流を出力する2つの可変電源を有する。そして測定装置は、積層電池の正極端子の電位から、正極端子と負極端子との間に位置する中途点端子の電位を引いた正極側の交流電位差と、負極端子の電位から上記中途点端子の電位を引いた負極側の交流電位差とを検出する。   This measuring apparatus has two variable power supplies that output alternating current of the same frequency to each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the multilayer battery so that current does not leak to the load connected to the multilayer battery. Then, the measuring device is configured to subtract the potential of the halfway terminal located between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal from the potential of the positive electrode terminal of the laminated battery, and from the potential of the negative electrode terminal, An AC potential difference on the negative electrode side from which the potential is pulled is detected.

さらに測定装置は、正極側及び負極側の交流電位差の両者が、予め定められた基準値となるように2つの可変電源を別々に制御して、可変電源から出力された交流電流と、検出した交流電位差とに基づいて積層電池の内部抵抗を測定する。   Furthermore, the measuring device separately detected the AC current output from the variable power source by controlling the two variable power sources separately so that both the positive electrode side and negative electrode side AC potential differences were set to predetermined reference values. The internal resistance of the laminated battery is measured based on the AC potential difference.

国際公開第2012/077450号公報International Publication No. 2012/077450

上述のような測定装置では、正極側の交流電位差と負極側の交流電位差とが一致するように、2つの可変電源が互いに独立して制御される。このため、測定装置の構成が複雑になり、製造コストが増加してしまうという問題があった。   In the measuring apparatus as described above, the two variable power sources are controlled independently of each other so that the positive-side AC potential difference and the negative-side AC potential difference coincide. For this reason, there existed a problem that the structure of a measuring apparatus will become complicated and manufacturing cost will increase.

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、インピーダンスを測定する精度を維持しつつ、簡素な構成にするとともに製造コストを抑制するインピーダンス測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to provide an impedance measuring device that has a simple configuration and suppresses manufacturing costs while maintaining the accuracy of measuring impedance. To do.

本発明のある態様によれば、インピーダンス測定装置は、複数の電池セルが積層された積層電池の正極及び負極のうち一方の電極に対して、予め定められた交流電流を出力する第1電源手段と、前記正極及び負極のうち他方の電極に対して、前記第1電源手段から出力される交流電流の周波数成分を含む交流電流を出力する第2電源手段とを含む。そしてインピーダンス測定装置は、前記一方の電極と前記積層電池の中途点との間の交流電位差を検出する第1検出手段と、前記他方の電極と前記中途点との間の交流電位差を検出する第2検出手段とを含む。さらにインピーダンス測定装置は、前記第1検出手段により検出される交流電位差を、正極及び負極に生じる各交流電位を一致させる基準値とし、前記第2検出手段により検出される交流電位差が前記基準値となるように、前記第2電源手段から出力される交流電流を調整する調整手段を含む。またインピーダンス測定装置は、前記調整手段により調整された後の交流電流と、当該交流電流によって前記積層電池に生じる交流電位差とに基づいて、前記積層電池のインピーダンスを演算する演算手段と、を含むことを特徴とする。   According to an aspect of the present invention, the impedance measuring device includes a first power supply unit that outputs a predetermined alternating current to one of the positive electrode and the negative electrode of the stacked battery in which the plurality of battery cells are stacked. And second power supply means for outputting an alternating current including a frequency component of the alternating current output from the first power supply means to the other electrode of the positive electrode and the negative electrode. The impedance measuring apparatus detects the AC potential difference between the one electrode and the halfway point of the multilayer battery, and detects the AC potential difference between the other electrode and the halfway point. 2 detection means. Further, the impedance measuring device uses the AC potential difference detected by the first detection means as a reference value for matching the AC potentials generated at the positive electrode and the negative electrode, and the AC potential difference detected by the second detection means is different from the reference value. As mentioned above, the adjusting means for adjusting the alternating current output from the second power supply means is included. Further, the impedance measuring device includes an arithmetic unit that calculates an impedance of the stacked battery based on the alternating current adjusted by the adjusting unit and an alternating potential difference generated in the stacked battery by the alternating current. It is characterized by.

この態様によれば、予め定められた交流電流が入力される積層電池の電極と中途点との間に生じる交流電位差を基準にもう一方の交流電流のみを調整することにより、両者の交流電位差を互いに一致させることができる。このため、インピーダンスを測定する精度を維持しつつ、一方の交流電流を固定することが可能となり、インピーダンス測定装置を簡素な構成にすると共に製造コストの増加を抑制することができる。   According to this aspect, by adjusting only the other AC current based on the AC potential difference generated between the electrode of the laminated battery to which the predetermined AC current is input and the midpoint, the AC potential difference between the two is reduced. Can match each other. For this reason, it becomes possible to fix one alternating current, maintaining the precision which measures an impedance, and it can suppress an increase in manufacturing cost while making an impedance measuring device simple composition.

図1Aは、本発明の第1実施形態におけるインピーダンス測定装置の測定対象である積層電池の一例を示す図である。FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a laminated battery that is a measurement target of the impedance measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図1Bは、積層電池に形成される電池セルの構造を示す分解図である。FIG. 1B is an exploded view showing the structure of the battery cell formed in the laminated battery. 図2は、本実施形態におけるインピーダンス測定装置の基本構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a basic configuration of the impedance measuring apparatus according to the present embodiment. 図3は、直流遮断部、及び、電極と中途点との間に生じる交流電位差を検出する検出部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a DC blocking unit and a detection unit that detects an AC potential difference generated between an electrode and a halfway point. 図4は、積層電池の一方の電極に一定の交流電流を出力する固定電源部を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a fixed power supply unit that outputs a constant alternating current to one electrode of the laminated battery. 図5は、積層電池の他方の電極に出力される交流電流を増減可能な可変電源部を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a variable power supply unit that can increase or decrease an alternating current output to the other electrode of the stacked battery. 図6は、可変電源部から出力される交流電流を調整する交流調整部の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an AC adjustment unit that adjusts an AC current output from the variable power supply unit. 図7は、積層電池の内部インピーダンスを演算する演算部の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a calculation unit that calculates the internal impedance of the laminated battery. 図8は、インピーダンス測定装置による等電位制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of an equipotential control method by the impedance measuring apparatus. 図9は、等電位制御手法の一例を示すタイムチャートである。FIG. 9 is a time chart showing an example of the equipotential control method. 図10は、等電位制御による積層電池の正極及び負極に生じる電位を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing potentials generated at the positive electrode and the negative electrode of the laminated battery by equipotential control. 図11は、本発明の第2実施形態におけるインピーダンス測定装置の基本構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a basic configuration of an impedance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図12は、本実施形態における交流調整部の構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the AC adjustment unit in the present embodiment. 図13は、本実施形態における検出部の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the detection unit in the present embodiment. 図14は、インピーダンス測定装置による等電位制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing an example of an equipotential control method by the impedance measuring apparatus. 図15は、等電位制御手法の一例を示すタイムチャートである。FIG. 15 is a time chart showing an example of the equipotential control method. 図16は、本発明の第3実施形態における固定電源部の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a fixed power supply unit according to the third embodiment of the present invention. 図17は、本実施形態における等電位制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing an example of the equipotential control method in the present embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1Aは、本発明の第1実施形態におけるインピーダンス測定装置により測定される測定対象である積層電池の一例を示す図である。図1Aには、積層電池の一例として複数の電池セルが積層された燃料電池スタック1の外観斜視図が示されている。
(First embodiment)
FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a laminated battery that is a measurement target measured by the impedance measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an external perspective view of a fuel cell stack 1 in which a plurality of battery cells are stacked as an example of a stacked battery.

図1Aに示されるように、燃料電池スタック1は、複数の発電セル10と、集電プレート20と、絶縁プレート30と、エンドプレート40と、4本のテンションロッド50とを備える。   As shown in FIG. 1A, the fuel cell stack 1 includes a plurality of power generation cells 10, a current collecting plate 20, an insulating plate 30, an end plate 40, and four tension rods 50.

発電セル10は、いわゆる電池セルのことであり、燃料電池スタック1に積層された複数の燃料電池のうちのひとつを指す。発電セル10は、例えば1V(ボルト)程度の起電圧を生じる。発電セル10の詳細な構成については図1Bを参照して後述する。   The power generation cell 10 is a so-called battery cell and indicates one of a plurality of fuel cells stacked on the fuel cell stack 1. The power generation cell 10 generates an electromotive voltage of about 1 V (volt), for example. The detailed configuration of the power generation cell 10 will be described later with reference to FIG. 1B.

集電プレート20は、積層された発電セル10の外側にそれぞれ配置される。集電プレート20は、ガス不透過性の導電性部材、例えば緻密質カーボンで形成される。燃料電池スタック1の正の電極(以下、「正極」という。)に相当する集電プレート20には正極端子211が設けられ、燃料電池スタック1の負の電極(以下、「負極」という。)に相当する集電プレート20には負極端子212が設けられている。なお、負極端子212から、発電セル10で生じた電子e-が外部に取り出される。   The current collecting plates 20 are respectively arranged outside the stacked power generation cells 10. The current collecting plate 20 is formed of a gas impermeable conductive member, for example, dense carbon. A current collecting plate 20 corresponding to a positive electrode (hereinafter referred to as “positive electrode”) of the fuel cell stack 1 is provided with a positive electrode terminal 211, and a negative electrode (hereinafter referred to as “negative electrode”) of the fuel cell stack 1. A negative electrode terminal 212 is provided on the current collecting plate 20 corresponding to. Note that electrons e − generated in the power generation cell 10 are taken out from the negative electrode terminal 212 to the outside.

また、正極端子211と負極端子212との中間(中点)に位置する発電セル10には中途点端子213が設けられる。中途点端子213は、正極端子211から負極端子212へ積層された複数枚の発電セル10のうち中間に位置する発電セル10に接続されている。なお、中途点端子213は、正極端子211と負極端子212との中点から外れた位置(中途点)に位置する発電セル10に設けられてもよい。   Further, a midway terminal 213 is provided in the power generation cell 10 located in the middle (middle point) between the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212. The midpoint terminal 213 is connected to the power generation cell 10 located in the middle among the plurality of power generation cells 10 stacked from the positive electrode terminal 211 to the negative electrode terminal 212. The halfway point terminal 213 may be provided in the power generation cell 10 located at a position (halfway point) deviated from the middle point between the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212.

絶縁プレート30は、集電プレート20の外側にそれぞれ配置される。絶縁プレート30は、絶縁性の部材、例えばゴムなどで形成される。   The insulating plates 30 are respectively arranged outside the current collecting plates 20. The insulating plate 30 is formed of an insulating member such as rubber.

エンドプレート40は、絶縁プレート30の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート40は、剛性のある金属材料、例えば鋼などで形成される。   The end plate 40 is disposed outside the insulating plate 30. The end plate 40 is made of a rigid metal material such as steel.

一方のエンドプレート40(図1Aでは、左手前のエンドプレート40)には、アノード供給口41aと、アノード排出口41bと、カソード供給口42aと、カソード排出口42bと、冷却水供給口43aと、冷却水排出口43bとが設けられている。本実施形態では、アノード排出口41b、冷却水排出口43b及びカソード供給口42aは図中右側に設けられている。またカソード排出口42b、冷却水供給口43a及びアノード供給口41aは図中左側に設けられている。   One end plate 40 (the left front end plate 40 in FIG. 1A) has an anode supply port 41a, an anode discharge port 41b, a cathode supply port 42a, a cathode discharge port 42b, and a cooling water supply port 43a. A cooling water discharge port 43b is provided. In the present embodiment, the anode discharge port 41b, the cooling water discharge port 43b, and the cathode supply port 42a are provided on the right side in the drawing. The cathode discharge port 42b, the cooling water supply port 43a, and the anode supply port 41a are provided on the left side in the drawing.

テンションロッド50は、エンドプレート40の四隅付近にそれぞれ配置される。燃料電池スタック1は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にテンションロッド50が挿通される。テンションロッド50は、剛性のある金属材料、例えば鋼などで形成される。テンションロッド50は、発電セル10同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッド50にナット(奥にあるため図示されない)が螺合する。テンションロッド50とナットとが燃料電池スタック1を積層方向に締め付ける。   The tension rods 50 are disposed near the four corners of the end plate 40, respectively. The fuel cell stack 1 has a hole (not shown) penetrating therethrough. The tension rod 50 is inserted through the through hole. The tension rod 50 is formed of a rigid metal material such as steel. The tension rod 50 is insulated on the surface in order to prevent an electrical short circuit between the power generation cells 10. A nut (not shown because it is in the back) is screwed into the tension rod 50. The tension rod 50 and the nut tighten the fuel cell stack 1 in the stacking direction.

アノード供給口41aにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して供給する方法などがある。なお、水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどがある。また、カソード供給口42aに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。   As a method of supplying hydrogen as anode gas to the anode supply port 41a, for example, there are a method of directly supplying hydrogen gas from a hydrogen storage device, a method of reforming and supplying hydrogen-containing fuel, and the like. Examples of the fuel containing hydrogen include natural gas, methanol, and gasoline. Air is generally used as the cathode gas supplied to the cathode supply port 42a.

図1Bは、燃料電池スタック1に積層された発電セル10の構造を示す分解図である。   FIG. 1B is an exploded view showing the structure of the power generation cells 10 stacked on the fuel cell stack 1.

図1Bに示されるように、発電セル10は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly;MEA)11の両面に、アノードセパレーター(アノードバイポーラープレート)12a及びカソードセパレーター(カソードバイポーラープレート)12bが配置される構造である。   As shown in FIG. 1B, in the power generation cell 10, an anode separator (anode bipolar plate) 12a and a cathode separator (cathode bipolar plate) 12b are arranged on both surfaces of a membrane electrode assembly (MEA) 11. Is the structure.

MEA11は、イオン交換膜からなる電解質膜111の両面に電極触媒層112が形成される。この電極触媒層112の上にガス拡散層(Gas Diffusion Layer;GDL)113が形成される。   In the MEA 11, electrode catalyst layers 112 are formed on both surfaces of an electrolyte membrane 111 made of an ion exchange membrane. A gas diffusion layer (GDL) 113 is formed on the electrode catalyst layer 112.

電極触媒層112は、例えば白金が担持されたカーボンブラック粒子で形成される。   The electrode catalyst layer 112 is formed of, for example, carbon black particles on which platinum is supported.

GDL113は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、例えばカーボン繊維で形成される。   The GDL 113 is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, such as carbon fiber.

アノード供給口41aから供給されたアノードガスは、このGDL113aを流れてアノード電極触媒層112(112a)と反応し、アノード排出口41bから排出される。   The anode gas supplied from the anode supply port 41a flows through this GDL 113a, reacts with the anode electrode catalyst layer 112 (112a), and is discharged from the anode discharge port 41b.

カソード供給口42aから供給されたカソードガスは、このGDL113bを流れてカソード電極触媒層112(112b)と反応し、カソード排出口42bから排出される。   The cathode gas supplied from the cathode supply port 42a flows through this GDL 113b, reacts with the cathode electrode catalyst layer 112 (112b), and is discharged from the cathode discharge port 42b.

アノードセパレーター12aは、GDL113a及びシール14aを介してMEA11の片面(図1Bの裏面)に重ねられる。カソードセパレーター12bは、GDL113b及びシール14bを介してMEA11の片面(図1Bの表面)に重ねられる。アノードセパレーター12a及びカソードセパレーター12bは、例えばステンレスなどの金属製のセパレーター基体がプレス成型されて、一方の面に反応ガス流路が形成され、その反対面に反応ガス流路と交互に並ぶように冷却水流路が形成される。図1Bに示すようにアノードセパレーター12a及びカソードセパレーター12bが重ねられて、冷却水流路が形成される。   The anode separator 12a is stacked on one side of the MEA 11 (back side in FIG. 1B) via the GDL 113a and the seal 14a. The cathode separator 12b is overlaid on one side (the surface in FIG. 1B) of the MEA 11 via the GDL 113b and the seal 14b. The anode separator 12a and the cathode separator 12b are formed by press-molding a separator base made of metal such as stainless steel so that a reaction gas channel is formed on one surface and alternately arranged with the reaction gas channel on the opposite surface. A cooling water flow path is formed. As shown in FIG. 1B, the anode separator 12a and the cathode separator 12b are overlapped to form a cooling water flow path.

MEA11、アノードセパレーター12a及びカソードセパレーター12bには、それぞれ孔41a,41b,42a,42b,43a,43bが形成されており、これらが重ねられて、アノード供給口41a、アノード排出口41b、カソード供給口42a、カソード排出口42b、冷却水供給口43a及び冷却水排出口43bが形成される。   The MEA 11, the anode separator 12a, and the cathode separator 12b are respectively formed with holes 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, which are stacked to be an anode supply port 41a, an anode discharge port 41b, and a cathode supply port. 42a, cathode discharge port 42b, cooling water supply port 43a and cooling water discharge port 43b are formed.

図2は、本発明の実施形態におけるインピーダンス測定装置5の基本的な構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of the impedance measuring apparatus 5 in the embodiment of the present invention.

燃料電池スタック1は、負荷3と接続されて負荷3に電力を供給する積層電池であり、例えば車両に搭載される。燃料電池スタック1は、内部にインピーダンスを有する。負荷3は、例えば、電動モータや燃料電池スタック1の発電のために用いられる補機などである。燃料電池スタック1と接続される補機は、例えば、燃料電池スタック1にカソードガスを供給するコンプレッサや、燃料電池スタック1を暖機するときに燃料電池スタック1を流れる冷却水を加熱するヒータなどである。   The fuel cell stack 1 is a stacked battery that is connected to the load 3 and supplies power to the load 3, and is mounted on a vehicle, for example. The fuel cell stack 1 has an impedance inside. The load 3 is, for example, an auxiliary machine used for power generation of the electric motor or the fuel cell stack 1. The auxiliary machine connected to the fuel cell stack 1 is, for example, a compressor that supplies cathode gas to the fuel cell stack 1, a heater that heats the cooling water flowing through the fuel cell stack 1 when the fuel cell stack 1 is warmed up, etc. It is.

コントロールユニット(C/U)6は、燃料電池スタック1の発電状態や、湿潤状態、内部の圧力状態、温度状態などの燃料電池スタック1の運転状態を負荷3の作動状態に応じて制御する。   The control unit (C / U) 6 controls the operation state of the fuel cell stack 1 such as the power generation state, the wet state, the internal pressure state, and the temperature state of the fuel cell stack 1 according to the operating state of the load 3.

例えばコントロールユニット6は、負荷3から要求される発電電力に応じて、燃料電池スタック1に供給されるカソードガスやアノードガスのガス流量を制御する。また、燃料電池スタック1では電解質膜111が乾いた状態になると発電性能が低下する。この対策としてコントロールユニット6は、電解質膜111の湿潤度と相関関係のある燃料電池スタック1の内部抵抗値を用いて、電解質膜111が乾いた状態や過剰に湿った状態にならないようにガス流量を調整する。   For example, the control unit 6 controls the gas flow rate of the cathode gas and the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 according to the generated power requested from the load 3. Further, in the fuel cell stack 1, when the electrolyte membrane 111 is in a dry state, the power generation performance is degraded. As a countermeasure, the control unit 6 uses the internal resistance value of the fuel cell stack 1 correlated with the wetness of the electrolyte membrane 111 so that the electrolyte membrane 111 does not become dry or excessively wet. Adjust.

インピーダンス測定装置5は、燃料電池スタック1の内部インピーダンスを測定する。本実施形態では、インピーダンス測定装置5は、燃料電池スタック1の内部抵抗Rを測定し、その内部抵抗Rの測定値をコントロールユニット6に送信する。コントロールユニット6は、インピーダンス測定装置5から燃料電池スタック1の内部抵抗Rの測定値を受信すると、その内部抵抗Rの測定値に基づいて燃料電池スタック1の湿潤状態を制御する。   The impedance measuring device 5 measures the internal impedance of the fuel cell stack 1. In the present embodiment, the impedance measuring device 5 measures the internal resistance R of the fuel cell stack 1 and transmits the measured value of the internal resistance R to the control unit 6. When the control unit 6 receives the measurement value of the internal resistance R of the fuel cell stack 1 from the impedance measurement device 5, the control unit 6 controls the wet state of the fuel cell stack 1 based on the measurement value of the internal resistance R.

インピーダンス測定装置5は、正極側直流遮断部511と、負極側直流遮断部512と、中途点直流遮断部513と、正極側検出部521と、負極側検出部522と、正極側電源部531と、負極側電源部532と、交流調整部540と、演算部550とを含む。   The impedance measuring device 5 includes a positive side DC cutoff unit 511, a negative side DC cutoff unit 512, a midpoint DC cutoff unit 513, a positive side detection unit 521, a negative side detection unit 522, and a positive side power supply unit 531. , A negative power supply unit 532, an AC adjustment unit 540, and a calculation unit 550.

正極側直流遮断部511、負極側直流遮断部512、中途点直流遮断部513、正極側検出部521、及び負極側検出部522の詳細については、図3を参照して説明する。   Details of the positive-side DC blocking unit 511, the negative-side DC blocking unit 512, the mid-point DC blocking unit 513, the positive-side detecting unit 521, and the negative-side detecting unit 522 will be described with reference to FIG.

正極側直流遮断部511は、燃料電池スタック1の正極端子211と正極側電源部531との間に接続される第1直流遮断部である。   The positive side DC cutoff unit 511 is a first DC cutoff unit connected between the positive terminal 211 of the fuel cell stack 1 and the positive side power source unit 531.

負極側直流遮断部512は、燃料電池スタック1の負極端子212と負極側電源部532との間に接続される第2直流遮断部である。   The negative electrode side DC blocking unit 512 is a second DC blocking unit connected between the negative electrode terminal 212 of the fuel cell stack 1 and the negative electrode side power source unit 532.

中途点直流遮断部513は、燃料電池スタック1の中途点端子213に接続される。直流遮断部511〜513は、直流信号を遮断するが交流信号を通す。直流遮断部511〜513は、例えばコンデンサやトランスにより実現される。なお、波線により示された中途点直流遮断部513は、省略することが可能である。   The midpoint DC blocking unit 513 is connected to the midpoint terminal 213 of the fuel cell stack 1. The DC blockers 511 to 513 block the DC signal but pass the AC signal. The DC blockers 511 to 513 are realized by a capacitor or a transformer, for example. Note that the halfway DC blocking unit 513 indicated by the wavy line can be omitted.

本実施形態では、図3に示すように直流遮断部511〜513の各々は、コンデンサにより実現される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, each of the DC blocking units 511 to 513 is realized by a capacitor.

正極側検出部521は、正極端子211に生じる交流電位成分である交流電位Vaと、中途点端子213に生じる交流電位成分である交流電位Vcとの間の電位差(以下、「交流電位差V1」という。)を検出する第1検出手段である。   The positive electrode side detection unit 521 has a potential difference (hereinafter referred to as “AC potential difference V1”) between an AC potential Va that is an AC potential component generated at the positive electrode terminal 211 and an AC potential Vc that is an AC potential component generated at the midpoint terminal 213. .) Is the first detection means for detecting.

正極側検出部521は、交流電位差V1の振幅に応じて値が変化する検出信号を、交流調整部540及び演算部550に出力する。例えば交流電位差V1が大きくなるほど検出信号のレベルは高くなり、交流電位差V1が小さくなるほど検出信号のレベルは低くなる。   The positive electrode side detection unit 521 outputs a detection signal whose value changes according to the amplitude of the AC potential difference V1 to the AC adjustment unit 540 and the calculation unit 550. For example, the level of the detection signal increases as the AC potential difference V1 increases, and the level of the detection signal decreases as the AC potential difference V1 decreases.

正極側検出部521については、第1入力端子521Aが、直流遮断部511を介して正極端子211と接続され、第2入力端子521Bが接地され、出力端子521Cが交流調整部540及び演算部550の双方に接続される。   As for the positive electrode side detection unit 521, the first input terminal 521A is connected to the positive electrode terminal 211 via the DC blocking unit 511, the second input terminal 521B is grounded, the output terminal 521C is the AC adjustment unit 540, and the calculation unit 550. Connected to both sides.

正極側検出部521は、差動アンプ5211と、帯域通過フィルタ(Band Pass filter;BPF)5212と、増幅回路5213と、同期検波回路5214とを含む。   The positive electrode side detection unit 521 includes a differential amplifier 5211, a band pass filter (BPF) 5212, an amplifier circuit 5213, and a synchronous detection circuit 5214.

差動アンプ5211は、正極端子211から出力される信号のうち直流遮断部511を通過する交流電位Vaの信号成分から、中途点端子213から出力される信号のうち直流遮断部513を通過する交流電位Vcの信号成分を減算した検出信号を出力する。   The differential amplifier 5211 has an AC signal that passes through the DC blocking unit 511 among signals output from the positive terminal 211 and an AC signal that passes through the DC blocking unit 513 among signals output from the midway terminal 213. A detection signal obtained by subtracting the signal component of the potential Vc is output.

帯域通過フィルタ5212は、検出信号に含まれる不要信号を除去して必要な周波数帯域の信号成分のみを抽出する抽出回路である。具体的には帯域通過フィルタ5212は、差動アンプ5211から出力される検出信号のうち、交流電流I1の周波数と同一周波数を有する信号成分を通過させると共に、他の周波数帯域の信号成分を除去する。   The band-pass filter 5212 is an extraction circuit that removes unnecessary signals included in the detection signal and extracts only signal components in a necessary frequency band. Specifically, the band-pass filter 5212 passes a signal component having the same frequency as that of the alternating current I1 in the detection signal output from the differential amplifier 5211, and removes a signal component in another frequency band. .

増幅回路5213は、帯域通過フィルタ5212から出力される検出信号を増幅して出力する。増幅回路5213の増幅率(ゲイン)は、実験等によって定められる。   The amplifier circuit 5213 amplifies the detection signal output from the band pass filter 5212 and outputs it. The amplification factor (gain) of the amplifier circuit 5213 is determined by experiments or the like.

同期検波回路5214は、増幅回路5213から出力される検出信号のうち、交流電流I1と同じ周波数を有し、かつ、交流電流I1と位相が同じ信号成分、すなわち検出信号の実軸成分のみを抽出する抽出回路である。   The synchronous detection circuit 5214 extracts only the signal component having the same frequency as the alternating current I1 and the same phase as the alternating current I1, that is, the actual axis component of the detection signal, from the detection signal output from the amplification circuit 5213. This is an extraction circuit.

具体的には、同期検波回路5214は、交流電流I1と同じ周波数fbを有する信号であって交流電流I1と位相が一致した同相の信号を検出信号に乗算し、その乗算された交流の検出信号を平滑化することによって直流の検出信号V1に変換する。平滑化された検出信号V1は、交流電位差V1の振幅の大きさに応じて変化する。なお、同期検波回路5214に代えて交流電位差V1の平均値又は実効値を出力する回路を設けてもよい。   Specifically, the synchronous detection circuit 5214 multiplies the detection signal by a signal having the same frequency fb as the alternating current I1 and having the same phase as that of the alternating current I1, and the multiplied alternating detection signal. Is converted into a DC detection signal V1. The smoothed detection signal V1 changes according to the amplitude of the AC potential difference V1. Instead of the synchronous detection circuit 5214, a circuit that outputs an average value or an effective value of the AC potential difference V1 may be provided.

このように正極側検出部521は、交流電位差V1の振幅に比例した検出信号を生成し、その検出信号V1を交流調整部540及び演算部550に出力する。   In this way, the positive electrode side detection unit 521 generates a detection signal proportional to the amplitude of the AC potential difference V1, and outputs the detection signal V1 to the AC adjustment unit 540 and the calculation unit 550.

負極側検出部522は、負極端子212に生じる交流成分である交流電位Vbと、中途点端子213に生じる交流成分である交流電位Vcとの間の電位差(以下「交流電位差V2」という。)を検出する第2検出手段である。   The negative electrode side detection unit 522 generates a potential difference (hereinafter referred to as “AC potential difference V2”) between an AC potential Vb that is an AC component generated at the negative electrode terminal 212 and an AC potential Vc that is an AC component generated at the midpoint terminal 213. It is the 2nd detection means to detect.

負極側検出部522は、交流電位差V2の振幅に応じて値が変化する検出信号を演算部550に出力する。負極側検出部522については、第1入力端子522Aが、直流遮断部512を介して負極端子212と接続され、第2入力端子522Bが接地され、出力端子522Cが交流調整部540及び演算部550の双方に接続される。   The negative electrode side detection unit 522 outputs a detection signal whose value changes according to the amplitude of the AC potential difference V2 to the calculation unit 550. As for the negative electrode side detection unit 522, the first input terminal 522A is connected to the negative electrode terminal 212 via the DC blocking unit 512, the second input terminal 522B is grounded, the output terminal 522C is the AC adjustment unit 540, and the calculation unit 550. Connected to both sides.

負極側検出部522は、差動アンプ5221と、帯域通過フィルタ(BPF)5222と、増幅回路5223と、同期検波回路5224とを含む。なお、これらの構成は、基本的に正極側検出部521と同じ構成であるため、ここでの説明を省略する。   The negative electrode side detection unit 522 includes a differential amplifier 5221, a band pass filter (BPF) 5222, an amplifier circuit 5223, and a synchronous detection circuit 5224. Since these configurations are basically the same as the configuration of the positive electrode side detection unit 521, the description thereof is omitted here.

正極側電源部531は、燃料電池スタック1の内部インピーダンスを測定するために定められた基準周波数fbを有する交流電流I1を正極端子211へ出力する。   The positive power supply unit 531 outputs an alternating current I1 having a reference frequency fb determined to measure the internal impedance of the fuel cell stack 1 to the positive terminal 211.

正極側電源部531は、交流電流I1の振幅及び位相を固定した固定電源である。すなわち、本実施形態では正極側電源部531が、予め定められた交流電流を出力する第1電源手段である。正極側電源部531は、例えばオペアンプ(Operational Amplifier)などの電圧電流変換回路を用いて実現される。   The positive power supply unit 531 is a fixed power supply in which the amplitude and phase of the alternating current I1 are fixed. That is, in the present embodiment, the positive power source unit 531 is a first power supply unit that outputs a predetermined alternating current. The positive power supply unit 531 is realized using a voltage-current conversion circuit such as an operational amplifier.

正極側電源部531の詳細構成について、図4を参照して説明する。   The detailed configuration of the positive power supply unit 531 will be described with reference to FIG.

正極側電源部531は、固定電源5311と、交流信号発生器5312と、乗算器5313と、電圧電流変換回路5314とを含む。   The positive power supply unit 531 includes a fixed power supply 5311, an AC signal generator 5312, a multiplier 5313, and a voltage / current conversion circuit 5314.

固定電源5311は、予め定められた固定値の直流電圧を出力する。固定電源5311は、例えば数百mV(ミリボルト)の直流電圧を出力する。   Fixed power supply 5311 outputs a DC voltage having a predetermined fixed value. The fixed power source 5311 outputs a DC voltage of, for example, several hundred mV (millivolt).

交流信号発生器5312は、基準周波数fbの交流信号を発振する交流源である。基準周波数fbは、燃料電池スタック1の内部インピーダンスを測定するのに適した値に定められる。基準周波数fbは、例えば1kHz(キロヘルツ)に設定される。   The AC signal generator 5312 is an AC source that oscillates an AC signal having a reference frequency fb. The reference frequency fb is set to a value suitable for measuring the internal impedance of the fuel cell stack 1. The reference frequency fb is set to 1 kHz (kilohertz), for example.

乗算器5313は、固定電源5311から出力される直流電圧信号に基準周波数fbの交流信号を乗算することにより、基準周波数fbの交流電圧Vi1を生成して電圧電流変換回路5314に出力する。   The multiplier 5313 multiplies the DC voltage signal output from the fixed power supply 5311 by the AC signal having the reference frequency fb to generate an AC voltage Vi1 having the reference frequency fb and outputs the AC voltage Vi1 to the voltage-current conversion circuit 5314.

電圧電流変換回路5314は、基準周波数fbの交流電圧Vi1を交流電流I1に変換し、その交流電流I1を、出力端子531Aを介して直流遮断部511へ出力する。   The voltage-current conversion circuit 5314 converts the alternating voltage Vi1 having the reference frequency fb into the alternating current I1, and outputs the alternating current I1 to the direct current cut-off unit 511 via the output terminal 531A.

電圧電流変換回路5314は、交流電圧Vi1に対応する交流電流I1を出力するオペアンプOA1と、検出抵抗素子Rsと、検出抵抗素子Rsに生じる検出電圧Vs1の大きさに応じて交流電流I1を調整するオペアンプOA2と、抵抗素子R1〜R5とを含む。   The voltage-current conversion circuit 5314 adjusts the alternating current I1 in accordance with the operational amplifier OA1 that outputs the alternating current I1 corresponding to the alternating voltage Vi1, the detection resistance element Rs, and the detection voltage Vs1 generated in the detection resistance element Rs. An operational amplifier OA2 and resistance elements R1 to R5 are included.

オペアンプOA1は、交流電圧Vi1に基づいて交流電流I1を出力する。オペアンプOA1の非反転入力端子は、乗算器5313の出力端子に接続されると共に、反転入力端子は、抵抗素子R5を介して電流調整用のオペアンプOA2と接続される。そしてオペアンプOA1の出力端子は、抵抗素子R2及び抵抗素子R3を介して接地される。   The operational amplifier OA1 outputs an alternating current I1 based on the alternating voltage Vi1. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OA1 is connected to the output terminal of the multiplier 5313, and the inverting input terminal is connected to the operational amplifier OA2 for current adjustment via the resistance element R5. The output terminal of the operational amplifier OA1 is grounded via the resistance element R2 and the resistance element R3.

検出抵抗素子Rsは、オペアンプOA1から出力される交流電流I1を検出するために設けられた抵抗素子である。検出抵抗素子Rsの両端に生じる検出電圧Vs1は、交流電流I1の電流値と検出抵抗素子Rsの抵抗値とを乗算した値である。検出抵抗素子Rsの一端は、オペアンプOA1の出力端子に接続され、検出抵抗素子Rsの他端は、電圧電流変換回路5314の出力端子を介して直流遮断部511と接続される。   The detection resistance element Rs is a resistance element provided for detecting the alternating current I1 output from the operational amplifier OA1. The detection voltage Vs1 generated at both ends of the detection resistance element Rs is a value obtained by multiplying the current value of the alternating current I1 by the resistance value of the detection resistance element Rs. One end of the detection resistance element Rs is connected to the output terminal of the operational amplifier OA1, and the other end of the detection resistance element Rs is connected to the DC blocking unit 511 via the output terminal of the voltage-current conversion circuit 5314.

オペアンプOA2は、検出抵抗素子Rsに生じる検出電圧Vs1を検出する検出回路である。オペアンプOA2から出力される検出信号Vs1は、オペアンプOA1の反転入力端子にフィードバックされる。これにより、オペアンプOA1は、交流電流I1が交流電圧Vi1と一致するように、検出信号Vs1に応じて交流電流I1を調整する。   The operational amplifier OA2 is a detection circuit that detects the detection voltage Vs1 generated in the detection resistance element Rs. The detection signal Vs1 output from the operational amplifier OA2 is fed back to the inverting input terminal of the operational amplifier OA1. Thereby, the operational amplifier OA1 adjusts the alternating current I1 according to the detection signal Vs1 so that the alternating current I1 matches the alternating voltage Vi1.

このように、固定電源5311によって振幅が固定された交流電圧Vi1がオペアンプOA1の非反転入力端子に入力され、オペアンプOA1は、交流電圧Vilに基づいて振幅が一定の流電流I1を出力する。   As described above, the AC voltage Vi1 whose amplitude is fixed by the fixed power supply 5311 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OA1, and the operational amplifier OA1 outputs a current I1 having a constant amplitude based on the AC voltage Vil.

そしてオペアンプOA2は、検出抵抗素子Rsに生じる検出電圧Vs1を検出してオペアンプOA1の反転入力端子へ出力する。これにより、オペアンプOA1は、交流電流I1が交流電圧Vi1と一致するように交流電流I1を増幅する。   The operational amplifier OA2 detects the detection voltage Vs1 generated in the detection resistance element Rs and outputs it to the inverting input terminal of the operational amplifier OA1. As a result, the operational amplifier OA1 amplifies the alternating current I1 so that the alternating current I1 matches the alternating voltage Vi1.

なお、抵抗素子R1〜R5の抵抗値は、インピーダンス測定装置5の設計に応じて適宜設定される。   Note that the resistance values of the resistance elements R <b> 1 to R <b> 5 are appropriately set according to the design of the impedance measuring device 5.

なお、本実施形態では汎用のオペアンプOA1及びOA2を用いて電圧電流変換回路5314を構成する例について説明したが、2つのオペアンプOA1及びOA2に代えて2つの差動アンプ(計装アンプ)を用いてもよい。   In this embodiment, the example in which the voltage-current conversion circuit 5314 is configured using the general-purpose operational amplifiers OA1 and OA2 has been described. However, two differential amplifiers (instrumentation amplifiers) are used instead of the two operational amplifiers OA1 and OA2. May be.

次に負極側電源部532の構成について図5を参照して説明する。   Next, the configuration of the negative power supply unit 532 will be described with reference to FIG.

負極側電源部532は、交流電流I1と同じ基準周波数fbを有する交流電流I2を負極端子212へ出力する。負極側電源部532は、交流電流I2の振幅を変更可能な可変電源である。   The negative power supply unit 532 outputs an alternating current I2 having the same reference frequency fb as the alternating current I1 to the negative terminal 212. The negative power supply unit 532 is a variable power supply that can change the amplitude of the alternating current I2.

本実施形態では、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅が交流調整部540によって制御される。すなわち、負極側電源部532は、交流調整部540によって調整された振幅の交流電流I2を出力する第2電源手段である。   In the present embodiment, the amplitude of the AC current I2 output from the negative power supply unit 532 is controlled by the AC adjustment unit 540. That is, the negative-side power supply unit 532 is a second power supply unit that outputs an alternating current I2 having an amplitude adjusted by the AC adjusting unit 540.

負極側電源部532は、電圧電流変換回路5324と電流検出回路5325とを含む。   The negative power supply unit 532 includes a voltage / current conversion circuit 5324 and a current detection circuit 5325.

電圧電流変換回路5324の制御端子532Bには、交流調整部540から出力される交流電圧Vi2が交流電流I2の指令値として入力される。電圧電流変換回路5324は、出力端子532Aを介して、交流電圧Vi2に応じて交流電流I2の振幅を変化させる可変電源部である。   The AC voltage Vi2 output from the AC adjustment unit 540 is input to the control terminal 532B of the voltage-current conversion circuit 5324 as a command value for the AC current I2. The voltage-current conversion circuit 5324 is a variable power supply unit that changes the amplitude of the alternating current I2 according to the alternating voltage Vi2 via the output terminal 532A.

電圧電流変換回路5324は、交流電圧Vi2に対応する交流電流I2を出力するオペアンプOA1と、検出抵抗素子Rsと、検出抵抗素子Rsの両端に生じる電圧Vs2に応じて交流電流I2を調整するオペアンプOA2と、抵抗素子R1〜R5とを含む。なお、これらの構成は、正極側電源部531の電圧電流変換回路5314と基本的に同じ構成であるため、ここでの詳細な説明を省略する。   The voltage-current conversion circuit 5324 includes an operational amplifier OA1 that outputs an alternating current I2 corresponding to the alternating voltage Vi2, a detection resistance element Rs, and an operational amplifier OA2 that adjusts the alternating current I2 according to the voltage Vs2 generated at both ends of the detection resistance element Rs. And resistance elements R1 to R5. Note that these configurations are basically the same as the voltage-current conversion circuit 5314 of the positive-side power supply unit 531, and thus detailed description thereof is omitted here.

電流検出回路5325は、オペアンプOA2の出力端子に接続される。電流検出回路5325は、オペアンプOA2により検出された検出電圧Vs2に基づいて交流電流I2の振幅を検出する。   The current detection circuit 5325 is connected to the output terminal of the operational amplifier OA2. The current detection circuit 5325 detects the amplitude of the alternating current I2 based on the detection voltage Vs2 detected by the operational amplifier OA2.

本実施形態は、電流検出回路5325は、検出電圧Vs2を整流する整流回路であり、交流電流I2の振幅と比例した直流の検出信号I2を生成する。例えば交流電流I2の振幅が大きくなるほど検出信号I2は高くなり、交流電流I2の振幅が小さくなるほど検出信号I2は低くなる。   In the present embodiment, the current detection circuit 5325 is a rectifier circuit that rectifies the detection voltage Vs2, and generates a DC detection signal I2 that is proportional to the amplitude of the AC current I2. For example, the detection signal I2 increases as the amplitude of the alternating current I2 increases, and the detection signal I2 decreases as the amplitude of the alternating current I2 decreases.

このように、オペアンプOA1は、振幅が変更される交流電圧Vi2に基づいて交流電流I2を出力するとともに、オペアンプOA2は、検出抵抗素子Rsに生じる検出電圧Vs2を検出してオペアンプOA1の反転入力端子へ出力する。   As described above, the operational amplifier OA1 outputs the alternating current I2 based on the alternating voltage Vi2 whose amplitude is changed, and the operational amplifier OA2 detects the detection voltage Vs2 generated in the detection resistance element Rs to detect the inverting input terminal of the operational amplifier OA1. Output to.

これにより、オペアンプOA1は、交流電流I2が交流電圧Vi2と一致するように交流電流I2を増幅する。すなわち、オペアンプOA1は、交流電圧Vi2に基づいて出力された交流電流I2を、オペアンプOA2によって検出された交流電流I2の検出信号Vs2に応じて調整する出力調整回路に相当する。   As a result, the operational amplifier OA1 amplifies the alternating current I2 so that the alternating current I2 matches the alternating voltage Vi2. That is, the operational amplifier OA1 corresponds to an output adjustment circuit that adjusts the alternating current I2 output based on the alternating voltage Vi2 in accordance with the detection signal Vs2 of the alternating current I2 detected by the operational amplifier OA2.

また、交流調整部540によって交流電圧Vi2の振幅が変更された場合には、オペアンプOA1は、オペアンプOA2から出力される検出信号Vs2に応じて交流電流I2の振幅を増幅する。そして電流検出回路5325は、検出信号Vs2に基づいて交流電流I2の振幅を検出して演算部550に出力する。   When the amplitude of the AC voltage Vi2 is changed by the AC adjustment unit 540, the operational amplifier OA1 amplifies the amplitude of the AC current I2 according to the detection signal Vs2 output from the operational amplifier OA2. Current detection circuit 5325 detects the amplitude of alternating current I2 based on detection signal Vs2, and outputs the detected amplitude to calculation unit 550.

また、負極側電源部532には、電圧電流変換回路5324に加えて、正極側電源部531の固定電源5311、交流信号発生器5312及び乗算器5313で構成される電源回路よりも複雑な構成である電流検出回路5325が設けられている。このため、正極側電源部531は、電流検出回路5325を省略できる分だけ、回路構成を小型化することができ、製造コストを低減することができる。   In addition to the voltage-current conversion circuit 5324, the negative-side power supply unit 532 has a more complicated configuration than the power supply circuit including the fixed power supply 5311, the AC signal generator 5312, and the multiplier 5313 of the positive-side power supply unit 531. A current detection circuit 5325 is provided. For this reason, the positive-side power supply unit 531 can reduce the circuit configuration to the extent that the current detection circuit 5325 can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced.

電圧電流変換回路5324では、検出抵抗素子Rsによって検出された交流電流I2が、オペアンプOA2によってオペアンプOA1にフィードバッックされる。電流検出回路5325によってオペアンプOA2から出力される検出信号が整流されて演算部550に出力される。   In the voltage-current conversion circuit 5324, the alternating current I2 detected by the detection resistance element Rs is fed back to the operational amplifier OA1 by the operational amplifier OA2. The detection signal output from the operational amplifier OA2 is rectified by the current detection circuit 5325 and output to the arithmetic unit 550.

このように、検出抵抗素子Rs及びオペアンプOA2で構成された検出回路によって検出された信号を、演算部550で内部抵抗を演算するのに必要となる交流電流I2の値として利用している。つまり、電圧電流変換回路5324を構成する検出回路は、演算部550での演算に必要な交流電流I2の値を検出する回路として兼用されている。このため、交流電流I2の値を検出する回路を新たに設ける必要がないため、インピーダンス測定装置5の回路構成を簡素化できる。   As described above, the signal detected by the detection circuit including the detection resistance element Rs and the operational amplifier OA2 is used as the value of the alternating current I2 that is necessary for the calculation unit 550 to calculate the internal resistance. That is, the detection circuit constituting the voltage-current conversion circuit 5324 is also used as a circuit for detecting the value of the alternating current I2 necessary for the calculation in the calculation unit 550. For this reason, since it is not necessary to newly provide a circuit for detecting the value of the alternating current I2, the circuit configuration of the impedance measuring device 5 can be simplified.

次に交流調整部540の構成について図6を参照して説明する。   Next, the configuration of the AC adjustment unit 540 will be described with reference to FIG.

交流調整部540は、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとが互いに一致するように、正極側電源部531及び負極側電源部532のうち一方の電源部から出力される交流電流の振幅及び位相を調整する調整手段である。   The AC adjusting unit 540 outputs an AC current output from one of the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532 so that the positive AC potential Va and the negative AC potential Vb coincide with each other. Adjusting means for adjusting the amplitude and phase of the.

本実施形態では、交流調整部540の基準端子540Aは、図3に示した正極側検出部521の出力端子521Cと接続され、入力端子540Bは、図3に示した負極側検出部522の出力端子522Cと接続される。また出力端子540Cは、図5に示した負極側電源部532の制御端子532Bと接続される。   In the present embodiment, the reference terminal 540A of the AC adjustment unit 540 is connected to the output terminal 521C of the positive detection unit 521 shown in FIG. 3, and the input terminal 540B is the output of the negative detection unit 522 shown in FIG. Connected to terminal 522C. The output terminal 540C is connected to the control terminal 532B of the negative power supply unit 532 shown in FIG.

交流調整部540は、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅を調整せずに固定し、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅のみを調整する。交流調整部540は、例えばPI(Proportional Integral)制御回路により実現される。   The AC adjustment unit 540 fixes the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 without adjusting the amplitude, and adjusts only the amplitude of the AC current I2 output from the negative power supply unit 532. The AC adjustment unit 540 is realized by, for example, a PI (Proportional Integral) control circuit.

交流調整部540は、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとを互いに一致させる基準となる電圧Vsとして、正極側検出部521から出力される検出信号V1を設定する。そして交流調整部540は、負極側検出部522から出力される検出信号V2が基準電圧Vsと一致するように交流電流I2の振幅を調整する。   The AC adjustment unit 540 sets the detection signal V1 output from the positive electrode side detection unit 521 as a reference voltage Vs that makes the positive electrode side AC potential Va and the negative electrode side AC potential Vb coincide with each other. Then, the AC adjustment unit 540 adjusts the amplitude of the AC current I2 so that the detection signal V2 output from the negative electrode side detection unit 522 matches the reference voltage Vs.

これにより、正極側の交流電位差V1の振幅レベルと負極側の交流電位差V2の振幅レベルとが等しくなり、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとが一致することになる。   As a result, the amplitude level of the AC potential difference V1 on the positive electrode side and the amplitude level of the AC potential difference V2 on the negative electrode side become equal, and the AC potential Va on the positive electrode side and the AC potential Vb on the negative electrode side match.

交流調整部540は、減算器541と、積分回路542と、乗算器543と、交流信号発生器544とを含む。交流信号発生器544は、図4に示した交流信号発生器5312と同一構成であり、予め定められた基準周波数fbの交流信号を発生させる。   AC adjustment unit 540 includes a subtractor 541, an integration circuit 542, a multiplier 543, and an AC signal generator 544. The AC signal generator 544 has the same configuration as that of the AC signal generator 5312 shown in FIG. 4, and generates an AC signal having a predetermined reference frequency fb.

減算器541は、負極側検出部522から出力される検出信号V2から、基準電圧Vsを減算することにより、基準電圧Vsからのズレ幅に比例した差分信号を出力する。例えば、基準電圧Vsからのズレ幅が大きくなるほど差分信号のレベルは高くなる。基準電圧Vsとは、交流電位Va及び交流電位Vbを互いに一致させる基準となる値のことである。   The subtracter 541 outputs a difference signal proportional to the deviation width from the reference voltage Vs by subtracting the reference voltage Vs from the detection signal V2 output from the negative electrode side detection unit 522. For example, the difference signal level increases as the deviation width from the reference voltage Vs increases. The reference voltage Vs is a value serving as a reference for making the AC potential Va and the AC potential Vb coincide with each other.

本実施形態では、正極側検出部521から基準端子540Aに入力される検出信号V1が、基準電圧Vsとして設定される。これにより、交流電位差V2の振幅が、交流電位差V1の振幅値に収束するように増幅される。   In the present embodiment, the detection signal V1 input from the positive electrode side detection unit 521 to the reference terminal 540A is set as the reference voltage Vs. As a result, the amplitude of the AC potential difference V2 is amplified so as to converge to the amplitude value of the AC potential difference V1.

積分回路542は、減算器541から出力される差分信号を積分することにより、差分信号の平均化又は感度の調節をする。そして積分回路542は、積分された差分信号を乗算器543に出力する。   The integration circuit 542 integrates the difference signal output from the subtractor 541 to average the difference signal or adjust the sensitivity. Then, the integration circuit 542 outputs the integrated difference signal to the multiplier 543.

乗算器543は、交流信号発生器544から出力される基準周波数fbの交流信号に対して差分信号を乗算することにより、交流電位差V2の振幅を基準電圧Vsに収束させる交流電圧Vi2を生成する。例えば減算器541から出力される差分信号のレベルが大きくなるほど交流電圧Vi2の振幅は大きくなる。   The multiplier 543 generates the AC voltage Vi2 that converges the amplitude of the AC potential difference V2 to the reference voltage Vs by multiplying the AC signal of the reference frequency fb output from the AC signal generator 544 by the difference signal. For example, the amplitude of the AC voltage Vi2 increases as the level of the difference signal output from the subtractor 541 increases.

乗算器543は、交流電圧Vi2を指令信号として負極側電源部532へ出力する。交流電圧Vi2は、出力端子540Cを介して負極側電源部532の制御端子532Bに入力され、交流電流I2に変換される。   The multiplier 543 outputs the AC voltage Vi2 to the negative power source unit 532 as a command signal. The AC voltage Vi2 is input to the control terminal 532B of the negative power source unit 532 via the output terminal 540C, and is converted into an AC current I2.

このように交流調整部540は、検出された交流電位差V2の振幅が交流電位差V1の振幅Vsと一致するように、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅を調整する。   As described above, the AC adjustment unit 540 adjusts the amplitude of the AC current I2 output from the negative power supply unit 532 so that the detected amplitude of the AC potential difference V2 matches the amplitude Vs of the AC potential difference V1.

このため、交流電位Va及び交流電位Vbが互いに同じレベルに制御されるので、正極端子211に重畳される交流電位と、負極端子212に重畳される交流電位とが一致する。これにより、インピーダンス測定装置5から燃料電池スタック1へ出力された交流電流I1及びI2が負荷3の方に漏れ出るのを防ぐことができる。なお、以下では、交流電位Vaと交流電位Vbとが互いに等しくなるように正極側電源部531及び負極側電源部532を制御することを「等電位制御」という。   For this reason, since the AC potential Va and the AC potential Vb are controlled to the same level, the AC potential superimposed on the positive terminal 211 coincides with the AC potential superimposed on the negative terminal 212. Thereby, it is possible to prevent the alternating currents I1 and I2 output from the impedance measuring device 5 to the fuel cell stack 1 from leaking toward the load 3. In the following, controlling the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532 so that the AC potential Va and the AC potential Vb are equal to each other is referred to as “equipotential control”.

次に演算部550の構成について図7を参照して説明する。   Next, the structure of the calculating part 550 is demonstrated with reference to FIG.

演算部550は、交流調整部540により調整された後の交流電位差V1及びV2の振幅と交流電流I1及びI2の振幅とに基づいて、燃料電池スタック1の内部インピーダンスを演算する演算手段である。   The calculation unit 550 is a calculation unit that calculates the internal impedance of the fuel cell stack 1 based on the amplitudes of the AC potential differences V1 and V2 adjusted by the AC adjustment unit 540 and the amplitudes of the AC currents I1 and I2.

演算部550には、図3に示した正極側検出部521の出力端子521Cが接続されるとともに、負極側検出部522の出力端子522Cが接続される。また、正極側電源部531から一定の交流電流I1が出力されるため、演算部550には、交流電流I1の振幅値が予め記録されており、図5で示した負極側電源部532の電流検出回路5325のみが接続される。   The calculation unit 550 is connected to the output terminal 521C of the positive electrode side detection unit 521 shown in FIG. 3 and the output terminal 522C of the negative electrode side detection unit 522. Further, since a constant alternating current I1 is output from the positive power supply unit 531, the amplitude value of the alternating current I1 is recorded in advance in the calculation unit 550, and the current of the negative power supply unit 532 shown in FIG. Only the detection circuit 5325 is connected.

このため、演算部550には、正極側検出部521及び負極側検出部522から交流電位差V1及びV2の振幅を示す検出信号が入力され、負極側電源部532から交流電流I2の振幅を示す検出信号が入力される。   Therefore, detection signals indicating the amplitudes of the AC potential differences V1 and V2 are input from the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 to the calculation unit 550, and detection indicating the amplitude of the AC current I2 is performed from the negative electrode side power supply unit 532. A signal is input.

演算部550は、AD(Analog Digital)変換器551及びマイコンチップ552を備える。   The calculation unit 550 includes an AD (Analog Digital) converter 551 and a microcomputer chip 552.

AD変換器551は、アナログ信号である交流電流I2の検出信号、及び交流電位差V1及びV2の検出信号をデジタル数値信号に変換し、マイコンチップ552に転送する。   The AD converter 551 converts the detection signal of the alternating current I2, which is an analog signal, and the detection signals of the alternating potential differences V1 and V2 into digital numerical signals, and transfers them to the microcomputer chip 552.

マイコンチップ552には、内部抵抗Rn及び燃料電池スタック1全体の内部抵抗Rを算出するプログラムが予め記憶されている。マイコンチップ552は、所定の微小時間間隔で順次内部抵抗Rを演算し、又は、コントロールユニット6の要求に応じて内部抵抗R演算し、その演算結果をコントロールユニット6に出力する。なお、内部抵抗Rn及び燃料電池スタック1全体の内部抵抗Rは、次式で演算される。   In the microcomputer chip 552, programs for calculating the internal resistance Rn and the internal resistance R of the entire fuel cell stack 1 are stored in advance. The microcomputer chip 552 sequentially calculates the internal resistance R at predetermined minute time intervals, or calculates the internal resistance R in response to a request from the control unit 6 and outputs the calculation result to the control unit 6. The internal resistance Rn and the internal resistance R of the entire fuel cell stack 1 are calculated by the following equations.

Figure 0006318883
Figure 0006318883

演算部550は、例えば、アナログ演算ICを用いたアナログ演算回路により実現される。アナログ演算回路を用いることにより、時間的に連続した抵抗値の変化をコントロールユニット6に出力することができる。   The arithmetic unit 550 is realized by an analog arithmetic circuit using an analog arithmetic IC, for example. By using the analog arithmetic circuit, it is possible to output a temporally continuous change in resistance value to the control unit 6.

コントロールユニット6は、演算部550から出力される内部抵抗Rを受信する。コントロールユニット6は、内部抵抗Rの大きさに応じて、燃料電池スタック1の運転状態を制御する。   The control unit 6 receives the internal resistance R output from the calculation unit 550. The control unit 6 controls the operating state of the fuel cell stack 1 according to the magnitude of the internal resistance R.

例えば、コントロールユニット6は、内部抵抗Rが高い場合には燃料電池スタック1の電解質膜111が乾いた状態であると判断し、燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの流量を減らす。これにより、燃料電池スタック1から持ち出される水分量を減少させることができる。   For example, when the internal resistance R is high, the control unit 6 determines that the electrolyte membrane 111 of the fuel cell stack 1 is in a dry state, and reduces the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1. Thereby, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1 can be reduced.

図8は、インピーダンス測定装置5による等電位制御方法の一例を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing an example of an equipotential control method by the impedance measuring device 5.

ステップS1において正極側電源部531は、一定の交流電流I1を、直流遮断部511を介して燃料電池スタック1の正極端子211に出力する。そして正極側検出部521は、一定の交流電流I1によって正極端子211と中途点端子213との間の内部抵抗R1に生じる交流電位差V1を検出する。   In step S <b> 1, the positive power source unit 531 outputs a constant alternating current I <b> 1 to the positive terminal 211 of the fuel cell stack 1 via the direct current cut unit 511. And the positive electrode side detection part 521 detects the alternating current potential difference V1 which arises in the internal resistance R1 between the positive electrode terminal 211 and the halfway point terminal 213 by the fixed alternating current I1.

ステップS2において交流調整部540は、正極側検出部521から出力される交流電位差V1の検出信号を、正極端子211及び負極端子に生じる各交流電位を互いに一致させる基準値(目標値)Vsに設定する。基準値Vsは、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとを互いに一致させる基準となる値である。   In step S2, the AC adjustment unit 540 sets the detection signal of the AC potential difference V1 output from the positive electrode side detection unit 521 to a reference value (target value) Vs that matches the AC potentials generated at the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal. To do. The reference value Vs is a value serving as a reference for making the positive-side AC potential Va and the negative-side AC potential Vb coincide with each other.

ステップS3において負極側電源部532は、振幅が増減される交流電流I2を、直流遮断部512を介して燃料電池スタック1の負極端子212に出力する。そして負極側検出部522は、交流電流I2により負極端子212と中途点端子213との間の内部抵抗R2に生じる交流電位差V2を検出する。また、負極側電源部532の電流検出回路5325は、交流電流I2の検出信号を演算部550に出力する。   In step S <b> 3, the negative power supply unit 532 outputs the alternating current I <b> 2 whose amplitude is increased or decreased to the negative terminal 212 of the fuel cell stack 1 via the direct current blocking unit 512. And the negative electrode side detection part 522 detects the alternating current potential difference V2 which arises in the internal resistance R2 between the negative electrode terminal 212 and the halfway point terminal 213 by alternating current I2. Further, the current detection circuit 5325 of the negative power supply unit 532 outputs a detection signal of the alternating current I2 to the calculation unit 550.

ステップS4において交流調整部540は、負極側検出部522から出力される交流電位差V2の検出信号が、基準値Vsである交流電位差V1の検出信号よりも大きいか否かを判断する。   In step S4, the AC adjustment unit 540 determines whether the detection signal of the AC potential difference V2 output from the negative electrode side detection unit 522 is larger than the detection signal of the AC potential difference V1 that is the reference value Vs.

ステップS5において交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号が、交流電位差V1の検出信号よりも大きい場合には、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅を減少させる。これによって負極側の交流電位Vbが上がる。   In step S5, the AC adjustment unit 540 decreases the amplitude of the AC current I2 output from the negative power supply unit 532 when the detection signal of the AC potential difference V2 is larger than the detection signal of the AC potential difference V1. As a result, the AC potential Vb on the negative electrode side increases.

ステップS6において交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号が、基準値Vsである交流電位差V1の検出信号と等しくなったか否かを判断する。   In step S6, the AC adjusting unit 540 determines whether or not the detection signal of the AC potential difference V2 is equal to the detection signal of the AC potential difference V1 that is the reference value Vs.

ステップS7において交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号が、交流電位差V1の検出信号と等しくなった場合には、交流電位Vaと交流電位Vbとが一致したことになるため、交流電流I2の振幅を調整せずに維持する。これによって負極側の交流電位Vbが維持される。   In step S7, the AC adjustment unit 540 determines that the AC potential Va and the AC potential Vb match when the detection signal of the AC potential difference V2 becomes equal to the detection signal of the AC potential difference V1, and therefore the AC current I2 Keep the amplitude of without adjusting. As a result, the negative side AC potential Vb is maintained.

ステップS8において演算部550は、交流電位差V2の検出信号が、交流電位差V1の検出信号と等しいときには、上述の式(1−1)及び式(1−2)に基づいて内部抵抗R1及びR2並びに全体の内部抵抗Rを演算する。   In step S8, when the detection signal of the AC potential difference V2 is equal to the detection signal of the AC potential difference V1, the calculation unit 550 determines that the internal resistors R1 and R2 and the internal resistances R1 and R2 and the equation (1-2) and The total internal resistance R is calculated.

本実施形態では演算部550は、予め記憶された交流電流I1の振幅値と、交流電位差V1の検出信号とに基づいて内部抵抗R1を算出し、交流電流I2の検出信号と交流電位差V2の検出信号とに基づいて内部抵抗R2を算出する。そして演算部550は、内部抵抗R1と内部抵抗R2とを積算することにより、燃料電池スタック1全体の内部抵抗Rを算出する。   In the present embodiment, the calculation unit 550 calculates the internal resistance R1 based on the amplitude value of the alternating current I1 stored in advance and the detection signal of the alternating potential difference V1, and detects the detection signal of the alternating current I2 and the alternating potential difference V2. The internal resistance R2 is calculated based on the signal. Then, the calculation unit 550 calculates the internal resistance R of the entire fuel cell stack 1 by integrating the internal resistance R1 and the internal resistance R2.

ステップS9において交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号が、基準値Vsである交流電位差V1の検出信号よりも小さい場合には、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅を増幅させる。これによって負極側の交流電位Vbが上がる。   In step S9, the AC adjustment unit 540 determines the amplitude of the AC current I2 output from the negative power supply unit 532 when the detection signal of the AC potential difference V2 is smaller than the detection signal of the AC potential difference V1 that is the reference value Vs. Amplify. As a result, the AC potential Vb on the negative electrode side increases.

ステップS5、ステップS8及びステップS9の処理が完了すると、インピーダンス測定装置5の制御方法の処理手順が終了する。   When the processing of step S5, step S8, and step S9 is completed, the processing procedure of the control method of the impedance measuring device 5 is completed.

このように、交流電位差V1の検出信号を基準値Vsに設定することにより、交流電位差V1と交流電位差V2とを互いに独立して所定の値に調整する場合に比べて、処理手順が少なくなるとともに、交流電位差V1と交流電位差V2とを速やかに一致させることができる。   Thus, by setting the detection signal of the AC potential difference V1 to the reference value Vs, the processing procedure is reduced as compared with the case where the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 are adjusted to a predetermined value independently of each other. The AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 can be quickly matched.

図9は、インピーダンス測定装置5の等電位制御手法を示すタイムチャートである。   FIG. 9 is a time chart showing an equipotential control method of the impedance measuring device 5.

図9の初期は、燃料電池スタック1の正極側の内部抵抗R1が、負極側の内部抵抗R2よりも高い状態である(図9(A))。   In the initial stage of FIG. 9, the internal resistance R1 on the positive electrode side of the fuel cell stack 1 is higher than the internal resistance R2 on the negative electrode side (FIG. 9A).

時刻t0では、インピーダンス測定装置5が起動(ON)される。そして正極側電源部531から一定の交流電流I1が正極端子211に供給され(図9(C))、これに伴い正極端子211と中途点端子213との間の内部抵抗R1に交流電位差V1が生じ、正極側検出部521から交流電位差V1の検出信号が出力される。   At time t0, the impedance measuring device 5 is activated (ON). Then, a constant alternating current I1 is supplied from the positive power supply unit 531 to the positive terminal 211 (FIG. 9C), and accordingly, an alternating potential difference V1 is generated in the internal resistance R1 between the positive terminal 211 and the halfway terminal 213. As a result, a detection signal of the AC potential difference V1 is output from the positive electrode side detection unit 521.

さらに負極側電源部532から、まず交流電流I1と同じ振幅で交流電流I2が負極端子212に供給され、これに伴い負極端子212と中途点端子213との間の内部抵抗R2に交流電位差V2が生じ、正極側検出部521から交流電位差V2の検出信号が出力される。   Further, the alternating current I2 is first supplied from the negative power supply unit 532 to the negative terminal 212 with the same amplitude as the alternating current I1, and accordingly, the AC potential difference V2 is generated in the internal resistance R2 between the negative terminal 212 and the midpoint terminal 213. As a result, a detection signal of the AC potential difference V2 is output from the positive electrode side detection unit 521.

そして交流調整部540には、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとを互いに一致させる基準値Vsとして、正極側検出部521から交流電位差V1の検出信号が入力される。   Then, the AC adjustment unit 540 receives a detection signal of the AC potential difference V1 from the positive electrode side detection unit 521 as a reference value Vs for making the positive electrode side AC potential Va and the negative electrode side AC potential Vb coincide with each other.

時刻t0では、負極側の交流電位差V2が基準値Vsである正極側の交流電位差V1よりも低い状態である (図9(B))。この状態で交流調整部540は、交流電位差V2が目標の交流電位差V1となるように、負極側の交流電流I2を増幅させる(図9(C))。   At time t0, the negative side AC potential difference V2 is lower than the positive side AC potential difference V1, which is the reference value Vs (FIG. 9B). In this state, the AC adjustment unit 540 amplifies the negative-side AC current I2 so that the AC potential difference V2 becomes the target AC potential difference V1 (FIG. 9C).

時刻t1では、交流電位差V2が交流電位差V1に到達する(図9(B))。これにより、正極側の交流電位Vaと負極側の交流電位Vbとの電位差がほぼゼロに収束するので、交流電流I1及び交流電流I2が負荷3の方へ漏れ出すことが抑制される。   At time t1, the AC potential difference V2 reaches the AC potential difference V1 (FIG. 9B). As a result, the potential difference between the AC potential Va on the positive electrode side and the AC potential Vb on the negative electrode side converges to almost zero, so that the AC current I1 and the AC current I2 are prevented from leaking toward the load 3.

そして遮断器7が遮断状態(OFF)から接続状態(ON)に切り替えられ、式(1−1)に基づいて内部抵抗R1及び内部抵抗R2が演算され、内部抵抗R1と内部抵抗R2とが足し合わされて全体の内部抵抗Rが求められる。   Then, the circuit breaker 7 is switched from the disconnected state (OFF) to the connected state (ON), and the internal resistance R1 and the internal resistance R2 are calculated based on the equation (1-1), and the internal resistance R1 and the internal resistance R2 are added. Together, the total internal resistance R is determined.

遮断器7の切替えによって、燃料電池スタック1の湿潤状態が変化するなどして、内部抵抗R1が低下する。これに伴い交流電位差V1が低下するため、交流調整部540は、交流電位差V2が交流電位差V1に追従するように、交流電流I2を減少させる (図9(B))。   By switching the circuit breaker 7, the wet state of the fuel cell stack 1 changes, and the internal resistance R1 decreases. Accordingly, the AC potential difference V1 decreases, and the AC adjustment unit 540 decreases the AC current I2 so that the AC potential difference V2 follows the AC potential difference V1 (FIG. 9B).

時刻t2以降は、交流電位差V2が交流電位差V1に追従した状態で(図9(B))、内部抵抗R1及び内部抵抗R2の各々が一定に推移する(図9(A))。このため、正極側の交流電流I1及び負極側の交流電流I2が一定に維持される(図9(C))。   After time t2, with the AC potential difference V2 following the AC potential difference V1 (FIG. 9B), each of the internal resistance R1 and the internal resistance R2 changes constantly (FIG. 9A). For this reason, the alternating current I1 on the positive electrode side and the alternating current I2 on the negative electrode side are kept constant (FIG. 9C).

次にインピーダンス測定装置5の等電位制御による作用効果を説明する。   Next, the effect by the equipotential control of the impedance measuring apparatus 5 is demonstrated.

図10は、燃料電池スタック1の正極端子211に生じる正極電位の変化と、負極端子212に生じる負極電位の変化とを例示する図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the positive electrode potential that occurs at the positive electrode terminal 211 of the fuel cell stack 1 and a change in the negative electrode potential that occurs at the negative electrode terminal 212.

燃料電池スタック1の出力中は、正極端子211及び負極端子212の端子間に、燃料電池スタック1から負荷3に出力される直流電圧Vdcが生じる。インピーダンス測定装置5が起動(ON)される前は、正極端子211の正極電位、及び負極端子212の負極電位は、点線で示すように共に一定であり、正極電位と負極電位との電位差である直流電圧Vdcが負荷3に供給される。その後インピーダンス測定装置5が起動され、正極側電源部531及び負極側電源部532から交流電流I1及びI2が出力されると、正極電位に交流電位Vaが重畳され、負極電位に交流電位Vbが重畳される。   During output of the fuel cell stack 1, a DC voltage Vdc output from the fuel cell stack 1 to the load 3 is generated between the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212. Before the impedance measuring device 5 is activated (ON), the positive electrode potential of the positive electrode terminal 211 and the negative electrode potential of the negative electrode terminal 212 are both constant as shown by the dotted line, which is a potential difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential. A DC voltage Vdc is supplied to the load 3. After that, when the impedance measuring device 5 is activated and the alternating currents I1 and I2 are output from the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532, the alternating current potential Va is superimposed on the positive potential and the alternating potential Vb is superimposed on the negative potential. Is done.

正極側電源部531から出力された交流電流I1は、正極側直流遮断部511を介して、燃料電池スタック1の正極端子211に出力され、中途点端子213及び中途点直流遮断部513を介して正極側検出部521に出力される。このとき、正極端子211と中途点端子213との間には、交流電流I1が内部抵抗R1に供給されることで内部抵抗R1での電圧降下により交流電位差V1(=Va−Vc)が生じる。この交流電位差V1は、正極側検出部521によって検出される。   The alternating current I1 output from the positive electrode side power supply unit 531 is output to the positive electrode terminal 211 of the fuel cell stack 1 through the positive electrode side direct current cut-off unit 511, and then passes through the intermediate point terminal 213 and the intermediate point direct current cut off unit 513. It is output to the positive electrode side detection unit 521. At this time, an AC potential difference V1 (= Va−Vc) is generated between the positive electrode terminal 211 and the midway terminal 213 due to a voltage drop at the internal resistance R1 by supplying the AC current I1 to the internal resistance R1. The AC potential difference V1 is detected by the positive electrode side detection unit 521.

一方、負極側電源部532から出力された交流電流I2は、負極側直流遮断部512を介して燃料電池スタック1の負極端子212に供給され、中途点端子213及び中途点直流遮断部513を介して負極側検出部522に出力される。このとき、負極端子212と中途点端子213との間には、交流電流I2が内部抵抗R2に供給されることで内部抵抗R2での電圧降下により交流電位差V2(=Vb−Vc)が生じる。この交流電位差V2は、負極側検出部522によって検出される。   On the other hand, the alternating current I2 output from the negative electrode side power supply unit 532 is supplied to the negative electrode terminal 212 of the fuel cell stack 1 via the negative electrode side DC blocking unit 512 and passes through the halfway terminal 213 and the halfway DC blocking unit 513. And output to the negative electrode side detection unit 522. At this time, an AC potential difference V2 (= Vb−Vc) is generated between the negative electrode terminal 212 and the midway terminal 213 due to the voltage drop at the internal resistance R2 by supplying the AC current I2 to the internal resistance R2. The AC potential difference V2 is detected by the negative electrode side detection unit 522.

交流調整部540は、正極側の交流電位差V1と、負極側の交流電位差V2との電位差(V1−V2)、すなわち交流電位Vaと交流電位Vbとの差(Va−Vb)が常に小さくなるように負極側電源部532を調節する。これにより、正極電位の交流成分Vaの振幅と負極電位の交流成分Vbの振幅とが等しくなるように調整されるので、直流電圧Vdcは変動せずに一定となる。   The AC adjusting unit 540 always reduces the potential difference (V1−V2) between the AC potential difference V1 on the positive electrode side and the AC potential difference V2 on the negative electrode side, that is, the difference (Va−Vb) between the AC potential Va and the AC potential Vb. The negative-side power supply unit 532 is adjusted. As a result, the amplitude of the AC component Va having the positive potential is adjusted to be equal to the amplitude of the AC component Vb having the negative potential, so that the DC voltage Vdc is constant without being changed.

そして演算部550は、正極側検出部521及び負極側検出部522から出力される交流電位差V1及びV2と、正極側電源部531及び負極側電源部532から出力される交流電流I1及びI2とに基づいてオームの法則を適用する。これにより、燃料電池スタック1の正極側の内部抵抗R1及び負極側の内部抵抗R2が算出される。   Then, the calculation unit 550 converts the AC potential differences V1 and V2 output from the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 and the AC currents I1 and I2 output from the positive electrode side power supply unit 531 and the negative electrode side power supply unit 532. Apply Ohm's law based on. Thereby, the internal resistance R1 on the positive electrode side and the internal resistance R2 on the negative electrode side of the fuel cell stack 1 are calculated.

ここでは、正極端子211及び負極端子212の交流電位が同じ値になるので、仮に正極端子211及び負極端子212に対して走行用モータなどの負荷3が接続された状態であっても、交流電流I1又はI2が負荷3の方に漏洩するのを抑制できる。   Here, since the AC potentials of the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212 have the same value, even if the load 3 such as a traveling motor is connected to the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212, the AC current I1 or I2 can be prevented from leaking toward the load 3.

さらに負荷3の作動状態によらず、稼働中の燃料電池スタック1の内部抵抗R1及びR2の測定値に基づいて燃料電池スタック1全体の内部抵抗Rを正確に測定することができる。また、正極側電源部531及び負極側電源部532が使用されるので、燃料電池スタック1が停止中であっても内部抵抗Rを測定することができる。   Furthermore, the internal resistance R of the entire fuel cell stack 1 can be accurately measured based on the measured values of the internal resistances R1 and R2 of the operating fuel cell stack 1 regardless of the operating state of the load 3. Further, since the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532 are used, the internal resistance R can be measured even when the fuel cell stack 1 is stopped.

なお、本実施形態では交流電流I1の振幅を変えずに固定して交流電流I2の振幅を変更する例について説明したが、交流電流I1の振幅を変更し、交流電流I2の振幅を固定するようにしてもよい。この場合には、交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号を基準電圧Vsに設定し、交流電位差V1の検出信号が基準電圧Vsとなるように、正極側電源部531から出力される交流電流I1のみを調整する。   In the present embodiment, the example in which the amplitude of the alternating current I1 is changed without changing the amplitude of the alternating current I1 has been described. However, the amplitude of the alternating current I1 is changed to fix the amplitude of the alternating current I2. It may be. In this case, the AC adjustment unit 540 sets the detection signal of the AC potential difference V2 to the reference voltage Vs, and the AC output from the positive power supply unit 531 so that the detection signal of the AC potential difference V1 becomes the reference voltage Vs. Only the current I1 is adjusted.

本発明の第1実施形態によれば、電源部531及び532のうち、交流電流の振幅を固定する固定電源部(例えば正極側電源部531)が、正極端子211及び負極端子212のうち一方の電極端子(例えば正極端子211)に対して、予め定められた振幅の交流電流を出力する。そして交流電流の振幅を変更する可変電源部(例えば負極側電源部532)が、他方の電極端子(例えば負極端子212)に対して、第1電源部の交流電流と同じ周波数の交流電流を出力する。   According to the first embodiment of the present invention, of the power supply units 531 and 532, the fixed power supply unit (for example, the positive power supply unit 531) that fixes the amplitude of the alternating current is one of the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212. An alternating current having a predetermined amplitude is output to the electrode terminal (for example, the positive electrode terminal 211). Then, the variable power source (for example, the negative power source 532) that changes the amplitude of the AC current outputs an AC current having the same frequency as the AC current of the first power source to the other electrode terminal (for example, the negative terminal 212). To do.

また検出部521及び522のうち、固定電源側の検出部(例えば正極側検出部521)が、一方の電極端子(例えば正極端子211)と中途点端子213との間の交流電位差を検出する。そして可変電源側の検出部(例えば負極側検出部522)が、他方の電極端子(例えば負極端子212)と中途点端子213との間の交流電位差を検出する。   Of the detection units 521 and 522, the detection unit on the fixed power source side (for example, the positive electrode side detection unit 521) detects an AC potential difference between one electrode terminal (for example, the positive electrode terminal 211) and the midpoint terminal 213. Then, the variable power supply side detection unit (for example, the negative electrode side detection unit 522) detects an AC potential difference between the other electrode terminal (for example, the negative electrode terminal 212) and the midway terminal 213.

さらに交流調整部540は、可変電源側の検出部で検出される交流電位差を、正極端子211及び負極端子212に生じる交流電位Va及びVbを互いに一致させる基準値Vsに設定する。そして交流調整部540は、固定電源側の検出部で検出される交流電位差が基準値Vsとなるように、可変電源部から出力される交流電流の振幅のみを調整する。   Further, the AC adjustment unit 540 sets the AC potential difference detected by the detection unit on the variable power supply side to a reference value Vs that causes the AC potentials Va and Vb generated at the positive terminal 211 and the negative terminal 212 to coincide with each other. The AC adjustment unit 540 adjusts only the amplitude of the AC current output from the variable power supply unit so that the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power supply side becomes the reference value Vs.

そして演算部550は、交流調整部540により調整された後の交流電流、及び、その交流電流によって燃料電池スタック1に生じる交流電位差に基づいて、燃料電池スタック1の内部インピーダンスを演算する。   The calculation unit 550 calculates the internal impedance of the fuel cell stack 1 based on the AC current adjusted by the AC adjustment unit 540 and the AC potential difference generated in the fuel cell stack 1 by the AC current.

このように本実施形態によれば、固定電源側の検出部で検出された交流電位差を基準値Vsに設定することにより、もう一方の可変電源部から出力される交流電流のみを調整することで両者の交流電位差を一致させることができる。このため、一方の交流電流を固定することが可能となり、インピーダンス測定装置5を簡素な構成にすると共に製造コストを抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, by setting the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power source side to the reference value Vs, only the AC current output from the other variable power source unit is adjusted. Both AC potential differences can be matched. For this reason, it becomes possible to fix one alternating current, and while being able to make the impedance measuring apparatus 5 a simple structure, manufacturing cost can be suppressed.

さらに本実施形態によれば、交流電位差V1と交流電位差V2の両者を独立して所定の値に調整する場合に比べて、簡易な処理により、交流電位差V1と交流電位差V2とを互いに一致させることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 are made to coincide with each other by a simple process compared to the case where both the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 are independently adjusted to a predetermined value. Can do.

具体的には、交流電位差V1と交流電位差V2の両者を独立して所定の値に調整する場合には、交流電位差V1を所定の値に収束させる制御と、交流電位差V2を所定の値に収束させる制御とが同時に実行される。これに対して固定電源側の検出部で検出された交流電位差を基準値Vsにすることにより、もう一方の交流電位差を基準値Vsに追従させる制御のみを実行するだけで、交流電位差V1と交流電位差V2とを一致させることができる。   Specifically, when both the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 are independently adjusted to a predetermined value, the control for converging the AC potential difference V1 to a predetermined value and the AC potential difference V2 are converged to a predetermined value. Control to be executed at the same time. On the other hand, by setting the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power source side to the reference value Vs, only the control for causing the other AC potential difference to follow the reference value Vs is executed. The potential difference V2 can be matched.

すなわち、基準値Vsに収束させるパラメータが2個から1個に削減されるので、交流調整部540における調整機能の一部を省略することができる。このため、内部抵抗R1及び内部抵抗R2が瞬間的に変動するような状況では、早期に交流電位差V1と交流電位差V2とを一致させることができる。   That is, since the number of parameters converged to the reference value Vs is reduced from two to one, a part of the adjustment function in the AC adjustment unit 540 can be omitted. For this reason, in a situation where the internal resistance R1 and the internal resistance R2 fluctuate instantaneously, the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 can be matched early.

また、交流電位差V1と交流電位差V2の両者を独立して所定の値に調整する場合には、調整誤差に起因して、交流電位差V1が所定の値よりも大きくなり、交流電位差V2が所定の値よりも小さくなることがある。この状態では、交流電位差V1の調整誤差と交流電位差V2の調整誤差とが加算されて大きくなってしまう。これに対して固定電源側の検出部で検出された交流電位差を基準値Vsとすることで、基準値Vsに収束させるパラメータは1個となるので、調整誤差の増大を抑制することができる。したがって、燃料電池スタック1の内部抵抗が急激に変化するような状況においてインピーダンスを測定する精度を向上させることができる。   Further, when both the AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 are independently adjusted to a predetermined value, the AC potential difference V1 becomes larger than the predetermined value due to the adjustment error, and the AC potential difference V2 is set to the predetermined value. May be smaller than the value. In this state, the adjustment error of the AC potential difference V1 and the adjustment error of the AC potential difference V2 are added and become large. On the other hand, by setting the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power source side as the reference value Vs, the number of parameters converged to the reference value Vs becomes one, and thus an increase in adjustment error can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the accuracy of measuring the impedance in a situation where the internal resistance of the fuel cell stack 1 changes rapidly.

このように、固定電源側の検出部で検出された交流電位差を基準値Vsとすることにより、インピーダンスを測定する精度を向上させると共に、内部抵抗R1及びR2の過渡的な変動に対して早期に交流電位差V1と交流電位差V2を一致させることができる。   In this way, by setting the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power source side as the reference value Vs, the impedance measurement accuracy can be improved and early against transient fluctuations in the internal resistances R1 and R2. The AC potential difference V1 and the AC potential difference V2 can be matched.

したがって、インピーダンスを測定する精度の維持向上を図りつつ、インピーダンス測定装置を簡素化するとともに製造コストを低減することができる。   Therefore, it is possible to simplify the impedance measuring device and reduce the manufacturing cost while maintaining and improving the accuracy of measuring the impedance.

本実施形態では、正極側電源部531が固定電源5311を有し、負極側電源部532が可変電源部として電圧電流変換回路5324を含む。そして正極側検出部521において、第1入力端子521Aが正極側電源部の出力端子531Aと接続されるとともに、第2入力端子521Bが中途点端子213に接続される。また、負極側検出部522において、第1入力端子522Aが負極側電源部の出力端子532Aと接続されるとともに、第2入力端子522Bが中途点端子213に接続される。   In the present embodiment, the positive power source unit 531 has a fixed power source 5311 and the negative power source unit 532 includes a voltage / current conversion circuit 5324 as a variable power source unit. In the positive electrode side detection unit 521, the first input terminal 521A is connected to the output terminal 531A of the positive electrode side power supply unit, and the second input terminal 521B is connected to the midpoint terminal 213. In the negative electrode side detection unit 522, the first input terminal 522A is connected to the output terminal 532A of the negative electrode side power supply unit, and the second input terminal 522B is connected to the midpoint terminal 213.

また交流調整部540において、基準端子540Aが正極側検出部の出力端子531Cと接続され、入力端子540Bが負極側検出部の出力端子532Cと接続され、出力端子540Cが負極側電源部の制御端子532Bにのみ接続される。すなわち、正極側電源部には接続されない。   In the AC adjustment unit 540, the reference terminal 540A is connected to the output terminal 531C of the positive electrode side detection unit, the input terminal 540B is connected to the output terminal 532C of the negative electrode side detection unit, and the output terminal 540C is the control terminal of the negative electrode side power supply unit. Only connected to 532B. That is, it is not connected to the positive power supply unit.

これにより、交流調整部540と正極側電源部531との間に配線される制御信号線、を削減できると共に、交流調整部540における正極側電源部531を制御する機能を削減できる。したがって、インピーダンス測定装置5内の構成を簡素にすることができる。   Thereby, the control signal line wired between the AC adjustment unit 540 and the positive power supply unit 531 can be reduced, and the function of controlling the positive power supply unit 531 in the AC adjustment unit 540 can be reduced. Therefore, the configuration in the impedance measuring device 5 can be simplified.

また本実施形態では、負極側電源部532は、交流電流I2を検出する電流検出回路5325を含む。そして演算部550には、正極側検出部の出力端子521Cと負極側検出部の出力端子522Cとが共に接続される。さらに演算部550には、交流電流I1の振幅値が予め保持され、負極側電源部532の電流検出回路5325のみが接続される。すなわち、電流検出回路5325は、固定電源5311を有する正極側電源部531には設けずに、可変電源である負極側電源部532にのみ設けられる。   In the present embodiment, the negative power supply unit 532 includes a current detection circuit 5325 that detects the alternating current I2. The calculation unit 550 is connected to the output terminal 521C of the positive detection unit and the output terminal 522C of the negative detection unit. Furthermore, the amplitude value of the alternating current I1 is held in advance in the calculation unit 550, and only the current detection circuit 5325 of the negative power supply unit 532 is connected. That is, the current detection circuit 5325 is not provided in the positive power supply unit 531 having the fixed power supply 5311 but is provided only in the negative power supply unit 532 that is a variable power supply.

これにより、演算部550と正極側電源部531との間に配線される検出信号線を削減できると共に、正極側電源部531における交流電流I1を検出する回路を削減できる。したがって、インピーダンス測定装置5内の構成を簡素にすることができる。   Thereby, the number of detection signal lines wired between the arithmetic unit 550 and the positive power supply unit 531 can be reduced, and the circuit for detecting the alternating current I1 in the positive power supply unit 531 can be reduced. Therefore, the configuration in the impedance measuring device 5 can be simplified.

また本実施形態では、インピーダンス測定装置5は、正極側電源部531と正極端子211との間に接続された正極側直流遮断部511と、負極側電源部532と負極端子212との間に接続された負極側直流遮断部512とを含む。そして正極側直流遮断部511の静電容量C1は、負極側直流遮断部512の静電容量C2よりも小さな値に設定される。   In the present embodiment, the impedance measuring device 5 is connected between the positive-side DC blocking unit 511 connected between the positive-side power supply unit 531 and the positive-electrode terminal 211, and between the negative-side power supply unit 532 and the negative-electrode terminal 212. Negative electrode side direct current cut-off part 512. The electrostatic capacitance C1 of the positive-side DC blocking unit 511 is set to a value smaller than the electrostatic capacitance C2 of the negative-side DC blocking unit 512.

負極側直流遮断部512による電圧降下Vc2は、次式のとおり、交流電流I2と角周波数ωと負極側直流遮断部512の静電容量C2とに基づいて定まる。なお、角周波数ωは2πfbであり、基準周波数fbは、交流電流I2の周波数である。   The voltage drop Vc2 due to the negative electrode side DC blocking unit 512 is determined based on the AC current I2, the angular frequency ω, and the electrostatic capacitance C2 of the negative electrode side DC blocking unit 512 as shown in the following equation. The angular frequency ω is 2πfb, and the reference frequency fb is the frequency of the alternating current I2.

Figure 0006318883
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上式のように、負極側電源部532から出力される交流電流I2の振幅が大きくなるほど、負極側直流遮断部512による電圧降下Vc2が大きくなる。したがって、インピーダンス測定装置5の回路設計においては、交流電流I2の振幅が最大となったときに、内部抵抗R2による電圧降下Vr2と電圧降下Vc2とを合成した合成電圧降下が、回路のダイナミックレンジ内に収まるように、負極側直流遮断部512の静電容量C2を大きくする必要がある。   As in the above equation, the voltage drop Vc2 caused by the negative-side DC blocking unit 512 increases as the amplitude of the alternating current I2 output from the negative-side power source unit 532 increases. Therefore, in the circuit design of the impedance measuring device 5, when the amplitude of the alternating current I2 is maximized, a combined voltage drop obtained by synthesizing the voltage drop Vr2 and the voltage drop Vc2 due to the internal resistance R2 is within the dynamic range of the circuit. Therefore, it is necessary to increase the capacitance C2 of the negative-side DC blocking unit 512 so as to be within the range.

一方、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅を、例えば負極側電源部532から出力される交流電流I2の変動範囲の半値に設定することにより、正極側直流遮断部511による電圧降下Vc1も半分の値になる。このため、正極側直流遮断部511による電圧降下Vc1が下がる分だけ、正極側直流遮断部511の静電容量C1を小さくすることが可能となる。静電容量が小さいものほど、正極側直流遮断部511のサイズは小さくなるので、負極側直流遮断部512よりも正極側直流遮断部511のサイズを小さくできる。   On the other hand, by setting the amplitude of the alternating current I1 output from the positive power supply unit 531 to, for example, a half value of the fluctuation range of the alternating current I2 output from the negative power supply unit 532, the voltage generated by the positive DC blocking unit 511 The drop Vc1 is also halved. For this reason, it is possible to reduce the electrostatic capacitance C1 of the positive-side DC blocking unit 511 as much as the voltage drop Vc1 due to the positive-side DC blocking unit 511 decreases. The smaller the capacitance, the smaller the size of the positive-side DC blocking unit 511, and thus the size of the positive-side DC blocking unit 511 can be made smaller than the negative-side DC blocking unit 512.

このように、正極側電源部531から出力される交流電流I1を固定にすることにより、正極側直流遮断部511のサイズを小さくできるので、インピーダンス測定装置5を小型にすることができる。   Thus, by fixing the alternating current I1 output from the positive electrode side power supply unit 531, the size of the positive electrode side DC blocking unit 511 can be reduced, so that the impedance measuring device 5 can be reduced in size.

また、電源部531及び532のうち一方の固定電源部は、正極端子211及び負極端子212のうち電位変動が大きな電極端子と接続され、他方の可変電源部は、固定電源部が接続された電極端子とは反対に位置する端子と接続される。   Further, one of the power supply units 531 and 532 is connected to an electrode terminal having a large potential fluctuation among the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212, and the other variable power supply unit is an electrode to which the fixed power supply unit is connected. It is connected to a terminal located opposite to the terminal.

可変電源部は、交流調整部540によりフィードバック制御されることから、ノイズの影響を受けやすいため電位変動の小さい電極端子に接続するのが好ましい。一方、固定電源部は、フィードバック制御が行われないため、電位変動の大きい電極端子に接続してもノイズの影響を受けない。このため、固定電源部を、燃料電池スタック1からのノイズの影響を受けやすい電極端子に接続することにより、可変電源部側の検出回路に対するノイズ対策に伴う回路構成を簡素化できる。   Since the variable power supply unit is feedback-controlled by the AC adjustment unit 540, it is preferably connected to an electrode terminal having a small potential fluctuation because it is susceptible to noise. On the other hand, since the fixed power supply unit is not subjected to feedback control, it is not affected by noise even when connected to an electrode terminal having a large potential fluctuation. For this reason, by connecting the fixed power supply unit to the electrode terminal that is easily affected by noise from the fuel cell stack 1, the circuit configuration associated with noise countermeasures for the detection circuit on the variable power supply unit side can be simplified.

本実施形態では、燃料電池スタック1と負荷3との間を接続又は遮断する遮断器7が正極端子211と接続される。このため、固定電源を有する正極側電源部531は、正極側直流遮断部511を介して正極端子211に接続されるとともに、可変電源部を含む負極側電源部532は、負極側直流遮断部512を介して負極端子212に接続される。   In this embodiment, the circuit breaker 7 that connects or disconnects between the fuel cell stack 1 and the load 3 is connected to the positive terminal 211. For this reason, the positive power source 531 having a fixed power source is connected to the positive terminal 211 via the positive DC interrupter 511, and the negative power source 532 including the variable power source is connected to the negative DC interrupter 512. To the negative electrode terminal 212.

遮断器7によって燃料電池スタック1と負荷3との間の接続が遮断された場合であっても、正極側電源部531は固定電源であるため、遮断器7によるノイズ(電位変動)の影響を受けることはない。したがって、遮断器7の遮断時に発生するノイズによって可変電源部に対して行われるフィードバック制御が破綻するのを回避できる。   Even when the connection between the fuel cell stack 1 and the load 3 is interrupted by the circuit breaker 7, the positive-side power supply unit 531 is a fixed power supply, and therefore the influence of noise (potential fluctuation) by the circuit breaker 7 is not affected. I will not receive it. Therefore, it is possible to avoid failure of feedback control performed on the variable power supply unit due to noise generated when the circuit breaker 7 is disconnected.

(第2実施形態)
図11は、本発明の第2実施形態におけるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。第2実施形態のインピーダンス測定装置の構成については、図2に示したインピーダンス測定装置5の構成と基本的に同じであるため、同じ構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an impedance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. Since the configuration of the impedance measuring device of the second embodiment is basically the same as the configuration of the impedance measuring device 5 shown in FIG. 2, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック1が有する内部抵抗R1及びR2は電解質膜111の湿潤状態に応じて変化する。例えば電解質膜111が乾燥した状態では内部抵抗R1及びR2は大きくなり、逆に電解質膜111が十分に湿った状態では内部抵抗R1及びR2は小さくなる。   The internal resistances R1 and R2 of the fuel cell stack 1 change according to the wet state of the electrolyte membrane 111. For example, when the electrolyte membrane 111 is dry, the internal resistances R1 and R2 increase. Conversely, when the electrolyte membrane 111 is sufficiently wet, the internal resistances R1 and R2 decrease.

交流調整部540では、正極側検出部521から出力される交流電位差V1の検出信号が基準電圧Vsとして設定されるため、内部抵抗R1の変動に伴い基準電圧Vsが変化し、基準電圧Vsがインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超える場合がある。このような場合には、内部抵抗Rの測定精度が低下してしまう。   In the AC adjustment unit 540, since the detection signal of the AC potential difference V1 output from the positive electrode side detection unit 521 is set as the reference voltage Vs, the reference voltage Vs changes with the fluctuation of the internal resistance R1, and the reference voltage Vs becomes impedance. The dynamic range of the measuring device 5 may be exceeded. In such a case, the measurement accuracy of the internal resistance R decreases.

この対策として、第2実施形態における交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号に基づいて、交流電位差V1がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超える場合に、正極側検出部521の増幅率及び負極側検出部522の増幅率を制御する。   As a countermeasure against this, the AC adjustment unit 540 according to the second embodiment is based on the detection signal of the AC potential difference V1, and when the AC potential difference V1 exceeds the dynamic range of the impedance measuring device 5, the amplification factor of the positive electrode side detection unit 521 and The amplification factor of the negative electrode side detection unit 522 is controlled.

図12は、交流調整部540の詳細構成を示す図である。ここでは、図6に示した構成に加えて、コンパレータ545が備えられている。   FIG. 12 is a diagram illustrating a detailed configuration of the AC adjustment unit 540. Here, a comparator 545 is provided in addition to the configuration shown in FIG.

コンパレータ545は、正極側検出部521から基準端子540Aに入力された検出信号V1に基づいて、交流電位差V1がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超えているか否かを判定する。   The comparator 545 determines whether or not the AC potential difference V1 exceeds the dynamic range of the impedance measuring device 5 based on the detection signal V1 input from the positive electrode side detection unit 521 to the reference terminal 540A.

コンパレータ545には、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジの上限に対応する上限閾値Th_uと、ダイナミックレンジの下限に対応する下限閾値Th_dとが設定されている。   In the comparator 545, an upper limit threshold Th_u corresponding to the upper limit of the dynamic range of the impedance measuring device 5 and a lower limit threshold Th_d corresponding to the lower limit of the dynamic range are set.

上限閾値Th_u及び下限閾値Th_dは、ダイナミックレンジの境界で発生するハンチングを回避するためにヒステリシスが設けられる。例えば、ダイナミックレンジが0.0〜5.0V(ボルト)である場合には、上限閾値Th_uは4.5Vに設定され、下限閾値Th_dは、0.5Vに設定される。   The upper threshold value Th_u and the lower threshold value Th_d are provided with hysteresis to avoid hunting that occurs at the boundary of the dynamic range. For example, when the dynamic range is 0.0 to 5.0 V (volts), the upper limit threshold Th_u is set to 4.5 V, and the lower limit threshold Th_d is set to 0.5 V.

コンパレータ545は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_uよりも高い場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を減少させるH(High)レベルの指令信号を出力する。またコンパレータ545は、交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_dよりも低い場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を増加させるL(Low)レベルの指令信号を出力する。   When the detection signal of the AC potential difference V1 is higher than the upper limit threshold Th_u, the comparator 545 outputs an H (High) level command signal that decreases the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522. Further, when the detection signal of the AC potential difference V1 is lower than the lower limit threshold Th_d, the comparator 545 outputs an L (Low) level command signal that increases the amplification factor of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522. .

一方、コンパレータ545は、交流電位差V1の検出信号が下限値Th_dから上限値Th_uまでの範囲内にある場合には、HレベルとLレベルとの間のM(Middle)レベルの指令信号を出力する。なおコンパレータ545は、交流電位差V1の検出信号が下限値Th_dから上限値Th_uまでの範囲内にある場合には、指令信号の出力を停止するものであってもよい。   On the other hand, when the detection signal of the AC potential difference V1 is within the range from the lower limit value Th_d to the upper limit value Th_u, the comparator 545 outputs an M (Middle) level command signal between the H level and the L level. . Note that the comparator 545 may stop outputting the command signal when the detection signal of the AC potential difference V1 is within the range from the lower limit value Th_d to the upper limit value Th_u.

図13は、正極側検出部521及び負極側検出部522の構成を示す図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating the configuration of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522.

第2実施形態の増幅回路5213及び5223は、コンパレータ545から出力される指令信号に基づいて増幅率を変更可能な回路である。   The amplifier circuits 5213 and 5223 of the second embodiment are circuits that can change the amplification factor based on the command signal output from the comparator 545.

増幅回路5213及び5223の各々は、コンパレータ545からMレベルの指令信号を受信すると、基準となる増幅率により検出信号を増幅する。   When each of the amplifier circuits 5213 and 5223 receives the M-level command signal from the comparator 545, each of the amplifier circuits 5213 and 5223 amplifies the detection signal with a reference amplification factor.

一方、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超える場合において、増幅回路5213及び5223の各々は、コンパレータ545からHレベルの指令信号を受信すると、基準の増幅率よりも小さな所定の増幅率により検出信号を増幅する。   On the other hand, when exceeding the dynamic range of the impedance measuring device 5, when each of the amplifier circuits 5213 and 5223 receives an H-level command signal from the comparator 545, it outputs a detection signal with a predetermined amplification factor smaller than the reference amplification factor. Amplify.

すなわち、交流電流V1の検出信号がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジよりも大きい場合には、増幅回路5213及び5223は共に、基準の増幅率から所定量だけ低下させた増幅率に切り替えられる。   That is, when the detection signal of the alternating current V1 is larger than the dynamic range of the impedance measuring device 5, both the amplifier circuits 5213 and 5223 are switched to an amplification factor that is reduced by a predetermined amount from the reference amplification factor.

また増幅回路5213及び5223の各々は、コンパレータ545からLレベルの指令信号を受信すると、基準となる増幅率よりも大きな所定の増幅率により検出信号を増幅する。   Each of the amplifier circuits 5213 and 5223, when receiving the L level command signal from the comparator 545, amplifies the detection signal with a predetermined amplification factor larger than the reference amplification factor.

すなわち、交流電流V1の検出信号がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジよりも小さい場合には、増幅回路5213及び5223は共に、基準の増幅率から所定量だけ上昇させた増幅率に切り替えられる。   That is, when the detection signal of the alternating current V1 is smaller than the dynamic range of the impedance measuring device 5, both the amplifier circuits 5213 and 5223 are switched to an amplification factor that is increased by a predetermined amount from the reference amplification factor.

このように交流調整部540は、交流電流V1の検出信号に基づいて、正極側検出部521の増幅率と負極側検出部522の増幅率とを共に増減させる。これにより、燃料電池スタック1の内部抵抗R1及びR1の変動に伴い交流電流V1が変化した場合であっても、交流電流V1及びV2の検出信号をインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジ内に収めることができる。   As described above, the AC adjustment unit 540 increases or decreases both the amplification factor of the positive electrode side detection unit 521 and the amplification factor of the negative electrode side detection unit 522 based on the detection signal of the AC current V1. As a result, even if the alternating current V1 changes due to fluctuations in the internal resistances R1 and R1 of the fuel cell stack 1, the detection signals of the alternating currents V1 and V2 can be within the dynamic range of the impedance measuring device 5. it can.

図14は、本実施形態のインピーダンス測定装置の制御方法を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating a control method of the impedance measuring apparatus according to the present embodiment.

本実施形態の制御方法では、図8に示したステップS1からステップS9までの一連の処理に加えて、ステップS21からステップS25までの処理が実行される。そのため、新たに加えられたステップS21からステップS25までの処理についてのみ説明する。   In the control method of this embodiment, in addition to the series of processing from step S1 to step S9 shown in FIG. 8, processing from step S21 to step S25 is executed. Therefore, only the newly added processing from step S21 to step S25 will be described.

ステップS21において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_uよりも高いか否かを判断する。上限閾値Th_uは、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジの上限に基づいて設定される。   In step S21, the AC adjustment unit 540 determines whether or not the detection signal of the AC potential difference V1 is higher than the upper limit threshold Th_u. The upper threshold value Th_u is set based on the upper limit of the dynamic range of the impedance measuring device 5.

ステップS22において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_uよりも高い場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を所定量だけ減少させる。具体的には、交流調整部540は、正極側検出部521の増幅回路5213及び負極側検出部522の増幅回路5223の各々に対して、増幅率を減少させる指令信号を出力する。これにより、増幅回路5213及び増幅回路5223の増幅率が基準となる値よりも小さな所定の値に切り替えられる。   In step S22, when the detection signal of the AC potential difference V1 is higher than the upper limit threshold Th_u, the AC adjustment unit 540 decreases the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 by a predetermined amount. Specifically, AC adjustment unit 540 outputs a command signal for decreasing the amplification factor to each of amplification circuit 5213 of positive electrode side detection unit 521 and amplification circuit 5223 of negative electrode side detection unit 522. Thereby, the amplification factors of the amplifier circuit 5213 and the amplifier circuit 5223 are switched to a predetermined value smaller than a reference value.

ステップS23において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_u以下である場合において、交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_d以上であるか否かを判断する。上限閾値Th_uは、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジの下限に基づいて設定される。   In step S23, the AC adjustment unit 540 determines whether or not the detection signal of the AC potential difference V1 is equal to or higher than the lower limit threshold Th_d when the detection signal of the AC potential difference V1 is equal to or lower than the upper limit threshold Th_u. The upper threshold value Th_u is set based on the lower limit of the dynamic range of the impedance measuring device 5.

ステップS24において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_u以下であり、かつ、交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_d以上である場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を基準となる値に設定する。すなわち交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号がダイナミックレンジ内にある場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を増減させずに維持する。   In step S24, the AC adjustment unit 540 determines that the detection signal of the AC potential difference V1 is equal to or lower than the upper limit threshold Th_u and the detection signal of the AC potential difference V1 is equal to or higher than the lower limit threshold Th_d. The amplification factor of the detection unit 522 is set to a reference value. That is, the AC adjustment unit 540 maintains the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 without increasing or decreasing when the detection signal of the AC potential difference V1 is within the dynamic range.

ステップS25において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_dよりも低い場合には、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を所定量だけ増加させる。具体的には、交流調整部540は、正極側検出部521の増幅回路5213及び負極側検出部522の増幅回路5223の各々に対して、増幅率を増加させる指令信号を出力する。これにより、増幅回路5213及び増幅回路5223の増幅率が基準となる値よりも大きな所定の値に切り替えられる。   In step S25, when the detection signal of the AC potential difference V1 is lower than the lower limit threshold Th_d, the AC adjustment unit 540 increases the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 by a predetermined amount. Specifically, AC adjustment unit 540 outputs a command signal for increasing the amplification factor to each of amplification circuit 5213 of positive electrode side detection unit 521 and amplification circuit 5223 of negative electrode side detection unit 522. Thereby, the amplification factors of the amplifier circuit 5213 and the amplifier circuit 5223 are switched to a predetermined value larger than a reference value.

図15は、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジの調整手法を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a method for adjusting the dynamic range of the impedance measuring apparatus 5.

図15(A)は、交流電位差V1を示す図である。図15(A)には、増幅率を変更したときの交流電位差V1の変化が実線により示され、増幅率を基準値に固定したときの交流電位差V1の変化が破線により示されている。また参考までに燃料電池スタック1の内部抵抗R1の変動が点線により示されている。   FIG. 15A shows the AC potential difference V1. In FIG. 15A, the change in AC potential difference V1 when the amplification factor is changed is indicated by a solid line, and the change in AC potential difference V1 when the amplification factor is fixed to a reference value is indicated by a broken line. For reference, the fluctuation of the internal resistance R1 of the fuel cell stack 1 is indicated by a dotted line.

図15(B)は、正極側検出部521及び522の増幅率の変化を示す図である。図15(A)及び図15(B)の横軸は、互いに共通の時間軸である。   FIG. 15B is a diagram illustrating changes in the amplification factors of the positive electrode side detection units 521 and 522. The horizontal axes in FIGS. 15A and 15B are time axes common to each other.

時刻t11では、図15(A)に示すように交流電位差V1の検出信号がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジ内にあり、図15(B)に示すように正極側検出部521及び522の増幅率が基準値Abに設定される。その後、燃料電池スタック1が乾燥して燃料電池スタック1の内部抵抗R1が上昇する。   At time t11, the detection signal of the AC potential difference V1 is within the dynamic range of the impedance measuring device 5 as shown in FIG. 15A, and the amplification factors of the positive-side detection units 521 and 522 are shown in FIG. 15B. Is set as the reference value Ab. Thereafter, the fuel cell stack 1 is dried and the internal resistance R1 of the fuel cell stack 1 is increased.

時刻t12では、図15(A)に示すように交流電位差V1の検出信号がダイナミックレンジの上限閾値Th_uよりも大きくなるため、図15(B)に示すように正極側検出部521及び522の増幅率が、基準値Abよりも所定量だけ小さい値Adに切り替えられる。これにより、正極側検出部521及び522の検出感度が基準感度よりも下がるので、交流電位差V1の検出信号をダイナミックレンジ内に収めることができる。   At time t12, the detection signal of the AC potential difference V1 becomes larger than the upper limit threshold Th_u of the dynamic range as shown in FIG. 15A, so that the positive side detection units 521 and 522 are amplified as shown in FIG. The rate is switched to a value Ad that is smaller than the reference value Ab by a predetermined amount. Thereby, since the detection sensitivity of the positive electrode side detection units 521 and 522 is lower than the reference sensitivity, the detection signal of the AC potential difference V1 can be within the dynamic range.

その後、図15(A)の実線に示したように交流電位差V1の検出信号がダイナミックレンジの上限に達する前に内部抵抗R1の上昇が止まり、一定期間だけ内部抵抗R1が維持された後、燃料電池スタック1を湿らせる湿潤制御によって内部抵抗R1が低下する。   Thereafter, as shown by the solid line in FIG. 15A, the internal resistance R1 stops increasing before the detection signal of the AC potential difference V1 reaches the upper limit of the dynamic range, and after the internal resistance R1 is maintained for a certain period, the fuel The internal resistance R1 is lowered by the wetting control for moistening the battery stack 1.

時刻t13では、図15(A)に示すように交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_uから所定量だけ低下するため、図15(B)に示すように正極側検出部521及び522の増幅率が基準値Abに切り替えられ、検出感度が基準感度に戻される。一方、内部抵抗R1は時間の経過と共に低下し続ける。   At time t13, the detection signal of the AC potential difference V1 decreases by a predetermined amount from the upper limit threshold Th_u as shown in FIG. 15A, and therefore the amplification factors of the positive-side detection units 521 and 522 as shown in FIG. Is switched to the reference value Ab, and the detection sensitivity is returned to the reference sensitivity. On the other hand, the internal resistance R1 continues to decrease with time.

時刻t14では、図15(A)に示すように交流電位差V1の検出信号がダイナミックレンジの下限閾値Th_dよりも小さくなるため、図15(B)に示すように正極側検出部521及び522の増幅率が、基準値Abよりも所定量だけ大きい値Auに切り替えられる。これにより、正極側検出部521及び522の検出感度が基準感度よりも上がるので、交流電位差V1の検出信号をダイナミックレンジに収めることができる。   At time t14, the detection signal of the AC potential difference V1 becomes smaller than the lower limit threshold Th_d of the dynamic range as shown in FIG. 15A, so that the positive side detection units 521 and 522 amplify as shown in FIG. The rate is switched to a value Au that is larger than the reference value Ab by a predetermined amount. Thereby, since the detection sensitivity of the positive electrode side detection units 521 and 522 is higher than the reference sensitivity, the detection signal of the AC potential difference V1 can be within the dynamic range.

本発明の第2実施形態によれば、交流調整部540は、正極側検出部521から出力される検出信号V1が、下限閾値Th_dから上限閾値Th_uまでの所定の変動範囲を超えたときには、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を増減させる。   According to the second embodiment of the present invention, when the detection signal V1 output from the positive electrode side detection unit 521 exceeds the predetermined fluctuation range from the lower limit threshold Th_d to the upper limit threshold Th_u, the AC adjustment unit 540 The amplification factors of the side detection unit 521 and the negative side detection unit 522 are increased or decreased.

これにより、正極側電源部531から燃料電池スタック1に出力される一定の交流電流I1によって生じる交流電位差V1が内部抵抗R1の変動に伴い変化したとしても、交流電位差V1をインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジに収めることができる。   As a result, even if the AC potential difference V1 generated by the constant AC current I1 output from the positive power supply unit 531 to the fuel cell stack 1 changes with the fluctuation of the internal resistance R1, the AC potential difference V1 is changed to the dynamics of the impedance measuring device 5. Can fit in the range.

したがって、電源部531及び532のうち一方の電源部を固定電源とし固定電源側の検出部で検出される交流電位差を基準値Vsにすることに伴いインピーダンス測定装置5の測定精度が低下するのを回避できる。   Therefore, the measurement accuracy of the impedance measuring device 5 is reduced as one of the power supply units 531 and 532 is a fixed power supply and the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power supply side is set to the reference value Vs. Can be avoided.

また本実施形態では、正極側検出部521は、交流電位差V1の検出信号から交流電流I1と同じ周波数の交流成分を抽出する帯域通過フィルタ5212や同期検波回路5214などの抽出回路を備える。そして交流調整部540は、抽出回路から抽出される交流成分を用いて、交流電位差V1がダイナミックレンジを超えるか否かを判断する。   In the present embodiment, the positive electrode side detection unit 521 includes extraction circuits such as a band-pass filter 5212 and a synchronous detection circuit 5214 that extract an AC component having the same frequency as the AC current I1 from the detection signal of the AC potential difference V1. Then, AC adjustment unit 540 determines whether or not AC potential difference V1 exceeds the dynamic range using the AC component extracted from the extraction circuit.

信号線501及び502には負荷3から強大なノイズが伝播しやすい。このようなノイズが正極側検出部521や負極側検出部522などに混入するような状況であっても、抽出回路によって負荷3からのノイズを除去することができる。したがって、抽出回路から出力される検出信号を用いることにより、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率の切り替えを安定かつ的確に行うことができる。   Strong noise is likely to propagate from the load 3 to the signal lines 501 and 502. Even in a situation where such noise is mixed into the positive electrode side detection unit 521, the negative electrode side detection unit 522, and the like, the noise from the load 3 can be removed by the extraction circuit. Therefore, by using the detection signal output from the extraction circuit, the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 can be switched stably and accurately.

なお、本実施形態では、交流電流I1の振幅を変えずに固定して交流電流I2の振幅を変更する例について説明したが、交流電流I1の振幅を変更し、交流電流I2の振幅を固定するようにしてもよい。この場合には、交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号を基準電圧Vsに設定し、交流電位差V1の検出信号が基準電圧Vsとなるように、正極側電源部531から出力される交流電流I1のみを調整する。そして交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号に基づいて、交流電位差V2がダイナミックレンジに収まるように、正極側検出部521及び負極側検出部522の増幅率を増減させる。   In the present embodiment, the example in which the amplitude of the alternating current I1 is changed without changing the amplitude of the alternating current I1 has been described. However, the amplitude of the alternating current I1 is changed and the amplitude of the alternating current I2 is fixed. You may do it. In this case, the AC adjustment unit 540 sets the detection signal of the AC potential difference V2 to the reference voltage Vs, and the AC output from the positive power supply unit 531 so that the detection signal of the AC potential difference V1 becomes the reference voltage Vs. Only the current I1 is adjusted. Then, the AC adjustment unit 540 increases or decreases the amplification factors of the positive electrode side detection unit 521 and the negative electrode side detection unit 522 so that the AC potential difference V2 falls within the dynamic range based on the detection signal of the AC potential difference V2.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態におけるインピーダンス測定装置について説明する。本実施形態のインピーダンス測定装置の構成については、図2に示したインピーダンス測定装置5の構成と同じであるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
An impedance measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the impedance measuring apparatus of the present embodiment is the same as that of the impedance measuring apparatus 5 shown in FIG.

本実施形態では、交流調整部540は、交流電位差V1がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超える場合には、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅を、予め定められた固定値に段階的に切り替える。なお、交流調整部540の詳細構成は、基本的に図12に示した構成と同じである。   In the present embodiment, the AC adjusting unit 540 sets the amplitude of the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 to a predetermined fixed value when the AC potential difference V1 exceeds the dynamic range of the impedance measuring device 5. Switch to step by step. The detailed configuration of the AC adjustment unit 540 is basically the same as the configuration shown in FIG.

図16は、本発明の第3実施形態における正極側電源部531の構成を示す図である。   FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the positive power supply unit 531 in the third embodiment of the present invention.

正極側電源部531は、図4に示した固定電源5311に代えて、固定電源5311Aから5311C及び切替器5311Dを備えている。   The positive power supply unit 531 includes fixed power supplies 5311A to 5311C and a switch 5311D instead of the fixed power supply 5311 shown in FIG.

固定電源5311Bは、基準となる電圧値Vc_mの直流電圧を切替器5311Dに出力する。   The fixed power source 5311B outputs a DC voltage having a reference voltage value Vc_m to the switch 5311D.

固定電源5311Aは、電圧値Vc_mよりも小さな所定の電圧値Vc_lの直流電圧を切替器5311Dに出力する。   The fixed power supply 5311A outputs a DC voltage having a predetermined voltage value Vc_l smaller than the voltage value Vc_m to the switch 5311D.

固定電源5311Cは、電圧値Vc_mよりも大きな所定の電圧値Vc_hの直流電圧を切替器5311Dに出力する。   Fixed power supply 5311C outputs a DC voltage having a predetermined voltage value Vc_h larger than voltage value Vc_m to switch 5311D.

切替器5311Dは、固定電源5311Aから5311Cまでの各固定電源から出力される3つの直流電圧のうち、コンパレータ545から出力される指令信号に基づいて、1つの直流電圧に切り替える。   The switch 5311D switches to one DC voltage based on the command signal output from the comparator 545 among the three DC voltages output from the fixed power sources 5311A to 5311C.

切替器5311Dは、コンパレータ545からMレベルの指令信号を受信すると、固定電源5311Bから出力される直流電圧Vc_mを乗算器5323に出力する。これにより、正極側電源部531から基準となる振幅の交流電流I1が出力される。   Upon receiving the M level command signal from the comparator 545, the switch 5311D outputs the DC voltage Vc_m output from the fixed power supply 5311B to the multiplier 5323. As a result, an alternating current I1 having a reference amplitude is output from the positive power source unit 531.

一方、インピーダンス測定装置5のダイナミックレンジを超える場合において、切替器5311Dは、コンパレータ545からHレベルの指令信号を受信すると、固定電源5311Aから出力される直流電圧Vc_lを乗算器5323に出力する。   On the other hand, when exceeding the dynamic range of the impedance measuring device 5, the switch 5311 </ b> D outputs the DC voltage Vc_l output from the fixed power supply 5311 </ b> A to the multiplier 5323 when receiving the H level command signal from the comparator 545.

すなわち、交流電流V1の検出信号がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジよりも大きい場合には、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅は、基準となる振幅よりも所定幅だけ低下させた振幅に切り替えられる。   That is, when the detection signal of the alternating current V1 is larger than the dynamic range of the impedance measuring device 5, the amplitude of the alternating current I1 output from the positive power supply unit 531 is decreased by a predetermined width from the reference amplitude. The amplitude can be switched.

また切替器5311Dは、コンパレータ545からLレベルの指令信号を受信すると、固定電源5311Cから出力される直流電圧Vc_hを乗算器5323に出力する。   Further, when the switch 5311D receives the L-level command signal from the comparator 545, the switch 5311D outputs the DC voltage Vc_h output from the fixed power supply 5311C to the multiplier 5323.

すなわち、交流電流V1の検出信号がインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジよりも小さい場合には、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅は、基準となる振幅よりも所定幅だけ上昇させた振幅に切り替えられる。   That is, when the detection signal of the alternating current V1 is smaller than the dynamic range of the impedance measuring device 5, the amplitude of the alternating current I1 output from the positive power supply unit 531 is increased by a predetermined width from the reference amplitude. The amplitude can be switched.

このように交流調整部540は、交流電流V1の検出信号に基づいて、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅を増減させる。これにより、燃料電池スタック1の内部抵抗R1の変動に伴い交流電流V1が変化した場合であっても、交流電流V1の検出信号をインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジ内に収めることができる。   As described above, the AC adjustment unit 540 increases or decreases the amplitude of the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 based on the detection signal of the AC current V1. Thereby, even if the alternating current V1 changes with the fluctuation of the internal resistance R1 of the fuel cell stack 1, the detection signal of the alternating current V1 can be kept within the dynamic range of the impedance measuring device 5.

図17は、本実施形態のインピーダンス測定装置の制御方法を示す図である。   FIG. 17 is a diagram illustrating a control method of the impedance measuring apparatus according to the present embodiment.

本実施形態の制御方法では、図14に示したステップS22、ステップS24及びステップS25の処理に代えて、ステップS32、ステップS34及びステップS35の処理が実行される。   In the control method of the present embodiment, processes of step S32, step S34, and step S35 are executed instead of the processes of step S22, step S24, and step S25 shown in FIG.

ステップS32において交流調整部540は、ステップS21で交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_uよりも高いと判断された場合には、正極側電源部531の固定電源を交流電流I1の振幅が小さくなる固定電源5311Aに切り替える。具体的には、交流調整部540は、切替器5311Dに対して交流電流I1を減少させる指令信号を出力する。これにより、切替器5311Dによって固定電源5311Aから出力される直流電圧が乗算器5313に入力されるので、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅が、基準となる振幅よりも所定幅だけ下げられる。   In step S32, when the AC adjustment unit 540 determines that the detection signal of the AC potential difference V1 is higher than the upper limit threshold Th_u in step S21, the amplitude of the AC current I1 is reduced for the fixed power source of the positive power source unit 531. Switch to fixed power supply 5311A. Specifically, AC adjustment unit 540 outputs a command signal for reducing AC current I1 to switch 5311D. Thus, since the DC voltage output from the fixed power supply 5311A by the switch 5311D is input to the multiplier 5313, the amplitude of the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 is a predetermined width than the reference amplitude. Can only be lowered.

ステップS34において交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号が上限閾値Th_u以下であり、かつ、交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_d以上である場合には、正極側電源部531の固定電源を、基準となる固定電源5311Bに設定する。すなわち交流調整部540は、交流電位差V1の検出信号がダイナミックレンジ内にある場合には、正極側電源部531から出力される交流電流I1を基準となるレベルに維持する。   In step S <b> 34, when the detection signal of the AC potential difference V <b> 1 is equal to or lower than the upper limit threshold Th_u and the detection signal of the AC potential difference V <b> 1 is equal to or higher than the lower limit threshold Th_d, the AC adjustment unit 540 Is set as a reference fixed power supply 5311B. That is, the AC adjustment unit 540 maintains the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 at a reference level when the detection signal of the AC potential difference V1 is within the dynamic range.

ステップS35において交流調整部540は、ステップS23で交流電位差V1の検出信号が下限閾値Th_dよりも低いと判断された場合には、正極側電源部531の固定電源を交流電流I1の振幅が大きくなる固定電源5311Cに切り替える。具体的には、交流調整部540は、切替器5311Dに対して交流電流I1を増加させる指令信号を出力する。これにより、切替器5311Dによって固定電源5311Cから出力される直流電圧が乗算器5313に入力されるので、正極側電源部531から出力される交流電流I1の振幅が、基準となる振幅よりも所定幅だけ上げられる。   In step S35, when the AC adjustment unit 540 determines that the detection signal of the AC potential difference V1 is lower than the lower limit threshold Th_d in step S23, the amplitude of the AC current I1 is increased for the fixed power source of the positive power source unit 531. Switch to fixed power supply 5311C. Specifically, AC adjustment unit 540 outputs a command signal for increasing AC current I1 to switch 5311D. Thus, since the DC voltage output from the fixed power supply 5311C by the switch 5311D is input to the multiplier 5313, the amplitude of the AC current I1 output from the positive power supply unit 531 is a predetermined width than the reference amplitude. Only raised.

本発明の第3実施形態によれば、正極側電源部531及び負極側電源部532のうち一方の固定電源部は、互いに異なる固定値の電圧を出力する固定電源5311A〜5311Cを備え、いずれか1つの固定電源5311Bを用いて電極端子に交流電流を出力する。そして交流調整部540は、固定電源側の検出部から出力される検出信号が、下限閾値Th_lから上限閾値Th_hまでの所定の変動範囲を超えたときには、固定電源5311Bを他の固定電源5311A又は5311Cに切り替える。   According to the third embodiment of the present invention, one of the positive power source unit 531 and the negative power source unit 532 includes the fixed power sources 5311A to 5311C that output voltages having different fixed values. An alternating current is output to the electrode terminal using one fixed power supply 5311B. When the detection signal output from the detection unit on the fixed power supply side exceeds a predetermined fluctuation range from the lower limit threshold Th_l to the upper limit threshold Th_h, the AC adjustment unit 540 uses the fixed power supply 5311B as another fixed power supply 5311A or 5311C. Switch to.

これにより、正極側電源部531から燃料電池スタック1に出力される一定の交流電流I1によって生じる交流電位差V1が内部抵抗R1の変動に伴い変化したとしても、交流電位差V1をインピーダンス測定装置5のダイナミックレンジに収めることができる。   As a result, even if the AC potential difference V1 generated by the constant AC current I1 output from the positive power supply unit 531 to the fuel cell stack 1 changes with the fluctuation of the internal resistance R1, the AC potential difference V1 is changed to the dynamics of the impedance measuring device 5. Can fit in the range.

したがって、電源部531及び532のうち一方の電源部を固定電源部とし固定電源側の検出部で検出される交流電位差を基準値Vsにすることに伴いインピーダンス測定装置5の測定精度が低下するのを回避することができる。   Accordingly, the measurement accuracy of the impedance measuring device 5 is reduced as one of the power supply units 531 and 532 is a fixed power supply unit and the AC potential difference detected by the detection unit on the fixed power supply side is set to the reference value Vs. Can be avoided.

なお、固定電源5311を有する正極側電源部531は、燃料電池スタック1の内部抵抗R1及びR2のうち抵抗値が小さな内部抵抗の方の電極端子に接続されるように構成してもよい。交流電位差V1は、燃料電池スタック1の内部抵抗R1と交流電流I1との積であり、内部抵抗R1が小さいほど交流電位差V1が変動する幅は小さくなる。   The positive power supply unit 531 having the fixed power supply 5311 may be configured to be connected to the electrode terminal of the internal resistance having the smaller resistance value among the internal resistances R1 and R2 of the fuel cell stack 1. The AC potential difference V1 is a product of the internal resistance R1 of the fuel cell stack 1 and the AC current I1, and the smaller the internal resistance R1, the smaller the range in which the AC potential difference V1 varies.

このため、内部抵抗R1及びR2のうち抵抗値が小さな内部抵抗の方に設けられた電極端子に固定電源部を接続することで、正極側検出部521及び522の検出感度、又は正極側電源部531から出力される交流電流I1の増減量の要件を緩和することができる。   For this reason, the detection sensitivity of the positive electrode side detection units 521 and 522 or the positive electrode side power supply unit can be obtained by connecting the fixed power supply unit to the electrode terminal provided on the internal resistance R1 and R2 having the smaller resistance value. The requirement for the increase / decrease amount of the alternating current I1 output from 531 can be relaxed.

また、本実施形態では、交流電流I1の振幅を変えずに固定して交流電流I2の振幅を変更する例について説明したが、交流電流I1の振幅を変更し、交流電流I2の振幅を固定するようにしてもよい。この場合には交流調整部540は、交流電位差V2の検出信号に基づいて、交流電位差V2がダイナミックレンジに収まるように、負極側電源部532から出力される交流電流I2を増減させる。   In the present embodiment, the example in which the amplitude of the alternating current I2 is changed without changing the amplitude of the alternating current I1 has been described. However, the amplitude of the alternating current I1 is changed and the amplitude of the alternating current I2 is fixed. You may do it. In this case, the AC adjustment unit 540 increases or decreases the AC current I2 output from the negative power supply unit 532 so that the AC potential difference V2 falls within the dynamic range based on the detection signal of the AC potential difference V2.

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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment showed only a part of application example of this invention, and the meaning which limits the technical scope of this invention to the specific structure of the said embodiment. Absent.

例えば、上記実施形態では、正極側電源部531に電圧電流変換回路5314を備える例について説明したが、電圧電流変換回路5314を省略してもよい。これにより、固定電源部をより簡素にでき、製造コストを削減することができる。   For example, in the above embodiment, the example in which the positive-current power supply unit 531 includes the voltage-current conversion circuit 5314 has been described, but the voltage-current conversion circuit 5314 may be omitted. Thereby, a fixed power supply part can be made simpler and manufacturing cost can be reduced.

上記実施形態では、図4に示した同期検波回路5214は、検出信号の実軸成分を抽出する例について説明したが、検出信号の実軸成分の二乗値と虚軸成分の二乗値との和の平方根を演算してベクトル値を求め、これを検出信号V1として出力してもよい。なお、検出信号の虚軸成分は、交流電流I1と位相が直交する直交信号を検出信号に乗算して平滑化することにより得られる。ベクトル値を利用することにより、交流電位差V1又はV2の振幅が正確に求められるので、等電位制御を適切に実行することができる。   In the above embodiment, the synchronous detection circuit 5214 illustrated in FIG. 4 has described the example of extracting the real axis component of the detection signal. However, the sum of the square value of the real axis component and the square value of the imaginary axis component of the detection signal is described. The vector value may be obtained by calculating the square root of and output as the detection signal V1. Note that the imaginary axis component of the detection signal is obtained by multiplying the detection signal by an orthogonal signal whose phase is orthogonal to the alternating current I1 and smoothing the detection signal. By using the vector value, the amplitude of the AC potential difference V1 or V2 can be accurately obtained, so that equipotential control can be appropriately performed.

また、上記実施形態では、演算部550は、燃料電池スタック1の内部抵抗を求める例について説明したが、演算部550は、燃料電池スタック1の内部抵抗に加えて、交流電位差V1及びV2の虚軸成分を求めて燃料電池スタック1が有する静電容量を算出するものであってもよい。   Further, in the above embodiment, the calculation unit 550 has been described with respect to an example in which the internal resistance of the fuel cell stack 1 is obtained. However, in addition to the internal resistance of the fuel cell stack 1, the calculation unit 550 includes The capacitance of the fuel cell stack 1 may be calculated by obtaining the axis component.

また、上記実施形態では演算部550に記録された交流電流I1の振幅値を用いて内部抵抗R1を演算する例について説明したが、図5に示した電流検出回路5325を正極側電源部531に備え、電流検出回路からの検出信号を用いて演算してもよい。これにより、等電位制御の精度が高まると共に内部抵抗R1の測定精度が向上する。   In the above embodiment, the example in which the internal resistance R1 is calculated using the amplitude value of the alternating current I1 recorded in the calculation unit 550 has been described. However, the current detection circuit 5325 shown in FIG. It is also possible to calculate using a detection signal from the current detection circuit. This increases the accuracy of equipotential control and improves the measurement accuracy of the internal resistance R1.

また、上記実施形態では、インピーダンス測定装置5により燃料電池スタック1の内部インピーダンスを測定する例について説明したが、測定対象は、複数の電池セルが積層された積層電池であればよく、例えば積層型のリチウムイオンバッテリーであってもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which measures the internal impedance of the fuel cell stack 1 with the impedance measuring apparatus 5, the measurement object should just be a laminated battery by which the several battery cell was laminated, for example, a laminated type The lithium ion battery may be used.

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。   In addition, the said embodiment can be combined suitably.

Claims (11)

複数の電池セルが積層された積層電池の正極及び負極のうち一方の電極に対して、予め定められた交流電流を出力する第1電源手段と、
前記正極及び負極のうち他方の電極に対して、前記第1電源手段から出力される交流電流の周波数を有する交流電流を出力する第2電源手段と、
前記一方の電極と前記積層電池の中途点との間の交流電位差を検出する第1検出手段と、
前記他方の電極と前記中途点との間の交流電位差を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により検出される交流電位差を、前記正極及び前記負極に生じる各交流電位を一致させる基準値とし、前記第2検出手段により検出される交流電位差が前記基準値となるように、前記第2電源手段から出力される交流電流を調整する調整手段と、
前記調整手段により調整された交流電流及び交流電位差に基づいて、前記積層電池のインピーダンスを演算する演算手段と、
を含むことを特徴とするインピーダンス測定装置。
First power supply means for outputting a predetermined alternating current to one of the positive electrode and the negative electrode of the laminated battery in which a plurality of battery cells are laminated;
Second power supply means for outputting an alternating current having a frequency of an alternating current output from the first power supply means to the other electrode of the positive electrode and the negative electrode;
First detection means for detecting an AC potential difference between the one electrode and the middle point of the multilayer battery;
Second detection means for detecting an AC potential difference between the other electrode and the midpoint;
The AC potential difference detected by the first detection means is set as a reference value for matching the AC potentials generated in the positive electrode and the negative electrode, and the AC potential difference detected by the second detection means becomes the reference value. Adjusting means for adjusting the alternating current output from the second power supply means;
Calculation means for calculating the impedance of the laminated battery based on the alternating current and the alternating potential difference adjusted by the adjustment means;
An impedance measuring device comprising:
請求項1に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段は、固定電源部を含み、
前記第1検出手段の第1入力端子は、前記第1電源手段の出力端子と接続されるとともに、前記第1検出手段の第2入力端子は、前記中途点に接続され、
前記第2電源手段は、可変電源部を含み、
前記第2検出手段の第1入力端子は、前記第2電源手段の出力端子と接続されるとともに、前記第2検出手段の第2入力端子は、前記中途点に接続され、
前記調整手段の基準端子は、前記第1検出手段の出力端子と接続されるとともに、前記調整手段の入力端子は、前記第2検出手段の出力端子と接続され、
前記調整手段の出力端子は、前記第2電源手段の制御端子にのみ接続される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 1,
The first power supply means includes a fixed power supply unit,
The first input terminal of the first detection means is connected to the output terminal of the first power supply means, and the second input terminal of the first detection means is connected to the midpoint,
The second power supply means includes a variable power supply unit,
The first input terminal of the second detection means is connected to the output terminal of the second power supply means, and the second input terminal of the second detection means is connected to the midpoint,
The reference terminal of the adjusting means is connected to the output terminal of the first detecting means, and the input terminal of the adjusting means is connected to the output terminal of the second detecting means,
The output terminal of the adjusting means is connected only to the control terminal of the second power supply means.
Impedance measuring device.
請求項2に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第2電源手段から出力される交流電流を検出する電流検出回路をさらに含み、
前記演算手段には、前記第1電源手段から出力される交流電流の値が保持され、前記第2電源手段の前記電流検出回路が接続されるとともに、前記第1検出手段及び前記第2検出手段の各出力端子が接続される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 2,
A current detection circuit for detecting an alternating current output from the second power supply means;
The arithmetic means holds the value of the alternating current output from the first power supply means, and is connected to the current detection circuit of the second power supply means, and the first detection means and the second detection means. Each output terminal is connected,
Impedance measuring device.
請求項2又は請求項3に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記可変電源部は、
前記他方の電極に出力される交流電流を検出する検出回路と、
前記調整手段から出力される指令値に基づいて前記他方の電極に出力される交流電流を、前記検出回路により検出された検出値に応じて調整する出力調整回路と、を含み、
前記演算手段は、前記第2電源手段から出力された交流電流の値として、前記検出回路により検出された検出値を兼用する、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 2 or 3, wherein
The variable power supply unit is
A detection circuit for detecting an alternating current output to the other electrode;
An output adjustment circuit that adjusts an alternating current output to the other electrode based on a command value output from the adjustment unit according to a detection value detected by the detection circuit;
The calculation means also uses the detection value detected by the detection circuit as the value of the alternating current output from the second power supply means.
Impedance measuring device.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段と前記一方の電極との間に接続された第1直流遮断部と、
前記第2電源手段と前記他方の電極との間に接続された第2直流遮断部と、を含み、
前記第1直流遮断部の静電容量は、前記第2直流遮断部の静電容量よりも小さな値に設定される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein
A first DC blocking unit connected between the first power supply means and the one electrode;
A second DC blocking part connected between the second power supply means and the other electrode,
The capacitance of the first DC blocking unit is set to a value smaller than the capacitance of the second DC blocking unit.
Impedance measuring device.
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1検出手段は、検出された検出信号を増幅して出力し、
前記調整手段は、前記積層電池が有するインピーダンスの変動に起因して前記第1検出手段から出力される検出信号が所定の変動範囲を超えたときには、前記第1検出手段の増幅率を増減させる、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein
The first detection means amplifies and outputs the detected detection signal,
The adjustment means increases or decreases the amplification factor of the first detection means when a detection signal output from the first detection means exceeds a predetermined fluctuation range due to a change in impedance of the stacked battery.
Impedance measuring device.
請求項6に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記検出信号から前記交流電流と同じ周波数の交流成分を抽出する抽出回路をさらに含み、
前記調整手段は、前記抽出回路から抽出される交流成分に基づいて、前記検出信号が前記所定の変動範囲を超えたか否かを判断する、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 6,
An extraction circuit that extracts an alternating current component having the same frequency as the alternating current from the detection signal;
The adjusting means determines whether the detection signal exceeds the predetermined fluctuation range based on an alternating current component extracted from the extraction circuit.
Impedance measuring device.
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段は、互いに異なる固定値の電力を出力する複数の固定電源を備え、いずれか1つの固定電源を用いて前記一方の電極に交流電流を出力し、
前記調整手段は、前記積層電池が有するインピーダンスの変動に起因して前記第1検出手段から出力される検出信号が所定の変動範囲を超えたときには、前記1つの固定電源を他の固定電源に切り替える、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 7,
The first power supply means includes a plurality of fixed power supplies that output different fixed power values, outputs an alternating current to the one electrode using any one fixed power supply,
The adjustment unit switches the one fixed power source to another fixed power source when a detection signal output from the first detection unit exceeds a predetermined fluctuation range due to a variation in impedance of the stacked battery. ,
Impedance measuring device.
請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段は、前記正極と前記中途点との間、及び、前記負極と前記中途点との間のうち、前記積層電池が有するインピーダンスが小さい方に設けられた電極と接続される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 8,
The first power supply means is connected to an electrode provided between the positive electrode and the halfway point, and between the negative electrode and the halfway point, the electrode having the smaller impedance of the stacked battery,
Impedance measuring device.
請求項1から請求項9までいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段は、前記積層電池の正極及び負極のうち、電位変動が大きな電極と接続され、
前記第2電源手段は、前記電極とは反対に位置するもう一方の電極と接続される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to any one of claims 1 to 9, wherein
The first power supply means is connected to an electrode having a large potential fluctuation among the positive electrode and the negative electrode of the stacked battery,
The second power supply means is connected to another electrode located opposite to the electrode;
Impedance measuring device.
請求項10に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記第1電源手段は、前記積層電池と負荷との間を接続又は遮断する遮断器が接続された前記電極端子と接続される、
インピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 10,
The first power supply means is connected to the electrode terminal to which a circuit breaker for connecting or breaking between the stacked battery and a load is connected.
Impedance measuring device.
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