JPWO2014046028A1 - 積層電池の内部抵抗測定回路 - Google Patents

Abstract

複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路は、積層電池に電流を印加するソース回路と、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路とを備える。ソース回路およびセンス回路の間にソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた。

Description

本発明は、積層電池の内部抵抗測定回路に関する。

積層された複数の単セルの電圧を検出するための電圧検出線と接続され、セル電圧を監視・処理する処理回路を実装した回路基板が知られている（ＪＰ２００４−１２７７７６Ａ）。

ここで、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する回路を、特許文献１に記載の回路基板に実装した場合、電流を印加する回路から発生する磁界（磁力線）が内部抵抗測定回路の検出電圧に作用して誤差が生じる。

本発明は、積層電池に電流を印加することによって積層電池の内部抵抗を測定する回路において、電流を印加する回路から発生する磁界が内部抵抗測定回路の検出値に影響を及ぼしにくくすることを目的とする。

本発明のある態様による積層電池の内部抵抗測定回路は、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する。この積層電池の内部抵抗測定回路において、積層電池に電流を印加するソース回路、および、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路の間にソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた。

図１Ａは、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示した燃料電池の内部構造を示す分解図である。 図２は、積層電池の内部抵抗測定回路の回路図である。 図３は、正極側直流遮断部、負極側直流遮断部、中途点直流遮断部、正極側交流電位差検出部及び負極側交流電位差検出部の詳細な構成を示す図である。 図４は、正極側電源部及び負極側電源部の詳細な構成を示す図である。 図５は、交流調整部の詳細な構成を示す図である。 図６は、抵抗演算部の詳細な構成を示す図である。 図７Ａは、本実施形態における内部抵抗測定回路および燃料電池スタックの斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示した内部抵抗測定回路および燃料電池スタックを横から見たときの側面図である。 図８は、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる巻き方を示す図である。 図９は、電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部および負極側交流電位差検出部の電圧検出線の一部とを兼用する部分を説明するための図である。 図１０は、電圧検出タブ６０が燃料電池スタックの側面に設けられている場合のソース回路およびセンス回路の配置方法の一例を示す図である。

−第１の実施形態−
図１Ａ及び図１Ｂは、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する図であり、図１Ａは外観斜視図、図１Ｂは発電セルの構造を示す分解図である。なお、後述するように、燃料電池スタック１の上面には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出線を取り出す電圧検出タブ６０が設けられているが、図１Ａでは省略している。

図１Ａに示されるように、燃料電池スタック１は、積層された複数の発電セル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。

発電セル１０は、燃料電池の単位セルである。各発電セル１０は、１ボルト(Ｖ)程度の起電圧を生じる。各発電セル１０の構成の詳細については後述する。

集電プレート２０は、積層された複数の発電セル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、たとえば緻密質カーボンで形成される。集電プレート２０は、正極端子２１１及び負極端子２１２を備える。また正極端子２１１及び負極端子２１２の間には、中途端子２１３が設けられる。燃料電池スタック１は、正極端子２１１及び負極端子２１２によって、各発電セル１０で生じた電子ｅ⁻が取り出されて出力する。

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、たとえばゴムなどで形成される。

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、たとえば鋼などで形成される。

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。

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、たと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。

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改質した水素含有ガスを供給する方法などがある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどがある。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。

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。

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。

電極触媒層１１２は、たと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。

ＧＤＬ１１３は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、たとえばカーボン繊維で形成される。

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。

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。

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。シール１４(１４ａ，１４ｂ)は、たとえばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム(ethylene propylene diene monomer；ＥＰＤＭ)、フッ素ゴムなどのゴム状弾性材である。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、たと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。

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(アノード供給マニホールド)４１ａ、アノード排出口(アノード排出マニホールド)４１ｂ、カソード供給口(カソード供給マニホールド)４２ａ、カソード排出口(カソード排出マニホールド)４２ｂ、冷却水供給口(冷却水供給マニホールド)４３ａ及び冷却水排出口(冷却水排出マニホールド)４３ｂが形成される。

図２は、積層電池の内部抵抗測定回路の回路図である。

内部抵抗測定装置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、正極側交流電位差検出部５２１と、負極側交流電位差検出部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、抵抗演算部５５０と、を含む。

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、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２の詳細については、図３を参照して説明する。

正極側直流遮断部５１１は、燃料電池１の正極端子２１１に接続される。負極側直流遮断部５１２は、燃料電池１の負極端子２１２に接続される。中途点直流遮断部５１３は、燃料電池１の中途端子２１３に接続される。なお中途点直流遮断部５１３は、図２で波線で示したように設けられなくてもよい。これらの直流遮断部は、直流を遮断するが、交流を流す。直流遮断部は、たとえばコンデンサやトランスである。

正極側交流電位差検出部５２１は、燃料電池１の正極端子２１１の交流電位Ｖａと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとを入力して交流電位差を出力する。負極側交流電位差検出部５２２は、燃料電池１の負極端子２１２の交流電位Ｖｂと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとを入力して交流電位差を出力する。正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２は、たとえば差動アンプ(計装アンプ)である。

正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の詳細については、図４を参照して説明する。

正極側電源部５３１は、たとえば、図４に示すようなオペアンプ(ＯＰアンプ)による電圧電流変換回路によって実現できる。この回路によれば、入力電圧Ｖｉに比例した電流Ｉｏが出力される。なおＩｏ＝Ｖｉ／Ｒｓであり、Ｒｓは電流センシング抵抗である。すなわち、この回路は、入力電圧Ｖｉで出力電流Ｉｏを調整可能な可変交流電流源である。

この回路を使用すれば、出力電流Ｉｏを実測しなくても、出力電流Ｉｏを入力電圧Ｖｉ÷比例定数Ｒｓで求めることができる。また、出力が電流なので、電流経路にコンデンサのような位相角が生じる素子が介在しても、積層セル群を流れる交流電流と電流源の出力とは同位相になる。さらには入力電圧Ｖｉとも同位相になる。したがって次段の抵抗算出において位相差を考慮する必要がなく回路が簡素である。さらに、電流経路中のコンデンサのインピーダンスがばらついても、位相変化の影響を受けない。このようなことから、正極側電源部５３１として図４に示すような回路を用いることが好適である。負極側電源部５３２も同様である。

交流調整部５４０の詳細については、図５を参照して説明する。

交流調整部５４０は、たとえば、図５に示すようなＰＩ制御回路によって実現できる。交流調整部５４０は、正極側検波回路５４１１と、正極側減算器５４２１と、正極側積分回路５４３１と、正極側乗算器５４５１と、負極側検波回路５４１２と、負極側減算器５４２２と、負極側積分回路５４３２と、負極側乗算器５４５２と、基準電圧５４４と、交流信号源５４６と、を含む。

正極側検波回路５４１１は、積層電池１の正極端子２１１に接続された正極側電源部５３１の配線上の交流電位Ｖａから不要信号を除去するとともに、直流信号に変換する。

正極側減算器５４２１は、その直流信号と基準電圧５４４との差を検出する。正極側積分回路５４３１は、正極側減算器５４２１から出力された信号を平均化又は感度調節する。

正極側乗算器５４５１は、交流信号源５４６の振幅を正極側積分回路５４３１の出力で変調する。

交流調整部５４０は、このようにして、正極側電源部５３１への指令信号を生成する。また同様に交流調整部５４０は、負極側電源部５３２への指令信号を生成する。このように生成された指令信号に応じて正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の出力が増減されることで、交流電位Ｖａ及びＶｂが共に所定のレベルに制御される。これにより交流電位Ｖａ及びＶｂは等電位になる。

なおこの例ではアナログ演算ＩＣを例に回路構成を示しているが、交流電位Ｖａ(Ｖｂ)をＡＤ変換器でデジタル変換した後、デジタル制御回路で構成してもよい。

抵抗演算部５５０の詳細については、図６を参照して説明する。

抵抗演算部５５０は、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）５５１と、マイコンチップ（ＣＰＵ）５５２とを含む。

ＡＤ変換器５５１は、アナログ信号である交流電流(Ｉ１，Ｉ２)及び交流電圧(Ｖ１，Ｖ２)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。

マイコンチップ５５２は、各発電セル１０の内部抵抗Ｒｎ及び積層電池全体の内部抵抗Ｒを算出するプログラムを予め記憶している。マイコンチップ５５２は、所定の微小時間間隔で順次演算し、又はコントローラ６の要求に応じて、演算結果を出力する。なお内部抵抗Ｒｎ及び積層電池全体の内部抵抗Ｒは、次式で演算される。

抵抗演算部５５０は、アナログ演算ＩＣを用いたアナログ演算回路で実現してもよい。アナログ演算回路によれば、時間的に連続した抵抗値変化を出力することができる。

上述した積層電池の内部抵抗測定回路は、積層電池である燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒを測定するために、燃料電池スタック１に交流電流を流すソース回路と、燃料電池スタック１に交流電流が流されることによって、燃料電池１の正極端子２１１の交流電位Ｖａと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとの交流電位差、および、負極端子２１２の交流電位Ｖｂと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとの交流電位差を検出するセンス回路とに大別することができる。ソース回路には、少なくとも正極側電源部５３１および負極側電源部５３２が含まれる。また、センス回路には、少なくとも正極側交流電位差検出部５２１、負極側交流電位差検出部５２２、交流調整部５４０、および、抵抗演算部５５０が含まれる。

このソース回路とセンス回路とを１つの基板上に近接して実装した場合、ソース回路に流れる電流によって生じる磁界（磁力線）がセンス回路に作用し、センス回路で検出される交流電位差に誤差が生じる。すなわち、燃料電池スタック１の内部抵抗を正確に測定することができなくなる。

従って、本実施形態では、ソース回路に流れる電流によって生じる磁界がセンス回路の検出電圧に影響しないように、ソース回路およびセンス回路の実装位置を定める。

図７Ａは、本実施形態における内部抵抗測定回路および燃料電池スタック１の斜視図である。図７Ａでは、ソース回路とセンス回路とのそれぞれを、前述の正極端子２１１、負極端子２１２及び中途端子２１３に接続するために、各端子に接続されている発電セルの電圧検出タブ６０に結線した例が示されている。

図７Ａには、燃料電池スタック１と、内部抵抗Ｒ１及びＲ２と、基板５１と、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２と、基板５２と、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２とが、示されている。

図７Ｂは、図７Ａで示した内部抵抗回路および燃料電池スタック１を横から見たときの側面図である。

図７Ｂに示すように、燃料電池スタック１の電圧検出タブ６０が並んでいる方向の両端に不図示の支柱が設けられており、その支柱によって基板５１及び基板５２は、燃料電池スタック１の上面から所定の間隔をおいて設けられている。なお、基板５１及び基板５２は、燃料電池スタック１の上面に直接設けてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、燃料電池スタック１の面のうち上面には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出線を取り出す電圧検出タブ６０が燃料電池スタック１の中程に一列に設けられている。なお、図７Ａには、分かり易くするために本実施形態の説明に必要な３個所のみ電圧検出タブ６０が示されており、その他の発電セルの電圧検出タブについては省略している。

このように、電圧検出タブ６０を挟んだ両側に、ソース回路を実装した基板５１と、センス回路を実装した基板５２とを所定間隔おいて配置する。基板５１及び基板５２を互いに燃料電池スタック１の同一面に設けることにより、電圧検出タブ６０から引き回される電圧検出線の長さの増加を抑えることができる。

図７Ａには、ソース回路に流れる電流の電流ループ６１、６２、およびセンス回路に流れる電流の電流ループ６３、６４が示されている。

電流ループ６１は、正極側電源部５３１から出力される電流によるものであり、電流ループ６２は、負極側電源部５３２から出力される電流によるものである。また、電流ループ６３は、燃料電池１の正極端子２１１、中途端子２１３、および、正極側交流電位差検出部５２１を流れる電流のループであり、電流ループ６４は、燃料電池１の負極端子２１２、中途端子２１３、および、負極側交流電位差検出部５２２を流れる電流のループである。

ソース回路上の電流ループ６１、６２は、センス回路上の電流ループ６３、６４とは交差しない。これにより、ソース回路上の電流ループがセンス回路上の電流ループと交差する回路構成と比べて、ソース回路上の電流ループ６１、６２によって生じる磁界がセンス回路上の電流ループ６３、６４を貫く量を低減することができるので、正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２で検出される交流電位差の検出精度が向上する。

なお、ソース回路上の電流ループ６１、６２は、電圧検出タブ６０に近い位置にできるように、ソース回路の各回路素子は配置されている。またセンス回路上の電流ループ６３、６４は、電圧検出タブ６０に近い位置にできるよう、センス回路の各回路素子は配置されている。これにより、ソース回路およびセンス回路を小型化することができる。

ここで、ソース回路上の２つの電流ループ６１、６２によってそれぞれ生じる磁界（磁力線）がソース回路よりもセンス回路側で相殺されるように、電流ループ線の配置を設定することがより好ましい。

図７Ａでは、電流ループ６１に流れる電流の向きを反時計回りとし、電流ループ６２に流れる電流の向きを時計回りとしているので、センス回路側で両電流ループ６１、６２から等しく離れた位置の磁界（磁力線）は相殺される。これにより、センス回路側において、ソース回路上の電流ループによって生じる磁束の影響をさらに小さくすることができる。

図７Ｂに示すように、基板５１は、電流ループ６１、６２によって生じる磁界が最も強くなる部分（例えば、電流ループ６１、６２の中心）まで横に広げて形成される。このため、電流ループ６１、６２によって燃料電池スタック１側に生じる磁界が基板５１で遮断される。すなわち、基板５１は、センス回路への磁束を遮蔽する遮蔽部材としての役割を果たす。

また、基板５２は、ソース回路上の電流ループ６１、６２によって生じる磁界がセンス回路上の電流ループ６３、６４を貫く量を低減するように形成される。このため、基板５２は、センス回路へ作用する磁束を遮蔽する遮蔽部材としての役割を果たす。このように、基板５１及び基板５２によって、センス回路に作用する磁界の強さを抑制することができる。

ソース回路の２つの電流ループ６１、６２によってそれぞれ生じる磁界（磁力線）がセンス回路側で相殺される配線として、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる方法もある。

図８は、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる巻き方の一例を示す図である。図８には、ソース回路の２つの電流ループ６１及び６２の一部が示されており、電圧検出タブ６０が省略されている。

このような方法でも、図７Ａに示す回路図と同様に、センス回路側で両電流ループ６１、６２から等しく離れた位置の磁界（磁力線）を相殺することができる。

センス回路を実装した基板５２には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出回路も実装されている。この電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２の電圧検出線の一部とは兼用されている。

図９は、電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２の電圧検出線の一部とを兼用する部分を説明するための図である。

図９に示すように、各発電セルには、セル電圧を検出するためのセル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎが接続されている。また、セル電圧検出線の途中に、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２で交流電位差を検出するための電圧検出線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が接続されている。具体的には、セル電圧検出線Ｌｎの途中に電圧検出線Ｌ１３が接続されており、セル電圧検出線Ｌ０の途中に電圧検出線Ｌ１１が接続されている。また、中途端子２１３と電位が同じであるセル電圧検出線の途中に電圧検出線Ｌ１２が接続されている。

図９において、一点鎖線で囲まれた部分の線が電圧検出線を兼用している部分である。電圧検出線の一部を兼用することにより、配線数を減らすことができる。

また、セル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎは、センス回路と同一の基板５２であるが、センス回路が実装されている面と反対側の面に接続されている。すなわち、セル電圧検出回路は、センス回路が実装された基板の裏側に設けられている。

図９では、電圧検出タブ６０から取り出されたセル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎがセンス回路を実装した基板５２の裏側に接続されていることを示している。これにより、センス回路を構成する回路素子と複数のセル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎとが接触してセル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎが傷つくのを防ぐことができる。

また、抵抗演算部５５０のマイコンチップ（ＣＰＵ）５５２は、ソース回路上の電流ループ６１、６２およびセンス回路上の電流ループ６３、６４の外側の位置に配置する。これにより、マイコンチップ５５２が発生する電磁波によって、ソース回路の電流およびセンス回路の電流に影響が及ぶのを防ぐことができる。

以上、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路は、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路であって、積層電池に電流を印加するソース回路と、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路とを備え、ソース回路およびセンス回路を、単セルの状態を検出するための状態検出線（セル電圧検出線）を挟んだ反対側にそれぞれ配置した。これにより、ソース回路とセンス回路とを離した位置に設けることができ、ソース回路上の電流によって生じる磁束がセンス回路を貫く量を減らすことができるので、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができる。従って、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。

また、ソース回路およびセンス回路の間に、ソース回路からセンス回路に作用する磁束を遮蔽するための遮蔽部として、例えばソース回路を実装する基板と、センス回路を実装する基板とが広げて形成される。このため、これらの基板によってソース回路からセンス回路に作用する磁束の一部が遮断される。これにより、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができるので、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。

−第２の実施形態−
第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路では、ソース回路とセンス回路とを同一面内に配置した。第２の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路では、ソース回路およびセンス回路のうちのいずれか一方を表面に配置し、他方を裏面に配置する。

例えば、基板５１の表面には、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２が設けられ、基板５２の裏面、すなわち燃料電池スタック１側の面には、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２が設けられる。すなわち、センス回路を実装する基板５２の表面及び裏面のうち、ソース回路が配置された面とは反対側の面に対してセンス回路を配置する。

これにより、基板５１上のソース回路よって生じる磁界（磁力線）が基板５２によって遮断される。すなわち、基板５２は、ソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽する遮蔽部材として機能する。さらに、燃料電池スタック１の筺体が磁性体で形成される場合には、燃料電池スタック１側に生じる磁束を低減することができる。

あるいは、基板５１の裏面に、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２を設け、基板５２の表面に、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２を設けるようにしてもよい。この場合には、基板５１及び基板５２の他に燃料電池スタック１も遮断部材として機能する。

このように、基板５１の一方の面にソース回路を設け、ソース回路が設けられる面とは反対側の基板５２の面にセンス回路を設けることにより、ソース回路から生じる磁界（磁力線）を基板５２によって遮断することができる。

また、表面と裏面の間には、ソース回路を流れる電流によって生じる磁界がセンス回路に影響が及ぶのを防ぐために、磁気シールド層が設けられている。磁気シールド層は、例えば、銅箔であり、また、鋼材などの磁性体である。

以上、第２の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路によれば、ソース回路およびセンス回路のうち、一方の回路を基板の表面に配置し、他方の回路を基板の裏面に配置し、基板の表面と裏面との間に磁気シールド層を設けた。これにより、ソース回路上の電流によって生じる磁束がセンス回路を貫くのを防いで、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができ、結果として、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、積層電池の一例として、燃料電池スタックを挙げたが、一次電池や二次電池など、他の種類の電池でもよい。

また、内部抵抗を測定するための具体的な回路構成によって本発明が限定されることはない。

電圧検出タブ６０は、燃料電池スタック１の上面に設けられているものとして説明したが、側面に設けられていてもよい。

図１０は、電圧検出タブ６０が燃料電池スタック１の側面に設けられている場合のソース回路およびセンス回路の配置方法の一例を示す図である。

図１０に示すように、ソース回路を実装した基板５１を燃料電池スタック１の上面に配置し、センス回路を実装した基板５２を燃料電池スタック１の下面に配置している。この場合も、ソース回路およびセンス回路は、セル電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎを挟んだ反対側にそれぞれ配置された構成となっている。

また、センス回路は、燃料電池スタック１を挟んでソース回路とは反対側に設けられているので、ソース回路上の電流ループによって生じる磁束がセンス回路に影響を及ぼすことはない。すなわち、ソース回路及びセンス回路の基盤である燃料電池スタック１が、ソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部として機能する。これにより、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができ、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。

ソース回路を実装する基板５１とセンス回路を実装する基板５２とは、別々に設けられるものとして説明したが、１つの基板にソース回路とセンス回路とを所定間隔おいて配置するようにしてもよい。これにより、センス回路からソース回路への磁束の一部を遮断することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、基板５１及び基板５２の他に、ソース回路とセンス回路との間に遮断部材を設けるようにしてもよい。

本願は、２０１２年９月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２０４６２６に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明による積層電池の内部抵抗測定回路は、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する。この積層電池の内部抵抗測定回路は、積層電池に電流を印加するソース回路と、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路と、ソース回路を配置する第１の基板と、第１の基板に対して所定の間隔を置いて配置され、センス回路を配置する第２の基板とを備える。積層電池の内部抵抗測定回路においては、ソース回路が積層電池に交流電流を印加した際に２つの電流ループが構成されるように電流線が設けられており、２つの電流ループによってそれぞれ生じる磁力線の少なくとも一部がセンス回路側で相殺されるように、ソース回路およびセンス回路を配置する。そして、ソース回路は、第１の基板の一方の面に設けられ、センス回路は、ソース回路が設けられる面とは反対側の前記第２の基板の面に設けられる。

Claims (10)

1. 複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された前記積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、前記積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記積層電池に電流を印加するソース回路と、
   電流が印加された前記積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路と、
   を備え、
   前記ソース回路および前記センス回路の間に前記ソース回路から前記センス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
2. 請求項１に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記ソース回路と前記センス回路とを配置する基板を備え、
   前記ソース回路と前記センス回路とは、互いに前記基板の反対側に設けられることで、前記基板が前記遮蔽部として機能する、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
3. 請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記基板の表面と裏面との間に磁気シールド層を設けた、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
4. 請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記積層電池の面のうち一の面に設けられ、前記ソース回路を配置する第１の基板と、
   前記積層電池の面のうち前記第１の基板が設けられた面と同一面に設けられ、前記センス回路を配置する第２の基板と、を備え、
   前記第１の基板と前記第２の基板は、所定の間隔を置いて配置される、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
5. 請求項４に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記ソース回路は、前記第１の基板の一方の面に設けられ、
   前記センス回路は、前記ソース回路が設けられる面とは反対側の前記第２の基板の面に設けられる、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記センス回路が前記積層電池の前記所定部分の電位を測定するための電位測定線の一部を、前記単セルの状態を検出するための状態検出線の一部と兼用している、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
7. 請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記状態検出線は、前記センス回路が実装されている基板の裏側に接続されている、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記ソース回路が前記積層電池に電流を印加した際に２つの電流ループが構成されるように電流線が設けられており、前記２つの電流ループによってそれぞれ生じる磁力線の少なくとも一部が前記センス回路側で相殺されるように、前記ソース回路および前記センス回路を配置した、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
9. 請求項８に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
   前記２つの電流ループは、前記電流線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させることにより構成した、
   積層電池の内部抵抗測定回路。
10. 請求項８または請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    電流が流れることによって動作する演算部を、前記ソース回路の電流ループ、および、前記センス回路の電流ループの外側に配置した、
    積層電池の内部抵抗測定回路。

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