(57)【要約】  積層電池の内部抵抗測定装置は、複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、調整された交流電流及び交流電位差に基づいて積層電池の抵抗を演算する抵抗演算部と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、
前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、
前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、
を含む積層電池の内抵抗測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記内部抵抗測定対象は、前記積層電池であって、
前記交流調整部は、前記積層電池の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記積層電池の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記交流電源部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する正極側電源部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する負極側電源部と、を含み、
前記交流調整部は、前記正極側交流電位差と前記負極側交流電位差とが一致するように、前記正極側電源部及び前記負極側電源部を調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記正極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記負極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続されるとともに、その接続経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の一方に直流遮断部を介して接続される可変抵抗及び可変コンデンサーと、
前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の他方に直流遮断部を介して接続される固定抵抗と、
前記正極側接続部分又は前記負極側接続部分のいずれか一方と前記中途部分とに直流遮断部を介して接続されて、前記正極側交流電位差又は前記負極側交流電位差を検出する交流電位差検出器と、
を含み、
前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
前記交流調整部は、前記正極側交流電位と前記負極側交流電位とが一致するように、前記可変抵抗及び可変コンデンサーを調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の一方が接続される経路とは異なる経路が、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の他方が接続される経路とは異なる経路が、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項８】
請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
前記交流調整部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の正極側接続部分の電位をゼロする正極側調整部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の負極側接続部分の電位をゼロにする負極側調整部と、を含む、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記正極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記負極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記中途部分を順次切り替える接続切替変更器をさらに含む、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の発電要素が積層される積層電池の内部抵抗を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の発電要素が積層される積層電池では、内部抵抗をできるだけ正確に検出することが望ましい。たとえば燃料電池では、内部抵抗が判れば電解質膜の湿潤度が判る。内部抵抗が高ければ、電解質膜の湿潤度が低く乾燥気味である。内部抵抗が低ければ、電解質膜の湿潤度が高い。燃料電池では、電解質膜の湿潤度によって運転効率が変わる。そこで、内部抵抗に基づいて推定された電解質膜の湿潤度に応じて運転を制御することで、電解質膜の湿潤状態を常に最適に維持することができる。【０００３】
燃料電池の内部抵抗を測定する装置が、ＪＰ−２００９−１０９３７５−Ａに開示されている。
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、ＪＰ−２００９−１０９３７５−Ａの装置は、電池から流れる負荷電流(直流)が必要であり、電池の運転中でなければ測定できなかった。また直流の大電流を制御する電子負荷装置で微小交流電流をも制御(通電制限)するので、極めて広いダイナミックレンジが要求される。そのため使用する部品や回路仕様が高価であった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、電池の運転中でなくても内部抵抗を測定可能であって安価な内部抵抗測定装置を提供することである。
【０００６】
本発明のある態様の積層電池の内部抵抗測定装置は、複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部を含む。そしてさらに前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、を含む。
【０００７】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明による内部抵抗測定装置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外観斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池の発電セルの構造を示す分解図である。
【図２】図２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態を示す回路図である。
【図３】図３は、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の詳細について説明する図である。
【図４】図４は、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の詳細について説明する図である。
【図５】図５は、交流調整部５４０の詳細について説明する図である。
【図６】図６は、抵抗演算部５５０の詳細について説明する図である。
【図７】図７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
【図８】図８は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の制御をコントローラーが実行したときのタイムチャートである。
【図９】図９は、第１実施形態の作用効果を説明するための図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の具体的な構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態を示す回路図である。
【図１３】図１３は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態を示す回路図である。
【図１４】図１４は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第４実施形態を示す回路図である。
【図１６】図１６は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第５実施形態を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第６実施形態を示す図である。
【図１８】図１８は、第６実施形態の具体的な回路図である。
【図１９】図１９は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第７実施形態を示す回路図である。
【図２０】図２０は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第８実施形態を示す回路図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、第１変形形態を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、第２変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明による内部抵抗測定装置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外観斜視図である。図１Ｂは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池の発電セルの構造を示す分解図である。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態を示す回路図である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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ーやトランスである。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ー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ー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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
抵抗演算部５５０は、ＡＤ変換器５５１と、マイコンチップ５５２と、を含む。
【００４３】
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。
【００４４】
マイコンチップ５５２は、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、又はコントローラー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。
【００４５】
【数１】
2012077450.tif 000003
【００４６】
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。
【００４７】
図７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
【００４８】
ステップＳ１においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行する。
【００４９】
ステップＳ２においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行する。
【００５０】
ステップＳ３においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を下げる。これによって正極交流電位Ｖａが下がる。
【００５１】
ステップＳ４においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を維持する。これによって正極交流電位Ｖａが維持される。
【００５２】
ステップＳ５においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を上げる。これによって正極交流電位Ｖａが上がる。
【００５３】
ステップＳ６においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ７へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ８へ処理を移行する。
【００５４】
ステップＳ７においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ９へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行する。
【００５５】
ステップＳ８においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を下げる。これによって負極交流電位Ｖｂが下がる。
【００５６】
ステップＳ９においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を維持する。これによって負極交流電位Ｖｂが維持される。
【００５７】
ステップＳ１０においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を上げる。これによって負極交流電位Ｖｂが上がる。
【００５８】
ステップＳ１１においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａ及び負極交流電位Ｖｂが所定値であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
【００５９】
ステップＳ１２においてコントローラーは、上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する。
【００６０】
図８は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の制御をコントローラーが実行したときのタイムチャートである。
【００６１】
なおフローチャートとの対応が判りやすくなるようにステップ番号を併記する。
【００６２】
図８の初期は、正極側の内部抵抗値Ｒ１が高く、負極側の内部抵抗値Ｒ２が低い状態である(図８Ａ)。このような状態でコントローラーが制御を開始する。
【００６３】
時刻ｔ０では、正極交流電位Ｖａも負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達していない(図８Ｃ)。この状態では、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側交流電流Ｉ１及び負極側交流電流Ｉ２が増大する(図８Ｂ)。
【００６４】
時刻ｔ１で正極交流電位Ｖａが制御レベルに達したら(図８Ｃ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側交流電流Ｉ１が維持されるとともに、負極側交流電流Ｉ２は増大する(図８Ｂ)。
【００６５】
時刻ｔ２で負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達して正極交流電位Ｖａと同レベルになったら(図８Ｃ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を処理する。これによって正極側交流電流Ｉ１及び負極側交流電流Ｉ２が維持される。そして式(1-1)に基づいて、正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２が演算される。そして正極側内部抵抗値Ｒ１と負極側内部抵抗値Ｒ２とが足し合わされて全体の内部抵抗Ｒが求められる。
【００６６】
時刻ｔ３以降は燃料電池の湿潤状態が変化するなどして負極側内部抵抗値Ｒ２が上昇している(図８Ａ)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで負極側内部抵抗値Ｒ２が上昇に合わせて負極側交流電流Ｉ２を下げるので、負極交流電位は正極交流電位と同レベルに維持される。したがってこの状態でも内部抵抗が演算される。
【００６７】
時刻ｔ４以降は負極側内部抵抗値が正極側内部抵抗値に一致するようになる(図８Ａ)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで正極側交流電位と負極側交流電位とが同レベルに維持され(図８Ｃ)、内部抵抗が演算される。
【００６８】
図９は、第１実施形態の作用効果を説明するための図である。
【００６９】
積層電池(燃料電池)が出力中は、正極及び負極の電位に差(直流電位差Ｖｄｃ)が生じる。そして本実施形態では、交流調整部５４０の指令に応じて正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から交流電流を出力する。
正極側電源部５３１から出力された交流電流は、正極側直流遮断部５１１を介して、積層電池(燃料電池)の正極に出力され、中途端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して正極側交流電位差検出部５２１に流れる。このとき内部抵抗及び供給電流に応じた交流電位差Ｖ１(Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ１が正極側交流電位差検出部５２１で検出される。
【００７０】
負極側電源部５３２から出力された交流電流は、負極側直流遮断部５１２を介して、積層電池(燃料電池)の負極に出力され、中途端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して負極側交流電位差検出部５２２に流れる。このとき内部抵抗及び供給電流に応じた交流電位差Ｖ２(Ｖ２＝Ｖｂ−Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ２が負極側交流電位差検出部５２２で検出される。
【００７１】
交流調整部５４０は、積層電池(燃料電池)の正極側交流電位差Ｖ１と負極側交流電位差Ｖ２との差(Ｖ１−Ｖ２；Ｖａ−Ｖｂに等しい)が常に小さくなるように、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２を調節する。
【００７２】
なお積層電池(燃料電池)が出力中は、図９に示すように、正極及び負極の直流電位に交流成分が重畳されるが、この交流成分は、交流調整部５４０で同じになるように調整されているので、直流電位差Ｖｄｃは変動せず一定である。
【００７３】
そして抵抗演算部５５０において、正極側交流電位差検出部５２１の出力Ｖ１及び負極側交流電位差検出部５２２の出力Ｖ２と、正極側電源部５３１の交流電流Ｉ１及び負極側電源部５３２の交流電流Ｉ２と、にオームの法則を適用して、燃料電池１の正極側の内部抵抗Ｒ１及び負極側の内部抵抗Ｒ２を算出する。
【００７４】
このように本実施形態によれば、正極端子２１１及び負極端子２１２の交流電位が同じになる。そのため正極端子２１１及び負極端子２１２に負荷装置(走行用モーターなど)が接続されていても、その負荷装置に交流電流が漏洩してしまうことを抑制できる。
【００７５】
これにより内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。この交流電流に基づいて積層電池の正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２を求めるので、稼働中の積層電池の正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができ、さらには積層電池全体の内部抵抗値Ｒを正確に測定することができる。
【００７６】
また本実施形態では、電源部を使用するので、積層電池(燃料電池)が停止中であっても内部抵抗を測定できるのである。
【００７７】
（第２実施形態）
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。
【００７８】
第１実施形態では、交流電位差検出部５２１，５２２及び電源部５３１，５３２をひとつの経路で燃料電池１に接続していたが、本実施形態では、それぞれ別の経路で燃料電池１に接続するようにした。これによって内部抵抗の検出精度が向上する。以下ではその理由を説明する。
【００７９】
図１０Ａに示すように、交流電位差検出部及び電源部をひとつの経路で接続すると、燃料電池１の電位Ｖｘは、次式で表される。
【００８０】
【数２】
2012077450.tif 000004
【００８１】
これに対して、交流電位差検出部５２１で検出される電圧Ｖｉは、次式で表される。
【００８２】
【数３】
2012077450.tif 000005
【００８３】
このように、交流電位差検出部５２１で検出される電圧Ｖｉには、本来検出したい電位Ｖｘに、配線抵抗Ｒｗ及び接続点の接触抵抗Ｒｃと交流電流とに応じた誤差電圧が加算される。したがって測定誤差ｅｒｒは、次式で表される。
【００８４】
【数４】
2012077450.tif 000006
【００８５】
小型電池などであれば一般的に測定対象抵抗Ｒｘが大きいので、接触抵抗Ｒｃ及び配線抵抗Ｒｗを無視でき実用上問題ないが、大型電池では一般的に〔配線抵抗Ｒｗ＞測定対象抵抗Ｒｘ〕の関係になる。この場合は各積層セル群に対して四端子法で接続する必要がある。
【００８６】
そこで本実施形態では、図１０Ｂに示すように、交流電位差検出部及び電源部をそれぞれ別の経路で接続する。このように構成すれば、交流電圧検出線５０１ａの接触抵抗Ｒｃ及び配線抵抗Ｒｗは、検出したい電圧Ｖｘを交流電位差検出部５２１の入力抵抗Ｒｉで分圧するように作用する。一般的には交流電位差検出部５２１の入力抵抗Ｒｉは配線抵抗Ｒｗや接触抵抗Ｒｃに対して非常に大きい（Ｒｉ≫（Ｒｗ＋Ｒｃ））。したがって、このように構成することで、測定誤差ｅｒｒは、次式で表され、無視できるほど小さくなり、Ｖｉ＝Ｖｘと見なすことができる。
【００８７】
【数５】
2012077450.tif 000007
【００８８】
図１１は、第２実施形態の具体的な構成を示す図である。
【００８９】
燃料電池１を構成する発電セル１０のセパレーター(バイポーラープレート)１２の一部を延設して接続部位を設ける。
【００９０】
図１２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態を示す回路図である。
【００９１】
正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して燃料電池１の正極側のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。正極側電源部５３１は、コンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【００９２】
負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介して燃料電池１の負極側のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。負極側電源部５３２は、コンデンサー５１２を介して、負極側交流電位差検出部５２２の経路５０２ａとは別の経路５０２で、負極側交流電位差検出部５２２が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【００９３】
接地線５０３は、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また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、コンデンサー５１３ａを介して、接地線５０３とは別の経路５０３ａで、接地線５０３が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【００９４】
また本実施形態では、交流調整部５４０の指令信号が正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２に出力信号と比例関係にあることに着目し、この指令信号に基づいて交流電流値(Ｉ１，Ｉ２)を得るようにしてある。
【００９５】
本実施形態によれば、配線抵抗や接触抵抗の大きさや、あるいは温度や、端子表面酸化などによる抵抗変動の影響を大幅に低減することができる。そのため、積層電池側と信号配線との設計自由度が高く、安価に各積層セル群の内部抵抗を正確に検出することができる。
【００９６】
また交流電流値(Ｉ１，Ｉ２)を実測する必要がないので、回路を簡素化できる。
【００９７】
（第３実施形態）
図１３は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態を示す回路図である。
【００９８】
本実施形態では、交流電源部５７０が、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３ａを介して、交流電源部５７０の経路５０３とは別の経路５０３ａで、交流電源部５７０が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【００９９】
正極側交流電流検出部５３１ａは、可変抵抗Ｒａ，可変コンデンサーＣａ及びコンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【０１００】
負極側交流電流検出部５３２ａは、固定抵抗Ｒｆ及びコンデンサー５１２を介して、コンデンサー５１２ａの経路５０２ａとは別の経路５０２で、コンデンサー５１２ａが接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。なお交流電流検出部５３１ａ．５３２ａとしては、ＯＰアンプによる電流電圧変換回路やカレントトランス方式（ＣＴ）の交流電流センサーなどが使用できる。
【０１０１】
交流調整部５４０ａは、一端がコンデンサー５１１ａ及び正極側交流電位差検出部５２１の間に接続される。また他端がコンデンサー５１２ａに接続される。これによって交流調整部５４０ａは、燃料電池１の正極交流電位Ｖａ及び負極交流電位Ｖｂを入力できる。そして交流調整部５４０ａは、可変抵抗Ｒａ及び可変コンデンサーＣａを調整する。
【０１０２】
図１４は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
【０１０３】
ステップＳ１においてコントローラーは、初期値設定が済んでいるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否(初期値設定が済んでいない)であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯(初期値設定が済んでいる)であればステップＳ４へ処理を移行する。
【０１０４】
ステップＳ２においてコントローラーは、可変抵抗Ｒａの調整量Ｎ及び可変コンデンサーＣａの調整量Ｍを設定する。ここでは一例としてそれぞれ１を設定している。
【０１０５】
ステップＳ３においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して比較電位差Ｖｐを算出する。
【０１０６】
ステップＳ４においてコントローラーは、可変抵抗Ｒａを調整するか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１１へ処理を移行する。
【０１０７】
ステップＳ５においてコントローラーは、可変抵抗の抵抗値Ｒａに調整量Ｎを加算して可変抵抗値Ｒａを更新する。
【０１０８】
ステップＳ６においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して電位差Ｖｎを算出する。
【０１０９】
ステップＳ７においてコントローラーは、電位差Ｖｎが比較電位差Ｖｐよりも小さくなったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ８へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ９へ処理を移行する。
【０１１０】
ステップＳ８においてコントローラーは、調整量Ｎの極性を反転し、一旦処理を抜ける。
【０１１１】
ステップＳ９においてコントローラーは、電位差Ｖｎが最小になったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行し、判定結果が否であれば、一旦処理を抜ける。
【０１１２】
ステップＳ１０においてコントローラーは、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する。
【０１１３】
ステップＳ１１においてコントローラーは、可変コンデンサーの容量Ｃａに調整量Ｍを加算して可変コンデンサー容量Ｃａを更新する。
【０１１４】
ステップＳ１２においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して電位差Ｖｎを算出する。
【０１１５】
ステップＳ１３においてコントローラーは、電位差Ｖｎが比較電位差Ｖｐよりも小さくなったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ１４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１５へ処理を移行する。
【０１１６】
ステップＳ１４においてコントローラーは、調整量Ｍの極性を反転し、一旦処理を抜ける。
【０１１７】
ステップＳ１５においてコントローラーは、電位差Ｖｎが最小になったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であれば、一旦処理を抜ける。
【０１１８】
ステップＳ１６においてコントローラーは、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する。
【０１１９】
ステップＳ１７においてコントローラーは、上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する。
【０１２０】
以上のフローチャートが実行されると以下のように動作する。
【０１２１】
最初は初期値を設定する(Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３)。
【０１２２】
次サイクルでは、まず可変抵抗Ｒａを調整する。可変抵抗値Ｒａを調整して(Ｓ４)、電位差Ｖｎを算出し(Ｓ５)、電位差が小さくならなければ調整量Ｎの極性を反転し(Ｓ８)、電位差が小さくなれば最小値か否かを判定する(Ｓ９)。最小値になるまで同様の処理(Ｓ１→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８又はＳ９)を繰り返すことで、可変抵抗値Ｒａが最小値に調整される。そして可変抵抗値Ｒａが最小値に調整されたら、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する(Ｓ１０)。
【０１２３】
次サイクルでは、可変コンデンサー容量Ｃａを調整する。可変コンデンサー容量Ｃａを調整して(Ｓ１１)、電位差Ｖｎを算出し(Ｓ１２)、電位差が小さくならなければ調整量Ｍの極性を反転し(Ｓ１４)、電位差が小さくなれば最小値か否かを判定する(Ｓ１５)。最小値になるまで同様の処理(Ｓ１→Ｓ４→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４又はＳ１５)を繰り返すことで、可変コンデンサー容量Ｃａが最小値に調整される。そして可変コンデンサー容量Ｃａが最小値に調整されたら、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する(Ｓ１６)。
【０１２４】
そして上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する(Ｓ１７)。
【０１２５】
本実施形態のようにすれば、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになる。そのため、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。そしてこの交流電流に基づいて積層電池の内部抵抗を求めるので、稼働中の積層電池の内部抵抗を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができる。
【０１２６】
さらに本実施形態によれば、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになるので、交流電位差検出部は正極側及び負極側のいずれか一方に設ければよい。なお本実施形態では、正極側に交流電位差検出部５２１を設けた。したがって、回路を簡素にすることができる。
【０１２７】
（第４実施形態）
図１５は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第４実施形態を示す回路図である。
【０１２８】
本実施形態では、第３実施形態と同様に、交流電源部５７０が、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また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、コンデンサー５１３ａを介して、交流電源部５７０の経路５０３とは別の経路５０３ａで、交流電源部５７０が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【０１２９】
正極側極性反転アンプ５４０ｂは、コンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
【０１３０】
負極側極性反転アンプ５４０ｃは、コンデンサー５１２を介して、負極側交流電位差検出部５２２の経路５０２ａとは別の経路５０２で、負極側交流電位差検出部５２２が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。なお極性反転アンプ５４０ｂ．５４０ｃとしては、ＯＰアンプによる反転増幅回路、ブートストラップ回路、アクティブノイズキャンセル回路などが応用できる。
【０１３１】
このように構成すれば、積層電池出力端で検出される交流電圧の極性が反転されてそれぞれの積層電池出力端子に戻されるので、積層電池出力端の交流電圧振幅が強制的に相殺(零化)される。これによって、積層電池両端の交流電圧振幅は共に零になって等電位になる。
【０１３２】
また各々の積層セル群に流れる交流電流は、交流電流検出部５３１ａ，５３２ａで検出され、積層セル群両端の交流電圧は交流電圧検出線に接続した交流電位差検出部５２１，５２２で検出される。
【０１３３】
したがって、本実施形態によれば、交流調整部５４０による電圧比較機能が不要であるので、回路を簡素化できる。
【０１３４】
（第５実施形態）
図１６は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第５実施形態を示す図である。
【０１３５】
上記各実施形態では、ひとつの中途に接続した。これに対して、本実施形態では、中途点を順次切り替える。すなわち接続切替器５８０で中途点を順次切り替えるようにした。
【０１３６】
このようにすれば、現在の測定値と一つ前の測定値とを比較することで、現在接続されているセルの抵抗を算出することができる。したがって、各セル毎に内部抵抗を測定することができる。これによって積層方向の内部抵抗分布や局所的なセルの劣化などをモニタすることができる。
【０１３７】
（第６実施形態）
図１７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第６実施形態を示す図である。
【０１３８】
上記各実施形態では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続した。これに対して、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。具体的な回路図を図１８に示す。
【０１３９】
正極側電源部５３１は、コンデンサー５１１を介して、燃料電池１の正極側のバイポーラープレート５０１に接続する。正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して、バイポーラープレート５０１とは異なるバイポーラープレート５０１ａに接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３１ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３１ａに接続する。
【０１４０】
負極側電源部５３２は、コンデンサー５１２を介して、燃料電池１の負極側のバイポーラープレート５０２に接続する。負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介してバイポーラープレート５０２とは異なるバイポーラープレート５０２ａに接続する。また負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３２ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３２ａに接続する。
【０１４１】
本実施形態によっても、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。なお本実施形態の場合は、バイポーラープレート５０１とバイポーラープレート５０１ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０２とバイポーラープレート５０２ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０３とバイポーラープレート５０３１ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０３とバイポーラープレート５０３２ａとの間のセル抵抗は、いずれも交流電圧検出の範囲外となり検出できない。しかしながら、大型積層電池などのように積層枚数が多い場合や、セル間の抵抗ばらつきが揃っている場合には、検出範囲のセル枚数から１セル当たりの平均セル抵抗を求めて補正できるので問題ない。
【０１４２】
（第７実施形態）
図１９は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第７実施形態を示す回路図である。
【０１４３】
本実施形態を回路図で示すと、第３実施形態(図１３)と同じになる。ただし、第３実施形態では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続するようにしたが、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。なお本実施形態では、交流電位差検出部は正極側にのみ設け、この正極側交流電位差検出部を図１７のバイポーラープレート５０３１ａに接続する。図１７のバイポーラープレート５０３２ａに接続する交流電位差検出部は不要である。
【０１４４】
このようにすれば、第３実施形態と同様に、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになる。そのため、内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。そしてこの交流電流に基づいて積層電池の内部抵抗を求めるので、稼働中の積層電池の内部抵抗を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができる。また接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。
【０１４５】
（第８実施形態）
図２０は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第８実施形態を示す回路図である。
【０１４６】
本実施形態では、基本的には第４実施形態(図１５)と同様である。ただし、第４実施形態(図１５)では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続したのに対して、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。具体的な回路図を図２０に示す。
【０１４７】
正極側極性反転アンプ５４０ｂは、コンデンサー５１１を介して、燃料電池１の正極側のバイポーラープレート５０１に接続する。正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して、バイポーラープレート５０１とは異なるバイポーラープレート５０１ａに接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３１ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３１ａに接続する。
【０１４８】
負極側極性反転アンプ５４０ｃは、コンデンサー５１２を介して、燃料電池１の負極側のバイポーラープレート５０２に接続する。負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介してバイポーラープレート５０２とは異なるバイポーラープレート５０２ａに接続する。また負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３２ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３２ａに接続する。
【０１４９】
このようにすれば、第４実施形態と同様に、積層電池出力端で検出される交流電圧の極性が反転されてそれぞれの積層電池出力端子に戻されるので、積層電池出力端の交流電圧振幅が強制的に相殺(零化)される。これによって、積層電池両端の交流電圧振幅は共に零になって等電位になる。また各々の積層セル群に流れる交流電流は、交流電流検出部５３１ａ，５３２ａで検出され、積層セル群両端の交流電圧は交流電圧検出線に接続した交流電位差検出部５２１，５２２で検出される。したがって、本実施形態によれば、交流調整部５４０による電圧比較機能が不要であるので、回路を簡素化できる。また接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。
【０１５０】
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。
【０１５１】
たとえば、図２１Ａのように、積層電池１にさらに抵抗２を直列接続したものを内部抵抗測定対象としてもよい。このような場合であれば、図２１Ａの抵抗２の端部を上記実施形態の正極と捉え、図２１Ａの積層電池１の正極を上記実施形態の中途点と捉え、図２１Ａの積層電池１の負極を上記実施形態の負極と捉える。このようにすれば、図２１Ａの積層電池全体の内部抵抗値がＲ２として求まる。このようにしても、積層電池全体の内部抵抗値を正確に測定することができる。
【０１５２】
また図２１Ｂのように、積層電池１−１にさらに積層電池１−２を直列接続したものを内部抵抗測定対象としてもよい。このような場合であれば、積層電池１−１の正極を上記実施形態の正極と捉え、積層電池１−１と積層電池１−２との中途点を上記実施形態の中途点と捉え、積層電池１−２の負極を上記実施形態の負極と捉える。このようにすれば、積層電池１−１の内部抵抗値がＲ１として求まり、積層電池１−２の内部抵抗値がＲ２として求まる。このようにしても、積層電池１−１及び積層電池１−２のそれぞれの内部抵抗値を正確に測定することができる。
【０１５３】
さらに上記説明においては、積層電池の一例として燃料電池を挙げたが、リチウムイオン電池などの電池であってもよい。すなわち発電要素が複数積層される電池であれば適用できる。そのような電池であっても内部抵抗が測定できれば効率的な運転ができ望ましい。
【０１５４】
さらにまた図１７のような構成において、第５実施形態のように中途点を順次切り替えるようにしてもよい。このようにしても第５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１５５】
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【０１５６】
本願は、２０１０年１２月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０１０−２７５６３８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。
【図１Ａ】
2012077450.tif 000008
【図１Ｂ】
2012077450.tif 000009
【図２】
2012077450.tif 000010
【図３】
2012077450.tif 000011
【図４】
2012077450.tif 000012
【図５】
2012077450.tif 000013
【図６】
2012077450.tif 000014
【図７】
2012077450.tif 000015
【図８】
2012077450.tif 000016
【図９】
2012077450.tif 000017
【図１０Ａ】
2012077450.tif 000018
【図１０Ｂ】
2012077450.tif 000019
【図１１】
2012077450.tif 000020
【図１２】
2012077450.tif 000021
【図１３】
2012077450.tif 000022
【図１４】
2012077450.tif 000023
【図１５】
2012077450.tif 000024
【図１６】
2012077450.tif 000025
【図１７】
2012077450.tif 000026
【図１８】
2012077450.tif 000027
【図１９】
2012077450.tif 000028
【図２０】
2012077450.tif 000029
【図２１Ａ】
2012077450.tif 000030
【図２１Ｂ】
2012077450.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電要素が積層される積層電池からなる内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、
前記内部抵抗測定対象の正極に接続される正側部位と、
前記内部抵抗測定対象の負極に接続される負側部位と、
前記内部抵抗測定対象の中途に接続される中途部位と、
前記内部抵抗測定対象の正極及び負極へ出力される交流電流を調整する交流調整部と、
前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、
を含む積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項２】
複数の発電要素が積層される積層電池からなる内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、
前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、
前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、
を含む積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項３】
複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、
前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、
前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、
を含む積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記内部抵抗測定対象は、前記積層電池であって、
前記交流調整部は、前記積層電池の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記積層電池の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記交流電源部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する正極側電源部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する負極側電源部と、を含み、
前記交流調整部は、前記正極側交流電位差と前記負極側交流電位差とが一致するように、前記正極側電源部及び前記負極側電源部を調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記正極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記負極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続されるとともに、その接続経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項７】
請求項５に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の一方に直流遮断部を介して接続される可変抵抗及び可変コンデンサーと、
前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の他方に直流遮断部を介して接続される固定抵抗と、
前記正極側接続部分又は前記負極側接続部分のいずれか一方と前記中途部分とに直流遮断部を介して接続されて、前記正極側交流電位差又は前記負極側交流電位差を検出する交流電位差検出器と、
を含み、
前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
前記交流調整部は、前記正極側交流電位と前記負極側交流電位とが一致するように、前記可変抵抗及び可変コンデンサーを調整する、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の一方が接続される経路とは異なる経路が、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の他方が接続される経路とは異なる経路が、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
前記交流調整部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の正極側接続部分の電位をゼロする正極側調整部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の負極側接続部分の電位をゼロにする負極側調整部と、を含む、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分には、前記正極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分には、前記負極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
前記中途部分を順次切り替える接続切替変更器をさらに含む、
積層電池の内部抵抗測定装置。
【請求項１５】
複数の発電要素が積層される積層電池からなる内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流出力工程と、
前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整工程と、
前記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抵抗を演算する抵抗演算工程と、
を含む積層電池の内部抵抗測定方法。
【請求項１６】
複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に交流電流を出力して積層電池の内部抵抗を測定する方法において、
前記内部抵抗測定対象の正極側と負極側との中途部分に、正極及び負極に共通の交流電位を与える中途電極を設け、
前記内部抵抗測定対象の正極側と負極側とに交流電流を供給し、
前記内部抵抗測定対象の正極の電位から中途電極の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極の電位から前記中途電極の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整し、
前記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抵抗を演算する、
積層電池の内部抵抗測定方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、複数の発電要素が積層される積層電池の内部抵抗を測定する装置及び方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、電池の運転中でなくても内部抵抗を測定可能であって安価な内部抵抗測定装置及び内部抵抗測定方法を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のある態様の積層電池の内部抵抗測定装置は、複数の発電要素が積層される積層電池からなる内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部を含む。そしてさらに前記内部抵抗測定対象の正極に接続される正側部位と、前記内部抵抗測定対象の負極に接続される負側部位と、前記内部抵抗測定対象の中途に接続される中途部位と、前記内部抵抗測定対象の正極及び負極へ出力される交流電流を調整する交流調整部と、前記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抵抗を演算する抵抗演算部と、を含む。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
燃料電池１が内部抵抗測定対象である。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。さらに正極端子２１１は、接続線４を介して負荷装置３の正極に接続される。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。さらに負極端子２１２は、接続線４を介して負荷装置３の負極に接続される。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で破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ーやトランスである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
上記各実施形態では、ひとつの中途点に接続した。これに対して、本実施形態では、中途点を順次切り替える。すなわち接続切替器５８０で中途点を順次切り替えるようにした。                                                                                
【国際調査報告】
2012077450.tif 000032
2012077450.tif 000033