(57)【要約】【課題】燃料電池の電圧モニタの構成を簡略化する。【解決手段】電圧監視システム２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５のそれぞれに対して１つずつ設けられ、アドノード側とカソード側とに接続されたスイッチ回路３１〜３５と、スイッチ回路３１〜３５の接続状態を順次切り替えて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧を順次入力電圧として入力するトランス５０と、トランス５０の出力電圧を用いて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最大電圧及び／または最小電圧を検出する最大最小値検出回路６０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックの電圧監視システムであって、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対して設けられ、該燃料電池の各々の電圧を、該燃料電池から取り出して、絶縁した状態で移送する電圧伝達手段と、
前記電圧伝達手段が移送する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該移送された電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を出力する検出回路と
を備えた電圧監視システム。
【請求項２】
請求項１記載の電圧監視システムであって、
前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のアノード側とカソード側とに接続された差動アンプであり、
前記検出回路は、前記差動アンプの出力ごとに同一方向に設けられたダイオードと、該ダイオードとグランドとの間に介装されるコンデンサとを備えた
電圧監視システム。
【請求項３】
前記差動アンプの電源は、前記燃料電池から独立して設けられた絶縁型電源である請求項２記載の電圧監視システム。
【請求項４】
請求項１記載の電圧監視システムであって、
前記電圧伝達手段は、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられ、該複数の燃料電池のアドノード側とカソード側とに接続されたスイッチ回路と、
該スイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、前記燃料電池の各々の電圧を順次入力電圧として入力するトランスと
を備え、
前記検出回路は、コンデンサを備えた
電圧監視システム。
【請求項５】
請求項４記載の電圧監視システムであって、
前記検出回路は、前記最小値を検出する最小値検出回路と、前記最大値を検出する最大値検出回路とを備え、
前記最小値検出回路及び前記最大値検出回路は、スイッチ回路により前記トランスとの接続を切替可能である
電圧監視システム。
【請求項６】
請求項１記載の電圧監視システムであって、
前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のアノード側とカソード側とに接続され、流れる電流に応じた電圧を出力する電流センサであり、
前記検出回路は、前記電流センサの出力ごとに設けられたダイオードと、該ダイオードとグランドとの間に介装されるコンデンサとを備えた
電圧監視システム。
【請求項７】
前記電流センサは、磁気センサである請求項６記載の電圧監視システム。
【請求項８】
前記電流センサの電源は、前記燃料電池から独立して設けられた絶縁型電源である請求項６または請求項７記載の電圧監視システム。
【請求項９】
更に、前記燃料電池スタックの全体電圧を検出する全体電圧検出回路を備えた請求項１ないし請求項８のいずれか記載の電圧監視システム。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか記載の電圧監視システムであって、
前記電圧伝達手段及び前記検出回路は、前記複数の燃料電池の所定グループごとに設けられ、
更に、
前記所定グループごとの検出回路のそれぞれに設けられ、該検出回路の出力結果を、絶縁した状態で移送する分岐用電圧伝達手段と、
前記分岐用電圧伝達手段が移送する前記出力結果を集合して、該移送された出力結果のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を出力する分岐用検出回路と
を備えた電圧監視システム。
【請求項１１】
前記分岐用電圧伝達手段及び前記分岐用検出回路は、多段に構成された請求項１０記載の電圧監視システム。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項９のいずれか記載の電圧監視システムであって、
前記電圧伝達手段及び前記検出回路は、前記複数の燃料電池の所定グループごとに設けられ、
更に、
前記所定グループごとの検出回路のそれぞれに設けられ、該検出回路の出力結果を、絶縁した状態で移送する分岐用電圧伝達手段と、
前記分岐用電圧伝達手段が移送する前記出力結果に基づいて、該移送された出力結果のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を演算する分岐用演算回路と
を備えた電圧監視システム。
【請求項１３】
前記検出回路は、前記最小値と最大値の少なくとも一方の出力を断続的に行う請求項１ないし請求項１２のいずれか記載の電圧監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックの電圧監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、単セルでは出力が１Ｖにも満たないため、一般的には、複数の単セルを直列接続した燃料電池スタックとして構成される。かかる燃料電池スタックでは、単セル１つにでも異常や故障が発生すると、スタック全体に対して出力制限を行うか、運転を停止する必要がある。そのため、通常は、燃料電池スタックは、各単セルの電圧を監視するための単セルモニタを備えている（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、全ての単セルについてそれぞれ電圧を測定するためには、測定回路の構成や、測定結果を演算処理するためのＣＰＵが比較的大規模なものとなり、装置の大型化や高コスト化を招くことが問題となっていた。特に、車両の動力源として用いられる燃料電池スタックのように、比較的大きな出力を必要とする場合には、燃料電池スタックを構成する単セルが極めて多数になるため、かかる問題は顕著となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の電圧モニタの構成を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［形態１］複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックの電圧監視システムであって、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対して設けられ、該燃料電池の各々の電圧を、該燃料電池から取り出して、絶縁した状態で移送する電圧伝達手段と、
前記電圧伝達手段が移送する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該移送された電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を出力する検出回路と
を備えた電圧監視システム。
【０００８】
かかる形態の電圧監視システムは、電圧伝達手段が絶縁した状態で移送する、複数の燃料電池の電圧を集合して、最小値と最大値の少なくとも一方を出力するので、最小値または最大値を求めるための演算負荷を軽減できる。したがって、電圧監視システムの構成を簡略化することができる。
【０００９】
［形態２］形態１記載の電圧監視システムであって、前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のアノード側とカソード側とに接続された差動アンプであり、前記検出回路は、前記差動アンプの出力ごとに同一方向に設けられたダイオードと、該ダイオードとグランドとの間に介装されるコンデンサとを備えた電圧監視システム。
【００１０】
かかる形態の電圧監視システムは、差動アンプとダイオードとコンデンサとで構成されるので、電圧監視システムの構成を簡略化することができる。また、汎用部品を用いて構成できるので、製造が容易であり、低コスト化できる。
【００１１】
［形態３］前記差動アンプの電源は、前記燃料電池から独立して設けられた絶縁型電源である形態２記載の電圧監視システム。
【００１２】
かかる形態の電圧監視システムは、燃料電池の発電の状態に依存せずに、例えば、燃料電池の出力が負電圧となる場合であっても、最大値や最小値を検出することができる。また、絶縁型電源を用いるので、燃料電池の数が多数となっても、つまり、差動アンプの数が多数となって、必要な電源電圧が比較的大きくなっても、好適に電源を供給できる。
【００１３】
［形態４］形態１記載の電圧監視システムであって、前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられ、該複数の燃料電池のアドノード側とカソード側とに接続されたスイッチ回路と、該スイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、前記燃料電池の各々の電圧を順次入力電圧として入力するトランスとを備え、前記検出回路は、コンデンサを備えた電圧監視システム。
【００１４】
かかる形態の電圧監視システムは、複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられたスイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、トランスに入力し、その出力電圧を用いて、入力電圧の最小値や最大値を検出する。したがって、燃料電池１つに対して、１つのスイッチ回路を設けるだけで、各燃料電池の電圧の最小値や最大値を検出することができ、回路構成を簡略化できる。その結果、電圧監視システムの低コスト化、小型化に資することができる。
【００１５】
［形態５］形態４記載の電圧監視システムであって、前記検出回路は、前記最小値を検出する最小値検出回路と、前記最大値を検出する最大値検出回路とを備え、前記最小値検出回路及び前記最大値検出回路は、スイッチ回路により前記トランスとの接続を切替可能である電圧監視システム。
【００１６】
かかる形態の電圧監視システムは、各燃料電池の電圧の最小値と最大値の両方を検出することができるので、好適に燃料電池スタックの運転制御を行うことができる。また、最小値検出回路と最大値検出回路とをスイッチ回路により切り替えるので、回路構成を簡略化できる。
【００１７】
［形態６］形態１記載の電圧監視システムであって、前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のアノード側とカソード側とに接続され、流れる電流に応じた電圧を出力する電流センサであり、前記検出回路は、前記電流センサの出力ごとに設けられたダイオードと、該ダイオードとグランドとの間に介装されるコンデンサとを備えた電圧監視システム。
［形態７］前記電流センサは、磁気センサである形態６記載の電圧監視システム。
【００１８】
形態６または形態７の電圧監視システムは、電流センサとダイオードとコンデンサとで構成されるので、電圧監視システムの構成を簡略化することができる。また、汎用部品を用いて構成できるので、製造が容易であり、低コスト化できる。
【００１９】
［形態８］前記電流センサの電源は、前記燃料電池から独立して設けられた絶縁型電源である形態６または形態７記載の電圧監視システム。
【００２０】
かかる形態の電圧監視システムは、燃料電池の発電の状態に依存せずに、例えば、燃料電池の出力が負電圧となる場合であっても、最大値や最小値を検出することができる。また、絶縁型電源を用いるので、燃料電池の数が多数となっても、つまり、電流センサの数が多数となって、必要な電源電圧が比較的大きくなっても、好適に電源を供給できる。
【００２１】
［形態９］更に、前記燃料電池スタックの全体電圧を検出する全体電圧検出回路を備えた形態１ないし形態８のいずれか記載の電圧監視システム。
【００２２】
かかる形態の電圧監視システムは、燃料電池スタックの全体電圧、換言すれば、複数の燃料電池の平均電圧を検出することができるので、検出回路で検出した最小値や最大値が異常値であるか否かの判断を適正に行って、好適に燃料電池スタックの運転制御を行うことができる。
【００２３】
［形態１０］形態１ないし形態９のいずれか記載の電圧監視システムであって、前記電圧伝達手段及び前記検出回路は、前記複数の燃料電池の所定グループごとに設けられ、更に、前記所定グループごとの検出回路のそれぞれに設けられ、該検出回路の出力結果を、絶縁した状態で移送する分岐用電圧伝達手段と、前記分岐用電圧伝達手段が移送する前記出力結果を集合して、該移送された出力結果のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を出力する分岐用検出回路とを備えた電圧監視システム。
【００２４】
［形態１１］前記分岐用電圧伝達手段及び前記分岐用検出回路は、多段に構成された形態１０記載の電圧監視システム。
【００２５】
形態１０または形態１１の電圧監視システムは、複数の燃料電池を所定のグループに分けて、複数段階で最小値や最大値を出力するので、構成部品１つ当たりの必要容量を小さくすることができる。したがって、複数の燃料電池の数が多数になる場合であっても、構成部品を汎用規格容量の範囲で用意できるので、製造が容易であり、低コスト化することができる。
【００２６】
［形態１２］形態１ないし形態９のいずれか記載の電圧監視システムであって、前記電圧伝達手段及び前記検出回路は、前記複数の燃料電池の所定グループごとに設けられ、更に、前記所定グループごとの検出回路のそれぞれに設けられ、該検出回路の出力結果を、絶縁した状態で移送する分岐用電圧伝達手段と、前記分岐用電圧伝達手段が移送する前記出力結果に基づいて、該移送された出力結果のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を演算する分岐用演算回路とを備えた電圧監視システム。
【００２７】
かかる形態の電圧監視システムは、複数の燃料電池を所定のグループに分けて、グループごとの最小値や最大値の出力結果に基づいて、全体の最小値や最大値を分岐用演算回路で演算するので、各々の燃料電池の出力から最小値や最大値を演算する場合と比べて、演算負荷を低減することができる。
【００２８】
［形態１３］前記検出回路は、前記最小値と最大値の少なくとも一方の出力を断続的に行う形態１ないし形態１２のいずれか記載の電圧監視システム。
かかる形態の電圧監視システムは、消費電力を節約することができる。
【００２９】
［適用例１］複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックの電圧監視システムであって、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられ、該複数の燃料電池のアドノード側とカソード側とに接続されたスイッチ回路と、該スイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、前記燃料電池の各々の電圧を順次入力電圧として入力するトランスと、該トランスの出力電圧を用いて、前記入力電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を検出する検出回路とを備えた電圧監視システム。
【００３０】
かかる構成の電圧監視システムは、複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられたスイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、トランスに入力し、その出力電圧を用いて、入力電圧の最小値や最大値を検出する。したがって、燃料電池１つに対して、１つのスイッチ回路を設けるだけで、各燃料電池の電圧の最小値や最大値を検出することができ、回路構成を簡略化できる。その結果、電圧監視システムの低コスト化、小型化に資することができる。
【００３１】
［適用例２］更に、前記燃料電池スタックの全体電圧を検出する全体電圧検出回路を備えた適用例１記載の電圧監視システム。
【００３２】
かかる構成の電圧監視システムは、燃料電池スタックの全体電圧、換言すれば、複数の燃料電池の平均電圧を検出することができるので、検出回路で検出した最小値や最大値が異常値であるか否かの判断を適正に行って、好適に燃料電池スタックの運転制御を行うことができる。
【００３３】
［適用例３］適用例１または適用例２記載の電圧監視システムであって、前記検出回路は、前記最小値を検出する最小値検出回路と、前記最大値を検出する最大値検出回路とを備え、前記最小値検出回路及び前記最大値検出回路は、スイッチ回路により前記トランスとの接続を切替可能である電圧監視システム。
【００３４】
かかる構成の電圧監視システムは、各燃料電池の電圧の最小値と最大値の両方を検出することができるので、好適に燃料電池スタックの運転制御を行うことができる。また、最小値検出回路と最大値検出回路とをスイッチ回路により切り替えるので、回路構成を簡略化できる。
【００３５】
［適用例４］前記検出回路は、コンデンサにより前記最小値と最大値の少なくとも一方を検出する適用例１ないし適用例３のいずれか記載の電圧監視システム。
【００３６】
かかる構成の電圧監視システムは、コンデンサにより最小値を検出するので、回路構成を簡略化できる。
【００３７】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれか記載の電圧監視システムであって、前記スイッチ回路、前記トランス及び前記検出回路は、前記複数の燃料電池の所定グループごとに設けられ、更に、前記検出回路ごとに設けられた分岐用スイッチ回路と、該分岐用スイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、前記検出回路の検出電圧を分岐入力電圧として順次入力する分岐用トランスと、該分岐用トランスの出力電圧を用いて、前記分岐入力電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を検出する分岐用検出回路とを備えた電圧監視システム。
【００３８】
［適用例６］前記分岐用スイッチ回路、前記分岐用トランス及び前記分岐用検出回路は、多段に構成された適用例５記載の電圧監視システム。
【００３９】
適用例５または適用例６の電圧監視システムは、複数の燃料電池を所定のグループに分けて、当該グループを単位として多段に設けられた検出回路等によって、最小値や最大値を検出するので、燃料電池スタックを構成する燃料電池の数が比較的多い場合であっても、入力される燃料電池ごとの電圧間の時間差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】電圧監視システム２０の構成を示す説明図である。
【図２】最大値検出動作における、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作とコンデンサＣ１１，Ｃ１２の電圧の推移を例示する説明図である。
【図３】最小値検出動作における、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作とコンデンサＣ１１，Ｃ１２の電圧の推移を例示する説明図である。
【図４】比較例としての電圧検出回路の構成を示す説明図である。
【図５】最小値検出動作を行う第２実施例としての電圧監視システム５２０の構成を示す説明図である。
【図６】電圧監視システム５２０の変形例を示す説明図である。
【図７】最大値検出動作を行う第２実施例としての電圧監視システム６２０の構成を示す説明図である。
【図８】第３実施例としての電圧監視システム７２０の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の電圧監視システムの構成を示す説明図である。
【図１０】変形例としての電圧監視システムの構成を示す説明図である。
【図１１】変形例としての電圧監視システムの構成を示す説明図である。
【図１２】変形例としての電圧監視システムの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
Ａ．第１実施例：
本発明の第１実施例について説明する。
Ａ−１．電圧監視システム２０の概略構成：
本発明の第１実施例としての電圧監視システム２０の概略構成を図１に示す。電圧監視システム２０は、５つの燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５を積層した燃料電池スタックＦＣの電圧を監視するシステムである。燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５は、発電の最小単位である、いわゆる単セルである。
【００４２】
燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５は、固体高分子形の燃料電池であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子材料の薄膜である電解質膜の表面上にカソード電極とアノード電極とを備える電解質膜・電極接合体の両面に、ガス拡散層、流路部材、セパレータが積層されて構成される（図示せず）。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５は、積層方向の両端に配置したターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持されると共に、燃料ガス、酸化ガス及び冷却水の給排システムが接続されている（図示せず）。なお、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数は、５つに限らず、任意に設定すればよい。
【００４３】
電圧監視システム２０は、スイッチ回路３１〜３５、トランス５０、最大最小値検出回路６０、オペアンプ８１，８２を備えている。各スイッチ回路３１〜３５は、基本的には同一の回路であり、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５から見ると、アノード、カソード間にコンデンサＣ１〜Ｃ５が介装され、かつ、これと平行にスイッチＳＷ１〜ＳＷ５、巻線５１〜５５が直列に接続されている。このように、スイッチ回路３１〜３５は、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５のそれぞれに対して１つずつ設けられている。
【００４４】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、図示しないＣＰＵからの信号を受けて燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５のアノード側とカソード側との導通状態のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるリレーである。トランス５０は、巻線５１〜５５を入力側巻線、巻線５７を出力側巻線とするトランスである。スイッチＳＷ１〜ＳＷ５がいずれもＯＦＦとなっていると、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５により、コンデンサＣ１〜Ｃ５は充電される。コンデンサＣ１〜Ｃ５は、一端充電されれば、電力を消費しない。この状態で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のいずれか１つをＯＮにした場合、コンデンサＣ１〜Ｃ５のうち、ＯＮとなったスイッチに対応するコンデンサに蓄えられた電力は、トランス５０の入力側巻線に流れ込む。その電流の変化は極めて大きいので、トランス５０の出力側巻線である巻線５７の両端には、トランス５０の入出力間の相互インダクタンスに応じて、入力電圧に対応した出力電圧が現れる。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のいずれか１つがＯＮとなれば、対応する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５からも電流は流れるが、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５には内部抵抗があるため、短時間のうちに大きな突入電流を流すことはできない。このため、コンデンサＣ１〜Ｃ５を用いて、トランス５０の入力側巻線である巻線５１〜５５に突入電流を流すのである。かかるコンデンサＣ１〜Ｃ５は、いわゆるスピードアップコンデンサと呼ばれるものである。
【００４５】
最大最小値検出回路６０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５に共通する回路であり、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、ダイオード６３，６４、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を備えている。最大最小値検出回路６０は、図示しないＣＰＵからの信号を受けて、スイッチＳＷ１１がＯＮ、スイッチＳＷ１２がＯＦＦとなる場合には、トランス５０の出力電圧の最大値がコンデンサＣ１２にホールドされる最大値検出回路として動作する。また、最大最小値検出回路６０は、図示しないＣＰＵからの信号を受けて、スイッチＳＷ１１がＯＦＦ、スイッチＳＷ１２がＯＮとなる場合には、トランス５０の出力電圧の最小値がコンデンサＣ１２にホールドされる最小値検出回路として動作する。このように、最大値検出回路と最小値検出回路とをスイッチで切り替え可能な構成とすることで、回路構成を簡略化できる。勿論、最大値検出回路と最小値検出回路とを個別に設ける構成としてもよい。なお、最大最小値検出回路６０の動作の詳細は、後述する。
【００４６】
オペアンプ８１，８２は、ボルテージフォロアである。オペアンプ８１は、燃料電池スタックＦＣの全体電圧を、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）に所定のタイミングで出力する。こうして出力される全体電圧からは、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数が分かっているので、平均電圧としても検出可能である。オペアンプ８２は、コンデンサＣ１２がホールドした最大電圧または最小電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）に所定のタイミングで出力する。なお、上述のＡ／Ｄコンバータの出力は、燃料電池スタックＦＣの運転システム及び電圧監視システム２０を制御するＣＰＵ（図示せず）に入力される。
【００４７】
Ａ−２．最大値検出動作：
電圧監視システム２０の最大値検出動作について説明する。最大値検出動作とは、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧のうちの最大値を検出する動作である。かかる動作は、図示しないＣＰＵを介したスイッチＯＮ/ＯＦＦ動作により実現される。
【００４８】
本実施例の最大値検出動作では、まず、スイッチＳＷ１１をＯＮ、スイッチＳＷ１２をＯＦＦにする。そして、スイッチ回路３１〜３５のスイッチＳＷ２〜ＳＷ５をＯＦＦにした状態で、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１をＯＮにする。すると、トランス５０に燃料電池ＦＣ１の電圧Ｖ１が入力され、その出力Ｖ１がコンデンサＣ１１に印加される。そして、ダイオード６３を介して、Ｃ１２に電圧Ｖ１がホールドされる。
【００４９】
次に、スイッチＳＷ１をＯＦＦにし、スイッチ回路３２のスイッチＳＷ２をＯＮにする。すると、トランス５０に燃料電池ＦＣ２の電圧Ｖ２が入力され、その出力Ｖ２がコンデンサＣ１１に印加される。このとき、電圧Ｖ２が電圧Ｖ１以下であれば、ダイオード６３は逆方向バイアスとなるから、コンデンサＣ１２には、電圧Ｖ１がホールドされたままである。一方、電圧Ｖ２が電圧Ｖ１よりも大きければ、ダイオード６３は順方向バイアスとなるから、ダイオード６３を介して、コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２の電荷は平準化される。かかる状態でスイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを何度も繰り返すことで、電圧Ｖ２が電圧Ｖ１よりも大きい場合には、最終的に、コンデンサＣ１２に電圧Ｖ２がホールドされる。
【００５０】
かかる動作の具体例を図２に示す。この例では、電圧Ｖ１＜電圧Ｖ２としている。上述したように、スイッチＳＷ１１をＯＮにした状態でＳＷ１をＯＮにすると、コンデンサＣ１１及びＣ１２の電圧は電圧Ｖ１となる。そして、スイッチＳＷ１をＯＦＦにすると、コンデンサＣ１１の電圧は低下するが、その間、コンデンサＣ１２には、電圧Ｖ１がホールドされている。そして、スイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ繰返し動作を行うと、コンデンサＣ１１には、電圧Ｖ２が繰返し印加される。これに伴い、コンデンサＣ１２の電圧は、最大値をホールドしながら徐々に高くなり、最終的には、電圧Ｖ２に達している。
【００５１】
このようにして、同様の操作をスイッチ回路３３〜３５についても行うと、最終的に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧の最大値である最大電圧ＶｍａｘがコンデンサＣ１２にホールドされる。こうして検出された最大電圧Ｖｍａｘは、オペアンプ８２を介してＣＰＵに出力される。
【００５２】
Ａ−３．最小値検出動作：
電圧監視システム２０の最小値検出動作について説明する。最小値検出動作とは、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧のうちの最小値を検出する動作である。かかる動作は、図示しないＣＰＵを介したスイッチＯＮ/ＯＦＦ動作により実現される。
【００５３】
本実施例の最小値検出動作では、まず、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１２をＯＦＦにした状態で、コンデンサＣ１２に、予め、所定の初期電圧Ｖ０を印加する。ここで、初期電圧Ｖ０とは、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧の最小値よりも確実に大きいと想定される電圧である。本実施例では、上述の電圧Ｖ１及びＶ２を検出する動作と同様の動作によって、コンデンサＣ１２に電圧Ｖ１，Ｖ２のうちの大きい方の電圧を初期電圧Ｖ０として印加するものとしたが、印加方法は、特に限定するものではなく、例えば、印加のための回路構成を付加してもよい。
【００５４】
そして、スイッチ回路３２〜３５のスイッチＳＷ２〜ＳＷ５をＯＦＦにした状態で、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１をＯＮにする。すると、最大値検出動作と同様に、コンデンサＣ１１に電圧Ｖ１がホールドされる。そして、その後、スイッチＳＷ１２をＯＮにする。すると、電圧Ｖ１が電圧Ｖ０以上であれば、ダイオード６４は逆方向バイアスとなるから、コンデンサＣ１２には、Ｖ０がホールドされたままである。一方、電圧Ｖ１が電圧Ｖ０よりも小さければ、ダイオード６４は順方向バイアスとなるから、ダイオード６４を介して、コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２の電荷は平準化される。かかる状態でスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦを何度も繰り返すことで、電圧Ｖ１が電圧Ｖ０よりも小さい場合には、最終的に、コンデンサＣ１２には、電圧Ｖ１がホールドされる。なお、スイッチＳＷ１をＯＦＦにする際には逆起電力が生じるため、その都度事前に、スイッチＳＷ１２を一旦ＯＦＦにする必要がある。
【００５５】
かかる動作の具体例を図３に示す。この例では、初期電圧Ｖ０＞電圧Ｖ１＞電圧Ｖ２としている。上述したように、スイッチＳＷ１１をＯＦＦにした状態でスイッチＳＷ１をＯＮにすると、コンデンサＣ１１の電圧は電圧Ｖ１となる。ここで、スイッチＳＷ１２をＯＮにすると、コンデンサＣ１２の電圧が初期電圧Ｖ０から低下し、さらに、スイッチＳＷ１２をＯＦＦにすると、コンデンサＣ１２の電圧が低下した状態でホールドされる。そして、スイッチＳＷ１をＯＦＦにすると、コンデンサＣ１１の電圧は低下する。かかる動作を繰返し（本例では３回）行うと、コンデンサＣ１２には、電圧Ｖ１がホールドされる。そして、同様の動作をスイッチＳＷ２についても行うと、コンデンサＣ１２には、電圧Ｖ２がホールドされる。
【００５６】
かかる動作をスイッチ回路３２〜３５についても行えば、最終的に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧の最小値である最小電圧ＶｍｉｎがコンデンサＣ１２にホールドされる。こうして検出された最小電圧Ｖｍｉｎは、オペアンプ８２を介してＣＰＵに出力される。
【００５７】
Ａ−４．比較例：
比較例としての燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ３の電圧検出回路の構成を図４（ａ）に示す。図示するように、比較例の回路では、燃料電池ＦＣ１には、２つのスイッチＳＷ１１０，ＳＷ１２０を備えた回路が接続されている。同様に、燃料電池ＦＣ２，ＦＣ３についても、２つのスイッチＳＷ２１０，ＳＷ２２０、スイッチＳＷ３１０，ＳＷ３２０を備えた回路がそれぞれ接続されている。すなわち、燃料電池１つに対して２つのスイッチ回路が設けられている。したがって、スイッチＳＷ１１０及びＳＷ１２０、スイッチＳＷ２１０及びＳＷ２２０、スイッチＳＷ３１０及びＳＷ３２０のいずれか一組のみをＯＮとすれば、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ３の電圧をそれぞれ検出可能である。
【００５８】
また、比較例としての別の電圧検出回路の構成を図４（ｂ）に示す。この例では、図示するように、４つのスイッチＳＷ４１０〜ＳＷ４４０を用いて燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ３の電圧を検出する構成となっている。要するに、図４（ｂ）に示す回路は、図４（ａ）の回路構成に対して、スイッチ回路の数を減らして簡略化しているのである。かかる例では、例えば、燃料電池ＦＣ１と燃料電池ＦＣ２とでは、検出される電圧の正負が逆になってしまう。すなわち、その検出値をそのまま、最大最小値検出回路６０に入力することができない。
【００５９】
以上説明したように、通常の回路構成では、燃料電池１つに対してスイッチ回路を２つ以上設けなければ、最大最小値検出回路６０にそのまま入力可能な電圧を検出することができなかった。
【００６０】
Ａ−５．効果：
上述した構成の電圧監視システム２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５のそれぞれに対して１つずつ設けられたスイッチ回路３１〜３５の接続状態を順次切り替えて、トランス５０に入力し、その出力電圧を用いた最大最小値検出回路６０により、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧の最小値及び最大値を検出する。したがって、燃料電池１つに対して、１つのスイッチ回路を設けるだけで、燃料電池の電圧の最小値や最大値を検出することができ、回路構成を簡略化できる。その結果、電圧監視システムの低コスト化、小型化に資することができる。かかる効果は、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数が多数となる場合には、特に顕著なものとなる。また、上述のＣＰＵには、最大値や最小値のみが出力されるので、燃料電池スタックＦＣを構成する全ての燃料電池の各々の電圧をＣＰＵに出力する場合と比べて、ＣＰＵの演算負荷を大幅に低減することができる。
【００６１】
また、上述した電圧監視システム２０は、最大最小値検出回路６０を用いた燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最小電圧、最大電圧と併せて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の平均電圧（燃料電池スタックＦＣの全体電圧）も検出可能であるため、検出した最小電圧や最大電圧が異常値であるか否かの判断を適正に行って、好適に燃料電池スタックＦＣの運転制御を行うことができる。
【００６２】
Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例について説明する。第２実施例としての電圧監視システム５２０の概略構成を図５に示す。図５では、第１実施例と同様の構成については、図１と同様の符号を付している。以下、電圧監視システム５２０について、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。図５では、説明を簡略化するため、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧のうちの最小値を検出する構成のみを備えるものとしている。電圧監視システム５２０は、図示するように、オペアンプ５３１〜５３５と、最小値検出回路５６０とを備えている。オペアンプ５３１〜５３５は、差動増幅器であり、両入力端子に接続された燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧を、予め定めたゲインで増幅した電圧（ここではゲインを１としたので、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧そのもの）を実電位とは絶縁して出力する。
【００６３】
燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５は、積層され、電気的には直列接続されているから、グランドレベルに対して、核燃料電池のカソードの電圧は、その燃料電池までに積層された燃料電池の数に対応した電位までかさ上げされている。オペアンプ５３１〜５３５として差動増幅器を用いていることにより、各オペアンプ５３１〜５３５の出力はいずれも、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧をグランドレベルに対して表した値となっている。本実施例においては、オペアンプ５３１〜５３５の電源として、燃料電池スタックＦＣの出力を用いる構成としている。
【００６４】
最小値検出回路５６０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力のうちの最小値を検出する回路であり、ダイオード５４１〜５４５と、コンデンサＣ５００と、電源５５０と抵抗５５５とを備えている。上述した各オペアンプ５３１〜５３５の出力は全て、逆方向のダイオード５４１〜５４５に接続されている。このため、各オペアンプ５３１〜５３５の出力は、いわゆるワイヤードオア接続となっている。つまり、各オペアンプ５３１〜５３５の出力は、他のオペアンプ５３１〜５３５の出力に対しては何ら影響を与えない。ワイヤードオア接続されたオペアンプ５３１〜５３５出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ５００が接続されており、更に、プルアップ抵抗器５５５を介して所定の正の電源が接続されている。この電圧は、オペアンプ５３１〜５３５の想定される出力に対して十分に大きな値で設定されている。
【００６５】
かかる電圧監視システム５２０の最小値検出動作について説明する。なお、説明を簡略化するため、以下の動作では、ダイオード５４１〜５４５の降下電圧を０ボルトであるとして説明する。
（１）オペアンプ５３１〜５３５が動作しておらず、各オペアンプ５３１〜５３５の出力がハイインピーダンス状態となっていれば、オペアンプ５３１〜５３５の出力への電流の流れ込みはないので、コンデンサＣ５００は充電された状態となり、端子ＭＭＣの電圧は、プルアップ抵抗器５５５を介して接続された正の電源電圧と等しくなる。
【００６６】
（２）次に、所定のタイミングでオペアンプ５３１〜５３５を動作させ、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各出力電圧を差動増幅器であるオペアンプ５３１〜５３５で検出し、出力させると、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は低下する。この動作は、端子ＭＭＣの電圧が、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も低い電圧Ｖｍｉｎ１となるまで継続する。端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍｉｎ１と一致したとき、他のオペアンプ５３１〜５３５（電圧Ｖｍｉｎ１を出力したオペアンプ以外のオペアンプ）は、この端子ＭＭＣの電圧より高いから、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込むことはない。
【００６７】
（３）仮に、いずれかの燃料電池の電圧が更に低下し、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も低い電圧がＶｍｉｎ２（Ｖｍｉｎ１＞Ｖｍｉｎ２）となると、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧よりも低い電圧を出力したオペアンプ５３１〜５３５にダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は低下する。この動作は、端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍｉｎ２となるまで継続する。端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍｉｎ２と一致したとき、他のオペアンプ５３１〜５３５は、この端子ＭＭＣの電圧より高いから、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込むことはない。
【００６８】
（４）逆に、それまで最小の電圧であった燃料電池の電圧が高くなり、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も低い電圧がＶｍｉｎ３（Ｖｍｉｎ１＜Ｖｍｉｎ３）となると、オペアンプ５３１〜５３５は、端子ＭＭＣの電圧より高いから、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込むことはない。したがって、電源５５０によって、コンデンサＣ５００が徐々に充電される。この充電は、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍｉｎ３になるまで継続される。端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍｉｎ３を超えると、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は低下する。
【００６９】
実際には、上述した（２）〜（４）のいずれの場合でも、ダイオードには順方向の降下電圧（シリコンダイオードの場合、通常０．７ボルト程度）が存在するから、端子ＭＭＣの電圧は、オペアンプ５３１〜５３５の出力の最小値より、この順方向降下電圧分だけ高くなるが、各ダイオードの順方向降下電圧は、既知のものなので、端子ＭＭＣの電圧を検出することにより、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最小電圧を検出することは容易である。なお、トランジスタを用いて、順方向降下電圧を、ダイオードを用いた構成より小さくして測定すれば、より燃料電池の実際の電圧に近い値を検出することも可能である。このようにして、コンデンサＣ５００には、ダイオード５４１〜５４５の最小出力、すなわち、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最小電圧に対応する電圧がホールドされ、図示しないＣＰＵに出力される。
【００７０】
かかる構成の電圧監視システム５２０は、スイッチを使う必要がなく、ダイオードでワイヤードオア接続すれば足りるので、構成を簡略化することができる。また、汎用部品を用いて構成できるので、製造が容易であり、低コスト化できる。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力を取り出す各回路の干渉がない。また、第１実施例のようにスイッチによって接続状態を切り替える必要がないので、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧変動に対する応答性に優れる。しかも、コンデンサＣ５００を用いており、いわば積分回路を備えていることになるので、ノイズなどの影響を除いて、最小電圧を出力することができる。
【００７１】
また、上述の例では、オペアンプ５３１〜５３５の電源として、燃料電池スタックＦＣを用いる構成について示したが、オペアンプ５３１〜５３５の電源は、燃料電池スタックＦＣから独立して設けられた電源としてもよい。図６には、オペアンプ５３１〜５３５の電源として、燃料電池スタックＦＣから独立した電源５８０を用いた構成を示している。燃料電池スタックＦＣでは、フラッディングなどによって、出力が０Ｖや負電圧となることも想定されるが、オペアンプ５３１〜５３５の電源を別途設ければ、このような状況においても、燃料電池スタックＦＣの電圧を確実に監視することができる。また、かかる場合、電源５８０は、絶縁型の電源としてもよい。こうすれば、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池を多数積層する場合であっても、すなわち、各オペアンプの出力の合計値が大きくなるような場合であっても、各オペアンプに好適に電源を供給することができる。なお、電源５５０と電源５８０とは兼用してもよい。
【００７２】
また、上述の電圧監視システム５２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧のうちの最小値を出力するものであったが、最大値を出力するための電圧監視システム６２０の構成を図７に示す。図７では、電圧監視システム５２０と同様の構成については、図６と同様の符号を付している。以下、電圧監視システム６２０について、電圧監視システム５２０と異なる点についてのみ説明する。電圧監視システム６２０は、図示するように、オペアンプ５３１〜５３５と、最大値検出回路６６０とを備えている。つまり、電圧監視システム６２０は、電圧監視システム５２０の最小値検出回路５６０に代えて、最大値検出回路６６０を備えている。
【００７３】
最大値検出回路６６０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力のうちの最大値を検出する回路であり、ダイオード６４１〜６４５とコンデンサＣ５００と抵抗５５７とを備えている。最大値検出回路６６０が最小値検出回路５６０と異なる点は、ダイオード６４１〜６４５の向きが、最小値検出回路５６０のダイオード５４１〜５４５と逆向きになるように配置される点と、最小値検出回路５６０の電源５５０及び抵抗５５５に代えて、抵抗５５７を備えている点である。抵抗５５７は、いわばプルダウン抵抗器であり、コンデンサＣ５００に溜まった電荷を放電し、オペアンプ５３１〜５３５側からの出力がなければ、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧をゼロにする。
【００７４】
かかる構成の電圧監視システム６２０の最大値検出動作について説明する。なお、説明を簡略化するため、以下の動作では、ダイオード６４１〜６４５の降下電圧を０ボルトであるとして説明する。
（１）所定のタイミングでオペアンプ５３１〜５３５を動作させ、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各出力電圧を差動増幅器であるオペアンプ５３１〜５３５で検出し、出力させると、ダイオード６４１〜６４５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は上昇する。この動作は、端子ＭＭＣの電圧が、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も高い電圧Ｖｍａｘ１となるまで継続する。端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍａｘ１と一致したとき、他のオペアンプ５３１〜５３５（電圧Ｖｍａｘ１を出力したオペアンプ以外のオペアンプ）は、この端子ＭＭＣの電圧より低いから、ダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込むことはない。
【００７５】
（２）仮に、いずれかの燃料電池の電圧が更に上昇し、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も高い電圧がＶｍａｘ２（Ｖｍａｘ１＜Ｖｍａｘ２）となると、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧よりも高い電圧を出力したオペアンプ５３１〜５３５からダイオード５４１〜５４５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は上昇する。この動作は、端子ＭＭＣの電圧が電圧Ｖｍａｘ２となるまで継続する。
【００７６】
（３）逆に、それまで最大の電圧であった燃料電池の電圧が低くなり、接続されたオペアンプ５３１〜５３５の出力のうち、最も高い電圧がＶｍａｘ３（Ｖｍａｘ１＞Ｖｍａｘ３）となると、コンデンサＣ５００の端子ＭＭＣの電圧は、オペアンプ５３１〜５３５の出力よりも低いから、オペアンプ５３１〜５３５からコンデンサＣ５００への電流の流れ込みがなくなる。その結果、コンデンサＣ５００は、その電圧がＶｍａｘ１からＶｍａｘ３になるまで、抵抗５５７を介して放電される。なお、実際には、上述した（１）〜（３）のいずれの場合でも、端子ＭＭＣの電圧は、オペアンプ５３１〜５３５の出力の最大値より、この順方向降下電圧分だけ低くなるが、最小値検出動作と同様に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最大電圧を検出することは容易である。
【００７７】
かかる構成の電圧監視システム６２０は、電圧監視システム５２０と同様の効果を奏して、最大値を出力することができる。なお、最小値と最大値とを両方出力したい場合には、オペアンプ５３１〜５３５に対して、最小値検出回路５６０と最大値検出回路６６０とを平行に接続すればよい。なお、上述した第２実施例の構成に、第１実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣの全体電圧を検出する構成を付加してもよい。
【００７８】
Ｃ．第３実施例；
本発明の第３実施例について説明する。第３実施例としての電圧監視システム７２０の概略構成を図８に示す。図８では第２実施例と同様の構成については、図５と同様の符号を付している。以下、電圧監視システム７２０について、第２実施例と異なる点についてのみ説明する。図８では、説明を簡略化するため、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の各々の電圧のうちの最小値を検出する構成のみを備えるものとしている。図示するように、電圧監視システム７２０は、抵抗７７１〜７７５と、電流センサ７３１〜７３５と、最小値検出回路５６０とを備えている。つまり、電圧監視システム７２０は、第２実施例としての電圧監視システム５２０のオペアンプ５３１〜５３５に代えて、抵抗７７１〜７７５と電流センサ７３１〜７３５とを備える点が第２実施例と異なる。
【００７９】
燃料電池ＦＣ１のアノード、カソード間には、抵抗７７１と電流センサ７３１とが直列に接続されている。同様に、燃料電池ＦＣ２〜ＦＣ５についても、抵抗７７２〜７７５と電流センサ７３２〜７３５とが直列に接続されている。
【００８０】
電流センサ７３１〜７３５は、非接触式の直流電流センサであり、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５と絶縁した状態で、抵抗７７１〜７７５を流れる電流に応じて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力電圧と同一値の電圧を出力する。本実施例では、電流センサ７３１〜７３５には、ホール素子型の磁気センサを用いた。ただし、電流センサ７３１〜７３５は、上述の機能を備えたものであればよく、例えば、マグアンプ式、磁気マルチバイブレータ式など種々の磁気センサ、電流センサを用いることができる。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５に急激な出力変化があった場合にのみ出力すればよい構成とするのであれば、電流センサ７３１〜７３５として、カレントトランスを用いることもできる。なお、図８では図示していないが、電流センサ７３１〜７３５の電源には、本実施例では、燃料電池スタックＦＣを用いることとした。
【００８１】
かかる構成の電圧監視システム７２０は、第２実施例と同様にして、最小値検出動作を行うことができる。つまり、コンデンサＣ５００の電圧が、電流センサ７３１〜７３５の最小出力よりも大きい場合には、コンデンサＣ５００からオペアンプ５３１〜５３５へ電流が流れ込み、コンデンサＣ５００の電圧が、電流センサ７３１〜７３５の最小出力と等しくなる。一方、コンデンサＣ５００の電圧が、電流センサ７３１〜７３５の最小出力よりも小さい場合には、電源５５０に充電されて、コンデンサＣ５００の電圧が、電流センサ７３１〜７３５の最小出力と等しくなる。
【００８２】
かかる構成の電圧監視システム５２０は、スイッチを使う必要がなく、ダイオードでワイヤードオア接続すれば足りるので、構成を簡略化することができる。また、汎用部品を用いて構成できるので、製造が容易であり、低コスト化できる。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力を取り出す各回路の干渉がない。また、第１実施例のように、スイッチによって接続状態を切り替える必要がないので、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧変動に対する応答性に優れる。しかも、コンデンサＣ５００を用いており、いわば積分回路を備えていることになるので、ノイズなどの影響を除いて、最小電圧を出力することができる。
【００８３】
また、電流センサ７３１〜７３５の電源として、燃料電池スタックＦＣから独立した電源を用いる構成とすれば、第２実施例において当該構成とした場合と、同様の効果を奏する。また、図示は省略するが、最小値に代えて、あるいは、最小値に加えて最大値を検出する構成は、第２実施例におけるそれと同様である。また、上述した第３実施例の構成に、第１実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣの全体電圧を検出する構成を付加してもよい。
【００８４】
Ｄ.変形例：
上述の実施例の変形例について説明する。
Ｄ−１．変形例１：
上述の実施形態から明らかなように、本発明の電圧監視システムは、複数の燃料電池のそれぞれに対して設けられ、燃料電池の各々の電圧を、燃料電池の実電圧と絶縁した状態で移送する電圧伝達手段と、電圧伝達手段が移送する複数の燃料電池の電圧を比較して、移送された電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を検出する検出回路とを備えていればよい。かかる構成を電圧監視システム８２０として図９に示す。図示するように、電圧監視システム８２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５のそれぞれに対して接続された電圧伝達手段８３１〜８３５と、電圧伝達手段８３１〜８３５に接続された検出回路８５０とを備えている。
【００８５】
電圧伝達手段８３１〜８３５は、第１実施例であれば、スイッチ回路３１〜３５及びトランス５０、第２実施例であれば、オペアンプ５３１〜５３５、第３実施例であれば、抵抗７７１〜７７５及び電流センサ７３１〜７３５に相当する。検出回路８５０は、第１実施例であれば、最大最小値検出回路６０、第２実施例及び第３実施例であれば、最小値検出回路５６０や最大値検出回路６６０に相当する。
【００８６】
かかる電圧監視システム８２０は、電圧伝達手段８３１〜８３５が絶縁した状態で移送する、複数の燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧を集合して、最小値と最大値の少なくとも一方を出力するので、最小値または最大値を求めるための演算負荷を軽減できる。その結果、電圧監視システム８２０の構成を簡略化することができる。なお、本発明の電圧監視システムにおける電圧伝達手段や検出回路の構成は、上述した実施形態に限られるものではなく、同等の機能を有する等価回路などに置換しても実現可能である。例えば、第２実施例におけるダイオード５４１〜５４５に代えて、トランジスタを用いてもよい。
【００８７】
Ｄ−２．変形例２：
上述の第１実施例においては、燃料電池スタックＦＣの最大電圧及び最小電圧を１つの最大最小値検出回路６０で検出する回路構成としたが、最大電圧及び／または最小電圧を段階的に検出する構成としてもよい。例えば、図１０に示すように、第１段目回路１１１，１１２と第２段目回路１２１との２段構成で最大電圧及び最小電圧を検出してもよい。第１段目回路１１１，１１２は、第１のグループである燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４、第２のグループである燃料電池ＦＣ５〜ＦＣ８の最大電圧及び最小電圧をそれぞれ検出する回路であり、実施例で示したスイッチ回路３１〜３５，トランス５０及び最大最小値検出回路６０に相当する回路で構成される。また、第２段目回路１２１は、第１段目回路１１１及び１１２からの出力に基づいて最大電圧及び最小電圧を検出する回路であり、第１段目回路１１１，１１２と同様の回路構成である。なお、他の構成については、第１実施例と同様であるため、説明は省略する。
【００８８】
あるいは、図１１に示すように、第１段目回路２１１〜２１４と第２段目回路２２１，２２２と第３段目回路２３１との３段構成で最大電圧及び最小電圧を検出してもよい。
【００８９】
これらのように、電圧監視システム２０を多段の回路構成として、第Ｎ段目（Ｎは正の整数）回路を同時に動作させれば、より短時間で最大電圧や最小電圧を検出することができる。したがって、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数が比較的多い場合であっても、入力される燃料電池ごとの電圧間の時間差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。
【００９０】
また、図１０や図１１に示した構成は、第１実施例のみならず、第２実施例や第３実施例についても適用できることは勿論である。第２実施例に適用するのであれば、第１段目回路１１１，１１２や第２段目回路１２１は、例えば、オペアンプ５３１〜５３５及び最小値検出回路５６０に相当する回路で構成してもよい。また、第３実施例に適用するのであれば、第１段目回路１１１，１１２や第２段目回路１２１は、例えば、抵抗７７１〜７７５、電流センサ７３１〜７３５及び最小値検出回路５６０に相当する回路で構成してもよい。
【００９１】
これらのように、電圧監視システムを多段の回路構成とすれば、構成部品の１つ当たりの容量を小さくすることができる。例えば、オペアンプの１つあたりの電源電圧を小さくすることができる。したがって、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数が多数になる場合であっても、構成部品を汎用規格容量の範囲で用意できるので、製造が容易であり、低コスト化することができる。
【００９２】
また、電圧監視システムを多段の回路構成とする場合、各々の燃料電池グループ内に参照電位を設けてもよい。あるいは、所定数の燃料電池グループごと、または、高電位の燃料電池グループに参照電位を設けてもよい。例えば、図１０のＡ〜Ｃ点のいずれかで参照電位に接続してもよい。こうすれば、高電位の燃料電池グループにおいても、参照電位に対するグループ内の電位差を小さくできるので、低電圧部品を使用することができ、低コスト化することができる。また、燃料電池グループ内において、当該グループを構成する燃料電池の並びの中央部付近、例えば、図１０のＢ点に参照電位を設ければ、測定誤差を抑制することができる。
【００９３】
Ｄ−３．変形例３：
上述した変形例２では、同一の回路構成の第１段目回路１１１，１１２や第２段目回路１２１などを多段構成としたが、最終段の回路構成は、電圧伝達手段と、電圧伝達手段が移送する電圧を用いて最大値や最小値を演算する演算回路とで構成してもよい。かかる構成の例を図１２に示す。この例では、第１段目回路１１１，１１２にそれぞれ電圧伝達手段１４１，１４２が接続され、電圧伝達手段１４１，１４２は、マイコン１５０に接続されている。電圧伝達手段１４１，１４２は、上述した電圧伝達手段８３１〜８３５と同等の回路である。マイコン１５０は、電圧伝達手段１４１，１４２を介して入力された第１段目回路１１１，１１２の出力を用いて最小値や最大値を演算する。こうすれば、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ８の出力を用いて最小値や最大値を演算する場合と比べて、マイコン１５０の演算負荷を軽減することができる。
【００９４】
Ｄ−４．変形例４：
上述の実施形態で示した最小値検出動作や最大値検出動作は、断続的に行ってもよい。こうすれば、連続的に行う場合と比べて、燃料電池スタックＦＣや電源５８０の消費電力を節約することができる。
【００９５】
Ｄ−５．変形例５：
上述の第１実施例においては、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の最小電圧及び最小電圧を検出する構成としたが、最小電圧、最大電圧のうちのいずれか一方のみを検出する構成としてもよい。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の平均電圧を検出する構成は必須でないことは、勿論である。
【００９６】
Ｄ−６．変形例６：
上述の第１実施例において示した回路構成は一例に過ぎず、複数の燃料電池のそれぞれに対して１つずつ設けられ、複数の燃料電池のアドノード側とカソード側とに接続されたスイッチ回路と、当該スイッチ回路の接続状態を順次切り替えて、燃料電池の各々の電圧を順次入力するトランスと、当該トランスの出力電圧を用いて、燃料電池の最小電圧及び／または最小電圧を検出する構成であれば、上述の第１実施例に示した回路構成の一部を他の構成に変更したり、他の構成を付加したりしてもよいことは勿論である。
【００９７】
Ｄ−７．変形例７：
上述の第１実施例においては、燃料電池スタックを構成する全ての燃料電池のそれぞれに対して、１つずつスイッチ回路を接続する構成としたが、必ずしも全ての燃料電池に対して、スイッチ回路を設ける必要はなく、監視対象としたい燃料電池に対してのみスイッチ回路を設ければよい。例えば、相対的に電圧が小さくなりやすい燃料ガスの下流側に位置する燃料電池の電圧を重点的に監視したい場合には、燃料ガスの上流側に位置する燃料電池では、スイッチ回路を省略してもよいし、燃料電池１つ置きにスイッチ回路を設けてもよい。第２実施例や第３実施例についても、同様に、監視対象としたい燃料電池に対してのみ、電圧伝達手段としてのダイオードや電流センサを設ければよい。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、実施例に示した固体高分子形燃料電池に限らず、ダイレクトメタノール形燃料電池、リン酸形燃料電池など種々の燃料電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
２０，５２０，６２０，７２０，８２０…電圧監視システム
３１〜３５…スイッチ回路
５０…トランス
５１〜５５，５７…巻線
６０…最大最小値検出回路
６３，６４，５４１〜５４５，６４１〜６４５…ダイオード
８１，８２，９１，９２…オペアンプ
１１１，１１２，２１１〜２１４…第１段目回路
１２１，２２１，２２２…第２段目回路
１４１，１４２…電圧伝達手段
１５０…マイコン
２３１…第３段目回路
５３１〜５３５…オペアンプ
５５０，５８０…電源
５５５，５５７，７７１〜７７５…抵抗
５６０…最小値検出回路
６６０…最大値検出回路
７３１〜７３５…電流センサ
８３１〜８３５…電圧伝達手段
８５０…検出回路
ＳＷ１〜ＳＷ５，ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１１０，ＳＷ１２０，ＳＷ２１０，ＳＷ２２０，ＳＷ３１０，ＳＷ３２０，ＳＷ４１０〜ＳＷ４４０…スイッチ
Ｃ１〜Ｃ５，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ５００…コンデンサ
ＦＣ…燃料電池スタック
ＦＣ１〜ＦＣ１２…燃料電池
ＭＭＣ…端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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