(57)【要約】【課題】コモンモード電圧の問題を解決し、各電池の異常な電圧低下を検出可能な電池システムを提供する。【解決手段】検出回路４０１〜４０ｎ−１の各々は、直列に接続された燃料電池セル３２１〜３２ｎの隣接する２つの燃料電池セルの両端に接続され、その２つの燃料電池セルの両端の電圧によって駆動される。そして、検出回路４０１〜４０ｎ−１は、それぞれ、燃料電池セル３２１〜３２ｎ−１から電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−１を受け、その受けた電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であるとき、燃料電池セル３２１〜３２ｎ−１の異常な電圧低下を検出する。また、検出回路４０ｎ−１は、燃料電池セル３２ｎから電圧Ｖ３２ｎを受け、その受けた電圧Ｖ３２ｎが基準電圧Ｖｓｔｄ２以下であるとき、燃料電池セル３２ｎの異常な電圧低下を検出する。【選択図】図２
2010244702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個の電池と、
各々が１個または２個の電池の異常な電圧低下を検出し、前記電池の故障の有無を示す検出信号を出力するｎ−１個の検出回路とを備え、
前記ｎ−１個の検出回路の各々は、前記ｎ個よりも少ない個数からなり、かつ、直列に接続された複数の電池の両端に接続され、前記複数の電池の両端の電圧によって駆動される、電池システム。
【請求項２】
前記ｎ−１個の検出回路のうち、ｎ−２個の検出回路は、前記ｎ個の電池のうちの接地電位に接続された１番目の電池からｎ−２番目の電池に対応して設けられるとともに、各々が対応する電池の異常な電圧低下を検出し、かつ、前記検出信号を出力し、
前記ｎ−１個の検出回路のうち、１個の検出回路は、ｎ−１番目の電池およびｎ番目の電池に対応して設けられるとともに、前記ｎ−１番目の電池およびｎ番目の電池の異常な電圧低下を検出し、前記検出信号を出力する、請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記ｎ−１個の検出回路から受けたｎ個の検出信号に基づいて、前記ｎ個の電池のうち、異常な電圧低下が発生した電池を特定する特定手段をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
前記ｎ−１個の検出回路の各々が前記複数の電池から受ける電圧は、前記検出回路の耐圧よりも低い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項５】
前記ｎ−１個の検出回路のうち、接地電位に接続された１番目の電池からｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ−２を満たす整数）番目の電池に対応して設けられたｊ番目の検出回路は、ｊ番目の電池のマイナス端子とｊ＋１番目の電池のプラス端子との間に接続されており、
前記ｎ−１個の検出回路のうち、前記１番目の電池からｊ＋１番目の電池に対応して設けられたｊ＋１番目の検出回路は、ｊ＋１番目の電池のマイナス端子とｊ＋２番目の電池のプラス端子との間に接続されており、
前記ｎ−１個の検出回路のうち、前記１番目の電池からｎ−１番目およびｎ番目の電池に対応して設けられた１個の検出回路は、前記ｎ−１番目の電池のマイナス端子と前記ｎ番目の電池のプラス端子との間に接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項６】
前記ｎ個の電池の各々は、燃料電池セルからなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項７】
前記ｎ個の燃料電池セルのいずれかの燃料電池セルの異常な電圧低下が検出されたとき、前記ｎ個の燃料電池セルに供給されるガスが流れるための前記ｎ個の燃料電池セルにおける流路をパージする故障判定手段をさらに備える、請求項６に記載の電池システム。
【請求項８】
前記故障判定手段は、異常な電圧低下が検出された燃料電池セルの個数および異常な電圧低下の検出回数によって決定された時間の間、前記パージを行なう、請求項７に記載の電池システム。
【請求項９】
前記故障判定手段は、基準回数の前記パージを行なっても前記異常な電圧低下が解消しない場合、前記ｎ個の燃料電池セルを停止する、請求項７に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池システムに関し、特に、直列に接続された複数の電池のうち、異常な電圧低下が生じた電池を特定する電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された複数の燃料電池セルのうち、故障が発生した燃料電池セルを特定するセル電圧判定ユニットが知られている（特許文献１）。
【０００３】
このセル電圧判定ユニットは、複数の差動増幅器と、複数の比較器と、複数のフォトカプラとを備える。
【０００４】
複数の差動増幅器は、直列に接続された複数の燃料電池セルに対応して設けられる。そして、複数の差動増幅器の各々は、対応する燃料電池セルの両側に設けられた２つのセパレータに接続されている。その結果、複数の差動増幅器は、直列に接続される。
【０００５】
複数の比較器は、複数の差動増幅器に対応して設けられる。複数のフォトカプラは、複数の比較器に対応して設けられる。
【０００６】
複数の差動増幅器の各々は、対応する燃料電池セルの両端の電圧を検出し、その検出した電圧を対応する比較器へ出力する。
【０００７】
複数の比較器の各々は、対応する差動増幅器から燃料電池セルの両端の電圧を受け、その受けた電圧を基準電圧と比較する。そして、複数の比較器の各々は、燃料電池セルの両端の電圧が基準電圧よりも低い場合、燃料電池セルを異常と判定し、その判定結果を示す判定信号を対応するフォトカプラへ出力する。
【０００８】
複数のフォトカプラの各々は、対応する比較器から判定信号を受け、その受けた判定信号に基づいて、燃料電池セルの異常を示す判定信号を制御装置へ出力する。そして、制御装置は、判定信号に基づいて、異常が発生した燃料電池セルを特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９９３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に開示されたセル電圧判定ユニットにおいては、複数の差動増幅器が直列に接続されているため、例えば、各燃料電池セルの開放電圧が１Ｖ程度であり、３０個の燃料電池セルが直列に接続されている場合、各差動増幅器は、３０Ｖの耐圧を必要とする。また、直列に接続された３０個の燃料電池セルのうち、１５番目の燃料電池セルと１６番目の燃料電池セルとの間を接地電位に接続した場合、各差動増幅器は、±１５Ｖの耐圧が必要である。
【００１１】
このように、一方端を接地電位に接続して直列に複数の燃料電池セルを接続した場合に、差動増幅器の耐圧として、直列に接続した複数の燃料電池セルの両端の電圧に相当する耐圧が必要であるのは、特許文献１に開示されたセル電圧判定ユニットにおいては、コモンモード電圧の問題が解決されていないためである。
【００１２】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コモンモード電圧の問題を解決し、各電池の異常な電圧低下を検出可能な電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明である電池システムは、ｎ（ｎは２以上の整数）個の電池と、ｎ−１個の検出器とを備える。ｎ個の電池は、直列に接続される。ｎ−１個の検出器の各々は、１個または２個の電池の異常な電圧低下を検出し、電池の異常の有無を示す検出信号を出力する。そして、ｎ−１個の検出器の各々は、ｎ個よりも少ない個数からなり、かつ、直列に接続された複数の電池の両端に接続され、複数の電池の両端の電圧によって駆動される。
【００１４】
好ましくは、ｎ−１個の検出器のうち、ｎ−２個の検出器は、ｎ個の電池のうちの接地電位に接続された１番目の電池からｎ−２番目の電池に対応して設けられるとともに、各々が対応する電池の異常な電圧低下を検出し、かつ、検出信号を出力する。ｎ−１個の検出器のうち、１個の検出器は、ｎ−１番目の電池およびｎ番目の電池に対応して設けられるとともに、ｎ−１番目の電池およびｎ番目の電池の異常な電圧低下を検出し、検出信号を出力する。
【００１５】
好ましくは、電池システムは、特定手段をさらに備える。特定手段は、ｎ−１個の検出器から受けたｎ個の検出信号に基づいて、ｎ個の電池のうち、異常な電圧低下が発生した電池を特定する。
【００１６】
好ましくは、ｎ−１個の検出器の各々が複数の電池から受ける電圧は、検出器の耐圧よりも低い。
【００１７】
好ましくは、ｎ−１個の検出器のうち、接地電位に接続された１番目の電池からｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ−２を満たす整数）番目の電池に対応して設けられたｊ番目の検出器は、ｊ番目の電池のマイナス端子とｊ＋１番目の電池のプラス端子との間に接続されている。また、ｎ−１個の検出器のうち、１番目の電池からｊ＋１番目の電池に対応して設けられたｊ＋１番目の検出器は、ｊ＋１番目の電池のマイナス端子とｊ＋２番目の電池のプラス端子との間に接続されている。さらに、ｎ−１個の検出器のうち、１番目の電池からｎ−１番目およびｎ番目の電池に対応して設けられた１個の検出器は、ｎ−１番目の電池のマイナス端子とｎ番目の電池のプラス端子との間に接続されている。
【００１８】
好ましくは、ｎ個の電池の各々は、燃料電池セルからなる。
【００１９】
好ましくは、ｎ個の燃料電池セルを直列に接続した燃料電池スタック、ガス供給装置および制御装置で構成された電池システムは、故障判定手段をさらに備える。故障判定手段は、ｎ個の燃料電池セルのいずれかの燃料電池セルにおいて異常な電圧低下が検出されたとき、ｎ個の燃料電池セルに供給されるガスの流路内の水分を燃料電池スタック外へ排気するパージ処理を行い、異常な電圧低下が検出された燃料電池セルの電圧の回復を試みる。
【００２０】
好ましくは、故障判定手段は、異常な電圧低下が検出された燃料電池セルの個数および異常な電圧低下の検出回数によって決定された時間の間、パージを行ない、異常な電圧低下が検出された燃料電池セルの電圧の回復を試みる。
【００２１】
好ましくは、故障判定手段は、基準回数のパージ処理を行なっても異常な電圧低下が検出された燃料電池セルの電圧が回復しない場合、燃料電池スタックを停止する。
【発明の効果】
【００２２】
この発明による電池システムは、直列に接続されたｎ個の電池の異常な電圧低下の有無をｎ−１個の検出器によって検出する。そして、ｎ−１個の検出器は、直列に接続された複数の電池間に接続され、複数の電池の両端の電圧によって駆動される。その結果、直列に接続されたｎ個の電池の各電池の両端に各検出器を接続しても、各検出器と各電池との接続点における電位が接地電位よりも高くなるに従って、その高くなった電位に起因した電圧が各検出器に印加されることがない。
【００２３】
したがって、この発明によれば、コモンモード電圧の問題を解消して直列に接続されたｎ個の電池の異常な電圧低下の有無を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態による電池システムの構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックおよび電圧検出回路の回路図である。
【図３】図１に示す制御装置の構成図である。
【図４】電池システムにおいて、異常な電圧低下の燃料電池セルを特定する動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態による電池システムの構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による電池システム１０００は、燃料電池スタック３００と、電圧検出回路４００と、制御装置５００と、ガス供給装置６００と、パージ弁７００とを備える。
【００２７】
燃料電池スタック３００は、直列に接続された複数の燃料電池セルからなる。複数の燃料電池セルの各々は、例えば、固体高分子型燃料電池からなる。電圧検出回路４００は、燃料電池スタック３００に含まれる複数の燃料電池セルの各々の電圧の異常を後述する方法によって検出し、燃料電池セルの異常な電圧低下の有無を示す検出信号を制御装置５００へ出力する。
【００２８】
制御装置５００は、燃料電池スタック３００に含まれる複数の燃料電池セルの異常な電圧低下を検知しない場合、空気（酸素ガス）および水素ガスを燃料電池スタック３００に供給するようにガス供給装置６００を制御する。
【００２９】
また、制御装置５００は、電圧検出回路４００から検出信号を受け、その受けた検出信号に基づいて、燃料電池スタック３００に含まれる複数の燃料電池セルのうちのいずれかの燃料電池セルにおいて異常な電圧低下が発生したか否かを判定し、複数の燃料電池セルのうちのいずれかの燃料電池セルの異常な電圧低下を検知した場合、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定する。
【００３０】
さらに、制御装置５００は、複数の燃料電池セルのうちのいずれかの燃料電池セルの異常な電圧低下を検知した場合、燃料電池スタック３００に供給されるガスを流すための流路をパージするようにパージ弁７００を制御する。
【００３１】
さらに、制御装置５００は、複数の燃料電池セルに供給されるガスを流すための流路をパージした回数が基準回数に達しても燃料電池セルの異常な電圧低下が解消しない場合、故障と判定し、ガスを停止するようにガス供給装置６００を制御する。
【００３２】
ガス供給装置６００は、制御装置５００からの制御に従って空気（酸素ガス）および水素ガスを燃料電池スタック３００に供給する。
【００３３】
また、ガス供給装置６００は、制御装置５００からの制御に従って空気（酸素ガス）および水素ガスの燃料電池スタック３００への供給を停止する。
【００３４】
パージ弁７００は、制御装置５００からの制御に従って燃料電池スタック３００に含まれる複数の燃料電池セルに供給するガスを流すための流路をパージする。
【００３５】
図２は、図１に示す燃料電池スタック３００および電圧検出回路４００の回路図である。図２を参照して、電圧検出回路４００は、検出器４０１〜４ｎ−１と、フォトカプラ４１１〜４１ｎとを含む。
【００３６】
検出器４０１は、直列に接続された燃料電池セル３２１，３２２の両端に接続され、直列に接続された燃料電池セル３２１，３２２から受けた電圧によって駆動される。検出器４０２は、直列に接続された燃料電池セル３２２，３２３の両端に接続され、直列に接続された燃料電池セル３２２，３２３から受けた電圧によって駆動される。
【００３７】
以下、同様にして、検出器４０ｎ−２は、直列に接続された燃料電池セル３２ｎ−２，３２ｎ−１の両端に接続され、直列に接続された燃料電池セル３２ｎ−２，３２ｎ−１から受けた電圧によって駆動される。検出器４０ｎ−１は、直列に接続された燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端に接続され、直列に接続された燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎから受けた電圧によって駆動される。
【００３８】
このように、検出器４０１〜４０ｎ−１の各々は、直列に接続された２個の燃料電池セルの両端の電圧を受け、その受けた電圧によって駆動される。そして、検出器４０１〜４０ｎ−１の各々が受ける電圧は、検出器４０１〜４０ｎ−１の耐圧よりも低い電圧である。また、検出器４０１〜４０ｎ−１の各々は、０．４Ｖ以上の電圧で駆動可能である。さらに、検出器４０１，４０３，・・・，４０ｎ−３，４０ｎ−１は、直列に接続され、検出器４０２，・・・，４０ｎ−２は、直列に接続される。
【００３９】
フォトカプラ４１１は、入力側が検出器４０１のオーブンドレイン出力端子１と燃料電池セル３２２のプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄ（＝５Ｖ）と絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。フォトカプラ４１２は、入力側が検出器４０２のオープンドレイン出力端子１と燃料電池セル３２３のプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄと絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。以下、同様にして、フォトカプラ４１ｎ−３は、入力側が検出器４０ｎ−３のオープンドレイン出力端子１と燃料電池セル３２ｎ−２のプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄと絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。フォトカプラ４１ｎ−２は、入力側が検出器４０ｎ−２のオープンドレイン出力端子１と燃料電池セル３２ｎ−１のプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄと絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。フォトカプラ４１ｎ−１は、入力側が検出器４０ｎ−１のオープンドレイン出力端子１と燃料電池セル３２ｎのプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄと絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。フォトカプラ４１ｎは、入力側が検出器４０ｎ−１のオープンドレイン出力端子２と燃料電池セル３２ｎのプラス端子との間に接続され、出力側が絶縁された電源電位Ｖｄｄと絶縁された接地電位ＧＮＤ２との間に接続される。
【００４０】
例えば、燃料電池セル３２１〜３２ｎの運転中の電圧は、正常である場合、０．７Ｖ程度（開放電圧は１Ｖ程度）である。検出器４０１は、燃料電池セル３２１の両端の電圧Ｖ３２１を受け、その受けた電圧Ｖ３２１を基準電圧Ｖｓｔｄ１（＝０．５５６Ｖ）と比較する。そして、検出器４０１は、電圧Ｖ３２１が基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高いときは、動作せず、検出器４０１に接続されるフォトカプラ４１１の出力は、変化しない。一方、検出器４０１は、電圧Ｖ３２１が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下になると、燃料電池セル３２１において異常な電圧低下が発生したことを検出する。そして、検出器４０１は、燃料電池セル３２１において異常な電圧低下が発生したことを示すために、オープンドレイン出力１によりフォトカプラ４１１に含まれる発光素子を駆動し、フォトカプラ４１１の出力を変化させる（Ｌｏｗ出力）。
【００４１】
検出器４０２〜４０ｎ−２は、それぞれ、燃料電池セル３２２〜３２ｎ−２から電圧Ｖ３２２〜Ｖ３２ｎ−２を受け、その受けた電圧Ｖ３２２〜Ｖ３２ｎ−２を基準電圧Ｖｓｔｄ１と比較する。そして、検出器４０２〜４０ｎ−２は、電圧Ｖ３２２〜Ｖ３２ｎ−２が基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高いとき、それぞれ、フォトカプラ４１２〜４１ｎ−２へ何も出力しない。一方、検出器４０２〜４０ｎ−２は、電圧Ｖ３２２〜Ｖ３２ｎ−２が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であるとき、それぞれ、燃料電池セル３２２〜３２ｎ−２において異常な電圧低下が発生したことを検出する。そして、検出器４０２〜４０ｎ−２は、オープンドレイン出力１を生成し、その生成したオープンドレイン出力１をそれぞれフォトカプラ４１２〜４１ｎ−２へ出力する。
【００４２】
検出器４０ｎ−１は、燃料電池セル３２ｎ−１から電圧Ｖ３２ｎ−１を受け、燃料電池セル３２ｎから電圧Ｖ３２ｎを受ける。そして、検出器４０ｎ−１は、電圧Ｖ３２ｎ−１を基準電圧Ｖｓｔｄ１と比較する。検出器４０ｎ−１は、電圧Ｖ３２ｎ−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高いとき、フォトカプラ４１ｎ−１へ何も出力しない。一方、検出器４０ｎ−１は、電圧Ｖ３２ｎ−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であるとき、燃料電池セル３２ｎ−１において異常な電圧低下が発生したことを検出する。そして、検出器４０ｎ−１は、オープンドレイン出力１を生成し、その生成したオープンドレイン出力１をフォトカプラ４１ｎ−１へ出力する。
【００４３】
また、検出器４０ｎ−１は、直列に接続された２個の燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端の電圧を基準電圧Ｖｓｔｄ２（＝１．１４２Ｖ）と比較する。そして、検出器４０ｎ−１は、直列に接続された２個の燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端の電圧が基準電圧Ｖｓｔｄ２よりも高いとき、フォトカプラ４１ｎを駆動しない。一方、検出器４０ｎ−１は、直列に接続された２個の燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端の電圧が基準電圧Ｖｓｔｄ２以下であるとき、直列に接続された２個の燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端の電圧において異常な電圧低下が発生したことを検出するために、検出器４０ｎ−１のオープンドレイン出力２によりフォトカプラ４１ｎの出力を変化させる（Ｌｏｗ出力）。ここで、電圧Ｖ３２ｎ−１を検出する基準電圧Ｖｓｔｄ１により検出器４０ｎ−１が異常な電圧低下を検出していなければ、基準電圧Ｖｓｔｄ２により異常な電圧低下が発生したことを検出されたのは、燃料電池セル３２ｎの電圧Ｖ３２ｎとなる。
【００４４】
検出器４０ｎ−１が受ける電圧Ｖ３２ｎは、直列に接続された２個の燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両端の電圧（例えば、０．７Ｖ＋０．７Ｖ程度）であるので、基準電圧Ｖｓｔｄ２により異常な電圧低下を検出したとき、検出器４０ｎ−１は、燃料電池セル３２ｎの両端の電圧が１．１４２Ｖ−０．７Ｖ＝０．４４２Ｖ以下であるときに、燃料電池セル３２ｎにおいて異常な電圧低下が発生したことを検出する。
【００４５】
なお、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両方の電圧が低下することもあるが、その場合、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎのいずれか一方の電圧が先に低下すれば、検出器４０ｎ−１は、先に低下した電圧を検出してオープンドレイン出力１またはオープンドレイン出力２により、フォトカプラ４１ｎ−１またはフォトカプラ４１ｎの出力を変化させる（Ｌｏｗ出力）。また、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの両方の電圧が同時に低下した場合、検出器４０ｎ−１は、オープンドレイン出力１およびオープンドレイン出力２により、フォトカプラ４１ｎ−１およびフォトカプラ４１ｎの出力を変化させる（Ｌｏｗ出力）。
【００４６】
このように、検出器４０１〜４０ｎ−２は、それぞれ、燃料電池セル３２１〜３２ｎ−２の電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−２の低下を検出して燃料電池セル３２１〜３２ｎ−２の異常な電圧低下を検出する。また、検出器４０ｎ−１は、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの電圧Ｖ３２ｎ−１，Ｖ３２ｎの低下を検出して燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎの異常な電圧低下を検出する。
【００４７】
したがって、検出器４０１〜４０ｎ−２は、それぞれ、燃料電池セル３２１〜３２ｎ−２に対応して設けられ、検出器４０ｎ−１は、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎに対応して設けられる。
【００４８】
フォトカプラ４１１〜４１ｎ−１は、それぞれ、検出器４０１〜４０ｎ−１から何も受けないとき、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を制御装置５００へ出力し、それぞれ、検出器４０１〜４０ｎ−１のオープンドレイン出力１により、フォトカプラ４１〜４１ｎ−１に含まれる発光素子を駆動したとき、電圧Ｖ０（０Ｖ）を制御装置５００へ出力する。
【００４９】
また、フォトカプラ４１ｎは、検出器４１ｎ−１から何も受けないとき、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を制御装置５００へ出力し、検出器４１ｎ−１のオープンドレイン出力２により、フォトカプラ４１ｎに含まれる発光素子を駆動したとき、電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を制御装置５００へ出力する。
【００５０】
なお、上述した基準電圧Ｖｓｔｄ１，Ｖｓｔｄ２の値は、この発明の実施の形態において用いるデバイスに固有の電圧である。そして、基準電圧Ｖｓｔｄ１，Ｖｓｔｄ２の値は、デバイスと回路構成を変更することに伴って変更される。
【００５１】
図３は、図１に示す制御装置５００の構成図である。図３を参照して、制御装置５００は、配線５０１〜５０ｎ，５１１〜５１ｎと、ＡＤ変換部５１０と、検知部５２０と、制御部５３０とを含む。
【００５２】
ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１〜５０ｎによってフォトカプラ４１１〜４１ｎに接続される。検知部５２０は、配線５１１〜５１ｎによってＡＤ変換部５１０に接続される。
【００５３】
ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１〜５０ｎを介してフォトカプラ４１１〜４１ｎから電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を受けると、“１”からなるビット値を配線５１１〜５１ｎを介して検知部５２０へ出力する。
【００５４】
また、ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１〜５０ｎを介してフォトカプラ４１１〜４１ｎから電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を受けると、その受けた電圧Ｖ０を“０”からなるビット値に変換し、その変換したビット値（＝０）を配線５１１〜５１ｎを介して検知部５２０へ出力する。
【００５５】
たとえば、ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１，５０２，５０４〜５０ｎを介してフォトカプラ４１１，４１２，４１４〜４１ｎから電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を受け、配線５０３を介してフォトカプラ４１３から電圧Ｖ０を受けたとき、ｎビットからなるビット列＝［１１０１１・・・１１］を配線５１１〜５１ｎを介して検知部５２０へ出力する。
【００５６】
また、ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１〜５０ｎ−２，５０ｎを介してフォトカプラ４１１〜４１ｎ−２，４１ｎから電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を受け、配線５０ｎ−１を介してフォトカプラ４１ｎ−１から電圧Ｖ０を受けたとき、ビット列＝［１１１・・・０１］を配線５１１〜５１ｎを介して検知部５２０へ出力する。
【００５７】
さらに、ＡＤ変換部５１０は、それぞれ、配線５０１〜５０ｎ−１を介してフォトカプラ４１１〜４１ｎ−１から電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を受け、配線５０ｎを介してフォトカプラ４１ｎから電圧Ｖ０を受けたとき、ビット列＝［１１１・・・１０］を配線５１１〜５１ｎを介して検知部５２０へ出力する。
【００５８】
検知部５２０は、配線５１１〜５１ｎを介してＡＤ変換部５１０から受けたビット列に基づいて、燃料電池セル３２１〜３２ｎのうちのいずれの燃料電池セルにおいて異常な電圧低下が発生したかを検知する。
【００５９】
たとえば、検知部５２０は、配線５１１〜５１ｎを介してＡＤ変換部５１０からビット列＝［１１０１１・・・１１］を受けたとき、３ビット目のビット値が“０”であり、その他のビット値が“１”であるので、燃料電池セル３２３において異常な電圧低下が発生したことを検知する。
【００６０】
また、検知部５２０は、配線５１１〜５１ｎを介してＡＤ変換部５１０からビット列＝［１１１１１・・・０１］を受けたとき、ｎ−１ビット目のビット値が“０”であり、その他のビット値が“１”であるので、燃料電池セル３２ｎ−１において異常な電圧低下が発生したことを検知する。
【００６１】
さらに、検知部５２０は、配線５１１〜５１ｎを介してＡＤ変換部５１０からビット列＝［１１１１１・・・１０］を受けたとき、ｎビット目のビット値が“０”であり、その他のビット値が“１”であるので、燃料電池セル３２ｎにおいて異常な電圧低下が発生したことを検知する。
【００６２】
検知部５２０は、その他の燃料電池セルにおいて異常な電圧低下が発生したときも、同様にして異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを検出する。
【００６３】
このように、検知部５２０は、ＡＤ変換部５１０から受けたビット列に基づいて、燃料電池セル３２１〜３２ｎのうち、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定する。
【００６４】
そして、検知部５２０は、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを検知すると、その検知結果を制御部５３０へ出力する。
【００６５】
制御部５３０は、検知部５２０からの検知結果に基づいて、パージ弁７００を制御する。より具体的には、制御部５３０は、燃料電池セル３２１〜３２ｎのいずれかにおいて異常な電圧低下が発生したことを示す検知結果を検知部５２０から受けると、燃料電池スタック３００に供給するガス（空気（酸素ガス）および水素ガス）を流すための流路をパージするようにパージ弁７００を制御するための信号ＰＵＲＧＥを生成してパージ弁７００へ出力する。そして、制御部５３０は、信号ＰＵＲＧＥをパージ弁７００へ出力した回数Ｎをカウントする。
【００６６】
この場合、制御部５３０は、ｎ個の燃料電池セル３２１〜３２ｎのうち、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルの個数、または異常な電圧低下の検出回数によってパージ弁７００の開放継続時間を決定する。より具体的には、制御部５３０は、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルの個数が多いほど、または異常な電圧低下の検出回数が多いほど、パージ弁７００の開放継続時間を長くし、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルの個数が少ないほど、または異常な電圧低下の検出回数が少ないほど、パージ弁７００の開放継続時間を短くする。
【００６７】
制御部５３０は、回数Ｎが基準回数Ｎｓｔｄに達しても検知部５２０から燃料電池セルの異常な電圧低下を示す検知結果を受けると、ガス（空気（酸素ガス）および水素ガス）を停止するようにガス供給装置６００を制御するための信号ＳＴＰを生成してガス供給装置６００を制御する。
【００６８】
パージ弁７００は、制御部５３０からの信号ＰＵＲＧＥに応じて、弁を開放し、燃料電池スタック３００内の流路をパージする。
【００６９】
また、ガス供給装置６００は、制御部５３０からの信号ＳＴＰに応じて、空気（酸素ガス）および水素ガスの燃料電池スタック３００への供給を停止する。
【００７０】
図４は、電池システム１０００において、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定する動作を説明するためのフローチャートである。
【００７１】
図４を参照して、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定する動作が開始されると、検出器４０１〜４０ｎ−２は、それぞれ、燃料電池セル３２１〜３２ｎ−２から電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−２を受ける（ステップＳ１）。
【００７２】
そして、検出器４０１〜４０ｎ−２は、それぞれ、電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−２が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−２のうち、少なくとも１つが基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であると判定されたとき、基準電圧Ｖｓｔｄ１以下の電圧を検出した検出器は、フォトカプラを駆動し、基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高い電圧を検出した検出器は、何もしない（ステップＳ３）。
【００７３】
その後、検出器により駆動されたフォトカプラが電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を出力し、何も受けないフォトカプラは、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を出力する（ステップＳ４）。
【００７４】
一方、ステップＳ２において、電圧Ｖ３２１〜Ｖ３２ｎ−２の全てが基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高いと判定されたとき、検出器４０１〜４０ｎ−２は、フォトカプラ４１１〜４１ｎ−２を駆動しない（ステップＳ５）。そして、フォトカプラ４１１〜４１ｎ−２は、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を出力する（ステップＳ６）。
【００７５】
また、検出器４０ｎ−１は、それぞれ、燃料電池セル３２ｎ−１，３２ｎから電圧Ｖ３２ｎ−１，Ｖ３２ｎを受ける（ステップＳ７）。そして、検出器４０ｎ−１は、電圧Ｖ３２−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００７６】
ステップＳ８において、電圧Ｖ３２−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１よりも高いと判定されたとき、検出器４０ｎ−１は、フォトカプラ４１ｎ−１を駆動しない（ステップＳ９）。そして、フォトカプラ４１ｎ−１は、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を出力する（ステップＳ１０）。
【００７７】
一方、ステップＳ８において、電圧Ｖ３２−１が基準電圧Ｖｓｔｄ１以下であると判定されたとき、検出器４０ｎ−１は、オープンドレイン出力１によりフォトカプラ４１ｎ−１に含まれる発光素子を駆動する（ステップＳ１１）。
【００７８】
そして、フォトカプラ４１ｎ−１は、電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を出力する（ステップＳ１２）。
【００７９】
また、検出器４０ｎ−１は、電圧Ｖ３２ｎが基準電圧Ｖｓｔｄ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００８０】
ステップＳ１３において、電圧Ｖ３２ｎが基準電圧Ｖｓｔｄ２以下であると判定されたとき、検出器４０ｎ−１は、オープンドレイン出力２によりフォトカプラ４１ｎに含まれる発光素子を駆動する（ステップＳ１４）。
【００８１】
そして、フォトカプラ４１ｎは、電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を出力する（ステップＳ１５）。
【００８２】
一方、ステップＳ１３において、電圧Ｖ３２ｎが基準電圧Ｖｓｔｄ２よりも高いと判定されたとき、検出器４０ｎ−１は、フォトカプラ４１ｎを駆動しない（ステップＳ１６）。
【００８３】
そして、フォトカプラ４１ｎは、電圧Ｖ１（＝Ｖｄｄ）を出力する（ステップＳ１７）。
【００８４】
ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１７の後、制御装置５００のＡＤ変換部５１０は、０Ｖの電圧を“０”に変換し、電圧Ｖ１を“１”に変換してｎビットのビット列を生成する（ステップＳ１８）。
【００８５】
そして、制御装置５００の検知部５２０は、ｎビットのビット列に基づいて、異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定する（ステップＳ１９）。これによって、一連の動作が終了する。
【００８６】
なお、図４に示すフローチャートにおいては、ステップＳ７〜ステップＳ１７は、ステップＳ１〜ステップＳ６と並行して実行され、ステップＳ１３〜ステップＳ１７は、ステップＳ８〜ステップＳ１２と並行して実行される。
【００８７】
上述したように、電池システム１０００において、電圧検出回路４００の検出器４０１〜４０ｎ−１は、直列に接続された２個の燃料電池セル間に接続され、その２個の燃料電池セルの両端の電圧によって駆動される。
【００８８】
その結果、直列に接続されたｎ個の燃料電池セル３２１〜３２ｎの各燃料電池セル３２１〜３２ｎの両端に各検出器４０１〜４０ｎ−１を接続しても、各検出器４０１〜４０ｎ−１と各燃料電池セル３２１〜３２ｎとの接続点における電位が接地電位ＧＮＤ１よりも高くなるに従って、その高くなった電位に起因した電圧が各検出器４０１〜４０ｎ−１に印加されることがない。
【００８９】
したがって、この発明によれば、コモンモード電圧の問題を解消できる。
【００９０】
また、制御装置５００は、電圧検出回路４００から受けた電圧（Ｖ０またはＶ１）をアナログ信号からデジタル信号に変換してｎビットのビット列を生成し、その生成したｎビットのビット列に含まれる“０”に対応する燃料電池セルを異常な電圧低下が発生した燃料電池セルとして検知する。
【００９１】
したがって、この発明によれば、コモンモード電圧の問題を解消して異常な電圧低下が発生した燃料電池セルを特定できる。
【００９２】
上記においては、燃料電池セル３２１〜３２ｎの各々は、固体高分子型燃料電池からなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、燃料電池セル３２１〜３２ｎの各々は、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池および固体酸化物型燃料電池等の固体高分子型燃料電池以外の燃料電池からなっていてもよい。
【００９３】
また、上記においては、検出器４０１〜４０ｎ−１の各々は、直列に接続された２個の燃料電池セルの両端に接続されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、検出器４０１〜４０ｎ−１の各々は、直列に接続された燃料電池セル３２１〜３２ｎの個数（＝ｎ個）よりも少ない個数からなり、かつ、直列に接続された複数の燃料電池セルの両端に接続され、その複数の燃料電池セルの両端の電圧によって駆動されればよい。
【００９４】
さらに、上記においては、電池システム１０００は、直列に接続された複数の燃料電池セルを異常な電圧低下検知の対象としたが、この発明においては、これに限らず、電池システム１０００は、直列に接続された複数の太陽電池を異常な電圧低下検知の対象としてもよく、直列に接続された複数の化学電池を異常な電圧低下検知の対象としてもよく、一般的には、直列に接続された複数の電池を異常な電圧低下検知の対象としたものであればよい。
【００９５】
さらに、この発明による電池システム１０００は、制御装置５００のうち、制御部５３０を削除したものであってもよい。すなわち、この発明による電池システム１０００は、直列に接続された複数の電池セルのうち、異常な電圧低下が発生した電池セルを特定するものであればよい。
【００９６】
さらに、この発明による電池システム１０００は、燃料電池スタック３００と、電圧検出回路４００とを備えるものであればよい。燃料電池スタック３００と、電圧検出回路４００とを備えていれば、コモンモード電圧の問題を解消して各電池の異常な電圧低下を検出できるからである。
【００９７】
なお、この発明の実施の形態においては、ＡＤ変換部５１０および検知部５２０は、「特定手段」を構成する。
【００９８】
また、この発明の実施の形態においては、制御部５３０およびガス供給装置６００は、「故障判定手段」を構成する。
【００９９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
この発明は、コモンモード電圧の問題を解決し、各電池の異常な電圧低下を検出可能な電池システムに適用される。
【符号の説明】
【０１０１】
３００  燃料電池スタック、３２１〜３２ｎ  燃料電池セル、４００  電圧検出回路、４０１〜４０ｎ−１  検出器、４１１〜４１ｎ  フォトカプラ、５０１〜５０ｎ，５１１〜５１ｎ  配線、５００  制御装置、５１０  ＡＤ変換器、５２０  検知部、５３０  制御部、６００  ガス供給装置、７００  パージ弁、１０００  電池システム。
【図１】
2010244702.tif 000003
【図２】
2010244702.tif 000004
【図３】
2010244702.tif 000005
【図４】
2010244702.tif 000006