(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出装置において、
前記複数のセルを、少なくとも１個のセルからなるＮ個（Ｎ≧２）のブロックに区分けし、
前記各ブロック毎にそれぞれ設けられ、該ブロック内のセル電圧を測定する電圧検出手段と、
前記各電圧検出手段と通信回線を介して接続され、各電圧検出手段に電圧検出指令を出力すると共に、各電圧検出手段より送信される電圧検出信号を受信する制御手段と、
直流電源より供給される電圧を、前記電圧検出手段の駆動電源の電圧に昇圧するＭ個のコンバータ（但し、Ｍ≦Ｎ−１）と、を有し、
前記Ｍ個の各コンバータは、前記Ｎ個の各ブロックのうち任意のＭ個のブロックにそれぞれ１対１に接続され、
前記制御手段は、前記燃料電池の出力を開始する際には、前記各コンバータより、それぞれのコンバータに対応するブロックの電圧検出手段に電力を供給して該電圧検出手段を作動させると共に、前記各コンバータの供給電力にて作動する各電圧検出手段のうち、少なくとも一つの電圧検出手段にて検出される電圧が所定の閾値を上回った場合に、前記各ブロックに設けられる電圧検出手段のうちの少なくとも一つを、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させ、各ブロック内のセル電圧を取得することを特徴とする燃料電池の電圧検出装置。
【請求項２】
前記コンバータの個数は２個であり、
前記複数のセルは、グランドレベルを基準としてそれぞれ直列に接続され、このうち、グランドレベルに接続されるセルを含む下端電圧ブロック、及び最大電圧レベルに接続される上端電圧ブロックにそれぞれ前記コンバータを接続し、
前記制御手段は、前記下端電圧ブロック、及び前記上端電圧ブロックの双方で前記電圧検出手段の検出電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、前記各ブロックに設けられる全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電圧検出装置。
【請求項３】
前記コンバータの個数は１個であり、前記制御手段は、前記コンバータが接続された電圧検出手段で検出される電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電圧検出装置。
【請求項４】
前記コンバータの個数は１個であり、前記制御手段は、前記コンバータが接続された電圧検出手段で検出される電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、該コンバータが接続された電圧検出手段を除く、その他全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電圧検出装置。
【請求項５】
当該燃料電池は車両に搭載されるモータの駆動用電源として用いられ、前記直流電源は前記車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセル電圧を検出する電圧検出装置に係り、特にセル内に燃料が供給されていない場合であってもセル電圧を測定可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今において、水素及び酸素を燃料として電力を発生させ、この電力でモータを駆動して車両を走行させる燃料電池車両の開発が広く進められている。燃料電池は、環境面において優れているばかりでなく、高いエネルギー効率を実現できることから、今後の車両用エネルギーとして極めて有望である。
【０００３】
車両に搭載される燃料電池は、通常複数のセルを有しており、各セルを直列に接続して例えば、２００Ｖ等の高電圧を発生させ、この電圧をモータに供給して車両を走行させる。
【０００４】
このような燃料電池車両においては、各セルに生じる電圧を測定するために電圧検出装置が設けられており、複数のセルを１つのブロックに区分し、各ブロック毎にセル電圧を測定し、適正な電圧が発生しているか否かを監視している（例えば、特許文献１参照）。例えば、全体で５５個のセルを備える燃料電池では、１１個のセルを１つのブロックとし、全体で５個のブロックを構成する。そして、各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣにて各ブロック毎のセル電圧を測定し、セル電圧が正常な電圧に保持されているか否かを監視する。
【０００５】
この際、例えば上述した例のように、全体で５５個のセルが、１１個、５ブロックに区分けされた場合には、１つのブロックより出力される電圧が４０Ｖ程度となり、各ブロックに設けられる電圧検出用ＩＣは、各セルより出力される４０Ｖ程度の電圧を電源電圧として作動し、各ブロック毎の電圧を測定する構成とされている。即ち、電圧検出用ＩＣは、測定対象とするセル電圧を電源電圧として作動する。
【０００６】
ここで、燃料電池に設けられるセル内に燃料が供給されていない場合には、各ブロックのセルに電圧が発生しないので、電圧検出用ＩＣに電源用の電圧が供給されなくなり、電圧検出用ＩＣが作動しなくなるという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−４９８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来における燃料電池の電圧検出装置では、セル内に燃料が供給されていない場合には、電圧検出用ＩＣを作動させることができず、セル電圧の測定ができなくなるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、セル内に燃料が供給されていない場合であっても、各セルの出力電圧を測定して操作者に知らせることが可能な燃料電池の電圧検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出装置において、前記複数のセルを、少なくとも１個のセルからなるＮ個（Ｎ≧２）のブロックに区分けし、前記各ブロック毎にそれぞれ設けられ、該ブロック内のセル電圧を測定する電圧検出手段と、前記各電圧検出手段と通信回線を介して接続され、各電圧検出手段に電圧検出指令を出力すると共に、各電圧検出手段より送信される電圧検出信号を受信する制御手段と、直流電源より供給される電圧を、前記電圧検出手段の駆動電源の電圧に昇圧するＭ個のコンバータ（但し、Ｍ≦Ｎ−１）と、を有し、前記Ｍ個の各コンバータは、前記Ｎ個の各ブロックのうち任意のＭ個のブロックにそれぞれ１対１に接続され、前記制御手段は、前記燃料電池の出力を開始する際には、前記各コンバータより、それぞれのコンバータに対応するブロックの電圧検出手段に電力を供給して該電圧検出手段を作動させると共に、前記各コンバータの供給電力にて作動する各電圧検出手段のうち、少なくとも一つの電圧検出手段にて検出される電圧が所定の閾値を上回った場合に、前記各ブロックに設けられる電圧検出手段のうちの少なくとも一つを、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させ、各ブロック内のセル電圧を取得することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記コンバータの個数は２個であり、前記複数のセルは、グランドレベルを基準としてそれぞれ直列に接続され、このうち、グランドレベルに接続されるセルを含む下端電圧ブロック、及び最大電圧レベルに接続される上端電圧ブロックにそれぞれ前記コンバータを接続し、前記制御手段は、前記下端電圧ブロック、及び前記上端電圧ブロックの双方で前記電圧検出手段の検出電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、前記各ブロックに設けられる全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記コンバータの個数は１個であり、前記制御手段は、前記コンバータが接続された電圧検出手段で検出される電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記コンバータの個数は１個であり、前記制御手段は、前記コンバータが接続された電圧検出手段で検出される電圧が前記所定の閾値を上回った場合に、該コンバータが接続された電圧検出手段を除く、その他全ての電圧検出手段を、各ブロックのセル電圧を駆動電源として作動させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、当該燃料電池は車両に搭載されるモータの駆動用電源として用いられ、前記直流電源は前記車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明では、Ｎ個のブロックの電圧検出手段（電圧検出用ＩＣ）のうち（Ｎ−１）個の電圧検出手段に対してコンバータを接続して電源用の電力を供給するので、燃料電池のセル内に燃料が供給されない等の理由によりセル電圧が低い場合であっても、（Ｎ−１）個の電圧検出手段では確実にセル電圧を測定することができる。更に、コンバータが接続された（Ｎ−１）個の電圧検出手段のうちの少なくとも１個で、セル電圧が所定の閾値を上回った場合に、Ｎ個全ての電圧検出手段による電圧検出が行われるので、全てのブロックのセル電圧を確実に測定することができる。
【００１６】
また、コンバータが接続されていない電圧検出手段では、セル内に燃料が供給されたと判断された場合にセル電圧の検出が開始されるので、電源電圧が低い状態で測定が実行されることはなく、電源電圧が低いことによる誤動作、誤検出などのトラブルの発生を防止することができる。更に、全て（Ｎ個）の電圧検出手段のそれぞれに対してコンバータを接続する場合と対比して回路構成を簡素化することができる。
【００１７】
請求項２の発明では、下端電圧ブロック、及び上端電圧ブロックにコンバータを接続し、下端電圧ブロック、及び上端電圧ブロックのセル電圧をコンバータより出力される電力で測定し、各ブロックのセル電圧の双方が閾値電圧を上回った場合に、下端電圧ブロック、及び上端電圧ブロックを含む全てのブロックの電圧検出手段による電圧の測定を実行する。この場合には、最もグランドレベルに近い下端電圧ブロック、及び最も最大電圧に近い上端電圧ブロックの双方で、セル電圧が閾値電圧を上回っているので、他のブロックについてもセル電圧が閾値電圧を上回っていると判断でき、高精度な電圧検出が可能となる。
【００１８】
請求項３の発明では、複数の電圧検出手段のうち、一つの電圧検出手段にのみコンバータを接続してセル電圧を検出するので、コンバータの個数を最小限とすることができ、且つ、各ブロックのセル電圧を高精度に検出することができる。
【００１９】
請求項４の発明では、複数の電圧検出手段のうち、一つの電圧検出手段にのみコンバータを接続してセル電圧を検出するので、コンバータの個数を最小限とすることができ、且つ、コンバータを接続した電圧検出手段は、継続してコンバータより出力される電力で作動するので、セル電圧を電源とした電圧検出が開始された後にセル電圧が低下するというトラブルが発生した場合でも、高精度な電圧検出が可能となる。
【００２０】
請求項５の発明では、電圧検出装置を、車両に搭載される燃料電池のセル電圧の検出用として使用するので、車両に搭載される燃料電池の充電状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１，第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の、第１電圧検出用ＩＣ（第２実施形態では第１，第２電圧検出用ＩＣ）の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１，第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（第２実施形態では第２〜第４電圧検出用ＩＣ）の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の、処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置の、処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置１０、及び複数のセルＰ１〜Ｐ５５からなる燃料電池１３を示すブロック図である。本実施形態に係る燃料電池１３は、例えば車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための電力を供給する用途に用いられる。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係る電圧検出装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。
【００２４】
高電圧側装置１１は、５個の電圧検出用ＩＣ（電圧検出手段）、即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）を備えている。そして、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、第１ブロック６１-1（下端ブロック）として区切られた１１個のセルＰ１〜Ｐ１１の出力電圧を測定する。また、第２電圧検出用ＩＣ（２１-2）は、第２ブロック６１-2として区切られた１１個のセルＰ１２〜Ｐ２２の出力電圧を測定し、同様に、第３電圧検出用ＩＣ（２１-3）は、第３ブロック６１-3として区切られた１１個のセルＰ２３〜Ｐ３３の出力電圧を測定し、第４電圧検出用ＩＣ（２１-4）は、第４ブロック６１-4として区切られた１１個のセルＰ３４〜Ｐ４４の出力電圧を測定し、第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）は、第５ブロック６１-5（上端ブロック）として区切られた１１個のセルＰ４５〜Ｐ５５の出力電圧を測定する。
【００２５】
また、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（図２、図３参照、「ＡＤＣ」と記載）を備えており、Ａ／Ｄ変換用の基準電源７１-1〜７１-5（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック６１-1〜第５ブロック６１-5）に設けられる各セル毎に測定された電圧信号をディジタルの電圧信号に変換する。
【００２６】
更に、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）は、通信線３１を介して、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に接続され、この第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（制御手段）３３に接続されている。即ち、メインマイコン３３と、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。
【００２７】
また、低電圧側装置１２には、５Ｖの直流電圧を出力するレギュレータ４３が設けられ、該レギュレータ４３は、車両に搭載されるバッテリ（直流電源）４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）から、安定した５Ｖの直流電圧を生成してメインマイコン３３に供給する。
【００２８】
更に、バッテリ４１はＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ）４２に接続されており、該ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、バッテリ４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）を、昇圧して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に出力する。
【００２９】
図２は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）の内部構成を示すブロック図であり、以下、図２を参照して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）の詳細な構成について説明する。
【００３０】
図２に示すように、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、各セルＰ１〜Ｐ１１より出力される電力、またはＤＣ／ＤＣコンバータ４２より出力される電力のいずれか一方を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、第１ブロック６１-1に設けられる各セルＰ１〜Ｐ１１と接続されてこれらの出力電圧検出するセル電圧入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各セルの電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６と、を備えている。
【００３１】
電源回路２３には、選択スイッチＳＷ１が接続されており、一方の接続端子は各セルＰ１〜Ｐ１１側に接続され、他方の接続端子はＤＣ／ＤＣコンバータ４２に接続されている。そして、選択スイッチＳＷ１を切り替えることにより、各セルＰ１〜Ｐ１１より出力される電力、またはＤＣ／ＤＣコンバータ４２より出力される電力のいずれか一方が選択されて電源回路２３に供給される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１-1（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換する。また、第１電圧検出用ＩＣ２１-1は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを備えている。
【００３３】
コントロール部２７は、ＣＰＵ２９及びデータ記憶用のメモリ２８を備え、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）を総括的に制御する。特に、図１に示したメインマイコン３３より、セル電圧の電圧測定要求信号が送信された場合には、セル電圧入力部２２で測定された各セルＰ１〜Ｐ１１の合計の出力電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。また、メインマイコン３３より選択スイッチＳＷ１の切替指令信号が送信された場合には、選択スイッチＳＷ１を切り替える制御を行う。また、メモリ２８は、各セルＰ１〜Ｐ１１の合計のセル電圧を記憶する。
【００３４】
メインマイコン３３は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）より送信される電圧信号（各セルＰ１〜Ｐ１１の合計のセル電圧）が、予め設定した閾値電圧よりも大きいか否かを判断し、閾値電圧よりも大きいと判断した場合には、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に選択スイッチＳＷ１の切替指令信号を送信する。ここで、閾値電圧は、各セルＰ１〜Ｐ１１の合計のセル電圧が、電源回路２３より所定の電圧を出力することが可能となる電圧としてメインマイコン３３内に予め設定されている。そして、後述するように、各セルＰ１〜Ｐ１１の合計のセル電圧がこの閾値電圧に達していない場合には、選択スイッチＳＷ１をＤＣ／ＤＣコンバータ４２側に接続し、閾値電圧に達した場合には、選択スイッチＳＷ１をセル側に接続する。
【００３５】
図３は、第２電圧検出用ＩＣ（２１-2）の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、第２電圧検出用ＩＣ（２１-2）は、図２に示した第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）と対比して、選択スイッチＳＷ１を備えていない点で相違する。即ち、電源回路２３は各セルＰ１２〜Ｐ２２より出力される電力が供給されて、第２電圧検出用ＩＣ（２１-2）を作動させるための電源電圧を生成する。それ以外の構成は、図２と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
【００３６】
また、第３〜第５電圧検出用ＩＣ（２１-3）〜（２１-5）については、図３に示した第２電圧検出用ＩＣ（２１-2）と同一構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３７】
次に、第１実施形態に係る電圧検出装置１０の動作について説明する。図４はメインマイコン３３による処理手順を示すフローチャートである。
【００３８】
始めに、メインマイコン３３は、上位システムより車両のイグニッションがオンとされたか否かを判断する（ステップＳ１１）。そして、イグニッションがオンであると判断された場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を作動させて、この出力電圧を第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に出力する（ステップＳ１２）。その結果、バッテリ４１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）が４０Ｖ程度の高電圧に昇圧されて第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に供給される。
【００３９】
また、メインマイコン３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力電圧の選択指令信号を第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に送信する。その結果、図２に示した選択スイッチＳＷ１がＤＣ／ＤＣコンバータ４２側に接続され、電源回路２３はＤＣ／ＤＣコンバータ４２より出力される電力を取得して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）を作動させるための電源電圧を生成する。
【００４０】
その後、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、各セルＰ１〜Ｐ１１の出力電圧の検出を開始する（ステップＳ１３）。この処理では、各セルＰ１〜Ｐ１１の出力電圧がセル電圧入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された電圧データがコントロール部２７に入力される。そして、ＣＰＵ２９により各セルＰ１〜Ｐ１１のセル電圧の合計の電圧が算出され、この電圧がメモリ２８に記憶される。そして、メインマイコン３３より電圧測定要求信号が送信された場合には、メモリ２８内に記憶されている電圧データをメインマイコン３３に送信する。
【００４１】
メインマイコン３３は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）より送信された電圧データを取得し、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）で検出された合計のセル電圧が予め設定した閾値電圧以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。そして、閾値電圧以上であると判断した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、各セルＰ１〜Ｐ１１より出力されるセル電圧により第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）を作動させるための電力を供給できるものと判断して、メインマイコン３３は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に電源切替要求信号を出力する（ステップＳ１５）。
【００４２】
電圧検出用ＩＣ（２１-1）のコントロール部２７はこの電源切替要求信号を受けて、選択スイッチＳＷ１をセル側に切り替える制御を行う。その結果、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、第１ブロック６１-1の各セルＰ１〜Ｐ１１より出力されるセル電圧を電源電圧として作動することになる。
【００４３】
次いで、メインマイコン３３は、他の電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）に対してセル電圧の検出開始信号を送信する（ステップＳ１６）。各電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）はこの検出開始信号が受信されると、セル電圧の検出を開始する。即ち、各ブロック６１-2〜６１-5毎の合計のセル電圧を測定してメインマイコン３３に送信する処理を行う。
【００４４】
その後、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）より送信されるセル電圧を監視して各ブロックのセル電圧が正常電圧であるか否かを監視する（ステップＳ１７）。そして、イグニッションがオフとされた場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ１４の処理でセル電圧が閾値電圧以上でないと判断された場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、メインマイコン３３は所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ１９）、所定時間が経過していない場合には（ステップＳ１９でＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２による電圧供給を継続し、且つ、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）のセル電圧の検出を継続する。従って、各セルＰ１〜Ｐ５５内に燃料が供給されていない等の理由により各セルＰ１〜Ｐ５５より一定レベル以上の電圧が出力されない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電源回路２３に電力を供給して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）によるセル電圧の検出を継続させる。
【００４６】
そして、セル電圧が閾値電圧以上とならない状態が所定時間以上継続した場合には（ステップＳ１９でＹＥＳ）、燃料電池１３に何らかの異常が発生しているものと判断して、メインマイコン３３は警報信号を出力する（ステップＳ２０）。この警報信号は電圧検出装置１０の上位システムに送信され、車両の乗員に異常の発生を報知する。
【００４７】
このようにして、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置１０では、複数個設けられた各セルＰ１〜Ｐ５５を５個のブロック６１-1〜６１-5に分割し、且つ各ブロック６１-1〜６１-5毎にそれぞれ電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）を設けて各ブロック６１-1〜６１-5毎のセル電圧を検出する際に、検出開始時には、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）の電源回路２３に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２で昇圧した電圧を供給してセル電圧の検出を行い、検出したセル電圧が閾値電圧に達した場合に、電源回路２３の電力の供給元をセル側に切り替えるようにしている。従って、初期的にセル内に燃料が供給されていない場合で、セル側から十分な電力が供給されない場合であっても、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２より供給される電力で作動するので、高精度にセル電圧を検出することができる。
【００４８】
また、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）にてセル電圧が閾値に達したと判断された場合には、その後、他の電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）によるセル電圧の測定が開始される。即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）にて第１ブロック６１-1のセル電圧が閾値電圧に達していると判断された場合には、各セルＰ１〜Ｐ５５内に燃料が供給されていると判断でき、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）においても十分なセル電圧が供給されていると判断できるので、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）によるセル電圧の測定を開始する。従って、各電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）においてもセル電圧の検出を高精度に行うことができる。
【００４９】
更に、本実施形態では、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ４２を用い、このＤＣ／ＤＣコンバータ４２を第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）に接続する構成としているので、多くのＤＣ／ＤＣコンバータを使用することなく、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）による電圧検出を確実に行うことができる。
【００５０】
なお、上述の第１実施形態では、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）で検出されるセル電圧が閾値電圧に達した場合に、選択スイッチＳＷ１を切り替えて電力の供給元をＤＣ／ＤＣコンバータ４２側からセル側に変更する例について説明したが、セル電圧が閾値電圧に達した後においても、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）についてのみＤＣ／ＤＣコンバータ４２より電力を供給して作動させるようにしても良い。この場合には、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）のみがバッテリ４１より供給される電力で作動するので、バッテリ４１に多くの負担をかけることがなく、継続した電力供給が可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第２実施形態に係る電圧検出装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置１０ａ、及び複数のセルＰ１〜Ｐ５５からなる燃料電池１３を示すブロック図である。第２実施形態に係る燃料電池１３についても前述した第１実施形態と同様に、例えば車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための電力を供給する用途に用いられる。
【００５２】
第２実施形態では、前述した第１実施形態と対比して、２個目のＤＣ／ＤＣコンバータ４４を設置し、このＤＣ／ＤＣコンバータ４４の出力電圧を第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）に供給するようにしている点で相違している。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。即ち、第２実施形態では、第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）が図２に示した第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）と同様の構成を備えており、第２〜第４電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）が図３に示した構成を備えている。
【００５３】
以下、第２実施形態に係る電圧検出装置１０ａの動作について説明する。図６は、第２実施形態に係るメインマイコン３３による処理手順を示すフローチャートである。
【００５４】
始めに、メインマイコン３３は、上位システムより車両のイグニッションがオンとされたか否かを判断する（ステップＳ３１）。そして、イグニッションがオンであると判断された場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４を作動させて、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４の出力電圧を第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）に出力する（ステップＳ３２）。その結果、バッテリ４１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）が４０Ｖ程度の高電圧に昇圧されて第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）に供給される。
【００５５】
また、メインマイコン３３は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４の出力電圧の選択指令信号を第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）に送信する。その結果、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）については図２に示した操作スイッチＳＷ１がＤＣ／ＤＣコンバータ４２側に接続され、電源回路２３はＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力電圧を取得して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）を作動させるための電源電圧を生成する。第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）についても同様に、操作スイッチＳＷ１がＤＣ／ＤＣコンバータ４４側に接続され、電源回路２３はＤＣ／ＤＣコンバータ４４の出力電圧を取得して第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）を作動させるための電源電圧を生成する。
【００５６】
その後、第１，第５電圧検出用ＩＣ（２１-1），（２１-5）は、各セルＰ１〜Ｐ１１、Ｐ４５〜Ｐ５５の出力電圧の検出を開始する（ステップＳ３３）。この処理では、各セルＰ１〜Ｐ１１（Ｐ４５〜Ｐ５５）の出力電圧がセル電圧入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された電圧データがコントロール部２７に入力される。そして、ＣＰＵ２９により各セルＰ１〜Ｐ１１（Ｐ４５〜Ｐ５５）のセル電圧の合計の電圧が算出され、この電圧がメモリ２８に記憶される。そして、メインマイコン３３より電圧測定要求信号が送信された場合には、メモリ２８内に記憶されている電圧データをメインマイコン３３に送信する。
【００５７】
メインマイコン３３は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）より送信された電圧データを取得し、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）で検出された合計のセル電圧、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）で検出された合計のセル電圧の双方が予め設定した閾値電圧以上であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。そして、双方が閾値電圧以上であると判断した場合には（ステップＳ３４でＹＥＳ）、各セルＰ１〜Ｐ１１より出力されるセル電圧により第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）を作動させるための電力を供給できるものと判断し、且つ、各セルＰ４５〜Ｐ５５より出力されるセル電圧により第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）を作動させるための電力を供給できるものと判断して、メインマイコン３３は、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）に電源切替要求信号を出力する（ステップＳ３５）。
【００５８】
第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）のコントロール部２７はこの電源切替要求信号を受けて、選択スイッチＳＷ１をセル側に切り替える制御を行う。その結果、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）は、各セルＰ１〜Ｐ１１より出力されるセル電圧を電源電圧として作動することになる。同様に、第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）のコントロール部２７は、選択スイッチＳＷ１をセル側に切り替える制御を行うので、第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）は、各セルＰ４５〜Ｐ５５より出力されるセル電圧を電源電圧として作動することになる。
【００５９】
次いで、メインマイコン３３は、他の電圧検出用ＩＣである第２〜第４電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）に対してセル電圧の検出開始信号を送信する（ステップＳ３６）。第２〜第４電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）はこの検出開始信号が受信されると、セル電圧の検出を開始する。即ち、各ブロック毎の合計のセル電圧を測定してメインマイコン３３に送信する処理を行う。
【００６０】
その後、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）より送信されるセル電圧を監視して各ブロック６１-1〜６１-5のセル電圧が正常電圧であるか否かを監視する（ステップＳ３７）。そして、イグニッションがオフとされた場合には（ステップＳ３８でＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００６１】
一方、ステップＳ３４の処理でセル電圧が閾値電圧以上でないと判断された場合には（ステップＳ３４でＮＯ）、メインマイコン３３は、所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ３９）、所定時間が経過していない場合には（ステップＳ３９でＮＯ）、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４による電圧供給を継続し、且つ、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）のセル電圧の検出を継続する。従って、各セルＰ１〜Ｐ５５内に燃料が供給されていない等の理由により各セルＰ１〜Ｐ５５より一定レベル以上の電圧が出力されない場合には、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４から電源回路２３に電力を供給して第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）によるセル電圧の検出を継続させる。
【００６２】
そして、双方のセル電圧が閾値電圧以上とならない状態が所定時間以上継続した場合には（ステップＳ３９でＹＥＳ）、燃料電池に何らかの異常が発生しているものと判断して、メインマイコン３３は警報信号を出力する（ステップＳ４０）。この警報信号は電圧検出装置１０ａの上位システムに送信され、車両の乗員に異常が発生していることを報知する。
【００６３】
このようにして、本発明の第２実施形態に係る燃料電池の電圧検出装置１０ａでは、複数個設けられた各セルＰ１〜Ｐ５５を５個のブロック６１-1〜６１-5に分割し、且つ各ブロック６１-1〜６１-5毎に電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）を設けて各ブロック６１-1〜６１-5毎のセル電圧を検出する際に、検出開始時には、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）の電源回路２３に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４で昇圧した電圧を供給してセル電圧の検出を行い、検出したセル電圧が閾値電圧に達した場合に、電源回路２３の電力の供給元をセル側に切り替えるようにしている。従って、初期的にセル内に燃料が供給されいない場合等で、セル電圧が閾値よりも低い場合であっても、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）にて高精度にセル電圧を検出することができる。
【００６４】
また、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）の双方にてセル電圧が閾値に達したと判断された場合には、その後、他の電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）によるセル電圧の測定が開始される。即ち、最もグランドレベルに近い第１ブロック６１-1のセル電圧を測定する第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び最も高い電圧を出力する第５ブロック６１-5のセル電圧を測定する第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）の双方にて、検出したセル電圧が閾値電圧に達していると判断された場合には、各セルＰ１〜Ｐ５５内に燃料が供給されていると判断でき、第２〜第４電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）においても十分なセル電圧が供給されていると判断できるので、電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）によるセル電圧の測定を開始する。従って、各電圧検出用ＩＣ（２１-2）〜（２１-4）においてもセル電圧の検出を高精度に行うことができる。
【００６５】
更に、本実施形態では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４を用いており、各電圧検出用ＩＣ毎にそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータを設けないので、多くのＤＣ／ＤＣコンバータを使用することなく、各電圧検出用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）による電圧検出を確実に行うことができる。
【００６６】
なお、上述の第２実施形態では、第１，第２電圧検出用ＩＣ（２１-1），（２１-5）で検出されるセル電圧が閾値電圧に達した場合に、選択スイッチＳＷ１を切り替えて電力の供給元をＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４側からセル側に変更する例について説明したが、セル電圧が閾値電圧に達した後においても、第１，第２電圧検出用ＩＣ（２１-1），（２１-5）については、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４４より電力を供給して作動させるようにしても良い。この場合には、第１電圧検出用ＩＣ（２１-1）、及び第５電圧検出用ＩＣ（２１-5）のみがバッテリ４１より供給される電力で作動するので、バッテリ４１に多くの負担をかけることがなく、継続した電力供給が可能となる。
【００６７】
以上、本発明の燃料電池の電圧検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００６８】
例えば、上述した第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータを１個設け、第２実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータを２個設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電圧検出用ＩＣの個数を「Ｎ」とした場合に「Ｎ−１」のＤＣ／ＤＣコンバータを設けることにより、「Ｎ−１」個の電圧検出用ＩＣによる電圧検出が可能になる。そして、全ての電圧検出用ＩＣ毎にＤＣ／ＤＣコンバータを設けないので、回路構成を簡素化し、且つセル電圧を高精度に検出することができる。
【００６９】
また、上述した実施形態では、電圧を変換するコンバータとしてＤＣ／ＤＣコンバータを例に挙げて説明したが、本発明は、その他の電圧変換装置を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、燃料電池のセル内に燃料が供給されていない場合でも、確実にセル電圧を検出する場合に極めて有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０，１０ａ  電圧検出装置
１１  高電圧側装置
１２  低電圧側装置
１３  燃料電池
２１-1〜２１-5  第１〜第５電圧検出用ＩＣ（電圧検出手段）
２２  セル電圧入力部
２３  電源回路
２５  マルチプレクサ
２６  Ａ／Ｄ変換器
２７  コントロール部
２８  メモリ
２９  ＣＰＵ
３１  通信線
３２  絶縁インターフェース
３３  メインマイコン（制御手段）
４１  バッテリ
４２，４４  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３  レギュレータ
６１-1〜６１-5  第１〜第５ブロック
７１  基準電源
ＳＷ１  選択スイッチ
Ｐ１〜Ｐ５５  セル
【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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