(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学ユニットの正極と負極の間にそれぞれ接続されたシャント回路（２７）と、
前記シャント回路の少なくとも１つに制御信号を送信するように構成され、そのシャント回路が接続されている電極の間で電気化学ユニットを迂回させる制御回路（１１）とを備えた、直列接続された電気化学ユニット（３）のスタックのためのシャントシステム（１０）であって；
前記シャントシステムは、制御モジュール（１２）を備え、その各々は、固有の基準電圧を有し、また、前記シャント回路の各々は、前記モジュール（１２）の１つに属し、各制御モジュール（１２）は、複数のシャント回路（２７）を有しており、１つの制御モジュール（１２）に属するシャント回路は、連続する電気化学ユニット（３）の電極間に接続され、このようにして、前記スタックは、前記制御モジュール（１２）によって、電気化学ユニットの複数のグループ（１３）に細分されており、各制御モジュール（１２）は、前記制御回路（１１）と通信する手段（２３）を有し、これにより、前記制御回路（１１）は、異なる制御モジュール（１２）に属する複数のシャント回路（２７）を制御することが可能であり、
更に前記シャント回路（２７）は、それぞれ接続されている電気化学ユニット（３）の電極間の電位差を測定するための電圧測定手段（２２）にそれぞれ関連づけられており、且つ前記各制御モジュール（１２）は、前記制御回路（１１）からの信号を受信するように構成された計算ユニット（２０）を有し、更に前記シャント回路（２７）は、前記制御回路（１１）からの受信信号と前記シャント回路（２７）がそれぞれ関連付けられている電気化学ユニットの電極間の電位差とに応じて、前記計算ユニット（２０）により制御される可変インピーダンスを有していることを特徴とする、シャントシステム。
【請求項２】
前記シャント回路は、そのシャントにおける電流強度を測定するための第１のデバイス（３４）を有しており、これによって、その電流強度が、前記計算ユニット（２０）によるそのシャント回路（２７）のインピーダンスの制御に加味されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記シャント回路（２７）は、各ユニット（３）の端子間に接続された少なくとも１つのシャントトランジスタ（３０）を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記計算ユニット（２０）により制御される少なくとも２つの直列接続されたドライバトランジスタ（３１）によって、前記少なくとも１つのシャントトランジスタ（３０）が駆動されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも２つのドライバトランジスタ（３１）からの電流は、その電流強度を測定する第２のデバイス（３５）により監視され、これによって、そのトランジスタ（３１）の電流強度が、前記計算ユニット（２０）によるそのシャント回路の制御に加味されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記測定手段（２２）は、前記計算ユニット（２０）に接続されており、これによって、その取り出された電位差がデジタル値に変換されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記通信手段（２３）は、ガルバニック絶縁手段（２５）を有していることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記測定手段（２２）は、複数の差動増幅器（２６）を有しており、その各々は、２つの入力により電気化学ユニットの端子に接続されて、これにより、その電気化学ユニットの端子間に生じる電位差を表す電圧を出力に供給することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
各差動増幅器（２６）は、２つの電気化学セルの端子間の電圧差を測定することを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
各制御モジュール（１２）は、自身専用の電力システム（２１）をさらに有し、これにより、電気化学ユニット（３）のスタックを制御するシステムが作動していない場合でも、前記モジュールは作動することができることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記差動増幅器（２６）には最大入力電圧があり、
電気化学ユニットの各グループ（１３）において、それらのユニット間の電位差を加算しても、前記最大入力電圧を超えないことを特徴とする、請求項８または９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
電気化学ユニットの各グループ（１３）は、４つの電気化学ユニットを含んでいることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
各電気化学ユニットは、単セルの燃料電池を有していることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
各電気化学ユニットは、２セルの燃料電池を有していることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
電気化学ユニットの各グループ（１３）は、８つの電気化学ユニットを含んでいることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
各電気化学ユニットは、単セルの燃料電池を有していることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列接続された電気化学ユニットからなるスタックのためのシャントシステムに関する。このシステムは、電気化学ユニットの正極と負極の間にそれぞれ接続されたシャント回路を備えている。システムは、シャント回路の少なくとも１つに制御信号を送信するように構成された制御回路をさらに備え、これにより、そのシャント回路が接続されている電極の間で電気化学ユニットを迂回させる。
【背景技術】
【０００２】
電気化学ユニットを直列に接続したアセンブリ（スタックと呼ばれることが多い）が知られている。このように構成されている電気化学ユニットは、例えば蓄電素子、あるいは燃料電池で構成してよい。燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する電気化学デバイスである。例えば、１つのタイプの燃料電池は、アノードとカソードを有し、それらの間に、高分子電解質膜と呼ばれることが多いプロトン交換膜が配されている。この種の膜は、燃料電池のアノードとカソードの間にプロトンのみを通過させる。アノードでは、二原子水素が反応を起こしてＨ+イオンを発生し、これが高分子電解質膜を通過する。この反応により発生する電子は、燃料電池の外部の回路によってカソードにつながり、こうして電流を発生させる。
【０００３】
単セルの燃料電池は、一般的に、低い電圧（１ボルト前後）しか生成しないので、燃料電池は、多くの場合、直列に接続されて、より高い電圧を各セルの電圧の和で発生させることができる燃料電池スタックを形成する。燃料電池スタックの欠点の１つは、それらの接続を遮断しても、それらを停止させるには不十分であるということである。実際に、燃料電池により出力に供給される電流を急にゼロまで減少させた場合、スタックを構成する燃料電池は、それらが生成している電気化学的エネルギーを取り除くことが不可能になり、それらいくつかのセルの端子間電圧は、高分子膜およびそれに関連する触媒の劣化を加速させる点まで上昇する傾向がある。燃料と酸化剤の供給を中断することも、燃料電池スタックを停止させるのに十分ではない。この場合、スタック内に閉じ込められている燃料および酸化剤は、かなりの時間に渡って反応を維持するのに十分な量である。燃料として水素を、酸化剤として酸素を使用する燃料電池スタックの場合、スタックが停止するのに数時間かかることさえある。
【０００４】
米国特許出願公開第２００８／００３８５９５号は、燃料電池スタックを停止する方法を開示している。この従来技術による方法は、停止制御信号の受信によって開始する。この方法の第１のステップは、酸素の供給を遮断することである。この方法の第２のステップは、持続する電流を取り出して、スタック内にある酸素のほとんどを消費することである。第３のステップは、酸素管に空気を導入することであり、そして最終的に、最後のステップで水素の供給を遮断する。燃料電池スタックの作動中に個々のセルのすべてがまったく同じように動作するわけではないことが、経験から知られている。具体的には、それらはすべて同じ電圧を供給するわけではなく、また、同量の熱を発するわけでもない。従って、上記の停止方法の第２のステップでは、スタックの各セルにより供給される電流の強さを個別に調整すると有利である。
【０００５】
燃料電池スタックの特定のセルを流れる電流を迂回させるためのシステムが、既に知られている。このようなシステムは、燃料電池スタックを停止させるため、あるいは問題のあるセルを切り離すために用いられる。
【０００６】
既知のシステムは、図１に示すように、ダイオードとバルブのネットワークを用いている。各セルは、ダイオードとガス供給バルブとを有している。このダイオードとバルブは、計算ユニットにより電子的に制御される。計算ユニットは、停止制御信号を受信すると、各セルのダイオードによってセルを短絡させる。それと同時に、計算ユニットは、プロセスを停止させるため、関係しているセル（複数の場合もある）のガス供給バルブを遮断する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池スタックの特定のセルを流れる電流を迂回させるための既知のシステムには、いくつかの欠点がある。特に、燃料電池スタックは、直列に接続された百個を超えるセルを含んでいるものがある。しかし、個々のセルの電圧は、接続された負荷に応じて、また、セルの状態が良好であるかどうかによって、０から約１．２ボルトまでの間で変動することがある。従って、燃料電池スタックでは、特定のセルとアースとの間の電位差が、数十ボルト、あるいは数百ボルトになることさえある。あいにく、電流の迂回を制御するのに通常用いられる一般的な半導体デバイスは、その入力とアースとの間に（１２または１８ボルトよりも高い）高電圧を許容できるものではない。
【０００８】
本発明の目的は、シャント電流を制御するのに用いられる半導体構成部品が過度の電圧を受けることがないシャント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】
【０００９】
そこで、本発明は、直列接続された電気化学ユニットのためのシャントシステムに関し、このシステムは、以下の回路を備える。
‐  電気化学ユニットの正極と負極の間にそれぞれ接続されたシャント回路。
‐  シャント回路の少なくとも１つに制御信号を送信するように構成された制御回路であって、これにより、そのシャント回路が接続されている電極の間で電気化学ユニットを迂回させる、制御回路。
【００１０】
このシャントシステムは、制御モジュールを備え、その各々は、固有の基準電圧を有している。シャント回路の各々は、それらの制御モジュールの１つに属し、各制御モジュールは、複数のシャント回路を有している。１つの制御モジュールに属するシャント回路は、連続する電気化学ユニットの電極間に接続され、このようにして、スタックは、制御モジュールによって、電気化学ユニットのいくつかのグループに細分されている。各制御モジュールは、制御回路と通信する手段を有し、これにより、制御回路は、異なる制御モジュールに属する複数のシャント回路を制御することが可能である。
【００１１】
このシステムは、シャント回路がそれぞれ、そのシャント回路が接続されている電気化学ユニットの電極間の電位差を測定するための電圧測定手段と関連付けられていること、各制御モジュールが制御回路からの信号を受信するように構成された計算ユニットを有していること、および、シャント回路が、制御回路からの受信信号と、それらのシャント回路がそれぞれ関連付けられているユニットの電極間の電位差とに応じて、計算ユニットにより制御される可変インピーダンスを有していることを特徴としている。
【００１２】
制御モジュールとそれぞれ関連付けられた複数のシリーズに電気化学ユニットを分割することによって、同じシリーズのユニット間の電位差が制限される。また、各制御モジュールが固有の基準電圧をもつため、同じシリーズのそれらいくつかのユニットと、そのシリーズに関連付けられている制御モジュールの基準電圧との間の電位差を、通常の半導体デバイスに適合する範囲内に維持することが可能である。
【００１３】
本発明の有利な変形例によれば、このシステムのシャント回路は、そのシャント回路が接続されている電気化学ユニットの電極間の電位差を測定するための電圧測定手段にそれぞれ関連付けられている。また、各制御モジュールは、制御回路から信号を受信するように構成された処理ユニットを有している。最後に、シャント回路は、制御回路からの受信信号と、それらのシャント回路がそれぞれ関連付けられているユニットの電極間の電位差とに応じて、制御ユニットにより制御される可変インピーダンスを有している。
【００１４】
この変形例によると、特定のシャント回路のインピーダンスは、特に、そのシャント回路が関連付けられているユニットの電極間の電位差によって決まるので、この変形例は、前述のように燃料電池スタックの作動中に個々のセルのすべてがまったく同じように動作するわけではないということを、よりよく考慮しているという利点がある。本発明の直列接続された電気化学ユニットのためのシャントシステムの有利な実施形態は、従属請求項３〜１６の要旨をなす。
【発明の効果】
【００１５】
それらの実施形態の利点の１つは、それらによって、電気化学ユニットのスタックを、徐々に、そして安全に停止させることが可能であることである。実際に、本発明のシステムは、各セルに対して設けられた可変インピーダンスによって、セルの端子間電位差を徐々に低下させることにより、セルの中のガスをすべて消費することが可能である。これによって、システムを損傷する恐れのあるセル内のガスの残留が防止される。
【００１６】
電気化学ユニットのスタックを制御するシステムの目的、利点、および特徴は、限定するものではない単なる例として提供され、添付の図面により示される、本発明の少なくとも１つの実施形態についての以下の詳細な説明において、より明確となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来技術によるセル用シャントシステムを概略的に示している。
【図２】図２は、本発明による電気化学ユニットのスタックのための制御システムを概略的に示している。
【図３】図３は、本発明によるシステムの制御モジュールを概略的に示している。
【図４】図４は、本発明によるシャントシステムを概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明において、当業者によく知られている燃料電池スタックの部分の説明は簡単にする。
【００１９】
図２は、燃料電池スタックに関連付けられた、本発明に係るシャントシステム１０を概略的に示している。このスタックは、多数の電気化学ユニット３を含んでおり、その各々は、接続点として用いられる負極と正極とを有している。この例では、各ユニット３は、単セルの燃料電池、あるいは複数の連続する燃料電池で形成されてよい。しかしながら、簡単にするため、以下の説明では、区別することなくユニットすなわちセルを参照する（ただし実際には、１つのユニットを２つまたはそれ以上のセルで形成することが可能である）。ユニット３は、直列接続されて、一般に燃料電池スタックと呼ばれているものを形成している。各セルは電圧を供給し、その値はおよそ１．２ボルトに達し、これによって、例えば４０個ほどのセルが直列接続されている場合、４８ボルト前後の総電圧を提供する。
【００２０】
ユニット３は、いくつかのユニットからなるグループまたはシリーズ１３を形成するようにまとめられて、グループ分けされている。各グループ１３は、同じ数のユニット３を含んでいることが好ましく、この例では、各グループは４つのユニットを含んでいる。ユニット３の各グループ１３は、モジュール１２に接続されている。各モジュール１２は、すべてのモジュールを管理する中央制御ユニット１１と通信バス１５を介して通信するようになっている。各モジュール１２は、電源バス１４により電力供給される。この電源バス１４は、燃料電池スタックにより供給される電圧に依存しない別個の電源回路で構成されている。これにより、モジュール１２は、燃料電池スタックの電源がオフであっても作動することが可能である。
【００２１】
図３は、本発明の具体的な実施形態によるシャントシステムの一部であるモジュール１２のより詳細な図である。各制御モジュール１２は、自身専用の電力供給回路２１を備えており、これは、電源バス１４からそのエネルギーを受け取るけれども、ガルバニックにそれから切り離されている。このことによって、各モジュール１２は、それぞれ固有の基準電圧をもつことができる。この例では、ガルバニック絶縁は、絶縁変圧器によって確保され、その一次側は電源バスに接続され、二次側は電力供給回路２１の一部をなしている。この例では、電力供給回路２１は、モジュールの基準電圧に対して相対的な正電圧＋２．５Ｖおよび負電圧−２．５Ｖを、モジュール１２の要素に供給する。電源バス１４に誘導結合させる代わりに、もう１つの方法として、電力供給回路２１を電源バスに容量結合させることができることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００２２】
各モジュール１２は、さらに計算ユニット２０を備えており、この例では、それはマイクロプロセッサの形態で実装される。この計算ユニット２０はモジュール１２を管理する一方、それ自身は中央制御ユニット１１によって制御される。計算ユニット２０は、モジュール１２の電力供給回路により電力供給される。また、通信システム２３を介して中央制御回路１１と通信する。この通信システム２３により、中央制御回路１１は、各モジュール１２の計算ユニット２０に命令を送信することが可能である。また、それによって、各計算ユニットは、そのモジュールに関連付けられているセルの状態についての情報を中央制御ユニット１１に送信することが可能である。この例では、通信システム２３は、光カプラ２５を介して通信バス１５に接続された転送バス２４を備えるものである。光カプラによって、モジュール１２を、システムの他の部分からガルバニックに分断することが可能である。この場合、光カプラ２５の数は、通信プロトコルのタイプによって決まり、開示している例のＳＰＩバスは、３つの異なる線を含むものである。このため、このバスの各線に、１つの光カプラ２５を備えている。当然のことながら、通信プロトコルはＳＰＩバスに限定されるものではなく、例えばＩ2Ｃプロトコルなど、他のあらゆるプロトコルを用いることができる。
【００２３】
図３では、計算ユニット２０が、４つの測定回路２２を介して、グループ１３の４つの電気化学ユニット３に接続されている。この例では、測定回路２２は、図３に示すように、それぞれユニット３に関連付けられた差動増幅器２６により形成されている。これらの差動増幅器２６は、電力供給回路２１により供給される電圧で作動する。差動増幅器２６は、図３に示すように、いくつかのユニット３の正極と負極にそれぞれ接続される２つの入力を備えている。差動増幅器２６は、減算回路を形成するように配されて、これにより、各増幅器は、ユニット３のカソードとアノードの間の電位差を測定することが可能である。このため、各グループ１３が４つのユニット３からなるこの例では、４つの差動増幅器２６、すなわちユニット３ごとに１つの差動増幅器が設けられる。
【００２４】
先に述べたように、本発明によれば、各モジュール１２は、固有の電圧基準をもつことにより、独立になっている。この目的のため、各モジュール１２のアースは、関連付けられたグループ１３のユニット３の１つの接続端子の１つに接続されている。このことによって、差動増幅器２６の入力とそのアースとの間の電位差が数ボルトを超えることがないことは明らかであろう。
【００２５】
基準として用いられる接続点は、グループ１３をなすユニットの列の真ん中に取ることが好ましい。従って、グループが４つのユニットを含んでいるこの例では、基準電圧は、２番目と３番目のユニットの間で取得される。また、モジュールあたりのユニットの最大数が、差動増幅器２６によりアースとその入力の１つとの間に許容される最大電位差によって決まることは明らかである。従って、最大許容電位差が８Ｖであり、各々のユニット３が最大１．２Ｖを発生する場合、ユニット３の最大数は１２個である（６×１．２Ｖ．＝７．２Ｖ．；７．２Ｖ．＜８Ｖ．）。
【００２６】
差動増幅器２６は、その出力に、ユニット３の電極間の電位差を表す電圧を供給するように配されている。計算ユニット２０は、モジュール１２の４つの差動増幅器２６により供給される電圧を、４つの個別の入力を通して受け取る。この例では、計算ユニット２０は、デジタルであって、アナログではない。このような状況では、計算ユニット２０により入力に受け取られた信号は、まず最初にデジタル化され、そして、それらいくつかのセル３のデジタル化された電圧値は、通信手段２３を介して中央制御ユニット１１に送られる。
【００２７】
ユニット３のグループ１３ごとに複数の増幅器２６を備えることの主な利点は、測定が迅速に実行されることである。実際に、この場合、複数の電位差を同時にデジタル化することが可能である。計算ユニット２０が、差動増幅器２６の個数に等しい数のアナログ／デジタル・コンバータを備える場合は、デジタル化の同期がさらに強化される。ところで、ユニット３はグループ１３に分割されているので、各グループ１３は、同時に、すなわち並列に、電位差の測定を実行する。従って、ユニット３の電位差の測定値をすべて同時に取り出し、デジタル化することが可能である。
【００２８】
これとは違って、計算ユニット２０が、アナログ／デジタル・コンバータを１つだけ備える場合、電位差の取り出しはすべて同時に行われるけれども、それらいくつかの測定値のデジタル値への変換は、同時にではなく順次行われる。計算ユニット２０は、各差動増幅器２６からのそれぞれの電位差を、約２０μｓの時間差で次々と選択する。このようにして４つのユニット３からなるグループ１３の全部の電位差２６が、およそ８０μｓで処理される。しかしながら、電気化学ユニット３がグループ１３に分割されていることによって、このような影響が制限される。このことによって、理論的には、すべてのユニット３の電位差の測定値全体の処理が、およそ８０μｓで可能である。
【００２９】
先に述べたように、電位差の値がデジタル形式に変換されたら、これらの値は制御ユニット１１に送られる。このとき、データは、通信システム２３および通信バス１５を介して、直列に、すなわちユニット３ごとに次々と送信される。そして、このデータは、制御ユニットにより燃料電池スタック１０を管理するために用いられる。
【００３０】
燃料電池スタックを管理することの１つの側面は、その動作を停止させることである。このために、燃料電池スタック１０は、各ユニット３を、その端子間の電位差を低下させることにより個別にターンオフするためのシャント回路を備えている。ユニットを損傷することなくオフにするため、その電位差はゼロに近い値まで下げられて、その値に維持される。また、これらのシャント回路は、緊急に燃料電池スタック１０の１つのユニット３を切り離すために用いることもできる。
【００３１】
これらのシャント回路を、図３では２７で示しており、シャント回路の例である実施形態を、図４に概略的に示している。図４を参照すると、図示のシャント回路は、まず、３０で示すＮＰＮ型（あるいは、極性に応じてＰＮＰ型）のバイポーラ・シャントトランジスタを備えており、これは、セル３の正極と負極との間に、抵抗３７と直列に接続されている。バイポーラ・シャントトランジスタ３０のベースは、ペアのドライバトランジスタ３１の間の接続点に接続されており、これらのドライバトランジスタは、直列接続されて、異なる極性をもつものである。図４では、さらに、このペアのドライバトランジスタ３１が、それらのベースによって今度は制御ジェネレータに接続されており、これは、加算器３２により構成されるもので、計算ユニット２０（図３）から基準信号を受信するように配された第１の入力を備えている。加算器３２は、電圧測定回路２２の増幅器２６の出力に接続された第２の入力を備えている。加算器３２は、さらに、コンパレータ３４の出力とインバータ３６の出力の両方に接続された第３の入力を備えている。コンパレータ３４は、差動増幅器３３の出力に接続された第１の入力と、所定の基準電圧を受け取るように配された第２の入力とを備えている。差動増幅器３３は、バイポーラトランジスタ３０と直列な抵抗３７の両端子にそれぞれ接続された２つの入力を備えている。差動増幅器３３の出力は、コンパレータ３４の入力の他に、計算ユニット２０（図３）の入力の１つにも接続されている。インバータ３６の入力は、第２のコンパレータ３５の出力に接続されている。このコンパレータ３５は、その第１の入力によって、ペアのドライバトランジスタ３１と直列に接続された抵抗３８の端子の１つに接続されている。コンパレータ３５の他方の入力は、第２の所定の基準電圧を受け取るように配されている。
【００３２】
この例のシャント回路は、能動負荷の原理で動作する。ＮＰＮ型トランジスタ３０のベースに印加される電圧によって、コレクタ電流を変化させることができる。この電流および電圧の変化によって、本発明においてシャントを流れる電流量の制御に用いられるインピーダンスの変化が生じる。ＮＰＮ型シャントトランジスタ３０は、＋２．５ボルトの電圧で作動するペアのトランジスタ３１により構成されるアセンブリによって制御される。これら２つのトランジスタは、能動負荷として機能するＮＰＮ型トランジスタと制御ジェネレータ３２と間の仲介役として機能する。先に述べたように、制御ジェネレータ３２は、加算型の差動増幅回路である。この加算回路により、３つの信号が加算される。これらの信号のうちの１つは、計算ユニット２０により生成される基準信号である。この基準信号は、パルス幅変調信号あるいは線形信号とすることができる。
【００３３】
加算回路３２への第２の入力信号は、この能動負荷システム２７および差動増幅器２６が接続されているユニット３の電位差の測定値である。このように電圧測定値を用いることで、電気化学ユニット３のスタックの制御システムのターンオフの調節が可能となる。
【００３４】
加算回路３２への第３の入力信号は、安全信号である。実際に、能動負荷システムを用いて電位差の値を下げることで、電流の変化が生じる。このとき、抵抗素子における電流が変化することで、ジュール効果ひいては発熱に変化が生じる。
【００３５】
そこで、このシャントシステムは、能動負荷に流れる電流を制限するために、計算ユニットにより供給される基準信号に作用する電流リミッタシステムを備えている。この電流リミッタシステムは、２つの電流監視モジュールを含んでいる。第１の監視モジュールは、シャントの電流を監視するために用いられ、第２の監視モジュールは、能動負荷を駆動するドライバトランジスタ３１の直列ペアに流れる電流を監視するために用いられる。
【００３６】
第１のモジュールは、ＮＰＮ型シャントトランジスタ３０に直列接続された抵抗３７を含んでいる。この抵抗は、電流測定回路３３において用いられる。実際に、電流測定回路３３は、この抵抗の電流を、外部抵抗を用いて測定する。そして、この電流値は、電流を表す電位差の値に変換されて、出力に送られる。この電流を表す電位差は、積分機能をもつ差動増幅器によって、コンパレータ３４に送られる。コンパレータ回路は、超えてはならない電流に相当する所定の基準電圧を用いる。電流を表す電圧がこの基準電圧よりも低い場合、コンパレータ３４は導通しない。逆に、電流を表す電圧がこの基準電圧よりも高い場合、コンパレータ３４は導通する。導通しているときには、回路３４は、積分機能を伴って作動する。このとき、積分機能は、システムの動作を鈍くするため、すなわち、計算ユニットからの基準信号を補正するために用いられる電流表示信号の過度な変動を防ぐために用いられる。積分機能は、補正電圧ひいては基準信号を平滑化するために用いられる。
【００３７】
第２のモジュールは、能動負荷を駆動する２つの直列なドライバトランジスタ３１に流れる電流を監視するために用いられる。このモジュールは、積分機能を有する差動増幅器を備えたコンパレータ回路３５を含んでいる。この回路は、能動負荷のＮＰＮ型シャントトランジスタ３０を駆動する２つのドライバトランジスタ３１に直列に接続された抵抗３８を、２．５ボルトの電源と、２つのドライバトランジスタ３１のうち第１のトランジスタのコレクタとの間に、備えている。２つのドライバトランジスタに直列接続された抵抗３８を流れる電流を表す電圧、および所定の第２の基準電圧が、差動増幅器３５の入力に接続されている。電流を表す電圧が基準電圧よりも低い場合、コンパレータ回路は導通しない。逆に、電流を表す電圧が基準電圧よりも高い場合、コンパレータ回路は導通する。導通しているときには、結果として得られる信号が、そこからインバータ３６に送られ、これによって、その信号を能動負荷の制御に加味することが可能である。この第２のモジュールは、追加的な保護を提供するものであり、従って不可欠なものではない。
【００３８】
そして、第１および第２のモジュールから送出される信号は加算されて、調整に用いるため加算器３２に送られる。有利には、例えばショットキーダイオードなどのダイオード４０を、第１および第２の監視モジュールの出力に設けることができる。これらのショットキーダイオード４０は、逆向きに接続されて、各モジュールの出力信号が他方のモジュールに干渉すること防ぐために用いられる。従って、２つのモジュールを通じた電圧の上昇はない。
【００３９】
第１の変形例では、温度センサを設けることで、システムの保護を強化することができる。これらの温度センサは、本明細書で提示した様々な回路の様々な構成要素を保持しているボード上に配置することができ、あるいはユニット上に配置することもできる。実際に、ユニット３すなわち各セルの温度の測定によって、燃料電池スタック１０を停止させるためのプロトコルを設定することができる。各ユニット３の温度センサは、そのユニット３に関連付けられている計算ユニットに接続することができる。この場合、各制御ユニットが自身のユニットを管理していることで、各計算ユニット２０ができる限り迅速に動作するように温度データを直接取り出すことがより簡単となる。この応答性は、問題のあるユニット３を停止させるためのもの、あるいは、システム全体を停止させるためのものである。
【００４０】
上記で提示した発明の様々な実施形態について、当業者には明らかである種々の変更および／または改良および／または組み合わせが、添付の請求項により規定される発明の範囲から逸脱することなく実施可能であることは、明らかであろう。例えば、本発明によるシャントシステムを、多くの電気化学セルを含む電池システムに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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