(57)【要約】【課題】燃料電池の電圧監視システムの異常判定を行う技術を提供する。【解決手段】電圧監視システム２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の運転状態を取得すると共に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧を電圧伝達回路４０により出力し、最小値検出回路５０と最大値検出回路６０とにより、その最大値、最小値の少なくとも一方を検出する。そして、運転状態が停止中またはオープン状態であり、かつ、最大値が閾値ＴＨ以上である場合に電圧伝達回路４０が異常であると判定する。また、電圧伝達回路４０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４と電圧伝達回路４０との間に接続不良がある場合に出力を０Ｖとするように構成されており、運転状態が負荷運転中であり、最小値が０Ｖ、かつ、最小値（０Ｖ）と全体の電圧とが矛盾する場合に、電圧伝達回路４０が異常であると判定する。【選択図】図２
2011103233.tif 000002
【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、絶縁した状態で出力する電圧伝達手段と、
前記電圧伝達手段が出力する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該出力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特定検出手段と、
前記燃料電池の運転状態を取得する取得手段と、
前記検出した最小値と最大値の少なくとも一方と、前記取得した燃料電池の運転状態とに基づいて、前記電圧伝達手段の異常を判定する判定手段と
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、
前記特定検出手段は、少なくとも前記最大値を検出するものであり、
前記判定手段は、前記取得した運転状態が停止中、または、オープン状態であり、かつ、前記検出した最大値が、予め定められた閾値以上である場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する
電圧監視システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電圧監視システムであって、
更に、前記複数の燃料電池の全体の電圧を検出する全体検出手段を備え、
前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のいずれかと前記電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、出力を０ボルトとするように構成され、
前記特定検出手段は、少なくとも前記最小値を検出するものであり、
前記判定手段は、前記取得した運転状態が負荷運転中であり、かつ、前記検出した最小値が０ボルトであり、かつ、該最小値と前記検出した全体の電圧とが矛盾する場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する
電圧監視システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２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いずれかと該電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、出力を０ボルトとするように構成され、
前記特定検出手段は、少なくとも前記最小値を検出するものであり、
前記判定手段は、前記取得した運転状態が負荷運転中であり、かつ、前記検出した最小値が０ボルトである場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する
電圧監視システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４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を備え、
前記特定検出手段は、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６】
請求項５記載の電圧監視システムであって、
前記特定検出手段は、
前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、
前記差動アンプの出力ごとに第１の方向に設けられた第１のダイオードと、該第１のダイオードとグランドとの間に介装される第１のコンデンサとを備えた第１の回路と、
前記差動アンプの出力ごとに、前記第１の方向と反対の方向である第２の方向に設けられた第２のダイオードと、該第２のダイオードとグランドとの間に介装される第２のコンデンサとを備えた第２の回路と
を並列に備え、
前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う
電圧監視システム。
【請求項７】
請求項５記載の電圧監視システムであって、
前記特定検出手段は、
前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、
前記差動アンプの出力ごとに第１の方向に設けられた第１のダイオードと、
前記差動アンプの出力ごとに、前記第１の方向と反対の方向である第２の方向に設けられた第２のダイオードと、
前記差動アンプと、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのうちのいずれか一方との接続をスイッチ回路によって切り替える接続切替手段と、
前記第１のダイオード及び前記第２の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、
前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う
電圧監視システム。
【請求項８】
請求項５記載の電圧監視システムであって、
前記特定検出手段は、
前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、
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、
前記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、
前記差動アンプと前記ダイオードとの間に介装される第１のスイッチ回路と、該ダイオードと前記コンデンサとの間に介装される第２のスイッチ回路とによって、該ダイオードの方向を切り替え可能な方向切替手段と
を備え、
前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う
電圧監視システム。
【請求項９】
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の異常を判定する異常判定方法であって、
前記電圧監視システムは、
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、絶縁した状態で出力する電圧伝達手段と、
前記電圧伝達手段が出力する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該出力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特定検出手段と
を備え、
前記検出した最小値と最大値の少なくとも一方と、前記燃料電池の運転状態とに基づいて、前記電圧伝達手段の異常を判定する
電圧監視システムの異常判定方法。
【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、単セルでは実際の出力が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。こうしたことから、燃料電池スタックの制御を好適に行うために、燃料電池スタックを構成する単セルの電圧を監視する電圧監視システムが提案されている（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、電圧監視システム自体に異常が発生した場合、当該異常に伴って検出された誤った監視結果に基づいて、燃料電池スタックの運転が不適切に制御されるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３２０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１６８２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、燃料電池の電圧監視システムの異常判定を行う技術を提供することである。
【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】
［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、絶縁した状態で出力する電圧伝達手段と、前記電圧伝達手段が出力する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該出力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特定検出手段と、前記燃料電池の運転状態を取得する取得手段と、前記検出した最小値と最大値の少なくとも一方と、前記取得した燃料電池の運転状態とに基づいて、前記電圧伝達手段の異常を判定する判定手段とを備えた電圧監視システム。
【０００８】
かかる構成の電圧監視システムは、燃料電池の各々の電圧のうちの最小値と最大値の少なくとも一方を検出し、検出した最小値と最大値の少なくとも一方と、燃料電池の運転状態とに基づいて、電圧伝達手段の異常を判定する。したがって、電圧監視システムの異常を判定することができる。しかも、最小値または最大値の検出は、もともと燃料電池の運転制御用に行うものであり、運転状態の取得は容易であることから、簡易な方法として実現することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１記載の電圧監視システムであって、前記特定検出手段は、少なくとも前記最大値を検出するものであり、前記判定手段は、前記取得した運転状態が停止中、または、オープン状態であり、かつ、前記検出した最大値が、予め定められた閾値以上である場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する電圧監視システム。
【００１０】
かかる構成の電圧監視システムは、運転状態が停止中またはオープン状態であり、かつ、最大値が閾値以上である場合に電圧伝達手段が異常であると判定する。電圧伝達手段が正常であれば、運転状態が停止中またはオープン状態における燃料電池の電圧は、負荷運転中と比べて相対的に小さくなるので、所定値以上の電圧が検出されれば、電圧伝達手段に異常が生じている可能性が高いからである。かかる構成により、簡易に電圧伝達手段の異常判定を行うことができる。
【００１１】
［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、更に、前記複数の燃料電池の全体の電圧を検出する全体検出手段を備え、前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のいずれかと前記電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、０ボルトを出力するように構成され、前記特定検出手段は、少なくとも前記最小値を検出するものであり、前記判定手段は、前記取得した運転状態が負荷運転中であり、かつ、前記検出した最小値が０ボルトであり、かつ、該最小値と前記検出した全体の電圧とが矛盾する場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する電圧監視システム。
【００１２】
かかる構成の電圧監視システムは、複数の燃料電池のいずれかと電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、０ボルトを出力するように構成されているので、運転状態が負荷運転中であるにもかかわらず、最小値として０Ｖが検出されれば、電圧伝達手段に接続不良が生じている可能性が高い。その上で、最小値が０Ｖであることに加えて、最小値（０Ｖ）と全体の電圧とが矛盾することを条件として、電圧伝達手段の異常を判定するので、精度良く、電圧伝達手段の接続不良を判定することができる。
【００１３】
［適用例４］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、前記電圧伝達手段は、前記複数の燃料電池のいずれかと該電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、０ボルトを出力するように構成され、前記特定検出手段は、少なくとも前記最小値を検出するものであり、前記判定手段は、前記取得した運転状態が負荷運転中であり、かつ、前記検出した最小値が０ボルトである場合に、前記電圧伝達手段が異常であると判定する電圧監視システム。
【００１４】
かかる構成の電圧監視システムは、複数の燃料電池のいずれかと電圧伝達手段との間に接続不良がある場合に、０ボルトを出力するように構成されているので、運転状態が負荷運転中であるにもかかわらず、最小値として０Ｖが検出されれば、電圧伝達手段に接続不良が生じている可能性が高い。したがって、簡易な手法で電圧伝達手段の接続不良を判定することができる。
【００１５】
［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を備え、前記特定検出手段は、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。
【００１６】
かかる構成の電圧監視システムは、特定検出手段が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。
【００１７】
［適用例６］適用例５記載の電圧監視システムであって、前記特定検出手段は、前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、前記差動アンプの出力ごとに第１の方向に設けられた第１のダイオードと、該第１のダイオードとグランドとの間に介装される第１のコンデンサとを備えた第１の回路と、前記差動アンプの出力ごとに、前記第１の方向と反対の方向である第２の方向に設けられた第２のダイオードと、該第２のダイオードとグランドとの間に介装される第２のコンデンサとを備えた第２の回路とを並列に備え、前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う電圧監視システム。
【００１８】
かかる構成の電圧監視システムは、第１の回路と第２の回路とにより、最大値と最小値とを検出し、運転状態に応じて異常の判定を行う。したがって、運転状態に応じて、複数の観点から判定を行うことができ、判定精度が向上する。また、第１の回路と第２の回路とを並列に備えていることにより、最大値と最小値とを同時に検出できるので、最大値と最小値の両方を用いて燃料電池の運転制御を行う場合にも好適に適用できる。
【００１９】
［適用例７］適用例５記載の電圧監視システムであって、前記特定検出手段は、前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、前記差動アンプの出力ごとに第１の方向に設けられた第１のダイオードと、前記差動アンプの出力ごとに、前記第１の方向と反対の方向である第２の方向に設けられた第２のダイオードと、前記差動アンプと、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのうちのいずれか一方との接続をスイッチ回路によって切り替える接続切替手段と、前記第１のダイオード及び前記第２の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、前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う電圧監視システム。
【００２０】
かかる構成の電圧監視システムは、差動アンプと、第１のダイオード及び第２のダイオードのうちのいずれか一方との接続をスイッチ回路によって切り替えて、最大値または最小値を選択的に検出し、運転状態に応じて異常の判定を行うことができる。したがって、運転状態に応じて、複数の観点から判定を行うことができ、判定精度が向上する。また、共通のコンデンサによって最大値または最小値を選択的に検出できるので、第１のダイオード及び第２のダイオードのそれぞれに対して個別的にコンデンサを備える必要がなく、回路構成を簡略化できる。また、最大値または最小値を選択的に検出するので、最大値または最小値の出力先では、これらを同時に扱う必要がなく、出力先の装置構成を簡略化できる。
【００２１】
［適用例８］適用例５記載の電圧監視システムであって、前記特定検出手段は、前記最小値と前記最大値とを検出するものであり、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、前記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、前記差動アンプと前記ダイオードとの間に介装される第１のスイッチ回路と、該ダイオードと前記コンデンサとの間に介装される第２のスイッチ回路とによって、該ダイオードの方向を切り替え可能な方向切替手段とを備え、前記判定手段は、前記取得した運転状態に応じて、前記検出した最小値または最大値に基づいて、前記異常の判定を行う電圧監視システム。
【００２２】
かかる構成の電圧監視システムは、第１のスイッチ回路と第２のスイッチ回路とによって、ダイオードの方向を切り替えて、最大値または最小値を選択的に検出し、運転状態に応じて異常の判定を行うことができる。したがって、運転状態に応じて、複数の観点から判定を行うことができ、判定精度が向上する。また、最大値の検出と最小値の検出とで共通のダイオード及びコンデンサを兼用できるので、回路構成を簡略化できる。また、最大値または最小値を選択的に検出するので、最大値または最小値の出力先では、これらを同時に扱う必要がなく、出力先の装置構成を簡略化できる。
【００２３】
また、本発明は、適用例９の電圧監視システムの異常判定方法としても実現することができる。
［適用例９］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の異常を判定する異常判定方法であって、前記電圧監視システムは、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、絶縁した状態で出力する電圧伝達手段と、前記電圧伝達手段が出力する前記複数の燃料電池の電圧を集合して、該出力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特定検出手段とを備え、前記検出した最小値と最大値の少なくとも一方と、前記燃料電池の運転状態とに基づいて、前記電圧伝達手段の異常を判定する電圧監視システムの異常判定方法。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電圧監視システム２０の概略構成を示す説明図である。
【図２】電圧監視システム２０における異常判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】第２実施例としての電圧監視システム１２０の概略構成を示す説明図である。
【図４】第３実施例としての電圧監視システム２２０の概略構成を示す説明図である。
【図５】第４実施例としての電圧伝達回路３４０の概略構成を示す説明図である。
【図６】第５実施例としての電圧監視システム４２０の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
Ａ．第１実施例：
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、４つの燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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〜ＦＣ４は、発電の最小単位である、いわゆる単セルである。
【００２６】
燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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〜ＦＣ４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）。燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数は、４つに限らず、任意に設定すればよい。
【００２７】
電圧監視システム２０は、図示するように、電圧監視回路２５、オペアンプ７０、ＭＣＵ８０、ＣＰＵ９０を備えている。電圧監視回路２５は、電圧伝達回路４０と、最小値検出回路５０と、最大値検出回路６０とを備えている。
【００２８】
電圧伝達回路４０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のそれぞれに接続される同一の回路で構成される。電圧伝達回路４０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４から見ると、アノード、カソード間に抵抗３１〜３４が介装され、かつ、オペアンプ４１〜４４の両入力端子に接続されている。オペアンプ４１〜４４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〜ＦＣ４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〜ＦＣ４の電圧そのもの）を実電位とは絶縁して出力する。
【００２９】
燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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、各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４１〜４４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４１〜４４の出力はいずれも、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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４１〜４４の電源として、燃料電池スタックＦＣとは独立して設けられた電源４６を用いる構成としている。
【００３０】
最小値検出回路５０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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５１〜５４と、コンデンサＣ５５と、電源５７と抵抗５８とを備えている。上述した各オペアンプ４１〜４４の出力は全て、逆方向のダイオード５１〜５４に接続されている。このため、各オペアンプ４１〜４４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４１〜４４の出力は、他のオペアンプ４１〜４４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４１〜４４の出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ５５が接続されており、更に、プルアップ抵抗器５８を介して所定の正の電源５７が接続されている。この電圧は、オペアンプ４１〜４４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。かかる最小値検出回路５０の動作については後述する。
【００３１】
最大値検出回路６０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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６１〜６４と、コンデンサＣ６５と、抵抗６８とを備えている。上述した各オペアンプ４１〜４４の出力は全て、順方向のダイオード６１〜６４に接続されている。オペアンプ４１〜４４の出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ６５が接続されている。抵抗６８は、いわばプルダウン抵抗器であり、コンデンサＣ６５に溜まった電荷を放電し、オペアンプ４１〜４４側からの出力がなければ、コンデンサＣ６５の端子ＴＥ２の電圧をゼロにする。かかる最大値検出回路６０の動作については後述する。
【００３２】
オペアンプ７０は、ボルテージフォロアである。オペアンプ７０は、燃料電池スタックＦＣの全体電圧を、ＣＰＵ９０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。
【００３３】
最小値検出回路５０及び最大値検出回路６０の出力は、ＭＣＵ８０に入力される。ＭＣＵ８０は、本実施例では、ＡＤ変換に特化したマイクロコンピュータであり、最小値用と最大値用の２つの入力ポート及び出力ポートを備えている。ＭＣＵ８０は、入力された最大値、最小値をそれぞれＡＤ変換して、ＣＰＵ９０に出力する。ただし、ＭＣＵ８０が他の機能を備えていてもよいし、最小値検出回路５０及び最大値検出回路６０の出力を直接的にＣＰＵ９０に入力する構成としてもよい。
【００３４】
ＣＰＵ９０は、ＲＯＭ（図示せず）に記憶されたプログラムをＲＡＭ（図示せず）に展開して実行することで、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４を備えた燃料電池システムの運転全般を制御する。特に、ＣＰＵ９０は、オペアンプ７０を介して、全体電圧の入力を受け、また、ＭＣＵ８０を介して、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最小値及び最大値の入力を受け、その値に応じて、燃料電池システムの運転制御を行う。また、ＣＰＵ９０は、運転状態取得部９１、異常判定部９２としても機能する。これらの機能の詳細は後述する。
【００３５】
かかる構成の電圧監視システム２０に接続される燃料電池スタックＦＣのターミナルには、負荷９５が接続されている。負荷９５は、例えば、二次電池や、電力消費装置（モータなど）とすることができる。燃料電池スタックＦＣと負荷９５との間には、スイッチ９６，９７が介装され、ＣＰＵ９０の信号を受けて、燃料電池スタックＦＣと負荷９５との接続関係が制御される。なお、図１において、電圧監視回路２５に接続された燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４と、負荷９５に接続される燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４とは同一のものである。これらは、図示の便宜上、２箇所に表示している。
【００３６】
Ａ−２．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〜ＦＣ４の各々の電圧のうちの最小値を検出する動作である。なお、説明を簡略化するため、以下の動作では、ダイオード５１〜５４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４１〜４４が動作しておらず、各オペアンプ４１〜４４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４１〜４４の出力への電流の流れ込みはないので、コンデンサＣ５５は充電された状態となり、端子ＴＥ１の電圧は、プルアップ抵抗器５８を介して接続された正の電源５７の電圧と等しくなる。
【００３７】
（２）次に、所定のタイミングでオペアンプ４１〜４４を動作させ、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の各出力電圧を差動増幅器であるオペアンプ４１〜４４で検出し、出力させると、ダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５５の端子ＴＥ１の電圧は低下する。この動作は、端子ＴＥ１の電圧が、接続されたオペアンプ４１〜４４の出力のうち、最も低い電圧Ｖｍｉｎ１となるまで継続する。端子ＴＥ１の電圧が電圧Ｖｍｉｎ１と一致したとき、他のオペアンプ４１〜４４（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ＴＥ１の電圧より高いから、ダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込むことはない。
【００３８】
（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４１〜４４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Ｃ５５の端子ＴＥ１の電圧よりも低い電圧を出力したオペアンプ４１〜４４にダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５５の端子ＴＥ１の電圧は低下する。この動作は、端子ＴＥ１の電圧が電圧Ｖｍｉｎ２となるまで継続する。端子ＴＥ１の電圧が電圧Ｖｍｉｎ２と一致したとき、他のオペアンプ４１〜４４は、この端子ＴＥ１の電圧より高いから、ダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込むことはない。
【００３９】
（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４１〜４４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４１〜４４は、端子ＴＥ１の電圧より高いから、ダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込むことはない。したがって、電源５７によって、コンデンサＣ５５が徐々に充電される。この充電は、コンデンサＣ５５の端子ＴＥ１の電圧が電圧Ｖｍｉｎ３になるまで継続される。端子ＴＥ１の電圧が電圧Ｖｍｉｎ３を超えると、ダイオード５１〜５４を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ５５の端子ＴＥ１の電圧は低下する。
【００４０】
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ＴＥ１の電圧は、オペアンプ４１〜４４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ＴＥ１の電圧を検出することにより、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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Ｃ５５には、オペアンプ４１〜４４の最小出力、すなわち、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最小電圧に対応する電圧がホールドされ、ＭＣＵ８０に出力される。
【００４１】
Ａ−３．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〜ＦＣ４の各々の電圧のうちの最大値を検出する動作である。なお、説明を簡略化するため、以下の動作では、ダイオード６１〜６４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４１〜４４を動作させ、各燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の各出力電圧を差動増幅器であるオペアンプ４１〜４４で検出し、出力させると、ダイオード６１〜６４を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ６５の端子ＴＥ２の電圧は上昇する。この動作は、端子ＴＥ２の電圧が、接続されたオペアンプ４１〜４４の出力のうち、最も高い電圧Ｖｍａｘ１となるまで継続する。端子ＴＥ２の電圧が電圧Ｖｍａｘ１と一致したとき、他のオペアンプ４１〜４４（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ＴＥ２の電圧より低いから、ダイオード６１〜６４を介して電流が流れ込むことはない。
【００４２】
（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４１〜４４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Ｃ６５の端子ＴＥ２の電圧よりも高い電圧を出力したオペアンプ４１〜４４からダイオード６１〜６４を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ６５の端子ＴＥ２の電圧は上昇する。この動作は、端子ＴＥ２の電圧が電圧Ｖｍａｘ２となるまで継続する。
【００４３】
（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４１〜４４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Ｃ６５の端子ＴＥ２の電圧は、オペアンプ４１〜４４の出力よりも低いから、オペアンプ４１〜４４からコンデンサＣ６５への電流の流れ込みがなくなる。その結果、コンデンサＣ６５は、その電圧がＶｍａｘ１からＶｍａｘ３になるまで、抵抗６８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ＴＥ２の電圧は、オペアンプ４１〜４４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〜ＦＣ４の最大電圧を検出することは容易である。
【００４４】
Ａ−４．異常判定処理：
電圧監視システム２０における異常判定処理について、図２を用いて説明する。異常判定処理とは、電圧監視システム２０において、電圧伝達回路４０の異常を判定する処理である。本実施例における異常判定処理は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４を備える燃料電池システムの運転状態（例えば、発電運転中、発電運転停止中など）にかかわらず、繰り返し実行される。この処理が開始されると、ＣＰＵ９０は、まず、運転状態取得部９１の処理として、燃料電池システムの発電運転の状態を取得し、判断する（ステップＳ１１１）。本実施例における判断は、（１）負荷運転中（負荷に接続して、発電運転を行っている状態）、（２）停止中（発電運転を行っていない状態）、または、オープン状態（負荷に接続せずに、発電運転を行っている状態）のいずれに該当するかの判断である。本実施例においては、ＣＰＵ９０は、燃料電池スタックＦＣと負荷９５との接続を切り替えるスイッチ９６，９７のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することで、発電運転の状態を取得するものとした。ただし、運転状態を取得するための構成は、かかる構成に限らず、燃料電池スタックＦＣの運転制御パラメータ、例えば、所定期間内の水素供給量などから取得してもよい。
【００４５】
ステップＳ１１１の判断の結果、負荷運転中であれば、ＣＰＵ９０は、異常判定部９２の処理として、電圧伝達回路４０の異常を判定する。具体的には、ＣＰＵ９０は、最小値検出回路５０によって検出され、ＭＣＵ８０を介してＣＰＵ９０に入力された最小値が値０であるか否かを判断する（ステップＳ１１２）。その結果、最小値が値０でなければ（ステップＳ１１２：ＮＯ）、電圧伝達回路４０は正常であると判定する（ステップＳ１１３）。
【００４６】
一方、最小値が値０であれば（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９０は、最小値（値０）と、オペアンプ７０を介して入力されたオペアンプ７０の出力、すなわち、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の全体電圧との整合性を判断する（ステップＳ１１４）。この判断は、本実施例においては、燃料電池スタックを構成する燃料電池の数と、検出した最小電圧及び最大電圧とから想定される、全体電圧の取り得る電圧範囲と、実際に検出された全体電圧とに矛盾がないかという観点で行う。具体的には、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の検出された全体電圧Ｖtotalと、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の検出された最大値Ｖmaxと、燃料電池スタックを構成する燃料電池の数Ｎ（Ｎは１以上の整数、ここではＮ＝４）とが、次式（１）の関係を満たすか否かにより行う。検出された最小値が０Ｖであるということは、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧の少なくとも１つは０Ｖであるから、想定される全体電圧の取り得る電圧範囲は、Ｖmax以上（Ｎ−１個の燃料電池の電圧が０Ｖであり、１個の燃料電池の電圧がＶmaxである場合）、Ｖmax×（Ｎ−１）以下（１個の燃料電池の電圧が０Ｖであり、Ｎ−１個の燃料電池の電圧がＶmaxである場合）となる。したがって、式（１）の関係を満たせば、最小値と全体電圧との整合はとれていることとなる。一方、式（１）の関係を満たさなければ、最小値と全体電圧とが整合していないこととなる。
Ｖtotal≦Ｖmax×（Ｎ−１）・・・（１）
【００４７】
その結果、最小値と全体電圧との整合がとれていれば（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９０は、電圧伝達回路４０は正常であると判断する（ステップＳ１１３）。一方、最小値と全体電圧との整合がとれていなければ（ステップＳ１１４：ＮＯ）、ＣＰＵ９０は、電圧伝達回路４０は異常であると判定する（ステップＳ１１５）。電圧伝達回路４０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力に抵抗３１〜３４が介装されており、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力をオペアンプ４１〜４４に出力するための端子が外れている場合には、オペアンプ４１〜４４は、出力を０Ｖとするように構成されている。したがって、上式（１）を満たさないということは、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の実際の出力が０Ｖよりも大きいにもかかわらず、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のいずれかと電圧伝達回路４０との接続不良により、最小値が０Ｖとして検出された可能性が高い。そこで、このような判定を行うのである。
【００４８】
一方、ステップＳ１１１の判断が停止中またはオープン状態であれば、ＣＰＵ９０は、異常判定部９２の処理として、別の方法により電圧伝達回路４０の異常を判定する。具体的には、ＣＰＵ９０は、最大値検出回路６０によって検出され、ＭＣＵ８０を介してＣＰＵ９０に入力された最大値が、予め定められた閾値ＴＨ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１６）。その結果、最大値が閾値ＴＨ以上であれば（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９０は、電圧伝達回路４０は異常であると判定する（ステップＳ１１７）。このように判定するのは、オペアンプ４１〜４４が正常であっても、停止中またはオープン状態において、その出力が振れることはあるが、負荷運転中ほどの大きな電圧が出力されることはないので、停止中またはオープン状態であるにもかかわらず大きな電圧が出力されれば、オペアンプ４１〜４４のいずれかに異常が生じている可能性が大きいからである。
【００４９】
一方、最大値が閾値ＴＨ未満であれば（ステップＳ１１６：ＮＯ）、ＣＰＵ９０は、電圧伝達回路４０は正常であると判断する（ステップＳ１１３）。こうして、正常または異常の判定を行うと、異常判定処理は、終了となる。
【００５０】
Ａ−５．効果：
かかる構成の電圧監視システム２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧の最大値及び最小値を検出し、これらと燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の運転状態とに基づいて、電圧伝達回路４０の異常を判定することができる。
【００５１】
また、電圧監視システム２０は、電圧伝達回路４０が正常であれば、運転状態が停止中またはオープン状態における燃料電池の電圧は、負荷運転中と比べて相対的に小さくなることを利用して、運転状態が停止中またはオープン状態であり、かつ、最大値が閾値ＴＨ以上である場合に電圧伝達回路４０が異常であると判定する。したがって、簡易に電圧伝達手段の異常判定を行うことができる。
【００５２】
また、電圧監視システム２０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のアノード、カソード間に抵抗３１〜３４が介装され、かつ、オペアンプ４１〜４４の両入力端子に接続されているので、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のいずれかと電圧伝達回路４０との接続不良がある場合には、オペアンプ４１〜４４は０Ｖを出力する。したがって、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の運転状態が負荷運転中であるにもかかわらず、最小値として０Ｖが検出されれば、当該接続不良が生じている可能性が高い。その上で、電圧監視システム２０は、最小値が０Ｖ、かつ、最小値（０Ｖ）と全体の電圧とが矛盾する場合にのみ、電圧伝達回路４０が異常であると判定する。したがって、精度良く、当該接続不良を判定することができる。しかも、最小値（０Ｖ）と全体の電圧とが矛盾するか否かの判断において、検出した最大値を用いるので、矛盾の判断精度を向上させることができる。
【００５３】
また、電圧監視システム２０は、最小値検出回路５０と最大値検出回路６０とにより、最大値と最小値とを検出し、負荷運転中と、停止中またはオープン状態との両方で、異なる手法により異常判定を行うことができるので、判定精度が向上する。また、最小値検出回路５０と最大値検出回路６０とを並列に備えていることにより、最大値と最小値とを同時に検出できるので、最大値と最小値の両方を用いて燃料電池の運転制御を行う場合にも好適に適用できる。
【００５４】
また、電圧監視システム２０は、電圧伝達回路４０が絶縁した状態で出力する、複数の燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧を集合して、最小値と最大値とを検出するので、各々の燃料電池の電圧を検出して、最小値と最大値とを演算により求める場合と比べて、演算負荷を軽減できる。その結果、電圧監視システムに共通する課題である構成の簡略化に資することができる。また、電圧監視システム２０は、オペアンプとダイオードとコンデンサとで構成されるので、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〜ＦＣ４の出力を取り出す各回路の干渉がない。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧変動に対する応答性に優れる。しかも、コンデンサＣ５５，Ｃ６５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、最小電圧及び最大電圧を出力することができる。
【００５５】
Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例について説明する。
Ｂ−１．電圧監視システム１２０の概略構成：
第２実施例としての電圧監視システム１２０は、上述した第１実施例としての電圧監視システム２０に対して、電圧監視回路とＭＣＵの構成のみが異なる。電圧監視システム１２０の概略構成を図３に示す。なお、図３においては、第１実施例と同様の構成については、図１と同一の符号を付して説明を省略し、第１実施例と異なる構成についてのみ以下に説明する。図３に示すように、電圧監視システム１２０は、電圧監視回路１２５とオペアンプ７０とＭＣＵ１８０とＣＰＵ９０とを備えている。電圧監視回路１２５は、第１実施例の最小値検出回路５０及び最大値検出回路６０に代えて、最大最小値検出回路１５０を備えている。最大最小値検出回路１５０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力のうちの最大値と最小値とを選択的に検出する回路である。
【００５６】
最大最小値検出回路１５０において、オペアンプ４１〜４４の出力は、全て、逆方向のダイオード５１〜５４に接続されている。また、オペアンプ４１〜４４の出力は、全て、ダイオード５１〜５４と並列的に、順方向のダイオード６１〜６４に接続されている。オペアンプ４１〜４４とダイオード５１〜５４との間には、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４が介装され、オペアンプ４１〜４４とダイオード６１〜６４との間には、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４が介装されている。また、第１実施例と同様に、オペアンプ４１〜４４の出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ１５５が接続されており、更に、スイッチＳＷ１６及び抵抗５８を介して電源５７、スイッチＳＷ２６を介して抵抗６８が接続されている。
【００５７】
ＭＣＵ１８０は、第１実施例と同様の機能を有するが、入力ポート及び出力ポートをそれぞれ１つ備えている点が第１実施例と異なる。
【００５８】
Ｂ−２．最小値・最大値検出動作：
電圧監視システム１２０の最小値検出動作及び最大値検出動作について説明する。電圧監視システム１２０の最小値検出動作においては、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４とスイッチＳＷ１６とをＯＮにすると共に、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４とスイッチＳＷ２６とをＯＦＦにする。これにより、最大最小値検出回路１５０の接続関係は、第１実施例の最小値検出回路５０と同様になるので、コンデンサＣ１５５に燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最小電圧に相当する電圧がホールドされ、ＭＣＵ１８０に出力される。
【００５９】
一方、電圧監視システム１２０の最大値検出動作においては、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４とスイッチＳＷ１６とをＯＦＦにすると共に、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４とスイッチＳＷ２６とをＯＮにする。これにより、最大最小値検出回路１５０の接続関係は、第１実施例の最大値検出回路６０と同様になるので、コンデンサＣ１５５に燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最大電圧に相当する電圧がホールドされ、ＭＣＵ１８０に出力される。電圧監視システム１２０では、このように、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４，ＳＷ２１〜ＳＷ２４、ＳＷ１６，ＳＷ１６の切り替えにより、最小値及び最大値を選択的に検出するのである。
【００６０】
かかる構成の電圧監視システム１２０は、上述した異常判定処理を行うことにより、第１実施例と同様の効果を奏する。なお、異常判定処理においては、ステップＳ１１１で判断した運転状態に応じて、最小値または最大値を選択的に検出すればよい。しかも、最大最小値検出回路１５０は、スイッチ回路を切り替えることにより、最小値及び最大値を選択的に検出するので、ＭＣＵ１８０は、入力ポート及び出力ポートをそれぞれ１つ備えていればよく、また、最大値検出用と最小値検出用とで個別的にコンデンサを備える必要がなく、装置構成を簡略化できる。
【００６１】
Ｃ．第３実施例：
Ｃ−１．電圧監視システム２２０の概略構成：
第３実施例としての電圧監視システム２２０は、上述した第２実施例としての電圧監視システム１２０に対して、電圧監視回路の構成のみが異なる。電圧監視システム２２０の概略構成を図４に示す。なお、図４においては、第２実施例と同様の構成については、図３と同一の符号を付して説明を省略し、第２実施例と異なる構成についてのみ以下に説明する。図４に示すように、電圧監視システム２２０は、電圧監視回路２２５とオペアンプ７０とＭＣＵ１８０とＣＰＵ９０とを備えている。電圧監視回路２２５は、第２実施例の最大最小値検出回路１５０に代えて、最大最小値検出回路２５０を備えている。最大最小値検出回路２５０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力のうちの最大値と最小値とを選択的に検出する回路である。
【００６２】
最大最小値検出回路２５０において、オペアンプ４１〜４４の出力は、全て、スイッチ回路によって整流方向を切り替え可能なダイオード５１〜５４に接続されている。また、第２施例と同様に、オペアンプ４１〜４４出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ１５５が接続されており、更に、スイッチＳＷ１６及び抵抗５８を介して電源５７、スイッチＳＷ２６を介して抵抗６８が接続されている。
【００６３】
ダイオード５１〜５４の整流方向を切り替える構成について説明する。最大最小値検出回路２５０において、ダイオード５１の前後には、スイッチＳＷ３１，４１が接続されている。スイッチＳＷ３１は、オペアンプ４１の出力が、ダイオード５１の出力側の端子ａ１と、入力側の端子ａ２に接続された端子ｂ１とのうちのいずれかと選択的に接続可能に構成されている。スイッチＳＷ４１は、コンデンサＣ１５５が、ダイオード５１の入力側の端子ａ２と、出力側の端子ａ１に接続された端子ｂ２とのうちのいずれかと選択的に接続可能に構成されている。スイッチＳＷ３１を端子ａ１に接続し、スイッチＳＷ４１を端子ａ２に接続すれば、オペアンプ４１の出力は、逆方向のダイオード５１に接続されることとなる。一方、スイッチＳＷ３１を端子ｂ１に接続し、スイッチＳＷ４１を端子ｂ２に接続すれば、オペアンプ４１の出力は、順方向のダイオード５１に接続されることとなる。なお、説明は省略するが、ダイオード５２〜５４についても、ダイオード５１と同様に、スイッチＳＷ３２〜ＳＷ３４，ＳＷ４２〜４４によって整流方向を切り替え可能に、オペアンプ４２〜４４の出力に接続されている。
【００６４】
Ｃ−２．最小値・最大値検出動作：
電圧監視システム２２０の最小値検出動作及び最大値検出動作について説明する。電圧監視システム２２０の最小値検出動作においては、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ３１を端子ａ１に接続し、スイッチＳＷ４１を端子ａ２に接続し、更に、スイッチＳＷ１６をＯＮにすると共に、スイッチＳＷ２６をＯＦＦにする。これにより、最大最小値検出回路２５０の接続関係は、第１実施例の最小値検出回路５０と同様になるので、コンデンサＣ１５５に燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最小電圧に相当する電圧がホールドされ、ＭＣＵ１８０に出力される。
【００６５】
一方、電圧監視システム２２０の最小値検出動作においては、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ３１を端子ｂ１に接続し、スイッチＳＷ４１を端子ｂ２に接続し、更に、スイッチＳＷ１６をＯＦＦにすると共に、スイッチＳＷ２６をＯＮにする。これにより、最大最小値検出回路２５０の接続関係は、第１実施例の最大値検出回路６０と同様になるので、コンデンサＣ１５５に燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の最大電圧に相当する電圧がホールドされ、ＭＣＵ１８０に出力される。
【００６６】
かかる構成の電圧監視システム２２０は、異常判定処理を行うことにより、第２実施例と同様の効果を奏する。しかも、最大最小値検出回路２５０は、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４，ＳＷ４１〜４４によって、ダイオード５１〜５４の整流方向を切り替えることができるので、第２実施例と比べてダイオードの数を減らし、装置構成を簡略化することができる。
【００６７】
Ｄ．第４実施例：
本発明の第４実施例について説明する。第４実施例としての電圧監視システムは、上述した第１実施例としての電圧監視システム２０に対して、電圧伝達回路の構成のみが異なる。以下、第４実施例としての電圧監視システムについて、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。図５は、第４実施例としての電圧伝達回路３４０の構成を示す説明図である。電圧伝達回路３４０は、抵抗３１１〜３１４と、電流センサ３４１〜３４４とを備えている。つまり、電圧伝達回路３４０は、第１実施例としての電圧伝達回路４０の抵抗３１〜３４とオペアンプ４１〜４４とに代えて、抵抗３１１〜３１４と、電流センサ３４１〜３４４とを備えている点が第１実施例と異なる。
【００６８】
燃料電池ＦＣ１のアノード、カソード間には、抵抗３１１と電流センサ３４１とが直列に接続されている。同様に、燃料電池ＦＣ２〜ＦＣ４についても、抵抗３１２〜３１４と電流センサ３４２〜３４４とが直列に接続されている。
【００６９】
電流センサ３４１〜３４４は、非接触式の直流電流センサであり、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４と絶縁した状態で、抵抗３１１〜３１４を流れる電流に応じて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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３４１〜３４４には、ホール素子型の磁気センサを用いた。つまり、電圧伝達回路３４０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のいずれかと電圧伝達回路３４０との接続不良がある場合には、電流センサ３４１〜３４４は、出力を０Ｖとするように構成されている。かかる構成の電圧伝達回路３４０は、第１実施例と同様の原理により、最小値検出動作及び最大値検出動作を行うことができる。こうした電圧監視システムにおいて、上述した異常判定処理を実行することにより、第１実施例と同様の効果を奏する。勿論、電圧監視システムを第２実施例または第３実施例と同様に、最小値と最大値を選択的に検出することも可能である。
【００７０】
電流センサ３４１〜３４４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。なお、電流センサ３４１〜３４４として、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のいずれかと電圧伝達回路３４０との接続不良があっても出力が０Ｖとならない形式を採用する場合には、第１実施例と同様に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のアノード、カソード間に抵抗を介装してもよい。また、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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３４１〜３４４として、カレントトランスを用いることもできる。
【００７１】
Ｅ．第５実施例：
本発明の第５実施例について説明する。
Ｅ−１．電圧監視システム４２０の概略構成：
第５実施例としての電圧監視システム４２０の概略構成を図６に示す。なお、第１実施例と同様の構成については、図１と同一の符号を付して説明を省略し、第１実施例と異なる構成についてのみ以下に説明する。図示するように、第５実施例としての電圧監視システム４２０を構成する電圧監視回路４２５は、スイッチ回路４４１〜４４４、トランス４４０、最大最小値検出回路４６０、オペアンプ４７２を備えている。
【００７２】
各スイッチ回路４４１〜４４４は、基本的には同一の回路であり、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４から見ると、アノード、カソード間にコンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４が介装され、かつ、これと平行にスイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４、巻線４５１〜４５４が直列に接続されている。このように、スイッチ回路４４１〜４４４は、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４のそれぞれに対して１つずつ設けられている。
【００７３】
スイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４は、ＣＰＵ９０からの信号を受けて燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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４４０は、巻線４５１〜４５４を入力側巻線、巻線４５７を出力側巻線とするトランスである。スイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４がいずれもＯＦＦとなっていると、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４により、コンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４は充電される。コンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４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ＳＷ５１〜ＳＷ５４のいずれか１つをＯＮにした場合、コンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４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４４０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４４０の出力側巻線である巻線４５７の両端には、トランス４４０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ＳＷ５１〜ＳＷ５４のいずれか１つがＯＮとなれば、対応する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４からも電流は流れるが、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４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Ｃ４０１〜Ｃ４０４を用いて、トランス４４０の入力側巻線である巻線４５１〜４５４に突入電流を流すのである。かかるコンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４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。なお、スイッチ回路４４１〜４４４及び４４０は、第１実施例の電圧伝達回路４０に相当するものである。
【００７４】
最大最小値検出回路４６０は、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４に共通する回路であり、コンデンサＣ４１１，Ｃ４１２、ダイオード４６３，４６４、スイッチＳＷ６１，ＳＷ６２を備えている。最大最小値検出回路４６０は、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ６１がＯＮ、スイッチＳＷ６２がＯＦＦとなる場合には、トランス４４０の出力電圧の最大値がコンデンサＣ４１２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４６０は、ＣＰＵ９０からの信号を受けて、スイッチＳＷ６１がＯＦＦ、スイッチＳＷ６２がＯＮとなる場合には、トランス４４０の出力電圧の最小値がコンデンサＣ４１２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４６０の動作の詳細は、後述する。
【００７５】
オペアンプ４７２は、ボルテージフォロアである。オペアンプ４７２は、コンデンサＣ４１２がホールドした最大電圧または最小電圧を、入力ポート、出力ポートを１つずつ備えたＭＣＵ１８０に所定のタイミングで出力する。
【００７６】
Ｅ−２．最大値検出動作：
電圧監視システム４２０の最大値検出動作について説明する。かかる動作は、ＣＰＵ９０を介したスイッチＯＮ/ＯＦＦ動作により実現される。本実施例の最大値検出動作では、まず、スイッチＳＷ６１をＯＮ、スイッチＳＷ６２をＯＦＦにする。そして、スイッチ回路４４２〜４４４のスイッチＳＷ５２〜ＳＷ５４をＯＦＦにした状態で、スイッチ回路４４１のスイッチＳＷ５１をＯＮにする。すると、トランス４４０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Ｃ４１１に印加される。そして、ダイオード４６３を介して、Ｃ４１２に電圧Ｖ１がホールドされる。
【００７７】
次に、スイッチＳＷ５１をＯＦＦにし、スイッチ回路４４２のスイッチＳＷ５２をＯＮにする。すると、トランス４４０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Ｃ４１１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４６３は逆方向バイアスとなるから、コンデンサＣ４１２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４６３は順方向バイアスとなるから、ダイオード４６３を介して、コンデンサＣ４１１とコンデンサＣ４１２の電荷は平準化される。かかる状態でスイッチＳＷ５２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Ｃ４１２に電圧Ｖ２がホールドされる。
【００７８】
かかる動作をスイッチ回路４４２〜４４４についても行えば、最終的に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧の最大値である最大電圧ＶｍａｘがコンデンサＣ４１２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４７２を介してＭＣＵ１８０に出力される。
【００７９】
Ｅ−３．最小値検出動作：
電圧監視システム４２０の最小値検出動作について説明する。かかる動作は、ＣＰＵ９０を介したスイッチＯＮ/ＯＦＦ動作により実現される。本実施例の最小値検出動作では、まず、スイッチＳＷ６１及びＳＷ６２をＯＦＦにした状態で、コンデンサＣ４１２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〜ＦＣ４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Ｃ４１２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。
【００８０】
そして、スイッチ回路４４２〜４４４のスイッチＳＷ５２〜ＳＷ５４をＯＦＦにした状態で、スイッチ回路４４１のスイッチＳＷ５１をＯＮにする。すると、最大値検出動作と同様に、コンデンサＣ４１１に電圧Ｖ１がホールドされる。そして、その後、スイッチＳＷ６２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４６４は逆方向バイアスとなるから、コンデンサＣ４１２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４６４は順方向バイアスとなるから、ダイオード４６４を介して、コンデンサＣ４１１とコンデンサＣ４１２の電荷は平準化される。かかる状態でスイッチＳＷ５１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Ｃ４１２には、電圧Ｖ１がホールドされる。なお、スイッチＳＷ５１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ＳＷ６２を一旦ＯＦＦにする必要がある。
【００８１】
かかる動作をスイッチ回路４４２〜４４４についても行えば、最終的に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の電圧の最小値である最小電圧ＶｍｉｎがコンデンサＣ４１２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４７２を介してＭＣＵ１８０に出力される。
【００８２】
かかる構成の電圧監視システム４２０は、上述した異常判定処理を実行することにより、第１実施例と同様の効果を奏する。なお、電圧監視システム４２０では、アノード、カソード間に抵抗を介装しなくても、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力をコンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４に出力するための端子が外れている状態で燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の発電運転を開始する場合には、コンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４が充電されない。その結果、スイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４をＯＮにしても、巻線４５１〜４５４に電流は流れないので、トランス４４０は最小値検出動作によって０Ｖを出力することとなり、上記ステップＳ１１２の判断による異常判定が可能である。ただし、アノード、カソード間に抵抗を介装してもよい。こうすれば、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の発電運転の開始後に、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力をコンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４に出力するための端子が外れた場合でも、コンデンサＣ４０１〜Ｃ４０４の自己放電を待つまでもなく、トランス４４０は最小値検出動作によって０Ｖを出力することとなり、判定精度を向上させることができる。
【００８３】
Ｆ.変形例：
上述の実施例の変形例について説明する。
Ｆ−１．変形例１：
上述の実施形態においては、電圧監視システムが、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の運転状態に応じた２つの手法により、電圧伝達回路の異常を判定する構成について示したが、必ずしも、これらの２つの手法を用いる必要はなく、いずれか一方の手法のみを用いて異常判定を行ってもよい。勿論、かかる場合には、最大値、最小値のいずれか一方のみを検出する構成としてもよい。こうすれば、より簡略的に異常判定を行うことができる。
【００８４】
Ｆ−２．変形例２：
上述の実施形態では、異常判定処理のステップＳ１１４の判断において、検出した燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の全体電圧Ｖtotalと、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ４の出力の最大値Ｖmaxとを用いて、最小値と全体電圧との整合を判断する構成としたが、検出した最大値Ｖmaxに代えて、予め想定した最大値を用いてもよい。想定する最大値としては、燃料電池の性能を考慮して、出力可能な最大値（例えば、０．９Ｖ）としてもよい。こうすれば、最大値Ｖmaxの信頼性が疑わしい場合でも、一定の判定精度を確保することができる。また、電圧監視システムが最大値、最小値及び全体電圧のうちの最小値と全体電圧のみを検出する構成であっても、適用することができる。
【００８５】
また、ステップＳ１１４の判断において上述したように、想定される全体電圧の取り得る電圧範囲は、Ｖmax以上となるはずであるから、次式（２）を満たさない場合には、Ｖmax、Ｖtotalのいずれかが異常値であると判断できる。このような場合には、オペアンプ４１〜４４のいずれかの異常、または、オペアンプ７０の異常、オペアンプ７０と燃料電池スタックＦＣとの接続不良であるとの判定を行うこともできる。
Ｖmax≦Ｖtotal・・・（２）
【００８６】
また、式（１），式（２）の両方を満たさない場合には、ステップＳ１１４の判断において、上述したように、検出した最大値Ｖmaxに代えて、予め想定した最大値を用いて、判断をし直してもよい。こうすれば、最大値Ｖmaxが異常値である場合に、その影響を排除して判定を行うことができる。さらに、オペアンプ７０と全体電圧を出力するオペアンプ７０への２つの入力線に抵抗を介装した構成とすれば、オペアンプ７０と燃料電池スタックＦＣとの接続不良が生じた場合には、オペアンプ７０は確実に０Ｖを出力するので、検出されたＶtotalが値０であるか否かによって、異常箇所をさらに絞り込むことができる。
【００８７】
もとより、ステップＳ１１４の判断を省略し、検出された最小値が０Ｖであれば（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、電圧伝達手段の異常と判定してもよい。こうすれば、より簡略的に判定を行うことができる。
【００８８】
Ｆ−３．変形例３：
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１実施例におけるダイオード５１〜５４に代えて、トランジスタを用いてもよい。
【００８９】
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】
【００９０】
２０，１２０，２２０，４２０…電圧監視システム
２５，１２５，２２５，４２５…電圧監視回路
３１〜３４，５８，６８，３１１〜３１４…抵抗
４０，３４０…電圧伝達回路
４１〜４４，７０，４７２…オペアンプ
４６…電源
５０…最小値検出回路
５１〜５４，４６３，４６４…ダイオード
５７…電源
６０…最大値検出回路
６１〜６４…ダイオード
８０…ＭＣＵ
９０…ＣＰＵ
９１…運転状態取得部
９２…異常判定部
１５０，２５０，４６０…最大最小値検出回路
３４１〜３４４…電流センサ
４４０…トランス
４４１〜４４４…スイッチ回路
４５１〜４５４，４５７…巻線
４６３，４６４…ダイオード
ＳＷ１１〜ＳＷ１４，ＳＷ１６，ＳＷ２１〜ＳＷ２４，ＳＷ２６，ＳＷ３１〜ＳＷ３４，ＳＷ４１〜ＳＷ４４，ＳＷ５１〜ＳＷ５４，ＳＷ６１，ＳＷ６２…スイッチ
Ｃ５５，Ｃ６５，Ｃ１５５，Ｃ４０１，Ｃ４１１，Ｃ４１２…コンデンサ
ＴＥ１，ＴＥ２，ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２…端子
ＦＣ１〜ＦＣ４…燃料電池
【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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