(57)【要約】【課題】燃料電池の電圧監視システムにおいて、部品点数を低減できる絶縁技術を提供する。【解決手段】電圧監視システム２０は、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎによって、グループＧ１〜Ｇｎに属する燃料電池セルの最小セル電圧を検出する。セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎは、検出された最小電圧に基づいて異常判定を行う。この判定結果の異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに入力される。異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎのいずれかがＨレベル（異常）となると、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光する。この光信号をフォトトランジスタＰＴ１が検知すると、電圧監視システム２０の異常判定出力ＡＯがＬレベルとなる。【選択図】図１
2011129450.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を２以上に区分したグループごとに設けられ、該グループに属する燃料電池の少なくとも一部の電圧を検出する、２以上の検出回路と、
前記検出回路の各々に対して設けられ、該検出回路が検出した電圧の異常を判定し、該判定の結果を出力する判定回路と、
前記判定回路の出力ごとに設けられ、該判定回路が前記検出した電圧を異常と判定したときの出力に対して発光する発光素子と、
前記発光素子の発光を検知し、出力する１つの受光素子と
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、
更に、前記発光素子と前記受光素子とを同一面上に取り付けるプリント基板と、
前記プリント基板に密着し、該プリント基板との間で、前記発光素子及び前記受光素子を覆う被覆体と
を備え、
前記被覆体は、前記プリント基板と密着する密着面を除く該被覆体の表面が遮光性部材により形成され、該被覆体の内部が、該遮光性部材よりも屈折率が大きい光透過性部材で形成され、
前記密着面は、前記発光素子及び前記受光素子を個別的に挿入可能な凹部を備え、
前記光透過性部材は、前記プリント基板と前記遮光性部材とによって外部から遮光された
電圧監視システム。
【請求項３】
前記凹部は、前記プリント基板の前記発光素子及び前記受光素子と同一面上に設けられる回路素子を、前記発光素子及び前記受光素子と独立して挿入可能な凹部を含む請求項２記載の電圧監視システム。
【請求項４】
前記密着面の、前記凹部を除く表面は、前記遮光性部材で形成された請求項２または請求項３記載の電圧監視システム。
【請求項５】
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方法であって、
前記複数の燃料電池を２以上のグループに区分し、
前記区分したグループごとに、該グループに属する燃料電池の少なくとも一部の電圧を検出し、該検出した電圧の異常を判定し、該判定の結果が異常であるときに、前記グループごとに設けた発光素子を発光させ、
前記発光素子の発光を１つの受光素子で検知して、出力する
電圧監視方法。
【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技術に関する。
【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し、全体として必要な高電圧を確保する。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し、単セルの異常を判定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】
こうした電圧監視システムでは、単セルの異常を判定し、出力する際に、安全上の理由から、監視電圧を入力する高電圧側と絶縁して低電圧を出力することが行われる。かかる絶縁技術として、例えば、発光素子と受光素子とからなるフォトカップラを用いることができる（例えば、下記特許文献２）。
【０００４】
しかしながら、監視電圧を入力する高電圧側の電圧帯域を低下させるために、複数の単セルを所定のグループに区分し、当該グループごとに基準電位に接続した上で、グループごとに異常判定を行う場合には、グループごとにフォトカップラを設ける必要があり、部品点数が増加してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０３２０１号公報
【特許文献２】特開平６−３０１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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において、部品点数を低減できる絶縁技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［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を２以上に区分したグループごとに設けられ、該グループに属する燃料電池の少なくとも一部の電圧を検出する、２以上の検出回路と、前記検出回路の各々に対して設けられ、該検出回路が検出した電圧の異常を判定し、該判定の結果を出力する判定回路と、前記判定回路の出力ごとに設けられ、該判定回路が前記検出した電圧を異常と判定したときの出力に対して発光する発光素子と、前記発光素子の発光を検知し、出力する１つの受光素子とを備えた電圧監視システム。
【０００９】
かかる構成の電圧監視システムは、グループごとに燃料電池の電圧を検出して異常判定を行う。異常であるとの判定結果が出力されると、当該出力に対応する発光素子が発光し、これを受光素子が検知して出力する。したがって、いずれかのグループの燃料電池に異常が生じた場合に、異常判定結果を好適に出力することができる。また、受光素子と発光素子とにより、高圧の燃料電池側と絶縁した状態で異常判定結果を低圧側に出力できるので、安全を確保できる。しかも、複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で検知して出力するので、部品点数を低減することできる。
【００１０】
［適用例２］請求項１記載の電圧監視システムであって、更に、前記発光素子と前記受光素子とを同一面上に取り付けるプリント基板と、前記プリント基板に密着し、該プリント基板との間で、前記発光素子及び前記受光素子を覆う被覆体とを備え、前記被覆体は、前記プリント基板と密着する密着面を除く該被覆体の表面が遮光性部材により形成され、該被覆体の内部が、該遮光性部材よりも屈折率が大きい光透過性部材で形成され、前記密着面は、前記発光素子及び前記受光素子を個別的に挿入可能な凹部を備え、前記光透過性部材は、前記プリント基板と前記遮光性部材とによって外部から遮光された電圧監視システム。
【００１１】
かかる構成の電圧監視システムは、プリント基板上に発光素子と受光素子とが設けられるので、製造が容易である。また、発光素子と受光素子とは、被覆体の表面に形成された遮光性部材により外部から遮光されるので、外部から進入した光が受光素子で検知されることがない。したがって、異常判定結果の伝達精度が良い。また、被覆体の内部は、外部に形成された遮光性部材よりも屈折率が大きい光透過性部材で形成されているので、全反射を生じる光導波路として機能することができる。したがって、発光素子及び受光素子の位置関係にかかわらず、発光素子からの光信号を受光素子に確実に伝達し、受光素子を動作させることができる。逆に言えば、発光素子及び受光素子の配置の自由度を高めることができる。
【００１２】
［適用例３］前記凹部は、前記プリント基板の前記発光素子及び前記受光素子と同一面上に設けられる回路素子を、前記発光素子及び前記受光素子と独立して挿入可能な凹部を含む適用例２記載の電圧監視システム。
【００１３】
かかる構成の電圧監視システムは、回路素子が、発光素子と受光素子との間の位置に設けられても、光透過性部材が光導波路として機能するので、発光素子からの光信号を受光素子に確実に伝達することができる。
【００１４】
［適用例４］前記密着面の、前記凹部を除く表面は、前記遮光性部材で形成された適用例２または適用例３記載の電圧監視システム。
【００１５】
かかる構成の電圧監視システムは、密着面の表面が、凹部を除いて、遮光性部材で形成されているので、プリント基板に開口部があっても、当該開口部を介して外部から光が進入することがなく、異常判定結果の伝達精度を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、電圧監視システムのほか、適用例５の電圧監視方法などとしても実現することができる。
［適用例５］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方法であって、前記複数の燃料電池を２以上のグループに区分し、前記区分したグループごとに、該グループに属する燃料電池の少なくとも一部の電圧を検出し、該検出した電圧の異常を判定し、該判定の結果が異常であるときに、前記グループごとに設けた発光素子を発光させ、前記発光素子の発光を１つの受光素子で検知して、出力する電圧監視方法。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】セル電圧検出回路ＶＣ１の構成を示す説明図である。
【図３】絶縁回路３０をプリント基板４０の上面から見た上面視図である。
【図４】絶縁回路３０の断面構造の第１の例を示す説明図である。
【図５】絶縁回路３０の断面構造の第２の例を示す説明図である。
【図６】変形例としての絶縁回路１３０の上面視図である。
【図７】変形例としての絶縁回路２３０の上面視図である。
【図８】比較例としての電圧監視システム３２０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】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．電圧監視システム２０の構成：
本発明の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、複数の燃料電池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。ここでの燃料電池とは、発電の最小単位である、いわゆる単セルである。本実施例における燃料電池は、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）。燃料電池スタックＦＣ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の定格出力は、本実施例では３００Ｖである。ただし、定格出力は、適宜設定すればよく、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の数も、２つ以上であればよい。
【００１９】
電圧監視システム２０は、図示するように、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のセル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎと、Ｎ個のセル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎと、絶縁回路３０とを備えている。セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎは、燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池の電圧を検出する回路であり、それぞれ同一の回路で構成されている。セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎは、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎに対して接続され、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎが検出した電圧の異常を判定する回路であり、それぞれ同一の回路で構成されている。絶縁回路３０は、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎの異常判定出力を、絶縁して、低電圧側へ出力する回路である。以下、これらの構成の詳細について説明する。
【００２０】
燃料電池スタックＦＣを構成する燃料電池は、Ｎ個のグループＧ１〜Ｇｎに区分されている。本実施例では、図１に示すように、各グループＧ１〜Ｇｎに属する燃料電池は、いずれも５個であるが、グループごとの燃料電池の数は、グループごとに異なる個数であってもよい。また、グループに属する燃料電池の個数は、１個であってもよい。燃料電池スタックＦＣに接続されるセル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎは、グループＧ１〜Ｇｎに属する燃料電池にそれぞれ対応して接続される。
【００２１】
以下、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎを代表して、セル電圧検出回路ＶＣ１の詳細について図２に示す。セル電圧検出回路ＶＣ１は、グループＧ１に属する燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の電圧を検出する回路であり、本実施例では、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の出力電圧のうちの最小値を検出する回路である。セル電圧検出回路ＶＣ１は、図示するように、オペアンプ６１〜６５と、最小値検出回路７０とを備えている。オペアンプ６１〜６５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）を出力する。
【００２２】
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、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６１〜６５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６１〜６５の出力電圧はいずれも、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６１〜６５の電源として、燃料電池スタックＦＣとは独立した電源（図示せず）を用いている。
【００２３】
最小値検出回路７０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Ｄ７１〜Ｄ７５と、コンデンサＣ８０と、電源８１とプルアップ抵抗器Ｒ８２とを備えている。上述した各オペアンプ６１〜６５の出力は全て、逆方向のダイオードＤ７１〜Ｄ７５に接続されている。このため、各オペアンプ６１〜６５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６１〜６５の出力は、他のオペアンプ６１〜６５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６１〜６５の出力には、一端がグランドに接続されたコンデンサＣ８０が接続されており、更に、プルアップ抵抗器Ｒ８２を介して所定の正の電源８１が接続されている。この電圧は、オペアンプ６１〜６５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。
【００２４】
かかるセル電圧検出回路ＶＣ１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Ｄ７１〜Ｄ７５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６１〜６５が動作しておらず、各オペアンプ６１〜６５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６１〜６５の出力への電流の流れ込みはないので、コンデンサＣ８０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Ｒ８２を介して接続された正の電源８１の電圧と等しくなる。
【００２５】
（２）次に、所定のタイミングでオペアンプ６１〜６５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６１〜６５で検出し、出力させると、ダイオードＤ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ８０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６１〜６５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６１〜６５（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Ｄ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込むことはない。
【００２６】
（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６１〜６５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Ｃ８０の端子ＴＥ１の電圧よりも低い電圧を出力したオペアンプ６１〜６５にダイオードＤ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ８０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６１〜６５は、この端子ＴＥ１の電圧より高いから、ダイオードＤ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込むことはない。
【００２７】
（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６１〜６５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６１〜６５は、端子ＴＥ１の電圧より高いから、ダイオードＤ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込むことはない。したがって、電源８１によって、コンデンサＣ８０が徐々に充電される。この充電は、コンデンサＣ８０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Ｄ７１〜Ｄ７５を介して電流が流れ込み、コンデンサＣ８０の端子ＴＥ１の電圧は低下する。
【００２８】
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６１〜６５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〜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Ｃ８０には、オペアンプ６１〜６５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る。
【００２９】
ここで説明を図１に戻す。セル電圧検出回路ＶＣ１でホールドされた最小電圧は、それぞれセル電圧異常判定回路ＡＣ１に出力される。セル電圧異常判定回路ＡＣ１は、上述したとおりセル電圧異常判定回路ＡＣ１から出力された最小電圧に基づいて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の発電状態について異常判定を行う回路である。本実施例においては、セル電圧異常判定回路ＡＣ１は、マイクロコンピュータとして構成されており、入力された最小電圧値をＡＤ変換する。そして、セル電圧異常判定回路ＡＣ１は、ＡＤ変換された最小電圧値に基づいて、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ５の異常判定を行う。本実施例においては、異常判定は、ＡＤ変換された最小電圧値と、予め定めた閾値とを比較し、ＡＤ変換された最小電圧値が閾値以下である場合に、異常であると判定し、ＡＤ変換された最小電圧値が閾値よりも大きければ、正常であると判定するものとした。こうした異常の判定結果は、デジタル信号の異常判定出力ＡＯ１として、絶縁回路３０に出力される。異常判定出力ＡＯ１は、異常と判定した場合には、Ｈ（ハイ）レベル、正常と判定した場合には、Ｌ（ロウ）レベルとなる。なお、説明は省略するが、セル電圧異常判定回路ＡＣ２〜ＡＣｎはセル電圧異常判定回路ＡＣ１と同一の構成であり、グループＧ２〜Ｇｎに属する燃料電池の異常判定結果を異常判定出力ＡＯ２〜ＡＯｎとして、絶縁回路３０に出力する。なお、このようにセル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎ、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎをグループＧ１〜Ｇｎごとに区分して構成しているのは、各グループＧ１〜Ｇｎごとに基準電位に接続して、電圧帯域を低下させるためである。
【００３０】
かかる異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎの入力を受ける絶縁回路３０は、グループＧ１〜Ｇｎの数に対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、１つのフォトトランジスタＰＴ１と、電源４１と、プルアップ抵抗器Ｒ４２とを備えている。セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎの出力は、基準電位に接続されており、その間には、それぞれ順方向の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ５が介装されている。発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ５は、順方向に所定の電圧を印加した場合に発光する。本実施例においては、可視光を発光するタイプを用いたが、赤外線、紫外線など可視光外の光を発光するタイプであってもよい。
【００３１】
発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ５が発する光信号の光路上には、フォトトランジスタＰＴ１が設けられている。フォトトランジスタＰＴ１のエミッタは、グランドに接続され、コレクタは、図示しないＣＰＵ（図中の異常判定出力ＡＯ）に接続されている。このＣＰＵは、燃料電池スタックＦＣの運転全般を制御する。また、フォトトランジスタＰＴ１と異常判定出力ＡＯとの間には、プルアップ抵抗器Ｒ４２を介して所定の正の電源８１が介装されている。フォトトランジスタＰＴ１の光波長感度は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ５が発光する光の波長に対応している。
【００３２】
かかる絶縁回路３０は、次のように動作する。セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎから出力される異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎの少なくとも１つがＨレベル（異常）となると、Ｈレベルとなった異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎに対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光する。発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの少なくとも１つが発光すると、この光信号を検知したフォトトランジスタＰＴ１を介して、電源４１からグランドに電流が流れ込む。これにより、異常判定出力ＡＯはＬレベル（異常）となる。一方、異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎの全てがＬレベル（正常）となると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、いずれも発光しない。その結果、フォトトランジスタＰＴ１には電流が流れず、異常判定出力ＡＯは、Ｈレベル（正常）となる。このようにして、絶縁回路３０は、高電圧側である発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ側と、低電圧側であるフォトトランジスタＰＴ１側とを絶縁した状態で、複数の異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎから、１つの異常判定出力ＡＯをＣＰＵに出力する。このとき、絶縁回路３０は、ＮＯＲ回路としての機能を実現している。ＣＰＵは、この異常判定出力ＡＯに応じて、燃料電池スタックＦＣの運転制御を行う。なお、上述の例では、異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎの少なくとも１つがＨレベル（異常）となると、異常判定出力ＡＯがＬレベル（異常）となるように、フォトトランジスタＰＴ１、電源４１及びプルアップ抵抗器Ｒ４２を構成したが、異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎの少なくとも１つがＨレベル（異常）となると、異常判定出力ＡＯがＨレベル（異常）となるように、構成してもよい。
【００３３】
Ａ−２．絶縁回路３０の詳細：
上述した電圧監視システム２０を構成する絶縁回路３０の詳細について以下に説明する。本実施例においては、絶縁回路３０は、プリント基板４０上に実装されている。図３は、絶縁回路３０をプリント基板４０の上面から見た図である。絶縁回路３０を構成する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、プリント基板４０上において、円形に配置されている。本実施例では、各発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの間隔は均等である。また、絶縁回路３０を構成するフォトトランジスタＰＴ１は、プリント基板４０上の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと同一面において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが形成する円形の内部に配置されている。本実施例では、フォトトランジスタＰＴ１は、円形の中心に位置している。このように、各々の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１との距離を等間隔にすることで、光信号の検知精度を向上させることができる。発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１との距離は、フォトトランジスタＰＴ１の感度などを考慮して設定される。本実施例においては、フォトトランジスタＰＴ１から数ｍｍ程度隔てて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを配列している。また、プリント基板４０には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とを上面側から一体的に覆うように略円柱形形状の被覆体５０が設けられている。
【００３４】
図３に示した絶縁回路３０のＡ−Ａ断面を図４に示す。図示するように、被覆体５０は、プリント基板４０と密着して設けられている。このようにプリント基板４０と密着する被覆体５０の面を密着面ともいう。本実施例においては、接着剤により、プリント基板４０と絶縁回路３０とを接着するものとしたが、ビス止めなどによってもよい。
【００３５】
被覆体５０は、内部部材５１と表層部材５２とで構成される。内部部材５１は、光透過性を有し、表層部材５２よりも屈折率が大きい部材で形成される。本実施例においては、透明なプラスチック材料（ここではアクリル樹脂）を用いた。表層部材５２は、内部部材５１の表面全体に亘って、遮光性を有する部材で形成されている。本実施例においては、表層部材５２として、蒸着によって、内部部材５１の外周部にアルミニウムの層を形成した。ただし、表層部材５２は、他の金属部材や樹脂部材などで形成してもよいし、黒色の塗装材などにより形成してもよい。かかる被覆体５０のプリント基板４０側（密着面）には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ及びフォトトランジスタＰＴ１を個別的に挿入可能な第１の凹部５３が、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ及びフォトトランジスタＰＴ１に対応するそれぞれの位置に形成されている。図４では、発光ダイオードＬＥＤ３，ＬＥＤｊ、フォトトランジスタＰＴ１が第１の凹部５３に挿入された状態を示している。この第１の凹部５３は、上述した表層部材５２は形成されていない。
【００３６】
このような構成により、内部部材５１は、プリント基板４０と表層部材５２とによって、外部から遮光される。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発する光信号は、フォトトランジスタＰＴ１に確実に伝達され、フォトトランジスタＰＴ１を動作させることができる。具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎやフォトトランジスタＰＴ１は指向性を有するが、内部部材５１は表層部材５２よりも屈折率が大きいため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎから内部部材５１を介して臨界角以下の角度で表層部材５２に入射された光信号は全反射するので、内部部材５１は光導波路として機能する。したがって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発する光信号は、内部部材５１の内部を進んで、フォトトランジスタＰＴ１の上方から入射して、フォトトランジスタＰＴ１を動作させることができる。なお、より確実に、フォトトランジスタＰＴ１を動作させるために、プリント基板４０上に設ける発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎやフォトトランジスタＰＴ１の設置角度を調節してもよい。
【００３７】
また、被覆体５０の密着面には、表層部材５２が形成されているので、プリント基板４０にビアホールなどの開口部が形成される場合でも、当該開口部を介して光が進入するのを防ぎ、内部部材５１の遮光性を保つことができる。ただし、プリント基板４０に開口部が形成されないのであれば、被覆体５０の密着面には、表層部材５２が形成されていなくてもよい。
【００３８】
図３に示した絶縁回路３０のＡ−Ａ断面図の別の例を図５に示す。図５においては、上述した図４と同様の構成については、図４と同一の符号を付して、説明を省略し、以下、図４と異なる点についてのみ説明する。この例では、図４で説明した構成のほかに、被覆体５０のプリント基板４０側には、第２の凹部５４が形成されている。第２の凹部５４は、プリント基板４０上において、発光ダイオードＬＥＤｊとフォトトランジスタＰＴ１とを結ぶライン上に設けられた搭載部品（１例として、コンデンサＣ１）を挿入するために、コンデンサＣ１に対応する位置に設けられている。このように、プリント基板４０上において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ及びフォトトランジスタＰＴ１と同一面に、他の回路素子が実装される場合には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ及びフォトトランジスタＰＴ１と独立して当該回路素子を挿入可能な第２の凹部５４を設けてもよい。
【００３９】
このように、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１との間に、他の回路素子が配置された場合でも、内部部材５１は、上述の通り、光導波路として機能するので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発する光信号は、内部部材５１の内部を進んで、フォトトランジスタＰＴ１の上方から入射して、フォトトランジスタＰＴ１を動作させることができる。
【００４０】
Ａ−３．効果：
かかる構成の電圧監視システム２０は、グループＧ１〜Ｇｎごとに燃料電池の最小電圧を検出して、当該最小電圧の異常判定を行い、その判定結果を異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎとして、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに出力する。異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎのいずれかがＨレベル（異常）であると、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光し、その光信号をフォトトランジスタＰＴ１が検知して、異常判定出力ＡＯとして出力する。したがって、いずれかのグループの燃料電池に異常が生じた場合に、異常判定結果を好適に出力することができる。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とにより、高圧の燃料電池側と絶縁した状態で異常判定結果を低圧側に出力できるので、安全を確保できる。
【００４１】
また、電圧監視システム２０の効果を明確にするために、比較例としての電圧監視システム３２０について、図８を用いて説明する。なお、図８においては、上述の実施例としての電圧監視システム２０と同様の構成については、図１と同一の符号を付して、説明を省略する。比較例としての電圧監視システム３２０は、図８に示すように、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎと、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎと、絶縁回路３３０とを備えている。絶縁回路３３０は、異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎごとに接続されるフォトカップラＰＣ１〜ＰＣｎと、フォトカップラＰＣ１〜ＰＣｎの出力である異常判定出力ＡＯ１１〜ＡＯ１ｎを入力とするＯＲ回路３３２とを備えている。異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎのいずれかがＨレベル（異常）になると、対応する異常判定出力ＡＯ１１〜ＡＯ１ｎがＬレベルとなる。ＯＲ回路３３２は、異常判定出力ＡＯ１１〜ＡＯ１ｎの少なくとも１つがＬレベル（異常）となると、異常判定出力ＡＯとしてＬレベル（異常）を出力するように構成されている。つまり、電圧監視システム２０では、絶縁回路３３０は、フォトカップラＰＣ１〜ＰＣｎとＯＲ回路３３２とによって、実施例の絶縁回路３０の機能を実現している。
【００４２】
一方、電圧監視システム２０では、絶縁回路３３０と同様の機能を、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１のみで実現することができる。つまり、絶縁回路３３０では、異常判定出力ＡＯ１〜ＡＯｎに対応する数の発光素子と受光素子とが必要であるのに対し、絶縁回路３０では、受光素子（フォトトランジスタＰＴ１）は１つで足りる。また、絶縁回路３３０では、ＯＲ回路３３２が必要であるに対して、絶縁回路３０では、ＯＲ回路を必要としない。このように、絶縁回路３０は、受光素子を減らし、論理回路としての機能を兼ねることにより、部品点数を低減することできる。
【００４３】
また、電圧監視システム２０は、プリント基板４０上に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とが設けられるので、製造が容易である。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とは、これらを覆う被覆体５０の表面に形成された遮光性の表層部材５２によって、外部から遮光されるので、外部から進入した光がフォトトランジスタＰＴ１で検知されることがない。したがって、異常判定出力の伝達精度が良い。
【００４４】
Ｂ.変形例：
上述の実施例の変形例について説明する。
Ｂ−１．変形例１：
変形例としての絶縁回路１３０を図６に示す。図６は、絶縁回路１３０をプリント基板１４０の上面から見た図であり、実施例の図３に対応している。この例では、発光ダイオードは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の４個である。図示するように、絶縁回路１３０では、プリント基板１４０に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が直線的に配列され、その配列方向と直交する方向にフォトトランジスタＰＴ１が設けられている。被覆体１５０は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及びフォトトランジスタＰＴ１を一体的に覆うようにＴ字型に形成されている。
【００４５】
また、別の変形例としての絶縁回路２３０を図７に示す。図７は、絶縁回路２３０をプリント基板２４０の上面から見た図であり、実施例の図３に対応している。この例では、発光ダイオードは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ１０の１０個である。図示するように、絶縁回路２３０では、プリント基板２４０に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ１０とフォトトランジスタＰＴ１とがＵ字型に配列されている。被覆体２５０は、これらを一体的に覆うようにＵ字型に形成されている。
【００４６】
これらのように、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎやフォトトランジスタＰＴ１の配置は、実施例で示した配置に限らず、プリント基板における制約等を考慮して、適宜設定すればよい。また、被覆体も、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ及びフォトトランジスタＰＴ１を一体的に覆うことができる形状であればよい。このようにしても、被覆体は光導波路として機能するので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発光による光信号は、上方からフォトトランジスタＰＴ１に入射することができ、実施例と同様の効果を奏する。
【００４７】
Ｂ−２．変形例２：
上述の実施形態においては、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎがグループＧ１〜Ｇｎの最小電圧を検出し、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎが最小電圧に基づいた異常判定結果を出力する構成としたが、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎ及びセル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎの構成は、このような構成に限るものではない。例えば、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎは、対応するグループＧ１〜Ｇｎに属する燃料電池の各々の電圧を、スイッチ回路を順次切り替えて検出し、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎに出力する構成としてもよい。かかる場合、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎは、入力された各々の電圧から最小値を特定し、これに基づいて、異常判定を行ってもよい。また、異常判定は、最小電圧に限らず、最大値や平均電圧などを用いて行う構成であってもよい。セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎは、複数の燃料電池を２以上に区分したグループごとに設けられ、当該グループに属する燃料電池の少なくとも一部の電圧を検出するものであればよいのである。また、セル電圧異常判定回路ＡＣ１〜ＡＣｎは、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎの各々に対して設けられ、セル電圧検出回路ＶＣ１〜ＶＣｎが検出した電圧の異常を判定し、その判定の結果を出力するものであればよい。
【００４８】
Ｂ−３．変形例３：
本発明の電圧監視システムにおける回路の構成は、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、実施例におけるダイオードＤ７１〜Ｄ７５（図２参照）に代えて、トランジスタを用いてもよい。また、実施例における発光素子としての発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（図１参照）に代えて、ＬＤ（Laser Diode）、ＥＬ（Electro Luminescence）などを用いてもよい。また、実施例における受光素子としてのフォトトランジスタＰＴ１に代えて、フォトダイオード、フォトＩＣ、太陽電池、ＣｄＳ（硫化カドミウム）セル、ＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）セル、ＰｂＳ（硫化鉛）セル等の光導電効果を利用した光センサ、光導管、光電子倍増管（フォトマル）等の光電子放出効果を利用した光センサなどを用いてもよい。
【００４９】
Ｂ−４．変形例４：
上述の実施形態においては、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とを同一のプリント基板４０上に設け、被覆体５０を、内部部材５１と表層部材５２とによって形成する構成について示したが、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとフォトトランジスタＰＴ１とを、これらの指向性を考慮して、対向させて設けるような場合には、内部部材５１は必須ではない。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立クレームに記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。また、本発明はこうした実施形態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】
【００５１】
２０，３２０…電圧監視システム
３０，１３０，２３０，３３０…絶縁回路
４０，１４０，２４０…プリント基板
４１，８１…電源
Ｒ４２，Ｒ８２…プルアップ抵抗器
５０，１５０，２５０…被覆体
５１…内部部材
５２…表層部材
５３…第１の凹部
５４…第２の凹部
６１〜６５…オペアンプ
７０…最小値検出回路
３３２…ＯＲ回路
Ｃ１，Ｃ８０…コンデンサ
ＡＯ，ＡＯ１〜ＡＯｎ，ＡＯ１１〜ＡＯ１ｎ…異常判定出力
Ｄ７１〜Ｄ７５…ダイオード
ＡＣ１〜ＡＣｎ…セル電圧異常判定回路
ＶＣ１〜ＶＣｎ…セル電圧検出回路
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ…発光ダイオード
ＰＴ１…フォトトランジスタ
ＦＣ…燃料電池スタック
ＦＣ１〜ＦＣ５…燃料電池
ＴＥ１…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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