(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが積層された積層電池の正極及び負極に対して交流電流を出力する電源手段と、
前記正極と前記積層電池の中途点との間の交流電位差と、前記負極と前記中途点との間の交流電位差とのうち少なくとも一方の交流電位差を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される交流電位差と、前記電源手段から出力される交流電流とに基づいて、前記積層電池のインピーダンスを演算する演算手段と、
前記積層電池から出力される直流信号を遮断する直流遮断手段と、
前記直流遮断手段を介して前記積層電池に出力される信号に対して異なる信号を合成する合成手段と、
前記検出手段により、前記正極と前記中途点との間の交流電位差を検出した検出信号と、前記負極と前記中途点との間の交流電位差を検出した検出信号とが一致するように、前記電源手段から前記正極及び前記負極のうち少なくとも一方の電極に出力される交流電流の包絡線の振幅を調整する調整手段と、
を含むことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記合成手段は、前記電源手段から出力される交流電流に対して、当該交流電流の基準となる周波数よりも高い周波数の交流信号を混合する混合回路を含み、
前記電源手段は、前記直流遮断手段に対して、前記基準となる周波数よりも高い周波数の交流信号が混合された交流電流を出力する、
インピーダンス測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記検出手段から出力される検出信号のうち、前記基準となる周波数の交流信号と、前記基準となる周波数よりも高い周波数の交流信号とに基づいて、前記混合された交流電流の周波数成分を抽出する抽出回路をさらに含む、
インピーダンス測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記合成手段は、前記直流遮断手段と前記積層電池との間に接続され、前記正極と前記負極との間に生じる直流電圧を分割する分圧回路を含み、前記電源手段から出力される交流電流の基準となる電位信号に対して、前記分圧回路により前記直流電圧が分割された分圧信号を結合させる、
インピーダンス測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記電源手段は、前記基準となる電位信号が供給される接地線を含み、
前記直流遮断手段は、
前記接地線と前記中途点との間に接続された第１直流遮断部と、
前記正極と接続された第２直流遮断部と、
前記負極と接続された第３直流遮断部と、を含み、
前記分圧回路は、前記正極と前記負極との間に直列に接続された複数の分圧素子を有し、
前記分圧素子同士の接点は、前記接地線と接続され、
前記分圧回路は、一方の分圧素子を介して前記正極から出力される分圧信号と、他方の分圧素子を介して前記負極から出力される分圧信号とを、前記接地線で結合させる、
インピーダンス測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記正極と前記接点との間に接続された分圧素子の抵抗値と、前記負極と前記接点との間に接続された分圧素子の抵抗値とは、互いに同じ値に設定される、
インピーダンス測定装置。
【請求項７】
請求項５に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記接地線は、
アースされた第１接地線と、
前記第１接地線とは異なる第２接地線と、を含み、
前記第１直流遮断部は、
前記第１接地線と前記中途点との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２接地線と前記中途点との間に接続された第２コンデンサと、を含み、
前記複数の分圧素子のうち、直列に接続された一方の分圧素子は、前記正極と前記中途点との間に接続され、直列に接続された他方の分圧素子は、前記負極と前記中途点との間に接続され、
前記一方の分圧素子同士の接点は、前記第１接地線と接続され、
前記他方の分圧素子同士の接点は、前記第２接地線と接続される、
インピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層電池が有するインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、積層電池から負荷に電力を供給した状態で、積層電池の内部抵抗を測定する装置が提案されている。
【０００３】
この測定装置は、積層電池に接続されている負荷の方に電流が漏れ出ないように、積層電池の正極端子及び負極端子の各々に同一周波数の交流電流を出力する。測定装置は、積層電池の正極端子の電位から、正極端子と負極端子との間に位置する中途点端子の電位を引いた交流電位差と、負極端子の電位から上記中途点端子の電位を引いた交流電位差とを検出する。そして検出された交流電位差と、測定装置から出力された交流電流とに基づいて、積層電池の内部抵抗が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０７７４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような測定装置には、積層電池から出力される直流の電圧信号を遮断するために、コンデンサなどで構成される直流遮断部が設けられている。直流遮断部のサイズは、積層電池や測定装置から出力される信号によって決まるため、出力信号のパラメータを変えずに直流遮断部のサイズを小さくすることは困難である。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、装置を小型にするとともに製造コストを抑制するインピーダンス測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、インピーダンス測定装置は、複数の電池セルが積層された積層電池の正極及び負極に対して交流電流を出力する電源手段と、前記正極と前記積層電池の中途点との間の交流電位差と、前記負極と前記中途点との間の交流電位差とのうち少なくとも一方の交流電位差を検出する検出手段とを含む。そしてインピーダンス測定装置は、前記検出手段により検出される交流電位差と、前記電源手段から出力される交流電流とに基づいて、前記積層電池のインピーダンスを演算する演算手段と、前記積層電池から出力される直流信号を遮断する直流遮断手段とを含む。さらにインピーダンス測定装置は、前記直流遮断手段を介して前記積層電池に出力される信号に対して異なる信号を合成する合成手段と、前記検出手段により、前記正極と前記中途点との間の交流電位差を検出した検出信号と、前記負極と前記中途点との間の交流電位差を検出した検出信号とが一致するように、前記電源手段から前記正極及び前記負極のうち少なくとも一方の電極に出力される交流電流の包絡線の振幅を調整する調整手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この態様によれば、合成手段によって、直流遮断手段に出力される信号に対して異なる信号が合成されるので、直流遮断手段の両端に生じる電位差を小さくできる。これにより、直流遮断部のサイズを小さくできるので、インピーダンス測定装置を小型にするとともに製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態におけるインピーダンス測定装置の測定対象である積層電池の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、積層電池に形成される電池セルの構造を示す分解図である。
【図２】図２は、本実施形態におけるインピーダンス測定装置の基本構成を示す図である。
【図３】図３は、積層電池の正極端子と中途点端子との間に生じる交流電位差と、積層電池の負極端子と中途点端子との間に生じる交流電位差とを検出する検出部の構成を示す図である。
【図４】図４は、積層電池の正極端子に交流電流を出力する電源部の構成を示す図である。
【図５】図５は、積層電池の正極端子及び負極端子の各々に出力される交流電流の振幅を調整する交流調整部の構成を示す図である。
【図６】図６は、積層電池の内部インピーダンスを演算する演算部の構成を示す図である。
【図７】図７は、正極側の交流電位差と負極側の交流電位差とを一致させる等電位制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、等電位制御を実行したときの一例を示すタイムチャートである。
【図９】図９は、等電位制御によって積層電池の正極及び負極に生じる電位を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態における交流信号源の混合回路を示す構成図である。
【図１１】図１１は、混合回路によって生成される混合信号の波形を示す観念図である。
【図１２】図１２は、混合信号の周波数成分を示す図である。
【図１３】図１３は、混合信号の交流電位差を検波する同期検波回路の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、同期検波回路において生成される交流信号の波形を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態における混合回路の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、混合回路によって生成される混合信号の波形を示す観念図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態におけるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第４実施形態におけるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態におけるインピーダンス測定装置の測定対象である積層電池の一例を示す図である。図１Ａには、積層電池の一例として複数の電池セルが積層された燃料電池スタック１の外観斜視図が示されている。
【００１２】
図１Ａに示されるように、燃料電池スタック１は、複数の発電セル１０と、集電プレート２０と、絶縁プレート３０と、エンドプレート４０と、４本のテンションロッド５０とを備える。
【００１３】
発電セル１０は、いわゆる電池セルのことであり、燃料電池スタック１に積層された複数の燃料電池のうちのひとつを指す。発電セル１０は、例えば１Ｖ（ボルト)程度の起電圧を生じる。発電セル１０の詳細な構成については図１Ｂを参照して後述する。
【００１４】
集電プレート２０は、積層された発電セル１０の外側にそれぞれ配置される。集電プレート２０は、ガス不透過性の導電性部材、例えば緻密質カーボンで形成される。燃料電池スタック１の正（プラス）の電極（正極）に相当する集電プレート２０には、正極端子２１１が設けられ、燃料電池スタック１の負（マイナス）の電極（負極）に相当する集電プレート２０には、負極端子２１２が設けられている。なお、負極端子２１２から発電セル１０で生じた電子ｅ-が外部に取り出される。
【００１５】
また、正極端子２１１と負極端子２１２との中途点にある発電セル１０には中途点端子２１３が設けられる。本実施形態では、中途点端子２１３は、正極端子２１１から負極端子２１２へ積層された複数枚の発電セル１０のうち中間（中点）に位置する発電セル１０に設けられている。なお、中途点端子２１３は、正極端子２１１と負極端子２１２との中点から外れた位置に設けられてもよい。
【００１６】
絶縁プレート３０は、集電プレート２０の外側にそれぞれ配置される。絶縁プレート３０は、絶縁性の部材、例えばゴムなどで形成される。
【００１７】
エンドプレート４０は、絶縁プレート３０の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４０は、剛性のある金属材料、例えば鋼などで形成される。
【００１８】
一方のエンドプレート４０(図１Ａでは、左手前のエンドプレート４０)には、アノード供給口４１ａと、アノード排出口４１ｂと、カソード供給口４２ａと、カソード排出口４２ｂと、冷却水供給口４３ａと、冷却水排出口４３ｂとが設けられている。本実施形態では、アノード排出口４１ｂ、冷却水排出口４３ｂ及びカソード供給口４２ａは図中右側に設けられている。またカソード排出口４２ｂ、冷却水供給口４３ａ及びアノード供給口４１ａは図中左側に設けられている。
【００１９】
テンションロッド５０は、エンドプレート４０の四隅付近にそれぞれ配置される。燃料電池スタック１は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にテンションロッド５０が挿通される。テンションロッド５０は、剛性のある金属材料、例えば鋼などで形成される。テンションロッド５０は、発電セル１０同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッド５０にナット(奥にあるため図示されない)が螺合する。テンションロッド５０とナットとが燃料電池スタック１を積層方向に締め付ける。
【００２０】
アノード供給口４１ａにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して供給する方法などがある。なお、水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどがある。また、カソード供給口４２ａに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。
【００２１】
図１Ｂは、燃料電池スタック１に積層された発電セル１０の構造を示す分解図である。
【００２２】
図１Ｂに示されるように、発電セル１０は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ)１１の両面に、アノードセパレーター(アノードバイポーラープレート)１２ａ及びカソードセパレーター(カソードバイポーラープレート)１２ｂが配置される構造である。
【００２３】
ＭＥＡ１１は、イオン交換膜からなる電解質膜１１１の両面に電極触媒層１１２が形成される。この電極触媒層１１２の上にガス拡散層(Gas Diffusion Layer；ＧＤＬ)１１３が形成される。
【００２４】
電極触媒層１１２は、例えば白金が担持されたカーボンブラック粒子で形成される。
【００２５】
ＧＤＬ１１３は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、例えばカーボン繊維で形成される。
【００２６】
アノード供給口４１ａから供給されたアノードガスは、このＧＤＬ１１３ａを流れてアノード電極触媒層１１２(１１２ａ)と反応し、アノード排出口４１ｂから排出される。
【００２７】
カソード供給口４２ａから供給されたカソードガスは、このＧＤＬ１１３ｂを流れてカソード電極触媒層１１２(１１２ｂ)と反応し、カソード排出口４２ｂから排出される。
【００２８】
アノードセパレーター１２ａは、ＧＤＬ１１３ａ及びシール１４ａを介してＭＥＡ１１の片面(図１Ｂの裏面)に重ねられる。カソードセパレーター１２ｂは、ＧＤＬ１１３ｂ及びシール１４ｂを介してＭＥＡ１１の片面(図１Ｂの表面)に重ねられる。アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂは、例えばステンレスなどの金属製のセパレーター基体がプレス成型されて、一方の面に反応ガス流路が形成され、その反対面に反応ガス流路と交互に並ぶように冷却水流路が形成される。図１Ｂに示すようにアノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂが重ねられて、冷却水流路が形成される。
【００２９】
ＭＥＡ１１、アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂには、それぞれ孔４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂが形成されており、これらが重ねられて、アノード供給口４１ａ、アノード排出口４１ｂ、カソード供給口４２ａ、カソード排出口４２ｂ、冷却水供給口４３ａ及び冷却水排出口４３ｂが形成される。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態におけるインピーダンス測定装置５の基本的な構成を示す図である。
【００３１】
燃料電池スタック１は、負荷３と接続されて負荷３に電力を供給する積層電池であり、例えば車両に搭載される。燃料電池スタック１は、内部にインピーダンスを有する。
【００３２】
負荷３は、例えば、電動モータや、燃料電池スタック１の発電のために用いられる補機などの電気負荷である。燃料電池スタック１と接続される補機は、例えば、燃料電池スタック１にカソードガスを供給するためのコンプレッサや、燃料電池スタック１を暖機するときに燃料電池スタック１に循環される冷却水を加熱するためのヒータなどである。
【００３３】
コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）６は、燃料電池スタック１の発電状態や、湿潤状態、内部の圧力状態、温度状態などの燃料電池スタック１の運転状態を、負荷３の作動状態に応じて制御する。
【００３４】
例えば、コントロールユニット６は、負荷３から要求される発電電力に応じて、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスやアノードガスの流量を制御する。
【００３５】
また、燃料電池スタック１では電解質膜１１１が乾いた状態になると発電性能が低下する。この対策としてコントロールユニット６は、電解質膜１１１の湿潤度と相関のある燃料電池スタック１の内部抵抗値を利用して、電解質膜１１１が乾いた状態や過剰に湿った状態にならないようにガス流量を調整する。
【００３６】
インピーダンス測定装置５は、燃料電池スタック１の発電性能を維持するために、燃料電池スタック１が有する内部インピーダンスを測定する。本実施形態では、インピーダンス測定装置５は、燃料電池スタック１の内部抵抗を測定し、その測定値をコントロールユニット６に送信する。
【００３７】
インピーダンス測定装置５は、正極側直流遮断部５１１と、負極側直流遮断部５１２と、中途点直流遮断部５１３と、正極側検出部５２１と、負極側検出部５２２と、正極側電源部５３１と、負極側電源部５３２と、交流調整部５４０と、演算部５５０とを含む。
【００３８】
正極側直流遮断部５１１、負極側直流遮断部５１２及び中途点直流遮断部５１３は、それぞれ直流信号を遮断するが交流信号を通す直流遮断手段である。直流遮断部５１１〜５１３の各々は、例えば、コンデンサやトランスなどにより実現される。なお、波線により示された中途点直流遮断部５１３については省略することが可能である。
【００３９】
正極側検出部５２１及び負極側検出部５２２は、正極端子２１１と中途点端子２１３との間に生じる交流電位差と、負極端子２１２と中途点端子２１３との間に生じる交流電位差とのうち少なくとも一方の交流電位差を検出する検出手段である。
【００４０】
正極側検出部５２１は、正極端子２１１に生じる電位の交流成分となる交流電位Ｖａと、中途点端子２１３に生じる電位の交流成分となる交流電位Ｖｃとの間の電位差（以下、「交流電位差Ｖ１」という。）を検出する。
【００４１】
正極側検出部５２１は、交流電位差Ｖ１の振幅に応じて値が変化する検出信号を、交流調整部５４０及び演算部５５０に出力する。例えば、交流電位差Ｖ１が大きくなるほど検出信号のレベルは高くなり、交流電位差Ｖ１が小さくなるほど検出信号のレベルは低くなる。
【００４２】
正極側検出部５２１については、第１入力端子が直流遮断部５１１を介して正極端子２１１と接続され、第２入力端子が接地され、出力端子が交流調整部５４０及び演算部５５０の各々に接続される。
【００４３】
負極側検出部５２２は、負極端子２１２に生じる電位の交流成分となる交流電位Ｖｂと、中途点端子２１３に生じる電位の交流成分となる交流電位Ｖｃとの間の電位差（以下「交流電位差Ｖ２」という。）を検出する。
【００４４】
負極側検出部５２２は、交流電位差Ｖ２の振幅に応じて値が変化する検出信号を演算部５５０に出力する。負極側検出部５２２については、第１入力端子が直流遮断部５１２を介して負極端子２１２と接続され、第２入力端子が接地され、出力端子が交流調整部５４０及び演算部５５０の各々に接続される。
【００４５】
次に、正極側直流遮断部５１１、負極側直流遮断部５１２、中途点直流遮断部５１３、正極側検出部５２１、及び負極側検出部５２２の詳細について図３を参照して説明する。
【００４６】
ここでは、正極側直流遮断部５１１〜５１３の各々は、コンデンサにより実現される。
【００４７】
正極側直流遮断部５１１は、燃料電池スタック１の正極端子２１１から出力される直流信号を遮断する第２直流遮断部である。正極側直流遮断部５１１を構成するコンデンサの一方の電極は、燃料電池スタック１の正極端子２１１と接続され、他方の電極は、正極側電源部５３１の出力端子との間に接続される。
【００４８】
負極側直流遮断部５１２は、燃料電池スタック１の負極端子２１２から出力される直流信号を遮断する第３直流遮断部である。負極側直流遮断部５１２を構成するコンデンサの一方の電極は、燃料電池スタック１の負極端子２１２と接続され、他方の電極は、負極側電源部５３２の出力端子との間に接続される。
【００４９】
中途点直流遮断部５１３は、燃料電池スタック１の中途点端子２１３から出力される直流信号を遮断する第１直流遮断部である。中途点直流遮断部５１３を構成するコンデンサの一方の電極は、燃料電池スタック１の中途点端子２１３と接続され、他方の電極は、正極側検出部５２１の第２入力端子と共に負極側検出部５２２の第２入力端子と接続される。さらに他方の電極は、接地線５３３と接続される。
【００５０】
接地線５３３は、電位が０Ｖ（ボルト）となるようにアース（ＧＮＤ）された電源線（電源手段）である。このため、接地線５３３には、０Ｖの接地信号（電位信号）が出力される。
【００５１】
正極側検出部５２１は、電位差検出回路５２１１と、帯域通過フィルタ（Band Pass filter；ＢＰＦ）５２１２と、増幅回路５２１３と、同期検波回路５２１４とを含む。
【００５２】
電位差検出回路５２１１は、交流電位Ｖａから電位Ｖｃを減算した交流電位差Ｖ１に応じた検出信号を出力する。交流電位Ｖａは、正極端子２１１から出力される信号のうち、正極側直流遮断部５１１を通過する信号成分であり、電位Ｖｃは、中途点端子２１３から出力される信号のうち、中途点直流遮断部５１３を通過する信号成分である。電位差検出回路５２１１は、本実施形態では差動アンプにより実現される。
【００５３】
電位差検出回路５２１１には、負荷３から正極端子２１１を介してノイズが混入する。負荷３からのノイズに関しては、ノイズの周波数分布が広範囲に亘り、かつ、ノイズレベルが交流電位差Ｖ１に比べて３桁ほど大きい。このため、検出信号に含まれる負荷３からの不要信号を除去することが好ましい。
【００５４】
帯域通過フィルタ５２１２は、検出信号に含まれる不要信号を除去して、検出に必要となる周波数帯域の信号成分のみを通過させる。具体的には、帯域通過フィルタ５２１２は、電位差検出回路５２１１から出力される検出信号のうち、交流電流Ｉ１の周波数と同一周波数を有する信号成分を通過させ、他の周波数帯域の信号成分を除去する。
【００５５】
増幅回路５２１３は、帯域通過フィルタ５２１２から出力される検出信号を増幅して出力する。増幅回路５２１３の増幅率（ゲイン）は、インピーダンス測定装置５のダイナミックレンジを考慮して定められる。
【００５６】
同期検波回路５２１４は、増幅回路５２１３から出力される検出信号のうち、交流電流Ｉ１と同じ周波数を有し、かつ、交流電流Ｉ１と位相が同じ信号成分、すなわち検出信号の実軸成分のみを抽出する抽出回路である。
【００５７】
具体的には、同期検波回路５２１４は、交流電流Ｉ１と同じ周波数ｆｂを有する信号であって交流電流Ｉ１と位相が一致した同相の信号を検出信号に乗算し、その乗算された交流の検出信号を平滑化することによって直流の検出信号Ｖ１に変換する。平滑化された検出信号Ｖ１は、交流電位差Ｖ１の振幅の大きさに応じて変化する。
【００５８】
このように、正極側検出部５２１は、帯域通過フィルタ５２１２や同期検波回路５２１４によって不要信号を除去し、交流電位差Ｖ１の振幅に比例した検出信号Ｖ１を交流調整部５４０及び演算部５５０に出力する。
【００５９】
負極側検出部５２２は、電位差検出回路５２２１と、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）５２２２と、増幅回路５２２３と、同期検波回路５２２４とを含む。これらの構成は、基本的に正極側検出部５２１と同じ構成であるため、ここでの説明を省略する。
【００６０】
次に、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の構成について説明する。
【００６１】
正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２は、燃料電池スタック１の正極端子２１１及び負極端子２１２の各々に対して、同一周波数を有する交流電流を出力する電源手段である。
【００６２】
正極側電源部５３１は、燃料電池スタック１の内部インピーダンスを測定するために定められた基準となる周波数ｆｂを有する交流電流Ｉ１を、正極側直流遮断部５１１を介して正極端子２１１へ出力する。正極側電源部５３１から出力される交流電流Ｉ１の振幅は、交流調整部５４０によって制御される。正極側電源部５３１は、例えばオペアンプ(Operational Amplifier；ＯＡ)を含んで構成される電圧電流変換回路により実現される。以下、基準となる周波数ｆｂは「基準周波数ｆｂ」という。
【００６３】
正極側電源部５３１の詳細について図４を参照して説明する。
【００６４】
正極側電源部５３１は、電圧電流変換回路５３１１と同期検波回路５３１２とを含む。
【００６５】
電圧電流変換回路５３１１は、基準周波数ｆｂで変化する交流電圧Ｖｉ１を交流電流Ｉ１に変換し、その交流電流Ｉ１を直流遮断部５１１へ出力する。交流電圧Ｖｉ１は、交流調整部５４０から正極側電源部５３１に出力される電流指令信号である。
【００６６】
電圧電流変換回路５３１１は、交流電圧Ｖｉ１に基づいて交流電流Ｉ１を出力するオペアンプＯＡ１と、検出抵抗素子Ｒｓと、検出抵抗素子Ｒｓに生じる検出電圧Ｖｉ１ｓに応じて交流電流Ｉ１の増幅率を調整するオペアンプＯＡ２と、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５とを含む。
【００６７】
オペアンプＯＡ１は、交流電圧Ｖｉ１に比例する交流電流Ｉ１を出力する。オペアンプＯＡ１の非反転入力端子（＋）は、交流調整部５４０の正極側端子と接続され、反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ５を介して電流調整用のオペアンプＯＡ２の出力端子と接続される。またオペアンプＯＡ１の出力端子は、抵抗素子Ｒ２及び抵抗素子Ｒ３を介して接地される。
【００６８】
検出抵抗素子Ｒｓは、オペアンプＯＡ１から出力される交流電流Ｉ１の大きさを検出するために設けられた抵抗素子である。検出抵抗素子Ｒｓの一端はオペアンプＯＡ１の出力端子に接続され、検出抵抗素子Ｒｓの他端は、オペアンプＯＡ２の反転入力端子（−）と正極側直流遮断部５１１とに接続される。
【００６９】
検出抵抗素子Ｒｓの両端に生じる検出電圧Ｖｉ１ｓは、交流電流Ｉ１の電流値と検出抵抗素子Ｒｓの抵抗値とを乗算した値（Ｉ×Ｒ）であり、交流電流Ｉ１の大きさに比例する。
【００７０】
オペアンプＯＡ２は、検出抵抗素子Ｒｓに生じる検出電圧Ｖｉ１ｓの大きさを検出する検出回路である。オペアンプＯＡ２から出力される検出信号Ｖｉ１ｓは、オペアンプＯＡ１の反転入力端子（−）にフィードバックされる。そしてオペアンプＯＡ１は、検出信号Ｖｉ１ｓに応じて交流電流Ｉ１を増減する。これにより、交流電流Ｉ１の振幅が交流電圧Ｖｉ１の振幅と比例するように調整される。
【００７１】
抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５の抵抗値は、インピーダンス測定装置５の設計に応じて適宜設定される。
【００７２】
同期検波回路５３１２は、オペアンプＯＡ２から出力される検出信号Ｖｉ１ｓから不要信号を除去するために、検出信号Ｖｉｌｓのうち、交流電流Ｉ１と同一周波数ｆｂであって位相が同じ信号成分のみを抽出する抽出回路である。なお、同期検波回路５３１２の構成は、図３に示した同期検波回路５２１４と同じ構成である。
【００７３】
同期検波回路５３１２は、不要信号を除去した検出信号Ｉ１を演算部５５０に出力する。同期検波回路５３１２から出力される検出信号Ｉ１は、交流電流Ｉ１の振幅に比例する直流の信号である。
【００７４】
このように、正極側電源部５３１は、交流調整部５４０から出力される電流指令信号に基づいて交流電流Ｉ１を出力する。さらに検出抵抗素子Ｒｓ及びオペアンプＯＡ２によって交流電流Ｉ１の大きさが検出され、同期検波回路５３１２によって不要信号が取り除かれた検出信号Ｉ１が演算部５５０に出力される。
【００７５】
負極側電源部５３２は、交流電流Ｉ１と同じ基準周波数ｆｂを有する交流電流Ｉ２を、負極側直流遮断部５１２を介して負極端子２１２へ出力する。負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ２の振幅は、交流調整部５４０によって制御される。なお、負極側検出部５２２の構成は、正極側検出部５２１と同じ構成であるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【００７６】
次に交流調整部５４０の構成について図５を参照して説明する。
【００７７】
交流調整部５４０は、正極側の交流電位Ｖａと負極側の交流電位Ｖｂとが互いに一致するように、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２のうち少なくとも一方の電源部から出力される交流電流の振幅及び位相を調整する調整手段である。
【００７８】
本実施形態では、交流調整部５４０は、正極側電源部５３１から出力される交流電流Ｉ１の振幅と、負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ２の振幅とを互いに調整する。交流調整部５４０は、例えばＰＩ（Proportional Integral）制御回路により実現される。
【００７９】
交流調整部５４０は、正極側減算器５４１１と、正極側積分回路５４２１と、正極側乗算器５４３１と、負極側減算器５４１２と、負極側積分回路５４２２と、負極側乗算器５４３２とを含む。さらに交流調整部５４０は、基準電源５４５及び交流信号源５４６を備える。
【００８０】
基準電源５４５は、正極側の交流電位差Ｖ１と負極側の交流電位差Ｖ２とを一致させるために、０Ｖ（ボルト）を基準に設定された電圧（以下、「基準電圧Ｖｓ」という。）を出力する。基準電圧Ｖｓは、実験等によって定められた値に設定される。ここでは、正極側減算器５４１１に基準電圧Ｖｓを出力する基準電源５４５と負極側減算器５４１２に基準電圧Ｖｓを出力する基準電源５４５とを便宜上、別々に示しているが、共通の基準電源５４５から出力するようにしてもよい。
【００８１】
交流信号源５４６は、基準周波数ｆｂを含む交流信号を発振させる発振源である。基準周波数ｆｂは、燃料電池スタック１の内部インピーダンスを測定するのに適した所定の値に設定される。基準周波数ｆｂは、例えば１ｋＨｚ（キロヘルツ）に設定される。
【００８２】
交流信号源５４６から出力される信号は、正極側乗算器５４３１及び負極側乗算器５４３２に出力されると共に、図３に示した同期検波回路５２１４及び５２２４に対して、交流電流Ｉ１及びＩ２と同じ周波数成分を検波するための検波信号として出力される。
【００８３】
正極側減算器５４１１は、正極側検出部５２１から出力される検出信号Ｖ１から、基準電圧Ｖｓを減算することにより、基準電圧Ｖｓからのズレ幅に比例した差分信号を出力する。例えば、基準電圧Ｖｓからのズレ幅が大きくなるほど差分信号のレベルは高くなる。
【００８４】
正極側積分回路５４２１は、正極側減算器５４１１から出力される差分信号を積分することにより、差分信号を平均化する又は感度を調節する。そして正極側積分回路５４２１は、積分された差分信号を正極側乗算器５４３１に出力する。
【００８５】
正極側乗算器５４３１は、交流信号源５４６から出力される交流信号に対して差分信号を乗算することにより、交流電位差Ｖ１の振幅を基準電圧Ｖｓに収束させる交流電圧Ｖｉ１を生成する。例えば減算器５４１から出力される差分信号のレベルが大きくなるほど交流電圧Ｖｉ１の振幅は大きくなる。
【００８６】
正極側乗算器５４３１は、交流電圧Ｖｉ１を指令信号として正極側電源部５３１へ出力する。交流電圧Ｖｉ１は、正極側電源部５３１によって交流電流Ｉ１に変換される。
【００８７】
なお、負極側減算器５４１２、負極側積分回路５４２２及び負極側乗算器５４３２は、それぞれ、正極側減算器５４１１、正極側積分回路５４２１及び正極側乗算器５４３１と同じ構成であるため、これらの構成についての説明を省略する。
【００８８】
このように、交流調整部５４０は、交流電位差Ｖ１の振幅が基準電圧Ｖｓとなるように、正極側電源部５３１から出力される交流電流Ｉ１の振幅を調整する。同様に交流調整部５４０は、交流電位差Ｖ２の振幅が基準電圧Ｖｓとなるように、負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ２の振幅を調整する。
【００８９】
これにより、交流電位Ｖａ及び交流電位Ｖｂが互いに同じレベルに制御されるので、正極端子２１１に重畳される交流電位Ｖａと、負極端子２１２に重畳される交流電位Ｖｂとが一致するようになる。このため、インピーダンス測定装置５から燃料電池スタック１へ出力された交流電流Ｉ１及びＩ２が負荷３の方に漏れ出るのを抑制できる。なお、以下では、交流電位Ｖａと交流電位Ｖｂとが互いに等しくなるように正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２を制御することを「等電位制御」という。
【００９０】
次に演算部５５０の構成について図６を参照して説明する。
【００９１】
演算部５５０は、交流調整部５４０により調整された交流電流Ｉ１及びＩ２の振幅と交流電位差Ｖ１及びＶ２の振幅とに基づいて、燃料電池スタック１の内部インピーダンスを演算する演算手段である。
【００９２】
演算部５５０には、正極側検出部５２１及び負極側検出部５２２から、それぞれ交流電位差Ｖ１及びＶ２の振幅を示す検出信号が入力され、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から、それぞれ交流電流Ｉ１及びＩ２の振幅を示す検出信号が入力される。
【００９３】
演算部５５０は、ＡＤ（Analog Digital）変換器５５１とマイコンチップ５５２とを含む。
【００９４】
ＡＤ変換器５５１は、交流電流Ｉ１及びＩ２の検出信号、及び交流電位差Ｖ１及びＶ２の検出信号をデジタル数値信号に変換し、マイコンチップ５５２に転送する。
【００９５】
マイコンチップ５５２には、燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒｎ及び燃料電池スタック１全体の内部抵抗Ｒを算出するプログラムが予め記憶されている。マイコンチップ５５２は、所定の微小時間間隔で順次内部抵抗Ｒを演算し、又は、コントロールユニット６の要求に応じて内部抵抗Ｒ演算し、その演算結果をコントロールユニット６に出力する。なお、燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒｎ及び燃料電池スタック１全体の内部抵抗Ｒは、次式で演算される。
【００９６】
【数１】
0006413402.tif 000002
【００９７】
演算部５５０は、例えば、アナログ演算ＩＣを含んで構成されるアナログ演算回路により実現される。アナログ演算回路を用いることにより、時間的に連続した抵抗値の変化をコントロールユニット６に出力することができる。
【００９８】
コントロールユニット６は、演算部５５０から出力される内部抵抗Ｒを受信すると、内部抵抗Ｒの大きさに応じて、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。
【００９９】
例えば、コントロールユニット６は、内部抵抗Ｒが高い場合には燃料電池スタック１の電解質膜１１１が乾いた状態であると判断し、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの流量を減らす。これにより、燃料電池スタック１から持ち出される水分量を減少させることができる。
【０１００】
図７は、交流調整部５４０で行われる制御をコントローラーによって実現するときの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【０１０１】
ステップＳ１においてコントローラーは、正極側の交流電位Ｖａが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行する。
【０１０２】
ステップＳ２においてコントローラーは、正極側の交流電位Ｖａが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行する。
【０１０３】
ステップＳ３においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を下げる。すなわち、コントローラーは、交流電流Ｉ１の振幅を小さくする。これによって正極交流電位Ｖａが下がる。
【０１０４】
ステップＳ４においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を維持する。これによって正極交流電位Ｖａが維持される。
【０１０５】
ステップＳ５においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を上げる。これによって正極交流電位Ｖａが上がる。
【０１０６】
ステップＳ６においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ７へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ８へ処理を移行する。
【０１０７】
ステップＳ７においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ９へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行する。
【０１０８】
ステップＳ８においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を下げる。これによって負極交流電位Ｖｂが下がる。
【０１０９】
ステップＳ９においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を維持する。これによって負極交流電位Ｖｂが維持される。
【０１１０】
ステップＳ１０においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を上げる。これによって負極交流電位Ｖｂが上がる。
【０１１１】
ステップＳ１１においてコントローラーは、交流電位Ｖａ及び交流電位Ｖｂが所定値であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
【０１１２】
ステップＳ１２においてコントローラーは、上述の式（５−１）及び式（５−２）に基づいて内部抵抗値を演算する。
【０１１３】
図８は、インピーダンス測定装置５の制御をコントローラーが実行したときのタイムチャートである。なおフローチャートとの対応が判りやすくなるようにステップ番号を併記する。
【０１１４】
図８の初期は、正極側の内部抵抗値Ｒ１が、負極側の内部抵抗値Ｒ２よりも高い状態である(図８（Ａ）)。このような状態でコントローラーが制御を開始する。
【０１１５】
時刻ｔ０では、正極交流電位Ｖａも負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達していない(図８（Ｃ）)。この状態では、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側の交流電流Ｉ１及び負極側の交流電流Ｉ２が増大する(図８（Ｂ）)。
【０１１６】
時刻ｔ１で正極の交流電位Ｖａが制御レベルに達したら(図８（Ｃ）)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側交流電流Ｉ１が維持されるとともに、負極側の交流電流Ｉ２は増大する(図８（Ｂ）)。
【０１１７】
時刻ｔ２で負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達して正極の交流電位Ｖａと同レベルになったら(図８（Ｃ）)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を処理する。これによって正極側の交流電流Ｉ１及び負極側の交流電流Ｉ２が維持される。そして式（１−１）に基づいて、正極側の内部抵抗値Ｒ１及び負極側の内部抵抗値Ｒ２が演算される。そして正極側の内部抵抗値Ｒ１と負極側の内部抵抗値Ｒ２とが足し合わされて全体の内部抵抗Ｒが求められる。
【０１１８】
時刻ｔ３以降は燃料電池スタックの湿潤状態が変化するなどして負極側の内部抵抗値Ｒ２が上昇している(図８（Ａ）)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで負極側の内部抵抗値Ｒ２が上昇に合わせて負極側の交流電流Ｉ２を下げるので、負極の交流電位Ｖｂは正極の交流電位Ｖａと同レベルに維持される。したがってこの状態でも内部抵抗Ｒが演算される。
【０１１９】
時刻ｔ４以降は負極側の内部抵抗値Ｒ２が正極側の内部抵抗値Ｒ１に一致するようになる(図８（Ａ）)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで正極側の交流電位Ｖａと負極側の交流電位Ｖｂとが同レベルに維持され(図８（Ｃ）)、内部抵抗Ｒが演算される。
【０１２０】
次にインピーダンス測定装置５による等電位制御の作用効果を説明する。
【０１２１】
図９は、燃料電池スタック１の正極端子２１１に生じる正極電位の変化と、負極端子２１２に生じる負極電位の変化とを例示する図である。
【０１２２】
燃料電池スタック１の出力中は、正極端子２１１及び負極端子２１２の端子間に、燃料電池スタック１から負荷３に出力される直流電圧Ｖｄｃが生じる。インピーダンス測定装置５が起動（ＯＮ）される前は、正極端子２１１の正極電位、及び負極端子２１２の負極電位は、点線で示すように共に一定であり、正極電位と負極電位との電位差である直流電圧Ｖｄｃが負荷３に供給される。その後インピーダンス測定装置５が起動され、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から交流電流Ｉ１及びＩ２が出力されると、正極電位に交流電位Ｖａが重畳され、負極電位に交流電位Ｖｂが重畳される。
【０１２３】
正極側電源部５３１から出力された交流電流Ｉ１は、正極側直流遮断部５１１を介して、燃料電池スタック１の正極端子２１１に出力され、中途点端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して正極側検出部５２１に出力される。このとき、正極端子２１１と中途点端子２１３との間には、交流電流Ｉ１が内部抵抗Ｒ１に供給されることで内部抵抗Ｒ１での電圧降下により交流電位差Ｖ１(＝Ｖａ−Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ１は、正極側検出部５２１によって検出される。
【０１２４】
一方、負極側電源部５３２から出力された交流電流Ｉ２は、負極側直流遮断部５１２を介して燃料電池スタック１の負極端子２１２に供給され、中途点端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して負極側検出部５２２に出力される。このとき、負極端子２１２と中途点端子２１３との間には、交流電流Ｉ２が内部抵抗Ｒ２に供給されることで内部抵抗Ｒ２での電圧降下により交流電位差Ｖ２(＝Ｖｂ−Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ２は、負極側検出部５２２によって検出される。
【０１２５】
交流調整部５４０は、正極側の交流電位差Ｖ１と、負極側の交流電位差Ｖ２との電位差(Ｖ１−Ｖ２)、すなわち交流電位Ｖａと交流電位Ｖｂとの差（Ｖａ−Ｖｂ）が常に小さくなるように負極側電源部５３２を調節する。これにより、正極電位の交流成分Ｖａの振幅と負極電位の交流成分Ｖｂの振幅とが等しくなるので、直流電圧Ｖｄｃは変動せずに一定となる。
【０１２６】
そして演算部５５０は、正極側検出部５２１及び負極側検出部５２２から出力される交流電位差Ｖ１及びＶ２と、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ１及びＩ２とに基づいてオームの法則を適用する。これにより、燃料電池スタック１の正極側の内部抵抗Ｒ１及び負極側の内部抵抗Ｒ２が算出される。
【０１２７】
ここでは、正極端子２１１及び負極端子２１２の交流電位が同じ値になるので、仮に正極端子２１１及び負極端子２１２に対して走行用モータなどの負荷３が接続された状態であっても、交流電流Ｉ１又はＩ２が負荷３の方に漏洩するのを抑制できる。
【０１２８】
さらに負荷３の作動状態によらず、稼働中の燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒ１及びＲ２の測定値に基づいて燃料電池スタック１全体の内部抵抗Ｒを正確に測定することができる。また、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２が使用されるので、燃料電池スタック１が停止中であっても内部抵抗Ｒを測定することができる。
【０１２９】
このようなインピーダンス測定装置においては、直流遮断部５１１〜５１３を構成するキャパシタンス（静電容量）及び耐電圧によって直流遮断部５１１〜５１３のサイズが決められる。このため、直流遮断部５１１〜５１３のキャパシタンスを小さくするほど、コンデンサのサイズを小さくすることができる。
【０１３０】
しかしながら、次式に示すように、例えば直流遮断部５１１のキャパシタンスＣを小さくすると、基準周波数ｆｂの交流電流Ｉ１によって直流遮断部５１１に生じる電圧降下Ｖｃは大きくなってしまう。
【０１３１】
【数２】
0006413402.tif 000003
【０１３２】
このため、交流電流Ｉ１が一定のときには、電圧降下Ｖｃが大きくなる分だけ、燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒ１によって生じる交流電位差Ｖ１は小さくなり、正極側検出部５２１から出力される検出信号Ｖ１が低くなる。したがって、Ｓ／Ｎ比（Noise to Ratio）が悪くなる。
【０１３３】
一方、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準周波数ｆｂを高くすることにより直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃを小さくできるが、交流電流Ｉ１及びＩ２の周波数を基準周波数ｆｂよりも高くすると、内部抵抗Ｒ１を測定する精度が低下してしまう。具体的には、交流電流Ｉ１及びＩ２の周波数を基準周波数ｆｂよりも高い周波数に設定すると、電解質膜１１１の湿潤度と相関のある内部抵抗Ｒ１とは異なる成分によって検出信号Ｖ１のレベルが変動する。
【０１３４】
そこで本実施形態では、交流電流Ｉ１及びＩ２の振幅や基準周波数ｆｂなどのパラメータを変えずに直流遮断部５１１〜５３３のサイズが小さくなるように、基準周波数ｆｂの交流電流Ｉ１及びＩ２に対して基準周波数ｆｂよりも高い周波数の交流信号を合成する。
【０１３５】
図１０は、本発明の第１実施形態における交流信号源５４６の構成を示す図である。
【０１３６】
本実施形態の交流信号源５４６は、直流遮断部５１１〜５１３に出力される信号である交流電流Ｉ１及びＩ２に対して異なる交流信号を合成する合成手段である。
【０１３７】
交流信号源５４６は、混合回路５４６Ａと、基準パルス変換器５４６４と、搬送パルス変換器５４６５とを含む。
【０１３８】
混合回路５４６Ａは、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ１及びＩ２に対して、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準となる周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号を混合する。混合回路５４６Ａは、基準信号発生器５４６１と、搬送波信号発生器５４６２と、乗算器５４６３とを含む。
【０１３９】
基準信号発生器５４６１は、基準周波数ｆｂで変化する交流信号を発生させる。例えば、基準周波数ｆｂは、図５で述べたとおり１ｋＨｚに設定される。基準信号発生器５４６１から出力される交流信号は、搬送周波数ｆｃの交流信号を変調するための信号であるため、以下では「変調信号」という。
【０１４０】
搬送波信号発生器５４６２は、基準周波数ｆｂよりも高い搬送周波数ｆｃで変化する交流信号を発生させる。例えば、搬送周波数ｆｃは、２０ｋＨｚ以上の値に設定される。搬送波信号発生器５４６２から出力される交流信号は、以下では「搬送波信号」という。搬送波信号は、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準周波数ｆｂの変調信号とは異なる信号である。
【０１４１】
乗算器５４６３は、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの搬送波信号に対して、基準周波数ｆｂの変調信号を乗算する。これにより、基準周波数ｆｂの交流信号と搬送周波数ｆｃの交流信号とを混合した混合信号（ｆｃ±ｆｂ）が乗算器５４６３から出力される。
【０１４２】
図１１は、混合回路５４６Ａにおいて生成される混合信号の波形を示す図である。
【０１４３】
図１１（ａ）は、基準周波数ｆｂの変調信号の波形を示す図である。図１１（ｂ）は、搬送周波数ｆｃの搬送波信号の波形を示す図である。図１１（ｃ）は、乗算器５４６３から出力される混合信号の波形を示す図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）まで各図面において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。
【０１４４】
乗算器５４６３によって、基準信号発生器５４６１から出力される変調信号Ｓｂ（ｔ）と、搬送波信号発生器５４６２から出力される搬送波信号Ｓｃ（ｔ）とが合成される。
【０１４５】
図１１（ｃ）に示すように、乗算器５４６３から出力される混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）は、基準周波数ｆｂの変調信号を１８０度シフトさせた反転信号と変調信号とを重ね合わせた波形を包絡線とする搬送周波数ｆｃの交流信号となる。
【０１４６】
この混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）は、正極側乗算器５４３１及び負極側乗算器５４３２の各々に入力されるので、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から出力される交流電流Ｉ１及びＩ２の波形も、乗算器５４６３から出力される混合信号と同じ波形となる。
【０１４７】
図１２は、乗算器５４６３から出力される混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）の周波数成分を示す図である。
【０１４８】
図１２（ａ）は、混合信号の波形と直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃとの関係を示す図である。図１２（ｂ）は、混合信号の周波数分布を示す図である。
【０１４９】
図１２（ａ）に示すように、直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃは、混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）の包絡線を形成する変調信号Ｓｂ（ｔ）の最大値によって決まる。このため、変調信号Ｓｂ（ｔ）の振幅が小さくなるほど、電圧降下Ｖｃは小さくなる。
【０１５０】
図１２（ｂ）には、基準周波数ｆｂの変調信号Ｓｂ（ｔ）の周波数成分と搬送周波数ｆｃの搬送波信号Ｓｃ（ｔ）の周波数成分とが破線により示され、変調信号と搬送波信号とを混合した混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）の周波数成分が実線により示されている。
【０１５１】
ここで、基準信号発生器５４６１から出力される正弦波の変調信号Ｓｂ（ｔ）は、次式のとおり表わされる。
【０１５２】
【数３】
0006413402.tif 000004
【０１５３】
また、搬送波信号発生器５４６２から出力される正弦波の搬送波信号Ｓｃ（ｔ）は、次式のとおり表わされる。
【０１５４】
【数４】
0006413402.tif 000005
【０１５５】
そして、乗算器５４６３によって変調信号変調信号Ｓｂ（ｔ）が搬送波信号Ｓｃ（ｔ）に乗算された混合信号Ｓｍix（ｔ）は、次式のとおり表わされる。
【０１５６】
【数５】
0006413402.tif 000006
【０１５７】
このように、混合信号Ｓｍix（ｔ）には、搬送周波数ｆｃと基準周波数ｆｂとを加算した周波数（ｆｂ＋ｆｃ）の和信号成分ｆａと、搬送周波数ｆｃから変調周波数ｆｂを減算した周波数（ｆｃ−ｆｂ）の差信号成分ｆｄとが含まれる。
【０１５８】
例えば、基準周波数ｆｂが１ｋＨｚに設定され、搬送周波数ｆｃが２０ｋＨｚに設定される場合には、搬送周波数ｆｃから周波数ｆｂを減算した周波数（ｆｃ−ｆｂ）は、１９ｋＨｚとなり、基準周波数ｆｂよりも大きくなる。
【０１５９】
したがって、式（２）に示したように、交流信号Ｉ１及びＩ２の周波数ｆが大きくなるほど、直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃは小さくなるので、電圧降下Ｖｃの低下分だけ直流遮断部５１１〜５１３のキャパシタンスを小さくできる。
【０１６０】
このように、搬送周波数ｆｃは、混合信号に含まれる周波数成分のうち差信号の周波数（ｆｃ−ｆｂ）が基準周波数ｆｂよりも大きくなるように、基準周波数ｆｂを２倍した周波数（２×ｆｂ）よりも大きな値に設定される。
【０１６１】
そして基準周波数ｆｂの交流電流Ｉ１及びＩ２に対し基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの搬送波信号を乗算することにより、直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃが小さくなるので、その分だけ直流遮断部５１１〜５１３のサイズを小さくできる。
【０１６２】
次に、本実施形態における同期検波回路５２１４及び５２２４の構成について説明する。まず、同期検波回路５２１４及び５２２４に入力される検波信号について図１０を参照して説明する。
【０１６３】
図１０には、同期検波回路５２１４及び５２２４に入力される検波信号を生成する構成として、基準パルス変換器５４６４及び搬送パルス変換器５４６５が示されている。
【０１６４】
基準パルス変換器５４６４は、基準周波数ｆｂの変調信号を矩形波のパルス信号Ｄｍに変換する。例えば、基準パルス変換器５４６４は、変調信号がゼロ（０）よりも大きい間は「＋１」のパルス信号Ｄｍを出力し、変調信号がゼロよりも小さい間は「−１」のパルス信号Ｄｍを出力する。
【０１６５】
搬送パルス変換器５４６５は、基準周波数ｆｂよりも大きな搬送周波数ｆｃの搬送波信号を矩形波のパルス信号Ｄｃに変換する。例えば、搬送パルス変換器５４６５は、搬送波信号がゼロよりも大きい間は「＋１」のパルス信号Ｄｃを出力し、搬送波信号がゼロよりも小さい間は「−１」のパルス信号Ｄｃを出力する。
【０１６６】
図１３は、本実施形態における同期検波回路５２１４及び同期検波回路５２２４の構成を示す図である。
【０１６７】
同期検波回路５２１４は、搬送パルス乗算器４１１と、変調パルス乗算器４２１と、低域通過フィルタ（Low Pass Filter：ＬＰＦ）４３１とを含む。
【０１６８】
増幅回路５２１３から搬送パルス乗算器４１１に入力される検出信号は、図１１（ｃ）に示された混合信号と同じ波形である。
【０１６９】
搬送パルス乗算器４１１は、増幅回路５２１３から出力される検出信号に対して、搬送周波数ｆｃのパルス信号Ｄｃを乗算する。
【０１７０】
これにより、検出信号のうち、基準周波数ｆｂの変調信号と位相が同じ交流信号を包絡線とする搬送周波数ｆｃの混合信号は、正（プラス）側で全波整流波形となるように処理される。そして基準周波数ｆｂの変調信号に対して位相が１８０度回転した反転信号を包絡線とする搬送周波数ｆｃの混合信号は、負（マイナス）側で全波整流波形となるように処理される。
【０１７１】
すなわち、変調信号がゼロよりも大きいときには、混合信号が正側で全波整流波形となるように処理され、変調信号がゼロよりも小さいときには、混合信号が負側で全波整流波形となるように処理される。
【０１７２】
搬送パルス乗算器４１１は、正側の全波整流波形と負側の全波整流波形とが交互に形成された検出信号を、変調パルス乗算器４２１に出力する。
【０１７３】
変調パルス乗算器４２１は、搬送パルス乗算器４１１から出力される検出信号に対して、基準周波数ｆｂのパルス信号Ｄｍを乗算する。これにより、負側の全波整流波形が正側に反転するので、検出信号の全てが正側で全波整流波形となる。
【０１７４】
変調パルス乗算器４２１は、全波整流波形処理が施された検出信号を、低域通過フィルタ４３１に出力する。
【０１７５】
低域通過フィルタ４３１は、変調パルス乗算器４２１から出力される検出信号のうち高周波成分を除去する。これにより、全波整流波形の検出信号が平滑化されて直流の検出信号Ｖ１に変換される。低域通過フィルタ４３１は、例えば、検出信号が出力される抵抗素子の端部を、コンデンサを介して接地した回路構成により実現される。
【０１７６】
低域通過フィルタ４３１は、平滑化された検出信号Ｖ１を交流調整部５４０に出力する。検出信号Ｖ１のレベルは、交流電流Ｉ１の振幅に比例し、交流電流Ｉ１の包絡線の振幅値が大きくなるほど、検出信号Ｖ１のレベルが高くなる。
【０１７７】
図１４は、同期検波回路５２１４において生成される検出信号の波形を示す図である。
【０１７８】
図１４（ａ）は、基準周波数ｆｂのパルス信号Ｄｍの波形を示す図である。図１４（ｂ）は、搬送周波数ｆｃのパルス信号Ｄｃの波形を示す図である。
【０１７９】
図１４（ｃ）は、変調パルス乗算器４２１から出力される全波整流波形の検出信号が、低域通過フィルタ４３１によって直流信号Ｖ１に変換されたときの波形を示した図である。図１４（ａ）から図１４（ｃ）までの各図面において、縦軸が振幅を示し、横軸が共通の時間軸である。
【０１８０】
パルス信号Ｄｍが「＋１」のときには、パルス信号Ｄｃが「＋１」に設定されると、検出信号のうち正側の半波長の正弦波を反転させず、パルス信号Ｄｃが「−１」に設定されると、検出信号のうち負側の半波長の正弦波を正側に反転させる。
【０１８１】
一方、パルス信号Ｄｍが「−１」のときには、パルス信号Ｄｃが「＋１」に設定されると、検出信号のうち負側の半波長の正弦波を正側に反転させ、パルス信号Ｄｃが「−１」に設定されると、検出信号のうち正側の半波長の正弦波を反転させない。
【０１８２】
このように、基準周波数ｆｂに基づいて生成されるパルス信号Ｄｍと、搬送周波数ｆｃに基づいて生成されるパルス信号Ｄｃとを検出信号に乗算することにより、図１４（ｃ）に示されるように、検出信号が全波整流波形となるように処理される。そして低域通過フィルタ４３１によって、全波整流波形の処理が施された検出信号が平滑化される。
【０１８３】
図１４（ｃ）に示されるように、検出信号の包絡線は、基準周波数ｆｂの変調信号Ｓｂ（ｔ）の全波整流波形と同じ波形になるため、基準周波数ｆｂの変調信号の振幅が大きくなるほど、平滑化された検出信号Ｖ１のレベルは高くなる。
【０１８４】
このように同期検波回路５２１４は、増幅回路５２１３から出力される検出信号のうち、基準周波数ｆｂの交流信号と基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号とに基づいて、交流電流Ｉ１と同じ周波数成分の信号を抽出する。
【０１８５】
また、同期検波回路５２２４は、同期検波回路５２１４と同様に、搬送パルス乗算器４１２と、変調パルス乗算器４２２と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４３２とを含む。これらの構成は、それぞれ搬送パルス乗算器４１１、変調パルス乗算器４２１、及び低域通過フィルタ４３１と同じ構成である。このため、同期検波回路５２２４は、増幅回路５２２３から出力される検出信号のうち、基準周波数ｆｂの交流信号と基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号とに基づいて、交流電流Ｉ２と同じ周波数成分の信号を抽出する。
【０１８６】
このように、基準周波数ｆｂの交流電流Ｉ１及びＩ２に対して基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号を合成しても、同期検波回路５２１４及び５２２４によって、正極側検出部５２１及び負極側検出部５２２から出力される検出信号を同期検波することができる。
【０１８７】
本発明の第１実施形態によれば、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２で構成される電源手段は、燃料電池スタック１の正極端子２１１及び負極端子２１２に対して交流電流Ｉ１及びＩ２をそれぞれ出力する。そして正極側検出部５２１及び負極側検出部５２２のうち少なくとも一方で構成される検出手段は、正極端子２１１と中途点端子２１３との間の交流電位差Ｖ１と、負極端子２１２と中途点端子２１３との間の交流電位差Ｖ２とのうち少なくとも一方の交流電位差を検出する。演算部５５０で構成される演算手段は、検出手段により検出される交流電位差と、電源手段から出力される交流電流とに基づいて、燃料電池スタック１のインピーダンスを演算する。
【０１８８】
さらに、直流遮断部５１１乃至５１３で構成される直流遮断手段は、燃料電池スタック１の正極端子２１１、負極端子２１２、及び中途点端子２１３から出力される直流信号を遮断する。そして、交流信号源５４６で構成される合成手段は、直流遮断手段を介して燃料電池スタック１の正極端子２１１及び負極端子２１２に出力される交流電流Ｉ１及びＩ２の変調信号に対して、変調信号とは異なる搬送波信号を合成する。
【０１８９】
これにより、式（２）に示したように、直流遮断部５１１〜５１３のキャパシタンスＣを小さくしても、リアクタンス（１／２π（ｆｃ−ｆｂ）Ｃ）を低く抑えられるので、直流遮断手段の両端に生じる電位差Ｖｃを小さくできる。このため、直流遮断部５１１〜５１３のサイズを小さくできる。したがって、インピーダンス測定装置５を小型にすることができるとともに製造コストを抑制することができる。
【０１９０】
本実施形態では、交流信号源５４６は、電源手段から出力される交流電流Ｉ１及びＩ２に対して、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準となる周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃを有する交流信号（搬送波信号）を混合する。これにより、電源手段は、直流遮断部５１１〜５１３に対して、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃを有する搬送波信号が混合された交流電流Ｉ１及びＩ２を出力する。
【０１９１】
これにより、交流電流Ｉ１及びＩ２は、基準周波数ｆｂよりも高い周波数の信号成分を有することになるので、式（２）に示したように、直流遮断部５１１〜５１３を構成するコンデンサでの電圧降下Ｖｃを小さくすることができる。
【０１９２】
また本実施形態では、抽出回路である同期検波回路５２１４は、正極側検出部５２１から出力される検出信号Ｖ１のうち、基準周波数ｆｂの交流信号と、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号とに基づいて、交流電流Ｉ１と同じ周波数成分を抽出する。
【０１９３】
これにより、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの搬送波信号が混合された交流電流Ｉ１によって燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒ１に生じる交流電位差の検出信号Ｖ１を同期検波することが可能となる。同様に、同期検波回路５２２４についても、基準周波数ｆｂの交流信号と、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの交流信号とに基づいて、検出信号Ｖ２を同期検波することが可能となる。
【０１９４】
また本実施形態では、交流調整部５４０は、正極側検出部５２１により検出された交流電位差Ｖ１の検出信号と、負極側検出部５２２により検出された交流電位差Ｖ２の検出信号とが一致するように交流電流Ｉ１及びＩ２の包絡線の振幅を調整する。
【０１９５】
これにより、基準周波数ｆｂよりも高い周波数ｆｃの搬送波信号が重畳された交流電流Ｉ１及びＩ２の振幅が調整されるので、交流電位差Ｖ１と交流電位差Ｖ２とを一致させることができる。このため、燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒ１及びＲ２が変動しても、測定精度を維持することができる。
【０１９６】
（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態における交流信号源５４６の構成を示す図である。
【０１９７】
本実施形態のインピーダンス測定装置は、図２に示したインピーダンス測定装置５と基本的に構成が同じである。このため、インピーダンス測定装置５と構成が同じものについては、同一符号を付してここでの説明を省略する。
【０１９８】
本実施形態では、交流信号源５４６は、図１０に示した混合回路５４６Ａに代えて混合回路５４６Ｂを備えている。混合回路５４６Ｂは、交流電流Ｉ１及びＩ２に対して振幅変調（Ａmplitude Ｍodulation：ＡＭ）処理を施す。混合回路５４６Ｂは、基準信号発生器５４６１と乗算器５４６３との間に加算器５４６６を備えている。
【０１９９】
加算器５４６６には、搬送波信号のレベル（振幅）を設定するためのレベル設定電圧Ｖｈが入力される。加算器５４６６は、基準信号発生器５４６１から出力される変調信号にレベル設定電圧Ｖｈを加算して、レベル設定電圧Ｖｈが加算された変調信号を乗算器５４６３に出力する。
【０２００】
乗算器５４６３は、搬送波信号発生器５４６２から出力される搬送波信号に対して、レベル設定電圧Ｖｈが加算された変調信号を乗算する。これにより、搬送波信号が振幅変調された混合信号（ｆｃ−ｆｂ、ｆｃ、ｆｃ＋ｆｂ）を出力する。
【０２０１】
図１６は、本実施形態における混合回路５４６Ｂにおいて生成される混合信号に関する図である。
【０２０２】
図１６（ａ）は、レベル設定電圧Ｖｈが加算された変調信号と搬送波信号とを乗算した混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）の波形を示す図である。図１６（ｂ）は、混合信号Ｓｍｉｘ（ｔ）の周波数成分を示す図である。
【０２０３】
レベル設定電圧Ｖｈが加算された変調信号Ｓｍ（ｔ）は、次式のとおり表わされる。
【０２０４】
【数６】
0006413402.tif 000007
【０２０５】
また、搬送波信号Ｓｃ（ｔ）は、上述のとおり式（４）により表わされる。
【０２０６】
そして、変調信号Ｓｍ（ｔ）を搬送波信号Ｓｃ（ｔ）に乗算した混合信号Ｓｍix（ｔ）は、次式のとおり表わされる。
【０２０７】
【数７】
0006413402.tif 000008
【０２０８】
このように、混合信号Ｓｍix（ｔ）は、搬送波周波数ｆｃと、搬送周波数ｆｃと基準周波数ｆｂとを加算した周波数（ｆｂ＋ｆｃ）の和信号成分と、搬送周波数ｆｃから変調周波数ｆｂを減算した周波数（ｆｃ−ｆｂ）の差信号成分とで構成される。
【０２０９】
このため、搬送波周波数ｆｃを基準周波数ｆｂの２倍よりも大きな値に設定することにより、第１実施形態と同様、基準周波数ｆｂのみの交流電流Ｉ１及びＩ２に比べて直流遮断部５１１〜５１３での電圧降下Ｖｃを小さくでき、キャパシタンスＣを小さくできる。
【０２１０】
（第３実施形態）
図１７は、本発明の第３実施形態におけるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【０２１１】
本実施形態のインピーダンス測定装置は、図２に示したインピーダンス測定装置５の構成に加えて、分圧回路５６０を備えている。なお、中途点直流遮断部５１３、正極側直流遮断部５１１及び負極側直流遮断部５１２は、それぞれ第１直流遮断部、第２直流遮断部及び第３直流遮断部と呼ぶことができる。
【０２１２】
分圧回路５６０は、燃料電池スタック１と直流遮断部５１１〜５１３の間に接続され、正極端子２１１と負極端子２１２との間に生じる直流電圧Ｖｄｃを分割する。そして分圧回路５６０は、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準となる０Ｖの電位（ＧＮＤ_Ｃ）に対して、直流電圧Ｖｄｃが分割された分圧信号Ｖｂ１及びＶｂ２を共に結合させる。
【０２１３】
本実施形態では、分圧回路５６０は、燃料電池スタック１の正極端子２１１と正極側直流遮断部５１１とを接続する信号線５０１と、負極端子２１２と負極側直流遮断部５１２とを接続する信号線５０２との間に接続される。
【０２１４】
分圧回路５６０は、接地線５３３に接続される。接地線５３３には、アース（ＧＮＤ_Ｃ）されて０Ｖの接地信号が出力される。接地線５３３は、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の両方で用いられる共通の接地線である。
【０２１５】
例えば、直流電圧Ｖｄｃは、３００Ｖ〜６００Ｖ（ボルト）である。また、正極端子２１１と中途点端子２１３との間に生じる正極側電圧Ｖｄ１と、負極端子２１２と中途点端子２１３との間に生じる負極側電圧とは、１５０Ｖ〜３００Ｖである。
【０２１６】
分圧回路５６０は、互いに直列に接続された抵抗素子５６１及び抵抗素子５６２を有する。
【０２１７】
抵抗素子５６１及び抵抗素子５６２は、直流電圧Ｖｄｃを分割するための分圧素子である。抵抗素子５６１及び抵抗素子５６２は、共に同じ抵抗値であり、直流遮断部５１１乃至５１３の絶縁抵抗の最小値よりも小さい抵抗値、例えば１００ＭΩ（メガオーム）に設定される。
【０２１８】
抵抗素子５６１の一端は信号線５０１に接続され、抵抗素子５６１の他端は抵抗素子５６２の一端と接続され、抵抗素子５６２の他端は信号線５０２に接続される。抵抗素子５６１と抵抗素子５６２との間の接点ＮＤは、接地線５３３と接続される。
【０２１９】
抵抗素子５６１の両端に生じる電圧Ｖｂ１は、抵抗素子５６２の両端に生じる電圧Ｖｂ２は同じ電圧値であり、例えば１５０〜３００Ｖである。
【０２２０】
このため、正極側直流遮断部５１１及び負極側直流遮断部５１２の各々には、燃料電池スタック１から直流電圧Ｖｄｃの半分（１／２）の電圧が印加されることになる。したがって、正極側直流遮断部５１１及び負極側直流遮断部５１２の耐電圧を、燃料電池スタック１から出力される直流電圧Ｖｄｃの最大値（上限値）の半分に抑えることができる。
【０２２１】
また、中途点直流遮断部５１３の一方の電極には、燃料電池スタック１の中途点端子２１３から、負極側電圧Ｖｄ２が供給される。そして他方の電極には、分圧回路５６０の接点ＮＤから、直流電圧Ｖｄｃを半分に分割した分圧（（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２）が供給される。
【０２２２】
したがって、中途点直流遮断部５１３の両方の電極には、直流電圧Ｖｄｃの半分の分圧と負極側電圧Ｖｄ２との差分（（Ｖｄ２−Ｖｄ１）／２）である電圧Ｖｂ３が印加されることになる。すなわち、中途点直流遮断部５１３には、正極側電圧Ｖｄ１と負極側電圧Ｖｄ２との差分をさらに半分にした電圧が印加されるだけである。
【０２２３】
例えば、燃料電池スタック１の発電状態に関わらず、電圧Ｖｄ１と電圧Ｖｄ２とがほぼ等しい状態で維持される燃料電池スタック１であれば、中途点直流遮断部５１３の両極に印加される電圧はほぼゼロとなる。このような場合には、中途点直流遮断部５１３として、低耐電圧のコンデンサを使用するか、あるいは省略することも可能である。
【０２２４】
このように分圧回路５６０は、一方の抵抗素子５６１を介して正極端子２１１から出力される電圧信号Ｖｄ１と、他方の抵抗素子５６２を介して負極端子２１２から出力される電圧信号Ｖｄ２とを接地線５３３の電位（０Ｖ）を基準として足し合わせる（合成させる）。
【０２２５】
本発明の第２実施形態によれば、分圧回路５６０は、直流遮断部５１１〜５１３と燃料電池スタック１の電極端子２１１〜２１３との間に接続され、正極端子２１１と負極端子２１２との間に生じる直流電圧Ｖｄｃを分割する。そして分圧回路５６０は、交流電流Ｉ１及びＩ２の基準となる電位の接地線５３３に対して、直流電圧Ｖｄｃが分割された分圧信号Ｖｂ１及びＶｂ２を結合させる。
【０２２６】
これにより、正極端子２１１及び負極端子２１２から直流遮断部５１１及び５１２に印加される電圧が低減されるので、直流遮断部５１１及び５１２の耐電圧を下げることができ、直流遮断部５１１及び５１２のサイズを小さくできる。
【０２２７】
また本実施形態では、分圧回路５６０は、燃料電池スタック１から出力される直流電圧Ｖｄｃを分割する複数の分圧素子として、正極端子２１１と負極端子２１２との間に直列に接続された抵抗素子５６１及び抵抗素子５６２を有する。そして抵抗素子５６１と抵抗素子５６２との間の接点ＮＤに接地線５３３が接続される。
【０２２８】
これにより、直流電圧Ｖｄが抵抗素子５６１及び５６２によって半分に分割されるとともに、分割された電圧信号（分圧信号）Ｖｄ１及びＶｄ２が接地線５３３において結合されるので、中途点直流遮断部５１３に加えられる電圧を低減することができる。このため、中途点直流遮断部５１３の耐電圧を小さくできるので、中途点直流遮断部５１３のサイズを小さくできる。
【０２２９】
これに加えて、正極端子２１１から正極側直流遮断部５１１に供給される直流電圧と、負極端子２１２から負極側直流遮断部５１２に供給される直流電圧とが共に半分になるので、正極側直流遮断部５１１及び負極側直流遮断部５１２のサイズも小さくすることができる。
【０２３０】
また本実施形態では、正極端子２１１と接点ＮＤとの間に接続された抵抗素子５６１の抵抗値と、負極端子２１２と接点ＮＤとの間に接続された抵抗素子５６２の抵抗値とは、互いに同じ値に設定される。これにより、中途点直流遮断部５１３の両極に印加される電圧を小さくできる。
【０２３１】
なお、本実施形態では、直流電圧Ｖｄｃを分割する分圧素子として、抵抗素子５６１及び５６２を用いる例について説明したが、容量素子などが用いられてもよい。
【０２３２】
（第４実施形態）
図１８は、本発明の第４実施形態におけるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【０２３３】
本実施形態のインピーダンス測定装置は、図１７に示した中途点直流遮断部５１３及び分圧回路５６０に代えて、中途点直流遮断部５７０と分圧回路５８０とを備えている。中途点直流遮断部５７０及び分圧回路５８０以外の構成については、図１７に示した構成と同じである。
【０２３４】
中途点直流遮断部５７０は、燃料電池スタック１の中途点端子２１３から出力される直流信号を遮断する直流遮断手段である。中途点直流遮断部５７０は、コンデンサ５７１とコンデンサ５７２とを含む。
【０２３５】
コンデンサ５７１は、正極側電源部５３１の接地線（ＧＮＤ_Ａ）と接続される第１コンデンサである。コンデンサ５７１の一方の電極は、中途点端子２１３と接続され、他方の電極は、接地線５３３１と接続される。
【０２３６】
接地線５３３１は、電位が０Ｖとなるようにアース（ＧＮＤ_Ａ）された第１接地線であり、正極側電源部５３１で用いられる接地線（ＧＮＤ_Ａ）と共通のものである。
【０２３７】
コンデンサ５７２は、負極側電源部５３２の接地線（ＧＮＤ_Ｂ）と接続される第２コンデンサである。コンデンサ５７２の一方の電極は、コンデンサ５７１の一方の電極とともに中途点端子２１３と接続され、他方の電極は、接地線５３３１から絶縁された接地線５３３２と接続される。
【０２３８】
接地線５３３２は、電位が０Ｖとなるようにアース（ＧＮＤ_Ｂ）された接地線であって接地線５３３１とは独立した第２接地線である。接地線５３３２は、負極側電源部５３２で用いられる接地線（ＧＮＤ_Ｂ）と共通のものである。
【０２３９】
分圧回路５８０は、直列に接続された抵抗素子５８１〜５８４を有する。抵抗素子５８１〜５８４の各々は、第３実施形態と同じように互いに同じ抵抗値である。
【０２４０】
抵抗素子５８１及び抵抗素子５８２は、燃料電池スタック１の正極端子２１１と中途点端子２１３との間に直列に接続され、抵抗素子５８３及び抵抗素子５８４は、燃料電池スタック１の負極端子２１２と中途点端子２１３との間に直列に接続される。
【０２４１】
抵抗素子５８１の一端は信号線５０１と接続され、抵抗素子５８１の他端は抵抗素子５８２の一端と接続され、抵抗素子５８２の他端は抵抗素子５８３の一端と接続される。そして、抵抗素子５８３の他端は抵抗素子５８４の一端と接続され、抵抗素子５８４の他端は信号線５０２と接続される。
【０２４２】
互いに隣接する抵抗素子５８１及び抵抗素子５８２の間の接点ＮＤ１は、接地線５３３１と接続され、互いに隣接する抵抗素子５８３及び抵抗素子５８４の間の接点ＮＤ２は、接地線５３３２と接続される。
【０２４３】
抵抗素子５８１〜５８４に生じる電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ４の各々は同じ電圧値である。すなわち、抵抗素子５８１〜５８４によって、直流電圧Ｖｄｃが互いに等しく４つに分割される。例えば、直流電圧Ｖｄｃが６００Ｖであれば、各電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ４は１５０Ｖとなる。
【０２４４】
正極側直流遮断部５１１は、燃料電池スタック１の正極端子２１１から、直流電圧Ｖｄｃの１／４の電圧が印加されるだけである。負極側直流遮断部５１２についても、燃料電池スタック１の負極端子２１２から、直流電圧Ｖｄｃの１／４の電圧が印加されるだけである。したがって、正極側直流遮断部５１１及び負極側直流遮断部５１２の耐電圧を、直流電圧Ｖｄｃの最大値の１／４に抑えることができる。
【０２４５】
また、コンデンサ５７１の両方の電極には、直流電圧Ｖｄｃを４等分した分圧（（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／４）である電圧Ｖｂ２が印加されるだけである。コンデンサ５７２の両方の電極についても、直流電圧Ｖｄｃを４等分した分圧（（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／４）である電圧Ｖｂ３が印加されるだけである。したがって、コンデンサ５７１及びコンデンサ５７２の耐電圧についても、直流電圧Ｖｄｃの最大値の１／４に抑えることができる。
【０２４６】
本発明の第４実施形態によれば、中途点直流遮断部５１３の代わりに、正極側検出部５２１のためのコンデンサ５７１と、負極側検出部５２２のためのコンデンサ５７２とが別々に設けられる。コンデンサ５７１には正極側電源部５３１と共通の接地線５３３１が接続され、コンデンサ５７２には負極側電源部５３２と共通の接地線５３３２が接続される。
【０２４７】
また、分圧回路５８０を構成する抵抗素子５８１〜５８４のうち、正極端子２１１と中途点端子２１３との間に直列に接続された抵抗素子５８１及び５８２は、正極の方の分圧素子群として用いられる。また、負極端子２１２と中途点端子２１３との間に直列に接続された抵抗素子５８３及び５８４は、負極の方の分圧素子群として用いられる。
【０２４８】
一方の分圧素子群である抵抗素子５８１及び５８２同士の接点ＮＤ１は、第１接地線５３３１と接続され、他方の分圧素子群である抵抗素子５８１及び５８２同士の接点ＮＤ２は、第２接地線５３３２と接続される。
【０２４９】
これにより、正極側直流遮断部５１１、負極側直流遮断部５１２、並びに中途点直流遮断部５７０を構成するコンデンサ５７１及び５６２の両極に生じる電位差を、直流電圧Ｖｃの１／４の電圧値に抑えることができる。したがって、コンデンサの耐電圧が直流電圧Ｖｃの最大値の１／４のものを用意すればよいので、直流遮断部５１１〜５１３のサイズを小さくできる。
【０２５０】
上記第１乃至第４実施形態を組み合わせることで、交流電流Ｉ１及びＩ２に搬送波信号を混合する混合回路５４６Ａによって直流遮断部５１１〜５１３のキャパシタンスを小さくでき、分圧回路５６０によって直流遮断部５１１〜５１３の耐電圧を小さくできる。
【０２５１】
したがって、直流遮断部５１１〜５１３のサイズを小さくすることができるので、インピーダンス測定装置５の構成を簡素にするとともに製造コストを抑制することができる。
【０２５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０２５３】
上記実施形態では、図４に示した同期検波回路５２１４は、検出信号の実軸成分を抽出する例について説明したが、検出信号の実軸成分の二乗値と虚軸成分の二乗値との和の平方根を演算してベクトル値を求め、これを検出信号Ｖ１として出力してもよい。なお、検出信号の虚軸成分は、交流電流Ｉ１と位相が直交する直交信号を検出信号に乗算して平滑化することにより得られる。ベクトル値を利用することにより、交流電位差Ｖ１又はＶ２の振幅が正確に求められるので、等電位制御を適切に実行することができる。
【０２５４】
また、上記実施形態では演算部５５０が、燃料電池スタック１の内部抵抗を求める例について説明したが、演算部５５０は、燃料電池スタック１の内部抵抗に加えて、交流電位差Ｖ１及びＶ２の虚軸成分を求めて燃料電池スタック１が有する静電容量を算出するものであってもよい。
【０２５５】
また、上記実施形態では、インピーダンス測定装置５により燃料電池スタック１の内部インピーダンスを測定する例について説明したが、測定対象は、複数の電池セルが積層された積層電池であればよく、例えば積層型のリチウムイオンバッテリーであってもよい。
【０２５６】
また、正極側及び負極側の内部抵抗が殆ど変動しないリチウムイオンバッテリーであれば、インピーダンス測定装置５の回路構成を簡略化してもよい。例えば、交流調整部５４０を省略して電源部５３１及び５３２からは、振幅と位相とが一致した交流電流Ｉ１及びＩ２を固定的に出力する。また検出部５２１及び５２２の一方を省略して他方の検出部（例えば正極側検出部５２１）のみで検出される交流電位差（例えば交流電位差Ｖ１）と、その交流電位差を生じさせる交流電流（例えば交流電流Ｉ１）とを用いて内部抵抗を演算する。このような回路構成であっても、上記実施形態と同じような効果を得ることができる。
【０２５７】
また、本実施形態では、中途点端子２１３が燃料電池スタック１の中間に設けられ、交流調整部５４０によって交流電位差Ｖ１及びＶ２の振幅が同一の基準値Ｖｓとなるように交流電流Ｉ１及びＩ２の振幅を制御する例について説明した。しかしながら、中途点端子２１３は、燃料電池スタック１の中間に位置する発電セル１０から外れた発電セル１０に設けられてもよい。この場合にも正極端子２１１に生じる交流電位Ｖａと、負極端子に生じる交流電位Ｖｂとが一致すればよいので、中途点端子２１３が設けられた発電セル１０の位置によって内部抵抗Ｒ１と内部抵抗Ｒ２との抵抗比を予め求め、その抵抗比に合わせて交流電位差Ｖ１及びＶ２の各振幅の基準値Ｖｓをそれぞれ設定すればよい。
【０２５８】
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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