(57)【要約】【課題】低温環境下において断線判定の誤判定を低減することが可能なセル電圧測定装置を提供すること。【解決手段】セル電圧測定装置１０は、複数の単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎを少なくとも一つの単セルが含まれるようにセルブロックに分割し、当該分割されたセルブロックごとの電圧を示す個別電圧値を取得する第一電圧取得部として機能する電圧検出回路１２を備える。更に、個別電圧値に基づいて、セルブロックから第一電圧取得部である電圧検出回路１２に至る接続線ＶＢＢの断線状態を判断する。燃料電池ＦＣが急速暖機運転中の場合には断線状態の判断を行わず、燃料電池ＦＣが急速暖気運転中でない場合に断線状態の判断を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、
前記複数の単セルを少なくとも一つの単セルが含まれるようにセルブロックに分割し、当該分割されたセルブロックごとの電圧を示す個別電圧値を取得する第一電圧取得部と、
前記個別電圧値に基づいて、前記セルブロックから前記第一電圧取得部を通る接続線の断線状態を判断する判断部と、を備え、
前記判断部は、
前記燃料電池スタックが急速暖気運転中の場合には断線状態の判断を行わず、前記燃料電池スタックが急速暖気運転中でない場合に断線状態の判断を行うものであって、
断線状態の判断にあたっては、前記第一電圧取得部が取得した個別電圧値の最低値と断線判断閾値とを比較し、前記最低値が前記断線判断閾値よりも小さい場合にその最低値を出力したセルブロックから延びる接続線が断線していると判断することを特徴とするセル電圧測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセル電圧測定装置であって、前記複数の単セル全体の電圧を示す総電圧値を取得する第二電圧取得部を備え、
前記判断部は、
前記個別電圧値と前記総電圧値とに基づいて前記接続線の断線状態を判断するものであり、
前記第二電圧取得部が取得した総電圧値と低温判断閾値とを比較し、前記総電圧値が前記低温判断閾値よりも大きい場合に前記燃料電池スタックが急速暖気運転中でないものとして断線状態の判断を行うことを特徴とするセル電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、単セルの故障診断装置の一例として下記特許文献１に記載のものが知られている。下記特許文献１に記載の故障診断装置は、単セルの異常を検出すると共に、単セルから故障診断装置に至る接続線の断線を検出するものである。
【０００３】
この故障診断装置は、複数枚の単セルを重ね合わせた燃料電池スタックを有する燃料電池システムの故障診断装置である。故障診断装置は、差動増幅器と、接続線と、最小・最大・平均電圧出力部と、異常検出部と、断線検出部とを備えている。
【０００４】
差動増幅器は、１枚以上の単セルで構成される単セル群のそれぞれに対応して設けられ、その単セル群の電圧を所定の増幅率で増幅して出力する。接続線は、単セル群と差動増幅器とを接続する。最小・最大・平均電圧出力部は、各差動増幅器の出力電圧のうちの最小電圧及び最大電圧と、各差動増幅器の出力電圧の平均電圧と、を出力する。異常検出部は、最小電圧に応じて、単セル群の異常を検出する。断線検出部は、最大電圧と平均電圧とに応じて、接続線の断線を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術では、断線検出部が接続線の断線を検出するにあたって、接続線が断線すると最大電圧が平均電圧に比較して大きな値となることを利用している。具体的には、断線検出部は、一対の分圧抵抗と、第３比較器とを備えている。第３比較器は、プラス端子の入力値とマイナス端子の入力値の大小を比較する。この場合、第３比較器のマイナス端子には平均電圧が入力され、第３比較器のプラス端子には一対の分圧抵抗によって最大電圧を分圧した分圧電圧が入力される。第３比較器は、平均電圧が分圧電圧よりも小さくなると、断線信号を出力する。
【０００７】
上記従来の技術では、接続線の１箇所又は複数箇所に断線が発生すると、平均電圧が低下することを利用するものである。しかしながら、本発明者らは、上記従来の技術では低温環境下において断線判定を誤ってしまうことが発生し得ることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、低温環境下において断線判定の誤判定を低減することが可能なセル電圧測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、燃料電池スタックが車両に搭載されるような場合には、低温環境となるため急速暖機運転を行う場合があることに着目した。燃料電池スタックを急速暖機運転するにあたっては、かなり低い電圧である最低セル電圧を許容するため、平均電圧も最大電圧も低い電圧となる。従って、測定誤差や電圧値の僅かな変動によって、断線が発生していないにもかかわらず平均電圧が低下し得るのではないかと考えた。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係るセル電圧測定装置は、燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、複数の単セルを少なくとも一つの単セルが含まれるようにセルブロックに分割し、当該分割されたセルブロックごとの電圧を示す個別電圧値を取得する第一電圧取得部と、個別電圧値に基づいて、セルブロックから第一電圧取得部を通る接続線の断線状態を判断する判断部と、を備える。判断部は、燃料電池スタックが急速暖機運転中の場合には断線状態の判断を行わず、燃料電池スタックが急速暖気運転中でない場合に断線状態の判断を行うものであって、断線状態の判断にあたっては、第一電圧取得部が取得した個別電圧値の最低値と断線判断閾値とを比較し、最低値が断線判断閾値よりも小さい場合にその最低値を出力したセルブロックから延びる接続線が断線していると判断することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、燃料電池スタックが急速暖気運転中の場合に、判断部は接続線の断線状態の判断を行わない。従って、低温環境下における断線判定の誤りを確実に低減することができる。更に、断線状態の判断にあたっては、個別電圧値の最低値と断線判断閾値とを比較し、その最低値が断線判断閾値よりも小さい場合に、その最低値を出力したセルブロックから延びる接続線が断線していると判断するので、どの接続線が断線しているかを確実に判断することができる。
【００１２】
更に本発明に係るセル電圧測定装置では、複数の単セル全体の電圧を示す総電圧値を取得する第二電圧取得部を備えることが好ましい。この好ましい態様において判断部は、個別電圧値と総電圧値とに基づいて接続線の断線状態を判断するものであり、第二電圧取得部が取得した総電圧値と低温判断閾値とを比較し、総電圧値が低温判断閾値よりも大きい場合に燃料電池スタックが急速暖気運転中でないものとして断線状態の判断を行う。
【００１３】
この好ましい態様では、総電圧値と低温判断閾値とを比較し、総電圧値が低温判断閾値よりも大きい場合に燃料電池スタックが急速暖気運転中でないものと判断するので、別途温度測定手段を用いることなく、簡便な構成で的確な断線判断を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池スタックに含まれる複数の単セルの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、低温環境下において断線判定の誤判定を低減することが可能なセル電圧測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態であるセル電圧測定装置が適用される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムに適用されるセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示すセル電圧測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１７】
最初に、本発明の実施形態であるセル電圧測定装置が適用される燃料電池システムＦＣＳについて図１を参照しながら説明する。セル電圧測定装置の詳細については後述する。図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システムＦＣＳのシステム構成を示す図である。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができる。
【００１８】
燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、酸化ガス供給系ＡＳＳと、燃料ガス供給系ＦＳＳと、電力系ＥＳと、冷却系ＣＳと、コントローラＥＣとを備えている。燃料電池ＦＣは、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電するものである。
【００１９】
酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガスとしての空気を燃料電池ＦＣに供給するための系である。燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池ＦＣに供給するための系である。電力系ＥＳは、電力の充放電を制御するための系である。冷却系ＣＳは、燃料電池ＦＣを冷却するための系である。コントローラＥＣは、燃料電池システムＦＣＳ全体を統括制御するコントローラである。
【００２０】
燃料電池ＦＣは、多数のセル（アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池（発電体））を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックとして構成されている。燃料電池ＦＣでは、通常の運転において、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じる。燃料電池ＦＣ全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００２１】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                      （１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ        （２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ                （３）
【００２２】
酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガス流路ＡＳ３と酸化オフガス流路ＡＳ４とを有している。酸化ガス流路ＡＳ３は、燃料電池ＦＣのカソードに供給される酸化ガスが流れる流路である。酸化オフガス流路ＡＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される酸化オフガスが流れる流路である。
【００２３】
酸化ガス流路ＡＳ３には、エアコンプレッサＡＳ２と、加湿器ＡＳ５とが設けられている。エアコンプレッサＡＳ２は、フィルタＡＳ１を介して大気中から酸化ガスを取り込むためのコンプレッサである。加湿器ＡＳ５は、エアコンプレッサＡＳ２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器である。
【００２４】
酸化オフガス流路ＡＳ４には、圧力センサＳ６と、背圧調整弁Ａ３と、加湿器ＡＳ５とが設けられている。背圧調整弁Ａ３は、酸化ガス供給圧を調整するための弁である。加湿器ＡＳ５は、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するためのものとして設けられている。
【００２５】
燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガス供給源ＦＳ１と、燃料ガス流路ＦＳ３と、循環流路ＦＳ４と、循環ポンプＦＳ５と、排気排水流路ＦＳ６とを有している。燃料ガス流路ＦＳ３は、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料電池ＦＣのアノードに供給される燃料ガスが流れる流路である。循環流路ＦＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に帰還させるための流路である。循環ポンプＦＳ５は、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に圧送するポンプである。排気排水流路ＦＳ６は、循環流路ＦＳ４に分岐接続される流路である。
【００２６】
燃料ガス供給源ＦＳ１は、高圧水素タンクで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ）の水素ガスを貯蔵するものである。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料ガス流路ＦＳ３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタＦＳ２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池ＦＣに供給される。
【００２７】
燃料ガス流路ＦＳ３には、遮断弁Ｈ１と、レギュレータＨ２と、インジェクタＦＳ２と、遮断弁Ｈ３と、圧力センサＳ４とが設けられている。遮断弁Ｈ１は、燃料ガス供給源ＦＳ１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための弁である。レギュレータＨ２は、燃料ガスの圧力を調整するものである。インジェクタＦＳ２は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給量を制御するものである。遮断弁Ｈ３は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給を遮断するための弁である。
【００２８】
レギュレータＨ２は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタＦＳ２の上流側にレギュレータＨ２を配置することにより、インジェクタＦＳ２の上流側圧力を効果的に低減させることができる。
【００２９】
インジェクタＦＳ２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタＦＳ２は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座と、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に格納保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。
【００３０】
インジェクタＦＳ２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、コントローラＥＣから出力される制御信号によってインジェクタＦＳ２のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御することが可能なように構成されている。インジェクタＦＳ２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタＦＳ２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。
【００３１】
循環流路ＦＳ４には、遮断弁Ｈ４が設けられ、排気排水流路ＦＳ６が接続されている。排気排水流路ＦＳ６には、排気排水弁Ｈ５が設けられている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラＥＣからの指令によって作動することにより、循環流路ＦＳ４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出するための弁である。排気排水弁Ｈ５の開弁により、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。
【００３２】
排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路ＡＳ４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプＦＳ５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池ＦＣに循環供給する。
【００３３】
電力系ＥＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１と、バッテリＥＳ２と、トラクションインバータＥＳ３と、トラクションモータＥＳ４と、補機類ＥＳ５とを備えている。燃料電池システムＦＣＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１とトラクションインバータＥＳ３とが並列に燃料電池ＦＣに接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１は、バッテリＥＳ２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータＥＳ３に出力する機能と、燃料電池ＦＣが発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータＥＳ４が回収した回生電力を降圧してバッテリＥＳ２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１のこれらの機能により、バッテリＥＳ２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１による電圧変換制御により、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）が制御される。燃料電池ＦＣには、電圧センサＳ１と電流センサＳ２とが取り付けられている。電圧センサＳ１は、燃料電池ＦＣの出力端子電圧を検出するためのセンサである。電流センサＳ２は、燃料電池ＦＣの出力電流を検出するためのセンサである。
【００３５】
バッテリＥＳ２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリＥＳ２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリＥＳ２には、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を検出するためのＳＯＣセンサＳ３が取り付けられている。
【００３６】
トラクションインバータＥＳ３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータである。トラクションインバータＥＳ３は、コントローラＥＣからの制御指令に従って、燃料電池ＦＣ又はバッテリＥＳ２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータＥＳ４の回転トルクを制御する。トラクションモータＥＳ４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
【００３７】
補機類ＥＳ５は、燃料電池システムＦＣＳ内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）、これらのモータを駆動するためのインバータ類、及び各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。
【００３８】
冷却系ＣＳは、ラジエータＣＳ１と、冷却液ポンプＣＳ２と、冷却液往路ＣＳ３と、冷却液復路ＣＳ４とを有している。ラジエータＣＳ１は、燃料電池ＦＣを冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプＣＳ２は、冷却液を燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１との間で循環させるためのポンプである。冷却液往路ＣＳ３は、ラジエータＣＳ１と燃料電池ＦＣとを繋ぐ流路であって、冷却液ポンプＣＳ２が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、冷却液はラジエータＣＳ１から燃料電池ＦＣへと冷却液往路ＣＳ３を通って流れる。冷却液復路ＣＳ４は、燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１とを繋ぐ流路であって、水温センサＳ５が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、燃料電池ＦＣを冷却した冷却液はラジエータＣＳ１へと還流する。
【００３９】
コントローラＥＣ（判断部）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システムＦＣＳの各部を制御するものである。例えば、コントローラＥＣは、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システムＦＣＳの運転を開始する。その後、コントローラＥＣは、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力を求める。燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。
【００４０】
ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
【００４１】
そして、コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣとバッテリＥＳ２とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣの発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系ＡＳＳ及び燃料ガス供給系ＦＳＳを制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１を制御して、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラＥＣは、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータＥＳ３に出力し、トラクションモータＥＳ４の出力トルク、及び回転数を制御する。更に、コントローラＥＣは、冷却系ＣＳを制御して燃料電池ＦＣが適切な温度になるように制御する。
【００４２】
続いて、燃料電池システムＦＣＳに用いられるセル電圧測定装置１０について、図２を参照しながら説明する。セル電圧測定装置１０は、図１に示す電圧センサＳ１に相当する箇所に配置されるものである。
【００４３】
図２に示すように、セル電圧測定装置１０は、燃料電池ＦＣの燃料電池スタックを構成する単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電圧を測定する装置である。本実施形態の場合、単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎは、直列接続となるように配置されている。セル電圧測定装置１０は、単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電圧を測定することができるように、接続線ＶＢＢ，ＧＢＢを備えている。
【００４４】
端部に配置された複数の単セルＢＡＴについては、それら単セルそれぞれの電圧を個々に測定できるように、接続線ＶＢＢが設けられている。具体的には、単セルＢＡＴ１の負極側には接続線ＶＢＢ１が繋がれており、単セルＢＡＴ１の正極と単セルＢＡＴ２の負極との間には接続線ＶＢＢ２が繋がれている。同様に、他の接続線ＶＢＢも、単セルＢＡＴの正極側に繋がれている。尚、接続線ＶＢＢは、単セルの正極側及び負極側のいずれかに接続されていればよいものである。
【００４５】
中央部に配置された単セルＢＡＴについては、それら単セルを複数個ずつのセルブロックに分割し、それらセルブロックそれぞれの電圧を個々に測定できるように、接続線が設けられている。例えば、２つの単セルでセルブロックを構成した場合には、一方の単セルＢＡＴの負極側には接続線ＶＢＢが繋がれており、一方の単セルＢＡＴと他方の単セルＢＡＴとの間には接続線が繋がれておらず、他方の単セルＢＡＴの正極側に接続線が繋がれている。
【００４６】
中央部に配置された単セルＢＡＴを挟んで他方側の端部に配置された複数の単セルＢＡＴについても、それら単セルそれぞれの電圧を個々に測定できるように、接続線ＶＢＢが設けられている。
【００４７】
セル電圧測定装置１０は、電圧検出回路１２を備えている。説明の便宜上図２においては、電圧検出回路１２の一部の構成を明示している。図２に示すように、接続線ＶＢＢ１には、スイッチＳＷ１が設けられている。接続線ＶＢＢ２には、スイッチＳＷ２が設けられている。接続線ＶＢＢ３には、スイッチＳＷ３が設けられている。同様に他の接続線ＶＢＢにも、同様なスイッチが設けられている。
【００４８】
電圧検出回路１２は、コンデンサ１０１と差動増幅器１０２とを備えている。コンデンサ１０１は接続点１０１ａにおいて信号線１０１ｃに繋がれており、接続点１０１ｂにおいて信号線１０１ｄに繋がれている。信号線１０１ｃと信号線１０１ｄは、差動増幅器１０２に繋がれている。
【００４９】
接続線ＶＢＢ１は、スイッチＳＷ１の先において信号線１０１ｃに繋がれている。接続線ＶＢＢ２は、スイッチＳＷ２の先において信号線１０１ｄに繋がれている。接続線ＶＢＢ３は、スイッチＳＷ３の先において信号線１０１ｃに繋がれている。同様に、他の接続線ＶＢＢも、信号線１０１ｃと信号線１０１ｄに対して交互に繋がれている。
【００５０】
単セルＢＡＴ１の電圧を測定する場合には、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を閉じ、他のスイッチは開く。このスイッチ操作によって、コンデンサ１０１には所定の電荷が蓄えられ、接続点１０１ａ及び信号線１０１ｃ側がマイナスの電位になり、接続点１０１ｂ及び信号線１０１ｄ側がプラスの電位となる。
【００５１】
続いて、単セルＢＡＴ２の電圧を測定する場合には、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３を閉じ、他のスイッチは開く。このスイッチ操作によって、コンデンサ１０１には所定の電荷が蓄えられ、接続点１０１ａ及び信号線１０１ｃ側がプラスの電位になり、接続点１０１ｂ及び信号線１０１ｄ側がマイナスの電位となる。
【００５２】
このように、単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電圧を測定すると、極性が互い違いに現れ、それぞれの絶対値が各単セルの電圧値となる。仮に、接続線ＶＢＢ３が断線していると、単セルＢＡＴ２の電圧を測定しようとしても、コンデンサ１０１には新たに電荷が蓄えられないため、単セルＢＡＴ１の電圧を測定した際の極性がそのまま残り、本来示すべき極性とは逆の極性を示すことになる。従って、所定の断線判断閾値を設定しておけば、接続線が断線した箇所においては、測定した個別電圧値が断線判断閾値から大きく乖離することになり、断線状態を的確に判断することができる。
【００５３】
尚、単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電圧を測定するモニタリング周期は、コンデンサ１０１に充電する時間を減らすことで短くすることができる。
【００５４】
続いて、図３を参照しながら、本実施形態におけるセル電圧測定装置１０を用いた断線判定フローを説明する。ステップＳ０１では、セル電圧測定装置１０を用いて、単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの個別電圧値を測定する。上述したように、両端部に配置された単セルＢＡＴは、各単セルの個別電圧値を測定する。一方、中央部に配置された単セルＢＡＴにおいては、複数個ずつのセルブロックにおける個別電圧値を測定する。
【００５５】
ステップＳ０２では、ステップＳ０１において測定した個別電圧値を用いて、最低セル電圧値Ｖｍｉｎと、総電圧値Ｖａｌｌとを算出する。最低セル電圧値Ｖｍｉｎは、測定した個別電圧値の最も低い電圧値を割り当てる。尚、いずれかの接続線が断線状態にあれば、上述したように本来示すべき極性とは逆の極性を示すことになるので、その場合は個別電圧値として０とみなすようにすることも可能である。総電圧値Ｖａｌｌは、測定した個別電圧値の総和を割り当てる。
【００５６】
ステップＳ０３では、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さく、且つ総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きいか否かを判断する。最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さく、且つ総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きい場合には、ステップＳ０４の処理に進む。最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１以上か、若しくは総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２以下であれば、処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ０４では、断線フラグをＯＮにする。これによって、最低セル電圧値Ｖｍｉｎに割り当てられた個別電圧値を出力した接続線が断線したものと判断することができる。
【００５８】
尚、本実施形態では、ステップＳ０３において、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さく、且つ総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きいか否かを同時に判断しているけれども、判断態様はこれに限られるものではない。総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きいか否かを先に判断し、総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きい場合に、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さいか否かを判断することも好ましい。逆に、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さいか否かを先に判断し、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１より小さい場合に、総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２より大きいか否かを判断することも好ましい。
【００５９】
上述したように、本実施形態のセル電圧測定装置１０は、燃料電池ＦＣ（燃料電池セルスタック）に含まれる複数の単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電圧を測定するものである。セル電圧測定装置１０は、複数の単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎを少なくとも一つの単セルが含まれるようにセルブロックに分割し、当該分割されたセルブロックごとの電圧を示す個別電圧値を取得する第一電圧取得部として機能する電圧検出回路１２を備える。更に、セル電圧測定装置１０が設けられる燃料電池システムＦＣＳは、個別電圧値に基づいて、セルブロックから第一電圧取得部である電圧検出回路１２に至る接続線ＶＢＢの断線状態を判断する判断部として機能するコントローラＥＣを備えている。
【００６０】
本実施形態では、判断部として機能するコントローラＥＣが、上述したような断線判断を実行している。コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣの運転温度が所定温度より低い場合には断線状態の判断を行わず、燃料電池ＦＣの運転温度が所定温度以上の場合に断線状態の判断を行うものである。換言すれば、コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣが急速暖気運転中の場合には断線状態の判断を行わず、燃料電池ＦＣが急速暖気運転中ではなく通常運転中であれば断線状態の判断を行うものである。コントローラＥＣは、断線状態の判断にあたっては、第一電圧取得部である電圧検出回路１２が取得した個別電圧値の最低値である最低セル電圧値Ｖｍｉｎと断線判断閾値Ｖｔｈ１とを比較した結果である断線フラグに基づいてセルブロックから延びる接続線が断線しているか否かを判断する。断線フラグは、セル電圧測定装置１０が上記比較判断に基づいて立てるものである。結果として、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１よりも小さい場合にその最低値を出力したセルブロックから延びる接続線が断線していると判断することができる。。
【００６１】
このような判断手法を採用することで、燃料電池ＦＣの運転温度が所定温度より低い場合に、コントローラＥＣは断線フラグに基づく接続線の断線状態の判断を行わない。従って、低温環境下における断線判定の誤りを確実に低減することができる。更に、断線状態の判断にあたっては、個別電圧値である最低セル電圧値Ｖｍｉｎと断線判断閾値Ｖｔｈ１とを比較した結果である断線フラグに基づいて判断するので、最低セル電圧値Ｖｍｉｎが断線判断閾値Ｖｔｈ１よりも小さい場合に、その最低値を出力したセルブロックから延びる接続線が断線していると判断するのと同等の結果となり、どの接続線が断線しているかを確実に判断することができる。
【００６２】
更に本実施形態では、複数の単セルＢＡＴ１〜ＢＡＴｎ全体の電圧を示す総電圧値Ｖａｌｌを取得する第二電圧取得部として電圧検出回路１２が機能している。個別電圧値と総電圧値Ｖａｌｌとに基づいて接続線の断線状態を判断するものであり、第二電圧取得部である電圧検出回路１２が取得した総電圧値Ｖａｌｌと低温判断閾値Ｖｔｈ２とを比較し、総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合に燃料電池ＦＣの運転温度が所定温度以上であるものとして断線状態の判断を行う。
【００６３】
このように、総電圧値Ｖａｌｌと低温判断閾値Ｖｔｈ２とを比較し、総電圧値Ｖａｌｌが低温判断閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合に燃料電池ＦＣの運転温度が所定温度以上であるものと判断するので、別途温度測定手段を用いることなく、簡便な構成で的確な断線判断を行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０：セル電圧測定装置
１２：電圧検出回路
１０１：コンデンサ
１０１ａ：接続点
１０１ｂ：接続点
１０１ｃ：信号線
１０１ｄ：信号線
１０２：差動増幅器
Ａ３：背圧調整弁
ＡＳ１：フィルタ
ＡＳ２：エアコンプレッサ
ＡＳ３：酸化ガス流路
ＡＳ４：酸化オフガス流路
ＡＳ５：加湿器
ＡＳＳ：酸化ガス供給系
ＢＡＴ：単セル
ＣＳ：冷却系
ＣＳ１：ラジエータ
ＣＳ２：冷却液ポンプ
ＣＳ３：冷却液往路
ＣＳ４：冷却液復路
ＥＣ：コントローラ
ＥＳ：電力系
ＥＳ１：コンバータ
ＥＳ２：バッテリ
ＥＳ３：トラクションインバータ
ＥＳ４：トラクションモータ
ＥＳ５：補機類
ＦＣ：燃料電池
ＦＣＳ：燃料電池システム
ＦＳ１：燃料ガス供給源
ＦＳ２：インジェクタ
ＦＳ３：燃料ガス流路
ＦＳ４：循環流路
ＦＳ５：循環ポンプ
ＦＳ６：排気排水流路
ＦＳＳ：燃料ガス供給系
Ｈ１：遮断弁
Ｈ２：レギュレータ
Ｈ３：遮断弁
Ｈ４：遮断弁
Ｈ５：排気排水弁
Ｓ１：電圧センサ
Ｓ２：電流センサ
Ｓ３：センサ
Ｓ４：圧力センサ
Ｓ５：水温センサ
Ｓ６：圧力センサ
ＳＷ１：スイッチ
ＳＷ２：スイッチ
ＳＷ３：スイッチ
Ｖａｌｌ：総電圧値
ＶＢＢ：接続線
Ｖｍｉｎ：最低セル電圧値
Ｖｔｈ１：断線判断閾値
Ｖｔｈ２：低温判断閾値
【図１】
2013125589.tif 000003
【図２】
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【図３】
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