УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ПАКЕТИРОВАННОЙ БАТАРЕИ
DEVICE AND METHOD TO MEASURE INNER RESISTANCE FOR PACKAGED BATTERY

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее раскрытие относится к устройству и способу для измерения внутреннего сопротивления пакетированной батареи, в которой множество элементов генерирования энергии укладывается поверх друг друга пакетом.
Уровень техники
[0002] В пакетированной батарее, в которой множество элементов генерирования энергии укладывается поверх друг друга пакетом, желательно максимально точно определять внутреннее сопротивление. Например, в топливном элементе, смачиваемость мембраны электролита может быть определена посредством понимания внутреннего сопротивления. Высокое внутреннее сопротивление ассоциировано с низкой смачиваемостью мембраны электролита с тенденцией к высушиванию. Низкое внутреннее сопротивление ассоциировано с высокой смачиваемостью мембраны электролита. Эффективность работы топливного элемента является переменной в зависимости от смачиваемости мембраны электролита. Следовательно, оптимальное влажное состояние мембраны электролита может постоянно поддерживаться посредством управления работой в соответствии со смачиваемостью мембраны электролита, оцененной на основе внутреннего сопротивления.
[0003] Устройство для измерения внутреннего сопротивления топливного элемента раскрывается в JP-2009-109375-A.
Сущность изобретения
[0004] Тем не менее, устройство согласно JP-2009-109375-A требует тока нагрузки (постоянного тока), вытекающего из элемента во время измерения, так что измерение является невозможным, если элемент не работает. Кроме того, даже мгновенный переменный ток управляется (или подача тока ограничивается) посредством электронной нагрузочной аппаратной системы, которая управляет большим постоянным током, при котором требуется чрезвычайно широкий динамический диапазон. Следовательно, компоненты и схемная спецификация, которые должны использоваться, являются дорогими.
[0005] Настоящее раскрытие осуществлено посредством фокусировки на таких традиционных проблемах. Настоящее раскрытие направлено на предоставление недорогого устройства измерения внутреннего сопротивления и недорогого способа измерения внутреннего сопротивления, допускающего измерение внутреннего сопротивления, даже когда батарея не работает.
[0006] Устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя компонент источника питания переменного тока, который выводит переменный ток в объект измерения внутреннего сопротивления, содержащий пакетированную батарею, содержащую множество пакетированных элементов генерирования энергии, посредством подключения к объекту измерения внутреннего сопротивления. Затем, устройство измерения внутреннего сопротивления дополнительно включает в себя положительный участок, подключенный к положительному электроду объекта измерения внутреннего сопротивления, отрицательный участок, подключенный к отрицательному электроду объекта измерения внутреннего сопротивления, средний участок, подключенный к среднему компоненту объекта измерения внутреннего сопротивления, компонент регулирования переменного тока для регулирования переменного тока, выводимого на положительный электрод и отрицательный электрод объекта измерения внутреннего сопротивления, и компонент вычисления сопротивления для вычисления сопротивления пакетированной батареи на основе регулируемого переменного тока и разности потенциалов переменного тока.
[0007] Ниже подробно поясняются варианты осуществления настоящего изобретения и преимущества настоящего изобретения вместе с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг. 1A является внешним общим видом для пояснения топливного элемента, служащий в качестве примера пакетированной батареи, к которому применяется устройство измерения внутреннего сопротивления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 1B является изображением в разобранном виде, показывающим конструкцию элементов генерирования энергии топливного элемента, служащего в качестве примера пакетированной батареи, к которому применяется устройство измерения внутреннего сопротивления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 является видом для пояснения подробностей компонента 511 прерывания постоянного тока положительного электрода, компонента 512 прерывания постоянного тока отрицательного электрода, компонента 513 прерывания постоянного тока в средней точке, компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода и компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода.
Фиг. 4 является видом для пояснения подробностей компонента 531 источника питания положительного электрода и компонента 532 источника питания отрицательного электрода.
Фиг. 5 является видом для пояснения подробностей компонента 540 регулирования переменного тока.
Фиг. 6 является видом для пояснения подробностей компонента 550 вычисления сопротивления.
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа управления, которая должна быть выполнена посредством контроллера в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 является временной диаграммой, полученной, когда выполняется управление посредством контроллера в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9 является видом для пояснения результата действия первого варианта осуществления.
Фиг. 10A является видом для пояснения механизма результата действия устройства измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10B является видом для пояснения механизма результата действия устройства измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 11 показывает конкретную конструкцию второго варианта осуществления.
Фиг. 12 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 13 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа управления, которая должна быть выполнена посредством контроллера в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 15 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 16 показывает устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 17 показывает устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 18 является конкретной принципиальной схемой шестого варианта осуществления.
Фиг. 19 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 20 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 21A показывает первый модифицированный вариант осуществления.
Фиг. 21B показывает второй модифицированный вариант осуществления.
Описание вариантов осуществления
[0009] Первый вариант осуществления
Фиг. 1A является внешним общим видом для пояснения топливного элемента в качестве примера пакетированной батареи, к которой применяется устройство измерения внутреннего сопротивления согласно настоящему изобретению. Фиг. 1B является изображением в разобранном виде для пояснения элементов генерирования энергии топливного элемента, служащего в качестве примера пакетированной батареи, к которой применяется устройство измерения внутреннего сопротивления согласно настоящему изобретению.
[0010] Как показано на фиг. 1A, батарея 1 топливных элементов содержит множество пакетированных элементов 10 генерирования энергии, токоотводных пластин 20, изоляционных пластин 30, концевых пластин 40 и четыре стягивающих стержня 50.
[0011] Элементы 10 генерирования энергии являются единичными элементами топливного элемента. Каждый из элементов 10 генерирования энергии вырабатывает электродвижущее напряжение приблизительно в 1 В. Ниже поясняется подробная конструкция каждого из элементов 10 генерирования энергии.
-
[0012] Токоотводные пластины 20 размещаются на внешней стороне множества пакетированных элементов 10 генерирования энергии. Токоотводные пластины 20 формируются посредством газонепроницаемого проводящего элемента, такого как, например, спрессованный углерод. Токоотводные пластины 20 включают в себя контактный вывод 211 положительного электрода и контактный вывод 212 отрицательного электрода. Существует также средний контактный вывод 213, предоставляемый между контактным выводом 211 положительного электрода и контактным выводом 212 отрицательного электрода. В батарее 1 топливных элементов электрон e, сформированный в каждом из элементов 10 генерирования энергии, извлекается и выводится посредством контактного вывода 211 положительного электрода и контактного вывода 212 отрицательного электрода.
[0013] Изоляционные пластины 30 размещаются на внешней стороне токоотводных пластин 20. Изоляционные пластины 30 формируются посредством изоляционного элемента, такого как, например, резина.
[0014] Концевые пластины 40 размещаются на внешней стороне изоляционных пластин 30. Концевые пластины 40 формируются посредством жесткого металлического материала, такого как, например, сталь.
[0015] На одной из концевых пластин 40 (т.е. на концевой пластине 40 на левой стороне, обращенной к передней части на фиг. 1A) размещаются анодный подающий порт 41a, анодный выпускной порт 41b, катодный подающий порт 42a, катодный выпускной порт 42b, подающий порт 43a для охлаждающей воды и выпускной порт 43b для охлаждающей воды. В настоящем варианте осуществления, анодный выпускной порт 41b, выпускной порт 43b для охлаждающей воды и катодный подающий порт 42a размещаются на правой стороне на фиг. 1A. Катодный выпускной порт 42b, подающий порт 43a для охлаждающей воды и анодный подающий порт 41a также размещаются на левой стороне на фиг. 1A.
[0016] Стягивающие стержни 50 размещаются около четырех углов концевой пластины 40. Батарея 1 топливных элементов формируется с отверстиями (не показаны), проходящими через внутреннюю часть. Стягивающие стержни 50 вставляются в сквозные отверстия. Стягивающие стержни 50 формируются посредством жесткого металлического материала, такого как, например, сталь. Изоляционная обработка выполняется на поверхности стягивающих стержней 50 таким образом, что предотвращается электрическое короткое замыкание элементов 10 генерирования энергии. Стягивающие стержни 50 завинчиваются с помощью гаек (не показаны вследствие расположения внутри). Батарея 1 топливных элементов сдавливается в направлении пакетирования посредством стягивающих стержней 50 и гаек.
[0017] Примеры способа для того, чтобы подавать водород, служащий в качестве анодного газа, в анодный подающий порт 41a, включают в себя способ для того, чтобы непосредственно подавать газообразный водород из устройства хранения водорода, и способ для того, чтобы подавать водородосодержащий газ, реформированный посредством реформинга водородосодержащего топлива. Следует отметить, что устройство хранения водорода реализуется посредством баллона для газа высокого давления, баллона для сжиженного водорода и баллона из сплава для хранения водорода либо других баллонов. Водородосодержащее топливо включает в себя природный газ, метанол, бензин и т.п. Воздух также используется, в общем, в качестве катодного газа, подаваемого в катодный подающий порт 42a.
[0018] Как показано на фиг. 1B, каждый из элементов 10 генерирования энергии конструируется посредством размещения анодного разделителя 12a (или анодной биполярной пластины) и катодного разделителя 12b (или катодной биполярной пластины) на обеих поверхностях MEA 11 (сборки мембранных электродов).
[0019] MEA 11 содержит слои 112 электродных катализаторов с обеих сторон мембраны 111 электролита, изготовленной из ионообменной мембраны. GDL 113 (слой газовой диффузии) формируется на каждом из слоев 112 электродных катализаторов.
[0020] Слои 112 электродных катализаторов формируются, например, посредством частиц углеродной сажи, переносящих платину.
[0021] GDL 113 формируются посредством элемента с достаточной диффузионной способностью и удельной электропроводностью газа, такого как, например, углеродные волокна.
[0022] Анодный газ, поданный из анодного подающего порта 41a, протекает через GDL 113a и реагирует со слоем 112 анодного электродного катализатора (т.е. 112a) с последующим выпуском из анодного выпускного порта 41b.
[0023] Катодный газ, поданный из катодного подающего порта 42a, протекает через GDL 113b и реагирует со слоем 112 катодного электродного катализатора (т.е. 112b) с последующим выпуском из катодного выпускного порта 42b.
[0024] Анодный разделитель 12a пакетируется на одной стороне MEA 11 (т.е. на задней стороне на фиг. 1B) через GDL 113a и уплотнение 14a. Катодный разделитель 12b пакетируется на одной стороне MEA 11 (т.е. на передней стороне на фиг. 1B) через GDL 113b и уплотнение 14b. Уплотнения 14 (т.е. 14a и 14b) изготавливаются из упругого резинового материала, такого как, например, силиконовый каучук, EPDM (этилен-пропилен-диеновый мономер) и фторкаучук. Каждый из анодного разделителя 12a и катодного разделителя 12b формируется посредством формования прессованием подложки разделителя, изготовленной из металла, такого как, например, нержавеющий металл, и включающей в себя проток для газообразного реагента, сформированный на одной стороне, и проток для охлаждающей воды, сформированный на противоположной стороне таким образом, что они идут параллельно с протоком для химически активного газа. Как показано на фиг. 1B, анодный разделитель 12a и катодный разделитель 12b пакетируются друга на друга, чтобы сформировать проток для охлаждающей воды.
[0025] Каждое из MEA 11, анодного разделителя 12a и катодного разделителя 12b формируется с отверстиями 41a, 41b, 42a, 42b, 43a и 43b, и эти отверстия пакетируются друг на друга так, что они формируют анодный подающий порт 41a (или анодный подающий коллектор), анодный выпускной порт 41b (анодный выпускной коллектор), катодный подающий порт 42a (катодный подающий коллектор), катодный выпускной порт 42b (или катодный выпускной коллектор), подающий порт 43a для охлаждающей воды (или подающий коллектор для охлаждающей воды) и выпускной порт 43b для охлаждающей воды (или выпускной коллектор для охлаждающей воды).
[0026] Фиг. 2 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0027] Устройство 5 измерения внутреннего сопротивления включает в себя компонент 511 прерывания постоянного тока положительного электрода, компонент 512 прерывания постоянного тока отрицательного электрода, компонент 513 прерывания постоянного тока в средней точке, компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода, компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода, компонент 531 источника питания положительного электрода, компонент 532 источника питания отрицательного электрода, компонент 540 регулирования переменного тока и компонент 550 вычисления сопротивления.
[0028] Подробности компонента 511 прерывания постоянного тока положительного электрода, компонента 512 прерывания постоянного тока отрицательного электрода, компонента 513 прерывания постоянного тока в средней точке, компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода и компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода поясняются со ссылкой на фиг. 3.
[0029] Топливный элемент 1 является объектом измерения внутреннего сопротивления. Компонент 511 прерывания постоянного тока положительного электрода подключается к контактному выводу 211 положительного электрода топливного элемента 1. Кроме того, контактный вывод 211 положительного электрода подключен к положительному электроду нагрузочного устройства 3 через соединительную линию 4. Компонент 512 прерывания постоянного тока отрицательного электрода подключается к контактному выводу 212 отрицательного электрода топливного элемента 1. Кроме того, контактный вывод 212 отрицательного электрода подключен к отрицательному электроду нагрузочного устройства 3 через соединительную линию 4. Компонент 513 прерывания постоянного тока в средней точке подключается к среднему контактному выводу 213 топливного элемента 1. Следует отметить, что может не предоставляться компонент 513 прерывания постоянного тока в средней точке, как показано посредством пунктирной линии на фиг. 2. Эти компоненты прерывания постоянного тока прерывают постоянный ток, но обеспечивают возможность протекания переменного тока. Компоненты прерывания постоянного тока реализуются, например, посредством конденсаторов и преобразователей.
[0030] Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода выводит разность потенциалов переменного тока посредством приема потенциала Va переменного тока на контактном выводе 211 положительного электрода топливного элемента 1 и потенциала Vc переменного тока на среднем контактном выводе 213. Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода выводит разность потенциалов переменного тока посредством приема потенциала Vb переменного тока на отрицательном контактном выводе 212 топливного элемента 1 и потенциала Vc переменного тока на среднем контактном выводе 213. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода и компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода реализуются, например, посредством дифференциальных усилителей (или измерительных усилителей).
[0031] Подробности компонента 531 источника питания положительного электрода и компонента 532 источника питания отрицательного электрода поясняются со ссылкой на фиг. 4.
[0032] Компонент 531 источника питания положительного электрода может быть реализован, например, посредством схемы преобразования "напряжение/ток", состоящей из операционных усилителей (OP-усилителей), как показано на фиг. 4. Согласно этой схеме, выводится ток Io, который является пропорциональным входному напряжению Vi. Следует отметить, что Io получается посредством деления Vi на Rs, который является резистором для токового считывания. Иными словами, эта схема является источником регулируемого переменного тока, который допускает регулирование выходного тока Io посредством входного напряжения Vi.
[0033] С использованием этой схемы можно получать выходной ток Io посредством деления входного напряжения Vi на коэффициент Rs пропорциональности без фактического измерения выходного тока Io. Кроме того, даже если элемент, который формирует другой фазовый угол, к примеру, конденсатор, размещается в пути тока, переменный ток, протекающий через группы пакетированных элементов, приводится к фазе, идентичной фазе вывода источника тока, поскольку ток выводится. Кроме того, ток также приводится к фазе, идентичной фазе входного напряжения Vi. Соответственно, схема упрощается без необходимости учета разности фаз при вычислении сопротивления на следующей стадии. Помимо этого, даже если конденсатор, размещаемый в пути тока, имеет переменный импеданс, на него не влияет изменение фазы. Вследствие этих причин, схема, как показано на фиг. 4, предпочтительно используется в качестве компонента 531 источника питания положительного электрода. То же применимо к компоненту 532 источника питания отрицательного электрода.
[0034] Подробности компонента 540 регулирования переменного тока поясняются со ссылкой на фиг. 5.
[0035] Компонент 540 регулирования переменного тока может быть реализован, например, посредством схемы PI-управления, как показано на фиг. 5. Компонент 540 регулирования переменного тока включает в себя детекторную схему 5411 положительного электрода, модуль 5421 вычитания положительного электрода, интегрирующую схему 5431 положительного электрода, умножитель 5451 положительного электрода, детекторную схему 5412 отрицательного электрода, модуль 5422 вычитания отрицательного электрода, интегрирующую схему отрицательного электрода 5432, умножитель 5452 отрицательного электрода, опорное напряжение 544 и источник 546 сигнала переменного тока.
[0036] Детекторная схема 5411 положительного электрода удаляет лишний сигнал из потенциала Va переменного тока в межсоединении компонента 531 источника питания положительного электрода, подключенного к контактному выводу 211 положительного электрода пакетированной батареи 1, и преобразует его в сигнал постоянного тока.
[0037] Модуль 5421 вычитания положительного электрода определяет разность между сигналом постоянного тока и опорным напряжением 544. Интегрирующая схема 5431 положительного электрода частотно корректирует сигнал, выведенный из модуля 5421 вычитания положительного электрода, или регулирует чувствительность сигнала.
[0038] Умножитель 5451 положительного электрода модулирует амплитуду источника 546 сигнала переменного тока посредством выходного сигнала интегрирующей схемы 5431 положительного электрода.
[0039] Компонент 540 регулирования переменного тока тем самым генерирует сигнал команды управления, отправленный в компонент 531 источника питания положительного электрода. Компонент 540 регулирования переменного тока также генерирует сигнал команды управления, отправленный в компонент 532 источника питания отрицательного электрода таким же образом. В соответствии с такими сформированными сигналами команд управления, выходные сигналы компонента 531 источника питания положительного электрода и компонента 532 источника питания отрицательного электрода повышаются/снижаются с целью управлять потенциалами Va и Vb переменного тока до предварительно определенного уровня. Следовательно, каждый потенциал Va и Vb переменного тока становится эквипотенциальным.
[0040] Следует отметить, что схемная конфигурация, показанная в этом примере за счет использования аналоговой арифметической интегральной схемы в качестве примера, также может состоять из схемы цифрового управления после цифрового преобразования потенциала Va (или Vb) переменного тока посредством аналого-цифрового преобразователя.
[0041] Подробности компонента 550 вычисления сопротивления поясняются со ссылкой на фиг. 6.
[0042] Компонент 550 вычисления сопротивления включает в себя аналого-цифровой преобразователь 551 и однокристальный микрокомпьютер 552.
[0043] Аналого-цифровой преобразователь 551 преобразует переменные токи (I1, I2) и переменные напряжения (V1, V2), каждое из которых является аналоговым сигналом в цифровые сигналы числовых значений, которые должны передаваться в однокристальный микрокомпьютер 552.
[0044] Однокристальный микрокомпьютер 552 предварительно сохраняет программы, чтобы вычислять внутреннее сопротивление Rn и полное внутреннее сопротивление R пакетированной батареи. Однокристальный микрокомпьютер 552 выполняет последовательные операции в предварительно определенные микровременные интервалы или выводит результаты выполнения операций в ответ на запрос контроллера 6. Следует отметить, что внутреннее сопротивление Rn и полное внутреннее сопротивление R пакетированной батареи вычисляются посредством следующих формул.
[0045] Формула 1
Арифметическое выражение для сопротивления
<mrow><mi>R</mi><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>n</mi></mrow><mrow><mi>I</mi><mi>n</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext> </mtext><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mo>⋅</mo><mo>⋅</mo><mo>⋅</mo><mo>,</mo><mi>n</mi><mtext> </mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Значение полного сопротивления
<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><mi>R</mi><mi>n</mi></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
[0046] Компонент 550 вычисления сопротивления также может быть реализован посредством аналоговой арифметической схемы с использованием аналоговой арифметической интегральной схемы. Согласно аналоговой арифметической схеме, могут выводиться непрерывные изменения значения сопротивления с точки зрения времени.
[0047] Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа управления, которая должна быть выполнена посредством контроллера в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0048] На этапе S1 контроллер определяет, превышает или нет потенциал Va переменного тока положительного электрода предварительно определенное значение. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S2, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S3, когда результат определения является положительным.
[0049] На этапе S2 контроллер определяет, меньше или нет потенциал Va переменного тока положительного электрода предварительно определенного значения. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S4, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S5, когда результат определения является положительным.
[0050] На этапе S3 контроллер инструктирует компонент 531 источника питания положительного электрода уменьшать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Va переменного тока положительного электрода снижается.
[0051] На этапе S4 контроллер инструктирует компонент 531 источника питания положительного электрода поддерживать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Va переменного тока положительного электрода поддерживается.
[0052] На этапе S5 контроллер инструктирует компонент 531 источника питания положительного электрода увеличивать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Va переменного тока положительного электрода повышается.
[0053] На этапе S6 контроллер определяет, превышает или нет потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода предварительно определенное значение. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S7, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S8, когда результат определения является положительным.
[0054] На этапе S7 контроллер определяет, меньше или нет потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода предварительно определенного значения. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S9, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S10, когда результат определения является положительным.
[0055] На этапе S8 контроллер инструктирует компонент 532 источника питания отрицательного электрода уменьшать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода снижается.
[0056] На этапе S9 контроллер дает возможность компоненту 532 источника питания отрицательного электрода поддерживать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода поддерживается.
[0057] На этапе S10 контроллер инструктирует компонент 532 источника питания отрицательного электрода увеличивать выходной сигнал. Следовательно, потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода повышается.
[0058] На этапе S11 контроллер определяет, равны или нет потенциал Va переменного тока положительного электрода и потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода предварительно определенному значению. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S12, когда результат определения является положительным, или выходит из процесса, когда результат определения является отрицательным.
[0059] На этапе S12 контроллер вычисляет значения сопротивления на основе вышеупомянутых формул (1-1) и (1-2).
[0060] Фиг. 8 является временной диаграммой, полученной, когда контроллер выполняет управление в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно настоящему изобретению.
[0061] Следует отметить, что она показывается вместе с номером этапа для простого понимания согласно блок-схеме последовательности операций способа.
[0062] На начальной стадии на фиг. 8, значение R1 внутреннего сопротивления на стороне положительного электрода является высоким, а значение R2 внутреннего сопротивления на стороне отрицательного электрода является низким (см. фиг. 8A). Контроллер начинает управление при таком условии.
0
[0063] Во время t ни потенциал Va переменного тока положительного электрода, ни потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода не достигают уровня управления (см. фиг. 8C). При этом условии контроллер повторяет обработку этапов S1->S2->S5->S6->S7->S10->S11. Следовательно, переменный ток I1 положительного электрода и переменный ток I2 отрицательного электрода увеличиваются (см. фиг. 8B).
1
[0064] Когда потенциал Va переменного тока положительного электрода достигает уровня управления во время t (см. фиг. 8C), контроллер повторяет обработку этапов S1->S2->S4->S6->S7->S10->S11. Следовательно, переменный ток I1 положительного электрода поддерживается, а переменный ток I2 отрицательного электрода увеличивается (см. фиг. 8B).
2
[0065] Когда потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода также достигает уровня управления, идентичного потенциалу Va переменного тока положительного электрода во время t (см. фиг. 8C), контроллер выполняет обработку на этапах S1->S2->S4->S6->S7->S9->S11->S12. Следовательно, переменный ток I1 положительного электрода и переменный ток I2 отрицательного электрода поддерживаются. Затем, на основе формулы (1-1), вычисляется значение R1 внутреннего сопротивления положительного электрода и значение R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода. Затем, значение R1 внутреннего сопротивления положительного электрода и значение R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода комбинируются таким образом, чтобы получать полное внутреннее сопротивление R.
3
[0066] Во время t и после этого, значение R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода повышается вследствие изменения влажного состояния топливного элемента или других факторов (см. фиг. 8A). В этом случае, контроллер повторяет обработку этапов S1->S2->S4->S6->S8->S11->S12. Вследствие такого процесса переменный ток I2 отрицательного электрода снижается в соответствии с повышением значения R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода, посредством чего потенциал переменного тока отрицательного электрода поддерживается на уровне, идентичном уровню потенциала переменного тока положительного электрода. Соответственно, внутреннее сопротивление может быть вычислено даже в этом состоянии.
4
[0067] Во время t и после этого, значение внутреннего сопротивления отрицательного электрода совпадает со значением внутреннего сопротивления положительного электрода (см. фиг. 8A). В этом случае, контроллер повторяет этапы S1->S2->S4->S6->S7->S9->S11->S12. Вследствие такой обработки потенциал переменного тока положительного электрода поддерживается на уровне, идентичном уровню потенциала переменного тока отрицательного электрода (см. фиг. 8C), и вычисляется внутреннее сопротивление.
[0068] Фиг. 9 является схемой для пояснения результата действия первого варианта осуществления.
[0069] Во время вывода пакетированной батареи (т.е. топливного элемента), существует разность потенциалов между положительным электродом и отрицательным электродом (т.е. разность Vdc потенциалов постоянного тока). Затем, в настоящем варианте осуществления, переменные токи выводятся из компонента 531 источника питания положительного электрода и компонента 532 источника питания отрицательного электрода в ответ на команду компонента 540 регулирования переменного тока.
Переменный ток, выведенный из компонента 531 источника питания положительного электрода, выводится в положительный электрод пакетированной батареи (т.е. топливного элемента) через компонент 511 прерывания постоянного тока положительного электрода и протекает в компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода через средний контактный вывод 213 и компонент 513 прерывания постоянного тока в средней точке. В это время, возникает разность V1 потенциалов переменного тока (V1=Va-Vc) согласно внутреннему сопротивлению и поданному току. Разность V1 потенциалов переменного тока определяется посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода.
[0070] Переменный ток, выведенный из компонента 532 источника питания отрицательного электрода, выводится в отрицательный электрод пакетированной батареи (т.е. топливного элемента) через компонент 512 прерывания постоянного тока отрицательного электрода и протекает в компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода через средний контактный вывод 213 и компонент 513 прерывания постоянного тока в средней точке. В это время, возникает разность V2 потенциалов переменного тока (V2=Vb-Vc) согласно внутреннему сопротивлению и поданному току. Разность V2 потенциалов переменного тока определяется посредством компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода.
[0071] Компонент 540 регулирования переменного тока регулирует компонент 531 источника питания положительного электрода и компонент 532 источника питания отрицательного электрода таким образом, чтобы постоянно формировать небольшую разность между разностью V1 потенциалов переменного тока положительного электрода и разностью V2 потенциалов переменного тока отрицательного электрода (V1-V2, равную Va-Vb) в пакетированной батарее (т.е. в топливном элементе).
[0072] Следует отметить, что компоненты переменного тока накладываются на потенциал постоянного тока положительного электрода и отрицательного электрода во время вывода пакетированной батареи (т.е. топливного элемента), как показано на фиг. 9, при этом компоненты переменного тока регулируются так, что они остаются идентичными, посредством компонента 540 регулирования переменного тока, и, следовательно, разность Vdc потенциалов постоянного тока является постоянной без флуктуаций.
[0073] Затем, закон Ома применяется в компоненте 550 вычисления сопротивления к выводу V1 компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода, выводу V2 компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода, переменному току I1 компонента 531 источника питания положительного электрода и переменному току I2 компонента 532 источника питания отрицательного электрода, чтобы вычислять внутреннее сопротивление R1 на стороне положительного электрода и внутреннее сопротивление R2 на стороне отрицательного электрода в топливном элементе 1.
[0074] Таким образом, контактный вывод 211 положительного электрода и контактный вывод 212 отрицательного электрода совместно используют идентичный потенциал переменного тока согласно настоящему варианту осуществления. Следовательно, даже если нагрузочное устройство (к примеру, тяговый двигатель) подключается к контактному выводу 211 положительного электрода и контактному выводу 212 отрицательного электрода, может подавляться утечка переменного тока в нагрузочное устройство.
[0075] Как результат, значение переменных токов, протекающих через объект измерения внутреннего сопротивления (т.е. топливный элемент), совпадает со значением переменных токов, выведенных из компонентов источника питания, и, следовательно, могут точно определяться переменные токи, протекающие в объект измерения. Поскольку значение R1 внутреннего сопротивления положительного электрода и значение R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода в пакетированной батарее получаются на основе переменных токов, значение R1 внутреннего сопротивления положительного электрода и значение R2 внутреннего сопротивления отрицательного электрода в работающей пакетированной батарее могут измеряться точно без влияния на них состояния нагрузочного устройства, за счет этого дополнительно обеспечивая точное измерение значения R полного внутреннего сопротивления пакетированной батареи.
[0076] Помимо этого, вследствие компонентов источника питания, используемых в настоящем варианте осуществления, внутреннее сопротивление может измеряться, даже когда пакетированная батарея (т.е. топливный элемент) не функционирует.
[0077] Второй вариант осуществления
Фиг. 10A и фиг. 10B являются схемами для пояснения механизма результата действия устройства измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
[0078] Хотя каждый из компонентов 521 и 522 определения разности потенциалов переменного тока и каждый из компонентов 531 и 532 источника питания подключаются к топливному элементу 1 посредством использования одного маршрута в первом варианте осуществления, они подключаются к топливному элементу 1 посредством различных маршрутов в настоящем варианте осуществления. Это соединение должно повышать точность определения внутреннего сопротивления. Причина поясняется ниже.
[0079] Когда компонент определения разности потенциалов переменного тока и компонент источника питания подключаются посредством одного маршрута, как показано на фиг. 10A, потенциал Vx топливного элемента 1 выражается посредством следующей формулы.
[0080] Формула 2
<mrow><mi>V</mi><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>R</mi><mi>x</mi><mtext> </mtext><mo>×</mo><mtext> </mtext><mi>I</mi><mi>x</mi></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
[0081] Между тем напряжение Vi, определенное посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока, выражается посредством следующей формулы.
[0082] Формула 3
<mrow><mi>V</mi><mi>i</mi><mo>=</mo><mi>V</mi><mi>x</mi><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>R</mi><mi>c</mi><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><mi>R</mi><mi>w</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mo>×</mo><mtext> </mtext><mi>I</mi><mi>x</mi></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
[0083] Таким образом, напряжение Vi, определенное посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока, получается посредством суммирования сопротивления Rw межсоединений, контактного сопротивления Rc в точке соединения и напряжения рассогласования, соответствующего переменному току, с потенциалом Vx, определение которого первоначально требуется. Соответственно, погрешность err измерения выражается посредством следующей формулы.
[0084] Формула 4
<mrow><mi>e</mi><mi>r</mi><mi>r</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>V</mi><mi>x</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>R</mi><mi>x</mi><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><mi>R</mi><mi>c</mi><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><mi>R</mi><mi>w</mi></mrow><mrow><mi>R</mi><mi>x</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
[0085] Поскольку сопротивление Rx объекта измерения, в общем, является большим в небольших батареях и т.п., контактное сопротивление Rc и сопротивление Rw межсоединений могут игнорироваться и не приводить к проблемам при практическом применении, тогда как крупные батареи, в общем, ассоциированы со взаимосвязью таким образом, что сопротивление Rw межсоединений превышает сопротивление Rx объекта измерения. В этом случае, каждая из групп пакетированных элементов должна подключаться посредством способа на основе четырех контактных выводов.
[0086] Следовательно, настоящий вариант осуществления заключает в себе подключение каждого из компонентов определения разности потенциалов переменного тока и каждого из источников питания посредством отдельного маршрута, как показано на фиг. 10B. В этой конфигурации, контактное сопротивление Rc и сопротивление Rw межсоединений на линии 501a определения переменного напряжения выполнены с возможностью делить напряжение Vx, определение которого требуется, на входное сопротивление Ri компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока. В общем, входное сопротивление Ri компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока является чрезвычайно большим по сравнению с сопротивлением Rw межсоединений и контактным сопротивлением Rc (Ri>>(Rw+Rc)). Соответственно, в этой конфигурации, погрешность err измерения может выражаться посредством следующей формулы и должна быть пренебрежимо малой, при этом Vi может рассматриваться в качестве Vx.
[0087] Формула 5
<mrow><mi>e</mi><mi>r</mi><mi>r</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>V</mi><mi>x</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>R</mi><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>R</mi><mi>c</mi><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><mi>R</mi><mi>w</mi><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><mi>R</mi><mi>i</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
<mrow><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mo>⋅</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
[0088] Фиг. 11 показывает конкретную конструкцию второго варианта осуществления.
[0089] Разделители (или биполярные пластины) 12 элементов 10 генерирования энергии, которые составляют топливный элемент 1, частично удлиняются с тем, чтобы предоставлять соединительные участки.
[0090] Фиг. 12 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
[0091] Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода подключается к разделителю (или биполярной пластине) на стороне положительного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 511a. Компонент 531 источника питания положительного электрода подключается, через конденсатор 511, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 521 определения разности потенциалов переменного тока на положительной стороне, посредством маршрута 501, отличающегося от маршрута 501a, используемого посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода.
[0092] Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода подключается к разделителю (или биполярной пластине) на стороне отрицательного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 512a. Компонент 532 источника питания отрицательного электрода подключается, через конденсатор 512, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода, посредством маршрута 502, отличающегося от маршрута 502a, используемого посредством компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода.
[0093] Линия 503 заземления подключается к разделителю (или биполярной пластине) в средней точке топливного элемента 1 через конденсатор 513. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода и компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода подключаются, через конденсатор 513a, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к линии 503 заземления, посредством маршрута 503a, отличающегося от линии 503 заземления.
[0094] Настоящий вариант осуществления также сфокусирован на пропорциональной взаимосвязи между сигналом команды управления компонента 540 регулирования переменного тока и выходными сигналами компонента 531 источника питания положительного электрода и компонента 532 источника питания отрицательного электрода, при этом значения (I1, I2) переменного тока получаются на основе сигнала команды управления.
[0095] Согласно настоящему варианту осуществления, можно существенно уменьшать эффекты флуктуаций сопротивления, вызываемых посредством размера сопротивления межсоединений и контактного сопротивления, температуры и поверхностного окисления контактных выводов или других факторов. Как результат, может быть реализована высокая универсальность в конструировании сигнальных межсоединений относительно пакетированной батареи при обеспечении точного определения внутреннего сопротивления в каждом элементе группы пакетированных элементов при небольших затратах.
[0096] Схема также может быть упрощена, поскольку не требуется фактическое измерение значений (I1, I2) переменного тока.
[0097] Третий вариант осуществления
Фиг. 13 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
[0098] В настоящем варианте осуществления, компонент 570 источника питания переменного тока подключается к разделителю (или биполярной пластине), размещаемому в средней точке топливного элемента 1, через конденсатор 513. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода также подключается, через конденсатор 513a, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 570 источника питания переменного тока, посредством маршрута 503a, отличающегося от маршрута 503, используемого посредством компонента 570 источника питания переменного тока.
[0099] Компонент 531a определения переменного тока положительного электрода подключается, через переменный резистор Ra, переменный конденсатор Ca и конденсатор 511, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода, посредством маршрута 501, отличающегося от маршрута 501a, используемого посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода.
[0100] Компонент 532a определения переменного тока отрицательного электрода подключается, через постоянный резистор Rf и конденсатор 512, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к конденсатору 512a, посредством маршрута 502, который отличается от маршрута 502a, используемого посредством конденсатора 512a. Следует отметить, что схема преобразования "ток/напряжение", состоящая из операционного усилителя и датчика переменного тока системы CT (трансформатора тока) или других устройств, может использоваться для компонентов 531a и 532a определения переменного тока.
[0101] Компонент 540a регулирования переменного тока имеет один конец, подключенный между конденсатором 511a и компонентом 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода. Другой конец компонента 540a регулирования переменного тока также подключается к конденсатору 512a. Следовательно, компонент 540a регулирования переменного тока может принимать потенциал Va переменного тока положительного электрода и потенциал Vb переменного тока отрицательного электрода топливного элемента 1. Затем, компонент 540a регулирования переменного тока регулирует переменный резистор Ra и переменный конденсатор Ca.
[0102] Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа управления, которая должна быть выполнена посредством контроллера в устройстве измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
[0103] Контроллер на этапе S101 определяет, завершено или нет задание начальных значений. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S102, когда результат определения является отрицательным (т.е. задание начальных значений не завершено), или дает возможность процессу переходить к этапу S104, когда результат определения является положительным (т.е. задание начальных значений завершено).
[0104] На этапе S102 контроллер задает величину N регулирования для переменного резистора Ra и величину M регулирования для переменного конденсатора Ca. Здесь, единица задается для каждого из них в качестве примера.
[0105] На этапе S103 контроллер вычисляет сравнительную разность Vp потенциалов посредством вычитания отрицательного потенциала Vb переменного тока из положительного потенциала Va переменного тока.
[0106] На этапе S104 контроллер определяет, должен или нет регулироваться переменный резистор Ra. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S105, когда результат определения является положительным, или дает возможность процессу переходить к этапу S111, когда результат определения является отрицательным.
[0107] На этапе S105 контроллер суммирует величину N регулирования со значением Ra сопротивления переменного резистора, чтобы обновлять значение Ra переменного сопротивления.
[0108] На этапе S106 контроллер вычисляет разность Vn потенциалов посредством вычитания отрицательного потенциала Vb переменного тока из положительного потенциала Va переменного тока.
[0109] На этапе S107 контроллер определяет, становится или нет разность Vn потенциалов меньше сравнительной разности Vp потенциалов. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S108, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S109, когда результат определения является положительным.
[0110] На этапе S108 контроллер инвертирует полярность величины N регулирования и затем выходит из процесса.
[0111] На этапе S109 контроллер определяет, задана или нет разность Vn потенциалов равной минимуму. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S110, когда результат определения является положительным, или выходит из обработки, когда результат определения является отрицательным.
[0112] На этапе S110 контроллер обновляет сравнительную разность Vp потенциалов посредством разности Vn потенциалов, полученной в этот момент.
[0113] На этапе S111 контроллер суммирует величину M регулирования с емкостью Ca переменного конденсатора, чтобы обновлять емкость Ca переменного конденсатора.
[0114] На этапе S112 контроллер вычисляет разность Vn потенциалов посредством вычитания отрицательного потенциала Vb переменного тока из положительного потенциала Va переменного тока.
[0115] На этапе S113 контроллер определяет, становится или нет разность Vn потенциалов меньше сравнительной разности Vp потенциалов. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S114, когда результат определения является отрицательным, или дает возможность процессу переходить к этапу S115, когда результат определения является положительным.
[0116] На этапе S114 контроллер инвертирует полярность величины M регулирования и затем выходит из процесса.
[0117] На этапе S115 контроллер определяет, задана или нет разность Vn потенциалов равной минимуму. Контроллер дает возможность процессу переходить к этапу S116, когда результат определения является положительным, или выходит из обработки, когда результат определения является отрицательным.
[0118] На этапе S116 контроллер обновляет сравнительную разность Vp потенциалов посредством разности Vn потенциалов, полученной в этот момент.
[0119] На этапе S117 контроллер вычисляет значения сопротивления на основе вышеупомянутых формул (1-1) и (1-2).
[0120] Выполнение вышеупомянутой блок-схемы последовательности операций способа осуществляется согласно нижеприведенной последовательности операций.
[0121] Во-первых, задается начальное значение (S101->S102->S103).
[0122] В следующем цикле сначала регулируется переменный резистор Ra. Значение Ra переменного сопротивления регулируется (S104), чтобы вычислять разность Vn потенциалов (S105), с последующим инвертированием полярности величины N регулирования, если разность потенциалов не становится меньше (S108), и определением того, равна или нет разность потенциалов, которая становится меньше, минимальному значению (S109). Идентичный процесс (S101->S104->S105->S106->S107->S108 или S109) повторяется до тех пор, пока разность потенциалов не станет равна минимальному значению, посредством чего значение Ra переменного сопротивления регулируется до минимального значения. Затем, когда значение Ra переменного сопротивления регулируется до минимального значения, сравнительная разность Vp потенциалов обновляется посредством разности Vn потенциалов, полученной в этот момент (S110).
[0123] В следующем цикле регулируется емкость Ca переменного конденсатора. Емкость Ca переменного конденсатора регулируется (S111), чтобы вычислять разность Vn потенциалов (S112), с последующим инвертированием полярности величины M регулирования, если разность потенциалов не становится меньше (S114), и определением того, равна или нет разность потенциалов, которая становится меньше, минимальному значению (S115). Идентичный процесс (S101->S104->S111->S112->S113->S114 или S115) повторяется до тех пор, пока разность потенциалов не станет равна минимальному значению, посредством чего емкость Ca переменного конденсатора регулируется до минимального значения. Затем, когда емкость Ca переменного конденсатора регулируется до минимального значения, сравнительная разность Vp потенциалов обновляется посредством разности Vn потенциалов, полученной в этот момент (S116).
[0124] Затем, значения сопротивления вычисляются на основе вышеуказанных формул (1-1) и (1-2) (S117).
[0125] Конфигурация, как показано в настоящем варианте осуществления, обязательно предоставляет идентичную амплитуду переменного напряжения между обоими концами каждой из групп пакетированных элементов. Следовательно, можно получать преимущества, идентичные преимуществам первого варианта осуществления и второго варианта осуществления. Иными словами, значение переменного тока, протекающего через объект измерения внутреннего сопротивления (т.е. топливный элемент), совпадает со значением переменных токов, выведенных из источников питания, и, следовательно, могут точно определяться переменные токи, протекающие через объект измерения. Затем, внутреннее сопротивление в пакетированной батарее получается на основе переменных токов, посредством чего точное измерение внутреннего сопротивления работающей пакетированной батареи может быть реализовано без влияния на него состояния нагрузочного устройства.
[0126] Кроме того, поскольку оба конца каждой из групп пакетированных элементов обязательно имеют идентичную амплитуду переменного напряжения согласно настоящему варианту осуществления, компонент определения разности потенциалов переменного тока может размещаться либо на стороне положительного электрода, либо на стороне отрицательного электрода. Следует отметить, что настоящий вариант осуществления содержит компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока на стороне положительного электрода. Соответственно, схема может быть упрощена.
[0127] Четвертый вариант осуществления
Фиг. 15 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0128] В настоящем варианте осуществления, аналогично третьему варианту осуществления, компонент 570 источника питания переменного тока подключается к разделителю (или биполярной пластине), размещаемому в средней точке топливного элемента 1, через конденсатор 513. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока на положительной стороне и компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода подключаются, через конденсатор 513a, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 570 источника питания переменного тока, посредством маршрута 503a, отличающегося от маршрута 503, используемого посредством компонента 570 источника питания переменного тока.
[0129] Инвертирующий усилитель 540b положительного электрода подключается, через конденсатор 511, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода, посредством маршрута 501, отличающегося от маршрута 501a, используемого посредством компонента 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода.
[0130] Инвертирующий усилитель 540c отрицательного электрода подключается, через конденсатор 512, к разделителю (или биполярной пластине), идентичному разделителю (или биполярной пластине), подключенному к компоненту 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода, посредством маршрута 502, отличающегося от маршрута 502a, используемого посредством компонента 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода. Следует отметить, что такие схемы, как схема инвертирующего усилителя, состоящая из операционного усилителя, схемы с компенсационной обратной связью и активной схемы подавления шумов, являются применимыми к инвертирующим усилителям 540b и 540c.
[0131] Вследствие такой конфигурации полярность переменных напряжений, определенных на выходных концах пакетированной батареи, инвертируется и возвращается на выходные контактные выводы пакетированной батареи, посредством чего амплитуда переменных напряжений на выходных концах пакетированной батареи принудительно исключается (или обнуляется). Следовательно, амплитуда обоих переменных напряжений на обоих концах пакетированной батареи обнуляется и становится эквипотенциальной.
[0132] Переменные токи, протекающие через каждую из групп пакетированных элементов, определяются посредством компонентов 531a и 532a определения переменного тока, и переменные напряжения на обоих концах группы пакетированных элементов определяются посредством компонентов 521 и 522 определения разности потенциалов переменного тока, подключенных к линиям определения переменного напряжения.
[0133] Соответственно, настоящий вариант осуществления позволяет упрощать схему, поскольку функция сравнения напряжения, реализованная посредством компонента 540 регулирования переменного тока, является необязательной.
[0134] Пятый вариант осуществления
Фиг. 16 показывает устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0135] Каждый из вышеописанных вариантов осуществления заключает в себе подключение одной средней точки. Напротив, настоящий вариант осуществления последовательно переключает среднюю точку. Иными словами, переключатель 580 соединения используется для того, чтобы последовательно переключать среднюю точку.
[0136] Вследствие такой конфигурации сопротивление текущего подключенного элемента может быть вычислено посредством сравнения между текущим измеренным значением и ранее измеренным значением. Соответственно, внутреннее сопротивление может измеряться для каждого элемента. Следовательно, можно отслеживать распределение внутреннего сопротивления в направлении пакетирования и локальное ухудшение характеристик элементов и т.п.
[0137] Шестой вариант осуществления
Фиг. 17 показывает устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0138] В каждом из вышеописанных вариантов осуществления каждый из компонентов определения разности потенциалов переменного тока и каждый из компонентов источника питания (или компонентов определения переменного тока) подключаются к общему разделителю (или биполярной пластине). Напротив, настоящий вариант осуществления заключает в себе подключение каждого из компонентов к биполярной пластине, отделенной, по меньшей мере, посредством другой биполярной пластины. Конкретная принципиальная схема является такой, как показано на фиг. 18.
[0139] Компонент 531 источника питания положительного электрода подключается к биполярной пластине 501 на стороне положительного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 511. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода подключается к биполярной пластине 501a, отличающейся от биполярной пластины 501, через конденсатор 511a. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода также подключается, через конденсатор 5131a, к биполярной пластине 5031a, отличающейся от биполярной пластины 503, которая подключается к линии заземления.
[0140] Компонент 532 источника питания отрицательного электрода подключается к биполярной пластине 502 на стороне отрицательного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 512. Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода подключается к биполярной пластине 502a, отличающейся от биполярной пластины 502, через конденсатор 512a. Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода также подключается, через конденсатор 5132a, к биполярной пластине 5032a, отличающейся от биполярной пластины 503, подключенной к линии заземления.
[0141] Результат действия, идентичный результату действия второго варианта осуществления, также может быть получен посредством настоящего варианта осуществления. Может быть реализована миниатюризация, поскольку может сужаться пространство, занимаемое соединительными контактными выводами. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления невозможно определять сопротивление элемента между биполярной пластиной 501 и биполярной пластиной 501a, сопротивление элемента между биполярной пластиной 502 и биполярной пластиной 502a, сопротивление элемента между биполярной пластиной 503 и биполярной пластиной 5031a и сопротивление элемента между биполярной пластиной 503 и биполярной пластиной 5032a, поскольку они находятся вне диапазона определения переменного напряжения. Тем не менее, это не является проблематичным в таких случаях, когда число пакетированных элементов является большим, как показано в крупных пакетированных батареях, и/или варьирования сопротивления согласуются между элементами, поскольку среднее сопротивление элемента в расчете на один элемент может получаться посредством использования числа элементов в диапазоне определения и изменяться.
[0142] Седьмой вариант осуществления
Фиг. 19 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0143] Настоящий вариант осуществления является идентичным третьему варианту осуществления (показан на фиг. 13) с точки зрения принципиальной схемы. Тем не менее, в отличие от третьего варианта осуществления, в котором компонент определения разности потенциалов переменного тока и компонент источника питания (или компонент определения переменного тока) подключаются к общему разделителю (или биполярной пластине), настоящий вариант осуществления заключает в себе их подключение к различным биполярным пластинам, отделенным, по меньшей мере, посредством другой биполярной пластины. Следует отметить, что компонент определения разности потенциалов переменного тока размещается только на стороне положительного электрода в настоящем варианте осуществления, и компонент определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода подключается к биполярной пластине 5031a, как показано на фиг. 17. Необязательно подготавливать компонент определения разности потенциалов переменного тока, подключенный к биполярной пластине 5032a, показанной на фиг. 17.
[0144] Вследствие такой конфигурации, аналогично третьему варианту осуществления, амплитуда переменного напряжения обязательно остается идентичной на обоих концах каждой из групп пакетированных элементов. Следовательно, значение переменных токов, протекающих через объект измерения внутреннего сопротивления (или топливный элемент), совпадает со значением переменных токов, выведенных из источников питания, и, следовательно, могут точно определяться переменные токи, протекающие через объект измерения. Затем, внутреннее сопротивление пакетированной батареи получают на основе переменных токов, за счет этого реализуя точное измерение внутреннего сопротивления работающей пакетированной батареи без влияния посредством состояния нагрузочного устройства. Также можно достигать миниатюризации, поскольку может сужаться пространство, занимаемое соединительными контактными выводами.
[0145] Восьмой вариант осуществления
Фиг. 20 является принципиальной схемой, показывающей устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
[0146] Настоящий вариант осуществления является по существу идентичным четвертому варианту осуществления (показан на фиг. 15). Тем не менее, в отличие от четвертого варианта осуществления (показан на фиг. 15), в котором каждый из компонентов определения разности потенциалов переменного тока и каждый из компонентов источника питания (или компонентов определения переменного тока) подключаются к общему разделителю (или биполярной пластине), настоящий вариант осуществления заключает в себе их подключение к различным биполярным пластинам, отделенным, по меньшей мере, посредством другой биполярной пластины. Конкретная принципиальная схема является такой, как показано на фиг. 20.
[0147] Инвертирующий усилитель 540b положительного электрода подключается к биполярной пластине 501 на стороне положительного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 511. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода подключается к биполярной пластине 501a, которая отличается от биполярной пластины 501, через конденсатор 511a. Компонент 521 определения разности потенциалов переменного тока положительного электрода также подключается, через конденсатор 5131a, к биполярной пластине 5031a, которая отличается от биполярной пластины 503, подключенной к линии заземления.
[0148] Инвертирующий усилитель 540c отрицательного электрода подключается к биполярной пластине 502 на стороне отрицательного электрода топливного элемента 1 через конденсатор 512. Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода подключается к биполярной пластине 502a, которая отличается от биполярной пластины 502, через конденсатор 512a. Компонент 522 определения разности потенциалов переменного тока отрицательного электрода также подключается, через конденсатор 5132a, к биполярной пластине 5032a, которая отличается от биполярной пластины 503, подключенной к линии заземления.
[0149] Вследствие такой конфигурации, аналогично четвертому варианту осуществления, полярность переменных токов, определенных на выходных концах пакетированной батареи, инвертируется и возвращается на выходные контактные выводы пакетированной батареи, посредством чего амплитуда переменных напряжений на выходных концах пакетированной батареи принудительно исключается (или обнуляется). Следовательно, амплитуда обоих переменных напряжений на обоих концах пакетированной батареи обнуляется и становится эквипотенциальной. Помимо этого, переменные токи, протекающие через каждую из групп пакетированных элементов, определяются посредством компонентов 531a и 532a определения переменного тока, и переменные напряжения на обоих концах группы пакетированных элементов определяются посредством компонента 521 и 522 определения разности потенциалов переменного тока, подключенного к линиям определения переменного напряжения. Как результат, настоящий вариант осуществления позволяет упрощать схему, поскольку функция сравнения напряжения, реализованная посредством компонента 540 регулирования переменного тока, не требуется. Также может достигаться миниатюризация, поскольку может сужаться пространство, занимаемое соединительными контактными выводами.
[0150] Хотя варианты осуществления настоящего изобретения являются такими, как пояснено выше, вышеописанные варианты осуществления демонстрируют просто часть примеров вариантов применения настоящего изобретения и не имеют намерение ограничивать объем настоящего изобретения конкретными конфигурациями вышеописанных вариантов осуществления.
[0151] Например, как показано на фиг. 21A, объект измерения внутреннего сопротивления дополнительно может содержать резистор 2, подключенный последовательно к пакетированной батарее 1. В таком случае, конец резистора 2, показанного на фиг. 21A рассматривается в качестве положительного электрода в вышеописанных вариантах осуществления, положительный электрод пакетированной батареи 1, показанной на фиг. 21A, рассматривается в качестве средней точки в вышеописанных вариантах осуществления, а отрицательный электрод пакетированной батареи 1, показанной на фиг. 21A, рассматривается в качестве отрицательного электрода в вышеописанных вариантах осуществления. За счет такого распознавания каждого из электродов, значение полного внутреннего сопротивления пакетированной батареи, как показано на фиг. 21A, может быть получено в качестве R2. Даже в этой конфигурации можно добиваться точного измерения значения полного внутреннего сопротивления в пакетированной батарее.
[0152] Кроме того, объект измерения внутреннего сопротивления также может быть сконфигурирован таким образом, что пакетированная батарея 1-2 дополнительно подключена последовательно к пакетированной батарее 1-1. В таком случае, положительный электрод пакетированной батареи 1-1 рассматривается в качестве положительного электрода в вышеописанных вариантах осуществления, средняя точка между пакетированной батареей 1-1 и пакетированной батареей 1-2 рассматривается в качестве средней точки в вышеописанных вариантах осуществления, а отрицательный электрод пакетированной батареи 1-2 рассматривается в качестве отрицательного электрода в вышеописанных вариантах осуществления. За счет такого распознавания каждого из электродов, значение внутреннего сопротивления пакетированной батареи 1-1 получается в качестве R1, и значение внутреннего сопротивления пакетированной батареи 1-2 получается в качестве R2. Даже в этой конфигурации можно добиваться точного измерения значений внутреннего сопротивления в пакетированной батарее 1-1 и пакетированной батарее 1-2.
[0153] Кроме того, топливный элемент, используемый в качестве примера пакетированной батареи в вышеописанном варианте осуществления, также может быть заменен другими батареями, к примеру, ионно-литиевой батареей. Иными словами, настоящее изобретение является применимым к любым батареям при условии, что множество элементов генерирования энергии пакетируется. Измерение внутреннего сопротивления, реализованное в таких батареях, обеспечивает эффективную работу, что является желательным.
[0154] Помимо этого, даже в конфигурации, как показано на фиг. 17, средняя точка может переключаться последовательно, как показано в пятом варианте осуществления. Даже в этой конфигурации, может быть получен результат, идентичный результату действия пятого варианта осуществления.
[0155] Вышеописанные варианты осуществления также могут быть комбинированы друг с другом надлежащим образом.
[0156] Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент Японии № 2010-275638, поданной в Патентное Ведомство Японии 10 декабря 2010 года. Содержимое этой заявки полностью содержится в данном документе по ссылке.