JP4392333B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池と発電状態検出装置で構成され、発電状態検出装置は燃料電池のセルに接続されて、セルの発電状態を検出可能な燃料電池システムに関する。

燃料電池は、燃料ガスと酸素とを電気化学的に反応させて起電力を得る装置であり、各個別セルの起電力はせいぜい１Ｖ程度に過ぎないため、一般的に数十から数百セルを積層した燃料電池スタックで使用される。

燃料電池スタックを構成する各セルが正常な状態にあるかどうかを知る手段として各セル電圧の測定が行われる。燃料電池の運転中に、一つのセルに異常が生じたした場合、そのセルの電圧が顕著に低下するため、個別セルの電圧を測定していれば異常が発生したことがわかり、直ちに発電量を制限し電池の運転を停止させることによって異常の拡大を防止することができる。

燃料電池スタックの各セルから電圧を検出するため、例えば図６に示すように各セル１０２を分離するセパレータに突起状の電圧測定用端子１０１を設けるようにして、セパレータに挟まれた個別セル１０２の電圧を測定する例が報告されている（特許文献１参照）。このようにすると、セパレータの端面に穴を開ける必要がないため、燃料電池が小型になってセル１０２やセパレータの厚さが薄くなっても電圧測定用の端子を取り付け、これにリード線のソケットを接続でき、個別セルの電圧の測定を容易にすることができる。
しかしながら、実際の測定では、リード線で引き出した端子電圧を電圧測定器に接続するという次の作業がさらに必要になる。また、端子にリード線を接続するには、例えば、燃料電池のセパレータの側面に接触する複数の針状電圧測定素子とこの針状電圧測定素子に弾性力を付与する付勢手段を設けた例が報告されている（特許文献２参照）。
特開平１１−３３９８２８号公報（特許請求の範囲） 特開２００２−３１３３９８号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、燃料電池のようにセル数が多い場合に、使用環境によっては例えば電気自動車で利用されるとき、振動などによって接触不良の恐れが依然として存在し、測定点と電圧測定器の端子との接続が確実に行われているかどうかの検証が必要になる。
接触不良の検知方法としては、例えば電圧測定器の入力回路に設けられているコンデンサに対して予め充電して、コンデンサに電圧を生じさせた後、スイッチング素子をオンさせて、コンデンサ電圧の変化によって接続状態を検出することが考えられている。

ところで、前記の検出方法では、セル電圧の検出は、燃料電池が発電停止中に行うと、このときセルの電圧がほぼゼロのため、コンデンサに蓄積された電気がセルに放電されてしまう。このときコンデンサに蓄積された電圧の極性とセルの極性が一致した場合は、セルに無理に充電しようとし、極性が逆の場合は、セルから無理に電圧を引こうとする。このいずれの場合もセルの早期劣化を招き、燃料電池の性能低下を生じさせる恐れがある。
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、セルの早期劣化を招くことなく、セルの発電状態を検出可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。

このため、請求項１に記載の発明は、複数のセルからなる燃料電池と、オン／オフが制御可能なスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記燃料電池のセルに接続される電圧測定器とを有し、前記電圧測定器の入力回路に蓄電素子が備えられる燃料電池システムにおいて、充電回路を備え、前記スイッチ手段がオフのとき、前記蓄電素子に対して充電を行い、前記スイッチ手段がオフからオンに切り替わるとき、前記蓄電素子の電圧の変化によって、前記電圧測定器と前記セルとの接続に断線があるか否かを判定する断線判定手段と、前記燃料電池が発電停止中であるか否かを検出する発電停止検出手段と、前記燃料電池が発電停止中であると検出された場合、前記充電回路による前記蓄電素子への充電を禁止することで断線判定を禁止し、かつ前記スイッチ手段をオンにし、前記電圧測定器により前記燃料電池のセル電圧を測定する発電停止時電圧測定手段とを設けたものとした。
これによって、充電回路で蓄電素子に充電を行う断線判定手段を設けても、燃料電池が発電停止中に、断線判定を禁止するため、電圧測定器の入力回路にある蓄電素子が発電停止中のセルに放電することを防止可能になる。

また、蓄電素子が発電停止中のセルに放電することを防止しつつ、セル電圧を測定してセルの発電状態を判定可能になる。
請求項２に記載の発明は、前記発電停止検出手段が、イグニションスイッチ信号に応じて動作し、前記燃料電池への水素と酸素の供給が完了したか否かを判定し、水素と酸素の供給が完了していないと判定した場合、前記燃料電池が発電停止中であると検出するものとした。

本発明によれば、燃料電池が発電停止中に、蓄電素子に対して充電を行う断線判定を禁止するようにしたので、発電状態検出装置の入力回路にある蓄電素子がセルに放電することが防止されセルの早期劣化を防ぐことができる。

次に、本発明の実施の形態について添付図面にそって説明する。
図７は燃料電池システムの構成を示す図である。複数のセルからなる燃料電池スタック２のアノード極にガス配管を介してタンク４が接続されている。タンク４には高圧の水素が貯蔵され、アノード極に供給できるようになっている。アノード極の入口近傍にはエゼクタ３が設けられ、アノード極から排出される未反応ガスを燃料電池スタック２に戻している。燃料電池スタック２のカソード極にガス配管を介してエアコンプレッサ５が接続され、燃料電池スタック２のカソード極に空気を供給する。燃料電池スタック２に供給される水素と空気中の酸素が電気化学反応を起こして負荷に電気が供給される。燃料電池スタック２には電圧測定器１が接続され、電圧測定器１は各セルの電圧を検出することによってセルの発電状態を判断する。これによってセルの発電状態に異常があった場合には、発電量を制限し発電を停止することによって異常の拡大を防止することができる。

燃料電池スタック２（ＦＣ）としては図６に示すようにセル１０２を分離するセパレータに突起状の電圧測定用端子１０１が設けられたものが用いられる。電圧測定器１はコネクタを介して電圧測定用端子１０１に接続されて、セルの電圧を検出するようになっている。
電圧測定器１は、セル数より少ない入力端子を有し、各入力端子はフォトＭＯＳスイッチを介して電圧測定用端子１０１に接続され、フォトＭＯＳスイッチのオンオフによってスキャン方式で複数のセルを１組として時系列でセルの電圧を検出する。それについては従来と同様であるため、詳しい説明を省略する。
電圧測定器１には入力端子と電圧測定用端子１０１との接触に接触不良があるか否かを検知する機能を有している。次にその機能について説明する。

図１は、接触検知方法を実行する基本回路とその動作の説明図である。図２は図１の回路での各部の動作と波形を示すタイムチャートである。

図１において、符号Ｃは電圧測定対象の電池セル、符号Ｃｆは充電用のコンデンサ、符号ＥはコンデンサＣｆを充電する充電回路の出力電圧、符号ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂはスイッチ、符号Ｒ１、Ｒ２は抵抗、符号Ｖは電圧測定器、符号ＧＮＤは接地である。この基本回路は図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）の順に動作して電圧測定対象の電池セルＣの電極端子である測定点と電圧測定器との接触を検知する。また、図２（ａ）はＳＷ１（スイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂ）のオンオフを、図２（ｂ）はスイッチＳＷ２（ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂ）のオンオフを示し、図２（ｃ）は測定点の接触が正常な場合のコンデンサＣｆの端子電圧の変化を示す波形、図２（ｄ）は測定点の接触がない（不良な）場合のコンデンサＣｆの端子電圧の変化を示す波形である。

図１及び図２にそって接触検知方法の基本動作を説明する。
まず、スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂがすべてオープンの状態から、図１（ａ）のようにスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂをオンにする。これは図２（ａ）での時刻ｔ１に当たる。これによって充電回路からスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂを介して電流がコンデンサＣｆに流れ、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すようにコンデンサＣｆは徐々に充電され、最終的にコンデンサＣｆの端子電圧は充電回路の出力電圧Ｅ（Ｖ）になる。充電が終わると、図１（ｂ）のようにスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂをオフにする。これは図２（ａ）での時刻ｔ２に当たる。この状態では、コンデンサＣｆから電流は流れないので、スイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂをオフにしても図２（ｃ）又は図２（ｄ）に示すコンデンサＣｆの端子電圧はＥ（Ｖ）に保たれる。

次に、図１（ｃ）のようにスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂをオンにする。これは図２（ｂ）での時刻ｔ３に当たる。これによって、電池セルＣの測定点での接触すなわち、電池セルＣとコンデンサＣｆとの接続が正常である場合には、電池セルＣからスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂを介してコンデンサＣｆに電流が流れ、図２（ｃ）に示すようにコンデンサＣｆは徐々に充電され、最終的にコンデンサＣｆの端子電圧は電池セルＣの発電電圧Ｖｃ（Ｖ）になる。このように、スイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂをオンにすることによって、コンデンサＣｆの端子電圧が変化した場合には、電池セルＣから測定点の接続とスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂを経てコンデンサＣｆに電流が流れたことが確かめられるので、測定点での接触とスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂの動作がいずれも正常であることが立証できる。

一方、測定点での接触あるいはスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂの動作のうちのいずれかが正常でなく、電池セルＣからスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂを介してコンデンサＣｆに電流が流れなかった場合には、図２（ｄ）に示すようにコンデンサＣｆの端子電圧は変化せず、Ｅ（Ｖ）のままに保たれる。このように、スイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂをオンにしてもコンデンサＣｆの端子電圧が変化しなかった場合には、電池セルＣからコンデンサＣｆに電流が流れなかったと考えられるので、測定点での接触不良かスイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂのいずれかの動作が正常でないと考えられる。

なお、コンデンサＣｆの端子電圧の変化が正しく認識できるように、出力電圧Ｅは通常の動作時に電池セルＣが取り得ない電圧に設定することが好ましい。また、電池セルＣに外部から極性が反対の電流が流れ込むと電池セルＣ内部が腐食するなどの影響が出て、これが電池セルＣに悪影響を及ぼす恐れがあるため、充電回路の出力電圧Ｅは動作時に電池セルＣが取り得る電圧を正とした場合にそれよりも低い例えば負の電圧であることが好ましい。すなわち、電池セルの極性と反対の電圧でコンデンサを充電することが望ましい。

次に、電圧測定器１の入力回路１０の実施例について説明する。図１の例は単一入力の例であるが、複数の入力について同時に接触検知を行う場合には、複数の電池セルからの入力電圧が絡み合うため、検知に特別な工夫が必要になる。

図３は、同時に直列に接続された４個の電池セルＣの起電力を同時に測定する電圧測定器における入力回路を示す回路図である。次に、図３に基づいて接触検知方法を説明する。この入力回路１０では、各電池セルの電圧を四つずつ検出できる。図３において、符号Ｂ１〜Ｂ５はバッファ、符号Ｃ１〜Ｃ４は電圧測定対象である電池セル、符号Ｄ１〜Ｄ４は差動増幅器、Ｆ１〜Ｆ４は低域ろ波フィルタ（ローパスフィルタ）を構成するコンデンサ、符号Ｓ１〜Ｓ５はフォトＭＯＳスイッチ、符号ＧＮＤは接地である。コンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）と抵抗で構成された低域ろ波フィルタは、入力回路１０の入力端子に接続され、電池セルの電圧を測定する際に印加されたノイズを除去し、電圧を安定化させている。このコンデンサＦは入力回路１０と電池セルとの接触を検出するためにも利用される。すなわち、前記したようにこの実施の形態では、この低域ろ波フィルタのコンデンサＦを予め充電し、フォトＭＯＳスイッチをオンにして入力回路１０の各端子を電池セルに接続したとき、フォトＭＯＳスイッチオン前後のコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）の電圧の変化で電池セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の測定点と入力端子の間の接触不良を検出するようにしている。

具体的には、低域ろ波フィルタのコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）に別々の電圧を充電して、フォトＭＯＳスイッチＳ（Ｓ１〜Ｓ５）をオンにしてコンデンサＦの電圧変化を確認することによって、同時に４個の電池セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の測定点と入力端子間の接触を検知し、かつ図示しないＣＰＵで４個の電池セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の起電力を同時に測定することができる。さらに電池セルＣ１〜Ｃ４の起電力測定が終わると、フォトＭＯＳスイッチＳ（Ｓ１〜Ｓ５）をオフにし、次の四つの電池セルに接続される五つのフォトＭＯＳスイッチＳをオンにすることによって入力回路１０の各入力端子を次の四つの電池セルに切り替えるように、順次に接続を切り替えてゆくと、各測定点との接触を検知しながら電池セルの電圧を測定することができる。これについては、従来と同様であり、詳しい説明を省略する。

ここで、測定対象の電池セルＣ１〜Ｃ４が図６で示したような燃料電池スタックのセル１０２であるとする。燃料電池の単位セルの動作時の起電力は０Ｖ〜１．３Ｖである。
図４は前記した原理に基づいて測定点との接触の検知を可能にした入力回路を示す図である。図３に対して図４においては、コンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）にそれぞれ異なる電圧で充電可能な充電回路１１とスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷ４）が追加される。また、符号Ｃ１〜Ｃ４は直列に接続された２個の電池セルを表し、２個の電池セルの直列起電力を測定するものとする。また、バッファＢ２〜Ｂ５の出力端と差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の＋入力端との間に抵抗ｒが接続され、差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の＋入力端に抵抗Ｒを介して１Ｖが印加される点で、図３の構成とは異なる。

次に、図４に基づいて接触検知方法を説明する。まず、フォトＭＯＳスイッチＳ１〜Ｓ５をオフにし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンにする。これは、図１及び図２の例に当てはめると、スイッチＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂをオフにしてスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂをオンにした図２（ａ）での時刻ｔ１に当たる。

このとき、充電回路１１はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を介してコンデンサＦ１〜Ｆ４にそれぞれ、−０．３Ｖ、−０．６Ｖ、−０．９Ｖ及び−１．２Ｖの起電力で充電する。これにより、低域ろ波フィルタの各コンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）はそれぞれ異なる電圧で充電される。充電が完了すると、差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力電圧はすべて＋０．７Ｖとになる。これは、例えば差動増幅器Ｄ２を例にとると、その＋入力側ではコンデンサＦ２に充電された−０．６ＶがバッファＢ３を経て差動増幅器Ｄ２の＋入力端に入力されて＋１Ｖのオフセット電圧に加算される。差動増幅器Ｄ２の−入力側ではコンデンサＦ２に充電された−０．３ＶがバッファＢ２を経て入力されるため、−０．６＋１−（−０．３）＝＋０．７（Ｖ）となるのである。その他も同じように各差動増幅器Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４から０．７Ｖの電圧が出力される。そして、充電が完了すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフにする。このタイミングは図２での時刻ｔ２に当たる。

そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフにした後、フォトＭＯＳスイッチＳ１〜Ｓ５をオンにする（これは図２（ｂ）での時刻ｔ３に当たる）。これにより、各コンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）はそれぞれ対応する電池セルＣ１〜Ｃ４に接続されその出力電圧で充電される。

ここで、仮に電池セルの単体の起電力がすべて＋１Ｖであって電池セルＣ１〜Ｃ４の起電力が＋２Ｖであるとする。測定点の接触が全て正常であり、かつフォトＭＯＳスイッチＳ１〜Ｓ５が正常に働いている場合には、コンデンサＦ１の端子電圧は−０．３Ｖから＋２Ｖへ、コンデンサＦ２の端子電圧は−０．６Ｖから＋４Ｖへ、コンデンサＦ３の端子電圧は−０．９Ｖから＋６Ｖへ、コンデンサＦ４の端子電圧は−１．２Ｖから＋８Ｖへと変化する。

これにより、差動増幅器Ｄ１の＋入力端には端子電圧＋２Ｖにオフセット電圧＋１Ｖを加えた＋３Ｖが、−入力側には０Ｖが印加される。差動増幅器Ｄ２の＋入力端には＋４Ｖと＋１Ｖの和の＋５Ｖが、−入力側には＋２Ｖが、差動増幅器Ｄ３の＋入力端には＋７Ｖが、−入力側には＋４Ｖが、差動増幅器Ｄ４の＋入力端には＋９Ｖ、−入力側には＋６Ｖがそれぞれ印加されることになって、差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力はすべて＋３Ｖとなる。

燃料電池のセルの動作時の起電力は０Ｖ〜＋１．３Ｖの範囲にあり、単位セルが直列に２個並んだ電池セルＣ１〜Ｃ４の出力電圧（起電力）は０Ｖ〜＋２．６Ｖの範囲にある。これに対応する正常な差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力は、オフセット電圧が＋１Ｖの場合、図５に示すように＋１Ｖ〜＋３．６Ｖの範囲となる。したがって、出力がこれ以外の値を示した場合は、測定点での接触不良かフォトＭＯＳスイッチＳ１〜Ｓ５の不良などが発生していると検知することができる。

次に、接触不良箇所の特定について説明する。
表１にはこの実施の形態で、接触不良やスイッチ不良の発生場所とその場合の差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力の電圧値を示す。この表では、オフセット電圧は＋１Ｖ、各電池セルの起電力は＋２Ｖとした場合を示している。この表の見方を例に沿って説明する。

ここで、図４で測定点ＡＮ−０の部分の不良の場合、すなわち電池セルＣ１の負極側に接触不良や断線があるかフォトＭＯＳスイッチＳ１に不良があった場合を考える。このときは接地ＧＮＤが電池セルＣ側に繋がらなくなるので、他の部分が正常でもコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）が電池セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）側から充電されることがなく、表１の最下列に示すように、接地ＧＮＤが−入力端に接続されている差動増幅器Ｄ１から充電した時と同じ＋０．７Ｖが出力される以外は差動増幅器Ｄ２〜Ｄ４の出力は不安定である。

次に、測定点ＡＮ−２の部分の不良の場合、すなわち電池セルＣ３の負極側と電池セルＣ２の正極側の測定点に接触不良や断線があるかフォトＭＯＳスイッチＳ３に不良があった場合を考える。この場合はコンデンサＦ１は＋２Ｖに充電されるので、差動増幅器Ｄ１の出力はオフセット電圧との和で＋２＋１＝３（Ｖ）である。

コンデンサＦ２は電池セルＣ２側から充電されないので充電したときと同じ−０．６Ｖを保っている。したがって、差動増幅器Ｄ２の＋入力端には−０．６＋１＝＋０．４（Ｖ）が、−入力端には＋２Ｖが印加されるので差動増幅器Ｄ２の出力は＋０．４−２＝―１．６（Ｖ）となる。

同様に、コンデンサＦ３は電池セルＣ３側から＋６Ｖに充電され、差動増幅器Ｄ３の＋入力端には＋６＋１＝＋７（Ｖ）が、−入力端には−０．６Ｖが印加されるので、差動増幅器Ｄ２の出力は＋７−（−０．６）＝＋７．６（Ｖ）となる。
さらに、コンデンサＦ４は電池セルＣ４側から＋８Ｖに充電され、差動増幅器Ｄ４の＋入力端には＋８＋１＝＋９（Ｖ）が、−入力端には＋６Ｖが印加されるので、差動増幅器Ｄ４の出力は＋９−（＋６）＝＋３（Ｖ）となる。これらの出力電圧が表１の３列目に示されている。他の場所の不良も同様に検知できる。
このように差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力電圧を調べることによって、接触が正常かどうか、ＡＮ−０〜ＡＮ−４のどの場所に接触不良、断線、スイッチ不良などの故障を検知することができる。

ところで、フォトＭＯＳスイッチＳ１〜Ｓ５をオンにして入力回路１０の入力端子をセルに接続してセルの電圧および接触状態を検出するときに、燃料電池スタック２が発電停止中の場合は、セルの電圧がゼロであるのに対してコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）がそれぞれ充電され電圧が生成されているので、コンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）がセルに対して放電してしまう。この結果、セルが早期劣化してしまう。

次に、本発明に係る断線などの接触不良を検知しつつもセルの早期劣化防止について説明する。図７に示す燃料電池システムは電気自動車に搭載され車両の駆動に使用されるものとする。図４に示す入力回路１０の充電回路１１には車両側からのイグニッションスイッチ信号が出力されるようになっている。充電回路１１はイグニッションスイッチ信号に応じて動作することになっている。

図８は、電圧測定器における動作の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、充電回路１１で車両側からのイグニッションスイッチ信号に基づいて、燃料電池スタック２への水素と酸素の供給が完了したか否かが判定される。水素と酸素の供給が完了していない場合はステップＳ２へ進み、ここで、充電回路１１がコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）への充電を行わないことによって、断線検知機能を禁止する。この場合、断線検知機能が停止されるが、セルの電圧の検出が可能である。

ステップＳ１で、水素と酸素の供給が完了したと判定された場合は、ステップＳ３へ進み、ここで、充電回路１１がコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）への充電を行うことによって、断線検知機能を許可する。これによってコンデンサＦ（Ｆ１〜Ｆ４）が充電され、電圧測定器１がフォトＭＯＳスイッチＳ（Ｓ１〜Ｓ５）をオンにして入力回路１０の各入力端子を測定点ＡＮ−０〜ＡＮ−４に接続させ、セルの電圧の検出とともに表１にしたがって断線などの接触状態を検知する。

ステップＳ４において、前記したように差動増幅器Ｄ１〜Ｄ４の出力電圧で断線を検知した場合は、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５では、断線と検知してからの時間経過をチェックすることによって断線故障の確定時間を経過したか否かを判断する。これは、ノイズなどの影響を排除するためのものである。
断線故障の確定時間を経過していない場合は、ステップＳ４に戻り、ステップＳ５の処理が繰り返される。断線故障の確定時間を経過した場合には、ステップＳ６へ進み、断線故障を確定する。

このように、燃料電池スタック２が発電停止中の場合は、コンデンサＦに充電して断線を検知する機能を停止するようにしたので、セルの電圧を測定しても、コンデンサＦがセルに対して放電することがないので、セルが早期劣化することが防止される。
ここで、ステップＳ１は発電停止検出手段の動作を示している。ステップＳ２は断線判定禁止手段の動作を示している。ステップＳ３、ステップＳ４は断線判定手段の動作を示している。

以上、実施の形態では、電圧測定器１における入力回路１０の入力端子とセルとの接触状態の検出について説明したが、本発明はこれに限るものではない。

本発明の接触検知方法を実行する基本回路とその動作の説明図である。 図１の回路での各部の動作と波形を示すタイムチャートである。 本発明が用いられる直列に接続された４個の電池セルの起電力を同時に測定する電圧測定器の入力回路の回路図である。 本発明に基づいて測定点との接触の検知を可能にした入力回路を示す図である。 燃料電池の電池セルの出力電圧（起電力）と差動増幅器の出力の関係を示す説明図である。 燃料電池スタックの断面図である。 燃料電池システムの構成を示す図である。 電圧測定器における動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電圧測定器(発電状態検出装置)
２ 燃料電池スタック
３ エゼクタ
４ タンク
５ エアコンプレッサ
１０ 入力回路
１１ 充電回路
１０１ 電圧測定用端子
１０２ セル
ＡＮ−０〜ＡＮ−４ 測定点
Ｂ１〜Ｂ５ バッファ
Ｃ１〜Ｃ５ 電池セル
Ｃｆ コンデンサ（蓄電素子）
Ｄ１〜Ｄ４ 差動増幅器
Ｅ 出力電圧
Ｆ１〜Ｆ４ コンデンサ
ＧＮＤ 接地
Ｓ１〜Ｓ５ フォトＭＯＳスイッチ(スイッチ手段)

Claims (2)

1. 複数のセルからなる燃料電池と、オン／オフが制御可能なスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記燃料電池のセルに接続される電圧測定器とを有し、前記電圧測定器の入力回路に蓄電素子が備えられる燃料電池システムにおいて、
   充電回路を備え、前記スイッチ手段がオフのとき、前記蓄電素子に対して充電を行い、前記スイッチ手段がオフからオンに切り替わるとき、前記蓄電素子の電圧の変化によって、前記電圧測定器と前記セルとの接続に断線があるか否かを判定する断線判定手段と、
   前記燃料電池が発電停止中であるか否かを検出する発電停止検出手段と、
   前記燃料電池が発電停止中であると検出された場合、前記充電回路による前記蓄電素子への充電を禁止することで断線判定を禁止し、かつ前記スイッチ手段をオンにし、前記電圧測定器により前記燃料電池のセル電圧を測定する発電停止時電圧測定手段とを設けたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記発電停止検出手段は、イグニションスイッチ信号に応じて動作し、前記燃料電池への水素と酸素の供給が完了したか否かを判定し、水素と酸素の供給が完了していないと判定した場合、前記燃料電池が発電停止中であると検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

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