WO2012077450A1 - 積層電池の内部抵抗測定装置 - Google Patents

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哲也 上原
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Definitions

  • This invention relates to an apparatus for measuring the internal resistance of a laminated battery in which a plurality of power generating elements are laminated.
  • the wetness of the electrolyte membrane can be determined. If the internal resistance is high, the electrolyte membrane has a low wetness and a dry taste. If the internal resistance is low, the wetness of the electrolyte membrane is high. In the fuel cell, the operation efficiency varies depending on the wetness of the electrolyte membrane. Therefore, the wet state of the electrolyte membrane can always be maintained optimally by controlling the operation according to the wetness of the electrolyte membrane estimated based on the internal resistance.
  • JP-2009-109375-A An apparatus for measuring the internal resistance of a fuel cell is disclosed in JP-2009-109375-A.
  • the JP-2009-109375-A device requires a load current (direct current) flowing from the battery, and could not be measured unless the battery was in operation.
  • a very wide dynamic range is required because an electronic load device that controls a large direct current also controls a minute alternating current (limitation of energization). Therefore, the parts and circuit specifications to be used were expensive.
  • An object of the present invention is to provide an inexpensive internal resistance measuring device that can measure internal resistance even when a battery is not in operation.
  • An internal resistance measuring device for a laminated battery is an AC power supply unit that is connected to an internal resistance measurement object including at least a laminated battery in which a plurality of power generation elements are laminated, and outputs an alternating current to the internal resistance measurement object including.
  • the positive side AC potential difference which is a potential difference obtained by subtracting the potential of the middle part from the potential of the part connected to the positive side load device of the internal resistance measurement target, and the negative side load device of the internal resistance measurement target
  • An AC adjustment unit that adjusts the AC current so that the negative side AC potential difference, which is a potential difference obtained by subtracting the potential of the halfway portion from the potential of the portion connected to the AC, and the adjusted AC current and AC
  • a resistance calculator that calculates the resistance of the laminated battery based on a potential difference.
  • FIG. 1A is an external perspective view illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which an internal resistance measuring device according to the present invention is applied.
  • FIG. 1B is an exploded view showing the structure of a power generation cell of a fuel cell as an example of a laminated battery to which an internal resistance measuring device according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating details of the positive-side DC blocking unit 511, the negative-side DC blocking unit 512, the midpoint DC blocking unit 513, the positive-side AC potential difference detection unit 521, and the negative-side AC potential difference detection unit 522.
  • FIG. 1A is an external perspective view illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which an internal resistance measuring device according to the present invention is applied.
  • FIG. 1B is an exploded view showing the structure of a power generation cell of a fuel cell
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the details of the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the details of the AC adjustment unit 540.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the details of the resistance calculation unit 550.
  • FIG. 7 is a control flowchart executed by the controller in the first embodiment of the internal resistance measurement apparatus for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 8 is a time chart when the controller executes control of the internal resistance measuring device of the laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the function and effect of the first embodiment.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining a mechanism of operation and effect according to the second embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining a mechanism of operation and effect according to the second embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 10B is a diagram for explaining the mechanism of the operational effects according to the second embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a specific configuration of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a second embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a third embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 14 is a control flowchart executed by the controller in the third embodiment of the internal resistance measurement apparatus for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a fifth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a sixth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 18 is a specific circuit diagram of the sixth embodiment.
  • FIG. 19 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 20 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • FIG. 21A is a diagram showing a first modification.
  • FIG. 21B is a diagram showing a second modification.
  • FIG. 1A is an external perspective view illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which an internal resistance measuring device according to the present invention is applied.
  • FIG. 1B is an exploded view showing the structure of a power generation cell of a fuel cell as an example of a laminated battery to which an internal resistance measuring device according to the present invention is applied.
  • the fuel cell stack 1 includes a plurality of stacked power generation cells 10, a current collecting plate 20, an insulating plate 30, an end plate 40, and four tension rods 50.
  • the power generation cell 10 is a unit cell of a fuel cell. Each power generation cell 10 generates an electromotive voltage of about 1 volt (V). Details of the configuration of each power generation cell 10 will be described later.
  • the current collecting plate 20 is disposed outside each of the stacked power generation cells 10.
  • the current collecting plate 20 is formed of a gas impermeable conductive member, for example, dense carbon.
  • the current collecting plate 20 includes a positive electrode terminal 211 and a negative electrode terminal 212.
  • An intermediate terminal 213 is provided between the positive terminal 211 and the negative terminal 212.
  • the fuel cell stack 1 takes out and outputs electrons e ⁇ generated in each power generation cell 10 by the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212.
  • the insulating plates 30 are respectively arranged outside the current collecting plate 20.
  • the insulating plate 30 is formed of an insulating member such as rubber.
  • the end plate 40 is disposed outside the insulating plate 30.
  • the end plate 40 is made of a rigid metal material such as steel.
  • One end plate 40 (the left front end plate 40 in FIG. 1A) has an anode supply port 41a, an anode discharge port 41b, a cathode supply port 42a, a cathode discharge port 42b, and a cooling water supply port 43a.
  • a cooling water discharge port 43b is provided.
  • the anode discharge port 41b, the cooling water discharge port 43b, and the cathode supply port 42a are provided on the right side in the drawing.
  • the cathode discharge port 42b, the cooling water supply port 43a, and the anode supply port 41a are provided on the left side in the figure.
  • the tension rods 50 are arranged near the four corners of the end plate 40, respectively.
  • the fuel cell stack 1 has a hole (not shown) penetrating therethrough.
  • the tension rod 50 is inserted through the through hole.
  • the tension rod 50 is formed of a rigid metal material such as steel.
  • the tension rod 50 is insulated on the surface in order to prevent an electrical short circuit between the power generation cells 10.
  • a nut (not shown because it is in the back) is screwed into the tension rod 50. The tension rod 50 and the nut tighten the fuel cell stack 1 in the stacking direction.
  • a method of supplying hydrogen as the anode gas to the anode supply port 41a for example, a method of directly supplying hydrogen gas from a hydrogen storage device or a hydrogen-containing gas reformed by reforming a fuel containing hydrogen is supplied.
  • the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank.
  • the fuel containing hydrogen include natural gas, methanol, and gasoline.
  • Air is generally used as the cathode gas supplied to the cathode supply port 42a.
  • an anode separator (anode bipolar plate) 12a and a cathode separator (cathode bipolar plate) 12b are arranged on both surfaces of a membrane electrode assembly (MEA) 11. Is the structure.
  • MEA 11 has electrode catalyst layers 112 formed on both surfaces of an electrolyte membrane 111 made of an ion exchange membrane.
  • a gas diffusion layer (gas diffusion layer: GDL) 113 is formed on the electrode catalyst layer 112.
  • the electrode catalyst layer 112 is formed of carbon black particles carrying platinum, for example.
  • the GDL 113 is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, for example, carbon fiber.
  • the anode gas supplied from the anode supply port 41a flows through this GDL 113a, reacts with the anode electrode catalyst layer 112 (112a), and is discharged from the anode discharge port 41b.
  • the cathode gas supplied from the cathode supply port 42a flows through this GDL 113b, reacts with the cathode electrode catalyst layer 112 (112b), and is discharged from the cathode discharge port 42b.
  • the anode separator 12a is overlaid on one side of the MEA 11 (back side in FIG. 1B) via the GDL 113a and the seal 14a.
  • the cathode separator 12b is overlapped on one side (the surface in FIG. 1B) of the MEA 11 via the GDL 113b and the seal 14b.
  • the seal 14 (14a, 14b) is a rubber-like elastic material such as silicone rubber, ethylene-propylene rubber (EPDM), or fluorine rubber.
  • the anode separator 12a and the cathode separator 12b are formed by press-molding a separator base made of metal such as stainless steel so that a reaction gas channel is formed on one surface and alternately arranged with a reaction gas channel on the opposite surface. A cooling water flow path is formed. As shown in FIG. 1B, the anode separator 12a and the cathode separator 12b are overlapped to form a cooling water flow path.
  • the MEA 11, the anode separator 12a, and the cathode separator 12b are formed with holes 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, respectively, which are stacked to form an anode supply port (anode supply manifold) 41a, an anode discharge port.
  • Anode discharge manifold 41b, cathode supply port (cathode supply manifold) 42a, cathode discharge port (cathode discharge manifold) 42b, cooling water supply port (cooling water supply manifold) 43a and cooling water discharge port (cooling water discharge manifold) 43b Is formed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the internal resistance measuring device 5 includes a positive-side DC blocking unit 511, a negative-side DC blocking unit 512, a midpoint DC blocking unit 513, a positive-side AC potential difference detection unit 521, a negative-side AC potential difference detection unit 522, Side power supply unit 531, negative electrode side power supply unit 532, AC adjustment unit 540, and resistance calculation unit 550.
  • the positive side DC blocking unit 511 is connected to the positive terminal 211 of the fuel cell 1.
  • the negative electrode side direct current blocking unit 512 is connected to the negative electrode terminal 212 of the fuel cell 1.
  • the midpoint DC cutoff unit 513 is connected to the midway terminal 213 of the fuel cell 1. Note that the midpoint DC blocking unit 513 may not be provided as indicated by the broken line in FIG. These DC blockers block DC but flow AC.
  • the DC cut-off unit is, for example, a capacitor or a transformer.
  • the positive side AC potential difference detection unit 521 inputs the AC potential Va of the positive terminal 211 of the fuel cell 1 and the AC potential Vc of the midway terminal 213 and outputs an AC potential difference.
  • the negative electrode side AC potential difference detection unit 522 inputs the AC potential Vb of the negative electrode terminal 212 of the fuel cell 1 and the AC potential Vc of the midway terminal 213 and outputs an AC potential difference.
  • the positive side AC potential difference detection unit 521 and the negative side AC potential difference detection unit 522 are, for example, differential amplifiers (instrumentation amplifiers).
  • OP amplifier operational amplifier
  • the output current Io can be obtained by the input voltage Vi ⁇ proportional constant Rs without actually measuring the output current Io. Further, since the output is a current, even if an element having a phase angle such as a capacitor is interposed in the current path, the alternating current flowing through the stacked cell group and the output of the current source have the same phase. Further, it has the same phase as the input voltage Vi. Therefore, it is not necessary to consider the phase difference in calculating the resistance at the next stage, and the circuit is simple. Furthermore, even if the impedance of the capacitor in the current path varies, it is not affected by the phase change. For this reason, it is preferable to use a circuit as shown in FIG. The same applies to the negative power supply unit 532.
  • the AC adjustment unit 540 can be realized by, for example, a PI control circuit as shown in FIG.
  • the AC adjustment unit 540 includes a positive-side detection circuit 5411, a positive-side subtractor 5421, a positive-side integration circuit 5431, a positive-side multiplier 5451, a negative-side detection circuit 5412, a negative-side subtracter 5422, and a negative-side Integrating circuit 5432, negative multiplier 5542, reference voltage 544, and AC signal source 546 are included.
  • the positive electrode side detection circuit 5411 removes an unnecessary signal from the AC potential Va on the wiring of the positive electrode side power supply unit 531 connected to the positive electrode terminal 211 of the laminated battery 1 and converts it into a DC signal.
  • the positive side subtractor 5421 detects the difference between the DC signal and the reference voltage 544.
  • the positive integration circuit 5431 averages or adjusts the sensitivity of the signal output from the positive subtractor 5421.
  • the positive multiplier 5451 modulates the amplitude of the AC signal source 546 with the output of the positive integration circuit 5431.
  • the AC adjustment unit 540 generates a command signal to the positive power supply unit 531 in this way. Similarly, AC adjustment unit 540 generates a command signal to negative power supply unit 532.
  • the AC potentials Va and Vb are both controlled to a predetermined level by increasing / decreasing the outputs of the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532 according to the command signal generated in this way. As a result, the alternating potentials Va and Vb are equipotential.
  • an analog arithmetic IC is taken as an example in the circuit configuration.
  • the AC potential Va (Vb) may be digitally converted by an AD converter and then configured by a digital control circuit.
  • the resistance calculation unit 550 includes an AD converter 551 and a microcomputer chip 552.
  • the AD converter 551 converts the alternating current (I1, I2) and the alternating voltage (V1, V2), which are analog signals, into digital numerical signals and transfers them to the microcomputer chip 552.
  • the microcomputer chip 552 stores in advance a program for calculating the internal resistance Rn and the internal resistance R of the entire laminated battery.
  • the microcomputer chip 552 sequentially calculates at predetermined minute time intervals or outputs a calculation result in response to a request from the controller 6.
  • the internal resistance Rn and the internal resistance R of the entire laminated battery are calculated by the following formula.
  • the resistance calculation unit 550 may be realized by an analog calculation circuit using an analog calculation IC. According to the analog arithmetic circuit, it is possible to output a resistance value change which is continuous in time.
  • FIG. 7 is a control flowchart executed by the controller in the first embodiment of the internal resistance measuring apparatus for a laminated battery according to the present invention.
  • step S1 the controller determines whether or not the positive AC potential Va is greater than a predetermined value. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S2, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S3.
  • step S2 the controller determines whether or not the positive AC potential Va is smaller than a predetermined value. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S4, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S5.
  • step S3 the controller decreases the output of the positive power supply unit 531. As a result, the positive AC potential Va decreases.
  • step S4 the controller maintains the output of the positive power supply unit 531. As a result, the positive AC potential Va is maintained.
  • step S5 the controller increases the output of the positive power supply unit 531. As a result, the positive AC potential Va increases.
  • step S6 the controller determines whether or not the negative AC potential Vb is greater than a predetermined value. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S7, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S8.
  • step S7 the controller determines whether or not the negative electrode AC potential Vb is smaller than a predetermined value. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S9. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S10.
  • step S8 the controller decreases the output of the negative power source unit 532. As a result, the negative AC potential Vb decreases.
  • step S9 the controller maintains the output of the negative power supply unit 532. As a result, the negative AC potential Vb is maintained.
  • step S10 the controller increases the output of the negative power source unit 532. This increases the negative AC potential Vb.
  • step S11 the controller determines whether or not the positive AC potential Va and the negative AC potential Vb are predetermined values. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S12. If the determination result is negative, the controller exits the process.
  • step S12 the controller calculates a resistance value based on the above-described equations (1-1) and (1-2).
  • FIG. 8 is a time chart when the controller executes control of the internal resistance measuring device of the laminated battery according to the present invention.
  • step number is also written so that the correspondence with the flowchart is easy to understand.
  • the controller starts control.
  • the controller processes steps S1, S2, S4, S6, S7, S9, S11, and S12. .
  • the positive side alternating current I1 and the negative side alternating current I2 are maintained.
  • the positive side internal resistance value R1 and the negative side internal resistance value R2 are calculated. Then, the positive internal resistance value R1 and the negative internal resistance value R2 are added together to obtain the overall internal resistance R.
  • the controller repeats steps S1, S2, S4, S6, S8, S11, and S12.
  • the negative-side AC current I2 is lowered as the negative-side internal resistance value R2 increases, so the negative-side AC potential is maintained at the same level as the positive-side AC potential. Therefore, the internal resistance is calculated even in this state.
  • the negative side internal resistance value coincides with the positive side internal resistance value (FIG. 8A).
  • the controller repeats steps S1, S2, S4, S6, S7, S9, S11, and S12. By processing in this way, the positive side AC potential and the negative side AC potential are maintained at the same level (FIG. 8C), and the internal resistance is calculated.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the function and effect of the first embodiment.
  • a difference (DC potential difference Vdc) occurs between the positive electrode and the negative electrode.
  • an alternating current is output from the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532 in accordance with a command from the AC adjustment unit 540.
  • the alternating current output from the positive electrode side power supply unit 531 is output to the positive electrode of the stacked battery (fuel cell) via the positive electrode side direct current cut-off unit 511, and the positive electrode side via the intermediate terminal 213 and the intermediate point direct current cut-off unit 513. It flows to the AC potential difference detection unit 521.
  • This AC potential difference V ⁇ b> 1 is detected by the positive side AC potential difference detection unit 521.
  • the AC adjustment unit 540 is configured so that the difference between the positive side AC potential difference V1 and the negative side AC potential difference V2 (V1 ⁇ V2; equal to Va ⁇ Vb) of the stacked battery (fuel cell) is always small. And the negative power supply 532 is adjusted.
  • the output V1 of the positive-side AC potential difference detection unit 521, the output V2 of the negative-side AC potential difference detection unit 522, the AC current I1 of the positive-side power supply unit 531 and the AC current I2 of the negative-side power supply unit 532 The internal resistance R1 on the positive electrode side and the internal resistance R2 on the negative electrode side of the fuel cell 1 are calculated by applying Ohm's law.
  • the AC potentials of the positive terminal 211 and the negative terminal 212 are the same. Therefore, even if a load device (such as a traveling motor) is connected to the positive electrode terminal 211 and the negative electrode terminal 212, it is possible to prevent the alternating current from leaking to the load device.
  • a load device such as a traveling motor
  • the AC current value flowing through the internal resistance measurement target fuel cell
  • the AC current value output from the power source so that the AC current flowing through the measurement target can be accurately detected. Since the positive-side internal resistance value R1 and the negative-side internal resistance value R2 of the laminated battery are obtained based on this alternating current, the positive-side internal resistance value R1 and the negative-side internal resistance value R2 of the operating laminated battery are determined as the state of the load device. Thus, the internal resistance value R of the entire laminated battery can be accurately measured.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams for explaining the mechanism of action and effect according to the second embodiment of the internal resistance measuring device of the laminated battery according to the present invention.
  • the AC potential difference detection units 521 and 522 and the power supply units 531 and 532 are connected to the fuel cell 1 through one path. However, in this embodiment, they are connected to the fuel cell 1 through different paths. I did it. This improves the detection accuracy of the internal resistance. The reason will be described below.
  • the potential Vx of the fuel cell 1 is expressed by the following equation.
  • the voltage Vi detected by the AC potential difference detection unit 521 is added with the error voltage corresponding to the wiring resistance Rw, the contact resistance Rc at the connection point, and the AC current to the potential Vx to be originally detected. Therefore, the measurement error err is expressed by the following equation.
  • the resistance Rx to be measured is generally large for a small battery or the like, the contact resistance Rc and the wiring resistance Rw can be ignored and there is no practical problem.
  • the contact resistance Rc and the wiring resistance Rw can be ignored and there is no practical problem.
  • for a large battery generally [wiring resistance Rw> measurement resistance Rx]. Become a relationship. In this case, it is necessary to connect to each stacked cell group by a four-terminal method.
  • the AC potential difference detection unit and the power supply unit are connected by different paths.
  • the contact resistance Rc and the wiring resistance Rw of the AC voltage detection line 501a act so as to divide the voltage Vx to be detected by the input resistance Ri of the AC potential difference detection unit 521.
  • FIG. 11 is a diagram showing a specific configuration of the second embodiment.
  • a part of the separator (bipolar plate) 12 of the power generation cell 10 constituting the fuel cell 1 is extended to provide a connection site.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a second embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the positive electrode side AC potential difference detection unit 521 is connected to the positive electrode side separator (bipolar plate) of the fuel cell 1 through the capacitor 511a.
  • the positive-side power source unit 531 is connected to the same separator (bipolar plate) as the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected via a capacitor 511 through a path 501 different from the path 501a of the positive-side AC potential difference detection unit 521. Connect to.
  • the negative electrode side AC potential difference detection unit 522 is connected to a separator (bipolar plate) on the negative electrode side of the fuel cell 1 through the capacitor 512a.
  • the negative-side power source unit 532 is connected to the same separator (bipolar plate) as the negative-side AC potential difference detection unit 522 is connected through a capacitor 512 through a path 502a different from the path 502a of the negative-side AC potential difference detection unit 522. Connect to.
  • the ground line 503 is connected to a separator (bipolar plate) in the middle of the fuel cell 1 through a capacitor 513. Further, the positive-side AC potential difference detecting unit 521 and the negative-side AC potential difference detecting unit 522 are connected to the same separator (bipolar plate) as the ground line 503 is connected through a capacitor 513a through a path 503a different from the ground line 503. Connect to.
  • the command signal of the AC adjustment unit 540 is proportional to the output signal in the positive power supply unit 531 and the negative power supply unit 532, and based on this command signal, the AC current value (I1, I2) is obtained.
  • the present embodiment it is possible to greatly reduce the influence of resistance variation due to the magnitude of wiring resistance or contact resistance, temperature, terminal surface oxidation, or the like. For this reason, the degree of freedom in designing the laminated battery side and the signal wiring is high, and the internal resistance of each laminated cell group can be accurately detected at low cost.
  • the circuit can be simplified.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a third embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the AC power supply unit 570 is connected to a separator (bipolar plate) in the middle of the fuel cell 1 via the capacitor 513. Further, the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected to the same separator (bipolar plate) as that to which the AC power supply unit 570 is connected through a capacitor 513a through a path 503a different from the path 503 of the AC power supply unit 570. .
  • the positive-side AC current detection unit 531a is connected to the positive-side AC potential difference detection unit 521 via a variable resistor Ra, a variable capacitor Ca, and a capacitor 511, and is connected to a path 501 different from the path 501a of the positive-side AC potential difference detection unit 521. Connect to the same separator (bipolar plate) as you do.
  • the negative-side AC current detection unit 532a is connected to the same separator (bipolar plate) to which the capacitor 512a is connected through the fixed resistor Rf and the capacitor 512 through a path 502 different from the path 502a of the capacitor 512a.
  • the alternating current detector 531a As 532a, a current-voltage conversion circuit using an OP amplifier, a current transformer (CT) AC current sensor, or the like can be used.
  • One end of the AC adjustment unit 540a is connected between the capacitor 511a and the positive-side AC potential difference detection unit 521. The other end is connected to the capacitor 512a.
  • the AC adjusting unit 540a can input the positive AC potential Va and the negative AC potential Vb of the fuel cell 1.
  • the AC adjustment unit 540a adjusts the variable resistor Ra and the variable capacitor Ca.
  • FIG. 14 is a control flowchart executed by a controller in the third embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • step S1 the controller determines whether or not the initial value has been set. If the determination result is negative (initial value has not been set), the controller proceeds to step S2. If the determination result is positive (initial value has been set), the controller proceeds to step S4. .
  • step S2 the controller sets the adjustment amount N of the variable resistor Ra and the adjustment amount M of the variable capacitor Ca.
  • 1 is set as an example.
  • step S3 the controller calculates a comparative potential difference Vp by subtracting the negative AC potential Vb from the positive AC potential Va.
  • step S4 the controller determines whether or not to adjust the variable resistance Ra. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S5, and if the determination result is negative, the controller proceeds to step S11.
  • step S5 the controller updates the variable resistance value Ra by adding the adjustment amount N to the resistance value Ra of the variable resistance.
  • step S6 the controller calculates a potential difference Vn by subtracting the negative AC potential Vb from the positive AC potential Va.
  • step S7 the controller determines whether or not the potential difference Vn is smaller than the comparison potential difference Vp. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S8. If the determination result is positive, the controller proceeds to step S9.
  • step S8 the controller reverses the polarity of the adjustment amount N and exits the process once.
  • step S9 the controller determines whether or not the potential difference Vn is minimized. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S10. If the determination result is negative, the controller temporarily exits the process.
  • step S10 the controller updates the comparison potential difference Vp with the potential difference Vn at that time.
  • step S11 the controller adds the adjustment amount M to the variable capacitor capacitance Ca to update the variable capacitor capacitance Ca.
  • step S12 the controller calculates a potential difference Vn by subtracting the negative AC potential Vb from the positive AC potential Va.
  • step S13 the controller determines whether or not the potential difference Vn is smaller than the comparison potential difference Vp. If the determination result is negative, the controller proceeds to step S14, and if the determination result is positive, the controller proceeds to step S15.
  • step S14 the controller reverses the polarity of the adjustment amount M and once exits the process.
  • step S15 the controller determines whether or not the potential difference Vn is minimized. If the determination result is affirmative, the controller proceeds to step S16. If the determination result is negative, the controller temporarily exits the process.
  • step S16 the controller updates the comparison potential difference Vp with the potential difference Vn at that time.
  • step S17 the controller calculates a resistance value based on the above-described equations (1-1) and (1-2).
  • initial values are set (S1 ⁇ S2 ⁇ S3).
  • variable resistance Ra is first adjusted.
  • the variable resistance value Ra is adjusted (S4), the potential difference Vn is calculated (S5). If the potential difference does not decrease, the polarity of the adjustment amount N is reversed (S8). Determine (S9).
  • the variable resistance value Ra is adjusted to the minimum value.
  • the comparison potential difference Vp is updated with the potential difference Vn at that time (S10).
  • variable capacitor capacity Ca is adjusted.
  • the variable capacitor capacitance Ca is adjusted (S11), the potential difference Vn is calculated (S12). If the potential difference does not decrease, the polarity of the adjustment amount M is reversed (S14). Determination is made (S15).
  • the variable capacitor capacitance Ca is adjusted to the minimum value.
  • the comparison potential difference Vp is updated with the potential difference Vn at that time (S16).
  • the AC voltage amplitudes at both ends of each stacked cell group are necessarily the same. Therefore, the same effects as those in the first embodiment and the second embodiment can be obtained. That is, since the alternating current value flowing through the internal resistance measurement target (fuel cell) matches the alternating current value output from the power source, the alternating current flowing through the measurement target can be accurately detected. And since internal resistance of a laminated battery is calculated
  • the AC potential difference detection unit may be provided on either the positive electrode side or the negative electrode side.
  • the AC potential difference detection unit 521 is provided on the positive electrode side. Therefore, the circuit can be simplified.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the AC power supply unit 570 is connected to a separator (bipolar plate) in the middle of the fuel cell 1 via the capacitor 513.
  • the positive-side AC potential difference detection unit 521 and the negative-side AC potential difference detection unit 522 are the same separator as the AC power supply unit 570 is connected to via the capacitor 513a through a path 503a different from the path 503 of the AC power supply unit 570. Connect to (bipolar plate).
  • the positive polarity inversion amplifier 540b is connected to the same separator (bipolar plate) as the positive AC potential difference detection unit 521 is connected via a capacitor 511 through a path 501 different from the path 501a of the positive AC potential difference detection unit 521. ).
  • the negative polarity-side inversion amplifier 540c is connected to the same separator (bipolar plate) as the negative-side AC potential difference detection unit 522 is connected via the capacitor 512 through a path 502 different from the path 502a of the negative-side AC potential difference detection unit 522. ).
  • the polarity inverting amplifier 540b As the 540c, an inverting amplifier circuit using an OP amplifier, a bootstrap circuit, an active noise cancellation circuit, or the like can be applied.
  • the alternating current flowing through each stacked cell group is detected by the alternating current detection units 531a and 532a, and the alternating voltage across the stacked cell group is detected by the alternating potential difference detection units 521 and 522 connected to the alternating voltage detection line.
  • the circuit can be simplified.
  • FIG. 16 is a diagram showing a fifth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • connection switch 580 In each of the above embodiments, one connection is made.
  • halfway points are sequentially switched. That is, the halfway point is sequentially switched by the connection switch 580.
  • the resistance of the currently connected cell can be calculated by comparing the current measured value with the previous measured value. Therefore, the internal resistance can be measured for each cell. This makes it possible to monitor internal resistance distribution in the stacking direction, local cell degradation, and the like.
  • FIG. 17 is a diagram showing a sixth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the AC potential difference detection unit and the power source unit are connected to a common separator (bipolar plate).
  • a common separator bipolar plate
  • it connects to another bipolar plate separated by at least one.
  • the positive power supply unit 531 is connected to the bipolar plate 501 on the positive electrode side of the fuel cell 1 through the capacitor 511.
  • the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected to a bipolar plate 501a different from the bipolar plate 501 through a capacitor 511a.
  • the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected to a bipolar plate 5031a different from the bipolar plate 503 to which the ground line is connected via a capacitor 5131a.
  • the negative electrode side power supply unit 532 is connected to the bipolar plate 502 on the negative electrode side of the fuel cell 1 through the capacitor 512.
  • the negative-side AC potential difference detection unit 522 is connected to a bipolar plate 502a different from the bipolar plate 502 via a capacitor 512a. Further, the negative AC potential difference detection unit 522 is connected to a bipolar plate 5032a different from the bipolar plate 503 to which the ground line is connected via a capacitor 5132a.
  • the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Since the space occupied by the connection terminals can be reduced, the size can be reduced.
  • the cell resistance between the bipolar plate 501 and the bipolar plate 501a, the cell resistance between the bipolar plate 502 and the bipolar plate 502a, the bipolar plate 503 and the bipolar plate 5031a The cell resistance between the two and the cell resistance between the bipolar plate 503 and the bipolar plate 5032a are both outside the range of AC voltage detection and cannot be detected.
  • the number of stacked layers is large, such as a large-sized stacked battery, or when the resistance variation between cells is uniform, there is no problem because the average cell resistance per cell can be obtained and corrected from the number of cells in the detection range. .
  • FIG. 19 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • the AC potential difference detection unit and the power supply unit are connected to a common separator (bipolar plate). Connect to bipolar plate.
  • the AC potential difference detection unit is provided only on the positive electrode side, and this positive electrode side AC potential difference detection unit is connected to the bipolar plate 5031a in FIG.
  • the AC potential difference detection unit connected to the bipolar plate 5032a in FIG. 17 is not necessary.
  • the AC voltage amplitudes at both ends of each stacked cell group are inevitably the same as in the third embodiment.
  • the AC current value flowing through the internal resistance measurement target matches the AC current value output from the power source, so that the AC current flowing through the measurement target can be accurately detected.
  • the internal resistance of a laminated battery is calculated
  • FIG. 20 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the internal resistance measuring device for a laminated battery according to the present invention.
  • This embodiment is basically the same as the fourth embodiment (FIG. 15). However, in the fourth embodiment (FIG. 15), the AC potential difference detection unit and the power supply unit (or AC current detection unit) are connected to a common separator (bipolar plate). Connect to a separate bipolar plate. A specific circuit diagram is shown in FIG.
  • the positive polarity inversion amplifier 540b is connected to the bipolar plate 501 on the positive side of the fuel cell 1 through the capacitor 511.
  • the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected to a bipolar plate 501a different from the bipolar plate 501 through a capacitor 511a.
  • the positive-side AC potential difference detection unit 521 is connected to a bipolar plate 5031a different from the bipolar plate 503 to which the ground line is connected via a capacitor 5131a.
  • the negative polarity polarity inverting amplifier 540 c is connected to the bipolar plate 502 on the negative polarity side of the fuel cell 1 through the capacitor 512.
  • the negative-side AC potential difference detection unit 522 is connected to a bipolar plate 502a different from the bipolar plate 502 via a capacitor 512a. Further, the negative AC potential difference detection unit 522 is connected to a bipolar plate 5032a different from the bipolar plate 503 to which the ground line is connected via a capacitor 5132a.
  • the polarity of the alternating voltage detected at the laminated battery output terminal is reversed and returned to the respective laminated battery output terminals, so that the alternating voltage amplitude at the laminated battery output terminal is It is forcibly canceled (zeroed).
  • the AC voltage amplitudes at both ends of the laminated battery become zero and become equipotential.
  • the alternating current flowing through each stacked cell group is detected by the alternating current detection units 531a and 532a, and the alternating voltage across the stacked cell group is detected by the alternating potential difference detection units 521 and 522 connected to the alternating voltage detection line. Therefore, according to the present embodiment, since the voltage comparison function by the AC adjustment unit 540 is unnecessary, the circuit can be simplified. Further, the space occupied by the connection terminals can be reduced, so that the size can be reduced.
  • a battery in which a resistor 2 is further connected in series may be used as an internal resistance measurement target.
  • the end of the resistor 2 in FIG. 21A is regarded as the positive electrode of the above embodiment
  • the positive electrode of the laminated battery 1 in FIG. 21A is regarded as a midpoint of the above embodiment
  • the end of the laminated battery 1 in FIG. 21A is regarded as a midpoint of the above embodiment
  • the negative electrode is regarded as the negative electrode of the above embodiment.
  • the internal resistance value of the entire laminated battery in FIG. 21A is obtained as R2. Even if it does in this way, the internal resistance value of the whole laminated battery can be measured correctly.
  • a battery in which a laminated battery 1-2 is further connected in series to the laminated battery 1-1 may be used as an internal resistance measurement target.
  • the positive electrode of the multilayer battery 1-1 is regarded as the positive electrode of the above embodiment
  • the midpoint between the multilayer battery 1-1 and the multilayer battery 1-2 is regarded as the midpoint of the above embodiment.
  • the negative electrode of the battery 1-2 is regarded as the negative electrode of the above embodiment.
  • the internal resistance value of the laminated battery 1-1 is obtained as R1
  • the internal resistance value of the laminated battery 1-2 is obtained as R2. Even in this way, the internal resistance values of the laminated battery 1-1 and the laminated battery 1-2 can be accurately measured.
  • a fuel cell is given as an example of a laminated battery, but a battery such as a lithium ion battery may be used. That is, it can be applied to any battery in which a plurality of power generation elements are stacked. Even with such a battery, it is desirable to be able to operate efficiently if the internal resistance can be measured.
  • halfway points may be sequentially switched as in the fifth embodiment. Even if it does in this way, the effect similar to 5th Embodiment can be acquired.

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Abstract

　積層電池の内部抵抗測定装置は、複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、調整された交流電流及び交流電位差に基づいて積層電池の抵抗を演算する抵抗演算部と、を含む。

Description

積層電池の内部抵抗測定装置
　この発明は、複数の発電要素が積層される積層電池の内部抵抗を測定する装置に関する。
　複数の発電要素が積層される積層電池では、内部抵抗をできるだけ正確に検出することが望ましい。たとえば燃料電池では、内部抵抗が判れば電解質膜の湿潤度が判る。内部抵抗が高ければ、電解質膜の湿潤度が低く乾燥気味である。内部抵抗が低ければ、電解質膜の湿潤度が高い。燃料電池では、電解質膜の湿潤度によって運転効率が変わる。そこで、内部抵抗に基づいて推定された電解質膜の湿潤度に応じて運転を制御することで、電解質膜の湿潤状態を常に最適に維持することができる。
　燃料電池の内部抵抗を測定する装置が、ＪＰ－２００９－１０９３７５－Ａに開示されている。
　しかしながら、ＪＰ－２００９－１０９３７５－Ａの装置は、電池から流れる負荷電流(直流)が必要であり、電池の運転中でなければ測定できなかった。また直流の大電流を制御する電子負荷装置で微小交流電流をも制御(通電制限)するので、極めて広いダイナミックレンジが要求される。そのため使用する部品や回路仕様が高価であった。
　本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、電池の運転中でなくても内部抵抗を測定可能であって安価な内部抵抗測定装置を提供することである。
　本発明のある態様の積層電池の内部抵抗測定装置は、複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部を含む。そしてさらに前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、前記調整された交流電流及び交流電位差に基づいて前記積層電池の抵抗を演算する抵抗演算部と、を含む。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
図１Ａは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する外観斜視図である。 図１Ｂは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池の発電セルの構造を示す分解図である。 図２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態を示す回路図である。 図３は、正極側直流遮断部５１１、負極側直流遮断部５１２、中途点直流遮断部５１３、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２の詳細について説明する図である。 図４は、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の詳細について説明する図である。 図５は、交流調整部５４０の詳細について説明する図である。 図６は、抵抗演算部５５０の詳細について説明する図である。 図７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。 図８は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の制御をコントローラーが実行したときのタイムチャートである。 図９は、第１実施形態の作用効果を説明するための図である。 図１０Ａは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。 図１０Ｂは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。 図１１は、第２実施形態の具体的な構成を示す図である。 図１２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態を示す回路図である。 図１３は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態を示す回路図である。 図１４は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。 図１５は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第４実施形態を示す回路図である。 図１６は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第５実施形態を示す図である。 図１７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第６実施形態を示す図である。 図１８は、第６実施形態の具体的な回路図である。 図１９は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第７実施形態を示す回路図である。 図２０は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第８実施形態を示す回路図である。 図２１Ａは、第１変形形態を示す図である。 図２１Ｂは、第２変形形態を示す図である。
（第１実施形態）
　図１Ａは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池を説明する外観斜視図である。図１Ｂは、本発明による内部抵抗測定装置を適用する積層電池の一例としての燃料電池の発電セルの構造を示す分解図である。
　図１Ａに示されるように、燃料電池スタック１は、積層された複数の発電セル１０と、集電プレート２０と、絶縁プレート３０と、エンドプレート４０と、４本のテンションロッド５０とを備える。
　発電セル１０は、燃料電池の単位セルである。各発電セル１０は、１ボルト(Ｖ)程度の起電圧を生じる。各発電セル１０の構成の詳細については後述する。
　集電プレート２０は、積層された複数の発電セル１０の外側にそれぞれ配置される。集電プレート２０は、ガス不透過性の導電性部材、たとえば緻密質カーボンで形成される。集電プレート２０は、正極端子２１１及び負極端子２１２を備える。また正極端子２１１及び負極端子２１２の間には、中途端子２１３が設けられる。燃料電池スタック１は、正極端子２１１及び負極端子２１２によって、各発電セル１０で生じた電子ｅ-が取り出されて出力する。
　絶縁プレート３０は、集電プレート２０の外側にそれぞれ配置される。絶縁プレート３０は、絶縁性の部材、たとえばゴムなどで形成される。
　エンドプレート４０は、絶縁プレート３０の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４０は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。
　一方のエンドプレート４０(図１Ａでは、左手前のエンドプレート４０)には、アノード供給口４１ａと、アノード排出口４１ｂと、カソード供給口４２ａと、カソード排出口４２ｂと、冷却水供給口４３ａと、冷却水排出口４３ｂとが設けられている。本実施形態では、アノード排出口４１ｂ、冷却水排出口４３ｂ及びカソード供給口４２ａは図中右側に設けられている。またカソード排出口４２ｂ、冷却水供給口４３ａ及びアノード供給口４１ａは図中左側に設けられている。
　テンションロッド５０は、エンドプレート４０の四隅付近にそれぞれ配置される。燃料電池スタック１は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にテンションロッド５０が挿通される。テンションロッド５０は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。テンションロッド５０は、発電セル１０同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッド５０にナット(奥にあるため図示されない)が螺合する。テンションロッド５０とナットとが燃料電池スタック１を積層方向に締め付ける。
　アノード供給口４１ａにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法などがある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどがある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどがある。また、カソード供給口４２ａに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。
　図１Ｂに示されるように、発電セル１０は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ)１１の両面に、アノードセパレーター(アノードバイポーラープレート)１２ａ及びカソードセパレーター(カソードバイポーラープレート)１２ｂが配置される構造である。
　ＭＥＡ１１は、イオン交換膜からなる電解質膜１１１の両面に電極触媒層１１２が形成される。この電極触媒層１１２の上にガス拡散層(Gas Diffusion Layer；ＧＤＬ)１１３が形成される。
　電極触媒層１１２は、たとえば白金が担持されたカーボンブラック粒子で形成される。
　ＧＤＬ１１３は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、たとえばカーボン繊維で形成される。
　アノード供給口４１ａから供給されたアノードガスは、このＧＤＬ１１３ａを流れてアノード電極触媒層１１２(１１２ａ)と反応し、アノード排出口４１ｂから排出される。
　カソード供給口４２ａから供給されたカソードガスは、このＧＤＬ１１３ｂを流れてカソード電極触媒層１１２(１１２ｂ)と反応し、カソード排出口４２ｂから排出される。
　アノードセパレーター１２ａは、ＧＤＬ１１３ａ及びシール１４ａを介してＭＥＡ１１の片面(図１Ｂの裏面)に重ねられる。カソードセパレーター１２ｂは、ＧＤＬ１１３ｂ及びシール１４ｂを介してＭＥＡ１１の片面(図１Ｂの表面)に重ねられる。シール１４(１４ａ，１４ｂ)は、たとえばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム(ethylene propylene diene monomer；ＥＰＤＭ)、フッ素ゴムなどのゴム状弾性材である。アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂは、たとえばステンレスなどの金属製のセパレーター基体がプレス成型されて、一方の面に反応ガス流路が形成され、その反対面に反応ガス流路と交互に並ぶように冷却水流路が形成される。図１Ｂに示すようにアノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂが重ねられて、冷却水流路が形成される。
　ＭＥＡ１１、アノードセパレーター１２ａ及びカソードセパレーター１２ｂには、それぞれ孔４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂが形成されており、これらが重ねられて、アノード供給口(アノード供給マニホールド)４１ａ、アノード排出口(アノード排出マニホールド)４１ｂ、カソード供給口(カソード供給マニホールド)４２ａ、カソード排出口(カソード排出マニホールド)４２ｂ、冷却水供給口(冷却水供給マニホールド)４３ａ及び冷却水排出口(冷却水排出マニホールド)４３ｂが形成される。
　図２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態を示す回路図である。
　内部抵抗測定装置５は、正極側直流遮断部５１１と、負極側直流遮断部５１２と、中途点直流遮断部５１３と、正極側交流電位差検出部５２１と、負極側交流電位差検出部５２２と、正極側電源部５３１と、負極側電源部５３２と、交流調整部５４０と、抵抗演算部５５０と、を含む。
　正極側直流遮断部５１１、負極側直流遮断部５１２、中途点直流遮断部５１３、正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２の詳細については、図３を参照して説明する。
　正極側直流遮断部５１１は、燃料電池１の正極端子２１１に接続される。負極側直流遮断部５１２は、燃料電池１の負極端子２１２に接続される。中途点直流遮断部５１３は、燃料電池１の中途端子２１３に接続される。なお中途点直流遮断部５１３は、図２で波線で示したように設けられなくてもよい。これらの直流遮断部は、直流を遮断するが、交流を流す。直流遮断部は、たとえばコンデンサーやトランスである。
　正極側交流電位差検出部５２１は、燃料電池１の正極端子２１１の交流電位Ｖａと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとを入力して交流電位差を出力する。負極側交流電位差検出部５２２は、燃料電池１の負極端子２１２の交流電位Ｖｂと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとを入力して交流電位差を出力する。正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２は、たとえば差動アンプ(計装アンプ)である。
　正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の詳細については、図４を参照して説明する。
　正極側電源部５３１は、たとえば、図４に示すようなオペアンプ(ＯＰアンプ)による電圧電流変換回路によって実現できる。この回路によれば、入力電圧Ｖｉに比例した電流Ｉｏが出力される。なおＩｏ＝Ｖｉ／Ｒｓであり、Ｒｓは電流センシング抵抗である。すなわち、この回路は、入力電圧Ｖｉで出力電流Ｉｏを調整可能な可変交流電流源である。
　この回路を使用すれば、出力電流Ｉｏを実測しなくても、出力電流Ｉｏを入力電圧Ｖｉ÷比例定数Ｒｓで求めることができる。また、出力が電流なので、電流経路にコンデンサーのような位相角が生じる素子が介在しても、積層セル群を流れる交流電流と電流源の出力とは同位相になる。さらには入力電圧Ｖｉとも同位相になる。したがって次段の抵抗算出において位相差を考慮する必要がなく回路が簡素である。さらに、電流経路中のコンデンサーのインピーダンスがばらついても、位相変化の影響を受けない。このようなことから、正極側電源部５３１として図４に示すような回路を用いることが好適である。負極側電源部５３２も同様である。
　交流調整部５４０の詳細については、図５を参照して説明する。
　交流調整部５４０は、たとえば、図５に示すようなＰＩ制御回路によって実現できる。交流調整部５４０は、正極側検波回路５４１１と、正極側減算器５４２１と、正極側積分回路５４３１と、正極側乗算器５４５１と、負極側検波回路５４１２と、負極側減算器５４２２と、負極側積分回路５４３２と、負極側乗算器５４５２と、基準電圧５４４と、交流信号源５４６と、を含む。
　正極側検波回路５４１１は、積層電池１の正極端子２１１に接続された正極側電源部５３１の配線上の交流電位Ｖａから不要信号を除去するとともに、直流信号に変換する。
　正極側減算器５４２１は、その直流信号と基準電圧５４４との差を検出する。正極側積分回路５４３１は、正極側減算器５４２１から出力された信号を平均化又は感度調節する。
　正極側乗算器５４５１は、交流信号源５４６の振幅を正極側積分回路５４３１の出力で変調する。
　交流調整部５４０は、このようにして、正極側電源部５３１への指令信号を生成する。また同様に交流調整部５４０は、負極側電源部５３２への指令信号を生成する。このように生成された指令信号に応じて正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２の出力が増減されることで、交流電位Ｖａ及びＶｂが共に所定のレベルに制御される。これにより交流電位Ｖａ及びＶｂは等電位になる。
　なおこの例ではアナログ演算ＩＣを例に回路構成を示しているが、交流電位Ｖａ(Ｖｂ)をＡＤ変換器でデジタル変換した後、デジタル制御回路で構成してもよい。
　抵抗演算部５５０の詳細については、図６を参照して説明する。
　抵抗演算部５５０は、ＡＤ変換器５５１と、マイコンチップ５５２と、を含む。
　ＡＤ変換器５５１は、アナログ信号である交流電流(Ｉ１，Ｉ２)及び交流電圧(Ｖ１，Ｖ２)をデジタル数値信号に変換し、マイコンチップ５５２に転送する。
　マイコンチップ５５２は、内部抵抗Ｒｎ及び積層電池全体の内部抵抗Ｒを算出するプログラムを予め記憶している。マイコンチップ５５２は、所定の微小時間間隔で順次演算し、又はコントローラー６の要求に応じて、演算結果を出力する。なお内部抵抗Ｒｎ及び積層電池全体の内部抵抗Ｒは、次式で演算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　抵抗演算部５５０は、アナログ演算ＩＣを用いたアナログ演算回路で実現してもよい。アナログ演算回路によれば、時間的に連続した抵抗値変化を出力することができる。
　図７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第１実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
　ステップＳ１においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行する。
　ステップＳ２においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行する。
　ステップＳ３においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を下げる。これによって正極交流電位Ｖａが下がる。
　ステップＳ４においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を維持する。これによって正極交流電位Ｖａが維持される。
　ステップＳ５においてコントローラーは、正極側電源部５３１の出力を上げる。これによって正極交流電位Ｖａが上がる。
　ステップＳ６においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも大きいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ７へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ８へ処理を移行する。
　ステップＳ７においてコントローラーは、負極の交流電位Ｖｂが所定値よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ９へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行する。
　ステップＳ８においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を下げる。これによって負極交流電位Ｖｂが下がる。
　ステップＳ９においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を維持する。これによって負極交流電位Ｖｂが維持される。
　ステップＳ１０においてコントローラーは、負極側電源部５３２の出力を上げる。これによって負極交流電位Ｖｂが上がる。
　ステップＳ１１においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａ及び負極交流電位Ｖｂが所定値であるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が否であれば処理を抜ける。
　ステップＳ１２においてコントローラーは、上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する。
　図８は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の制御をコントローラーが実行したときのタイムチャートである。
　なおフローチャートとの対応が判りやすくなるようにステップ番号を併記する。
　図８の初期は、正極側の内部抵抗値Ｒ１が高く、負極側の内部抵抗値Ｒ２が低い状態である(図８Ａ)。このような状態でコントローラーが制御を開始する。
　時刻ｔ０では、正極交流電位Ｖａも負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達していない(図８Ｃ)。この状態では、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側交流電流Ｉ１及び負極側交流電流Ｉ２が増大する(図８Ｂ)。
　時刻ｔ１で正極交流電位Ｖａが制御レベルに達したら(図８Ｃ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１０→Ｓ１１を繰り返す。これによって正極側交流電流Ｉ１が維持されるとともに、負極側交流電流Ｉ２は増大する(図８Ｂ)。
　時刻ｔ２で負極交流電位Ｖｂも制御レベルに達して正極交流電位Ｖａと同レベルになったら(図８Ｃ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を処理する。これによって正極側交流電流Ｉ１及び負極側交流電流Ｉ２が維持される。そして式(1-1)に基づいて、正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２が演算される。そして正極側内部抵抗値Ｒ１と負極側内部抵抗値Ｒ２とが足し合わされて全体の内部抵抗Ｒが求められる。
　時刻ｔ３以降は燃料電池の湿潤状態が変化するなどして負極側内部抵抗値Ｒ２が上昇している(図８Ａ)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで負極側内部抵抗値Ｒ２が上昇に合わせて負極側交流電流Ｉ２を下げるので、負極交流電位は正極交流電位と同レベルに維持される。したがってこの状態でも内部抵抗が演算される。
　時刻ｔ４以降は負極側内部抵抗値が正極側内部抵抗値に一致するようになる(図８Ａ)。この場合には、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１１→Ｓ１２を繰り返す。このように処理することで正極側交流電位と負極側交流電位とが同レベルに維持され(図８Ｃ)、内部抵抗が演算される。
　図９は、第１実施形態の作用効果を説明するための図である。
　積層電池(燃料電池)が出力中は、正極及び負極の電位に差(直流電位差Ｖｄｃ)が生じる。そして本実施形態では、交流調整部５４０の指令に応じて正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２から交流電流を出力する。
　正極側電源部５３１から出力された交流電流は、正極側直流遮断部５１１を介して、積層電池(燃料電池)の正極に出力され、中途端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して正極側交流電位差検出部５２１に流れる。このとき内部抵抗及び供給電流に応じた交流電位差Ｖ１(Ｖ１＝Ｖａ－Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ１が正極側交流電位差検出部５２１で検出される。
　負極側電源部５３２から出力された交流電流は、負極側直流遮断部５１２を介して、積層電池(燃料電池)の負極に出力され、中途端子２１３及び中途点直流遮断部５１３を介して負極側交流電位差検出部５２２に流れる。このとき内部抵抗及び供給電流に応じた交流電位差Ｖ２(Ｖ２＝Ｖｂ－Ｖｃ)が生じる。この交流電位差Ｖ２が負極側交流電位差検出部５２２で検出される。
　交流調整部５４０は、積層電池(燃料電池)の正極側交流電位差Ｖ１と負極側交流電位差Ｖ２との差(Ｖ１－Ｖ２；Ｖａ－Ｖｂに等しい)が常に小さくなるように、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２を調節する。
　なお積層電池(燃料電池)が出力中は、図９に示すように、正極及び負極の直流電位に交流成分が重畳されるが、この交流成分は、交流調整部５４０で同じになるように調整されているので、直流電位差Ｖｄｃは変動せず一定である。
　そして抵抗演算部５５０において、正極側交流電位差検出部５２１の出力Ｖ１及び負極側交流電位差検出部５２２の出力Ｖ２と、正極側電源部５３１の交流電流Ｉ１及び負極側電源部５３２の交流電流Ｉ２と、にオームの法則を適用して、燃料電池１の正極側の内部抵抗Ｒ１及び負極側の内部抵抗Ｒ２を算出する。
　このように本実施形態によれば、正極端子２１１及び負極端子２１２の交流電位が同じになる。そのため正極端子２１１及び負極端子２１２に負荷装置(走行用モーターなど)が接続されていても、その負荷装置に交流電流が漏洩してしまうことを抑制できる。
　これにより内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。この交流電流に基づいて積層電池の正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２を求めるので、稼働中の積層電池の正極側内部抵抗値Ｒ１及び負極側内部抵抗値Ｒ２を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができ、さらには積層電池全体の内部抵抗値Ｒを正確に測定することができる。
　また本実施形態では、電源部を使用するので、積層電池(燃料電池)が停止中であっても内部抵抗を測定できるのである。
　（第２実施形態）
　図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態による作用効果のメカニズムを説明する図である。
　第１実施形態では、交流電位差検出部５２１，５２２及び電源部５３１，５３２をひとつの経路で燃料電池１に接続していたが、本実施形態では、それぞれ別の経路で燃料電池１に接続するようにした。これによって内部抵抗の検出精度が向上する。以下ではその理由を説明する。
　図１０Ａに示すように、交流電位差検出部及び電源部をひとつの経路で接続すると、燃料電池１の電位Ｖｘは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　これに対して、交流電位差検出部５２１で検出される電圧Ｖｉは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように、交流電位差検出部５２１で検出される電圧Ｖｉには、本来検出したい電位Ｖｘに、配線抵抗Ｒｗ及び接続点の接触抵抗Ｒｃと交流電流とに応じた誤差電圧が加算される。したがって測定誤差ｅｒｒは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　小型電池などであれば一般的に測定対象抵抗Ｒｘが大きいので、接触抵抗Ｒｃ及び配線抵抗Ｒｗを無視でき実用上問題ないが、大型電池では一般的に〔配線抵抗Ｒｗ＞測定対象抵抗Ｒｘ〕の関係になる。この場合は各積層セル群に対して四端子法で接続する必要がある。
　そこで本実施形態では、図１０Ｂに示すように、交流電位差検出部及び電源部をそれぞれ別の経路で接続する。このように構成すれば、交流電圧検出線５０１ａの接触抵抗Ｒｃ及び配線抵抗Ｒｗは、検出したい電圧Ｖｘを交流電位差検出部５２１の入力抵抗Ｒｉで分圧するように作用する。一般的には交流電位差検出部５２１の入力抵抗Ｒｉは配線抵抗Ｒｗや接触抵抗Ｒｃに対して非常に大きい（Ｒｉ≫（Ｒｗ＋Ｒｃ））。したがって、このように構成することで、測定誤差ｅｒｒは、次式で表され、無視できるほど小さくなり、Ｖｉ＝Ｖｘと見なすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図１１は、第２実施形態の具体的な構成を示す図である。
　燃料電池１を構成する発電セル１０のセパレーター(バイポーラープレート)１２の一部を延設して接続部位を設ける。
　図１２は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第２実施形態を示す回路図である。
　正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して燃料電池１の正極側のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。正極側電源部５３１は、コンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介して燃料電池１の負極側のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。負極側電源部５３２は、コンデンサー５１２を介して、負極側交流電位差検出部５２２の経路５０２ａとは別の経路５０２で、負極側交流電位差検出部５２２が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　接地線５０３は、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３ａを介して、接地線５０３とは別の経路５０３ａで、接地線５０３が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　また本実施形態では、交流調整部５４０の指令信号が正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２に出力信号と比例関係にあることに着目し、この指令信号に基づいて交流電流値(Ｉ１，Ｉ２)を得るようにしてある。
　本実施形態によれば、配線抵抗や接触抵抗の大きさや、あるいは温度や、端子表面酸化などによる抵抗変動の影響を大幅に低減することができる。そのため、積層電池側と信号配線との設計自由度が高く、安価に各積層セル群の内部抵抗を正確に検出することができる。
　また交流電流値(Ｉ１，Ｉ２)を実測する必要がないので、回路を簡素化できる。
　（第３実施形態）
　図１３は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態を示す回路図である。
　本実施形態では、交流電源部５７０が、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３ａを介して、交流電源部５７０の経路５０３とは別の経路５０３ａで、交流電源部５７０が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　正極側交流電流検出部５３１ａは、可変抵抗Ｒａ，可変コンデンサーＣａ及びコンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　負極側交流電流検出部５３２ａは、固定抵抗Ｒｆ及びコンデンサー５１２を介して、コンデンサー５１２ａの経路５０２ａとは別の経路５０２で、コンデンサー５１２ａが接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。なお交流電流検出部５３１ａ．５３２ａとしては、ＯＰアンプによる電流電圧変換回路やカレントトランス方式（ＣＴ）の交流電流センサーなどが使用できる。
　交流調整部５４０ａは、一端がコンデンサー５１１ａ及び正極側交流電位差検出部５２１の間に接続される。また他端がコンデンサー５１２ａに接続される。これによって交流調整部５４０ａは、燃料電池１の正極交流電位Ｖａ及び負極交流電位Ｖｂを入力できる。そして交流調整部５４０ａは、可変抵抗Ｒａ及び可変コンデンサーＣａを調整する。
　図１４は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第３実施形態におけるコントローラーが実行する制御フローチャートである。
　ステップＳ１においてコントローラーは、初期値設定が済んでいるか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否(初期値設定が済んでいない)であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯(初期値設定が済んでいる)であればステップＳ４へ処理を移行する。
　ステップＳ２においてコントローラーは、可変抵抗Ｒａの調整量Ｎ及び可変コンデンサーＣａの調整量Ｍを設定する。ここでは一例としてそれぞれ１を設定している。
　ステップＳ３においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して比較電位差Ｖｐを算出する。
　ステップＳ４においてコントローラーは、可変抵抗Ｒａを調整するか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行し、判定結果が否であればステップＳ１１へ処理を移行する。
　ステップＳ５においてコントローラーは、可変抵抗の抵抗値Ｒａに調整量Ｎを加算して可変抵抗値Ｒａを更新する。
　ステップＳ６においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して電位差Ｖｎを算出する。
　ステップＳ７においてコントローラーは、電位差Ｖｎが比較電位差Ｖｐよりも小さくなったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ８へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ９へ処理を移行する。
　ステップＳ８においてコントローラーは、調整量Ｎの極性を反転し、一旦処理を抜ける。
　ステップＳ９においてコントローラーは、電位差Ｖｎが最小になったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１０へ処理を移行し、判定結果が否であれば、一旦処理を抜ける。
　ステップＳ１０においてコントローラーは、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する。
　ステップＳ１１においてコントローラーは、可変コンデンサーの容量Ｃａに調整量Ｍを加算して可変コンデンサー容量Ｃａを更新する。
　ステップＳ１２においてコントローラーは、正極交流電位Ｖａから負極交流電位Ｖｂを減算して電位差Ｖｎを算出する。
　ステップＳ１３においてコントローラーは、電位差Ｖｎが比較電位差Ｖｐよりも小さくなったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ１４へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１５へ処理を移行する。
　ステップＳ１４においてコントローラーは、調整量Ｍの極性を反転し、一旦処理を抜ける。
　ステップＳ１５においてコントローラーは、電位差Ｖｎが最小になったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が肯であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が否であれば、一旦処理を抜ける。
　ステップＳ１６においてコントローラーは、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する。
　ステップＳ１７においてコントローラーは、上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する。
　以上のフローチャートが実行されると以下のように動作する。
　最初は初期値を設定する(Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３)。
　次サイクルでは、まず可変抵抗Ｒａを調整する。可変抵抗値Ｒａを調整して(Ｓ４)、電位差Ｖｎを算出し(Ｓ５)、電位差が小さくならなければ調整量Ｎの極性を反転し(Ｓ８)、電位差が小さくなれば最小値か否かを判定する(Ｓ９)。最小値になるまで同様の処理(Ｓ１→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８又はＳ９)を繰り返すことで、可変抵抗値Ｒａが最小値に調整される。そして可変抵抗値Ｒａが最小値に調整されたら、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する(Ｓ１０)。
　次サイクルでは、可変コンデンサー容量Ｃａを調整する。可変コンデンサー容量Ｃａを調整して(Ｓ１１)、電位差Ｖｎを算出し(Ｓ１２)、電位差が小さくならなければ調整量Ｍの極性を反転し(Ｓ１４)、電位差が小さくなれば最小値か否かを判定する(Ｓ１５)。最小値になるまで同様の処理(Ｓ１→Ｓ４→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４又はＳ１５)を繰り返すことで、可変コンデンサー容量Ｃａが最小値に調整される。そして可変コンデンサー容量Ｃａが最小値に調整されたら、その時点の電位差Ｖｎで比較電位差Ｖｐを更新する(Ｓ１６)。
　そして上述の式(1-1)(1-2)に基づいて抵抗値を演算する(Ｓ１７)。
　本実施形態のようにすれば、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになる。そのため、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。そしてこの交流電流に基づいて積層電池の内部抵抗を求めるので、稼働中の積層電池の内部抵抗を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができる。
　さらに本実施形態によれば、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになるので、交流電位差検出部は正極側及び負極側のいずれか一方に設ければよい。なお本実施形態では、正極側に交流電位差検出部５２１を設けた。したがって、回路を簡素にすることができる。
　（第４実施形態）
　図１５は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第４実施形態を示す回路図である。
　本実施形態では、第３実施形態と同様に、交流電源部５７０が、コンデンサー５１３を介して燃料電池１の中途点のセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。また正極側交流電位差検出部５２１及び負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３ａを介して、交流電源部５７０の経路５０３とは別の経路５０３ａで、交流電源部５７０が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　正極側極性反転アンプ５４０ｂは、コンデンサー５１１を介して、正極側交流電位差検出部５２１の経路５０１ａとは別の経路５０１で、正極側交流電位差検出部５２１が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。
　負極側極性反転アンプ５４０ｃは、コンデンサー５１２を介して、負極側交流電位差検出部５２２の経路５０２ａとは別の経路５０２で、負極側交流電位差検出部５２２が接続するのと同じセパレーター(バイポーラープレート)に接続する。なお極性反転アンプ５４０ｂ．５４０ｃとしては、ＯＰアンプによる反転増幅回路、ブートストラップ回路、アクティブノイズキャンセル回路などが応用できる。
　このように構成すれば、積層電池出力端で検出される交流電圧の極性が反転されてそれぞれの積層電池出力端子に戻されるので、積層電池出力端の交流電圧振幅が強制的に相殺(零化)される。これによって、積層電池両端の交流電圧振幅は共に零になって等電位になる。
　また各々の積層セル群に流れる交流電流は、交流電流検出部５３１ａ，５３２ａで検出され、積層セル群両端の交流電圧は交流電圧検出線に接続した交流電位差検出部５２１，５２２で検出される。
　したがって、本実施形態によれば、交流調整部５４０による電圧比較機能が不要であるので、回路を簡素化できる。
　（第５実施形態）
　図１６は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第５実施形態を示す図である。
　上記各実施形態では、ひとつの中途に接続した。これに対して、本実施形態では、中途点を順次切り替える。すなわち接続切替器５８０で中途点を順次切り替えるようにした。
　このようにすれば、現在の測定値と一つ前の測定値とを比較することで、現在接続されているセルの抵抗を算出することができる。したがって、各セル毎に内部抵抗を測定することができる。これによって積層方向の内部抵抗分布や局所的なセルの劣化などをモニタすることができる。
　（第６実施形態）
　図１７は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第６実施形態を示す図である。
　上記各実施形態では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続した。これに対して、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。具体的な回路図を図１８に示す。
　正極側電源部５３１は、コンデンサー５１１を介して、燃料電池１の正極側のバイポーラープレート５０１に接続する。正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して、バイポーラープレート５０１とは異なるバイポーラープレート５０１ａに接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３１ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３１ａに接続する。
　負極側電源部５３２は、コンデンサー５１２を介して、燃料電池１の負極側のバイポーラープレート５０２に接続する。負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介してバイポーラープレート５０２とは異なるバイポーラープレート５０２ａに接続する。また負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３２ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３２ａに接続する。
　本実施形態によっても、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。なお本実施形態の場合は、バイポーラープレート５０１とバイポーラープレート５０１ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０２とバイポーラープレート５０２ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０３とバイポーラープレート５０３１ａとの間のセル抵抗、バイポーラープレート５０３とバイポーラープレート５０３２ａとの間のセル抵抗は、いずれも交流電圧検出の範囲外となり検出できない。しかしながら、大型積層電池などのように積層枚数が多い場合や、セル間の抵抗ばらつきが揃っている場合には、検出範囲のセル枚数から１セル当たりの平均セル抵抗を求めて補正できるので問題ない。
　（第７実施形態）
　図１９は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第７実施形態を示す回路図である。
　本実施形態を回路図で示すと、第３実施形態(図１３)と同じになる。ただし、第３実施形態では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続するようにしたが、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。なお本実施形態では、交流電位差検出部は正極側にのみ設け、この正極側交流電位差検出部を図１７のバイポーラープレート５０３１ａに接続する。図１７のバイポーラープレート５０３２ａに接続する交流電位差検出部は不要である。
　このようにすれば、第３実施形態と同様に、各積層セル群両端の交流電圧振幅が必然的に同じになる。そのため、内部抵抗測定対象(燃料電池)に流れる交流電流値と、電源から出力する交流電流値と、が一致するので、測定対象へ流れる交流電流を正確に検知することができる。そしてこの交流電流に基づいて積層電池の内部抵抗を求めるので、稼働中の積層電池の内部抵抗を負荷装置の状態の影響を受けずに正確に測定することができる。また接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。
　（第８実施形態）
　図２０は、本発明による積層電池の内部抵抗測定装置の第８実施形態を示す回路図である。
　本実施形態では、基本的には第４実施形態(図１５)と同様である。ただし、第４実施形態(図１５)では、交流電位差検出部及び電源部(又は交流電流検出部)を共通のセパレーター(バイポーラープレート)に接続したのに対して、本実施形態では、少なくともひとつ隔てた別のバイポーラープレートに接続する。具体的な回路図を図２０に示す。
　正極側極性反転アンプ５４０ｂは、コンデンサー５１１を介して、燃料電池１の正極側のバイポーラープレート５０１に接続する。正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１１ａを介して、バイポーラープレート５０１とは異なるバイポーラープレート５０１ａに接続する。また正極側交流電位差検出部５２１は、コンデンサー５１３１ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３１ａに接続する。
　負極側極性反転アンプ５４０ｃは、コンデンサー５１２を介して、燃料電池１の負極側のバイポーラープレート５０２に接続する。負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１２ａを介してバイポーラープレート５０２とは異なるバイポーラープレート５０２ａに接続する。また負極側交流電位差検出部５２２は、コンデンサー５１３２ａを介して、接地線が接続するバイポーラープレート５０３とは異なるバイポーラープレート５０３２ａに接続する。
　このようにすれば、第４実施形態と同様に、積層電池出力端で検出される交流電圧の極性が反転されてそれぞれの積層電池出力端子に戻されるので、積層電池出力端の交流電圧振幅が強制的に相殺(零化)される。これによって、積層電池両端の交流電圧振幅は共に零になって等電位になる。また各々の積層セル群に流れる交流電流は、交流電流検出部５３１ａ，５３２ａで検出され、積層セル群両端の交流電圧は交流電圧検出線に接続した交流電位差検出部５２１，５２２で検出される。したがって、本実施形態によれば、交流調整部５４０による電圧比較機能が不要であるので、回路を簡素化できる。また接続端子の占有スペースを狭くできるので小型化できる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　たとえば、図２１Ａのように、積層電池１にさらに抵抗２を直列接続したものを内部抵抗測定対象としてもよい。このような場合であれば、図２１Ａの抵抗２の端部を上記実施形態の正極と捉え、図２１Ａの積層電池１の正極を上記実施形態の中途点と捉え、図２１Ａの積層電池１の負極を上記実施形態の負極と捉える。このようにすれば、図２１Ａの積層電池全体の内部抵抗値がＲ２として求まる。このようにしても、積層電池全体の内部抵抗値を正確に測定することができる。
　また図２１Ｂのように、積層電池１－１にさらに積層電池１－２を直列接続したものを内部抵抗測定対象としてもよい。このような場合であれば、積層電池１－１の正極を上記実施形態の正極と捉え、積層電池１－１と積層電池１－２との中途点を上記実施形態の中途点と捉え、積層電池１－２の負極を上記実施形態の負極と捉える。このようにすれば、積層電池１－１の内部抵抗値がＲ１として求まり、積層電池１－２の内部抵抗値がＲ２として求まる。このようにしても、積層電池１－１及び積層電池１－２のそれぞれの内部抵抗値を正確に測定することができる。
　さらに上記説明においては、積層電池の一例として燃料電池を挙げたが、リチウムイオン電池などの電池であってもよい。すなわち発電要素が複数積層される電池であれば適用できる。そのような電池であっても内部抵抗が測定できれば効率的な運転ができ望ましい。
　さらにまた図１７のような構成において、第５実施形態のように中途点を順次切り替えるようにしてもよい。このようにしても第５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
　本願は、２０１０年１２月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－２７５６３８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (12)

  1. 　複数の発電要素が積層される積層電池を少なくとも含む内部抵抗測定対象に接続されて、内部抵抗測定対象に交流電流を出力する交流電源部と、
    　前記内部抵抗測定対象の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記内部抵抗測定対象の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する交流調整部と、
    　前記調整された交流電流及び交流電位差に基づいて前記積層電池の抵抗を演算する抵抗演算部と、
    を含む積層電池の内抵抗測定装置。
  2. 　請求項１に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記内部抵抗測定対象は、前記積層電池であって、
    　前記交流調整部は、前記積層電池の正極側の負荷装置に接続される部分の電位から中途部分の電位を引いて求めた電位差である正極側交流電位差と、前記積層電池の負極側の負荷装置に接続される部分の電位から前記中途部分の電位を引いて求めた電位差である負極側交流電位差と、が一致するように交流電流を調整する、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記交流電源部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する正極側電源部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象に交流電流を出力する負極側電源部と、を含み、
    　前記交流調整部は、前記正極側交流電位差と前記負極側交流電位差とが一致するように、前記正極側電源部及び前記負極側電源部を調整する、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  4. 　請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分には、前記正極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分には、前記負極側電源部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続されるとともに、その接続経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  5. 　請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分には、接地線が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  6. 　請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の一方に直流遮断部を介して接続される可変抵抗及び可変コンデンサーと、
    　前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分及び負極側接続部分の他方に直流遮断部を介して接続される固定抵抗と、
    　前記正極側接続部分又は前記負極側接続部分のいずれか一方と前記中途部分とに直流遮断部を介して接続されて、前記正極側交流電位差又は前記負極側交流電位差を検出する交流電位差検出器と、
    を含み、
    　前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
    　前記交流調整部は、前記正極側交流電位と前記負極側交流電位とが一致するように、前記可変抵抗及び可変コンデンサーを調整する、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  7. 　請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の一方が接続される経路とは異なる経路が、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分には、前記可変抵抗及び前記固定抵抗の他方が接続される経路とは異なる経路が、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力するように直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  8. 　請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位を前記交流調整部に出力する経路が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  9. 　請求項１又は請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記交流電源部は、前記中途部分に直流遮断部を介して接続されて中途部分に交流電流を出力し、
    　前記交流調整部は、前記内部抵抗測定対象の正極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の正極側接続部分の電位をゼロする正極側調整部と、前記内部抵抗測定対象の負極側接続部分に直流遮断部を介して接続されて内部抵抗測定対象の負極側接続部分の電位をゼロにする負極側調整部と、を含む、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  10. 　請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分には、前記正極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分には、前記負極側調整部が接続される経路とは異なる経路で前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分には、前記交流電源部が接続される経路とは異なる経路で前記正極側交流電位差検出器及び前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  11. 　請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記正極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記正極側交流電位差を検出する正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記負極側接続部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた部分には、前記負極側交流電位差を検出する負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた正極側の部分には、前記正極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続され、
    　前記中途部分から少なくともひとつの発電要素を隔てた負極側の部分には、前記負極側交流電位差検出器が直流遮断部を介して接続される、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
  12. 　請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の積層電池の内部抵抗測定装置において、
    　前記中途部分を順次切り替える接続切替変更器をさらに含む、
    積層電池の内部抵抗測定装置。
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