WO2014046028A1 - 積層電池の内部抵抗測定回路 - Google Patents

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WO2014046028A1
WO2014046028A1 PCT/JP2013/074811 JP2013074811W WO2014046028A1 WO 2014046028 A1 WO2014046028 A1 WO 2014046028A1 JP 2013074811 W JP2013074811 W JP 2013074811W WO 2014046028 A1 WO2014046028 A1 WO 2014046028A1
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circuit
internal resistance
current
substrate
laminated
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PCT/JP2013/074811
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English (en)
French (fr)
Inventor
酒井　政信
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/18—Screening arrangements against electric or magnetic fields, e.g. against earth's field
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables

Definitions

  • the present invention relates to an internal resistance measurement circuit for a laminated battery.
  • a circuit board that is connected to a voltage detection line for detecting the voltage of a plurality of stacked single cells and on which a processing circuit for monitoring and processing the cell voltage is mounted is known (JP 2004-127776A).
  • a current is applied to a laminated battery configured by laminating a plurality of single cells, and the internal resistance of the laminated battery is measured based on the potential of the predetermined part of the laminated battery to which the current is applied and the applied current.
  • a magnetic field line of magnetic force generated from the circuit to which current is applied acts on the detection voltage of the internal resistance measurement circuit, resulting in an error.
  • An object of the present invention is to make it difficult for a magnetic field generated from a circuit to which a current is applied to affect the detection value of the internal resistance measurement circuit in a circuit that measures the internal resistance of the laminated battery by applying a current to the laminated battery.
  • An internal resistance measuring circuit of a laminated battery applies a current to a laminated battery configured by laminating a plurality of single cells, and applies a potential of a predetermined portion of the laminated battery to which the current is applied and the applied voltage. Based on the current, the internal resistance of the laminated battery is measured.
  • the magnetic flux from the source circuit to the sense circuit is between the source circuit that applies current to the multilayer battery and the sense circuit that measures the potential of a predetermined portion of the multilayer battery to which the current is applied.
  • the shielding part for shielding was provided.
  • FIG. 1A is a perspective view illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which the internal resistance measurement circuit of the laminated battery in the first embodiment is applied.
  • FIG. 1B is an exploded view showing the internal structure of the fuel cell shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an internal resistance measurement circuit of the laminated battery.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the positive-side DC blocking unit, the negative-side DC blocking unit, the midpoint DC blocking unit, the positive-side AC potential difference detection unit, and the negative-side AC potential difference detection unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the positive power supply unit and the negative power supply unit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of the AC adjustment unit.
  • FIG. 1A is a perspective view illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which the internal resistance measurement circuit of the laminated battery in the first embodiment is applied.
  • FIG. 1B is an
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of the resistance calculation unit.
  • FIG. 7A is a perspective view of an internal resistance measurement circuit and a fuel cell stack in the present embodiment.
  • FIG. 7B is a side view of the internal resistance measurement circuit and the fuel cell stack shown in FIG. 7A as viewed from the side.
  • FIG. 8 is a diagram showing a winding method in which the current loop line is an even number winding of two or more turns and the winding direction is reversed at the midpoint of the winding number.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a portion that combines a part of the cell voltage detection line of the voltage detection circuit and a part of the voltage detection line of the positive side AC potential difference detection unit and the negative side AC potential difference detection unit of the sense circuit.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method of arranging the source circuit and the sense circuit when the voltage detection tab 60 is provided on the side surface of the fuel cell stack.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams illustrating a fuel cell as an example of a laminated battery to which the internal resistance measurement circuit of the laminated battery according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 1A is an external perspective view
  • FIG. 1B is a power generation cell.
  • a voltage detection tab 60 for taking out a voltage detection line for detecting the voltage of each power generation cell is provided on the upper surface of the fuel cell stack 1, but is omitted in FIG. 1A.
  • 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 extracts and outputs the 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 drawing.
  • 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 overlaid 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 metal separator base such as stainless steel so that a reaction gas channel is formed on one surface and alternately arranged with the 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 respectively formed with holes 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, which are stacked to be 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 of the internal resistance measurement circuit of the laminated battery.
  • 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, the alternating current flowing through the stacked cell group and the output of the current source have the same phase even if an element having a phase angle such as a capacitor is interposed in the current path. 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 detection circuit 5411, a positive subtractor 5421, a positive integration circuit 5431, a positive multiplier 5451, a negative detection circuit 5412, a negative subtractor 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 (ADC) 551 and a microcomputer chip (CPU) 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 of each power generation cell 10 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.
  • the above-described internal resistance measurement circuit for a stacked battery includes a source circuit for supplying an alternating current to the fuel cell stack 1 and an alternating current for the fuel cell stack 1 in order to measure the internal resistance R of the fuel cell stack 1 that is a stacked battery.
  • the source circuit includes at least a positive power supply unit 531 and a negative power supply unit 532.
  • the sense circuit includes at least a positive-side AC potential difference detection unit 521, a negative-side AC potential difference detection unit 522, an AC adjustment unit 540, and a resistance calculation unit 550.
  • the mounting positions of the source circuit and the sense circuit are determined so that the magnetic field generated by the current flowing in the source circuit does not affect the detection voltage of the sense circuit.
  • FIG. 7A is a perspective view of the internal resistance measurement circuit and the fuel cell stack 1 in the present embodiment.
  • each of the source circuit and the sense circuit is connected to the voltage detection tab 60 of the power generation cell connected to each terminal in order to connect to the positive terminal 211, the negative terminal 212, and the midway terminal 213 described above. An example is shown.
  • FIG. 7A shows the fuel cell stack 1, internal resistances R1 and R2, a substrate 51, a positive power supply unit 531 and a negative power supply unit 532, a substrate 52, a positive AC potential difference detection unit 521 and a negative AC.
  • a potential difference detection unit 522 is shown.
  • FIG. 7B is a side view of the internal resistance circuit and the fuel cell stack 1 shown in FIG. 7A as viewed from the side.
  • pillars are provided at both ends in the direction in which the voltage detection tabs 60 of the fuel cell stack 1 are arranged, and the substrate 51 and the substrate 52 are placed on the upper surface of the fuel cell stack 1 by the pillars. Are provided at predetermined intervals.
  • the substrate 51 and the substrate 52 may be provided directly on the upper surface of the fuel cell stack 1.
  • a voltage detection tab 60 for taking out a voltage detection line for detecting the voltage of each power generation cell is provided in the middle of the fuel cell stack 1 on the upper surface of the surface of the fuel cell stack 1. It is provided in a row.
  • FIG. 7A only three voltage detection tabs 60 necessary for the description of the present embodiment are shown for easy understanding, and the voltage detection tabs of other power generation cells are omitted.
  • the substrate 51 on which the source circuit is mounted and the substrate 52 on which the sense circuit is mounted are arranged at predetermined intervals on both sides of the voltage detection tab 60.
  • FIG. 7A shows current loops 61 and 62 of current flowing in the source circuit, and current loops 63 and 64 of current flowing in the sense circuit.
  • the current loop 61 is based on the current output from the positive power supply unit 531, and the current loop 62 is based on the current output from the negative power supply unit 532.
  • the current loop 63 is a loop of current flowing through the positive electrode terminal 211, the midway terminal 213, and the positive side AC potential difference detection unit 521 of the fuel cell 1, and the current loop 64 is midway through the negative electrode terminal 212 of the fuel cell 1. This is a loop of current flowing through the terminal 213 and the negative-side AC potential difference detection unit 522.
  • the current loops 61 and 62 on the source circuit do not intersect with the current loops 63 and 64 on the sense circuit.
  • the amount of the magnetic field generated by the current loops 61 and 62 on the source circuit penetrates the current loops 63 and 64 on the sense circuit as compared with the circuit configuration in which the current loop on the source circuit intersects the current loop on the sense circuit. Therefore, the detection accuracy of the AC potential difference detected by the positive-side AC potential difference detection unit 521 and the negative-side AC potential difference detection unit 522 is improved.
  • each circuit element of the source circuit is arranged so that the current loops 61 and 62 on the source circuit can be positioned close to the voltage detection tab 60.
  • the circuit elements of the sense circuit are arranged so that the current loops 63 and 64 on the sense circuit can be positioned close to the voltage detection tab 60. Thereby, the source circuit and the sense circuit can be reduced in size.
  • the arrangement of the current loop lines so that the magnetic fields (lines of magnetic force) generated by the two current loops 61 and 62 on the source circuit are offset on the sense circuit side with respect to the source circuit.
  • the substrate 51 is formed so as to extend laterally to a portion where the magnetic field generated by the current loops 61 and 62 is the strongest (for example, the center of the current loops 61 and 62). For this reason, the magnetic field generated on the fuel cell stack 1 side by the current loops 61 and 62 is blocked by the substrate 51. That is, the substrate 51 serves as a shielding member that shields the magnetic flux to the sense circuit.
  • the substrate 52 is formed so as to reduce the amount of the magnetic field generated by the current loops 61 and 62 on the source circuit passing through the current loops 63 and 64 on the sense circuit. Therefore, the substrate 52 serves as a shielding member that shields the magnetic flux acting on the sense circuit. Thus, the substrate 51 and the substrate 52 can suppress the strength of the magnetic field acting on the sense circuit.
  • the current loop line As a wiring in which the magnetic field (line of magnetic force) generated by each of the two current loops 61 and 62 of the source circuit is canceled on the sense circuit side, the current loop line has two or more even turns and the winding direction at the midpoint of the number of turns There is also a way to reverse.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a winding method in which the current loop line is an even number winding of two or more times and the winding direction is reversed at the midpoint of the number of windings.
  • FIG. 8 shows a part of the two current loops 61 and 62 of the source circuit, and the voltage detection tab 60 is omitted.
  • a voltage detection circuit for detecting the voltage of each power generation cell is also mounted on the substrate 52 on which the sense circuit is mounted.
  • a part of the cell voltage detection line of the voltage detection circuit is also used as a part of the voltage detection line of the positive side AC potential difference detection unit 521 and the negative side AC potential difference detection unit 522 of the sense circuit.
  • FIG. 9 illustrates a portion that serves as both a part of the cell voltage detection line of the voltage detection circuit and a part of the voltage detection line of the positive side AC potential difference detection unit 521 and the negative side AC potential difference detection unit 522 of the sense circuit.
  • cell voltage detection lines L0 to Ln for detecting a cell voltage are connected to each power generation cell.
  • voltage detection lines L11, L12, and L13 for detecting an AC potential difference by the positive side AC potential difference detection unit 521 and the negative side AC potential difference detection unit 522 of the sense circuit are connected in the middle of the cell voltage detection line.
  • the voltage detection line L13 is connected in the middle of the cell voltage detection line Ln
  • the voltage detection line L11 is connected in the middle of the cell voltage detection line L0.
  • the voltage detection line L12 is connected in the middle of the cell voltage detection line having the same potential as the midway terminal 213.
  • the portion surrounded by the alternate long and short dash line is a portion that also serves as a voltage detection line. By sharing part of the voltage detection line, the number of wirings can be reduced.
  • the cell voltage detection lines L0 to Ln are on the same substrate 52 as the sense circuit, but are connected to the surface opposite to the surface on which the sense circuit is mounted. That is, the cell voltage detection circuit is provided on the back side of the substrate on which the sense circuit is mounted.
  • FIG. 9 shows that the cell voltage detection lines L0 to Ln taken out from the voltage detection tab 60 are connected to the back side of the substrate 52 on which the sense circuit is mounted. As a result, it is possible to prevent damage to the cell voltage detection lines L0 to Ln due to contact between the circuit elements constituting the sense circuit and the plurality of cell voltage detection lines L0 to Ln.
  • the microcomputer chip (CPU) 552 of the resistance calculation unit 550 is disposed outside the current loops 61 and 62 on the source circuit and the current loops 63 and 64 on the sense circuit. Thereby, it is possible to prevent the electromagnetic current generated by the microcomputer chip 552 from affecting the current of the source circuit and the current of the sense circuit.
  • the internal resistance measurement circuit of the multilayer battery applies a current to the multilayer battery configured by laminating a plurality of single cells, and applies the potential and application of a predetermined portion of the multilayer battery to which the current is applied.
  • An internal resistance measurement circuit for a laminated battery that measures the internal resistance of the laminated battery based on the measured current, a source circuit that applies current to the laminated battery, and a potential of a predetermined portion of the laminated battery to which the current is applied.
  • the source circuit and the sense circuit are respectively arranged on the opposite sides of the state detection line (cell voltage detection line) for detecting the state of the single cell.
  • the source circuit and the sense circuit can be separated from each other, and the amount of magnetic flux generated by the current on the source circuit penetrating the sense circuit can be reduced, so that the measurement accuracy of the potential detected by the sense circuit can be reduced. Can be improved. Therefore, the internal resistance of the laminated battery can be measured with high accuracy.
  • a shielding part for shielding the magnetic flux acting on the sense circuit from the source circuit for example, a substrate on which the source circuit is mounted and a substrate on which the sense circuit is mounted are formed to be widened. The For this reason, a part of the magnetic flux acting on the sense circuit from the source circuit is blocked by these substrates. Thereby, since the measurement accuracy of the potential detected by the sense circuit can be improved, the internal resistance of the laminated battery can be measured with high accuracy.
  • the source circuit and the sense circuit are arranged in the same plane.
  • one of the source circuit and the sense circuit is arranged on the front surface, and the other is arranged on the back surface.
  • the positive electrode side power supply unit 531 and the negative electrode side power supply unit 532 are provided on the surface of the substrate 51, and the positive electrode side AC potential difference detection unit 521 and the negative electrode side are provided on the back surface of the substrate 52, that is, the surface on the fuel cell stack 1 side.
  • An AC potential difference detection unit 522 is provided. That is, the sense circuit is disposed on the surface opposite to the surface on which the source circuit is disposed, of the front surface and the back surface of the substrate 52 on which the sense circuit is mounted.
  • the magnetic field (lines of magnetic force) generated by the source circuit on the substrate 51 is blocked by the substrate 52. That is, the substrate 52 functions as a shielding member that shields the magnetic flux from the source circuit to the sense circuit. Furthermore, when the housing of the fuel cell stack 1 is formed of a magnetic material, the magnetic flux generated on the fuel cell stack 1 side can be reduced.
  • the positive electrode side power supply unit 531 and the negative electrode side power supply unit 532 may be provided on the back surface of the substrate 51, and the positive electrode side AC potential difference detection unit 521 and the negative electrode side AC potential difference detection unit 522 may be provided on the surface of the substrate 52.
  • the fuel cell stack 1 in addition to the substrate 51 and the substrate 52, the fuel cell stack 1 also functions as a blocking member.
  • a magnetic shield layer is provided between the front surface and the back surface in order to prevent the magnetic field generated by the current flowing through the source circuit from affecting the sense circuit.
  • the magnetic shield layer is, for example, a copper foil and a magnetic body such as a steel material.
  • one of the source circuit and the sense circuit is arranged on the surface of the substrate, and the other circuit is arranged on the back surface of the substrate.
  • a magnetic shield layer was provided between the front surface and the back surface. This prevents the magnetic flux generated by the current on the source circuit from penetrating the sense circuit, improving the measurement accuracy of the potential detected by the sense circuit, and as a result, measuring the internal resistance of the stacked battery with high accuracy. can do.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • a fuel cell stack has been described as an example of a stacked battery, other types of batteries such as a primary battery and a secondary battery may be used.
  • the present invention is not limited by a specific circuit configuration for measuring the internal resistance.
  • voltage detection tab 60 has been described as being provided on the upper surface of the fuel cell stack 1, it may be provided on the side surface.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a method of arranging the source circuit and the sense circuit when the voltage detection tab 60 is provided on the side surface of the fuel cell stack 1.
  • the substrate 51 on which the source circuit is mounted is disposed on the upper surface of the fuel cell stack 1, and the substrate 52 on which the sense circuit is mounted is disposed on the lower surface of the fuel cell stack 1. Also in this case, the source circuit and the sense circuit are arranged on opposite sides of the cell voltage detection lines L0 to Ln.
  • the sense circuit since the sense circuit is provided on the opposite side of the source circuit across the fuel cell stack 1, the magnetic flux generated by the current loop on the source circuit does not affect the sense circuit. That is, the fuel cell stack 1 that is the base of the source circuit and the sense circuit functions as a shielding unit for shielding the magnetic flux from the source circuit to the sense circuit. Thereby, the measurement accuracy of the potential detected by the sense circuit can be improved, and the internal resistance of the laminated battery can be measured with high accuracy.
  • the source circuit and the sense circuit may be arranged on a single substrate at a predetermined interval. . Thereby, a part of magnetic flux from the sense circuit to the source circuit can be blocked.
  • a blocking member may be provided between the source circuit and the sense circuit.

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Abstract

　複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路は、積層電池に電流を印加するソース回路と、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路とを備える。ソース回路およびセンス回路の間にソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた。

Description

積層電池の内部抵抗測定回路
　本発明は、積層電池の内部抵抗測定回路に関する。
　積層された複数の単セルの電圧を検出するための電圧検出線と接続され、セル電圧を監視・処理する処理回路を実装した回路基板が知られている（ＪＰ２００４－１２７７７６Ａ）。
　ここで、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する回路を、特許文献１に記載の回路基板に実装した場合、電流を印加する回路から発生する磁界（磁力線）が内部抵抗測定回路の検出電圧に作用して誤差が生じる。
　本発明は、積層電池に電流を印加することによって積層電池の内部抵抗を測定する回路において、電流を印加する回路から発生する磁界が内部抵抗測定回路の検出値に影響を及ぼしにくくすることを目的とする。
　本発明のある態様による積層電池の内部抵抗測定回路は、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する。この積層電池の内部抵抗測定回路において、積層電池に電流を印加するソース回路、および、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路の間にソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた。
図１Ａは、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路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斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示した燃料電池の内部構造を示す分解図である。 図２は、積層電池の内部抵抗測定回路の回路図である。 図３は、正極側直流遮断部、負極側直流遮断部、中途点直流遮断部、正極側交流電位差検出部及び負極側交流電位差検出部の詳細な構成を示す図である。 図４は、正極側電源部及び負極側電源部の詳細な構成を示す図である。 図５は、交流調整部の詳細な構成を示す図である。 図６は、抵抗演算部の詳細な構成を示す図である。 図７Ａは、本実施形態における内部抵抗測定回路および燃料電池スタックの斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示した内部抵抗測定回路および燃料電池スタックを横から見たときの側面図である。 図８は、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる巻き方を示す図である。 図９は、電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部および負極側交流電位差検出部の電圧検出線の一部とを兼用する部分を説明するための図である。 図１０は、電圧検出タブ６０が燃料電池スタックの側面に設けられている場合のソース回路およびセンス回路の配置方法の一例を示す図である。
　－第１の実施形態－
　図１Ａ及び図１Ｂは、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路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図であり、図１Ａは外観斜視図、図１Ｂは発電セルの構造を示す分解図である。なお、後述するように、燃料電池スタック１の上面には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出線を取り出す電圧検出タブ６０が設けられているが、図１Ａでは省略している。
　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、積層電池の内部抵抗測定回路の回路図である。
　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（ＡＤＣ）５５１と、マイコンチップ（ＣＰＵ）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、各発電セル１０の内部抵抗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。
　上述した積層電池の内部抵抗測定回路は、積層電池である燃料電池スタック１の内部抵抗Ｒを測定するために、燃料電池スタック１に交流電流を流すソース回路と、燃料電池スタック１に交流電流が流されることによって、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との交流電位差、および、負極端子２１２の交流電位Ｖｂと中途端子２１３の交流電位Ｖｃとの交流電位差を検出するセンス回路とに大別することができる。ソース回路には、少なくとも正極側電源部５３１および負極側電源部５３２が含まれる。また、センス回路には、少なくとも正極側交流電位差検出部５２１、負極側交流電位差検出部５２２、交流調整部５４０、および、抵抗演算部５５０が含まれる。
　このソース回路とセンス回路とを１つの基板上に近接して実装した場合、ソース回路に流れる電流によって生じる磁界（磁力線）がセンス回路に作用し、センス回路で検出される交流電位差に誤差が生じる。すなわち、燃料電池スタック１の内部抵抗を正確に測定することができなくなる。
　従って、本実施形態では、ソース回路に流れる電流によって生じる磁界がセンス回路の検出電圧に影響しないように、ソース回路およびセンス回路の実装位置を定める。
　図７Ａは、本実施形態における内部抵抗測定回路および燃料電池スタック１の斜視図である。図７Ａでは、ソース回路とセンス回路とのそれぞれを、前述の正極端子２１１、負極端子２１２及び中途端子２１３に接続するために、各端子に接続されている発電セルの電圧検出タブ６０に結線した例が示されている。
　図７Ａには、燃料電池スタック１と、内部抵抗Ｒ１及びＲ２と、基板５１と、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２と、基板５２と、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とが、示されている。
　図７Ｂは、図７Ａで示した内部抵抗回路および燃料電池スタック１を横から見たときの側面図である。
　図７Ｂに示すように、燃料電池スタック１の電圧検出タブ６０が並んでいる方向の両端に不図示の支柱が設けられており、その支柱によって基板５１及び基板５２は、燃料電池スタック１の上面から所定の間隔をおいて設けられている。なお、基板５１及び基板５２は、燃料電池スタック１の上面に直接設けてもよい。
　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、燃料電池スタック１の面のうち上面には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出線を取り出す電圧検出タブ６０が燃料電池スタック１の中程に一列に設けられている。なお、図７Ａには、分かり易くするために本実施形態の説明に必要な３個所のみ電圧検出タブ６０が示されており、その他の発電セルの電圧検出タブについては省略している。
　このように、電圧検出タブ６０を挟んだ両側に、ソース回路を実装した基板５１と、センス回路を実装した基板５２とを所定間隔おいて配置する。基板５１及び基板５２を互いに燃料電池スタック１の同一面に設けることにより、電圧検出タブ６０から引き回される電圧検出線の長さの増加を抑えることができる。
　図７Ａには、ソース回路に流れる電流の電流ループ６１、６２、およびセンス回路に流れる電流の電流ループ６３、６４が示されている。
　電流ループ６１は、正極側電源部５３１から出力される電流によるものであり、電流ループ６２は、負極側電源部５３２から出力される電流によるものである。また、電流ループ６３は、燃料電池１の正極端子２１１、中途端子２１３、および、正極側交流電位差検出部５２１を流れる電流のループであり、電流ループ６４は、燃料電池１の負極端子２１２、中途端子２１３、および、負極側交流電位差検出部５２２を流れる電流のループである。
　ソース回路上の電流ループ６１、６２は、センス回路上の電流ループ６３、６４とは交差しない。これにより、ソース回路上の電流ループがセンス回路上の電流ループと交差する回路構成と比べて、ソース回路上の電流ループ６１、６２によって生じる磁界がセンス回路上の電流ループ６３、６４を貫く量を低減することができるので、正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２で検出される交流電位差の検出精度が向上する。
　なお、ソース回路上の電流ループ６１、６２は、電圧検出タブ６０に近い位置にできるように、ソース回路の各回路素子は配置されている。またセンス回路上の電流ループ６３、６４は、電圧検出タブ６０に近い位置にできるよう、センス回路の各回路素子は配置されている。これにより、ソース回路およびセンス回路を小型化することができる。
　ここで、ソース回路上の２つの電流ループ６１、６２によってそれぞれ生じる磁界（磁力線）がソース回路よりもセンス回路側で相殺されるように、電流ループ線の配置を設定することがより好ましい。
　図７Ａでは、電流ループ６１に流れる電流の向きを反時計回りとし、電流ループ６２に流れる電流の向きを時計回りとしているので、センス回路側で両電流ループ６１、６２から等しく離れた位置の磁界（磁力線）は相殺される。これにより、センス回路側において、ソース回路上の電流ループによって生じる磁束の影響をさらに小さくすることができる。
　図７Ｂに示すように、基板５１は、電流ループ６１、６２によって生じる磁界が最も強くなる部分（例えば、電流ループ６１、６２の中心）まで横に広げて形成される。このため、電流ループ６１、６２によって燃料電池スタック１側に生じる磁界が基板５１で遮断される。すなわち、基板５１は、センス回路への磁束を遮蔽する遮蔽部材としての役割を果たす。
　また、基板５２は、ソース回路上の電流ループ６１、６２によって生じる磁界がセンス回路上の電流ループ６３、６４を貫く量を低減するように形成される。このため、基板５２は、センス回路へ作用する磁束を遮蔽する遮蔽部材としての役割を果たす。このように、基板５１及び基板５２によって、センス回路に作用する磁界の強さを抑制することができる。
　ソース回路の２つの電流ループ６１、６２によってそれぞれ生じる磁界（磁力線）がセンス回路側で相殺される配線として、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる方法もある。
　図８は、電流ループ線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させる巻き方の一例を示す図である。図８には、ソース回路の２つの電流ループ６１及び６２の一部が示されており、電圧検出タブ６０が省略されている。
　このような方法でも、図７Ａに示す回路図と同様に、センス回路側で両電流ループ６１、６２から等しく離れた位置の磁界（磁力線）を相殺することができる。
　センス回路を実装した基板５２には、各発電セルの電圧を検出するための電圧検出回路も実装されている。この電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２の電圧検出線の一部とは兼用されている。
　図９は、電圧検出回路のセル電圧検出線の一部と、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２の電圧検出線の一部とを兼用する部分を説明するための図である。
　図９に示すように、各発電セルには、セル電圧を検出するためのセル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎが接続されている。また、セル電圧検出線の途中に、センス回路の正極側交流電位差検出部５２１および負極側交流電位差検出部５２２で交流電位差を検出するための電圧検出線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が接続されている。具体的には、セル電圧検出線Ｌｎの途中に電圧検出線Ｌ１３が接続されており、セル電圧検出線Ｌ０の途中に電圧検出線Ｌ１１が接続されている。また、中途端子２１３と電位が同じであるセル電圧検出線の途中に電圧検出線Ｌ１２が接続されている。
　図９において、一点鎖線で囲まれた部分の線が電圧検出線を兼用している部分である。電圧検出線の一部を兼用することにより、配線数を減らすことができる。
　また、セル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎは、センス回路と同一の基板５２であるが、センス回路が実装されている面と反対側の面に接続されている。すなわち、セル電圧検出回路は、センス回路が実装された基板の裏側に設けられている。
　図９では、電圧検出タブ６０から取り出されたセル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎがセンス回路を実装した基板５２の裏側に接続されていることを示している。これにより、センス回路を構成する回路素子と複数のセル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎとが接触してセル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎが傷つくのを防ぐことができる。
　また、抵抗演算部５５０のマイコンチップ（ＣＰＵ）５５２は、ソース回路上の電流ループ６１、６２およびセンス回路上の電流ループ６３、６４の外側の位置に配置する。これにより、マイコンチップ５５２が発生する電磁波によって、ソース回路の電流およびセンス回路の電流に影響が及ぶのを防ぐことができる。
　以上、第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路は、複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路であって、積層電池に電流を印加するソース回路と、電流が印加された積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路とを備え、ソース回路およびセンス回路を、単セルの状態を検出するための状態検出線（セル電圧検出線）を挟んだ反対側にそれぞれ配置した。これにより、ソース回路とセンス回路とを離した位置に設けることができ、ソース回路上の電流によって生じる磁束がセンス回路を貫く量を減らすことができるので、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができる。従って、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。
　また、ソース回路およびセンス回路の間に、ソース回路からセンス回路に作用する磁束を遮蔽するための遮蔽部として、例えばソース回路を実装する基板と、センス回路を実装する基板とが広げて形成される。このため、これらの基板によってソース回路からセンス回路に作用する磁束の一部が遮断される。これにより、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができるので、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。
　－第２の実施形態－
　第１の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路では、ソース回路とセンス回路とを同一面内に配置した。第２の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路では、ソース回路およびセンス回路のうちのいずれか一方を表面に配置し、他方を裏面に配置する。
　例えば、基板５１の表面には、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２が設けられ、基板５２の裏面、すなわち燃料電池スタック１側の面には、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が設けられる。すなわち、センス回路を実装する基板５２の表面及び裏面のうち、ソース回路が配置された面とは反対側の面に対してセンス回路を配置する。
　これにより、基板５１上のソース回路よって生じる磁界（磁力線）が基板５２によって遮断される。すなわち、基板５２は、ソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽する遮蔽部材として機能する。さらに、燃料電池スタック１の筺体が磁性体で形成される場合には、燃料電池スタック１側に生じる磁束を低減することができる。
　あるいは、基板５１の裏面に、正極側電源部５３１及び負極側電源部５３２を設け、基板５２の表面に、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を設けるようにしてもよい。この場合には、基板５１及び基板５２の他に燃料電池スタック１も遮断部材として機能する。
　このように、基板５１の一方の面にソース回路を設け、ソース回路が設けられる面とは反対側の基板５２の面にセンス回路を設けることにより、ソース回路から生じる磁界（磁力線）を基板５２によって遮断することができる。
　また、表面と裏面の間には、ソース回路を流れる電流によって生じる磁界がセンス回路に影響が及ぶのを防ぐために、磁気シールド層が設けられている。磁気シールド層は、例えば、銅箔であり、また、鋼材などの磁性体である。
　以上、第２の実施形態における積層電池の内部抵抗測定回路によれば、ソース回路およびセンス回路のうち、一方の回路を基板の表面に配置し、他方の回路を基板の裏面に配置し、基板の表面と裏面との間に磁気シールド層を設けた。これにより、ソース回路上の電流によって生じる磁束がセンス回路を貫くのを防いで、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができ、結果として、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、積層電池の一例として、燃料電池スタックを挙げたが、一次電池や二次電池など、他の種類の電池でもよい。
　また、内部抵抗を測定するための具体的な回路構成によって本発明が限定されることはない。
　電圧検出タブ６０は、燃料電池スタック１の上面に設けられているものとして説明したが、側面に設けられていてもよい。
　図１０は、電圧検出タブ６０が燃料電池スタック１の側面に設けられている場合のソース回路およびセンス回路の配置方法の一例を示す図である。
　図１０に示すように、ソース回路を実装した基板５１を燃料電池スタック１の上面に配置し、センス回路を実装した基板５２を燃料電池スタック１の下面に配置している。この場合も、ソース回路およびセンス回路は、セル電圧検出線Ｌ０～Ｌｎを挟んだ反対側にそれぞれ配置された構成となっている。
　また、センス回路は、燃料電池スタック１を挟んでソース回路とは反対側に設けられているので、ソース回路上の電流ループによって生じる磁束がセンス回路に影響を及ぼすことはない。すなわち、ソース回路及びセンス回路の基盤である燃料電池スタック１が、ソース回路からセンス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部として機能する。これにより、センス回路で検出される電位の測定精度を向上させることができ、積層電池の内部抵抗を精度良く測定することができる。
　ソース回路を実装する基板５１とセンス回路を実装する基板５２とは、別々に設けられるものとして説明したが、１つの基板にソース回路とセンス回路とを所定間隔おいて配置するようにしてもよい。これにより、センス回路からソース回路への磁束の一部を遮断することができる。
　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。例えば、基板５１及び基板５２の他に、ソース回路とセンス回路との間に遮断部材を設けるようにしてもよい。
　本願は、２０１２年９月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－２０４６２６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 (10)

  1. 　複数の単セルが積層されて構成される積層電池に電流を印加し、電流が印加された前記積層電池の所定部分の電位および印加された電流に基づいて、前記積層電池の内部抵抗を測定する積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記積層電池に電流を印加するソース回路と、
    　電流が印加された前記積層電池の所定部分の電位を測定するセンス回路と、
    を備え、
    　前記ソース回路および前記センス回路の間に前記ソース回路から前記センス回路への磁束を遮蔽するための遮蔽部を設けた、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  2. 　請求項１に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記ソース回路と前記センス回路とを配置する基板を備え、
    　前記ソース回路と前記センス回路とは、互いに前記基板の反対側に設けられることで、前記基板が前記遮蔽部として機能する、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  3. 　請求項２に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記基板の表面と裏面との間に磁気シールド層を設けた、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  4. 　請求項３に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記積層電池の面のうち一の面に設けられ、前記ソース回路を配置する第１の基板と、
    　前記積層電池の面のうち前記第１の基板が設けられた面と同一面に設けられ、前記センス回路を配置する第２の基板と、を備え、
    　前記第１の基板と前記第２の基板は、所定の間隔を置いて配置される、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  5. 　請求項４に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記ソース回路は、前記第１の基板の一方の面に設けられ、
    　前記センス回路は、前記ソース回路が設けられる面とは反対側の前記第２の基板の面に設けられる、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記センス回路が前記積層電池の前記所定部分の電位を測定するための電位測定線の一部を、前記単セルの状態を検出するための状態検出線の一部と兼用している、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  7. 　請求項６に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記状態検出線は、前記センス回路が実装されている基板の裏側に接続されている、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記ソース回路が前記積層電池に電流を印加した際に２つの電流ループが構成されるように電流線が設けられており、前記２つの電流ループによってそれぞれ生じる磁力線の少なくとも一部が前記センス回路側で相殺されるように、前記ソース回路および前記センス回路を配置した、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  9. 　請求項８に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　前記２つの電流ループは、前記電流線を２回以上の偶数巻きとし、かつ、巻き回数の中点で巻き方向を逆転させることにより構成した、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
  10. 　請求項８または請求項９に記載の積層電池の内部抵抗測定回路であって、
    　電流が流れることによって動作する演算部を、前記ソース回路の電流ループ、および、前記センス回路の電流ループの外側に配置した、
    積層電池の内部抵抗測定回路。
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