[發(fā)明專利]用于確定燃料電池組中的臨界操作狀態(tài)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710063564.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN107064807B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·普瑞寧戈;K·倫納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: AVL里斯脫有限公司
• 主分類號(hào): G01R31/382
• 分類號(hào): G01R31/382;G01R31/389;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 羅婷婷

本發(fā)明涉及用于確定包括被串聯(lián)連接的各單個(gè)電池的燃料電池組的臨界操作狀態(tài)的方法，其中低頻電流或電壓信號(hào)被施加到該燃料電池組，所得的電壓或電流信號(hào)被測(cè)量并且失真因子thd被確定。根據(jù)本發(fā)明，取決于薄膜電阻R_m的項(xiàng)和取決于失真因子thd的項(xiàng)的加權(quán)和被用于確定與燃料電池組的燃料電池薄膜的變干相關(guān)的指示符THDA_變干，薄膜電阻R_m由阻抗測(cè)量來(lái)檢測(cè)。

本發(fā)明專利申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2013/059172，國(guó)際申請(qǐng)日為2013年5月2日，進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的申請(qǐng)?zhí)枮?01380032641.9，名稱為“用于確定燃料電池組中的臨界操作狀態(tài)的方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及用于確定包括被串聯(lián)連接的各個(gè)體電池的燃料電池組的臨界操作狀態(tài)的方法，其中低頻電流或電壓信號(hào)被施加到該燃料電池組，得到的電壓或電流信號(hào)被測(cè)量并且測(cè)量到的信號(hào)的失真因子被確定。

質(zhì)量保證要求在生產(chǎn)燃料電池時(shí)檢查所有電池的功能和性能。根據(jù)本領(lǐng)域的狀態(tài)這例如通過(guò)測(cè)量各個(gè)電池電壓而發(fā)生。然而由于要較大的技術(shù)努力，在生產(chǎn)燃料電池時(shí)以及在燃料電池的操作期間都不期望測(cè)量各個(gè)體電池電壓。

在實(shí)驗(yàn)室中，所謂的阻抗光譜分析法也用于檢測(cè)燃料電池組的操作狀態(tài)或“健康狀態(tài)”。在該過(guò)程中，燃料電池組的復(fù)數(shù)阻抗(即，阻抗軌跡曲線)是在特定頻率范圍上測(cè)量的，并且主要與參考曲線進(jìn)行比較。

取決于阻抗曲線中典型改變發(fā)生處的頻率，現(xiàn)在可區(qū)分這些改變是源自各個(gè)體電池的陽(yáng)極、陰極還是薄膜。該方法基于以下事實(shí)：燃料電池組的電等效電路是第一階低通元件的串并聯(lián)電路，這些低通元件的截止頻率顯著地遠(yuǎn)離，并且因此可獲得期望的選擇性。

實(shí)質(zhì)上需要監(jiān)視燃料電池組(例如，用空氣和H₂操作的PEM燃料電池組)中的以下影響。

在陰極或陽(yáng)極處氧化劑或燃料供應(yīng)不足(次化學(xué)計(jì)量)。影響：UI特征曲線已經(jīng)在較低電流處下降。

薄膜：形成電短路或氣短路。影響：U_o(電流＝0時(shí)的電壓)發(fā)生改變。

電極老化。影響：UI特征曲線更急劇地下降，由侵蝕效應(yīng)引起更高的歐姆電阻。

純阻抗光譜分析法的缺點(diǎn)在于相對(duì)較高的測(cè)量努力。此外，阻抗光譜分析法是耗時(shí)的，因?yàn)楸仨氁谥饾u上升的頻率中的每一個(gè)頻率中測(cè)量處于穩(wěn)態(tài)的阻抗。

“總諧波失真分析”(THDA)提供了這方面的優(yōu)點(diǎn)，其表示用于確定燃料電池組的狀態(tài)的在線診斷工具?？梢杂孟鄬?duì)較低的測(cè)量努力量來(lái)提取參數(shù)，這些參數(shù)可用于進(jìn)一步計(jì)算燃料電池組的狀態(tài)變量。

在EP 1 646 101 B1中詳細(xì)描述了這樣的基于失真因子分析的方法，在該方法中，低頻電流或電壓信號(hào)被施加到燃料電池組，得到的電壓或電流信號(hào)被測(cè)量，以及從該信號(hào)的調(diào)諧分量的至少一個(gè)改變(或失真因子)中得出關(guān)于燃料電池組的各個(gè)體電池的操作狀態(tài)的結(jié)論。這允許在識(shí)別和分類系統(tǒng)級(jí)臨界操作狀態(tài)方面在線估算前述測(cè)量。

失真因子分析在時(shí)域內(nèi)可通過(guò)使用濾波器(數(shù)字或模擬濾波器)而發(fā)生，或在頻域可通過(guò)進(jìn)行變換(應(yīng)用所有類型的小波變換、短時(shí)傅里葉變換或快速傅里葉變換)而發(fā)生。頻率變換的優(yōu)點(diǎn)在于信噪比被該變換改善了相當(dāng)多，其還增加了測(cè)量方法的靈敏度。

在從EP 1 646 101 B1已知的方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的是提出基于對(duì)失真因子的分析的方法變體，通過(guò)該方法變體，可確切地檢測(cè)出各燃料電池組的不同臨界操作狀態(tài)，諸如：

該組的陽(yáng)極/陰極處的次化學(xué)計(jì)量

該組的薄膜的變干

薄膜上的積水、液滴的形成

當(dāng)前最小電池電壓與平均電池電壓的偏差