和大约20%，通过彼此比较能够观察低频区和高频区，或者 可以为大约5%，能够观察作为基频的1至10倍的频率区。
[0082] 控制器115可为配置成从阻抗测量装置200接收阻抗测量结果信息的控制装置。 控制器115可配置成通过阻抗测量结果信息检测燃料电池105的运行值。运行值可包括燃 料电池105的内部水分含量，气体补给是否异常等等。
[0083] 控制器115可配置成通过将阻抗测量结果信息与预定参考阻抗进行比较来确定 燃料电池是正常还是异常。参考阻抗可为针对燃料电池105的电解质膜可正常工作的水分 状态的阻抗阈值，或者针对燃料电池105的催化剂活性的阻抗阈值。可基于用户设定不同 地确定参考阻抗。当将燃料电池105的电解质膜的膜电阻或指示燃料电池105中催化剂 活性的活性电阻与参考阻抗进行比较并且膜电阻大于参考阻抗时，可确定燃料电池105异 常。
[0084] 控制器115可配置成执行中央处理单元（CPU)的功能，并且可控制阻抗测量装置 200的整体操作。控制器115可包括程序，其包括用于执行根据本发明的用于测量燃料电池 阻抗的方法的一系列指令。
[0085] 根据本发明，可通过将合成波的交流电流输入燃料电池105来测量作为多个频率 响应的阻抗，其中该合成波为非正弦周期波，诸如一个矩形波。非正弦周期波可包括三角波 或锯齿波。如本文所述，合成波是指可表示正弦波的加和的波形。
[0086] 如图19和图20中所示，通过使用一个矩形波和多个正弦波测量燃料电池阻抗所 获得的实验结果可具有如下趋势，即与绝对值类似但可具有测量误差内的差异。因此，当将 本发明的实验数据与使用多个正弦波测量燃料电池阻抗的方法的实验数据进行比较时，由 于来自多个正弦波和来自一个矩形波的阻抗测量结果相同，可大大简化用于测量燃料电池 阻抗的系统，并且当使用矩形波来测量燃料电池阻抗时，可减小所使用的电流。
[0087] 如图19所示，对于矩形波，可通过使用基频为22Hz的一个信号测量与作为基频的 大约1倍、大约3倍、大约5倍、大约7倍和大约9倍的大约22Hz、大约66Hz、大约110Hz、 大约154Hz和大约198Hz的频率相应的阻抗。然而，对于正弦波，仅当使用大约22Hz、大约 66Hz、大约110Hz、大约154Hz和大约198Hz的所有5个信号时，才可以以相同的方式测量相 应频率的阻抗。
[0088] 另外，如图20所示，对于矩形波，可通过使用基频为大约22Hz的仅一个信号测量 与作为基频的大约1倍至10倍的大约22Hz至大约220Hz的频率相应的阻抗。然而，对于正 弦波，仅当使用大约22Hz至大约220Hz的所有10个信号时，才可以测量相应频率的阻抗。 [0089] 因此，根据本发明，可以用诸如矩形波的非正弦周期波替代多个正弦波，从而改善 阻抗测量功能。
[0090] 另外，根据本发明，由于通过使用一个非正弦周期波来测量燃料电池的阻抗，因此 可简化阻抗测量系统或阻抗测量装置的部件结构，使得可减少系统的制造成本并且可提高 阻抗测量的稳健性。
[0091] 图21示出图18中所示的示例性阻抗测量装置。
[0092] 如图21所示，阻抗测量装置200可包括信号生成单元205、信号接收单元210和阻 抗测量单元215。
[0093] 信号生成单元205可产生（生成）被施加（输入）到燃料电池（图18中的105) 的合成波的电流。信号生成单元205可包括能够产生合成波的电流的函数生成器。特别地， 合成波的电流可为非正弦周期波，诸如矩形波（方波）、三角波或锯齿波。
[0094] 接收单元210可从燃料电池接收响应于合成波电流的响应电压。
[0095] 阻抗测量单元215可使用合成波的电流和响应电压测量或计算燃料电池的阻抗。 可通过将响应电压的拉普拉斯变换（或傅里叶变换）除以合成波电流的拉普拉斯变换（或 傅里叶变变换）来计算阻抗，其中该合成波的电流为时间函数。本文中，响应电压和合成波 的电流可为时间函数。
[0096] 图22示出图18中所示的示例性燃料电池。
[0097] 图22中左边示出一个单元燃料电池105的纵向截面。诸如氢燃料电池的燃料电 池105可包括作为电解质膜的氢离子交换膜305、布置在氢离子交换膜305的两侧或两面的 钼催化层310、布置在钼催化层310的两侧的气体扩散层315、以及布置在气体扩散层315 的两个外侧的金属双极板320。气体扩散层315和金属双极板320可具有布置在其间的气 体通道（未示出）。
[0098] 燃料电池105可呈现为图22的右边所示的电路。电路中的Rm可指示欧姆电阻， 其为燃料电池105的电解质膜电阻，Ret可指示燃料电池的活化电阻，并且Cdl可指示燃料 电池的双电层电容。
[0099] 可通过测量燃料电池的交流电流阻抗来估计或计算Rm、Rct和Cdl的值，并且可通 过上述值检测燃料电池105的内部状态。
[0100] 如上所述，已经公开了附图和说明书。本文中，已经使用了特定术语，但仅出于描 述本发明的目的使用，而不是用于限定含义或限制随附权利要求中所公开的本发明的范 围。因此，本领域技术人员应当理解的是，可以对本发明进行各种修改和等效的示例性实施 方式。因此，须通过随附权利要求的精神确定本发明的实际技术保护范围。
【主权项】
1. 一种用于测量燃料电池的阻抗的方法，其包括以下步骤： 通过控制器将合成波的电流注入所述燃料电池； 通过所述控制器从所述燃料电池接收响应于所述合成波的电流的响应电压；以及 通过所述控制器使用所述合成波的电流和所述响应电压测量所述燃料电池的阻抗， 其中所述合成波为非正弦周期波。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述合成波的电流为矩形波、三角波或锯齿波的 电流。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述矩形波在用于产生所述矩形波的恒定功率 下，具有大约1%以上且大约10%以下的占空比。4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述矩形波具有大约50%、大约25%、大约20% 或大约5%的占空比。5. -种用于测量燃料电池的阻抗的装置，其包括： 存储器，其配置成存储程序指令；以及 处理器，其配置成执行所述程序指令，所述程序指令在执行时被配置成： 产生被施加到所述燃料电池的合成波的电流； 从所述燃料电池接收响应于所述合成波的电流的电压；并且 使用所述合成波的电流和所述响应电压，测量所述燃料电池的阻抗， 其中所述合成波为非正弦周期波。6. 根据权利要求5所述的装置，其中所述合成波的电流为矩形波、三角波或锯齿波的 电流。7. -种用于测量燃料电池的阻抗的系统，其包括： 燃料电池，其连接到电负载； 阻抗测量装置，其配置成将合成波的电流注入所述燃料电池，从所述燃料电池接收响 应于所述合成波的电流的电压，然后使用所述合成波的电流和所述响应电压，测量所述燃 料电池的阻抗；以及 控制器，其配置成从所述阻抗测量装置接收阻抗测量结果信息， 其中所述合成波为非正弦周期波。8. 根据权利要求7所述的系统，其中所述合成波的电流为矩形波、三角波或锯齿波的 电流。9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述矩形波在用于产生所述矩形波的恒定功率 下，具有大约1%以上且大约10%以下的占空比。10. 根据权利要求8所述的系统，其中所述矩形波具有大约50%、大约25%、大约20% 或大约5%的占空比。11. 一种车辆，其使用根据权利要求1所述的用于测量燃料电池的阻抗的方法。12. -种车辆，其包括根据权利要求5所述的用于测量燃料电池的阻抗的装置。13. -种车辆，其包括根据权利要求7所述的用于测量燃料电池的阻抗的系统。14. 一种包含通过控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可 读介质包括： 产生被施加到所述燃料电池的合成波的电流的程序指令； 从所述燃料电池接收响应于所述合成波的电流的电压的程序指令；以及 使用所述合成波的电流和所述响应电压，测量所述燃料电池的阻抗的程序指令， 其中所述合成波为非正弦周期波。15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述合成波的电流为矩形 波、三角波或锯齿波的电流。
【专利摘要】本发明公开了用于测量燃料电池阻抗的方法、装置和系统。例如，方法包括：通过阻抗测量装置将合成波的电流注入燃料电池；通过阻抗测量装置从燃料电池接收响应于合成波的电流的电压；以及通过阻抗测量装置使用合成波的电流和响应电压测量燃料电池阻抗。具体地，用于方法、装置和系统中的合成波为非正弦周期波。
【IPC分类】G01R27/08, G01R31/36
【公开号】CN105372500
【申请号】CN201410741313
【发明人】元祥卜, 郑贵成
【申请人】现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年12月5日
【公告号】DE102014224290A1, US20160054391