[发明专利]燃料电池系统与交流阻抗测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，更具体地涉及一种用于测量交流阻抗以检测燃料电池运行状况的技术的改进。

背景技术

已知燃料电池的输出受燃料电池的内部条件影响，例如电解液的湿度。电解液的湿度与燃料电池的复阻抗相对应，因此在相关领域内，已经提出通过向燃料电池的输出施加交流信号来监测燃料电池的运行状况，以检测振幅比和电流与电压之间的相位偏移，从而计算复阻抗。

例如，日本专利申请特开2003-86220描述了一种燃料电池系统，其中燃料电池的复阻抗通过向燃料电池的输入信号施加正弦波信号，同时将频率从高频变化为低频来确定，并且燃料电池的湿度状况从燃料电池的内部含湿量不足时增加的阻抗分量R1和内部含湿量过高时增加的阻抗分量R2来估计。阻抗分量R1通过施加高频正弦波信号来测量，阻抗分量R2通过施加低频正弦波信号来测量。日本专利申请特开2003-297408描述了使用类似技术的燃料电池系统，其中要检测的气体的含水量从电化学电池的电压或者电流来检测。

根据上述传统技术，通过测量燃料电池的阻抗可间接获知燃料电池的内部湿度状况。

发明内容

但是，在上述传统技术中，当施加低频正弦波信号时，测量精度往往会变差。其原因是附属设备(例如，泵或压缩机)作为燃料电池的负载，因此燃料电池的输出电流根据附属设备的运行状况而变化。换句话说，认为负载状况根据附属设备的操作变化，导致燃料电池输出电流的变化。电流是确定交流阻抗的要素，因此如果电流根据负载状况周期性地变化，那么测量的交流阻抗会获得不准确的值。

本发明的目的是通过提供一种燃料电池和测量方法解决上述问题，通过其可高度精确地测量交流阻抗。

为实现该目的，本发明为一种能够测量燃料电池内的交流阻抗的燃料电池系统，包括：发电稳定装置，用于将所述燃料电池内的发电保持在稳定状态；以及阻抗测量装置，用于当检测到所述燃料电池内的所述发电处于稳定状态时测量所述交流阻抗。

本发明还是一种交流阻抗测量方法，包括下列步骤：将燃料电池内的发电保持在稳定状态；以及在稳定了所述燃料电池内的发电之后，测量所述交流阻抗。

根据本发明，在测量交流阻抗之前进行燃料电池内稳定发电的处理，因此消除了交流阻抗测量期间燃料电池发电变化的起因。因此，在该情形下测量的交流阻抗对应于燃料电池的湿度状况，表示精确的复阻抗。

这里，例如，在低频范围内测量“交流阻抗”。“低频范围”为比较低的频率范围，可在该范围内测量交流阻抗，并包括频率ω＝0。在该频率范围内的交流阻抗能够根据燃料电池的发电状况变化。

“稳定发电状态”表示燃料电池的发电(功率、电流、电压)为定值的情形，也表示发电的变化抑制到或低于预定的发电区域(范围)。

另外，所述发电稳定装置优选将燃料电池的发电电流保持在恒定水平。

这里，“恒定水平”表示固定的电流值，还表示将电流变化抑制为或低于预定的电流区域(范围)。

在本发明中，所述发电稳定装置可包括：蓄电装置，其电连接到所述燃料电池；以及功率控制装置，用于控制所述燃料电池与所述蓄电装置之间的功率传递，使得所述燃料电池的输出稳定。当燃料电池内的发电稳定时，输出固定量的功率，但是当所需的负载功率小于输出功率时，产生过剩功率。根据上述构成，过剩的功率被充到蓄电装置，因此有效地利用了能量。注意，当电连接到燃料电池的负载装置(例如，驱动电机等)的消耗功率(负载功率)小于燃料电池产生的功率时，产生功率过剩。

另外，在本发明中，所述发电稳定装置可包括：蓄电装置，其电连接到所述燃料电池；以及功率控制装置，用于通过从所述蓄电装置放电来补偿由稳定所述燃料电池的输出而引起的功率不足。当燃料电池内的发电稳定时，输出固定量的功率，但是当所需的负载功率大于输出功率时，产生功率不足。根据上述构成，功率不足由蓄电装置供给，因此能够响应在交流阻抗测量期间发生所需负载功率增大的情形。注意，当电连接到燃料电池的负载装置(例如，驱动电机等)的消耗功率(负载功率)大于燃料电池产生的功率时，产生功率不足。

同样在本发明中，当所述功率不足超过通过从所述蓄电装置提供的补偿功率时，所述阻抗测量装置停止测量所述交流阻抗。当燃料电池稳定的发电量不足，使得从蓄电装置放电补偿不足，并且由于加速器的突然操作等引起所需负载功率突然增加时，可能无法通过从蓄电装置放电来获得所需的负载功率。根据上述构成，当所需的负载超过可从蓄电装置补充的功率时，暂时停止交流阻抗测量，因此能够响应突然的负载变化。