[发明专利]用于监测燃料电池运行状态的方法

说明书

用于监测由至少一个燃料电池组成的燃料电池组(1)的运行状态的测量装置，其中，工作负载(2)被接通至该燃料电池组，还设有至少一个用于馈送至少一个低频信号(s_e1(t),s_e2(t))的功率放大器(5,5',5)，功率放大器的输出端被连接至燃料电池组，并且具有同样连接至该燃料电池组的用于获得对所述至少一个馈入信号s_ei(t)的响应信号s_ai(t)的分析装置(6,7,8,9,10,11)，其中，该燃料电池组(1)被提供两个或以上的不同频率(fe₁,fe₂)的单独信号(s_e1(t),s_e2(t))，且该分析装置设立用于在所提供的单独信号(s_e1(t),s_e2(t))的互调产物(mfe₁+/‑nfe₂)的选定频率(fa₃,fa₄)下获得响应信号s_ai(t)并且至少关于其振幅来测量，以获得至少一个输出信号(S_AZ,S'_AZ,S_AZ)。

技术领域

本发明涉及用于监测燃料电池运行状态的方法，其中，由至少一个燃料电池构成的燃料电池组被提供以低频范围内的一个信号并且出现的响应信号被测量和分析。

本发明也涉及用于监测由至少一个燃料电池构成的燃料电池组的运行状态的测量装置，其中，工作负载被接通至该燃料电池组，还设有至少一个用于馈送至少一个低频信号的输入放大器，该输入放大器的输出端被连接至该燃料电池组，并且具有同样连接至该燃料电池组的分析装置，用于获得对所述至少一个馈入信号的响应信号。

背景技术

具体类型的方法是已知的。例如，由申请人的EP 1 646 101B1得知一种用于确定燃料电池临界运行状态的方法，其利用以下情况：在馈送交流电信号至燃料电池或燃料电池堆叠时，所出现的响应信号的高次谐波分量允许归溯至燃料电池的运行状态。在优选的电流馈送时，测量电压作为响应信号，该电压的高次谐波分量被测量且被定性/定量分析。用于分析(尤其基于非线性谐波失真系数测量)所出现的响应信号的近似计算方法从申请人的WO 2013/164415 A1中得知。

具体类型的另一方法由US 8,906,568 B2描述，其中，该方法采用两个频率很低的例如1和3赫兹的信号并且也监测所出现的高阶振荡。

已知的测量方法和装置的出发点是以下情况，燃料电池的电流/电压特性曲线也具有高非线性区域，例如特性曲线在此基本上线性延伸的区域。在馈入正弦形电流至燃料电池或堆叠时，出现基本呈正弦形的响应信号，其具有少量高次谐波和相应地具有小的非线性谐波失真系数，只要燃料电池在其特性曲线的线性范围内工作。但如果燃料电池在不按规定的运行状态中例如在亚化学计量的运行中工作，则进至电流/电压特性曲线的明显非线性区域并且作为响应信号被测量的电压的高次谐波分量显著增加。

在本说明书的范围内，低频信号是指这样的信号，其频率或频率分量一般不高于10-20千赫的频率。在本说明书中为了简单书写而采用的术语“交流电信号”应同样包含交流电流和交流电压。

虽然已知的基于高次谐波分量的测量方法容许对燃料电池的运行状态做出许多说明，但另一方面其前提条件是高昂的分析成本。这部分在于人们想要获得较多的高次谐波，以便有目的地获得相对大量的频率例如达到九阶或十一阶的谐波；另一方面，将足够大的正弦形电流输入燃料电池堆叠(可以出现500伏数量级的电压)带来了技术问题，尤其当馈入信号(若为电压或电流)的频率较低，例如如以上现有技术所述低于10赫兹时。因为高次谐波分量是一个重要因素，故待馈入信号的非线性谐波失真系数也必须很小，这也意味着高成本。

发明内容

本发明的任务在于提供一种方法和一种装置，其允许能通过比较简单的廉价方式快速探测临界运行状态。