CN100346519C - 燃料电池健康管理系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种对燃料电池组内单个燃料电池或一小组燃料电池进行再生，补充或旁路的方法和设备。该方法和设备提供了一种用于消除燃料电池阳极部分和阴极部分催化剂“毒素”的机制，并提供了一种改善电解质工作状况的机制。采用了一种控制器，用于控制与电池组内单个燃料电池和一小组燃料电池相并联的可变电阻器或可调电源。通过调节可变电阻器的电阻值，或调节可调电源的电压水平，可以直接控制燃料电池的电流。根据基尔荷夫电流定律，在燃料电池组工作过程中，降低燃料电池的电压可以增加电池的电流，并且沉积在阳极和阴极电解质的“毒素”可得到清除，从而再生了燃料电池。通常来说，电池“毒素”的清除只需要对燃料电池电位施加短的，周期性的脉冲。还提出了用于诊断并确定燃料电池性能受限过程的方法和设备，从而使燃料电池组的性能达到最佳。

Description

燃料电池健康管理系统
相关应用的交互参考
这项应用拥有以下专利的优先权：于2002年3月29日申请的美国专利，其申请序列号为10/108,491，以及于2003年3月28日申请的专利合作条约专利，其申请序列号为PCT/CA 03/00448。
本发明的领域
本发明的领域和燃料电池相关，更具体地说，是有关能够管理单个燃料电池或燃料电池组的运行健康状况的方法和设备。
本发明的背景
在过去几十年里，人们对环境问题变得越来越关注，其结果之一是，由于化石燃料对环境的污染性，人们开始了远离化石燃料能源的运动。基于电化学的燃料电池是一种看起来可行的能够取代传统能源的办法，尤其是在汽车领域。
电化学燃料电池通过转换反应物，也就是燃料和氧化剂流体流来产生电力和反应产物。这种燃料电池能够使用各种反应物来工作一燃料流可以是基本上纯净的氢气，或含氢的气态重整物流，甲醇溶液，或任何其它合适的反应物。氧化剂可以是基本纯净的氧气或稀释的氧气流，比如含有氧气的空气。
目前燃料电池的一个缺点是电池的输出功率会随着时间而降低。反应物流的杂质，或在燃料电池反应过程中，来自电池内部中间反应产物的杂质，会被吸附或沉积在阳极和阴极电催化剂的表面上。一种理论解释是这些中间反应产物阻塞了电催化剂的表面部分，从而使这些表面部分不能再诱发所需要的电化学反应。这些杂质被称为电催化剂“毒素”，它们对电化学燃料电池的这种作用称为“电催化剂中毒”。因为这种“中毒”降低了燃料电池在一定电流密度下的电压输出，从而降低了燃料电池的性能。电催化剂“毒素”的沉积是可以随时间逐步聚集的，甚至燃料流或氧化剂流里微小的“毒素”浓度也会导致电催化剂一定程度的“中素”。
上面提到的这些“毒素”，来源有许多种。源于碳氢化合物或被氧化的碳氢化合物的重整物流一般含有高浓度的氢燃料，但也常含有电催化剂“毒素”，如一氧化碳。由于电催化剂“毒素”的存在，燃料流会在进入燃料电池之前进行预处理。预处理的办法可以采用催化或其它方法来清除一氧化碳。但不幸的是，预处理方法不能有效地消除所有的一氧化碳。即使有极少量的一氧化碳，如10PPM的含量，也会最终导致催化剂“中毒”。
构成燃料电池的部件和燃料电池内其它的流体流也可能成为杂质源。例如，燃料电池的分隔板常常由石墨制成。石墨内有机杂质会溶解出来并使电催化剂中毒。反应物流中的物质和燃料电池元器件材料之间的反应也会产生其它毒素。还有一个可能的毒素源来自氧化过程中的中间反应产物。对于使用复合燃料的电池，如甲醇电池，这一点尤其重要。
以同样的方式，氧化物流也可能包含或产生杂质，该杂质制发生在阴极的电化学反应。这些杂质可能源于阴极流内部，也可能在原位产生，或来自燃料电池的其它地方而被传送到阴极。(举例来说，那些来自用于构成燃料电池的材料的有机杂质，或来自燃料流的未反应或未完全反应的燃料)。当空气用作氧化剂时，空气含有多种已知为电催化剂“毒素”的气体杂质。这些杂质包括含硫的化合物，氮氧化物等等。吸附在电催化剂上的杂质或氧化物也会阻塞阳极的电催化剂。已知道的是含有铂的电催化剂会和氧气发生反应并在电池的高电位端形成氢氧化物，从而拟制了燃料电池的反应。
人们已经开发一些方法以试图克服电催化剂中毒的问题。阳极或阴极可以被一种惰性气体来净化。然而，这种方法会使燃料电池的电力输出暂停。另一种方法是引入一种不包含一氧化碳或其它“毒素”的干净燃料流到“中毒”的燃料电池阳极。当吸附是可逆的时候，一种平衡过程会导致电催化剂某种程度的再生。然而，这种方法对于消除不可逆吸附的“毒素”是无效的。此外，通过这种平衡过程来恢复阳极的电催化剂是很缓慢的，而且在这个过程中燃料电池是不能够全力运行的。
还有另外一种方法是连续引入低浓度氧气到燃料电池的燃料流上游中，这种方法由Gottesfeld在美国专利4,910,099里提出。然而，这种方法有它本身的缺点，例如，来自氧气排放的寄生损失；在电池阳极发生的局部发热反应，以及燃料流的稀释等。
Wilkinson等人在美国专利6,096,448中提出了一种通过对阳极进行周期性的燃料限制供给，来提高阳极电位的方法。这种方法会氧化和消除电催化剂的“毒素”。Wilkinson介绍了三种用于实现燃料限制供给的方法：通过关掉燃料供应流的输入和输出阀门来暂时中断燃料的供应；周期性地引入不含有燃料的流体进入燃料供应；在不增加燃料供应的情况下短暂地增加电池的电气负载。
由于这些方法都会使阳极的燃料耗尽，从而导致阳极的电位升高。然而不幸的是这些方法都不能够对阳极电位进行直接控制。此外，这些方法都是针对整个燃料电池组来实施的，因此会导致电池组的运行中断。
Colbow等人的PCT专利公布WO 01/01508，提出了一种通过周期性地暂停供应反应物，来控制电化学燃料电池的方法和仪器。和Wilkinson的专利类似，Colbow提出了使燃料电池的阴极部分的氧化剂限制供应，而使燃料电池继续给某个负载提供电力。
Uribe等人的美国专利发表US 2001/0044040A1，以及Donohue等人的PCT专利申请WO 01/99218都提出，简单地，周期性地增加输出负载，可以使阴极电位降低到0.6V以下，从而消除化学性吸收在阴极电催化剂表面的OH，并增加燃料电池在高的工作电压下的输出。Donahue等人的这项专利申请提出了几种在电池阴极实现这种电池再生的方法。
授予Adams等人的美国专利6,339,313，提出了一种采用电压源和燃料电池相连接的方法。该方法采用来自电压源的电流来提高燃料电池的的阳极电位，从而消除电催化剂“毒素”。Adams进一步提出了一种连接到一种开关阵列装置的控制器。这个控制器通过使用开关阵列来增加燃料电池组内至少一个燃料电池的电流。Adams的这项专利提出了燃料电池组内工作不正常的电池可以被一个电压源来补充或取代。
燃料电池作为一种电源，在很多方面得到了应用，包括可以用作汽车电源以取代内燃发动机，以及用作住宅电源等。质子交换膜类型的燃料电池包括一种“膜电极组件”(MEA)，MEA由一种很薄的，质子能够穿透的，非导电性的固体聚合物膜电解质组成，阳极在膜的一侧，而阴极在膜的另一侧。MEA被夹在一对可导电的元件中间，这组导电的元件(1)是作为阳极和阴极的电流收集器，(2)还包含合适的沟道和/或开孔以使燃料电池的气态反应物分布到相应的阳极和阴极催化剂表面上。通常由一组单个燃料电池装配在一起，来组成一个PEM燃料电池组。燃料电池这一术语一般可用来指示单个电池，或一小组电池，这由当时的语意环境来决定。
对于PEM燃料电池，氢气(H2)是阳极的反应物(也就是燃料)，氧气是阴极的反应物(也就是氧化剂)。氧气可以是纯氧气(O2)，或者是空气(O2和N2的混合物)。固体聚合物电解质通常由离子交换树脂如全氟磺酸盐制成。阳极/阴极通常由精细分离的催化剂颗粒组成，这些颗粒经常由碳颗粒来支撑，并与可以质子导电的树脂混合在一起。这些催化剂颗粒通常是很贵重的金属颗粒。这些包括被催化电极的膜电极组件，其生产比较昂贵，并且生产过程需要一定的控制条件以防止带来损失。
对于用在汽车和住宅领域的燃料电池，需要采用液体燃料作为电池的氢气来源，最好是碳氢化合物或醇类，例如甲醇或汽油。这些应用于车辆的液体燃料易于在车上存储，而且全国范围内都有相应的设施供应这些液体燃料。然而，这种类型的燃料必须进行离解以释放出氢含量，从而给燃料电池供应燃料。这种离解反应是在一个被称为重整装置的化学燃料处理器内多相地完成的，重整装置通过一种催化剂提供热能，并产生一种重整物气体，主要包含氢气，二氧化碳，但也包含少量的催化剂“毒素”，即一氧化碳。
对于PEM燃料电池系统，燃料电池内反应一定要在一定的条件下进行，以保持电池的完整性，以及电池的贵重聚合物及金属催化剂成份不受损失。既然MEA组件的阳极，阴极和电解质层分别是由聚合物组成，很明显这样的聚合物如果暴露在太高的温度下，其完整性和/或性能会受到负面影响。
如果要使一个PEM燃料电池系统获得最佳的性能，一定要在电池组内部对许多因素进行操作。膜内部和电极表面的水平衡控制对取得好的性能很关键。如果膜干涸了，电池电阻就会增加，并导致电池电压下降以及热量的产生，进而导致水合作用加剧，造成膜穿孔的电池失效。另一方面，当水产生以后，如果不从阴极表面合理地得到清除，电池会受淹，导致系统性能变差。同样，“毒素”会聚集在阳极和阴极表面导致电池性能变差。因而，有许多因素会造成电池电压在一定电流的情况下下降。由Keskula等人在美国专利6,406,806提出的与燃料电池的电压监控和系统控制有关的方法，采用基于测量单个燃料电池电压或测量燃料电池组的电压来控制燃料电池，但这些方法没有明显的效果，其原因是许多因素会导致电池这种电压下降。
从上面的论述可以看出，的确需要一种既能够解决电催化剂中毒，而又能避免上述和再生效果的问题的方法和设备。本发明的目的就是为了克服前面所述方法的缺点，它是通过采用连接一种可变电阻装置(也可称为可变负载)，或采用一种和燃料电池组内电池并联的电压源，来消除燃料电池“中毒”。此外，本发明进一步提供了一种针对燃料电池组内部控制过程的一种改进的设备和诊断方法，它可以管理单个燃料电池的运行，也可以管理燃料电池组的运行。
本项发明简介
本发明提供了使燃料电池组内单个电池或一小组电池得到再生同时避免了前面所提到方法的问题的方法和设备。本发明的方法和设备提供了一种能够消除燃料电池阳极部分和阴极部分的催化剂“毒素”并且能够使电解质的运行得到改善的装置。本发明提供了一种控制器，它可以控制一种与燃料电池组内单个电池或电池小组相并联的可变电阻装置或可调电源。通过调节可变电阻装置的电阻值，或调节可调电源的电压水平，可以直接控制燃料电池内的电流。根据基尔菏夫电流定律，当燃料电池组在运行过程中，减小燃料电池的电压会增加流过电池的电流，沉积在阴极和阳极电催化剂的“毒素”被清除了，从而燃料电池得到了再生。当流过燃料电池的电流增加时，燃料电池组就可以仍然运行在一个恒定的电流水平上。通常，电池“毒素”的消除只需要短时间的，周期性的燃料电池电位脉冲。采用一个可调电源，燃料电池的电位可以被反转，这种方法对于消除某种催化剂得“毒素”很有效。当采用可变电阻装置时，燃料电池电位的降低可限制到大约0V左右。
流经燃料电池过剩的电流，即超过燃料电池组电流水平的部分，会流过可变电阻装置，或流过可调电源。电池组内每一个燃料电池都可以逐个或并行地进行处理，从而降低电池组运行过程中电催化剂“中毒”这一效应。如果燃料电池组内一个或多个燃料电池工作不正常，这些燃料电池的再生被按优先排序，以便按其相应的优先次序逐个地进行处理。再生的处理过程不仅仅是降低燃料电池的催化剂“毒素”，而且还会影响到电解质膜的湿度和电池的温度，从而进一步提高电池的性能。
本发明还提供了能够取代或补充燃料电池组内一个电池或一小组电池的方法和设备，而且避免了现有技术所带来的问题。某一个燃料电池的催化剂“中毒”或脱水会导致该电池的失效。而某个电池的失效又会对同一电池组内位于其附近的燃料电池带来不利影响，从而降低燃料电池组的综合可靠性和寿命。在燃料电池组内一个或一小组工作不正常的电池可以被一个可调电源来补充或取代，而该可调电源则受一个控制器控制。与再生过程相反，根据基尔荷夫电流定律，当燃料电池组正在运行的过程中，增加燃料电池的电压并使其超其过正常的工作电压，会降低流经燃料电池的电流，因此会使电池组的部分或全部电池流经该可调电源。采用可调电源的好处是仍然可以使用弱电池的可用能量，并且该电池的电压可以得到保持。通过采用一种与弱或失效的单个或一小组电池并联的可变电阻装置，该单个电池或一小组电池就可以被旁路。在这种情况下，被旁路电池的能量就不能得到利用了。
本发明提供了一种改进的设备和方法，用于诊断燃料电池组内遇到的问题，并控制相应的过程。本发明的设备和方法提供了一种装置，可以确定一个燃料电池内的性能受限过程，并使燃料电池组的性能得到优化。本发明提供了一种控制器，可以控制与电池组内某一个单独的燃料电池或一小组燃料电池相并联的可变电阻装置或可调电源。通过调节可变电阻装置的阻值，或通过调节可调电源的电压水平，可以直控制燃料电池的电流。根据基尔荷夫电流定律，当燃料电池在运行过程中，降低燃料电池的电压，可以使通过该燃料电池的电流增加。通过监测燃料电池的反应，可以提供一种方法，用于确定是什么过程控制着该电池的输出。如果电池受淹了，电池电压会随着电流脉冲的应用而降低。相反，当电池阳极和阴极的“毒素”限制了电池组的性能时，电池电压会随着电流脉冲的使用而增加。
使用可调电源有利地提供了一种改进的控制方法，可以控制电池的电位，或对一个存在问题的燃料电池进行补充或取代。而采用可变电阻装置则提供了一种使电池再生和取代电池的方法，这是本发明的一种比较廉价实现方法。
高功率电能质量的控制，尤其是对燃料电池组的电压输出在某一特定范围内的控制，对许多电子设备和系统的运行是必须的。本燃料电池管理系统提供了一种方法，可以使由燃料电池组供电的负载的电能质量得到保持。通过使用控制器，管理系统使燃料电池组的电能输出水平保持在预定的范围之内，从而保证了电能的质量。
第一方面，本发明提供了一种设备，当燃料电池在工作工程中，可以对单个燃料电池进行操作，该设备包括：
一种和燃料电池相连的可变电阻装置；以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有可以测量该燃料电池电压水平和电流水平的测量装置，该控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置。
第二方面，本发明提供了一种设备，当燃料电池工作的过程中，可以对单个燃料电池进行操作，该设备包括：
和燃料电池相连的可调电源；以及
一个用于调节连接在该燃料电池两端的可调电源的控制器，该控制器具有测量该燃料电池电压水平和电流水平的测量装置，该控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平来调节可调电源。
第三方面，本发明提供了一种设备，可以对燃料电池组内单个燃料电池进行操作，其中燃料电池组由相互串连在一起的多个燃料电池组成，该设备包括：
一种具有测量每一个燃料电池的电压水平和整个燃料电池组的电流水平的测量装置的控制器；
用于提供可变电阻值的多个可变电阻装置，每一个可变电阻装置与多个燃料电池内一个相应的电池相连，并且每一个可变电阻装置都和控制器相连，以及
和控制器相连的一个电源；
其中控制器通过调节可变电阻值来改变某一个燃料电池的电压水平。
第四方面，本发明提供了一种可以对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于确定每一个燃料电池的电压水平以及燃料电池组的电流水平；
多个可调电源，用于提供可以调节的电压源，每一个可调电源与多个燃料电池内一个相应的燃料电池相连接，并且每一个可调电源都和控制器相连；以及
与控制器相连接的一个电源；
其中控制器调节每一个可调电源的电压水平，以改变某一个燃料电池的电压水平。
第五方面，本发明提供了一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种连接到多个燃料电池中的每一个燃料电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据某一个燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可变电阻装置的可变电阻值来改变该燃料电池的电压水平，并且
其中控制器通过开关装置来增加该某个燃料电池的电流。
第六方面，本发明提供了一种对电池组内单个燃料电池进行操作的设备，该燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种连接到多个燃料电池中的每一个燃料电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据某一个燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电压水平来改变该燃料电池的电压水平，并且
其中控制器通过开关装置来增加该某个燃料电池的电流。
第七方面，本发明提供了一种用于使单个燃料电池再生的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可变电阻装置；
b)给该可变电阻装置提供一个电压源；
c)测量该燃料电池的电压水平；
d)测量该燃料电池的电流水平；以及
e)根据在步骤c)和d)所测量的电压水平和电流水平来控制该可变电阻装置。
第八方面，本发明提供了一种用于旁路燃料电池组内单个燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可变电阻装置；
b)给该可变电阻装置提供一个电压源；
c)测量该燃料电池的电压水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平来控制可变电阻装置，以旁路电流流经该可变电阻装置。
第九方面，本发明提供了一种用于使燃料电池组内单个燃料电池再生的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)给该该燃料电池提供一个电压水平；
c)测量该燃料电池的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)中所测量的电流水平和电压水平来控制该燃料电池的电压水平。
第十方面，本发明提供了一种用于旁路燃料电池组内单个燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)给该燃料电池提供一定的电压水平；
c)测量该燃料电池的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平和电流水平控制该燃料电池的电压水平，以旁路流经该燃料电池的电流。
第十一方面，本发明提供了一种用于补充燃料电池组内单个燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)为该燃料电池提供一定的电压水平；
c)测量该燃料电池的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平和电流水平来控制该电池的电压水平，以补充该燃料电池的电压水平。
第十二方面，本发明提供了一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测和再生燃料电池组内单个弱的燃料电池，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量该被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节跨接该燃料电池的可变电阻的阻值，以增加流过该燃料电池的电流，并输出在步骤b)中所测量的电压水平以更新该燃料电池管理系统，并且
e)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到e)。
第十三方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少两个燃料电池进行催化剂“中毒”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中的每一个电池的电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平；
c)根据在步骤a)中测量的电压水平，以及在步骤b)中测量的电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平；
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队；
e)对于最高优先级别，调节具有最高优先级别的第一燃料电池的可变电阻值，并更新这个电池的催化剂“毒素”水平；
f)如果两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行确定，那么调节第二燃料电池上的可变电阻值；以及
g)如果至少两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行确定，那么重复步骤c)到g)。
第十四方面，本发明提供了一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测和再生燃料电池组内一个弱的燃料电池，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则对该燃料电池施加一个电压水平值，以增加流过该燃料电池的电流，并输出在步骤b)中所测量的电压水平以更新该燃料电池管理系统，并且
e)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到e)。
第十五方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少两个燃料电池进行催化剂“中毒”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中每一个电池的电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平；
c)根据在步骤a)中测量的电压水平，以及在步骤b)中测量的电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平，
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队；
e)对于最高优先级别，对具有最高优先级别的第一燃料电池施加一个电压水平，并且更新这个电池的催化剂“毒素”水平；
f)如果两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行确定，那么对第二个燃料电池施加一个电压水平；以及
g)如果至少两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行确定，那么重复步骤c)到g)。
第十六方面，本发明提供了一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测燃料电池组内一个弱的燃料电池的催化剂“中毒”，并再生该燃料电池，包括以下步骤：
a)测量电池组的电压水平；
b)将该电池组的电压水平和预定的电池组电压水平阈值进行比较，
c)如果该电池组电压水平比预定的电池组电压水平小，则执行以下步骤：
c1)选择一个燃料电池进行检测；
c2)测量被选燃料电池的电压水平；
c3)将该电压水平和预定的电池电压水平阈值进行比较，
c4)如果该电压水平比预定的电池电压水平阈值小，则调节跨接该燃料电池的可变电阻的阻值，并输出在步骤中所测量的电压水平，以更新该燃料电池管理系统；
c5)如果该电压水平至少和预定的电压门限相等，则重复步骤a)到c)；并且
d)如果该电池组的电压水平至少和预定的电压相等，则重复步骤a)到d)。
第十七方面，本发明提供了一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测燃料电池组内一个弱的燃料电池的催化剂“毒素”，并再生该燃料电池，包括以下步骤：
a)测量电池组的电压水平；
b)将该电池组的电压水平和一个预定的电池组电压水平进行比较，
c)如果该电池组电压水平比预定的电池组电压水平小，则执行以下步骤：
c1)选择一个燃料电池进行检测；
c2)测量被选燃料电池的电压水平；
c3)将该电池电压水平和预定的电池电压水平阈值进行比较，
c4)如果该电压水平比预定的电池电压水平阈值小，则对该燃料电池施加一个电压水平，并输出在步骤中所测量的电池电压水平以更新该燃料电池管理系统；
c5)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)；并且
d)如果该电池组的电压水平至少和预定的电压相等，则重复步骤a)到d)。
第十八方面，本发明提供了一种用于旁路由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压门限进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压门限小，则施加一个可调电源，来增加该被选燃料电池上的电压水平，以旁路流过该燃料电池的电流到电源，并输出在步骤b)中所测量的电压水平，以更新该燃料电池管理系统。
第十九方面，本发明提供了一种用于旁路由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，并且
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则对该选中的燃料电池施加一个可调电源，来增加该被选燃料电池上的电压水平，以旁路流过该燃料电池的电流到电源。
第二十方面，本发明提供了一种用于补充由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可调电源，来增加该被选燃料电池上的电压水平，并使之达到至少和预定的电压水平阈值相等的电压水平。
第二十一方面，本发明提供了一种用于补充由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可调电源，来增加该被选燃料电池上的电压，使该被选燃料电池的电压达到至少和预定的电压水平阈值相等的电压水平，并且输出在步骤b)中测量到的电压水平，以更新燃料电池管理系统，以及
e)如果该电压至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)。
第二十二方面，本发明提供了一种用于取代由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，以及
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节跨接燃料电池的可变电阻的阻值，以旁路电流绕过该燃料电池。
第二十三方面，本发明提供了一种用于取代由燃料电池管理系统检测到的燃料电池组内一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节跨接该燃料电池的一个可变电阻的阻值，来旁路电流绕过该燃料电池，并且输出在步骤b)中测量到的电压水平，以更新燃料电池管理系统，以及
e)如果该电压至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)。
第二十四方面，本发明提供了一种对电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池内至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于确定至少由一个燃料电池组成的电池小组的电压水平和电流水平；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可变电阻值，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集上的电压水平，并且控制器通过开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内的特定燃料电池的电流。
第二十五方面，本发明提供了一种对电池组内至少一个单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池内至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于测量至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平和电流水平；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可变电阻值，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器通过开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内的至少两个燃料电池的电流。
第二十六方面，本发明提供了一种对电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接该多个燃料电池组内每一个燃料电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可变电阻装置的可变电阻值，来改变该至少两个燃料电池中的每一个燃料电池的电压水平，并且控制器同时通过开关装置来增加流过至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
第二十七方面，本发明提供了一种对电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的多个可变电阻装置，以及
一种跨接到多个燃料电池内每一个燃料电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和多个可变电阻装置；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节对应于多个可变电阻装置中的至少两个可变电阻装置的至少两个可变电阻值，来分别改变该至少两个燃料电池的电压水平，并且控制器同时通过开关装置来增加流过至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
第二十八方面，本发明提供了一种对电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池中至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于确定至少由一个燃料电池组成的燃料电池子集的电压水平和电流水平；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种跨接到至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可调电源；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集上的电压水平，并且控制器通过开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内某个燃料电池的电流。
第二十九方面，本发明提供了一种对电池组内至少一个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池内至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于确定少由一个燃料电池组成的电池子集的燃料电池电压水平和电流水平；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种跨接到至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可调电源；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器通过开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内的至少两个燃料电池的电流。
第三十方面，本发明提供了一种对燃料电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的可调电源，以及
一种跨接到多个燃料电池内每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平来改变该至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电压水平，并且控制器同时通过开关装置来增加流过至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
第三十一方面，本发明提供了一种对燃料电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定至少两个燃料电池的燃料电压水平和燃料电池组的电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的多个可调电源，以及
一种跨接到多个燃料电池内每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和多个可调电源；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节与多个可调电源中至少两个可调电源相对应的至少两个可调电源电压，来分别改变该至少两个燃料电池中的电压水平，并且控制器同时通过开关装置来增加流过至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
第三十二方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少两个燃料电池进行催化剂“毒素”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中的每一个电池的燃料电池电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平和流经该燃料电池组的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平；
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，来对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队。
e)对于给定的优先级别，通过对至少一个燃料电池施加一个脉冲，来调节至少两个燃料电池中的至少一个燃料电池的燃料电池电压水平，脉冲由至少一个参数来确定，而这个参数由催化剂“毒素”的水平来确定。
第三十三方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料电池组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对由至少两个燃料电池组成的电池小组按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少由两个燃料电池组成的电池小组上的燃料电池电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平和流经燃料电池组的电流；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平和电流水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料电池组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
d)调节连接到至少由两个燃料电池组成的电池小组的电阻装置的可变电阻值。
第三十四方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料电池组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少由两个燃料电池组成的电池小组按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量由至少由两个燃料电池组成的小组的燃料电池电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平和燃料电池组上的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料电池组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
e)调节跨接到至少由两个燃料组成的电池小组的电阻装置的可变电阻值，以旁路电流流经电阻装置。
第三十五方面，本发明提供了一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料电池组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少由两个燃料电池组成的电池小组按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少由两个燃料电池组成的电池小组上的燃料电池电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平和燃料电池组的电流；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料电池组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
d)通过对至少由两个燃料电池组成的电池电池小组施加一个脉冲，来调节至少由两个燃料电池组成的电池小组上施加的电压水平，脉冲由至少一个参数来定义，而这个参数有催化剂“毒素”的水平来确定。
第三十六方面，本发明提供了一种当燃料电池在工作过程中，对至少两个燃料电池进行再生的设备，该设备包括：
一种和至少两个燃料电池连接的可变电阻装置，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定至少两个燃料电池的电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据该至少两个燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置，且该控制器从一个电源获取电能。
第三十七方面，本发明提供了一种当燃料电池在工作过程中，对单个燃料电池进行再生的设备，该设备包括：
一种和至少两个燃料电池连接的可调电源，以及
一种用于调节加在至少两个燃料电池上的可调电源的控制器，该控制器具有确定燃料电池的电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据该至少两个燃料电池的电压水平和电流水平来调节可调电源，且控制器从可调电源获取电能。
第三十八方面，本发明提供了一种燃料电池在燃料电池组中工作的过程中，对单个燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种与燃料电池相连接的可变电阻装置，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定燃料电池电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置，控制器根据该燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置，以及
一个用于确定燃料电池性能受限过程的装置，以实现对该燃料电池组性能水平的优化。
第三十九方面，本发明提供了一种燃料电池在燃料电池组中的工作过程中，对单个燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种跨接燃料电池的可调电源，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定燃料电池的电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置，控制器根据该燃料电池的电压水平和电流水平来调节可调电源的电源电压水平以改变该电池的电压水平，以及
一种用于确定燃料电池性能受限过程的装置，以实现对该燃料电池组性能水平的优化。
插图简介
现根据插图对本发明进行介绍，其中：
图1是可变电阻装置以及与一个燃料电池相连的控制器的框图；
图2a是多个可变电阻装置以及与燃料电池组内多个燃料电池相连的控制器的框图
图2b是多个可变电阻装置以及与燃料电池组内多个燃料电池相连的控制器的框图，如图2b所示，其中每一个可变电阻装置都与燃料电池组内的一小组燃料电池相连接；
图3是一个用作可变电阻装置(如图1所示)的MOSFET的框图；
图4a是一个和单个可变电阻装置及控制器相连的开关装置的框图，以便对燃料电池组内至少一个燃料电池进行再生。
图4b是一个和单个可调电源及控制器相连的开关装置的框图，以便对燃料电池组内至少一个燃料电池进行再生。
图5是一个可调电源及与单个燃料电池相连接的控制器的框图。
图6a是多个可调电源及与燃料电池组内多个燃料电池相连接的控制器的框图。
图6b是多个可调电源及与燃料电池组内多个燃料电池相连接的控制器的框图。如图6b所示，每一个可调电源都和燃料电池组内的一小组燃料电池相连接。
图7a是一个流程图，它详细描述了根据本发明的一个燃料电池管理系统采用一个可变电阻装置对燃料电池组内一个弱电池进行检测并进行再生的方法。
图7b是一个流程图，它详细描述了根据本发明的一个燃料电池管理系统采用一个可调电源对燃料电池组内一个弱电池进行检测并进行再生的方法。
图8是一个流程图，它详细描述了一个燃料电池管理系统对燃料电池组内一个或多个燃料电池进行催化剂“毒素”检测，并对至少两个燃料电池按优先级别进行再生的方法。
图9a是一个流程图，它详细描述了根据本发明采用可变电阻装置对一个燃料电池组的电源质量功能进行监控的方法
图9b是一个流程图，它详细描述了根据本发明采用一个可调电源对一个燃料电池组的电源质量功能进行监控的方法
图10显示了本发明的一种实验应用，其中可变电阻装置，或可调电源，被燃料电池管理系统周期性地使用。
图11显示了通过调节一个电压脉冲的电压限，对燃料电池电力输出结果的影响。
图12显示了在燃料电池组内一个受淹的电池带来的影响；以及
图13显示了在燃料电池组内对一个燃料电池进行阴极再生带来的影响。
详细描述
这里只描述了与几种特定实施例有关的框图。但是，应该理解到根据下面本发明对框图的描述，会使本发明的其它目标和优势变得清楚。这里虽然只提出了一种建议的实施例，但并不意味着本发明就局限于此。此外，这里提出的一般性原理应被看作仅仅是对本项发明范围的说明，并且还应进一步理解到，在不偏离本发明的范围的情况下，还可以产生很多的变化。
这里将主要参照对燃料电池组内单个燃料电池的再生对本发明进行描述。然而，由于本发明的方法和设备也可适用于燃料电池组内燃料电池小组，因而本发明应不仅限于单个燃料电池的再生。由于成本等经济因素，可能需要对燃料电池组内的电池小组而不是单个的电池进行再生，也就是说，通过降低元器件的数量来降低燃料电池健康管理系统的成本。
图1是本发明的燃料电池管理系统5的框图。在这第一个实施例中，管理系统5由一个可变电阻装置10，以及和一个与单个燃料电池30相连的控制器20组成。燃料电池30会与负载35相连，以便向负载35提供电力。控制器20也和可变电阻装置10相连，以便控制其电阻值。电源40和控制器20相连。电源40可以是任何类型的电源，包括直流(DC)和交流电源，或独立的燃料电池。
根据本发明，可变电阻装置用于将燃料电池的电压在有限的时间内降低到一个预定的阈值水平。控制器20测量燃料电池30的电压水平。如果测量结果低于预定的阈值水平，那么就认为燃料电池已经“中毒”，因而需要对燃料电池进行再生。控制器20调节可变电阻装置10的阻值，以便在有限的时间内使燃料电池30的电压水平降低。通过调节可变电阻装置10的阻值，电流会流过可变电阻装置10，因而流经燃料电池30的电流得到增加。燃料电池30电流水平的增加导致其电压水平的降低。而这种电压水平的降低导致燃料电池30的“毒素”被消除和氧化。根据控制器的要求，燃料电池10被降低的电压水平会保持一段预定的时间。
再生过程会消除燃料电池内的催化剂“毒素”，并且也会影响到膜的湿度和电池的温度，从而提高燃料电池30的性能。如果再生过程成功，那么燃料电池的工作电压水平会很好地恢复到预定的电压阈值之上。一旦燃料电池30被再生了，燃料电池就会提供负载35所需要的电力水平。
虽然再生的过程可以在一个周期内执行，即在一个有限时间段内对可变电阻装置10进行一次调节，但这个过程可以执行多个额外的周期。为了确定所需要的周期数，控制器20在第一个周期后需要测量燃料电池30的电压水平。如果电压水平低于预定的电压水平阈值，控制器20就按要求在一个或多个周期内调节可变电阻装置10。每一个额外的周期都可能需要调整周期时间的长短，而在这段时间内流过可变电阻装置10的电流得到了增加。周期的长短则由前一周期进行的燃料电池的再生水平来决定。
参照框图2a，是用于燃料电池组125的燃料电池管理系统100的框图。燃料电池管理系统100由控制器20和多个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN组成，可变电阻装置VR1，VR2，...VRN和燃料电池组125中的每一个燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN相连。可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN和每一个燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN分别单独相连。控制器20和每一个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN相连。控制器20控制每一个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN的可变电阻值。控制器20还和燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN相连。控制器与燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN之间的连接，使控制器20能够分别测量每一个燃料CELL1，CELL2，...，CELLN以及燃料电池组125的电压水平。燃料电池组125会与负载35相连，以便为负载35提供电能。由一个独立的电源40来给控制器20供电。另一方面，电源40可以从燃料电池组125获取电能以给控制器20提供电能。
根据本发明，每一个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN被用来在一段有限的时间内增加每个燃料电池CELL1，CELL2，...CELL3的电流，使之到一个预定的阈值水平。控制器20测量燃料电池组125的电压水平和电流水平。除了对电池组进行测量，控制器20还测量电池组125内的单个燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN的电压水平。控制器20使用测量到的每个燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN的电压水平，来确定电池组内部有哪些燃料电池“中毒”了。控制器20然后根据测量到的电压水平或任何其它预定的优先标准，来对确定燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN进行再生的优先次序。控制器首先选择具有最高优先级别的燃料电池，并调节相应的可变电阻装置的电阻值。这种调节会降低相应燃料电池的电压水平。燃料电池的电压水平的降低会使“中毒”的燃料电池的“毒素”被消除或氧化。控制器接着采用上面描述的再生过程，去再生下一个具有最高优先级别的燃料电池，直到整个燃料电池组被再生。当对燃料电池进行再生时，控制器连续更新优先级别的状态，从而使优先级被重新排序。
当燃料电池组内一个或多个燃料电池不能被再生时，控制器会使可变电阻装置阻值最小化，将弱或失效的电池的电流旁路，从而避免了整个燃料电池组的失效，并提高了燃料电池系统的可靠性。
有几种标准可用于确定每个“中毒”的燃料电池或燃料电池小组的优先级别。在测量电压水平以后，第一个标准可以基于由控制器测量的燃料电池组的电压/电流水平，以及各单个燃料电池的电压/电流水平。随着燃料电池的进一步“中毒”，燃料电池的电压继续下降，并且接下来整个燃料电池组的电压出现下降。在这种情况下，每个电池或每个电池小组的优先级别会只基于电压水平的下降。“中毒”的燃料电池再生的最佳时间和周期，会和电池的优先级的分配同时确定。
其它的标准包括使用传感器设备来确定燃料电池里的燃料和氧化剂的气体纯度水平。这种气体传感器设备会和每一个燃料电池相连，以连续或断续的方式来确定导致燃料电池“中毒”的不纯气体的类型。根据传感器设备检测的气体的类型，控制器会确定再生“中毒”的电池所要求的脉冲的长度和电压。另外一个标准可以是燃料电池组在一定时间内所产生的能量。当电池组所产生的能量满足一个预定的阈值时，则开始再生过程。以同样的标志，也可以用一个或多个燃料电池所产生的能量来确定是否有必要对一个或多个燃料电池进行再生。因而，可以根据在电池组里测量到的燃料电池所产生的能量来确定优先级别。
图2b是一组电阻装置以及连接到燃料电池组内一组燃料电池的控制器的方框图。图2b不同于图2a，因为可变电阻装置是与一组燃料电池相连。对于另外一种情况，该燃料电池管理系统100包括多个可变电阻装置，VR1，VR2，...，VRN，以及和燃料电池组125内的燃料电池小组GROUP1，GROUP2，...，GROUPN相连的控制器，这些燃料电池小组由两个或更多相邻的燃料电池组成。可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN和各燃料电池小组GROUP1，GROUP2，...，GROUPN分别单独相连。控制器20和每一个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN相连。控制器20控制每一个可变电阻装置VR1，VR2，...，VRN的可变电阻值。控制器20还和各燃料电池小组GROUP1，GROUP2，...，GROUPN相连。控制器20和各燃料电池小组GROUP1，GROUP2，...，GROUPN的连接使控制器20能够分别测量每一个燃料电池小组GROUP1，GROUP2，...，GROUPN以及燃料电池组125的电压水平。燃料电池组125会和负载35相连以便给负载35提供电能。一个单独的电源40为控制器20提供电能。另一方面，电源40可以从燃料电池组125获取电能来为控制器29提供电能。用于确定每一个“中毒”的燃料电池的优先级别的标准，同样的标准可以适用于燃料电池小组的情况。
图3是燃料电池管理系统150的第三种实施例的框图。这个实施例中，燃料电池管理系统150采用了一个金属氧化物半导体场效应管(MOEFET)170作为电阻装置，还采用了一个控制器20，每一个电阻装置都和一个单独的燃料电池30相连。MOEFET 170的漏极170D和源极170S都和燃料电池30相连。控制器20和MOSFET 170的栅极170G相连，以控制可变电阻装置MOSFET 170。控制器20从电源40中获取电能。
如前面所述，在一段有限时间内，将燃料电池的电压水平降低到一个预定的阈值水平可以再生一个燃料电池。在这个实施例中，一个MOSFET 170被用于降低燃料电池30的电压水平。控制器20测量燃料电池30的电压水平，并确定测量结果是否低于一个预定的阈值水平。如果测量到的燃料电池的电压水平低于一个预定的阈值水平，那么就表明燃料电池的“中毒”已经发生，则需要对燃料电池30进行再生。如前面所指出的，“中毒”既可能发生在燃料电池30的阳极端，也可能发生在电池的阴极端。通过采用一个MOSFET作为可变电阻装置，控制器20可以消除在燃料电池30检测到的“毒素”。在阳极端发生“中毒”的情况下，控制器20降低燃料电池30阳极部分的电压，以清除聚集的“毒素”。控制器20通过调节MOSFET 170栅极和源极的电压来降低其电阻值。这就使MOEFET 20象一个具有电压降的电阻性元件那样控制燃料电池30的电压降。控制器20通过调节MOSFET 20的栅极和源极之间的电压来调节漏极和源极之间的电压，直到漏极和源极之间的电压水平和燃料电池30的电压相等。这种调节持续执进行，直到燃料电池30的电压达到一个可以使燃料电池30的“毒素”被消除/氧化的水平。如果再生过程是成功的，燃料电池就会提供一个高于预定阈值的工作电压水平。控制器20调节MOSFET 170的栅极和源极的电压，直到MOSFET 170的可变电阻装置对工作中的燃料电池的影响最小。再生过程可以使燃料电池给负载35提供全部功率。
图4a是根据本发明另一个实施例的一个燃料电池管理系统171的框图。燃料电池管理系统171包括一个控制器20，一个电源40，一个可变电阻装置173以及一个开关装置175。图4a的燃料电池管理系统采用一个开关装置175来减少图2中所需要的可变电阻装置的数量，这些可变电阻装置与燃料电池组125内每一个燃料电池相连。开关装置175和燃料电池组125内单个的燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN相连。控制器20调节可变电阻装置173的电阻值。与每个单独的燃料电池CELL1，CELL2，...，CELLN以及燃料电池组125相连的控制器20控制开关装置175。根据测量到的每个燃料电池CEL11，CELL2，...，CELLN以及燃料电池组125的电流水平和电压水平，控制器20将可变电阻装置173连入。开关装置173使控制器20能够增加流过可变电阻装置173的电流。控制器20从电源40中获取电能。另一方面，这个电源也可能按要求从燃料电池125中获取能量。当燃料电池组125中的一个或多个燃料电池不能够被再生时，控制器20能够将可变电阻装置173与有问题的电池相连，通过使可变电阻173最小化，使流经弱或失效的电池的电流被旁路，从而避免整个燃料电池组125的失效，并提高燃料电池171的可靠性。对于另一种实施例，再生过程如前面所述，可以用于至少由两个相邻的燃料电池所组成的电池小组。
图4b与图4a的不同之处在于，在燃料电池管理系统176中和开关装置175相连的是可调电源174。此外，与控制器20相连的电源40，采用了虚线表示。采用虚线的目的是为了表明可调电源174可能会作为燃料电池管理系统176的唯一电源。应当指出可调电源最好是双极性的，但是不局限于这种电源。
图5是本发明的燃料电池管理系统180的框图。该燃料电池管理系统由控制器20和可调电源185组成。该控制器和可调电源185相连。为了消除燃料电池30的“毒素”，控制器调节可调电源185的输出电压。输出电压施加在了该燃料电池上，以给燃料电池30的再生提供装置。当对燃料电池30进行再生后，控制器20就停止了可调电源185的输出电压。
图6a是根据本发明另外一个实施例的一个燃料电池管理系统190的框图。该燃料电池管理系统190由控制器20和多个可调电源PS1，PS2，...，PSN组成。控制器20采用多个可调电源PS1，PS2，...PSN来逐个地或并行地再生燃料电池组125内的燃料电池CELL1，CELL2，...CELLN。每一个可调电源PS1，PS2，PSN都提供一个由控制器20来调节的输出电压。当燃料电池组125中的一个或多个燃料电池不能够被再生时，控制器20能够将可调电源和有问题的电池相连，并通过调节电源的电压，来旁路流经弱的或失效电池的部分或全部电流，从而避免整个燃料电池组125的失效，提高了燃料电池190的可靠性，并使该燃料电池的输出最大化。对于另一种实施例，上述过程如前面所述，可以用于至少由两个相邻的燃料电池组成的电池小组。
图6b是和图6a类似的燃料电池管理系统的框图。在图6b中，每一个可调电源都和燃料电池组内的燃料电池小组相连。根据图6b的例子，燃料电池小组由三个燃料电池组成。显然，对于熟练的设计人员来说，一个小组内燃料电池的有限个数取决于设计要求，也就是说，燃料电池小组可以由两个，或取决于燃料电池组内燃料电池数量的合适数目的燃料电池组成。
图7a是一个流程图，它详细描述了对一个根据其电压水平而被认为变弱的燃料电池组内中毒的电池，进行检测和再生过程的步骤。该过程起始于步骤200A，接下来的步骤210A读取燃料电池组的单个电池的电压和电流水平。在接下来的步骤220A确定该燃料电池的电压是否低于一个部分基于燃料电池组当前水平的一个预定的阈值。如果该燃料电池的电压高于或等于那个预定的阈值，然后处理程序就回到步骤210A，并读取电池组内下一个电池的电压。如果该燃料电池的电压被确定为低于该预定的阈值，那么在下一步骤230A控制器就确定该电池是否正在被再生。如果电池再生已经开始，那么处理程序就回到步骤210A，并读取电池组内下一个燃料电池的电压。应该指出燃料电池管理系统会连续分别监控燃料电池组和燃料电池的电流水平和电压水平。如果根据在步骤230A的确认，该电池需要再生，那么处理程序一定要确定该电池是否可以被再生，或该电池是否应该通过采用一个可变电阻装置而被旁路。根据下一个步骤235A，如果该电池需要被旁路，那么处理程序应回到步骤210A，在步骤210A控制器会执行进一步的步骤来旁路燃料电池。如果该电池不需要旁路或再生，那么在下一个步骤240A，会使和该电池相连的可变电阻装置的电阻最小化。在下一个步骤250A弱电池的状态被传送到控制器和其它用户界面。可能要用到一个用户界面，以便提醒设备的操作者一个弱的电池得到确认，且再生过程已经开始。
图7b是一个流程图，它详细描述了对一个根据其电压水平而被认为变弱的燃料电池组内中毒的电池，进行检测和再生过程的步骤。图7b不同于图7a之处在于采用了一个可调电源而不是可变电阻装置。采用可调电源的优势在于燃料电池可以被旁路，或被电源补充以增加该燃料电池的电压水平。该过程起始于步骤200b，接下来的步骤210B读取燃料电池组的单个电池的电压水平和电流水平。在接下来的步骤220B，确定该燃料电池的电压是否低于一个部分基于燃料电池组当前水平的一个预定阈值。如果该燃料电池的电压高于或等于该预定的阈值，然后处理程序就回到步骤210B，并读取电池组内下一个电池的电压。如果该燃料电池的电压被确定为低于该预定的阈值，那么在下一步骤230B，控制器就确定该电池是否正在被再生。如果电池再生已经开始，那么处理程序就回到步骤210B并读取电池组内下一个燃料电池的电压。应该指出燃料电池管理会连续分别监控燃料电池组合燃料电池的电流水平和电压水平。如果根据在步骤230B的确认，该电池需要再生，那么处理程序一定要确定该电池是否可以被再生，或该电池是否应该通过一个可调电源的使用而被旁路。根据下一个步骤235B，如果该电池需要被旁路或再生，那么处理程序应回到步骤210B，在步骤210B控制器会执行进一步的步骤来旁路或再生该燃料电池。如果该电池不需要旁路或再生，那么下一个步骤240B会调节和该电池相连的可调电源的电压水平，在下一个步骤250B，弱电池的状态被传送到控制器和其它用户界面。可能要用到一个用户界面以便提醒设备的操作者一个弱电池得到了确认，且再生过程已经开始。
图8是一个流程图，它详细描述对一个燃料电池组内一个或多个燃料电池进行催化剂“中毒”检测，并由本发明的燃料电池管理系统对这些电池的再生进行优先级别排序的步骤。该过程起始于步骤300，在步骤310读取电池组内每一个燃料电池的电压以及电池组的电压。根据对燃料电池电压和电池组电压与预定阈值的对比结果，在步骤320确定是否有一个或多个电池“中毒”了。如果燃料电池没有“中毒”，那么处理程序回到步骤310读取一组新的燃料电池电压，以及电池组电压。如果电池组内一个或多个燃料电池“中毒”了，那么接着进行步骤330。在步骤330，根据在上面解释的预定标准，对每一个燃料电池进行优先级别排队。在只有一个燃料电池“中毒”的情况下，燃料电池就在下面的步骤340中自动被再生。然而，如果多于一个燃料电池“中毒”，那么具有最高优先级别的燃料电池就在步骤340中被再生。在步骤340之后，处理程序回到步骤310去连续或断续地测量燃料电池和电池组的电压。控制器回重复图7和图8的处理程序，直到确定没有必要再继续进行，或到燃料电池组停止运行为止。
图9a是一个流程图，它详细描述了通过采用一个可变电阻装置来监控一个燃料电池组的电源质量的步骤。该过程起始于步骤400A，在接下来的步骤410A，控制器读取燃料电池组的电压水平和电流水平。在步骤420A确定燃料电池组的电压是否高于一个电源所预定的电源电压阈值。如果该燃料电池组的电压高于预定的电压阈值，那么处理程序就回到步骤410A。如果该燃料电池的电压低于预定的电压阈值，那么处理程序就继续步骤430A，在步骤430A控制器读取单个燃料电池电压。在下一个步骤440A，确定燃料电池的电压是否低于一个预定的阈值。如果该燃料电池的电压高于或等于该预定的阈值，然后处理程序就回到步骤410A，并读取电池组内下一个电池的电压。如果该燃料电池的电压被确定为低于该预定的阈值，那么在下一步骤450A控制器就确定该电池是否正在被再生。如果电池再生已经开始，那么处理程序就回到步骤410A，并读取电池组内下一个燃料电池的电压。如果该电池没有正在被再生，那么下一个步骤460A会通过使和该电池相连的可变电阻装置的电阻最小化来开始再生过程。在步骤470A弱的电池的状态被传送到控制器和其它用户界面。根据图9的处理过程，对许多需要再生的电池全部进行了再生，以保持燃料电池组的电源质量。
图9b是一个流程图，它详细描述了一种监测一个燃料电池组的电源质量的方法，该图不同于图9A之处在于这个方法使用了可调电源。该过程起始于步骤400B，在接下来的步骤410B，控制器读取燃料电池组的电压水平和电流水平。在步骤420B确定燃料电池组的电压是否高于一个预定的电源电压阈值。如果该燃料电池组的电压高于预定的电压阈值，那么处理程序就回到步骤410B。如果该燃料电池的电压低于预定的电压阈值，那么处理程序就继续步骤430B，在步骤430B控制器读取单个燃料电池电压。下一个步骤440B确定燃料电池的电压是否低于一个预定的阈值。如果该燃料电池的电压高于或等于该预定的阈值，然后处理程序就回到步骤410B，并读取电池组内下一个电池的电压。如果该燃料电池的电压被确定为低于该预定的阈值，那么在下一步骤450B控制器就确定该电池是否正在被再生。如果电池再生已经开始，那么处理程序就回到步骤410B，并读取电池组内下一个燃料电池的电压。如果该电池没有正在被再生，那么下一个步骤460B，会通过调节和电池相连的可调电源的电压水平来开始再生过程。在步骤470B，弱的电池的状态被传送到控制器和其它用户界面。根据图9a和图9b的处理过程，对许多需要再生的电池都进行了再生，以保持燃料电池组的电源质量。
根据本发明，在图7a，7B，8，9a和9b中所描述的过程可以实现对整个燃料电池组的再生，或更具体地说，实现对燃料电池的阳极端和阴极端的再生。控制器会测量燃料电池的电压水平来确定是否需要进行再生。
图10显示了本发明的一个实验应用，其目的是再生一个燃料电池或一组燃料电池。通过周期性地调节某一个燃料电池或一组燃料电池的电压，实现了再生过程。本图显示了进行周期性再生的燃料电池的电流对时间的曲线图。对于电池再生，电池电压每20秒钟被降低到-0.3V，并保持400毫秒。本图还显示了一个没有进行再生过程的燃料电池的电流对时间的曲线图。这两种情况电池电压都被恒定保持在0.6V，并且该燃料电池使用了含有100ppm一氧化碳的氢气作为燃料。对比这些实验结果可以显示，在工作20分钟以后，带有周期再生性脉冲的燃料电池的输出大约要比没有使用周期性再生脉冲的燃料电池的输出高50％。采用的脉冲可以根据催化剂“毒素”的水平，由多个参数来确定。这些参数确定了采用的脉冲的形状和长度，可以是电压水平，电压水平范围，一个脉冲的具有给定的时间周期，以及脉冲的周期数，或其它任何合适的参数。
图11显示了通过调节电压脉冲的电压限，对燃料电池的功率输出带来的结果。更具体地讲，图11显示了在一个再生脉冲之后燃料电池的输出变化。数据表明该电池在几分钟之后“中毒”了。这个实验采用了一个2秒钟的脉冲。其它的实验表明了，一种更短的脉冲或更长的脉冲是同样有效的(例如200毫秒或更短)
在图11中，电池的电压被降低到所显示的电压值，并保持了2秒钟以对电池进行再生。随着再生脉冲的应用，该电池的电压被恒定保持在0.6V。本实验采用包含100ppm一氧化碳的氢气作燃料。结果显示再生过程在电压低时更有效。总的说来，最佳的再生电压和时间依赖于需要从电池中清除的“毒素”的具体情况。
图12显示了一个燃料电池组内一个受淹电池的结果。得到的数据显示本发明对于确定电池的状况有帮助。图12显示了以下内容：1当一个电池在高电压下(0.8V)工作时，且阴极对Pt-OH(Uribe和Donahue的情形)“中毒”后对脉冲的反应；以及2一个性能因阴极受淹而性能下降的电池的反应。
图13显示了对燃料电池组内一个电池进行阴极再生的结果。如图所示，当电池“中毒”时，再生过程提高了电池的性能，而当电池受淹时电池的性能降低了。本发明的一个优点就是燃料电池的电压和电流可以被连续监控。这些信息对整个燃料电池组的管理有帮助。
图13一样，显示了在电池的性能因一氧化碳“中毒”而受到限制的情况下，FCHM(燃料电池管理系统)对消除“毒素”所带来的效果。如果电池性能因其它因素(例如受淹)而受到限制，相应的表现会不一样。相应地，在某种情况下，FCHM可以提供能够帮助诊断电池状况的信息，并可以用于在某些情况下提高电池的性能(例如当电池“中毒”时)。
应当理解到，当燃料电池组内单个燃料电池以及成组的燃料电池发现高的污染时，本发明提供的方法和设备使燃料电池组能够保持高的性能。
应当进一步理解到，这里提到推荐的实施例只是为了说明本发明。在不偏离这里提出的本发明的领域和范围的情况下，根据下面的权利要求，在本发明的设计和应用上可以有很多的变化。
所要求的权利如下.

Claims (67)

1.一种在单个燃料电池工作过程中对该燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种和该燃料电池相连接的可变电阻装置；以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，控制器具有确定该燃料电池的电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据该燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置。
2.一种在单个燃料电池工作过程中对该燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种和该燃料电池相连接的可调电源；以及
一种用于调节跨接在该燃料电池上的可调电源的控制器，控制器具有确定该燃料电池的电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据该燃料电池的电压水平和电流水平来调节该可调电源。
3.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组具有多个相互串连连接在一起的燃料电池，该设备包括：
一种具有确定每一个燃料电池的电压水平和电池组的电流水平的测量装置的控制器；
多个用于提供可变电阻值的可变电阻装置，每一个可变电阻装置都和该多个燃料电池中的一个电池相连，且每一个可变电阻装置都和控制器相连；以及
一种和控制器相连接的电源；
其中控制器调节可变电阻值来改变特定燃料电池上的电压水平。
4.如权利要求3所定义的设备，其中该电源从燃料电池组获取电能。
5.如权利要求1，2，3，或4所定义的设备，其中该操作是一个再生操作。
6.如权利要求2所定义的设备，其中该操作是一个补充操作。
7.如权利要求1，2，3，或4所定义的设备，其中该操作是一个旁路操作。
8.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，该燃料电池组由具有多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有测量装置的控制器，用于确定每一个燃料电池的电压水平以及燃料电池组的电流水平；
用于提供一种可调节的电压源的多个可调电源，每一个可调电源和该多个燃料电池内一个燃料电池相连接，并且每一可调电源和控制器相连；以及
和控制器相耦合的电源；
其中控制器调节每一个可调电源的电压水平，以改变特定燃料电池的电压水平。
9.如权利要求8所定义的设备，其中该电源从燃料电池组获取电能。
10.如权利要求8所定义的设备，其中该操作是一个再生操作。
11.如权利要求8所定义的设备，其中该操作是一个补充操作。
12.如权利要求8所定义的设备，其中该操作是一个旁路操作。
13.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，该燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种连接到多个燃料电池中的每一个的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可变电阻装置的可变电阻值来改变特定燃料电池的电压水平，并且
其中控制器通过开关装置来增加流过该特定燃料电池的电流。
14.如权利要求13所定义的设备，其中该操作是一个再生操作。
15.如权利要求13所定义的设备，其中该操作是一个旁路操作。
16.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种连接到该多个燃料电池中的每一个燃料电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电压水平来改变特定燃料电池的电压水平，并且
其中控制器通过开关装置来增加流过该特定燃料电池的电流。
17.如权利要求16所定义的设备，其中该操作是一个再生操作。
18.如权利要求16所定义的设备，其中该操作是一个补充操作。
19.如权利要求16所定义的设备，其中该操作是一个旁路操作。
20.一种使单个燃料电池再生的方法，包括以下步骤：
a)使一个可变电阻装置跨接该燃料电池；
b)给该可变电阻装置提供一个电压源；
c)测量该燃料电池的电压水平；
d)测量该燃料电池的电流水平；以及
e)根据在步骤c)和d)所测量的电压水平和电流水平来控制可变电阻装置。
21.一种使燃料电池组内单个燃料电池旁路的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可变电阻装置；
b)给该可变电阻装置提供一个电压源；
c)测量该燃料电池的电压水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平来控制可变电阻装置，以将电流旁路通过该可变电阻装置。
22.一种使燃料电池组内单个燃料电池再生的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)在该燃料电池上施加一电压；
c)测量该燃料电池上的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)中所测量的电流水平和电压水平来控制可调电源。
23.一种使燃料电池组内单个燃料电池旁路的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)在该燃料电池上施加一电压；
c)测量该燃料电池上的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平和电流水平来控制可调电源，以旁路电流绕过该燃料电池。
24.一种补充燃料电池组内单个燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)使该燃料电池跨接一个可调电源；
b)在该燃料电池上施加一电压；
c)测量该燃料电池的电压水平，以及该燃料电池组的电流水平；以及
d)根据在步骤c)所测量的电压水平和电流水平来控制可调电源，以补充该燃料电池的电压水平。
25.一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测和再生在燃料电池组内一个弱的燃料电池，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节跨接该燃料电池的可变电阻值，以增加流过该燃料电池的电流，并输出在步骤b)中所测量的电压水平以更新燃料电池管理系统，并且
e)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到e)。
26.一种对燃料电池组内至少两个燃料电池进行催化剂“毒素”检测并由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生的方法，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中的每一个电池的电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平；
c)根据在步骤a)中测量的电压水平，以及在步骤b)中测量的电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平；
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，来对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队；
e)对于最高优先级别，调节跨接具有最高优先级别的第一燃料电池的可变电阻值，并更新该第一电池的催化剂“毒素”水平；
f)如果至少两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行了确定，那么调节跨接第二燃料电池的可变电阻值并重复步骤c)至f)。
27.一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测和再生在燃料电池组内一个弱的燃料电池，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较；
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则对该燃料电池施加一个电压水平值，以增加流过该燃料电池的电流，并输出在步骤b)中所测量的电压水平，以更新该燃料电池管理系统，并且
e)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到e)。
28.一种对燃料电池组的至少两个燃料电池进行催化剂“毒素”检测并且由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生的方法，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中的每一个电池的电压水平；
b)测量燃料电池组的电压水平；
c)根据在步骤a)中测量的电压水平，以及在步骤b)中测量的电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平；
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，来对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队；
e)对于最高优先级别，对具有最高优先级别的第一燃料电池施加一个电压水平，并且更新该第一电池的催化剂“毒素”水平；
f)如果至少两个燃料电池的优先级已在步骤d)中进行了确定，那么调节第二燃料电池的可变电阻值并重复步骤c)至f)。
29.一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测燃料电池组内一个弱的燃料电池催化剂“毒素”，并再生该燃料电池，包括以下步骤：
a)测量燃料电池组的电压水平；
b)将该电池组的电压水平和预定的电池组电压水平进行比较，
c)如果该电池组电压水平比预定的电池组电压水平小，则执行以下步骤：
c1)选择一个燃料电池进行检测；
c2)测量被选燃料电池的电池电压水平；
c3)将该电池电压水平和预定的电池电压水平阈值进行比较，
c4)如果该电压水平比预定的电池电压水平阈值小，则调节跨接该燃料电池的可变电阻值，并输出在步骤中所测量的电池电压水平，以更新燃料电池管理系统；
c5)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)；并且
d)如果该电池组的电压水平至少和预定的电压相等，则重复步骤a)到d)。
30.一种基于燃料电池管理系统的方法，用于检测燃料电池组内一个弱的燃料电池的催化剂“毒素”，并再生该燃料电池，包括以下步骤：
a)测量燃料电池组的电压水平；
b)将该电池组的电压水平和预定的电池组电压水平进行比较，
c)如果该电池组电压水平比预定的电池组电压水平小，则执行以下步骤：
c1)选择一个燃料电池进行检测；
c2)测量被选燃料电池的电池电压水平；
c3)将该电池电压水平和预定的电池电压水平阈值进行比较；
c4)如果该电压水平比预定的电池电压水平阈值小，则跨接该燃料电池施加一个电压水平，并输出在步骤中所测量的电池电压水平，以更新燃料电池管理系统；
c5)如果该电压水平至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)；并且
d)如果该电池组的电压水平至少和预定的电压相等，则重复步骤a)到d)。
31.一种用于旁路由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较；以及
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可调电源，来增加该被选燃料电池上的电压水平，以旁路流经该燃料电池的电流到电源，并输出在步骤b)中所测量的电压水平，以更新该燃料电池管理系统。
32.一种用于旁路由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较；
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可变电源，以增加跨接该被选燃料电池的电压水平，以旁路流经该燃料电池的电流到电源。
33.一种用于补充由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较；
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可调电源，以增加该被选燃料电池上的电压水平，使之达到至少和预定的电压水平阈值相等的电压水平。
34.一种用于补充由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则施加一个可调电源，以增加该被选燃料电池的电压水平，使之达到至少和预定的电压水平阈值相等的电压水平，并且输出在步骤b)中测量到的电压水平，以更新该燃料电池管理系统，以及
e)如果该电压至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)。
35.一种用于取代由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平，以及燃料电池组的电流水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，并且
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节燃料电池上的可变电阻值，来旁路电流绕过燃料电池。
36.一种用于取代由燃料电池管理系统检测到在燃料电池组内的一个弱的燃料电池的方法，包括以下步骤：
a)选择一个燃料电池进行检测；
b)测量被选燃料电池的电压水平；
c)将该电压水平和预定的电压水平阈值进行比较，
d)如果该电压水平比预定的电压水平阈值小，则调节该燃料电池上的一个可变电阻值，以旁路电流绕过该燃料电池，并且输出在步骤b)中测量到的电压水平，以更新该燃料电池管理系统，以及
e)如果该电压至少和预定的电压水平阈值相等，则重复步骤a)到c)。
37.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池中至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有确定至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可变电阻值，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器使能开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内特定燃料电池的电流。
38.一种对燃料电池组内至少一个单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池中至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有确定至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可变电阻值，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器使能开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集内至少两个燃料电池的电流。
39.一种对燃料电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可变电阻装置，以及
一种跨接该多个燃料电池内每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可变电阻装置的可变电阻值，来改变该至少两个燃料电池中的每一个燃料电池的电压水平，并且控制器同时使能开关装置来增加流过至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
40.一种对电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池组的电压水平和电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的多个可变电阻装置，以及
一种跨接多个燃料电池内每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和多个可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节与多个可变电阻装置的至少两个可变电阻装置相对应的至少两个可变电阻值，来分别改变至少两个燃料电池的电压水平，并且控制器同时使能开关装置来增加流过该至少两个燃料电池中的每个燃料电池的电流。
41.如权利要求37，38，39或40的设备，其中该操作是一个再生操作。
42.如权利要求37，38，39或40的设备，其中该操作是一个旁路操作。
43.一种对燃料电池组内单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池内至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有确定燃料电池电压水平和至少由一个燃料电池组成的电池子集上电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可调电源；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器使能开关装置来增加流过该至少由一个燃料电池组成的电池子集的特定燃料电池的电流。
44.一种对燃料电池组内至少一个单个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该多个燃料电池包括该多个燃料电池内至少由一个燃料电池组成的电池子集，该设备包括：
一种具有确定燃料电池电压水平和至少由一个燃料电池组成的电池子集上电流水平的测量装置的控制器；
一种由控制器控制的可调电源，以及
一种跨接至少由一个燃料电池组成的电池子集的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可调电源；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平，来改变该至少由一个燃料电池组成的电池子集的电压水平，并且控制器使能开关装置来增加该至少由一个燃料电池组成的电池子集内至少两个燃料电池的电流。
45.一种燃料电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定燃料电池电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的一个可调电源，以及
一种跨接多个燃料电池的每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和可变电阻装置；
其中控制器根据电压水平和电流水平，通过调节可调电源的电源电压水平，来改变该至少两个燃料电池中的每个燃料电池的燃料电池电压水平，并且控制器同时使能开关装置来增加流过至少两个燃料电池中每个燃料电池的电流。
46.一种对燃料电池组内至少两个燃料电池进行操作的设备，燃料电池组由多个相互串连在一起的燃料电池组成，该设备包括：
一种具有确定至少两个燃料电池的燃料电压水平和燃料电池组的电流水平的测量装置的控制器；
由控制器控制的多个可调电源，以及
一种跨接多个燃料电池中每一个电池的开关装置，并且该开关装置还连接到控制器和多个可调电源；
其中控制器根据燃料电池的电压水平和电流水平，通过调节相应于多个可调电源的至少两个可调电源的至少两个可变电源电压水平，来分别改变该至少两个燃料电池上的电压水平，并且控制器同时使能开关装置来增加流过该至少两个燃料电池中每个燃料电池的电流。
47.如权利要求43，44，45或46的设备，其中该操作是一个补充操作。
48.如权利要求43，44，45或46的设备，其中该操作是一个旁路操作。
49.如权利要求43，44，45或46的设备，其中该操作是一个再生操作。
50.一种对一个燃料电池组内至少两个燃料电池进行催化剂“毒素”检测的方法，并且由燃料电池管理系统对至少两个燃料电池按优先次序进行再生，包括以下步骤：
a)测量至少两个燃料电池中的每一个电池的燃料电池电压水平；
b)测量燃料组电压水平和燃料电池组的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平，来检测至少两个燃料电池的催化剂“毒素”水平；
d)根据在步骤c)中确定的催化剂“毒素”水平，对至少两个燃料电池中的每一个燃料电池按优先次序排队。并且
e)对于给定的优先级别，通过对至少两个燃料电池中的至少一个燃料电池施加一个脉冲，来调节该至少一个燃料电池的电压水平，脉冲由至少一个参数来确定，而该至少一个参数由催化剂“毒素”的水平来确定。
51.如权利要求50所定义的方法，其中至少一个参数是电压水平。
52.如权利要求50所定义的方法，其中至少一个参数是每一个脉冲的给定时间周期。
53.如权利要求51所定义的方法，其中至少一个参数是每一个脉冲的给定时间周期。
54.如权利要求50所定义的方法，其中脉冲是周期性地施加的。
55.如权利要求51所定义的方法，其中脉冲是周期性地施加的。
56.如权利要求52所定义的方法，其中脉冲是周期性地施加的。
57.一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测并且由燃料电池管理系统对由至少两个燃料电池组成的电池小组按优先次序进行再生的方法，包括以下步骤：
a)测量由至少由两个燃料电池组成的电池小组的燃料电池电压水平；
b)测量组的电压水平和燃料电池组的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平和电流水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
d)调节跨接至少由两个燃料组成的电池小组的电阻装置的可变电阻值。
58.一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料电池组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测并且由燃料电池管理系统对有至少两个燃料电池的电池小组按优先次序进行再生的方法，包括以下步骤：
a)测量由至少两个燃料电池组成的小组的燃料电池电压水平；
b)测量组电压水平和燃料电池组的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
d)调节跨接至少由两个燃料组成的电池小组的电阻装置的可变电阻值，以旁路电流流经电阻装置。
59.一种对一个燃料电池组内至少由两个燃料电池组成的电池小组进行催化剂“毒素”检测并且由燃料电池管理系统对由至少两个燃料电池组成的电池小组按优先次序进行再生的方法，包括以下步骤：
a)测量由至少有两个燃料电池组成的电池小组的燃料电池电压水平；
b)测量燃料组电压水平和燃料电池组的电流水平；
c)根据在步骤a)中测量的燃料电池电压水平，以及在步骤b)中测量的电池组电压水平和电流水平，来检测至少由两个燃料电池组成的电池小组的催化剂“毒素”水平；以及
e)通过对至少由两个燃料电池组成的电池小组施加一个脉冲，来调节施加在至少由两个燃料电池组成的电池小组上的电压水平，脉冲由至少一个参数来确定，而该至少一个参数由催化剂“毒素”的水平来确定。
60.如权利要求59所定义的方法，其中至少一个参数是电压水平。
61.如权利要求59所定义的方法，其中至少一个参数是一个电压水平范围。
62.如权利要求59所定义的方法，其中至少一个参数是脉冲的给定时间周期。
63.如权利要求59所定义的方法，其中脉冲是周期性地施加的。
64.一种在燃料电池的工作过程中，对至少两个燃料电池进行再生的设备，该设备包括：
一种与至少两个燃料电池相连接的可变电阻装置，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定至少两个燃料电池的电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据该至少两个燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置，并且该控制器从一个电源获取电能。
65.一种在燃料电池工作过程中，对单个燃料电池进行再生的设备，该设备包括：
一种与至少两个燃料电池连接的可调电源，以及
一种用于调节加在该至少两个燃料电池上的可调电源的控制器，该控制器具有确定燃料电池电压水平和电流水平的测量装置，控制器根据至少两个燃料电池的电压水平和电流水平来调节可调电源，并且该控制器从该可调电源获取电能。
66.一种在燃料电池组的工作过程中，对单个燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种和燃料电池相连接的可变电阻装置，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定燃料电池电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置，控制器根据该燃料电池的电压水平和电流水平来调节可变电阻装置，以及
一种用于确定燃料电池内受限过程的装置，以实现对该燃料电池组性能水平的优化。
67.一种在燃料电池组内单个燃料电池的工作过程中，对该燃料电池进行操作的设备，该设备包括：
一种跨接燃料电池的可调电源，以及
一种用于调节可变电阻装置的控制器，该控制器具有确定燃料电池的电压水平和燃料电池组电流水平的测量装置，控制器根据燃料电池的电压水平和燃料电池电流水平，来调节可调电源的电源电压水平，以改变电压水平，以及
一种确定用于燃料电池内受限过程的装置，以实现对该燃料电池组性能水平的优化。
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