CN112748281A - 燃料电池的平均功率测量装置及方法、电压测量装置 - Google Patents

燃料电池的平均功率测量装置及方法、电压测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了燃料电池的平均功率测量装置及方法、电压测量装置。根据本发明一方面的燃料电池平均功率测量装置，包括：电压测量部，在构成燃料电池堆的单元电池中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，依次测量从上述最上层单元电池到上述最下层单元电池的反向电压；电流测量部，测量上述燃料电池堆的输出端的电流；以及控制部，在完成上述电压测量部的正向电压测量后，以上述电流测量时间点为基准，控制上述电压测量部测量反向电压，利用上述正向电压、反向电压以及测量到的所述电流，计算平均功率。

Description

燃料电池的平均功率测量装置及方法、电压测量装置
技术领域
本发明涉及测量燃料电池的单元电压和单元平均功率的装置以及方法。
背景技术
燃料电池是将燃料所具有的化学能量通过燃烧在堆内进行电化学反应，从而转换为电能的一种发电装置，不会通过燃烧转换为热量，从而不仅供给工业用、家庭用以及车辆驱动用电力，还可以应用于对于小型电器/电子产品、尤其是便携式装置的电力供给。
目前，作为用于车辆驱动的电力供给源，对于燃料电池中具有最高电力密度的高分子电解质膜燃料电池(PEMFC：Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell，ProtonExchange Membrane Fuel Cell)方式的研究最多，该方式具有低工作温度带来的较快的启动时间和较快的电力转换反应时间。
这样的高分子电解质膜燃料电池包括以氢离子移动的固体高分子电解质膜为中心在膜的两侧粘贴产生电化学反应的催化剂电极层的膜电极接合体(MEA：MembraneElectrode Assembly)、起到均匀地分散反应气体且传递所产生的电能的作用的气体扩散层(GDL：Gas Diffusion Layer)、用于维持反应气体以及冷却水的气密性和适当紧固压力的垫片及紧固件、以及移动反应气体以及冷却水的分离板(Bipolar Plate)构成。
当利用这样的单元电池构成来组装燃料电池堆时，作为主要构成部件的膜电极接合体以及气体扩散层的组合位于单元内最里边，膜电极接合体在高分子电解质膜两面具有涂覆催化剂以使氢气和氧气能够进行反应的催化剂电极层，即具有阳极(Anode)以及阴极(Cathode)，并且阳极以及阴极所在的外侧部分层叠有气体扩散层、垫片等。
分离板位于气体扩散层的外侧，分离板形成有用于供给反应气体(作为燃料的氢气和作为氧化剂的氧气或者空气)并且冷却水通过的流路(Flow Field)。
以这样的构成作为单元电池层叠多个单元电池之后，在最外边结合用于支撑集电板(Current Collector)以及绝缘板、层叠单元的终板(End Plate)，通过在终板之间反复层叠紧固单元电池，从而构成燃料电池堆。
为了在实际车辆得到需要的电位，需要层叠所需的电位量的单元电池，层叠了单元电池的即为电池堆。在一个单元电池中产生的电位为约1.3V，为了生产驱动车辆所需的电力，串联层叠多个单元。这样的燃料电池的电压变动性较大，所以为了准确地计算燃料电池的电力，需要准确地测量燃料电池的电压。
但是，目前是依次测量燃料电池堆的所有单元电池电压，最后测量电流，由于测量电压的时间点和测量电流的时间点不同，所以无法实现准确的电力计算。这一问题引起难以进行变动性较大的燃料电池的准确的状态的诊断以及措施，有时引起燃料电池的受损。
而且，目前为了测量燃料电池的电压，绑定感测半导体的接地端和单元的最下层电压来测量电压，但是，在特殊条件下，如果超过内部半导体元件的反向电压临界(一般为-10V～-20V)，则存在感测半导体被烧损的问题。
韩国授权专利公报第10-1629579号(2016.06.13.公告)的“燃料电池堆电压测量方法以及用于执行该方法的装置”中公开了本发明的背景技术。
发明内容
要解决的技术问题
本发明是为了改善如上所述的问题而做出的，根据本发明一方面的目的在于提供燃料电池平均功率测量装置以及方法，实现燃料电池堆的测量电压时间点和电流测量时间点的同步，由此能够准确地计算燃料电池堆的平均功率。
另外，根据本发明一方面的目的在于提供燃料电池电压测量装置，在最上层单元电池与接地端之间以及最下层单元电池与接地端之间分别连接高阻抗元件，以使接地端电压可以变更，从而在测量单元的电压时防止元件因在特殊条件下产生的较高的反向电压压而受损，基于此，测量燃料电池的电压。
本发明要解决的技术问题并不限定于上述技术问题，本领域技术人员通过下面的记载内容可以理解为提及的其它技术问题。
解决技术问题的手段
根据本发明一方面的燃料电池平均功率测量装置包括：电压测量部，在构成燃料电池堆的单元电池中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，并且依次测量从所述最上层单元电池到所述最下层单元电池的反向电压；电流测量部，测量所述燃料电池堆的输出端的电流；以及，控制部，在完成所述电压测量部的正向电压测量后，以所述电流的测量时间点为基准，控制所述电压测量部测量反向电压，利用所述正向电压、反向电压以及测量到的所述电流来计算平均功率。
在本发明中，所述电压测量部可以包括：电压测量仪，测量每个所述单元电池的电压；多路复用器，依次输出由所述电压测量仪对每个所述单元电池测量到的电压；以及ADC，将从所述多路复用器输出的各单元电池各自的电压转换为数字信号。
在本发明中，所述电压测量仪可以包括：至少一个电压传感器，与每个所述单元电池一一对应地设置，感测每个所述单元电池的电压；开关，使所述单元电池与所述电压传感器电连接；以及电压测量单元，测量根据所述开关的开合动作的噪声电压。
在本发明中，所述电压测量部还可以包括：放大器部，从由所述电压传感器测量到的电压减去由所述电压测量单元测量到的噪声电压。
在本发明中，所述电压测量部还可以包括：电平移位器，将在所述电压测量仪测量到的每个单元电池的电压的电平移位到可工作内压范围内，并且提供给所述多路复用器。
在本发明中，所述电压测量部还可以包括：调整部，降低由所述电压测量仪对每个所述单元电池测量到的电压。
在本发明中，所述控制部可以计算所述正向电压和反向电压的平均，并且将计算的所述平均电压和测量到的所述电流相乘来计算平均功率。
在本发明中，所述控制部可以将所述平均功率分别与每个单元电池的瞬时功率进行比较，在其比较结果中，当出现已设定的阈值以上的误差时，检测相应的单元电池的异常工作。
在本发明中，所述控制部可以利用在所述电压测量部测量到的单元电池的电压和在所述电流测量部测量到的电流，来计算各单元电池的瞬时功率。
根据本发明另一方面的燃料电池平均功率测量方法，包括以下步骤：电压测量部依次测量从构成燃料电池堆的单元电池中最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压；电流测量部测量所述燃料电池堆的输出端的电流；所述电压测量部依次测量从所述最上层单元电池到所述最下层单元电池的反向电压；以及，控制部计算所述正向电压以及反向电压的平均，并且利用所述计算的平均电压和测量到的所述电流，计算所述燃料电池堆的平均功率。
根据本发明，在计算所述燃料电池堆的平均功率的步骤，所述控制部可以将所述平均电压和测量到的所述电流相乘来计算平均功率。
根据本发明，在计算所述燃料电池堆的平均功率的步骤之后，还可以包括：所述控制部将所述平均功率分别与各单元电池的瞬时功率进行比较，当其比较结果出现已设定的阈值以上的误差时，检测相应的单元电池的异常工作的步骤。
根据本发明的一方面的燃料电池电压测量装置的特征在于，包括：电压测量部，测量构成燃料电池的堆的单元电池的电压；以及，保护部，连接于所述单元电池中的至少一个，用于防止反向电压引起的所述电压测量部的损坏。
特征在于，本发明的所述保护部包括：第一阻抗元件，一端连接于所述单元电池中的最上层单元电池的(+)端，另一端连接于所述电压测量部的接地端；以及，第二阻抗元件，一端连接于所述单元电池中的最下层单元电池的(-)端，另一端连接于所述接地端。
特征在于，本发明的所述第一阻抗元件的阻抗和所述第二阻抗元件的阻抗是根据所述电压测量部的反向电位内压来设定的。
发明效果
根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置以及方法，依次测量从燃料电池堆的最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，以电流测量时间点为基准，依次测量从最上层单元电池到最下层单元电池的反向电压之后，计算正向电压和反向电压的平均电压，从而能够得到在电流测量时间点测量了所有的单元电压的效果。
进一步地，实现燃料电池堆的测量电压时间点和电流测量时间点的同步，从而能够准确地计算燃料电池堆的平均功率。由此可以进行变动性较大的燃料电池的准确的状态诊断以及措施，能够避免燃料电池的受损。
另外，根据本发明一方面的燃料电池电压测量装置，在最上层单元电池与接地端之间以及最下层单元电池与接地端之间分别连接阻抗元件，以使接地端电压可以变更，从而在测量单元的电压时防止元件因在特殊条件下产生的较高的反向电压压而受损，基于此，能够测量燃料电池的电压。
另一方面，本发明的效果不限定于上述效果，在基于下面的说明对于本领域技术人员显而易见的范围内可以包括各种效果。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置的框图。
图2是用于说明根据本发明一实施例的电压测量部的框图。
图3是根据本发明一实施例的电压测量仪的其它例子示意图。
图4是示出根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量方法的流程图。
图5是用于说明根据本发明一实施例的燃料电池电压以及电流的测量时间点的图。
图6是用于说明根据本发明一实施例的燃料电池电压的图。
图7是根据本发明一实施例的燃料电池电压测量装置的结构框图。
图8是示出根据本发明一实施例的接地端电压的图。
附图标记说明
100：燃料电池堆；200：电源供给部；300：电流测量部；400：电压测量部；410：电压测量仪；420：电平移位器；430：调整部；440：多路复用器；450：放大器部；460：ADC(analogto digital converter)；500：控制部；600：保护部；610：第一阻抗元件；620：第二阻抗元件。
具体实施方式
下面，参照附图说明根据本发明一实施例的测量燃料电池的单元电压和单元平均功率的装置以及方法。在说明过程中，为了说明的清楚性以及方便性，有时夸张示出附图示出的线的厚度或构成元素的大小等。另外，后述的术语是鉴于在本发明中的功能而定义的术语，可以根据使用者、操作者的意愿或者习惯可以有变化。因此，应该基于说明书整体内容来定义这些术语。
[实施例1]
图1是根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置的框图。
参照图1，根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置包括燃料电池堆100、电源供给部200、电流测量部300、电压测量部400以及控制部500。图1示出的燃料电池平均功率测量装置是根据一实施例的，其构成元素不限定于图1示出的实施例，根据需要，可以添加、变更或删除一部分构成元素。
燃料电池堆100是多个单元电池111连续排列而成。这样的燃料电池堆100产生信号电流，电流测量部300可以分析从燃料电池堆100施加的信号电流，测量燃料电池堆100的电流。
电源供给部200供给电压测量部400的工作所需的电源。这样的电源供给部200使接地端浮空，从而供给浮空的电压。
电流测量部300测量燃料电池堆100的输出端的电流，并且将测量到的电流传输至控制部500。
电压测量部400在构成燃料电池堆100的单元电池111中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，并且依次测量从最上层单元电池到最下层单元电池的反向电压。这时，电压测量部400可以以电流测量时间点为基准测量反向电压，电流测量时间点可以表示电流测量部300测量电流的时间点。
电压测量部400向控制部500传输测量到的正向电压以及反向电压。
如上所述，对于构成燃料电池堆100的所有单元电池111的电压，电压测量部400不是仅测量一次，按照以电流测量时间点为基准之前测量过的单元电池111的逆向顺序，再可以次测量多个单元电池111的电压。这样，如果在从最下层单元电池测量电压之后，按照逆向顺序，再次测量电压，则可以获得测量电压时间点的同步效果。即，虽然在不同的时间测量了多个单元电池111的电压，但是，对于所有的单元电池111的电压进行了两个测量后计算平均电压，从而可以得到在特定的时间点(例如，电流测量时间点)测量到所有单元电压的效果。
参照图2详细说明这样的电压测量部400。
在完成电压测量部400的正向电压的测量时，控制部500进行控制以使电压测量部400以电流测量时间点为基准测量反向电压，并且利用正向电压、反向电压以及在电流测量部300测量到的电流，计算平均功率。这时，控制部500可以计算正向电压和反向电压的平均，并且将计算的平均电压和测量到的电流相乘，计算平均功率。即，控制部500可以利用下面的数学式1计算燃料电池堆100的平均功率。
[数学式1]
平均功率＝测量时间点电流×平均电压
其中，测量时间点具有与电流测量时间点相同的含义，可以表示电流测量部300测量电流的时间点，测量时间点电流可以是电流测量部300在测量时间点测量到的电流。
另外，控制部500将平均功率分别与各单元电池的瞬时功率进行比较，当其比较结果出现已设定的阈值以上的误差时，检测相应的单元电池的异常工作。这时，控制部500可以利用在电压测量部400测量到的单元电池的电压和在电流测量部300测量到的电流，计算各单元电池的瞬时功率。
在发生较大的电压变动时，平均功率可以保证电力测量的准确性。相反，在出现电压变动时，由于测量时间点的误差，瞬时功率有可能降低电力测量的准确性。由此，控制部500实时比较平均功率和瞬时功率，当在特定区间内出现阈值以上的误差时，可以检测燃料电池的瞬间的异常工作。
控制部500可以以MCU(Micro Control Unit：微控制单元)实现，可以利用从电压测量部400提供的正向电压以及反向电压和从电流测量部300提供的电流，计算燃料电池堆100的平均功率。
这样，根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置，虽然在不同的时间测量了多个单元电池111的电压，但是，对于所有的单元电池111的电压进行了两个测量后计算平均电压，从而可以得到在特定的时间点(例如，电流测量时间点)测量到所有单元电压的效果。通过这样的单元测量电压时间点的同步，能够提高平均功率的准确性。
图2是用于说明根据本发明一实施例的电压测量部的框图。
参照图2，根据本发明一实施例的电压测量部400包括电压测量仪410、电平移位器420、调整部430、多路复用器440、放大器部(简称AMP)450以及模拟数字转换器(AnalogDigital Converter，简称ADC)460。
电压测量仪410测量每个单元电池111的电压。
电压测量仪410包括电压传感器411、电压测量单元(replica)412以及开关413。
开关413的一端通过连接销C0～Cn连接于上述的单元电池111之间，另一端连接于后述的电压传感器411，从而将成为测量对象的单元电池111和测量相应的单元电池111的电压传感器411电连接。
在一个电压传感器411上分别连接两个开关413，以便开关门413与上述的各电压传感器411电连接。在这种情况下，开关413与相邻的电压传感器411共同连接。
例如，连接于连接销C1的开关413与测量最下层单元电池的电压的电压传感器411和测量最下层单元电池的上层的单元电池111的电压的电压传感器411共同连接，从而除了测量最下层单元电池的电压时之外，在测量最下层单元电池的上层的单元电池111的电压时也均可以导通。
即，在需要测量最下层单元电池的电压时，与两个连接销C0和C1连接的开关413被导通，这时，与相应的开关413连接的电压传感器411测量相应的最下层单元电池的电压。
另外，在需要测量最下层单元电池的上层的单元电池111的电压时，与连接销C1和C2连接的开关413被导通，这时，与相应的开关413连接的电压传感器411测量相应的最下层单元电池的上层的单元电池111的电压。
电压传感器411与单元电池111每一个一一对应地设置，从而感应每个单元电池111的电压。电压传感器411内部具备电容器(未图示)，可以采用在相应的开关413被导通时，测量充电在相应的电容器中的电源的电压的方式。
对于电压传感器411感应单元电池111的电压的方式不加以特别的限定，只要是感应单元电池111的电压的部件，均可包括。
电压测量单元412测量根据开关413的开合动作的噪声电压。电压测量单元412可以制造成与上述的电压传感器411相同的结构。例如，在开关413进行开合动作时，根据这样的开合动作，可以产生噪声电压。其结果，即使由电压传感器411感应到5V的电压，电压测量单元412还是可以感应出0.1V的噪声电压。
放大器部450从由电压传感器411测量到的电压减去由电压测量单元412测量到的噪声电压，输出单元电池111的实际电压，从而实现电压误差的最小化。放大器部450可以设置在电压测量仪410内部，但是，除此之外，还可以设置在后述的调整部430或者多路复用器(mux)440的后端。
即，如图2示出，放大器部450可以设置在多路复用器440的后端，但是，还可以如图3所示，在电压测量仪410内部设置在电压传感器411和电压测量单元412的后端。
在本实施例中，可以省略调整部430或者多路复用器440。在这种情况下，放大器部450可以设置在电压测量仪410内部的电压传感器411和电压测量单元412的后端。
相反，当具备调整部430和多路复用器440时，放大器部450可以设置在多路复用器440的后端或调整部430的后端。
根据是否设置调整部430和多路复用器440等，放大器部450可以设置在各种位置。
电平移位器(level shifter)420将单元电池111各个的电压降低至能够工作的内压范围内。通常，单元电池111的电压是100V以上的电压。这样的单元电池111的电压不符合后述的放大器或AD转换器460的工作，所以将电平移位到放大器部450或AD转换器460能够正常工作的水平。另外，电平移位器420将由电压传感器411测量到的电压输入凹调整部430，以使之后的调整部430或多路复用器440能够正常工作。
调整部430将由电压传感器411感应到的电压缩放至后端的多路复用器440或放大器部450或者AD转换器460能够接受的水平的电压。
通常，多路复用器440或放大器部450或者AD转换器460是低电压元件，这些部件能够接受的水平的电压相对较低。因此，如上所述，调整部430将由电压传感器411感应到的电压缩放至后端的多路复用器440或放大器部450或者AD转换器460能够接受的水平的电压，从而使得多路复用器440或放大器部450或者AD转换器460能够正常工作。
多路复用器440依次输出从上述的调整部430输入的各单元电池111的电压。
在本实施例中，以在调整部430的后端设置有多路复用器440的情况为例进行了说明，但是，本发明的技术范围并不限定于此，多路复用器440还可以设置在电平移位器420的后端。在这种情况下，无需另行设置调整部430。
另一方面，如上所述，放大器部450可以设置在电压测量部400内部，但是，还可以设置在多路复用器440的后端。
AD转换器460设置在放大器部450的后端，将从放大器450输出的各单元电池111的电压转换为数字信号。
图4是示出根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量方法的流程图，图5是用于说明根据本发明一实施例的燃料电池电压以及电流的测量时间点的图，图6是用于说明根据本发明一实施例的燃料电池电压的图。
参照图4，电压测量部400在构成燃料电池堆100的单元电池111中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压(S310)。例如，如图5示出的A，电压测量部400可以依次测量从电池1到电池N的电压。
在执行S310步骤之后，电流测量部300测量燃料电池堆100的输出端的电流(S320)。例如，如图5示出，电流测量部300可以在电流测量时间点B测量燃料电池堆100的电流。
在执行S320步骤之后，电压测量部400依次测量从最上层单元电池到最下层单元电池的反向电压(S330)。例如，如图5示出的C，电压测量部400可以依次测量从电池N到电池1的电压。
在执行S330步骤之后，控制部500计算正向电压以及反向电压的平均(S340)。例如，控制部500可以计算从电池1到电池N的正向电压和从电池N到电池1的反向电压的平均。这样，计算正向电压和反向电压的平均，则如图6所示，计算平均电压的时间点和测量电流的时间点相同，所以能够获得在测量时间点(例如，电流测量时间点)测量到所有单元的电压的效果。
在执行S340步骤之后，控制部500利用计算的平均电压和测量到的电流，计算燃料电池堆100的平均功率(S350)。这时，控制部500可以将计算的平均电压和测量到的电流相乘来计算平均功率。
这样通过单元测量电压时间点的同步来计算平均功率，从而能够提高平均功率的准确性。
在执行S350步骤之后，控制部500将平均功率分别与各单元电池的瞬时功率进行比较，当其比较结果出现已设定的阈值以上的误差时，可以检测相应的单元电池的异常工作。这时，控制部500可以利用在电压测量部400测量到的单元电池的电压和在电流测量部300测量到的电流，计算各单元电池的瞬时功率。
另一方面，以上对图5示出的计算平均功率P1的方法进行了说明，但是，电压测量部400在执行S330步骤的同时，还可以依次测量从电池N到电池1的反向电压，如D所示。之后，电压测量部400可以在电流的测量时间点E测量燃料电池堆100的电流，如F，测量从电池1到电池N的正向电压。那么控制部500可以利用从电池N到电池1的反向电压和从电池1到电池N的正向电压来计算平均功率P2。
燃料电池平均功率测量装置可以从正向到反向的顺序测量多个单元电池111的电压来计算平均功率P1，并且从反向到正向的顺序测量多个单元电池111的电压来计算平均功率P2。这样燃料电池平均功率测量装置可以以半个周期为单位测量多个单元电池111的电压来计算平均功率。
如上所述，根据本发明一实施例的燃料电池平均功率测量装置以及方法，依次测量从燃料电池堆100的最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，以电流测量时间点为基准，依次测量从最上层单元电池到最下层单元电池的反向电压，之后计算正向电压和反向电压的平均电压，从而能够得到在电流测量时间点测量到所有单元的电压的效果。
进一步地，通过实现燃料电池堆100的测量电压时间点和电流测量时间点的同步，从而能够准确地计算燃料电池堆100的平均功率。由此可以进行变动性较大的燃料电池的准确的状态诊断以及措施，能够避免燃料电池的受损。
[实施例2]
图7是根据本发明一实施例的燃料电池电压测量装置的构成框图，图8是示出根据本发明一实施例的接地端电压的图。
参照图7，根据本发明一实施例的燃料电池电压测量装置包括燃料电池堆100、电源供给部200、电压测量部400以及保护部600。第二实施例的燃料电池堆100、电源供给部200以及电压测量部400相当于与第一实施例相同的结构，下面集中说明保护部600的功能以及工作。
保护部600包括第一阻抗元件610以及第二阻抗元件620。
保护部600连接于燃料电池堆100的单元电池111中的至少一个。保护部600用于防止在特殊条件下产生的反向电压引起的电压测量部400内部元件的损坏。
第一阻抗元件610的一端连接于单元电池111中的最上层单元电池的(+)端，另一端连接于电压测量部400的接地端(GND)。
第二阻抗元件620的一端连接于单元电池111中的最下层单元电池的(-)端，另一端连接于电压测量部400的接地端。
第一阻抗元件610的阻抗和第二阻抗元件620的阻抗每一个可以设置为根据电压测量部400的反向电位内压发生变化。
如上所述，第一阻抗元件610连接于最上层单元电池的(+)端，另一端连接于电压测量部400的接地端，第二阻抗元件620连接于最下层单元电池的(-)端，另一端连接于电压测量部400的接地端，从而接地端的电压可以发生变化。
由此，在电压测量部400测量单元电池111的电压时，即使发生相对较高的反向电压，如上所述，通过接地端的电压发生变化，从而可以预先防止反向电位内压引起的电压测量部400内的内部元件的损坏。
参照图8，在现有的燃料电池测量装置中，接地端的电压是固定的，所以如果该接地端的电压与最上层单元电池(Top_Cell)的电压之间的电压差异达到-12V以上(一般的半导体元件水平)，则可以得知内部元件被损坏。
但是，如本发明的实施例，相对较高阻抗的第一阻抗元件610与第二阻抗元件620连接，并且接地端的电压发生变化，从而不会产生电压测量部400的内部元件被损坏的水平的电压差异。因此，安全地保护电压测量部400的内部元件。
另一方面，如上所述，第一阻抗元件610连接于最上层单元电池的(+)端，另一端连接于电压测量部400的接地端，第二阻抗元件620连接于最下层单元电池的(-)端，另一端连接于电压测量部400的接地端，进一步地，这些第一阻抗元件610和第二阻抗元件620的阻抗被设置成能够防止电压测量部400的内部元件被损坏的程度的高阻抗，从而电流不会通过第一阻抗元件610和第二阻抗元件620流动。因此，无法实现现有的电流方式的电压测量。
为此，电压测量部400以电压方式直接测量构成燃料电池堆100的单元电池111的电压，而不采用电流方式。电压测量部400的下层结构以及工作与第一实施例中说明的内容相同。
如上所述，根据本发明一实施例的燃料电池电压测量装置，在最上层单元电池与接地端之间以及最下层单元电池与接地端之间，分别连接高阻抗元件，从而使得接地端的电压可以发生变化，由此在测量单元的电压时，防止在特殊条件下产生的高反向电压引起的元件被损坏，基于此，测量燃料电池的电压。
以上分为第一实施例和第二实施例进行了说明，但是，第二实施例的保护部600可以构成为适用于第一实施例的电路构成，执行防止第一实施例的电压测量部400的损坏的功能。
在本说明书中说明的具体实施方式可以以例如方法或者处理器、装置、软件程序、数据流或者信号实现。对于单一方式的实施方式，即使只有在上下文中进行了探讨(例如，仅作为方法探讨)，所探讨的特征还可以以其它方式(例如，装置或程序)实现。装置可通过适当的硬件、软件以及固件等实现。方法可以在例如通常指包括计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑设备等的处理设备的诸如处理器之类的装置中实现。处理器还包括通信设备，例如使得终端-用户之间容易进行信息通信的计算机、手机、便携式/个人用信息终端(personal digital assistant：PDA)以及其它设备。
参照附图示出的实施例说明了本发明，但是，这些实施例只是示例性的，本领域技术人员应该可以理解由此可以得到各种变形以及等同的其它实施例。
因此，本发明的真正的保护范围应该基于权利要求书来定义。

Claims (15)

1.一种燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，包括：
电压测量部，在构成燃料电池堆的单元电池中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压，并且依次测量从所述最上层单元电池到所述最下层单元电池的反向电压；
电流测量部，测量所述燃料电池堆的输出端的电流；以及
控制部，在完成所述电压测量部的正向电压测量后，以所述电流的测量时间点为基准，控制所述电压测量部测量反向电压，利用所述正向电压、反向电压以及测量到的所述电流来计算平均功率。
2.根据权利要求1所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述电压测量部包括：
电压测量仪，测量每个所述单元电池的电压；
多路复用器，依次输出由所述电压测量仪对每个所述单元电池测量到的电压；以及
模拟数字转换器，将从所述多路复用器输出的各单元电池各自的电压转换为数字信号。
3.根据权利要求2所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述电压测量仪包括：
至少一个电压传感器，与每个所述单元电池一一对应地设置，感测每个所述单元电池的电压；
开关，使所述单元电池与所述电压传感器电连接；以及
电压测量单元，测量根据所述开关的开合动作的噪声电压。
4.根据权利要求3所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述电压测量部还包括：
放大器部，从由所述电压传感器测量到的电压减去由所述电压测量单元测量到的噪声电压。
5.根据权利要求2所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述电压测量部还包括：
电平移位器，使由所述电压测量仪测量到的每个单元电池的电压电平移位到能够工作的内压范围内，并且提供给所述多路复用器。
6.根据权利要求2所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述电压测量部还包括：
调整部，降低由所述电压测量仪对每个所述单元电池测量到的电压。
7.根据权利要求1所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述控制部计算所述正向电压和反向电压的平均电压，并且将计算的所述平均电压和所测量到的所述电流相乘来计算平均功率。
8.根据权利要求1所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述控制部将所述平均功率分别与每个单元电池的瞬时功率进行比较，当所述比较的结果出现已设定的阈值以上的误差时，检测相应的单元电池的异常工作。
9.根据权利要求8所述的燃料电池平均功率测量装置，其特征在于，
所述控制部利用在所述电压测量部中测量到的单元电池的电压和在所述电流测量部中测量到的电流，来计算各单元电池的瞬时功率。
10.一种燃料电池平均功率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
电压测量部在构成燃料电池堆的单元电池中依次测量从最下层单元电池到最上层单元电池的正向电压；
电流测量部测量所述燃料电池堆的输出端的电流；
所述电压测量部依次测量从所述最上层单元电池到所述最下层单元电池的反向电压；以及
控制部计算所述正向电压和反向电压的平均电压，并且利用计算的所述平均电压和测量到的所述电流，来计算所述燃料电池堆的平均功率。
11.根据权利要求10所述的燃料电池平均功率测量方法，其特征在于，
在计算所述燃料电池堆的平均功率的步骤中，
所述控制部将所述平均电压和测量到的所述电流相乘来计算平均功率。
12.根据权利要求10所述的燃料电池平均功率测量方法，其特征在于，
在计算所述燃料电池堆的平均功率的步骤之后，还包括：
所述控制部将所述平均功率分别与各单元电池的瞬时功率进行比较，当所述比较的结果出现已设定的阈值以上的误差时，检测相应的单元电池的异常工作的步骤。
13.一种燃料电池电压测量装置，其特征在于，包括：
电压测量部，测量构成燃料电池的堆的单元电池的电压；以及
保护部，连接于所述单元电池中的至少一个单元电池，从而防止反向电压引起的所述电压测量部的损坏。
14.根据权利要求13所述的燃料电池电压测量装置，其特征在于，
所述保护部包括：
第一阻抗元件，一端连接于所述单元电池中的最上层单元电池的正极端，另一端连接于所述电压测量部的接地端；以及
第二阻抗元件，一端连接于所述单元电池中的最下层单元电池的负极端，另一端连接于所述接地端。
15.根据权利要求14所述的燃料电池电压测量装置，其特征在于，
所述第一阻抗元件的阻抗和所述第二阻抗元件的阻抗是根据所述电压测量部的反向电位内压来设定的。
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