CN1758066A - 用于监控燃料电池堆工作状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控由多个单个电池串联而成的燃料电池堆工作状态的方法，为明显地减少测量成本和测量装置，本发明提供：将低频电流或电压施加在燃料电池堆上，并测量形成的电流或电压信号，且通过信号谐波分量的至少一次变化推断燃料电池堆的单个电池的工作状态。

Description

用于监控燃料电池堆工作状态的方法
技术领域
本发明涉及一种易于监控燃料电池堆的工作状态的方法，该燃料电池堆包括多个彼此串联的单个电池。
背景技术
燃料电池堆中的单个电池可传递大约0.7到1.0伏范围内的输出电压。为了获得在给定的电池区域内所要求的性能，多个单个电池电气上彼此串联，由此形成所谓的电池堆。串联可应用于所有类型的燃料电池和电贮存元件，比如蓄电池。
在串联原理中存在固有的潜在危险：即任何一个电池的故障将会导致整个电池堆的故障。电池可能存在的故障通过测量所有单个电池的电压而受到监控。因此大型燃料电池堆需要高成本的和复杂的测量结构。
燃料电池制造过程中的质量控制要求检查所有电池的功能和性能。这可测量各电池电压而实现(假设可实现接触)。然而由于该工序所牵涉的成本，在制造期间以及在燃料电池工作期间测量单个电池的电压是不希望发生的。
在实验室内采用过另一种电阻抗光谱法(EIS)以监控燃料电池堆的工作状态或“健康度”。在这种方法中，燃料电池堆的合成阻抗(即尼奎斯特曲线)在某一频率范围内被测量并与基准曲线相比较。
从在阻抗曲线中发生典型变化的频率可推知这些变化与阳极、阴极还是与电池薄膜相关。该方法基于这样的事实，即燃料电池堆的等效电路具有在很宽范围内变化的多个截止频率的第一级低通滤波器的串并联电路，由此提供所要求的灵敏度。
燃料电池堆(如工作在空气和氢气下的PEM燃料电池)的下面的影响使监控单个电池的电压变得必要。
·在阴极或阳极空气或氢气量不足(化学计量缺乏)。影响：在最小电流时，U/I(电压/电流)特性会降低。
·薄膜：电短路或气短路的发生。影响：U0(零电流时的电压)将改变
·电极老化，影响：U/I特性更急剧地下降，由于腐蚀效应欧姆电阻增加。
当单个电池电压测量被用于监控燃料电池堆时，对由500个电池组成的电池堆一般测量和评估所有500伏或至少评估各第二电池的电压，即250伏。这种多通道电压测量极为耗费成本、且装置占用空间和重量很大(电路、连接器、A/D转换器、在约束空间内的高电压、实现具有高共模范围的电子器件)。
这样的高成本妨碍了大量制造的可能并仅能在适当的环境下应用。
一个当前的事例是CUTE方案费用(CUTE＝用于欧洲的无烟城市运送)，即在9个欧洲城市使用燃料电池堆运作30辆西塔罗(Citaro)巴士。各巴士上装备两个PEM燃料电池。电动机设计成在600伏电压下功率输出为200kW。由此可推断出大约有1000个单个电池被连接在一起以形成一个燃料电池堆。各电池、或至少每个第二电池由金线连接并长久地进行每日测量和评估(这必然产生用于测量、数据存储和数据分析的高成本)。
基于阻抗光谱法(EIS)的监控方法参照已存储或已知晓的基准值或基准曲线。这些基准表示“健康”，即非临界工作状态的目标值。这就需要对制造的各单个燃料电池在给定条件下(压力、温度、湿度等)的所有工作状态必需事先知晓并存储。如果需要对大量的电池进行调整，立刻就会有相应的时间和成本扩大。
在具有大量电池的电池堆的情况下，假设单个电池的阻抗遵循正态分布原则。“局外物(Outliers)”在实践上是不可检测的或只能通过再次回到独立的电压测量而验证。除此以外，该方法较佳地仅适用于静态负载状态。
另外，由于只能在瞬变衰减后每个逐级上升频率值下测量阻抗，电阻抗光谱法很费时。
在由许多单个电池组成的燃料电池堆的特殊应用场合中，不仅要求验证单个电池的缺陷，还要求验证作为该缺陷源头的情形，为了能够起始适当的对策。在最恶劣的情况下整个电池堆应采取离线。基于基准曲线或基于某统计分布假设的方法无法保证对这类情况的可靠验证。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于监控包括多个串联的单个电池的燃料电池堆工作状态的方法，它在允许对一个或更多电池的临界工作状态和缺陷进行检测的同时明显降低测量成本，由此及时获得用于保护燃料电池的对策。
本发明又一目的是允许在燃料电池制造期间对每个单个电池的功能和性能的质量控制检查，将接触成本保持尽可能低的水平(即仅测量理想状况下的一次电压和一次电流)。
本发明提出将低频电流或电压施加到燃料电池并测量结果电流或电压信号，然后从信号谐波分量的至少一次变化推断出燃料电池堆的单个电池的工作状态，从而实现发明目的。燃料电池堆的单个电池的工作状态可例如由信号的总谐波失真(THD，被定义为基模与总谐波分量之比)的改变推断而得。
如果缺陷或临界状况发生在燃料电池中，这将产生系统响应中的非线性。这些非线性使最初施加的信号失真并产生谐波，即总谐波失真将明显增加。各自以谐波形式出现的THD量与待监控电池堆的变量相关。
例如可通过单次电压测量或次数非常少的测量(例如对每1000个电池8条测量通道)以及通过测量所施加的负载电流来代替高成本的单个电池电压监控。如果THD明显地改变，可以确定是否进行测量以保护或回收燃料电池以及进行哪种测量以保护或回收燃料电池。没有一种已知的方法允许在工作期间基于仅测量一次电压或较少次电压的基础上来推断相关的电池的电流/电压特性状态。
根据本发明，增加信号谐波分量允许推测出燃料电池堆的至少一个电池的一种非线性工作状态。
根据本发明的测量方法采取下面方法。
U/I曲线在某些区域是线性的而在其它区域是非线性的。如果将具有非常低THD的小正弦电流改变施加在线性区域(如额定功率区域)，具有低谐波分量分量的和数电压将形成，即THD也随之变小。如果THD增加，这意味着一个或多个电池电压曲线正处于非线性区域，这是由于化学计量缺乏所造成的(见图1中的U/I特性的过早下降)。
从基模和谐波的电压幅度可推断出在线性区域以及非线性区域中U/I曲线的斜率，并能够提高结果的精度。
本发明还提供：通过谐波分析，采用散布在整个负载范围内的所施加的低THD负载信号，可得到具有相应分散频带的U/I曲线的域。这可用于对单个电池的监控或质量控制。
为改善方法的选择性，所施加的信号可通过将若干预定频率叠加而获得。所选频率分配于阳极、阴极和电池膜中某种效果。根据缺陷的位置，如在阳极上，所施加信号的失真只出现在分配到阳极的频率上。如果所施加的信号为正弦曲线，失真仅产生奇次谐波(傅立叶分析)。为保持所叠加信号的选择性，必须选择独立频率由此可使所产生的谐波不重叠。当测得的系统响应转换到时—频域时上升的图形将包含附加的可用信息。
通过在燃料电池的工作期间的负载变化而产生的频谱同样会使THD改变。时—频转换后的电流和电压信号的比较将允许计算并消除负载变化的影响。
可在时域中通过使用(数字或模拟)滤波器或通过转换到频域方法(使用任何类型的子波转换，短时间傅立叶变换或快速傅立叶变换)进行THD(THDA)分析。频率转换具有下面能明显地改善信噪比的优点，由此改善测量方法的灵敏度。
在已经通过短时间傅立叶变换方法转换到时—频域的信号的评估中，如果THD分析是基于功率谱且所产生谐波的能量谱分量被评估，精度能得以提高。
如果发生内部电气短路，裂痕或中断，通过对反射于缺陷位置的波的高频波分析可检测到这些故障。通过考虑反射波的传播时间和/或相位关系，可以确定现象以及缺陷种类的几何位置。反射波不仅表示相位跳跃还表示以连续相位反射，这取决于在反射点是否发生电气短路或中断。
本发明假设较佳正弦施加的应用于电流或电压信号的具有至少0.1到1000Hz的频率，较佳为10Hz左右，或由多个预定频率组成。所施加的电流或电压信号作为有源功率或无功功率分量以及短猝发信号(其长度匹配于所使用的频率图形或频率)或连续信号被叠加到燃料电池的适当负载上。两种方法都可用于工作场合或测试场合中，例如以质量控制为目的。
在本发明的较优变例中，仅评估测得电流的AC分量或电压信号。但是同样可以额外地使用DC分量来评估。
THD上的负载变化影响可通过本发明的方法进行计算，其结果可用于电流或电压信号的谐波分析。
另外还可使用电流或电压信号的DC分量的数学推导与实际测得的信号一起用于评估。
最后，本发明允许将电流或电压信号的基模的幅度曲线额外地用于评估。
附图说明
下面将结合所附附图和图表对本发明进行进一步说明。
图1示出在恰当工作状态(N)下单个电池以及在化学计量缺乏的工作状态(S)下单个电池的U/I图表；
图2示出具有所施加的正弦曲线电流(f0)和所产生的谐波(f3、f5、f7……f11)的、工作于化学计量缺乏下的燃料电池的测得电池堆电压的快速傅立叶变换(FFT)；
图3示出对于两个不同电池的U/I图表；
图4示出具有叠加的小正弦波形电流的负载电流斜度；
图5示出转换到时—频域(Morlet子波小波变换)的电池堆电压信号；
图6以示意表示的形式示出本发明的测量原理；
图7示出一种固体氧化物燃料电池(SOFC)的技术发展水平测量结果的图表；
图8示出根据本发明的图7的固体氧化物燃料电池的测量的图表。
具体实施方式
图1示出在恰当工作状态下单个电池N以及在有缺陷或故障的单个电池S的U/I图表。在单个电池S的小负载上的快速电压下降是由于例如化学计量缺乏的电池工作所引起。同时在这种情况下，所施加的正弦电流信号I(t)导致其中能检测到谐波(THD增加)的失真的响应信号(电压信号S)，在情况N中，电流信号I(t)将导致无失真的正弦信号，通过它可推断出单个电池N的无干扰正常机能。
图2示出在化学计量缺乏的工作状况下(即在空气缺乏的情况下)实际测得的电池堆电压的对数幅度图表。具有频率f0的正弦信号叠加到燃料电池的负载电流上并测得电池堆电压。仅出现基波频率的奇次谐波(f3、f5、f7、f9、f11)确定谐波是由所施加的正弦信号引起(如傅立叶分析理论所表示)以及所施加的正弦信号已经失真。谐波的和与基波频率的比值称为总谐波失真THD而且作为信号失真程度的量度并用于表示燃料电池的临界(化学计量缺乏)工作状况。由幅度的大小(基波频率加谐波)可推断出燃料电池堆的阻抗。
如图3至5表示动态分析。在两个电池组的U/I特性的实施例中，类似于图1中所示那样，电池S工作在临界状态下，同时电池N工作在充分供给的工作状况下。
如图4所示，如果该双电池组受到具有叠加到电流上的小正弦信号的上升电流斜度的影响，运用子波或短时间傅立叶变换，两个电池组的电压和的时频变换可用于显现谐波的发生(图5)。由于负载信号这里不再适用动态属性快速傅立叶变换。在t＝25秒处、各自在15A负载电流上检测到谐波的第一次发生(见图5中的S3、S5、S7)，这与因为在化学计量上缺乏空气供给而导致电池S快速电流下降处的时间点或负载电流近乎一致(见图3)。在超过32秒的区域内，各自在负载电流超过20A处，观察到新的谐波发生(见n3)，它表示电流下降并由此表示电池N的临界区域。独立谐波之间的选择取决于在窗口宽度上(测量点的数量)和在所选择的基波频率上所选择的采样频率。如果在频域中进行评估，信号中的噪声影响被大量地减少，由于只有相干频谱噪声分量(即对每个频率单位的噪声幅度)影响谐波分量。
测量配置示意性地如图6所示。电池堆或电池子堆St的电池堆电流I和电池堆电压U被测量。类似于此具有低THD的电流或电压信号通过可控制的电流/电压吸收THDA(总谐波失真分析)被叠加在实际的电池堆负载中。为避免燃料电池的有源功率损耗，可使用电容或电感，这将产生相应的无功功率。由于许多串联电池会产生高DC电压，这与本发明的测量方法没有关系，只是电池堆电压的AC分量被数字化并具有高分辨率。
图7示出一种具有50个单个电池的固体氧化物燃料电池(SOFC)的技术发展水平测量结果的图表，它运作在阴极(曲线Ua)处具有递减的空气流量的恒定负载下，即提高空气利用率，直到第一电池电压Ux因为在第一时间(时间＝540秒)供气缺乏而下降，随后Ux明显地下降(时间＝555秒，图7中的区域c)。由于总电压仅对超过50个电池的电压提供附加测量，因此大致为42伏特的电池堆电压Ust的评估将不会表示出临界工作状况。仅单个电池的测量(U1、U2、U3、……Un)表示单个电池中的电压下降从而表示临界工作状况。
类似于上述测量，低-THD信号叠加在负载电流上并使用本发明的方法(见图8)分析总电池堆电压Ust。同时基波频率的幅度a0基本上保持不变，可以看到，谐波的幅度a1、a2、a3……a7显示出在发生供气缺乏时的变化(见图8的上方部分，区域c)；还可以看到，THD在这个区域(图8的下方部分)内明显增大。一旦通过增加空气供给(见曲线Ua)而脱离临界状况后，THD值马上下降到其初始值。

Claims (18)

1.一种用于监控由多个单个电池串联而成的燃料电池堆工作状态的方法，其中，低频电流或电压信号被施加在燃料电池堆上，另外测量形成的电流或电压信号被测量，且通过信号谐波分量的至少一次变化推断燃料电池堆的单个电池的工作状态。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，信号的递增谐波分量允许推断出燃料电池堆的至少一个电池的非线性工作状态。
3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，通过使用散布在整个负载范围内的低THD负载信号进行谐波分析，可获得具有相应分散频带的电流/电压曲线的域。
4.如权利要求1到3任何一项所述方法，其特征在于，通过将电流和电压转换到时一频域或通过傅立叶变换对工作中的燃料电池堆的电流和电压信号进行评估。
5.如权利要求1到3任何一项所述方法，其特征在于，通过使用模拟或数字滤波器对燃料电池堆的工作中的电流和电压信号进行评估。
6.如权利要求1到5任何一项所述方法，其特征在于，通过高频波分析检测燃料电池堆中反射于缺陷位置处的波，此现象的几何位置以及缺陷类型是通过考虑反射波的传播时间和/或相位关系而确定的。
7.如权利要求6所述方法，其特征在于，从所反射波的相位跳跃推断出诸单个电池中的一个电气短路。
8.如权利要求6所述方法，其特征在于，从连续相位反射推断出电气中断。
9.如权利要求1到8任何一项所述方法，其特征在于，低频正弦电流或电压信号施加在燃料电池堆上。
10.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，所施加的电流或电压信号具有至少在0.1至1000Hz的频率，较为有利地在10Hz左右。
11.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，燃料电池堆受到与时间成线性关系的负载电流的上升和下降的影响，负载电流上较为有利地叠加幅度小的正弦电流信号。
12.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，所施加的电流或电压信号是多个预定频率的叠加。
13.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，所施加的电流或电压信号作为有源功率或无功功率或作为短猝发或连续信号被叠加在燃料电池的适当负载上。
14.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，仅评估所测得的电流或电压信号的AC分量。
15.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，除了所测得电流或电压信号的AC分量，还评估DC分量。
16.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于计算THD上负载改变的影响，而其结果测量值用于电流或电压信号的谐波分析。
17.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，使用电流或电压信号的数学推导来进行评估。
18.如权利要求1到9任何一项所述方法，其特征在于，使用电流或电压信号的基模的振幅曲线来进行评估。
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CN (1) CN100516917C (zh)
AT (2) AT500968B8 (zh)
DE (1) DE502005004998D1 (zh)
DK (1) DK1646101T3 (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101405906B (zh) * 2006-04-19 2012-01-04 丰田自动车株式会社 用于监控燃料电池的内部状态的装置和方法
CN102696025A (zh) * 2009-06-25 2012-09-26 法国电力公司 检测电化学装置缺陷的方法
US8542026B2 (en) 2009-05-08 2013-09-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for estimating fuel-cell hydrogen concentration and fuel cell system
CN104396073A (zh) * 2012-05-03 2015-03-04 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN104733752A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733742A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733753A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN105375044A (zh) * 2014-08-29 2016-03-02 现代自动车株式会社 用于诊断燃料电池堆的状态的装置及其方法
CN107258032A (zh) * 2015-05-07 2017-10-17 宝马股份公司 具有改进的状态监控的蓄电池组件
CN107923950A (zh) * 2015-08-18 2018-04-17 Avl里斯脱有限公司 用于监测燃料电池运行状态的方法
CN110943245A (zh) * 2019-12-12 2020-03-31 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池诊断谐波电流产生方法和系统、诊断装置
CN111373274A (zh) * 2017-11-27 2020-07-03 Avl李斯特有限公司 用于确定电化学反应器状态的基于时序的递归方法
CN114563724A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 延世大学校产学协力团 基于谐波信号的电池老化状态检测装置及方法
WO2023115984A1 (zh) * 2021-12-22 2023-06-29 北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司 一种燃料电池实时检测方法、系统、计算机以及车辆
CN116420084A (zh) * 2020-08-18 2023-07-11 埃利门特能源公司 用于多电芯电池组中的电池芯的原位阻抗谱分析的方法和系统

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5200414B2 (ja) * 2007-04-26 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20090075127A1 (en) * 2007-09-17 2009-03-19 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for measuring high-frequency resistance of fuel cell in a vehicle
EP2291880B1 (en) * 2008-04-24 2014-04-16 Ird Fuel Cells A/S Method and system for determining and controlling methanol concentration in dmfc based on impedance measurements
FR2942545B1 (fr) * 2009-02-24 2012-08-03 Helion Procede de determination d'un etat de sante d'un dispositif electrochimique.
US8652697B2 (en) * 2009-02-25 2014-02-18 Bloom Energy Corporation Controlling a fuel cell system based on fuel cell impedance characteristic
JP5392166B2 (ja) * 2010-04-02 2014-01-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101090705B1 (ko) * 2010-11-25 2011-12-08 강남대학교 산학협력단 연료전지 스택의 상태 진단 방법
US8618810B2 (en) 2011-03-04 2013-12-31 Teradyne, Inc. Identifying fuel cell defects
FR2973166B1 (fr) * 2011-03-21 2013-12-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fonctionnement d'une pile a combustible
EP2908149B1 (en) * 2012-10-09 2017-04-26 Nissan Motor Co., Ltd. Device for measuring impedance of laminated battery
KR101416399B1 (ko) * 2012-12-11 2014-07-09 현대자동차 주식회사 연료 전지 스택의 고장 진단 장치
KR101511824B1 (ko) * 2012-12-20 2015-04-14 현대오트론 주식회사 연료전지 스택 고장 진단 방법
KR20140085802A (ko) 2012-12-27 2014-07-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 상태 진단을 위한 임피던스 측정 방법 및 시스템
EP2782179B1 (de) * 2013-03-19 2015-09-16 MAGNA STEYR Engineering AG & Co KG Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Brennstoffzellen
DE102013011128A1 (de) 2013-07-03 2015-01-08 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Gleichspannungskreises eines Kraftwagens
TWI663771B (zh) 2014-02-12 2019-06-21 美商博隆能源股份有限公司 多個燃料電池和電力電子供給負載並聯以允許整合電化學阻抗頻譜（ｅｉｓ）之燃料電池系統之結構及方法
US9461319B2 (en) 2014-02-21 2016-10-04 Bloom Energy Corporation Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyzer and method of using thereof
JP6318883B2 (ja) * 2014-06-09 2018-05-09 日産自動車株式会社 インピーダンス測定装置
KR101662154B1 (ko) * 2015-03-09 2016-10-04 연세대학교 산학협력단 고조파 및 임피던스를 이용한 배터리 상태 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체
US10573910B2 (en) 2015-09-14 2020-02-25 Bloom Energy Corporation Electrochemical impedance spectroscopy (“EIS”) analyzer and method of using thereof
EP3151321B1 (de) 2015-09-30 2019-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines lagerungszustandes einer brennstoffzelle oder eines brennstoffzellenstapels
AT517714B1 (de) 2015-12-17 2017-04-15 Avl List Gmbh Schaltungsanordnung zur Signaleinprägung eines elektrischen Signals in eine elektrochemische Energieliefervorrichtung
DE102016106735A1 (de) * 2016-04-12 2017-10-12 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Ersatzschaltbasiertes Brennstoffzellen-Prognosemodell
IT201600131225A1 (it) 2016-12-27 2018-06-27 Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Metodo per la rilevazione di guasti in celle a combustibile
KR102335976B1 (ko) 2017-04-03 2021-12-07 현대자동차주식회사 연료전지 진단 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템
JP6543671B2 (ja) * 2017-09-29 2019-07-10 本田技研工業株式会社 燃料電池の出力検査方法
CN108226789B (zh) * 2017-11-21 2019-12-10 东南大学 一种中低温固体氧化物燃料电池的性能测试方法
US10593971B1 (en) 2018-11-06 2020-03-17 Nuvera Fuel Cells, LLC Methods and systems for controlling water imbalance in an electrochemical cell
US11347193B2 (en) 2020-02-15 2022-05-31 International Business Machines Corporation Automating reactive impedance measurements
DE102020106563A1 (de) 2020-03-11 2021-09-16 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug
DE102020112916A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen
CN113263960B (zh) * 2021-06-28 2022-08-19 太原理工大学 一种氢燃料电池汽车自适应能量管理方法
AT526012A1 (de) * 2022-03-17 2023-10-15 Avl List Gmbh Prüfanordnung für einen elektrochemischen Zellstapel
DE102022206806A1 (de) 2022-07-04 2024-01-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Prüfung und/oder Optimierung einer Herstellung von Zellensystemen, eine Prüfungs- und/oder Optimierungsvorrichtung und ein Computerprogramm

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715878A (ja) * 1993-06-28 1995-01-17 Sansha Electric Mfg Co Ltd 発電システム
US6002238A (en) * 1998-09-11 1999-12-14 Champlin; Keith S. Method and apparatus for measuring complex impedance of cells and batteries
DE10036572A1 (de) * 2000-07-27 2002-02-14 Bosch Gmbh Robert Brennstoffzellenanlage
US6762587B1 (en) * 2000-09-12 2004-07-13 Recon Industrial Controls Corp. Device and method for monitoring fuel cell performance and controlling a fuel cell system
US6816797B2 (en) * 2000-09-29 2004-11-09 Hydrogenics Corporation System and method for measuring fuel cell voltage and high frequency resistance
WO2003028131A2 (de) * 2001-08-29 2003-04-03 Forschungszentrum Jülich GmbH Brennstoffzelle und brennstoffzellenstapel, sowie verfahren zum betreiben derselben
JP4025080B2 (ja) * 2002-01-31 2007-12-19 日置電機株式会社 抵抗測定装置および診断装置
WO2003098769A2 (en) * 2002-05-17 2003-11-27 Greenlight Power Technologies, Inc. Methods and apparatus for indicating a fault condition in fuel cells and fuel cell components
JP2004038246A (ja) * 2002-06-28 2004-02-05 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
US7179553B2 (en) * 2002-09-06 2007-02-20 General Motors Corporation Method for detecting electrical defects in membrane electrode assemblies
DE10250520A1 (de) * 2002-10-29 2004-05-19 Cremer, Christian, Dipl.-Ing. Zellspannungsüberwachungsgerät mit Kabelbrucherkennung
DE10260373A1 (de) * 2002-12-13 2004-06-24 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Funktionszustandsprüfung eines elektrischen Energie-Systems sowie ein zugehöriges elektrisches Energie-System

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101405906B (zh) * 2006-04-19 2012-01-04 丰田自动车株式会社 用于监控燃料电池的内部状态的装置和方法
US8542026B2 (en) 2009-05-08 2013-09-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for estimating fuel-cell hydrogen concentration and fuel cell system
CN102696025A (zh) * 2009-06-25 2012-09-26 法国电力公司 检测电化学装置缺陷的方法
CN102696025B (zh) * 2009-06-25 2016-04-20 法国电力公司 检测电化学装置缺陷的方法
CN106684405A (zh) * 2012-05-03 2017-05-17 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN104396073A (zh) * 2012-05-03 2015-03-04 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN107064807B (zh) * 2012-05-03 2019-06-21 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN106684405B (zh) * 2012-05-03 2019-06-18 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN107064807A (zh) * 2012-05-03 2017-08-18 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN104396073B (zh) * 2012-05-03 2017-03-15 Avl里斯脱有限公司 用于确定燃料电池组中的临界操作状态的方法
CN104733742B (zh) * 2013-12-20 2017-09-29 奥特润株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733742A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733753B (zh) * 2013-12-20 2017-09-01 奥特润株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733753A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
CN104733752B (zh) * 2013-12-20 2017-05-31 奥特润株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
US9941533B2 (en) 2013-12-20 2018-04-10 Hyundai Autron Co., Ltd. Method for generating injection current for fuel cell stack and apparatus for performing the same
CN104733752A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 现代奥特劳恩株式会社 燃料电池堆栈用充入电流生成方法及装置
US10147959B2 (en) 2013-12-20 2018-12-04 Hyundai Autron Co., Ltd. Method for generating injection current for fuel cell stack and apparatus for performing the same
US10170998B2 (en) 2013-12-20 2019-01-01 Hyundai Autron Co.,Ltd. Method for generating injection current for fuel cell stack and apparatus for performing the same
CN105375044A (zh) * 2014-08-29 2016-03-02 现代自动车株式会社 用于诊断燃料电池堆的状态的装置及其方法
CN105375044B (zh) * 2014-08-29 2019-05-14 现代自动车株式会社 用于诊断燃料电池堆的状态的装置及其方法
CN107258032A (zh) * 2015-05-07 2017-10-17 宝马股份公司 具有改进的状态监控的蓄电池组件
CN107923950A (zh) * 2015-08-18 2018-04-17 Avl里斯脱有限公司 用于监测燃料电池运行状态的方法
CN107923950B (zh) * 2015-08-18 2021-03-19 Avl里斯脱有限公司 用于监测燃料电池运行状态的方法
CN111373274A (zh) * 2017-11-27 2020-07-03 Avl李斯特有限公司 用于确定电化学反应器状态的基于时序的递归方法
CN111373274B (zh) * 2017-11-27 2022-08-05 Avl李斯特有限公司 用于确定电化学反应器状态的基于时序的递归方法
CN110943245A (zh) * 2019-12-12 2020-03-31 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池诊断谐波电流产生方法和系统、诊断装置
CN116420084A (zh) * 2020-08-18 2023-07-11 埃利门特能源公司 用于多电芯电池组中的电池芯的原位阻抗谱分析的方法和系统
CN114563724A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 延世大学校产学协力团 基于谐波信号的电池老化状态检测装置及方法
WO2023115984A1 (zh) * 2021-12-22 2023-06-29 北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司 一种燃料电池实时检测方法、系统、计算机以及车辆

Also Published As

Publication number Publication date
US20060078788A1 (en) 2006-04-13
DE502005004998D1 (de) 2008-09-25
AT500968A4 (de) 2006-05-15
AT500968B8 (de) 2007-02-15
EP1646101A2 (de) 2006-04-12
AT500968B1 (de) 2006-05-15
ATE404999T1 (de) 2008-08-15
CN100516917C (zh) 2009-07-22
EP1646101A3 (de) 2007-04-11
DK1646101T3 (da) 2008-12-08
US7531253B2 (en) 2009-05-12
EP1646101B1 (de) 2008-08-13

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