DE102013225626A1

DE102013225626A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers innerhalb eines Brennstoffzellenstapels

Info

Publication number: DE102013225626A1
Application number: DE102013225626.4A
Authority: DE
Inventors: Kwi Seong Jeong; Sae Hoon Kim; Uck-Soo Kim; Hyun-seok Park; Young-Hyun Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Industry Academia Cooperation Foundation of Kangnam University; Hyundai Autron Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Industry Academia Cooperation Foundation of Kangnam University; Hyundai Kefico Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US20140159738A1; KR101416400B1; CN103872362A; US9373860B2; CN103872362B; KR20140075983A

Abstract

Zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel werden ein Wechselstrom mit einer ersten optimalen Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren eines Zellenspannungsabfalls und ein Wechselstrom mit einer zweiten optimalen Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren einer Ursache des Zellenspannungsabfalls an den Brennstoffzellenstapel zugeführt. Eine Verzerrungsrate wird dann auf der Grundlage der Spannung des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der ersten optimalen Frequenz berechnet und der Zellenspannungsabfall wird auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate diagnostiziert. Auch wird eine Impedanz auf der Grundlage einer Spannung und eines Stromes des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der zweiten optimalen Frequenz berechnet und eine Wassermenge wird auf der Grundlage der berechneten Impedanz in dem Brennstoffzellenstapel berechnet, und die Ursache des Zellenspannungsabfalls wird auf der Grundlage der berechneten Impedanz und Wassermenge diagnostiziert.

Description

HINTERGRUND
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Eine Brennstoffzelle stellt eine Art von Batterie dar, die durch eine Oxidation von Brennstoff erzeugte chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt, die von einer beliebigen Anzahl von Vorrichtungen verwendet werden kann. In den meisten Fällen ist eine Brennstoffzelle insofern mit einer chemischen Zelle identisch, dass sie eine Oxidations- und Reduktionsreaktion zum Erzeugen von Energie verwendet. Jedoch werden in einer Brennstoffzelle die Reaktionspartner von einer äußeren Quelle intermittierend zugeführt und somit werden die Reaktionsprodukte aus einem Brennstoffzellensystem fortlaufend entfernt. In einer chemischen Zelle wird die Batteriereaktion jedoch innerhalb eines geschlossenen Systems durchgeführt.
Derzeit hat die Kommerzialisierung der Brennstoffzelle zu starten begonnen, weil das Reaktionsprodukt der Brennstoffzelle reines Wasser ist und somit sehr umweltfreundlich ist. Demzufolge ist die Forschung zum Verwenden von Brennstoffzellen als eine Energiequelle für Fahrzeuge in der Automobilindustrie von großem Interesse.
Eine Brennstoffzelle besteht oft aus einer Stapelanordnung, in der eine Mehrzahl von Elementarzellen eine neben/über der anderen aufeinanderfolgend angeordnet ist, was in der Industrie als ein Brennstoffzellenstapel bezeichnet wird. Elektrische Energie wird dadurch erzeugt, indem jede Elementarzelle des Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel versorgt wird. Wenn jedoch eine Verschlechterung der Leistung oder ein Fehler in einer Zelle unter den Elementarzellen auftritt, die den Brennstoffzellenstapel bilden, verschlechtert sich die gesamte Leistung des Brennstoffzellenstapels und somit kann kein stabiler Betrieb erreicht werden.
Im Stand der Technik wird die Leistung des Brennstoffzellenstapels durch Messen der von jeder Elementarzelle des Brennstoffzellenstapels ausgegebenen Spannung diagnostiziert. Ein solches Diagnoseverfahren umfasst ein Klirrfaktor-Analyse-(total harmonic distortion analysis – THDA)Verfahren. Das THDA-Verfahren diagnostiziert die Zellenspannung durch Berechnen einer Verzerrungsrate durch Frequenzanalyse der Stapelspannung. Auch wenn das THDA-Verfahren einen Abfall der Zellenspannung einfach detektieren kann, ist es wesentlich schwieriger, quantitativ zu messen, was den Abfall der Zellenspannung verursacht hat.
Außerdem gibt es ein Verfahren zum Messen einer Impedanz des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS). Dieses Verfahren führt einen Strom oder eine Spannung als eine sinusförmige Wellenform an den Brennstoffzellenstapel zu und misst dann einen Strom (I) und eine Spannung (V) des Brennstoffzellenstapels und berechnet die Impedanz auf der Grundlage des gemessenen Stromes (I) und der Spannung (V) des Brennstoffzellenstapels.
Dieses Verfahren diagnostiziert jedoch den Befeuchtungszustand durch Messen der Last an einem Stapel, aber diagnostiziert nicht den Abfall der Zellenspannung. Demzufolge ist eine separate Vorrichtung wie ein Raumvektor-Modulator (space vector modulator – SVM) oder ein kapazitiver Spannungsmultiplikator (capacitive voltage multiplier – CVM) erforderlich.
Die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Bestreben gemacht worden, um ein Fehlerdiagnoseverfahren und eine Fehlerdiagnosevorrichtung bereitzustellen, die einen Abfall der Zellenspannung eines Brennstoffzellenstapels diagnostizieren können und die Ursache des Abfalls der Zellenspannung bestimmen können.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel bereit. Genauer gesagt werden eine Mehrzahl von Wechselströmen als Steuerströme mit verschiedenen Frequenzkombinationen an den Brennstoffzellenstapel zugeführt und eine Verzerrungsrate und Impedanz des Brennstoffzellenstapels für jeden Wechselstrom gemessen. Basierend auf der gemessenen Verzerrungsrate und Impedanz kann eine optimale Frequenz ausgewählt werden und ein Wechselstrom mit der ausgewählten optimalen Frequenz kann dann an den Brennstoffzellenstapel zugeführt werden. Die Verzerrungsrate des Brennstoffzellenstapels kann dann gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz berechnet werden und ein Zellenspannungsabfall kann auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate berechnet werden. Ebenso kann die Impedanz des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz berechnet werden und eine Menge an Wasser in dem Brennstoffzellenstapel kann auf der Grundlage der berechneten Impedanz berechnet werden und eine Ursache des Zellenspannungsabfalls kann auf der Grundlage der berechneten Impedanz und der Wassermenge diagnostiziert werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Zuführen der Mehrzahl von Wechselströmen an den Brennstoffzellenstapel ein Zuführen, an den Brennstoffzellenstapel, eines Wechselstromes mit einer ersten Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und eines Wechselstromes mit einer zweiten Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls umfassen. In dieser Ausführungsform können die erste Frequenz und die zweite Frequenz voneinander verschieden sein.
Zusätzlich kann in einigen Ausführungsbeispielen das Auswahlen der optimalen Frequenz umfassen: Auswählen einer ersten Frequenz eines Wechselstromes entsprechend der größten Verzerrungsrate als eine erste optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der für die jeweiligen Wechselströme gemessenen Verzerrungsraten; und Auswahlen einer zweiten Frequenz eines Wechselstromes entsprechend der größten Impedanz als eine zweite optimale Frequenz zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der für die jeweiligen Wechselströme gemessenen Impedanzen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein alternatives Verfahren zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel bereit. Genauer gesagt werden in diesem Verfahren sowohl ein Wechselstrom mit einer ersten optimalen Frequenz eines ersten Frequenzbereichs, die einen Zellenspannungsabfall diagnostiziert, als auch ein Wechselstrom mit einer zweiten optimalen Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs, die eine Ursache des Zellenspannungsabfalls diagnostiziert, an den Brennstoffzellenstapel zugeführt. Dann wird eine Verzerrungsrate auf der Grundlage einer Spannung des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der ersten optimalen Frequenz berechnet und der Zellenspannungsabfall wird auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate diagnostiziert. Ebenso wird die Impedanz auf der Grundlage der Spannung und eines Stromes des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der zweiten optimalen Frequenz berechnet und die Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel kann auf der Grundlage der berechneten Impedanz berechnet werden, und die Ursache des Zellenspannungsabfalls wird auf der Grundlage der berechneten Impedanz und der Wassermenge diagnostiziert.
Hierbei kann das Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls den Zellenspannungsabfall auf der Grundlage eines Klirrfaktor-Analyse-(total harmonic distortion analysis – THDA)Verfahrens diagnostizieren und das Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls kann die Impedanz unter Verwendung einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie (electrochemical impedance spectroscopy – EIS) messen und die Ursache des Zellenspannungsabfalls diagnostizieren.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel bereit. Genauer gesagt umfasst die Vorrichtung eine Wechselstrom-(AC)Einleitungsvorrichtung (AC-Injektor), die mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist und einen Wechselstrom an einen Strom anlegt, der von dem Brennstoffzellenstapel zu einer Last fließt. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls einen Wechselstrom-Generator, der eingerichtet ist, um den Wechselstrom zu erzeugen. Ein Diagnoseprozessor ist ebenfalls eingerichtet, um eine Spannung und einen Strom des Brennstoffzellenstapels zu messen, um einen Zellenspannungsabfall des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren und um die Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des Stromes zu diagnostizieren.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der Wechselstrom-Generator einen Wechselstrom mit einer ersten optimalen Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und einen Wechselstrom mit einer zweiten optimalen Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls zuführen.
Ferner kann der Diagnoseprozessor umfassen: einen Optimalfrequenz-Auswahlabschnitt, die eingerichtet ist, um die erste optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und die zweite optimale Frequenz zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls auszuwählen; einen Wechselstrom-Steuerabschnitt, der eingerichtet ist, um den Wechselstrom-Generator zu steuern; einen Verzerrungsraten-Berechnungsabschnitt, der eingerichtet ist, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels zu messen und um eine Verzerrungsrate des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage der gemessenen Spannung zu berechnen; und einen Impedanz-/Wasser-Berechnungsabschnitt, der eingerichtet ist, um die Spannung und den Strom des Brennstoffzellenstapels und die Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel auf der Grundlage der berechneten Impedanz zu messen und um eine Impedanz auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des Stromes zu berechnen; und einen Diagnoseabschnitt, der eingerichtet ist, um den Zellenspannungsabfall des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage der Verzerrungsrate zu diagnostizieren und um die Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der Impedanz und der Wassermenge zu diagnostizieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, gleichzeitig einen Zellenspannungsabfall eines Brennstoffzellenstapels zu messen wie auch die Ursache des Zellenspannungsabfalls zu bestimmen. Auch ist es durch gleichzeitiges Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und der Ursache des Zellenspannungsabfalls unter Verwendung einer einzelnen Vorrichtung möglich, die Größe einer Vorrichtung zum Diagnostizieren des Fehlers/Ausfalls des Brennstoffzellenstapels zu verringern und die Kosten in Bezug auf die Produktion der Vorrichtung zu reduzieren. Ebenfalls ist es möglich, den Fehler des Brennstoffzellenstapels genauer zu diagnostizieren, indem eine optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls des Brennstoffzellenstapels und der Ursache des Zellenspannungsabfalls zur gleichen Zeit erlangt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A–C zeigen Graphen, die eine Kennlinie eines Stapelstromes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines Diagnoseprozessors gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 zeigt einen Graphen, der eine Spannungs-Strom-Kennlinie gemäß einem Betriebszustand von jeder Zelle eines Brennstoffzellenstapels darstellt.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden ausführlichen Beschreibung sind zur Veranschaulichung lediglich bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden. Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise geändert werden, ohne von der Lehre oder dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und die Beschreibung als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente überall in der Beschreibung.
In der gesamten Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben wird, wird das Wort ”aufweisen/umfassen” oder Variationen wie ”weist auf/umfasst” oder ”aufweisend/umfassend” derart verstanden, dass sie die Einbeziehung der genannten Elemente, aber nicht der Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen bedeuten.
Es ist zu beachten, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Zusätzlich versteht es sich, dass die unten beschriebenen Verfahren durch zumindest eine Steuerung einschließlich eines speziell eingerichteten Prozessors (z. B. Fehlerdiagnosevorrichtung 1) ausgeführt werden. Der Ausdruck Steuerung bezieht sich auf eine Hardware-Vorrichtung, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um Programmbefehle zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Programmbefehle auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Ferner ist die hierin verwendete Terminologie zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff ”ungefähr”, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. ”Ungefähr” kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ”ungefähr” verändert.
Nachstehend werden ein verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Vorrichtung 1 (nachstehend als ”Fehlerdiagnosevorrichtung 1” bezeichnet), die einen Fehler eines Brennstoffzellenstapels 2 diagnostiziert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Wechselstrom-(AC)Einleitungsvorrichtung 11 (AC-Injektor 11), die mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden ist, einen Wechselstrom-Generator 12, der eingerichtet ist, um ein AC-Signal zum Betreiben der AC-Einleitungsvorrichtung 11 zu erzeugen, und einen Diagnoseprozessor, der eingerichtet ist, um eine Fehlerdiagnose und eine Messung der Impedanz und Wassermenge durchzuführen, indem eine Spannung und ein Strom des Brennstoffzellenstapels 2 gemessen werden.
Als eine beispielhafte Art und Weise zum Ausführen einer Fehlerdiagnose des Brennstoffzellenstapels 2 kann die AC-Einleitungsvorrichtung 11 (die mit dem Brennstoffzellenstapel 2 verbunden ist) elektronische Vorrichtungen (z. B. Transistor) umfassen, um zu ermöglichen, dass ein Stapelstrom eine AC-Komponente aufweist. Indessen kann eine Last R1 mit der Fehlerdiagnosevorrichtung 1 verbunden werden. Die Last R1 bezieht sich auf alle Teile, die von dem Brennstoffzellenstapel 2 erzeugten elektrischen Strom verwenden. Die Last verbraucht Leistung von einer Brennstoffzelle und kann zum Beispiel einen Wechselrichter (Inverter), einen Motor, einen Gleichstrom-(DC)DC-(DC-DC)Umwandler, eine Batterie und dergleichen umfassen.
Zusätzlich können ein Anschluss an einer Seite der Last R1 mit dem ersten Anschluss des Brennstoffzellenstapels 2 verbunden werden und ein Anschluss an der anderen Seite der Last R1 mit dem zweiten Anschluss des Brennstoffzellenstapels 2 verbunden werden.
Demzufolge werden der von dem Brennstoffzellenstapel 2 ausgegebene Stapelstrom und ein von der AC-Einleitungsvorrichtung 11 ausgegebener Strom addiert und fließen durch die Last R1. Ein Strom, der von der AC-Einleitungsvorrichtung 11 ausgegeben wird, wird als Injektionsstrom bezeichnet und ein Strom, der durch die Last R1 fließt, wird als Laststrom bezeichnet.
2A–C zeigen Graphen, die eine Kennlinie eines Stapelstromes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. In der veranschaulichenden graphischen Darstellung weist der Injektionsstrom, der von der AC-Einleitungsvorrichtung 11 ausgegeben wird, eine AC-Komponente gemäß einem Betrieb des Wechselstrom-Generators 12 auf, wie dies in 2B dargestellt ist, und der Laststrom weist eine DC-Komponente auf, wie dies in 2C dargestellt ist. Wie in 2C dargestellt, kann der Laststrom als eine Summenbildung des Stapelstromes und des Injektionsstromes ausgedrückt werden.
Der Wechselstrom-Generator 12 erzeugt ein AC-Signal zum Ansteuern der AC-Einleitungsvorrichtung 11. Der Wechselstrom-Generator 12 erzeugt ein AC-Signal gemäß einem Steuersignal, das von dem Diagnoseprozessor 13 ausgegeben wird.
Der Diagnoseprozessor 13 misst andererseits eine Spannung und einen Strom, die von dem Brennstoffzellenstapel 2 ausgegeben werden. Das heißt, die Stapelspannung und der Stapelstrom, die ausgegeben werden, und diagnostizieren einen Zellenspannungsabfall auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des Stromes. Der Diagnoseprozessor 13 misst ebenfalls eine Impedanz und eine Wassermenge und ist dadurch auf der Grundlage dieser Impedanz und Wassermenge in der Lage, die Ursache für den Zellenspannungsabfall abzuleiten.
3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau des Diagnoseprozessors 13 gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Diagnoseprozessor 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Wechselstrom-Steuerabschnitt 131, einen Optimalfrequenzauswahl-Verarbeitungsabschnitt 132, einen Verzerrungsraten-Berechnungsabschnitt 133, einen Impedanz-/Waser-Berechnungsabschnitt 134 und einen Diagnoseabschnitt 135.
Der Wechselstrom-Steuerabschnitt 131 gibt ein Steuersignal an den Wechselstrom-Generator 12 aus, um den Fehler des Brennstoffzellenstapels 2 zu diagnostizieren und um einen Wechselstrom zu erzeugen, um eine Ursache eines Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von Wechselströmen unterschiedlicher Frequenzbereiche verwendet werden, um einen Zellenspannungsabfall und die Ursache des Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren. Eine Verzerrungsrate kann in dieser Ausführungsform berechnet werden, um den Fehler des Brennstoffzellenstapels 2 zu diagnostizieren, und der Zellenspannungsabfall kann auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate diagnostiziert werden. Ein Frequenzbereich (z. B. ein erster Frequenzbereich) für die obige Fehlerdiagnose beträgt zum Beispiel 10 Hz. Andererseits kann eine Impedanz des Brennstoffzellenstapels 2 gemessen werden, um die Ursache des Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren. Ein Frequenzbereich (z. B. ein zweiter Frequenzbereich) für die obige Impedanzmessung beträgt zum Beispiel ungefähr 300 Hz. Demzufolge können gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung AC-Signale des ersten Frequenzbereichs und des zweiten Frequenzbereichs verwendet werden, um den Fehler und die Ursache des Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren. Zu diesem Zweck ist es zum Beispiel durch Auswählen von drei benachbarten Frequenzen (z. B. ungefähr 10 Hz, 8 Hz und 12 Hz) von dem ersten Frequenzbereich, durch Auswählen von drei benachbarten Frequenzen (z. B. ungefähr 300 Hz, 290 Hz und 310 Hz) von dem zweiten Frequenzbereich und durch Kombinieren von drei von dem ersten Frequenzbereich ausgewählten Frequenzen mit drei von dem zweiten von dem ersten Frequenzbereich ausgewählten Frequenzen möglich, eine Mehrzahl von Steuer-Wechselströmen zu verwenden, um den Fehler des Brennstoffzellenstapels 2 und die Ursache des Zellenspannungsabfalls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu diagnostizieren. Zum Beispiel ist es möglich, einen Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 10 Hz und ungefähr 300 Hz, einen Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 8 Hz und ungefähr 290 Hz und einen Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 12 Hz und ungefähr 310 Hz zu verwenden.
Wie oben beschrieben, kann eine Mehrzahl von Wechselströmen, die eine Mehrzahl von Wechselströmen unterschiedlicher Frequenzbereiche umfasst, verwendet werden. Steuersignale können erzeugt werden, um die Erzeugung der Mehrzahl von Wechselströmen zu ermöglichen. Diese erzeugten Steuersignale werden an den Wechselstrom-Generator 12 ausgegeben. Demzufolge erzeugt der Wechselstrom-Generator 12 unterschiedliche AC-Signale, das heißt Wechselströme, gemäß den Steuersignalen und führt dann die erzeugten Wechselströme an den Stapelstrom durch die AC-Einleitungsvorrichtung 11 zu und leitet diese ein. Zum Beispiel kann der Wechselstrom-Generator 12, gemäß einem von dem Wechselstrom-Steuerabschnitt 131 ausgegebenen Steuersignal, einen ersten Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 10 Hz und ungefähr 300 Hz erzeugen, kann einen zweiten Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 8 Hz und ungefähr 290 Hz erzeugen und kann einen dritten Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 12 Hz und ungefähr 310 Hz erzeugen.
Die Optimalfrequenzauswahl-Verarbeitungsabschnitt 132 wählt eine optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls aus und diagnostiziert die Ursache des Zellenspannungsabfalls aus der Mehrzahl von Wechselströmen (einschließlich eines AC-Signals des ersten Frequenzbereichs und eines AC-Signals des zweiten Frequenzbereichs), die an den Brennstoffzellenstapel 2 für die Fehlerdiagnose zugeführt wird.
Die Verzerrungsraten-Berechnungsabschnitt 133 misst die Stapelspannung des Brennstoffzellenstapels 2 gemäß dem Wechselstrom und berechnet eine Verzerrungsrate auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung. Für diesen Abschnitt 133 kann eine Klirrfaktor-Analyse (THDA) als ein Verfahren zum Berechnen der Verzerrungsrate verwendet werden.
4 zeigt einen Graphen, der eine Spannungs-Strom-Kennlinie gemäß einem Betriebszustand von jeder Zelle eines Brennstoffzellenstapels darstellt. Im Allgemeinen, wenn ein Strom mit einer sinusförmigen Wellenform an den Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt wird, variiert eine Spannung von einer Zelle, die in dem Brennstoffzellenstapel 2 normal arbeitet, in einem linearen Abschnitt des Graphen, wie dies durch eine gestrichelte Linie von 4 angegeben wird, und variiert eine Spannung von einer Zelle, die in dem Brennstoffzellenstapel 2 anormal arbeitet, in einem nichtlinearen Abschnitt, wie dies durch eine durchgezogene Linie von 4 angegeben wird. Demzufolge kann festgestellt werden, dass eine Spannung einer normalen Zelle gemäß einer Stromänderung eine geringe Verzerrung aufweist, wohingegen eine Spannung einer anormalen Zelle eine signifikante Spannungsamplitude und eine signifikante Verzerrung gemäß einer Änderung des Zellenstromes aufweist. Demzufolge ist es möglich, zu diagnostizieren, ob der Brennstoffzellenstapel 2 defekt ist, indem eine Verzerrungsrate durch eine Frequenzanalyse des Stapelstromes berechnet wird und auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate diagnostiziert wird, ob die Zellenspannung abgesunken ist.
Indessen misst die Impedanz-/Waser-Berechnungsabschnitt 134 die Stapelspannung und den Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 2 gemäß dem Wechselstrom und misst die Impedanz auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung und des Stapelstromes und misst die Wassermenge auf der Grundlage der gemessenen Impedanz. Wenn ein AC-Verlust innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 vorhanden ist, zeigt dies an, dass ein Ansprechverhalten gemäß einer Frequenz variiert, wenn eine AC-Variation auftritt. Durch Messen der Impedanz und/oder Wassermenge als eine Eigenschaft des Ansprechverhaltens ist es möglich, einen Verlust innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2, das heißt, die Ursache des Zellenspannungsabfalls quantitativ zu verstehen. Zum Beispiel beeinflusst ein Befeuchtungszustand des Brennstoffzellenstapels 2, nämlich die Wassermenge, ebenfalls die Leistung in hohem Maße und kann als Ursache des Zellenspannungsabfalls wirken.
Die Impedanz kann berechnet werden durch Zuführen eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung einer sinusförmigen Wellenform an den Brennstoffzellenstapel 2 und dann Berechnen des Stapelstromes und der Stapelspannung, Durchführen einer Fourier-Transformation des gemessenen Stromes und der Spannung und Dividieren eines Stromwertes (I) einer vorgegebenen Frequenz (w) durch einen Spannungswert (v) der vorgegebenen Frequenz in einem Frequenzspektrum des Fourier-transformierten Stromes und der Spannung.
Unterdessen diagnostiziert der Diagnoseabschnitt 135 den Zellenspannungsabfall auf der Grundlage der durch den Verzerrungsraten-Berechnungsabschnitt 133 berechneten Verzerrungsrate und diagnostiziert die Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der Impedanz und der Wassermenge, die durch den Impedanz-/Wasser-Berechnungsabschnitt 134 berechnet werden.
Der in der oben genannten Struktur aufgebaute Diagnoseprozessor 13 kann in Form eines Mikroprozessors eingerichtet/ausgebildet sein.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der obigen Struktur/Anordnung beschrieben.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 verwendet eine Mehrzahl von Wechselströmen, die eine Mehrzahl von Wechselströmen unterschiedlicher Frequenzbereiche umfasst, um den Fehler des Brennstoffzellenstapels 2 zu diagnostizieren und um eine Ursache eines Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren.
Die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 führt die Mehrzahl von Wechselströmen an den Brennstoffzellenstapel 2 zu und misst eine Verzerrungsrate und Impedanz und Wassermenge auf der Grundlage einer Stapelspannung und eines Stapelstromes, die von dem Brennstoffzellenstapel 2 ausgegebenen werden (S100 und S110).
Zum Beispiel, wenn ein erster Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 10 Hz und ungefähr 300 Hz, ein zweiter Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 8 Hz und ungefähr 290 Hz und ein dritter Wechselstrom einer Kombination von ungefähr 12 Hz und ungefähr 310 Hz verwendet werden, werden der erste Wechselstrom bis zu dem dritten Wechselstrom sequenziell an den Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt, die Stapelspannung und der Stapelstrom werden gemäß jedem zugeführten Wechselstrom gemessen und die verzerrungsrate, die Impedanz und die Wassermenge werden auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung und des Stapelstromes gemessen. Als ein Ergebnis werden die Verzerrungsrate, die Impedanz und die Wassermenge für jeden Wechselstrom gemessen. In diesem Fall können die obige Verzerrungsraten-, Impedanz- und Wassermengen-Berechnungsverfahren insgesamt dreimal durchgeführt werden.
Zum Beispiel wird der erste Wechselstrom von ungefähr 10 Hz an den Stapelstrom durch die AC-Einleitungsvorrichtung 11 zugeführt. Demzufolge ist der erste Wechselstrom in dem Stapelstrom enthalten, der von dem Brennstoffzellenstapel 2 ausgegeben wird, und fließt entlang der Last R1. Der Diagnoseprozessor 13 misst die Stapelspannung und den Stapelstrom und diagnostiziert auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung und des Stapelstromes, ob der Brennstoffzellenstapel 2 defekt ist.
Der Diagnoseprozessor 13 misst die Stapelspannung und berechnet die Verzerrungsrate auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung. Ebenfalls, da der erste Wechselstrom der Kombination von 10 Hz und 300 Hz an die AC-Einleitungsvorrichtung 11 gemäß einer Frequenzumwandlung zugeführt wird, misst der Diagnoseprozessor 13 die Stapelspannung und den Stapelstrom und misst die Impedanz und Wassermenge auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung und des Stapelstromes. Die obigen Prozesse werden ähnlich auch in Bezug auf den zweiten Wechselstrom und den dritten Wechselstrom durchgeführt.
Wie oben beschrieben, wenn die obigen Verzerrungsraten- und Impedanz- und Wassermengen-Berechnungsverfahren gemäß allen Wechselströmen mehrmals durchgeführt werden, das heißt, wenn die Verzerrungsraten- und Impedanz- und Wassermengen-Berechnungsverfahren eine vorgegebene Anzahl von Malen durchgeführt werden (z. B. drei Mal gemäß der Anzahl von Wechselströmen), wählt die Optimalfrequenzauswahl-Verarbeitungsabschnitt 132 eine optimale Frequenz eines Wechselstromes für eine optimale Diagnose aus (S120 und S130).
Die Optimalfrequenzauswahl-Verarbeitungsabschnitt 132 wählt eine Frequenz, in der die größte Verzerrungsrate und die größte Impedanz und Wassermenge berechnet werden, auf der Grundlage der Verzerrungsraten und der Impedanzen aus, die für die jeweiligen Wechselströme gemessen werden. Hierbei funktioniert der an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wechselstrom für die Frequenzauswahl als ein Teststrom. In diesem Fall können eine Frequenz, in der die größte Verzerrungsrate berechnet wird, und eine Frequenz, in der die größte Impedanz und Wassermenge berechnet werden, voneinander verschieden sein. Zum Beispiel kann unter den Verzerrungsraten entsprechend den ersten bis dritten Wechselströmen eine Verzerrungsrate entsprechend dem ersten Wechselstrom am größten sein. Unter den Impedanzen entsprechend den ersten bis dritten Wechselströmen kann eine Impedanz entsprechend dem dritten Wechselstrom am größten sein. Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Wechselstromes, die dem entspricht, wenn die größte Verzerrungsrate und die größte Impedanz berechnet werden, als die optimale Frequenz ausgewählt. Die Frequenz entsprechend der größten Verzerrungsrate wird als die optimale Frequenz (z. B. erste optimale Frequenz) ausgewählt, um den Zellenspannungsabfall zu diagnostizieren, und die Frequenz entsprechend der größten Impedanz wird als die optimale Frequenz (z. B. zweite optimale Frequenz) ausgewählt, um die Ursache des Zellenspannungsabfalls zu diagnostizieren.
Wie oben beschrieben, wenn die optimalen Frequenzen ausgewählt werden, führt die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 im Wesentlichen eine Fehlerdiagnose des Brennstoffzellenstapels 2 auf der Grundlage der ausgewählten optimalen Frequenzen durch. Das heißt, die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 erzeugt einen Wechselstrom einschließlich einer Kombination der ersten optimalen Frequenz und er zweiten optimalen Frequenz, führt den erzeugten Wechselstrom an die AC-Einleitungsvorrichtung 11 zu (S140), misst die Stapelspannung und berechnet die Verzerrungsrate auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung. Dann diagnostiziert die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 den Zellenspannungsabfall auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate (S150 und S160).
Auch kann die Fehlerdiagnosevorrichtung 1 die Stapelspannung und den Stapelstrom messen, kann die Impedanz auf der Grundlage der gemessenen Stapelspannung und des Stapelstromes messen, kann die Wassermenge auf der Grundlage der gemessenen Impedanz messen und die Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der gemessenen Impedanz und Wassermenge diagnostizieren (S150 und S170).
Die oben genannten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nicht nur durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gebildet. Alternativ können die oben genannten Ausführungsbeispiele durch ein Programm, das Funktionen durchführt, die dem Aufbau der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung entsprechen, oder ein Aufzeichnungsmedium, auf dem das Programm aufgezeichnet wird, gebildet werden. Diese Ausführungsformen können von der Beschreibung der oben genannten Ausführungsbeispiele durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, ohne Umstände entwickelt werden.
Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel diagnostiziert, das Verfahren aufweisend: Zuführen, an den Brennstoffzellenstapel, einer Mehrzahl von Wechselströmen mit unterschiedlichen Frequenzkombinationen durch einen Wechselstrom-(AC)Generator; Messen, durch einen Prozessor, einer Verzerrungsrate und Impedanz des Brennstoffzellenstapels für jeden Wechselstrom, und Auswählen einer optimalen Frequenz auf der Grundlage der gemessenen Verzerrungsrate und Impedanz; Zuführen, an den Brennstoffzellenstapel, eines Wechselstromes mit der ausgewählten optimalen Frequenz durch den AC-Stromgenerator; Berechnen, durch den Prozessor, der Verzerrungsrate des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz und Diagnostizieren eines Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate; und Berechnen, durch den Prozessor, der Impedanz des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz, der Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel auf der Grundlage der berechneten Impedanz und Diagnostizieren einer Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der berechneten Impedanz und Wassermenge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Zuführen der Mehrzahl von Wechselströmen an den Brennstoffzellenstapel ein Zuführen, an den Brennstoffzellenstapel, eines Wechselstromes mit einer ersten Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und eines Wechselstromes mit einer zweiten Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls umfasst, wobei die Mehrzahl von Wechselströmen die erste Frequenz und die zweite Frequenz aufweist, die sich voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Auswählen der optimalen Frequenz aufweist: Auswählen einer ersten Frequenz eines Wechselstromes entsprechend der größten Verzerrungsrate als eine erste optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der für die jeweiligen Wechselströme gemessenen Verzerrungsraten; und Auswählen einer zweiten Frequenz eines Wechselstromes entsprechend der größten Impedanz als eine zweite optimale Frequenz zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der für die jeweiligen Wechselströme gemessenen Impedanzen.
Verfahren zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel, das Verfahren aufweisend: Zuführen, an den Brennstoffzellenstapel, eines Wechselstromes mit einer ersten optimalen Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren eines Zellenspannungsabfalls und eines Wechselstromes mit einer zweiten optimalen Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren einer Ursache des Zellenspannungsabfalls, durch eine Wechselstrom-(AC)Generator; Berechnen, durch einen Prozessor, einer Verzerrungsrate auf der Grundlage einer Spannung des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der ersten optimalen Frequenz und Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate; und Berechnen, durch den Prozessor, einer Impedanz auf der Grundlage der Spannung und eines Stromes des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom der zweiten optimalen Frequenz und der Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel auf der Grundlage der berechneten Impedanz und Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der berechneten Impedanz und Wassermenge.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei: das Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls ein Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage eines Klirrfaktor-Analyse-Total Harmonic Distortion Analysis – THDA) Verfahrens umfasst, und das Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls ein Messen der Impedanz unter Verwendung einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie (Electrochemical Impedance Spectroscopy – EIS) und Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls umfasst.
Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers von einem Brennstoffzellenstapel, die Vorrichtung aufweisend: eine Wechselstrom-(AC)Einleitungsvorrichtung, die mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist und einen Wechselstrom an einen Strom anlegt, der von dem Brennstoffzellenstapel zu einer Last fließt; einen Wechselstrom-(AC)Generator, der eingerichtet ist, um den angelegten Wechselstrom zu erzeugen; und einen Diagnoseprozessor, der eingerichtet ist, um eine Spannung und einen Strom des Brennstoffzellenstapels zu messen, um einen Zellenspannungsabfall des Brennstoffzellenstapels zu diagnostizieren und um eine Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes zu diagnostizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei: der AC-Generator einen Wechselstrom mit einer ersten optimalen Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und einen Wechselstrom mit einer zweiten optimalen Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei: der Diagnoseprozessor umfasst: einen Optimalfrequenzauswahl-Prozessor, der eingerichtet ist, um die erste optimale Frequenz zum Diagnostizieren des Zellenspannungsabfalls und die zweite optimale Frequenz zum Diagnostizieren der Ursache des Zellenspannungsabfalls auszuwählen; einen Wechselstrom-Steuerabschnitt, der eingerichtet ist, um den AC-Generator zu steuern; einen Verzerrungsraten-Berechnungsabschnitt, der eingerichtet ist, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels zu messen und um eine Verzerrungsrate des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage der gemessenen Spannung zu berechnen; einen Impedanz-/Wasser-Berechnungsabschnitt, der eingerichtet ist, um die Spannung und den Strom des Brennstoffzellenstapels zu messen und um die Impedanz auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes und die Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel auf der Grundlage der berechneten Impedanz zu berechnen; und einen Diagnoseabschnitt, der eingerichtet ist, um den Zellenspannungsabfall des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage der Verzerrungsrate zu diagnostizieren und um die Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der Impedanz und der Wassermenge zu diagnostizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei: die AC-Einleitungsvorrichtung elektronische Vorrichtungen umfasst, die eingerichtet sind, um einen Wechselstrom gemäß einem von dem AC-Generator ausgegebenen alternierenden Signal zuzuführen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweisend: Programmbefehle, die eine Verzerrungsrate und Impedanz des Brennstoffzellenstapels für jeden Wechselstrom messen und eine optimale Frequenz auf der Grundlage der gemessenen Verzerrungsrate und Impedanz auswählen; Programmbefehle, die eine Zufuhr eines Wechselstromes mit der ausgewählten optimalen Frequenz durch einen Wechselstrom-(AC)Generator steuern; Programmbefehle, die die Verzerrungsrate des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz berechnen und einen Zellenspannungsabfall auf der Grundlage der berechneten Verzerrungsrate diagnostizieren; und Programmbefehle, die die Impedanz des Brennstoffzellenstapels gemäß dem Wechselstrom mit der optimalen Frequenz berechnen und eine Ursache des Zellenspannungsabfalls auf der Grundlage der berechneten Impedanz diagnostizieren.